CN101908885A - 双mcu控制多通道高速模拟信号采集器 - Google Patents

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Abstract

本发明双MCU控制多通道模拟信号采集器属于电子通信领域，涉及高速变化的模拟信号采集，并转换成数字信号传送给MCU进行处理。双MCU控制多通道模拟信号采集器由第一微控制器模块、第二微控制器模块，第一多通道A/D转换器模块，第二多通道A/D转换器模块，逻辑非门，用CPLD制作的可编程多通道选择器、第一多路模拟量输入接口和第二多路模拟量输入接口组成。第一微控制器模块的通用输入输出第0端口P0与第一多通道A/D转换器模块的数据总线DB相连，第一多通道A/D转换器模块的中断引脚INT与第一微控制器模块的中断第1引脚INT1相连。本发明结构新颖、切换速度高、信号响应快。两个MCU交替采集处理模拟信号数据，实时性好；易与控制和扩展，具有良好的可维护性。

Description

双MCU控制多通道高速模拟信号采集器
技术领域
本发明双微控制器(以下简称MCU)控制多通道模拟信号采集器属于电子通信领域，特别涉及高速变化的模拟信号采集，并转换成数字信号传送给MCU进行处理。
背景技术
数字信号通信稳定、易于控制和处理，是当前应用最多的通信方式。随着信息技术的发展，越来越多的模拟信号需要转换成数字信号。对于一般的低速模拟信号，可以通过一个MCU控制一个模拟/数字转换器(以下简称A/D)来实现，但是当模拟信号变化特别快时，很难保证所采集的模拟信号不失真，因此设计一款性能优越的高速模拟信号采集器就显得非常重要了。在文献《单片机与嵌入式系统应用》2008年第9期上，邱铁发表了“双MCU的CAN总线中继器设计”，文中采用两片AT89C51作为主控制单元，以双口RAM作为总线数据缓冲区，搭建CAN总线中继器控制系统，双MCU采用查询的方式进行联络。该文献中采用通用输入/输出引脚进行相联，但是，两个MCU之间不能采用中断的方式进行通信联络，影响双MCU通信效率。申请号为200710140206，公告号为100553149的发明专利“数字模拟转换器及转换方法”，公告了一种数字模拟转换器，是基于单路的转换方法而提出的，不能对多路模拟信号进行分时高速采集处理。
发明内容
本发明要解决的技术难题是如果采用传统的信号采集方法，采集多路高速变化的模拟信号，无法保证信号不失真。因为，A/D转换后数据一般要进行换算、数据处理和存储等操作，很难保证高速变化的模拟信号数据采集的实时性。而本发明的双MCU控制多通道高速模拟信号采集器，是采用硬件复杂可编程逻辑器件(以下简称CPLD)作为高速开关切换的带有多通道的高速处理模拟信号的装置，双MCU之间采用中断引脚相连接，灵活控制多通道高速模拟信号采集器采用高速多路开关来实现分时采集模拟信号，采集速度快，保证采集的实时性，解决了信号不失真问题。
本发明采用的技术方案是双MCU控制多通道模拟信号采集器由第一微控制器模块Ⅰ、第二微控制器模块Ⅱ，第一多通道A/D转换器模块Ⅲ，第二多通道A/D转换器模块Ⅳ，逻辑非门1，用CPLD制作的可编程多通道选择器2、第一多路模拟量输入接口3和第二多路模拟量输入接口4组成。
第一微控制器模块Ⅰ的通用输入输出第0端口P0与第一多通道A/D转换器模块Ⅲ的数据总线DB相连用来传输一个模拟信号采样点的数据，第一多通道A/D转换器模块Ⅲ的中断引脚INT与第一微控制器模块Ⅰ的中断第1引脚INT1相连，当第一多通道A/D转换器模块Ⅲ采样完成后向第一微控制器模块Ⅰ发中断信号，请求处理数据；第二微控制器模块Ⅱ的通用输入输出第0端口P0与第二多通道A/D转换器模块Ⅳ的数据总线DB相连用来传输模拟信号下一个采样点的数据，第二多通道A/D转换器模块Ⅳ的中断引脚INT与第二微控制器模块Ⅱ的中断第1引脚INT1相连，当第二多通道A/D转换器模块Ⅳ采样完成后向第二微控制器模块Ⅱ发中断信号，请求处理数据；第一微控制器模块Ⅰ的通用输入输出第1端口第1引脚P1.1作为联络信号与第二微控制器模块Ⅱ的中断第0引脚INT0相连，第二微控制器模块Ⅱ的通用输入输出第1端口第1引脚P1.1作为联络信号与第一微控制器模块Ⅰ的中断第0引脚INT0相连；第一微控制器模块Ⅰ的通用输入输出第1端口第0引脚P1.0与逻辑非门1的输入引脚EN_IN相连，作为逻辑非门1的输入信号；逻辑非门1的输出引脚EN_OUT连接到可编程多通道选择器2的多路选择切换控制引脚SEL_SW上；可编程多通道选择器2的开关状态1第0引脚SW10与第一多通道A/D转换器模块Ⅲ的模拟信号输入0通道CH0相连，可编程多通道选择器2的开关状态1第1引脚SW11与第一多通道A/D转换器模块Ⅲ的模拟信号输入1通道CH1相连；可编程多通道选择器2的开关状态2第0引脚SW20与第二多通道A/D转换器模块Ⅳ的模拟信号输入0通道CH0相连，可编程多通道选择器2的开关状态2第1引脚SW21与第二多通道A/D转换器模块Ⅳ的模拟信号输入1通道CH1相连，用来实现多路模拟量的分时切换；可编程多通道选择器2的多通道选择器输入端第0引脚SW0与第一模拟量输入接口3的模拟量输入第0引脚CH0_COM相连，可编程多通道选择器2的多通道选择器输入端第1引脚SW1与第二模拟量输入接口4的模拟量输入第1引脚CH1_COM相连。
用CPLD制作的可编程多通道选择器2逻辑功能真值表如下：
Figure BSA00000168376700031
本发明的效果是采用双MCU配合A/D转换器和可编程高速开关进行采集和处理模拟信号所转换的数据，用可编程逻辑器件制作的多路选择器，结构新颖、切换速度高，信号响应快。两个MCU交替采集和处理模拟信号数据，在时间上无需等待，实时性好。双MCU相互间通信，接口灵活方便，易与控制和扩展；具有良好的可维护，较好的经济性，制造方便，成本低。
附图说明
图1为双MCU控制多通道模拟信号采集器的总体结构图。其中，Ⅰ-第一微控制器模块，Ⅱ-第二微控制器模块，Ⅲ-第一多通道A/D转换器模块，Ⅳ-第二多通道A/D转换器模块，1-逻辑非门，2-可编程多通道选择器，3-第一模拟量输入接口，4-第二模拟量输入接口；INT0-中断第0引脚，INT1-中断第1引脚，INT-中断引脚，P0-通用输入输出第0端口，P1.0-通用输入输出第1端口第0引脚，P1.1-通用输入输出第1端口第1引脚，CH0-模拟信号输入0通道，CH1-模拟信号输入1通道，EN_IN-输入引脚，EN_OUT-输出引脚，SEL_SW-多路选择切换控制引脚，SW10-开关状态1第0引脚，SW11-开关状态1第1引脚，SW20-开关状态2第0引脚，SW21-开关状态2第1引脚，SW0-多通道选择器输入端第0引脚，SW1-多通道选择器输入端第1引脚，CH0_COM-模拟量输入第0引脚，CH1_COM-模拟量输入第1引脚。
图2为双MCU控制多通道模拟信号采集器软件控制流程图。
具体实施方式
下面结合说明书附图和技术方案详细说明本发明的具体实施方式：双MCU控制多通道模拟信号采集器电路模块连接关系，如说明书附图1所示。上电后，双MCU控制多通道模拟信号采集器软件控制流程，如说明书附图2所示。具体实现如下：
第一步：对第一微控制器模块Ⅰ定义变量SIG1-2，使其置1，并将通用输入输出第1端口第1引脚P1.1置1；对第二微控制器模块Ⅱ定义变量SIG2-1，使其清0，并将通用输入输出第1端口第1引脚P1.1置1。
第二步：第一微控制器模块Ⅰ通过中断第0引脚INT0来获取第二微控制器模块Ⅱ的状态信息，并判断SIG1-2是否真等于1，如果SIG2-1等于1，则进入第三步，否则在本步中循环，继续等待来自中断第0引脚INT0的中断请求发生，当中断发生时，将SIG1-2置1；第二微控制器模块Ⅱ通过中断第0引脚INT0来获取第一微控制器模块Ⅰ的状态信息，并判断SIG2-1是否真等于1，如果SIG2-1等于1，则进入第六步，否则在本步中循环，继续等待来自中断第0引脚INT0的中断请求发生，当中断发生时，将SIG2-1置1。
第三步：第一微控制器模块Ⅰ将变量SIG1-2清0，同时将通用输入输出第1端口第0引脚P1.0置1。并对可编程多通道选择器2进行控制多通道切换，可编程多通道选择器2逻辑功能真值表如下：
如说明书附图1所示，此时逻辑非门1的输入引脚EN_IN输入为1，则输出引脚EN_OUT输出为0，使可编程多通道选择器2的多路选择切换控制引脚SEL_SW清0，将可编程多通道选择器2切换到与第一多通道A/D转换器模块Ⅲ相连，使第一微控制器模块Ⅰ处于数据采集状态；此时第二微控制器模块Ⅱ进行数据处理。
第四步：第一微控制器模块Ⅰ进行数据采集，采集过程中要判断数据采集是否完成，如果采集完成，则由第一多通道A/D转换器模块Ⅲ的中断引脚INT触发第一微控制器模块Ⅰ的中断第1引脚INT1，使第一微控制器模块Ⅰ进行中断服务，并进入第五步处理，否则在本步中等待采集完成；此时第二微控制器模块Ⅱ进行数据处理或等待数据采集。
第五步：第一微控制器模块Ⅰ将通用输入输出第1端口第0引脚P1.0清0，如说明书附图1所示，此时逻辑非门1的输入引脚EN_IN输入为0，则输出引脚EN_OUT输出为1，使可编程多通道选择器2的多路选择切换控制引脚SEL_SW置1，将可编程多通道选择器2切换到与第二多通道A/D转换器模块Ⅳ相连。第一微控制器模块Ⅰ将通用输入输出第1端口第1引脚P1.1清0，触发第二微控制器模块Ⅱ的中断第0引脚INT0的中断请求发生，将SIG2-1置1。
第六步：第二微控制器模块Ⅱ将变量SIG1-2清0；此时第一微控制器模块Ⅰ进行数据处理或等待数据采集。
第七步：第二微控制器模块Ⅱ进行数据采集，采集过程中要判断数据采集是否完成，如果采集完成，则由第二多通道A/D转换器模块Ⅳ的中断引脚INT触发第二微控制器模块Ⅱ的中断第1引脚INT1，使第二微控制器模块Ⅱ进行中断服务，进入第八步处理，否则在本步中等待采集完成。
第八步：第二微控制器模块Ⅱ将通用输入输出第1端口第1引脚P1.1清0，触发第一微控制器模块Ⅰ的中断第0引脚INT0的中断请求发生，将SIG1-2置1，进入第二步处理。
本发明双MCU控制多通道模拟信号采集器，第一微控制器模块Ⅰ和第二微控制器模块Ⅱ进行分时交替采集和处理模拟信号，对高速变化的模拟信号适应能力强，可以对多通道输入的模拟信号进行实时采集，采用双微控制器，采集和处理数据延迟时间短，效率高，能够适应高速模拟信号的采集和处理。可编程多通道选择器2采用CPLD硬件可编程制作，切换速度高。双MCU配合多通道A/D转换器和可编程多通道选择器装置，具有很强的扩展性强，便于移植到其他模拟信号数据采集装置中。

Claims (1)

1.双MCU控制多通道模拟信号采集器，其特征是，双MCU控制多通道模拟信号采集器由第一微控制器模块(Ⅰ)、第二微控制器模块(Ⅱ)，第一多通道A/D转换器模块(Ⅲ)，第二多通道A/D转换器模块(Ⅳ)，逻辑非门(1)，用CPLD制作的可编程多通道选择器(2)、第一多路模拟量输入接口(3)和第二多路模拟量输入接口(4)组成；
第一微控制器模块(Ⅰ)的通用输入输出第0端口P0与第一多通道A/D转换器模块(Ⅲ)的数据总线DB相连，第一多通道A/D转换器模块(Ⅲ)的中断引脚INT与第一微控制器模块(Ⅰ)的中断第1引脚INT1相连；第二微控制器模块(Ⅱ)的通用输入输出第0端口P0与第二多通道A/D转换器模块(Ⅳ)的数据总线DB相连，第二多通道A/D转换器模块(Ⅳ)的中断引脚INT与第二微控制器模块(Ⅱ)的中断第1引脚INT1相连；第一微控制器模块(Ⅰ)的通用输入输出第1端口第1引脚P1.1作为联络信号与第二微控制器模块(Ⅱ)的中断第0引脚INT0相连，第二微控制器模块(Ⅱ)的通用输入输出第1端口第1引脚P1.1作为联络信号与第一微控制器模块(Ⅰ)的中断第0引脚INT0相连；第一微控制器模块(Ⅰ)的通用输入输出第1端口第0引脚P1.0与逻辑非门(1)的输入引脚EN_IN相连，作为逻辑非门(1)的输入控制信号；逻辑非门(1)的输出引脚EN_OUT连接到可编程多通道选择器(2)的多路选择切换控制引脚SEL_SW上；可编程多通道选择器(2)的开关状态1第0引脚SW10与第一多通道A/D转换器模块(Ⅲ)的模拟信号输入0通道CH0相连，可编程多通道选择器(2)的开关状态1第1引脚SW11与第一多通道A/D转换器模块(Ⅲ)的模拟信号输入1通道CH1相连；可编程多通道选择器(2)的开关状态2第0引脚SW20与第二多通道A/D转换器模块(Ⅳ)的模拟信号输入0通道CH0相连，可编程多通道选择器(2)的开关状态2第1引脚SW21与第二多通道A/D转换器模块(Ⅳ)的模拟信号输入1通道CH1相连；可编程多通道选择器(2)的多通道选择器输入端第0引脚SW0与第一模拟量输入接口(3)的模拟量输入第0引脚CH0_COM相连，可编程多通道选择器(2)的多通道选择器输入端第1引脚SW1与第二模拟量输入接口(4)的模拟量输入第1引脚CH1_COM相连。
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