基于单片机的脉冲信号采集与处理

杜珺

摘 要：单片机的广泛应用实现了工业领域各系统设备的大部分控制功能。分析了单片机脉冲信号的采集和采集设计，并提出了几种单片机脉冲信号测量采集方法，仅供参考。

关键词：单片机；脉冲信号；采集器；测试仪

中图分类号：TM932 文献标识码：A 文章编号：2095-6835（2014）24-0080-02

单片机应用系统是通过核心CPU设备来显示工业领域各个设备环节的系统。单片机的应用程序比较复杂，现代经济的发展对单片机的应用提出了更高的要求，特别在当下机械加工、化工和石油工程等多个领域，对单片机的各种性能要求十分高。而在我省工业自动化控制领域中，缺乏相应的单片机技术体系，难以满足当下工程的数据采集、计算机处理应用、数据通信等方面的需要。为了确保工业自动化控制模式的正常开展，实现机械应用与计算机应用技术的协调发展，可通过优化单片机内部结构程序或使用内部倍频技术和琐相环技术等，达到提升其运算和内部总线速度的目的。

1 单片机脉冲信号采集

1.1 单片机模拟信号采集

单片机系统采集器的信号有模拟电压信号、PWM信号和数字逻辑信号等，其中，应用较广泛的是模拟信号采集。模拟信号指的是电压和电流，采用的处理技术主要有模拟量的放大和选通、信号滤波等。因为单片机测控系统有时需要采集和控制多路参数，如果对每条路都单独采用一个较为复杂且成本较高的回路，就会对系统的校准造成较大影响，几乎不能实现。因此，可以选用多路模拟开关，方便多种情况下共用。但在选择多路模拟开关时，要注意考虑通道数量、数漏电流设计、切换速度、通导电阻、器件封装、开关参数的漂移性和每路电阻的一致性这几点。信号滤波是为了减少或消除工作过程中的噪声信号，滤波常用的有模拟滤波电路和数字滤波技术，后者在单片机系统中发展较快。

1.2 随机脉冲信号采集卡的设计

随机脉冲信号采集卡的硬件组成主要有输入输出接口、单片机运行和控制、复读采集和控制、信号重放和主机接口控制这五个电路模块。该系统的主要硬件电路包括单片机主系统中的随机脉冲放大和限幅电路、脉冲幅度、脉冲宽度测量电路、高速信号采集、存储电路以及由EPLD等构成的控制信号电路等。单片机除了负责随机脉冲信号的采集以外，还要将相关的数据与随机脉冲数据组织成一个完整的信号数据结构。

1.3 单片机脉冲信号采集优化模式

单片机脉冲信号的采集应用必须要做好相关软硬件的应用、采集模式等的剖析准备工作。在硬件系统中，需要主机板与接口板设备的配合。在应用软件子系统过程中，要采用模块化分区结构，确保脉冲信号的有效采集和处理。在单片机脉冲信号采集过程中，要注重对单片机CPU的选择，确保其与接口板等设备相协调。优化编制程序结构，使其满足脉冲信号采集的需求。例如SOC单片机嵌入系统，该系统的应用效果良好，是单片微控制器设备的延伸。采集单片机脉冲信号时，需要单片微控制器的配合，才能应用多个微处理器协调接口板，实现CCL信号、信号、t信号等的应用。该模式要求单片机具有运作速度快、功耗成本低、处理效率高等特点，同时，要为软件系统的运行提供稳定的工作环境，实现单片机脉冲信号采集的优化，并确保整体系统硬件功能的正常使用。在对单片机脉冲信号采集模式进行优化设计时，要掌握硬件的运行环境。在脉冲信号采集处理过程中，要保障单片机应用系统的自检模式、加源刻度模式等各个模块的协调统一配合，保证软件系统中不同软件模块之间的正常运行，实现人机对话模式的优化。通过优化模块结构应用，实现综合运作效益的提升。通过对CCL信号的处理和对输出模块的分析，实现对周期性脉冲信号数据的收集和模拟量数据的输出。在该模式中，信号是一种随机信号，通过数字滤波技术中的中值滤波技术、加权滤波技术等的应用，获取有效、准确的数据并消除误差，提升薄层分辨能力。在系统试调中，要确保软硬件之间的有效适配，确保其调试环节的协调，满足系统各功能需求，实现对单片机脉冲信号的有效采集和处理。

2 单片机脉冲信号测量

2.1 单片机脉冲信号测试仪

以单片机为核心的脉冲信号参数测试仪和控制装置，具有体积小巧、便于携带、可拓展性较强的特点。例如C8051F340单片机，此种单片机具有较强大的集成模块功能，简化了硬件电路设计。该测试仪主要包括显示模块、单片机模块、按键模块、电源模块和信号调理电路模块，软件采用C51语言编程，主要由主程序、按键子程序、信号采集子程序、信号处理子程序、液晶显示程序和中断子程序等部分组成。此种单片机具有丰富的中断资源，外部中断和定时器溢出中断子程序可完成电压值、周期、频率和占空比的测量。

2.2 单片机脉冲信号测量采集方法

单片机脉冲信号的测量采用高电平宽度的方法，将四位数码管用于显示正脉宽度，利用单片机外中断INT1和定时器TI配合测量得出外脉冲高电平持续时间。当ITN1脚出现下降时，进入INT1中断服务程序来判断脉冲位置。如果是第一个脉冲，则打开计数器T1的开关；否则，关闭T1开关。T1等到P3.4脚出现高电压时开始计数。主函数在关闭TI的情况下读取TI计数值，并送达四位数码管显示。例如AT89C51单片机脉冲信号的测量，脉冲信号测量仪用来测量脉冲的宽度、频率等参数，主要由单片机、晶振电路设计、显示电路设计和复位电路设计几个部分构成。AT89C51具有低耗能、高性能且经济的微处理器，与MCS51的指令设置和芯片引脚可相互兼容。电路设计在外围接一个晶振和一个复位电路，然后给单片机接上电源和接地就可开始工作。在单片机运行工作中，时钟电路在脉冲信号的测量中十分重要，各个部件的运行都以时钟频率为基准。利用时钟电路提高单片机的时钟信号，利用复位电路提高单片机的电平复位信号，显示电路可显示当前测量的脉冲宽度，按键电路负责测量脉冲信号。

参考文献

[1]吴云靖，董恩生，庞宇，等.基于单片机的便携式脉冲信号参数测试仪[J].国外电子测量技术，2010（03）.

〔编辑：王霞〕