基于多單片機的數(shù)據(jù)測控硬件系統(tǒng)的設(shè)計

【摘 要】本文主要從單片機的基本特征出發(fā)，結(jié)合數(shù)據(jù)測控的需求，采用多個單片機的聯(lián)合工作的方式，進行數(shù)據(jù)測控的硬件系統(tǒng)設(shè)計，力圖進一步提高測控系統(tǒng)的穩(wěn)定性和適用性。闡述其基本工作原理和設(shè)計思路以及實現(xiàn)方法最終得出基于多單片機的數(shù)據(jù)測控硬件系統(tǒng)的雛形。

【關(guān)鍵詞】多單片機;數(shù)據(jù)測控;硬件系統(tǒng)設(shè)計

伴隨著軟件系統(tǒng)開發(fā)以及芯片技術(shù)的日漸成熟，單片機的應(yīng)用更加廣泛，并且在長期的實踐中日趨完善。市場上也涌現(xiàn)出了越來越多基于單片機的模塊化產(chǎn)品，功能強大的個中國單片機也在各自的領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用，這些單片機的確減輕了設(shè)計人員的工作負擔(dān)，但是這其中也不可避免的存在著一些問題，比如在設(shè)計中只考慮了與單片機相適應(yīng)的硬件條件，而沒有考慮與之對應(yīng)的軟件條件，所以在設(shè)計中硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)的分割較大，其次是在硬件選擇的過程中沒有將系統(tǒng)開發(fā)的周期和成本納入考慮范圍，從而大大降低了單片機的實效性。筆者將在下文中結(jié)合軟硬件綜合設(shè)計的思想，綜合多單片機進行數(shù)據(jù)測控硬件系統(tǒng)的設(shè)計。

1.單片機的硬件特征

單片機是微型計算機的簡稱，概括來說單片機具有體積小，質(zhì)量輕應(yīng)用方便的優(yōu)勢，具體來說單片機具有如下硬件特征：（1）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，在使用中更加便捷并且能夠?qū)崿F(xiàn)產(chǎn)品的模塊化，是目前較為先進的硬件設(shè)備；（2）可靠性和安全性高，從而為整體系統(tǒng)的穩(wěn)定提供了保障；（3）功能廣泛并且處理速度快，能夠較快對系統(tǒng)的工作和命令做出反應(yīng)，靈敏性較高；（4）能耗較低并且小巧，更加方便攜帶；（5）可控性高；（6）具有較強的環(huán)境適應(yīng)能力，因此其應(yīng)用范圍更加廣泛。

具體到數(shù)據(jù)測控當(dāng)中，單片機的應(yīng)用需要改變以往傳統(tǒng)醒目的孤立格局，應(yīng)該從具體的實施環(huán)境以及具體的操作要求出發(fā)，綜合多單片機進行測控，達到更好的系統(tǒng)整合效果，形成一個基本的數(shù)據(jù)測控硬件系統(tǒng)平臺，主要包括了計算機、顯示器、鍵盤以及工業(yè)測控現(xiàn)場，中間的數(shù)字量輸入輸出、模擬量輸入輸出等環(huán)節(jié)。

在生產(chǎn)過程的控制中，包括了信號的輸入和輸出兩個部分，單片機需要處理的則是包括了三類主要信號，分別是開關(guān)量信號以及模擬量信號和數(shù)字信號，這三個信號分別對應(yīng)了生產(chǎn)過程的運行情況以及工況。現(xiàn)場控制裝置和純數(shù)字設(shè)備的信號。具體來說針對第一類信號，通過單片機的測控能夠觀察被控設(shè)備的啟動和使用狀態(tài)，并且能夠測控報警信號等。針對第二類的模擬量信號，主要是根據(jù)不同的轉(zhuǎn)速、流量、壓力等反應(yīng)設(shè)備的使用情況。第三類的純數(shù)字設(shè)備的數(shù)字信號尅直接和單片機的數(shù)據(jù)線或者接口相連，因為其通用性較強，所以應(yīng)用比較方便。相比較前兩類信號，第三類數(shù)字信號更容易監(jiān)測，并且具有更加廣泛的應(yīng)用特征。

2.基于多單片機的數(shù)據(jù)測控硬件系統(tǒng)

2.1功能設(shè)計

（1）實現(xiàn)多單片機與生產(chǎn)過程之間的信息轉(zhuǎn)換，具體來說包括了AD轉(zhuǎn)換、電平轉(zhuǎn)換以及數(shù)字量的轉(zhuǎn)換等，這些信息傳遞和轉(zhuǎn)換是實現(xiàn)對生產(chǎn)過程的數(shù)據(jù)測控的基礎(chǔ)。

（2）信息傳輸：信息傳輸是基于多單片機的數(shù)據(jù)測控硬件系統(tǒng)的基礎(chǔ)功能，包括了多路信息的分時采集以及多路控制的分時操作等，對信息進行綜合篩選以及傳送，最終傳輸大CPU主板上，最終實現(xiàn)信息顯示的功能。

（3）參數(shù)存儲：在實際運用中基于多單片機的數(shù)據(jù)測控硬件系統(tǒng)還涵蓋了數(shù)據(jù)存儲的功能，通過對數(shù)據(jù)參數(shù)和信息進行存儲，起到數(shù)據(jù)測控的參照兩和變量分析的作用。

2.2軟件硬件平臺綜合設(shè)計

基于多單片機的數(shù)據(jù)測控系統(tǒng)的設(shè)計需要綜合硬件和軟件系統(tǒng)，其軟件系統(tǒng)主要分為兩個部分，一部分是主要用于硬件平臺上，其主要功能主要是實現(xiàn)對生產(chǎn)線長度的數(shù)據(jù)采集和具體的數(shù)據(jù)運算工作，其通過硬件皮昂太的軟件模塊有單片機的主程序共同組成一個系統(tǒng)軟件平臺，在這里實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的整合分析；另一部分是通訊軟件平臺，主要是起到傳遞數(shù)據(jù)以及傳達指令的作用。軟件系統(tǒng)是基于硬件系統(tǒng)的，在系統(tǒng)中發(fā)揮硬件平臺的潛力，并且在綜合利用現(xiàn)有硬件條件的前提下，讓系統(tǒng)測控的準(zhǔn)確性進一步提高。

3.技術(shù)特點分析

基于多單片機的數(shù)據(jù)測控硬件系統(tǒng)是在綜合運用了多個單片機的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的，通過對單片機的功能的進一步完善補充，結(jié)合系統(tǒng)本身的硬件軟件綜合設(shè)計，筆者認為其自身具有如下技術(shù)特點：

3.1開發(fā)的效率高

開發(fā)效率高主要是針對多單片機的優(yōu)勢而言的，因為單片機本身具有反應(yīng)靈敏、適應(yīng)性強以及可控性強和技術(shù)先進的優(yōu)勢，系統(tǒng)的開發(fā)必然會大大提高工作效率，其使用的價值也較高，與此同時，用戶只需要適當(dāng)?shù)膶浖M行修改基于能夠生成相對應(yīng)的應(yīng)用系統(tǒng)，因此可以說基于多單片機的數(shù)據(jù)測控硬件系統(tǒng)開發(fā)方便，可開發(fā)性高，具有較高的開發(fā)效率。

3.2具有良好的實時性

系統(tǒng)的實時性特征是與測評系統(tǒng)直接關(guān)聯(lián)的，數(shù)據(jù)測控本身是一個可變性較大的工作項目，對數(shù)據(jù)的動態(tài)把握是系統(tǒng)本身的一大優(yōu)勢。因為單片機反應(yīng)靈敏的特征，系統(tǒng)雜實際運用中具有良好的實效性，能夠及時準(zhǔn)確的反映生產(chǎn)過程的數(shù)據(jù)，通過信號的轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)的傳輸實現(xiàn)對整體工作狀況的把握，因此說基于多單片機的數(shù)據(jù)測控系統(tǒng)具有良好的實時性。

3.3提高工作效率

基于多單片機的數(shù)據(jù)測控系統(tǒng)具有較高的工作效率，因為系統(tǒng)本身的數(shù)據(jù)接收和傳輸?shù)臏?zhǔn)確性以及可靠性，保證了系統(tǒng)運行的安全，從而避免了在產(chǎn)品開發(fā)過程中的大量低水平的重復(fù)工作，一方面保證了平臺的可靠性的積累，一方面確保了平臺信息的準(zhǔn)確性、規(guī)范性和科學(xué)性。更加有力與對整個生產(chǎn)過程進行系統(tǒng)化的數(shù)據(jù)測控。

3.4安全性高

安全性主要是指保護數(shù)據(jù)的安全性，數(shù)據(jù)本身具有不可重復(fù)性，一旦數(shù)據(jù)丟失就無法找回，因此基于多單片機的數(shù)據(jù)測控因為單片機的數(shù)據(jù)存儲功能，能夠進一步確保數(shù)據(jù)的安全性。除此之外，在本次的數(shù)據(jù)測控系統(tǒng)設(shè)計中考慮了軟件系統(tǒng)，軟硬件系統(tǒng)的綜合應(yīng)用進一步提高了數(shù)據(jù)的可靠性和安全性。同時采取了一系列的防干擾措施，避免了數(shù)據(jù)信號遭到破壞，進一步確保了系統(tǒng)的安全性。

綜上所述，基于多單片機的數(shù)據(jù)測控技術(shù)能夠更加充分的發(fā)揮系統(tǒng)中的軟件和硬件資源，更進一步提高資源的利用效率，為更好地進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計和監(jiān)測創(chuàng)造條件。相信在未來，隨著單片機技術(shù)的日漸完善，其應(yīng)用范圍會更加廣闊，而數(shù)據(jù)測控系統(tǒng)的設(shè)計不僅需要考慮硬件系統(tǒng)，還需要綜合軟件系統(tǒng)的功能，進一步提高整個系統(tǒng)的穩(wěn)定和安全性能。多單片機技術(shù)是單片機技術(shù)應(yīng)用的延續(xù)和發(fā)展，在推動單片機的應(yīng)用上又向前邁了一大步。

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