基于C8051F020的液压综合采集系统设计

　　1．前言

　　在工业控制中需要对各种参量进行采集，即利用信号采集系统将各种数据采集到计算机中进行实时处理。传感器起着中间桥梁的作用，但是它输出的信号往往是很微弱的电流信号，需要经过放大转换成电压信号后才能输入到A/D中进行数据采集。另外,随着测试技术的不断发展，为了适应数字化、高效率等要求，在工业测试系统中单片机的应用也越来越广泛,它具有实时及可靠性高的优点，并且日益显示出巨大的优越性。本系统采用美国Cygnal公司的C8051F020单片机为控制核心，组成了多通道数据综合采集系统，它利用较少的外围器件实现了对液压设备的控制。

　　2．C8051F020单片机简介

　　C8051F020器件是完全集成的混合信号系统级MCU芯片（SOC），它使用Cygnal的专利CIP-51微控制器内核，CIP-51与MCS-51指令集完全兼容。它采用流水线结构，与标准的8051结构相比指令执行速度有很大的提高。CIP-51提供了22个中断源，允许大量的模拟和数字外设中断微控制器，因而有更高的执行效率。具有64个I/O引脚，每个端口都可以配置成推挽或漏极开路输出。C8051F020 MCU内部有一个SMBUS/I²C接口、两个具有增强型波特率配置的全双工UART和一个增强型SPI接口，每种串行总线完全用硬件实现，都能向CIP-51产生中断。它内部有一个12位的ADC0，该子系统包括一个9 通道的可编程模拟多路选择器（AMUX0），一个可编程增益放大器（PGA0）和一个100ksps、12 位分辨率的逐次逼近寄存器型ADC，ADC中集成了跟踪保持电路和可编程窗口检测器；一个8位的ADC1，包括一个8 通道的可配置模拟多路开关（AMUX1），一个可编程增益放大器（PGA1）和一个500ksps、8 位分辨率的逐次逼近寄存器型ADC。两个12位的DAC转换器，每个DAC 都具有灵活的输出更新机制，允许无缝的满度变化并支持无抖动输出更新。C8051F020还有5个通用的16位定时器和5 个捕捉/比较模块的可编程计数器/定时器阵列。

　　3．系统的硬件结构

　　多通道综合采集系统以C8051F020单片机为核心，主要由以下几部分组成：数据的采集、LCD显示和数据通讯三部分，其硬件框图如图1。传感器输出的电流信号经过放大转换后，送至C8051F020内部的A/D转换器中，在单片机内部完成模数转换、数据存储、数据处理的工作，最后送到LCD显示，同时经过RS-485接口送至计算机，由上位机进行实时监控。

　　图1

　　3.1数据的采集

　　对于液压设备中的8个待测参数选用相应的传感器来来检测，试验时选取应变式传感器作为测试现场的工具。这些选用的检测元件输出都是标准的4－20mA微弱的电流信号，电流信号又经过由LM324组成的放大转换电路转换成0－5V的电压信号输入到C8051F020的模拟输入端，如图2所示，经内部集成的A/D转换器转换成相应的数字量。C8051F020将8路采样值作为液压设备现场的状况存入相应的内存单元。