【導(dǎo)讀】數(shù)據(jù)采集與信號(hào)處理已經(jīng)成為現(xiàn)代信息產(chǎn)業(yè)技術(shù)的核心，它涉及了傳感技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和信息技術(shù)三大支柱性技術(shù)，對(duì)社會(huì)發(fā)展、科技進(jìn)步起著重要的作用[1]。將計(jì)算機(jī)應(yīng)用于工業(yè)實(shí)時(shí)控制的前提是現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)獲取。其中壓電加速度傳感器作為一種重要的傳感器，主要用于沖擊和振動(dòng)信號(hào)的獲取。因此壓電加速度傳感器信號(hào)的獲取與分析在科學(xué)研究中顯得尤為重要。其輸出電壓幅值適當(dāng)，輸出阻抗低，并有一定的功率負(fù)載能力，便于連接后續(xù)測(cè)試儀器。有些電荷放大器還具有模擬積分功能，可將振動(dòng)加速度的電壓信號(hào)積分為振動(dòng)速度或位移的電壓信號(hào)[2,3]。信號(hào)調(diào)理屬于模擬信號(hào)處理環(huán)節(jié)，它是利用一定的數(shù)字模型所組成的硬件運(yùn)算網(wǎng)絡(luò)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)連續(xù)時(shí)間信號(hào)進(jìn)行分析處理的過(guò)程。目前，單片機(jī)測(cè)控系統(tǒng)正朝著單片集成化、數(shù)字化、智能化、多功能、微功耗、高可靠性的方向發(fā)展。

　　

【正文】 后就給單片機(jī)發(fā)中斷。單片機(jī)進(jìn)入中斷服務(wù)程序，首先讀PDIUSBD12的中斷寄存器，判斷USB令牌包的類型，然后執(zhí)行相應(yīng)的操作。在USB單片機(jī)程序中，要完成對(duì)各種令牌包的響應(yīng)，其中比較難處理的是SETUP包，主要是端口0的編程。 單片機(jī)與PDIUSBD12的通信主要是靠單片機(jī)給PDIUSBD12發(fā)命令和數(shù)據(jù)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。PDIUSBD12的命令字分為三種：初始化命令字、數(shù)據(jù)流命令字和通用命令字PDIUSBD12 數(shù)據(jù)手冊(cè)給出了各種命令的代碼和地址。單片機(jī)先給PDIUSBD12的命令地址發(fā)命令，根據(jù)不同命令的要求再發(fā)送或讀出不同的數(shù)據(jù)。因此，可以將每種命令做成函數(shù)，用函數(shù)實(shí)現(xiàn)各個(gè)命令，以后直接調(diào)用函數(shù)即可。USB設(shè)備在正常使用以前，必須由主機(jī)配置設(shè)備。主機(jī)一般會(huì)從USB設(shè)備獲取配置信息后再確定此設(shè)備有哪些功能。作為配置操作的一部分，主機(jī)會(huì)設(shè)置設(shè)備的配置值，如果必要的話會(huì)選擇合適的接口備選設(shè)備。在編寫USB的固件程序時(shí)，需要注意：①單片機(jī)的中斷應(yīng)設(shè)置為電平觸發(fā)；中斷后一定要讀上次傳輸狀態(tài)寄存器（命令40～45H），以清除中斷寄存器中的中斷標(biāo)志。這樣，PDIUSBD12的中斷輸出才能變回高電平，這一點(diǎn)非常重要。②在接收到Setup包后，一定要調(diào)用D8命令重新使能端口0。③在向IN端寫完數(shù)據(jù)后，一定調(diào)用命令FAH，指明緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)有效，可以發(fā)送到主機(jī)。④讀寫數(shù)據(jù)后，一定調(diào)用命令F2H，以保證可以接收新的包。⑤可以通過(guò)調(diào)用命令FDH，檢查PDIUSBD12是否工作。該命令要讀兩個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)。 固件程序的編程是整個(gè)USB外設(shè)開發(fā)中非常重要的一環(huán)，它直接影響到設(shè)計(jì)開發(fā)的產(chǎn)品的數(shù)據(jù)傳輸速度。例如，采用不同的傳輸類型、設(shè)置不同的分組大小、是否采用DMA方式、傳輸緩沖區(qū)的大小等都會(huì)使得傳輸速率發(fā)生很大的變化。還有在高速情況下的超時(shí)處理等，也包含了很多的內(nèi)容。５．系統(tǒng)的軟硬結(jié)合，虛擬仿真及系統(tǒng)抗干擾５．１　系統(tǒng)軟硬件結(jié)合仿真的方法簡(jiǎn)單的串口通信可通過(guò)“超級(jí)終端”方法實(shí)現(xiàn)[11]一般Microsoft的操作系統(tǒng)如win98，win2000，winXP都帶有“超級(jí)終端”，從“附件”中選擇“通訊”，在里面就可以打開“超級(jí)終端”。從菜單欄里找到“屬性”，然后選擇“l(fā)”或“2”進(jìn)行連接，并對(duì)其配置，設(shè)定的規(guī)則要跟單片機(jī)設(shè)置的相同。如波特率，數(shù)據(jù)位，奇偶校驗(yàn)、停始位等。設(shè)定完成后就可以直接與單片機(jī)迸行通信，可以在工作區(qū)的白板里看到單片機(jī)傳輸來(lái)的數(shù)值。不但可以接收，還可以把數(shù)據(jù)發(fā)送出去。使用簡(jiǎn)單，若控制的程序難度不大，則用此方式方便，若控制的難度大，了解的信息多，則宜采用Matlab語(yǔ)言的設(shè)備控制箱或在VB中使用MSComm的方式。５．２　系統(tǒng)的抗干擾應(yīng)用系統(tǒng)在現(xiàn)場(chǎng)工作環(huán)境比較惡劣，干擾較大，這些干擾有時(shí)會(huì)嚴(yán)重?fù)p壞儀表的器件和程序，導(dǎo)致儀器不能正常運(yùn)行。因此為了保證儀器長(zhǎng)期穩(wěn)定可靠運(yùn)行、提高測(cè)控系統(tǒng)的輸出精度，必須要周密考慮和解決抗干擾的問(wèn)題【4】。單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)由于易受如電磁輻射、電源抖動(dòng)等干擾的應(yīng)用特點(diǎn)，多年來(lái)，圍繞著MCU應(yīng)用系統(tǒng)的抗干擾技術(shù)以及其擾后的自我恢復(fù)在硬件和軟件等方面積累了多種方法，這些方法相互結(jié)合、配合使用，有效地提高了系統(tǒng)的可靠性與抗干擾性。（單片機(jī)或微機(jī)系統(tǒng)受到強(qiáng)干擾后可造成程序失控，使CPU進(jìn)入死循環(huán)，或者使程序跑飛。利用“看門狗”技術(shù)能不斷地監(jiān)視程序運(yùn)行的時(shí)間，一旦超過(guò)限定時(shí)間，就確認(rèn)系統(tǒng)已經(jīng)“死機(jī)”，看門狗立即將CPU復(fù)位，使之返回正常的程序流程。）看門狗（WDT，Watch Dog Timer）技術(shù)就是最常見(jiàn)的抗干擾技術(shù)?？撮T狗有硬件看門狗和軟件看門狗之分，無(wú)論是硬件看門狗還是軟件看門狗實(shí)際上都是一個(gè)可清零的定時(shí)計(jì)數(shù)器。如果該定時(shí)計(jì)數(shù)器用MCU芯片外部電路實(shí)現(xiàn)，則為硬件看門狗；如果該定時(shí)計(jì)數(shù)器用MCU芯片內(nèi)部定時(shí)器/計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)，則稱為軟件看門狗?？撮T狗的工作過(guò)程是：當(dāng)程序正常運(yùn)行時(shí)，MCU定時(shí)或不定時(shí)地向看門狗發(fā)送清狗信號(hào)，使看門狗計(jì)數(shù)器復(fù)位（清狗時(shí)間間隔應(yīng)小于看門狗定時(shí)時(shí)限）。當(dāng)程序異常時(shí)，由于看門狗計(jì)數(shù)器不能被MCU正常復(fù)位，當(dāng)?shù)竭_(dá)一定的看門狗定時(shí)時(shí)限后，看門狗計(jì)數(shù)器產(chǎn)生定時(shí)溢出信號(hào)發(fā)送給MCU，此定時(shí)溢出信號(hào)作為MCU的復(fù)位脈沖，并使MCU復(fù)位，讓程序正常運(yùn)行并得以恢復(fù)。，CD4060為14為二進(jìn)制串行計(jì)數(shù)/分頻/振蕩器。選R1=130k，C1=100pF時(shí)，振蕩頻率經(jīng)內(nèi)部14級(jí)二分頻后，從Q14端可輸出約2Hz的頻率信號(hào)。R2為偏置電阻。正常情況下8051每隔一段時(shí)間t1，就將CD4060復(fù)位一次。一旦由于某種原因?qū)е翪PU失控，CD4060不能及時(shí)被復(fù)位，經(jīng)過(guò)t2(t2t1)就從Q14端輸出高電平，立即將8051復(fù)位，把CPU“拉回”到正常狀態(tài)；然后CPU又將CD4060復(fù)位，使Q14恢復(fù)成低電平。R3與C2組成微分電路。顯見(jiàn)，看門狗電路具有監(jiān)視與執(zhí)行器的作用，是提高智能化單片機(jī)測(cè)控系統(tǒng)可靠性的有效措施之一。 由CD4060構(gòu)成的看門狗電路６．結(jié)束語(yǔ)本文研究的課題是基于單片機(jī)的3通道振動(dòng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，該系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)的功能是將來(lái)自加速度傳感器的振動(dòng)信號(hào)通過(guò)放大、線性化、濾波、同步采樣保持等處理后，輸入A/D轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)后由單片機(jī)采集，然后利用單片機(jī)與PC機(jī)的通信將數(shù)據(jù)送到PC機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、后期處理與顯示。完成的主要工作如下：(1)研究了單片機(jī)技術(shù)、數(shù)據(jù)采集技術(shù)及計(jì)算機(jī)通信技術(shù)。(2)完成基于單機(jī)的多通道數(shù)據(jù)采集結(jié)構(gòu)與功能分析，實(shí)現(xiàn)單片機(jī)多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的電路設(shè)計(jì)及軟件分析，完成了單片機(jī)與PC機(jī)的通信的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)。雖然目前基于單片機(jī)的多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的研究工作取得了階段性的成果，但是整個(gè)系統(tǒng)還有很多需要深入研究的技術(shù)難點(diǎn)尚待解決。目前，還有待進(jìn)一步研究的工作有；(1)分辨率及精度的進(jìn)一步提高；(2)傳感器的數(shù)量增加的問(wèn)題如何解決；(3)如何達(dá)到預(yù)期需要的采樣頻率；(4)由環(huán)境與精度決定的信號(hào)調(diào)理方面的要求；以上這些都是今后數(shù)據(jù)采集所需研究的工作。附錄：附錄一：a)總電路圖b)PCB板圖附錄二：程序清單（數(shù)據(jù)采集）：AD7706的初始化程序：BEGIN： CLR A MOV A,010H； 設(shè)置串行工作方式0 MOV SCON,A CLR ； 選中芯片AD7706 MOV A,20H； 對(duì)CMR進(jìn)行寫操作，下一操作選定CKR MOV SBUF,A JNB TI,﹩； 接收完畢，TI復(fù)位 CLR TI MOV A,320H； 設(shè)置CLK MOV SBUF,A JNB TI, CLR TI MOV A,010H； 對(duì)CMR進(jìn)行寫操作，下一操作選定STR MOV SBUF,A JNB TI,﹩ CLR TI MOV A,40H； 設(shè)置STR MOV SBUF,A JNB TI,﹩ CLR TI RET 輸入字節(jié)程序（判斷引腳）： INB1： CLR C JB ,INB1； 判斷引腳電平 CLR ； DRDY為0，有效數(shù)據(jù)，進(jìn)行讀數(shù)據(jù)操作 MOV A,38H； 對(duì)CMR進(jìn)行寫操作，下一操作選定DOR MOV SBUF,A MOV A,SBUF； 從AD7706中讀入轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù) MOV R3,A； 高8位存入R3中 JNB TI,﹩ CLR TI MOV A,SBUF； 從AD7706中讀入轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù) MOV R4,A； 低8位存入R4中 JNB TI,﹩ CLR TI RET 輸入字節(jié)程序（判斷CMR的最高位）：INB2： CLR ； 對(duì)AD7706進(jìn)行操作 MOV A,08H； 對(duì)CMR進(jìn)行寫操作，下一操作選定CMR MOV SBUF，A MOV SBUF,A； 讀AD7706的CMR ANL A,10000000B ； 判斷位，若為0，則有有效數(shù)據(jù) JNZ INB2； 等待 MOV A,38H； 對(duì)CMR進(jìn)行寫操作，下一操作選定DOR MOV SBUF,A MOV A,SBUF MOV R3,A JNB TI,﹩ CLR TI MOV A,SBUF MOV R4,A JNB TI,﹩ RET參 考 文 獻(xiàn)[1] NIKOLAY ，SERGEY ，NESTOR ，羅均，謝少榮等譯．智能傳感器數(shù)據(jù)采集與信號(hào)處理．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006[2] 周傳德，宋強(qiáng)，文成．傳感器與測(cè)試技術(shù)．重慶：重慶大學(xué)出版社，[3] 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