基于單片機(jī)的脈沖信號(hào)采集與處理分析論文

　　單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)是通過核心CPU設(shè)備來顯示工業(yè)領(lǐng)域各個(gè)設(shè)備環(huán)節(jié)的系統(tǒng)。單片機(jī)的應(yīng)用程序比較復(fù)雜，現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)的發(fā)展對(duì)單片機(jī)的應(yīng)用提出了更高的要求，特別在當(dāng)下機(jī)械加工、化工和石油工程等多個(gè)領(lǐng)域，對(duì)單片機(jī)的各種性能要求十分高。而在我省工業(yè)自動(dòng)化控制領(lǐng)域中，缺乏相應(yīng)的單片機(jī)技術(shù)體系，難以滿足當(dāng)下工程的數(shù)據(jù)采集、計(jì)算機(jī)處理應(yīng)用、數(shù)據(jù)通信等方面的需要。為了確保工業(yè)自動(dòng)化控制模式的正常開展，實(shí)現(xiàn)機(jī)械應(yīng)用與計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)的協(xié)調(diào)發(fā)展，可通過優(yōu)化單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)程序或使用內(nèi)部倍頻技術(shù)和瑣相環(huán)技術(shù)等，達(dá)到提升其運(yùn)算和內(nèi)部總線速度的目的。

　　1單片機(jī)脈沖信號(hào)采集

　　1.1單片機(jī)模擬信號(hào)采集

　　單片機(jī)系統(tǒng)采集器的信號(hào)有模擬電壓信號(hào)、PWM信號(hào)和數(shù)字邏輯信號(hào)等，其中，應(yīng)用較廣泛的是模擬信號(hào)采集。模擬信號(hào)指的是電壓和電流，采用的處理技術(shù)主要有模擬量的放大和選通、信號(hào)濾波等。因?yàn)閱纹瑱C(jī)測(cè)控系統(tǒng)有時(shí)需要采集和控制多路參數(shù)，如果對(duì)每條路都單獨(dú)采用一個(gè)較為復(fù)雜且成本較高的回路，就會(huì)對(duì)系統(tǒng)的校準(zhǔn)造成較大影響，幾乎不能實(shí)現(xiàn)。因此，可以選用多路模擬開關(guān)，方便多種情況下共用。但在選擇多路模擬開關(guān)時(shí)，要注意考慮通道數(shù)量、數(shù)漏電流設(shè)計(jì)、切換速度、通導(dǎo)電阻、器件封裝、開關(guān)參數(shù)的漂移性和每路電阻的一致性這幾點(diǎn)。信號(hào)濾波是為了減少或消除工作過程中的噪聲信號(hào)，濾波常用的有模擬濾波電路和數(shù)字濾波技術(shù)，后者在單片機(jī)系統(tǒng)中發(fā)展較快。

　　1.2隨機(jī)脈沖信號(hào)采集卡的設(shè)計(jì)

　　隨機(jī)脈沖信號(hào)采集卡的硬件組成主要有輸入輸出接口、單片機(jī)運(yùn)行和控制、復(fù)讀采集和控制、信號(hào)重放和主機(jī)接口控制這五個(gè)電路模塊。該系統(tǒng)的主要硬件電路包括單片機(jī)主系統(tǒng)中的隨機(jī)脈沖放大和限幅電路、脈沖幅度、脈沖寬度測(cè)量電路、高速信號(hào)采集、存儲(chǔ)電路以及由EPLD等構(gòu)成的控制信號(hào)電路等。單片機(jī)除了負(fù)責(zé)隨機(jī)脈沖信號(hào)的采集以外，還要將相關(guān)的數(shù)據(jù)與隨機(jī)脈沖數(shù)據(jù)組織成一個(gè)完整的信號(hào)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

　　1.3單片機(jī)脈沖信號(hào)采集優(yōu)化模式

　　單片機(jī)脈沖信號(hào)的采集應(yīng)用必須要做好相關(guān)軟硬件的應(yīng)用、采集模式等的剖析準(zhǔn)備工作。在硬件系統(tǒng)中，需要主機(jī)板與接口板設(shè)備的配合。在應(yīng)用軟件子系統(tǒng)過程中，要采用模塊化分區(qū)結(jié)構(gòu)，確保脈沖信號(hào)的有效采集和處理。在單片機(jī)脈沖信號(hào)采集過程中，要注重對(duì)單片機(jī)CPU的選擇，確保其與接口板等設(shè)備相協(xié)調(diào)。優(yōu)化編制程序結(jié)構(gòu)，使其滿足脈沖信號(hào)采集的需求。例如SOC單片機(jī)嵌入系統(tǒng)，該系統(tǒng)的應(yīng)用效果良好，是單片微控制器設(shè)備的延伸。采集單片機(jī)脈沖信號(hào)時(shí)，需要單片微控制器的配合，才能應(yīng)用多個(gè)微處理器協(xié)調(diào)接口板，實(shí)現(xiàn)CCL信號(hào)、信號(hào)、t信號(hào)等的應(yīng)用。該模式要求單片機(jī)具有運(yùn)作速度快、功耗成本低、處理效率高等特點(diǎn)，同時(shí)，要為軟件系統(tǒng)的運(yùn)行提供穩(wěn)定的工作環(huán)境，實(shí)現(xiàn)單片機(jī)脈沖信號(hào)采集的優(yōu)化，并確保整體系統(tǒng)硬件功能的正常使用。在對(duì)單片機(jī)脈沖信號(hào)采集模式進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，要掌握硬件的運(yùn)行環(huán)境。在脈沖信號(hào)采集處理過程中，要保障單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的自檢模式、加源刻度模式等各個(gè)模塊的協(xié)調(diào)統(tǒng)一配合，保證軟件系統(tǒng)中不同軟件模塊之問的正常運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話模式的優(yōu)化。通過優(yōu)化模塊結(jié)構(gòu)應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)綜合運(yùn)作效益的提升。通過對(duì)CCL信號(hào)的處理和對(duì)輸出模塊的分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)周期性脈沖信號(hào)數(shù)據(jù)的收集和模擬量數(shù)據(jù)的輸出。在該模式中，信號(hào)是一種隨機(jī)信號(hào)，通過數(shù)字濾波技術(shù)中的中值濾波技術(shù)、加權(quán)濾波技術(shù)等的應(yīng)用，獲取有效、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)并消除誤差，提升薄層分辨能力。在系統(tǒng)試調(diào)中，要確保軟硬件之問的有效適配，確保其調(diào)試環(huán)節(jié)的協(xié)調(diào)，滿足系統(tǒng)各功能需求，實(shí)現(xiàn)對(duì)單片機(jī)脈沖信號(hào)的有效采集和處理。

　　2單片機(jī)脈沖信號(hào)測(cè)量

　　2.1單片機(jī)脈沖信號(hào)測(cè)試儀

　　以單片機(jī)為核心的脈沖信號(hào)參數(shù)測(cè)試儀和控制裝置，具有體積小巧、便于攜帶、可拓展性較強(qiáng)的特點(diǎn)。例如C8051F340單片機(jī)，此種單片機(jī)具有較強(qiáng)大的集成模塊功能，簡(jiǎn)化了硬件電路設(shè)計(jì)。該測(cè)試儀主要包括顯示模塊、單片機(jī)模塊、按鍵模塊、電源模塊和信號(hào)調(diào)理電路模塊，軟件采用C51語言編程，主要由主程序、按鍵子程序、信號(hào)采集子程序、信號(hào)處理子程序、液晶顯示程序和中斷子程序等部分組成。此種單片機(jī)具有豐富的中斷資源，外部中斷和定時(shí)器溢出中斷子程序可完成電壓值、周期、頻率和占空比的測(cè)量。

　　2.2單片機(jī)脈沖信號(hào)測(cè)量采集方法

　　單片機(jī)脈沖信號(hào)的測(cè)量采用高電平寬度的方法，將四位數(shù)碼管用于顯示正脈寬度，利用單片機(jī)外中斷INT 1和定時(shí)器TI配合測(cè)量得出外脈沖高電平持續(xù)時(shí)問。當(dāng)ITN1腳出現(xiàn)下降時(shí)，進(jìn)入INT 1中斷服務(wù)程序來判斷脈沖位置。如果是第一個(gè)脈沖，則打開計(jì)數(shù)器T1的開關(guān);否則，關(guān)閉T1開關(guān)。T1等到P3.4腳出現(xiàn)高電壓時(shí)開始計(jì)數(shù)。主函數(shù)在關(guān)閉TI的情況下讀取TI計(jì)數(shù)值，并送達(dá)四位數(shù)碼管顯示。例如AT89C51單片機(jī)脈沖信號(hào)的測(cè)量，脈沖信號(hào)測(cè)量?jī)x用來測(cè)量脈沖的寬度、頻率等參數(shù)，主要由單片機(jī)、晶振電路設(shè)計(jì)、顯示電路設(shè)計(jì)和復(fù)位電路設(shè)計(jì)幾個(gè)部分構(gòu)成。AT89C51具有低耗能、高性能且經(jīng)濟(jì)的微處理器，與MCS51的指令設(shè)置和芯片引腳可相互兼容。電路設(shè)計(jì)在外圍接一個(gè)晶振和一個(gè)復(fù)位電路，然后給單片機(jī)接上電源和接地就可開始工作。在單片機(jī)運(yùn)行工作中，時(shí)鐘電路在脈沖信號(hào)的測(cè)量中十分重要，各個(gè)部件的運(yùn)行都以時(shí)鐘頻率為基準(zhǔn)。利用時(shí)鐘電路提高單片機(jī)的時(shí)鐘信號(hào)，利用復(fù)位電路提高單片機(jī)的電平復(fù)位信號(hào)，顯示電路可顯示當(dāng)前測(cè)量的脈沖寬度，按鍵電路負(fù)責(zé)測(cè)量脈沖信號(hào)。

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