基于C8051F单片机的多通道数据采集仪.pdf

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1、基于C8051F单片机的多通道数据采集仪口常莉来口凌宏江华中科技大学材料科学与工程学院武汉430074摘要：介绍一款采用C8051F系列单片机作为核心器件，用于消失模铸造过程中金属液流动前沿的温度场、压力场和流动场测量的多通道数据采集仪，对其工作原理、硬件各模块设计和软件设计作出论述。关键词：多通道数据采集仪温度补偿UART通信USBLabView中图分类号：TH86文献标识码：A文章编号：1000—4998(2010)l1—0040—03消失模铸造技术是将与铸件尺寸形状相似的发泡键。按键一设置要测量的物理量，按键二

2、设置是否需要塑料模型粘结组合成模型簇，刷涂耐火涂层并烘干后对选定的被测量进行温度补偿，按键三设置温度场测埋在于石英砂中振动造型，在一定条件下浇注液体金量所选择的热电偶类别，按键四为START键。属，使模型气化并占据模型位置，凝固冷却后形成所需控制板将接收到的按键信息通过UART通信方式铸件的方法⋯。消失模铸造的许多优点来源于它无需发送给采集板，采集板根据协议对接受到的命令进行取出模样，然而它遇到的麻烦也正出于此：消失模铸造相应的处理。采集到的结果存储在IC存储单元中。在过程中金属液流动前沿存在复杂的物理、化学反应，其

3、外接计算机的情况下，还可以通过上位机软件对系统成形过程比普通砂型铸造要复杂得多，它不仅关系到铸进行操作。件成形的成败，还对铸件的内在质量有重要影响J。本TMP12l以1S为周期采集温度信号，单片机根据文介绍一款低成本、高性能的多点数据采集仪，用于消该温度进行软件温度补偿。失模铸造金属液流动前沿的数据采集。该仪器具有可1．t模拟量采集模块扩展性，且便携性能好，采用USB总线方式，易于与计对于模拟量的采集，采用F350自带的全差分24算机进行数据通信。位A／D转换器ADCO，它包含一个可编程增益放大器，有8种增益设置，最

4、大增益可达128倍。模拟多路选择1系统总体设计及工作原理器将ADC的差分输入与8个外部引脚相连]。针对消失模铸造的条件，对本仪器提出几点技术1．212C存储模块要求。(1)采集精度要求：采用16位以上的A／D转换该模块记录消失模铸造全过程中的温度场、压力器，满量程误差小于0．5％；(2)采集速度要求：达到场以及流动场信息，信息量较大，因此需要对存储空间lOOHz以上；(3)采集通道数要求：模拟量和开关量采集通道均设定为16个；(4)通用性要求：不仅能应用于消失模铸造，还能应用于其它场合模拟量与数字量的采集。仪器采用电

5、极触点的方法对流动场数据进行检测，通过掩埋多个触点尽可能多地获取完整的流动场。因此流动场的测量实际上是一个数字量的采集，而温度场和压力场是模拟量，需要通过信号调理与采集模块，并由A／D转换器进行采样并转换成数字量。考虑到数据采集的扩展功能，整体结构采用控制板与采集板分离的设计方式。控制板和采集板分别采用C8051F320和C8051F350作为主控芯片，系统整体结构框图如图1所示。通过按键对系统进行简单的设置，设有4个按收稿日期：2010年5月2010／11机械制造48卷第555期进行外部扩展，采用ATMEI公司的A

6、T24C1024芷：片，12C存储模块的电路原理图如图2所示[41。1．3通信接口控制板与采集板问采用UART通信方式，F320与F350单片机内均包含增强型UART0，它是一个异步、全双工串口，提供标准8051串行口的方式1和方式3。UART0具有增强的波特率发生器电路，有多个时钟源可用于产生标准波特率。上位机与下位机通过USB进行通信，C8051F320器件集成了全速／低速USB功能控制器，USB功能控制器(USBO)由串行接口引擎(SIE)、USB收发器(包括匹配电阻和可配置上拉电阻)、1KBFIFO存储器和时

7、钟恢复电路(可以不用晶体)组成，不需要外部元件。USB功能控制器．．∞图和收发器符合通D+j用串行总线规范2．0版。USB。。接接口电路如图3R卫嘣l口：电所示。VBUS路2软件设计2．I下位机软件设计采用C805lF系列单片机，选择使用Silicon的集成开发环境(IDE)。它是一套完整独立的软件程序，通过使用PC的串行口和目标板的JTAG接口实现IDE与目标MCU通信，支持在线调试，使开发速度更加快捷。控制板与采集板系统流程如图4、5所示。采集板在进行初始化后等待接收控制板发送的设置信息，直至读取到开始检测命令，

8、根据采集目标进入相应的数据采集子程序，并对数据进行处理，然后将结果存入存储芯片中以待上位机进行读取。以温度场的测量为例，在进行数据处理时，需要对7种标准热电偶的特性曲线进行高精度二阶多项式拟动程序开发可以快捷、高效地完成。合，总结出被测温度与热电势的分段函数=E)。Labview是一种基于图形程序的虚拟仪器编程语另外，由于仪器工作环境温度的差异