基于C8051F000的多通道数据采集范围控制系统

　　1　引　言

　　在实际应用中，对被控对象的物理参数(温度、湿度、位移、电流、电压等)在一定的范围内进行控制，是单片机的典型应用之一。很多宏观要求精确控制的场合，其微观控制过程，仍可归结为是对某些参数变化范围的控制。如，传统的三相异步电机从启动到正常运行，其电流、电压和温度的变化;抽水塔水位的变化;机床刀具的行程变化及数字电表的自动量程变换等。这些控制过程最显著的特点是：被控物理量都是一个变化范围，而非某一个精确的“点”。有效控制物理量变化范围的方法很多，本文重点介绍利用C8051F000单片机片内8路高性能的12位ADC数据采集系统和可编程窗口检测器，实现对多路参数变化范围控制的硬件组成和软件设计方法。

　　2　C8051Fxxx系列单片机介绍

　　美国Cygnal公司是专业从事混合信号片上系统单片机设计与制造的一家新兴半导体公司。C8051Fxxx系列是该公司以拥有自主产权并与MCS- 51内核及指令集完全兼容的CIP-51为内核而集成的混合信号片上系统(System on Chip)。片内集成了数据采集和控制系统中常用的模拟部件，并能方便地通过数字交叉开关将内部数字系统资源定向到外部I/O口上。它的特点是：高达25 MIPS的执行速度，强大的模拟信号处理和资源控制功能;8路高性能的12位ADC(最大转换速率为100 kSPS)数据采集系统，两路12位精度DAC，两路模拟比较器和ADC可编程窗口检测器;8K～128K字节闪速/电可擦除程序存储器、256～8 448 bit的RAM;覆盖了典型的串行通信接口，22个中断源，7个复位源;先进的JTAG非侵入式在线调试和看门狗、电源监视等可靠的安全机制。该产品汇集了单片机领域许多先进技术，成为目前功能最强大的8位单片机之一。

　　3　硬件电路组成及原理

　　电路硬件组成如图1所示，分成数据采集、按键控制和显示输出三大部分。C8051Fxxx系列的8路模拟量采集通道，通过选择不同功能的传感器或电量转换装置(如电流、电压互感器、集成温度传感器等)，就能完成对被测目标系统多路参数的数据采集。工作时，系统不断将各通道采集来的数据与用户事先设定的上下限极值进行比较，系统执行机构根据比较结果，确定是否越限而作出相应的操作。系统为5位LED显示，低4位用来显示用户所选定通道的模拟信号大小或上下限极值设置数据，最高位LED4为通道数字(0～7)显示位。P0.0～P0.7为各通道越限处理输出，分别控制相应的执行机构。

　　3.1　按键控制功能

　　这是整个系统最复杂、但也最能体现设计思想的一部分。为了方便地选择通道及显示设置数据，以尽量少的按键完成尽可能多的功能，实现较好的人机界面和软、硬件资源的有机结合，在此设置了选择通道的“切换”键S1、进行ADC窗口检测器上下限极值设定的“设置”键S5、改变LED显示数据的“+”、“-”键 S3、S4，并要求它每按一次使显示值加(减)1，如果连续按键超过一定时间(如2s)，则显示值将很快地递增或递减。用户设置完毕，按下“存储”键 S2，可将所设数据保存在非易失性数据存储器FLASH中，避免由于断电而需重新设置数据。通过软件设计完成数据的自我备份与保护，不需要另置备用电池，简化了硬件结构。