基于单片机的某型装备测试信号记录系统设计

董 洋，冯 超，任 琴

（武汉军械士官学校，湖北 武汉 430075）

0 引言

某型装备在进行技术维护时，测试人员需要通过测试信号的测量数据来判断装备的性能，从而及时组织实施装备修复工作来保障装备的完好性。在对测试信号进行测量的过程中，由于测试信号种类繁多，记录、计算工作十分繁琐，经常出现缺项、漏项的情况；并且测试信号的波形记录使用的是笔录仪设备，笔录仪记录时需要使用特定规格的热敏纸，其尺寸要求严格，采购困难，成本较高，不符合部队自动化、信息化的发展方向。综合以上缺点，提出了利用C8051F020单片机为核心的测试信号自动记录系统的研制方案，该系统的应用不但可以满足部队维护装备的需求，还能够提高装备维护效率，降低装备维护成本。

1 系统总体设计

1.1 测试信号分析

测试信号同时从6个航空插座输出，总数超过50路，从测试信号的峰值、频率、是否为周期信号等特性分析，分档归类各信号，确定系统硬件系统和软件系统的设计方案。

1.2 总体设计

结合系统所要实现的信号采集、信号记录、信号存储与显示等功能，系统由上位机和下位机两部分组成。其中下位机以C8051F020单片机为核心，主要实现信号的调理、采集、预处理、串口传输等功能。上位机中以软件系统为主，实现串口通信、多路信号显示与控制、信号存储与打印等功能，总体设计框图如图1所示。

图1 系统组成框图

在下位机中设置了调理电路，结合测试信号分析中信号的分档，将每档信号的电压进行放大或衰减，满足C8051F020单片机A/D输入范围。系统设计6路A/D采集通路，所采集的信号存储在单片机的寄存器中，以文本的形式通过串口传递给上位机。上位机采用C#进行编程，实现6路信号的实时显示、记录存储、显示控制和打印输出等功能。系统工作流程图如图2所示。

图2 系统工作流程图

2 硬件设计

硬件组成是以C8051F020单片机为核心的硬件平台，包括信号调理电路、信号采集电路、A/D模块、串口通信模块、电源模块等，实现6路模拟信号的采集、串口通信等功能。模拟信号的采集通过C8051F020单片机内部的8位A/D模块实现，其采样的最大速率为500 kS/s[1]。下位机硬件设备与上位机的通信是由CH340T芯片完成，传送采集的文本数据和采集控制信号。

2.1 A/D模块

C8051F020有一个片内8位SAR ADC，带有一个8通道输入多路选择器和可编程增益放大器。ADC0的电压基准可以在模拟电源电压和一个外部VREF引脚之间选择[1]。系统设计时使用该A/D模块的7个输入引脚，其中AIN1.0～AIN1.5作为系统6路测试信号正极，AIN1.7作为6路测试的负极。A/D模块原理图如图3所示。

2.2 串口通信模块

为了使下位机与上位机间的通信接口匹配，设计了CH340T串口转换芯片实现了USB接口通信。CH340T是一个USB总线的转接芯片，可以实现USB转串口、USB转IrDA红外或者USB打印口[2]。串口模块原理图如图4所示。

图4 串口模块原理图

2.3 电源模块

下位机中硬件电路需用3.3 V和1.8 V供电，设计了两组LM117稳压芯片组成的电源模块，电源模块原理图如图5所示[3]。

图5 电源模块原理图

3 软件设计

上位机中使用C#设计软件系统，实现波形显示、存储、打印、控制等功能。设计软件选用Microsoft Visual Studio 2008，该软件不但提供了多种控件，而且还可以根据不同需求自行设计控件。系统软件功能如图6所示。

图6 系统软件功能框图

系统结合了serialPort串口控件、timer定时控件、printDocumentCurve打印控件等设计了具有波形显示、存储、打印、控制功能的控件，方便后台维护与更新。下面简介定时控件和串口控件的实现。

3.1 定时控件

系统利用timer定时控件实现波形的实时显示。为了避免timer定时控件在刷新时产生图形闪烁，采用了双缓冲存储绘制的方法，其关键代码如下：

3.2 串口控件

使用serialPort控件时需要设置匹配的波特率以及端口号，并在主程序中设置开启串口，通过串口传送过来的数据可以用serialPort1.ReadLine函数读取[4]。参考代码如下：

4 结束语

系统实现了测试信号的自动记录，并加入了存储、打印、显示控制等功能。实现了C8051F020单片机采集、串口通信功能；利用C#自行设计了专用控件，实现了信号波形的显示控制、存储打印等功能。系统经过在部队的使用表明，满足了装备维护的需求，提高了维护效率，降低了维护成本。系统的设计体现了装备维护信息化、自动化的特点，系统可扩展性强，可延伸到其他型号的装备上，具有一定推广价值。

[1]新华龙电子有限公司.C8051F020/1/2/3混合信号ISP FLASH微控制器数据手册Rev 1.4[Z].潘琢金，译.2005.

[2]Cygnal集成产品公司.C8051F单片机应用解析[M].潘琢金，孙德龙，夏秀峰，译.北京：北京航空航天大学出版社，2002.

[3]蔡晓雯，杨恢先，李正义，等.基于 C8051F020的外部存储器扩展[J].测控技术，2008，27（3）：52-54.

[4]蒋国峰.基于单片机的航空电台通用控制器设计[J].计算机测量与控制，2008，16（2）：181-184.