專利名稱：雙mcu控制多通道高速模擬信號采集器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明雙微控制器(以下簡稱MCU)控制多通道模擬信號采集器屬于電子通信領(lǐng) 域，特別涉及高速變化的模擬信號采集，并轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號傳送給MCU進(jìn)行處理。
背景技術(shù)：
數(shù)字信號通信穩(wěn)定、易于控制和處理，是當(dāng)前應(yīng)用最多的通信方式。隨著信息技術(shù) 的發(fā)展，越來越多的模擬信號需要轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。對于一般的低速模擬信號，可以通過一 個MCU控制一個模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器(以下簡稱A/D)來實現(xiàn)，但是當(dāng)模擬信號變化特別快時， 很難保證所采集的模擬信號不失真，因此設(shè)計一款性能優(yōu)越的高速模擬信號采集器就顯得 非常重要了。在文獻(xiàn)《單片機與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用》2008年第9期上，邱鐵發(fā)表了 “雙MCU的 CAN總線中繼器設(shè)計”，文中采用兩片AT89C51作為主控制單元，以雙口 RAM作為總線數(shù)據(jù)緩 沖區(qū)，搭建CAN總線中繼器控制系統(tǒng)，雙MCU采用查詢的方式進(jìn)行聯(lián)絡(luò)。該文獻(xiàn)中采用通用 輸入/輸出引腳進(jìn)行相聯(lián)，但是，兩個MCU之間不能采用中斷的方式進(jìn)行通信聯(lián)絡(luò)，影響雙 MCU通信效率。申請?zhí)枮?00710140206，公告號為100553149的發(fā)明專利“數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器 及轉(zhuǎn)換方法”，公告了一種數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器，是基于單路的轉(zhuǎn)換方法而提出的，不能對多路 模擬信號進(jìn)行分時高速采集處理。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)難題是如果采用傳統(tǒng)的信號采集方法，采集多路高速變化的 模擬信號，無法保證信號不失真。因為，A/D轉(zhuǎn)換后數(shù)據(jù)一般要進(jìn)行換算、數(shù)據(jù)處理和存儲 等操作，很難保證高速變化的模擬信號數(shù)據(jù)采集的實時性。而本發(fā)明的雙MCU控制多通道 高速模擬信號采集器，是采用硬件復(fù)雜可編程邏輯器件(以下簡稱CPLD)作為高速開關(guān)切 換的帶有多通道的高速處理模擬信號的裝置，雙MCU之間采用中斷引腳相連接，靈活控制 多通道高速模擬信號采集器采用高速多路開關(guān)來實現(xiàn)分時采集模擬信號，采集速度快，保 證采集的實時性，解決了信號不失真問題。本發(fā)明采用的技術(shù)方案是雙MCU控制多通道模擬信號采集器由第一微控制器模 塊I、第二微控制器模塊II，第一多通道A/D轉(zhuǎn)換器模塊III，第二多通道A/D轉(zhuǎn)換器模塊IV， 邏輯非門1，用CPLD制作的可編程多通道選擇器2、第一多路模擬量輸入接口 3和第二多路 模擬量輸入接口 4組成。第一微控制器模塊I的通用輸入輸出第0端口 PO與第一多通道A/D轉(zhuǎn)換器模塊 III的數(shù)據(jù)總線DB相連用來傳輸一個模擬信號采樣點的數(shù)據(jù)，第一多通道A/D轉(zhuǎn)換器模塊III 的中斷引腳INT與第一微控制器模塊I的中斷第1引腳INTl相連，當(dāng)?shù)谝欢嗤ǖ繟/D轉(zhuǎn)換 器模塊III采樣完成后向第一微控制器模塊I發(fā)中斷信號，請求處理數(shù)據(jù)；第二微控制器模 塊II的通用輸入輸出第0端口 PO與第二多通道A/D轉(zhuǎn)換器模塊IV的數(shù)據(jù)總線DB相連用來 傳輸模擬信號下一個采樣點的數(shù)據(jù)，第二多通道A/D轉(zhuǎn)換器模塊IV的中斷引腳INT與第二 微控制器模塊II的中斷第1引腳INTl相連，當(dāng)?shù)诙嗤ǖ繟/D轉(zhuǎn)換器模塊IV采樣完成后向第二微控制器模塊II發(fā)中斷信號，請求處理數(shù)據(jù)；第一微控制器模塊I的通用輸入輸出第 1端口第1引腳Pi. 1作為聯(lián)絡(luò)信號與第二微控制器模塊II的中斷第0引腳INTO相連，第 二微控制器模塊II的通用輸入輸出第1端口第1引腳Pi. 1作為聯(lián)絡(luò)信號與第一微控制器 模塊I的中斷第O引腳INTO相連；第一微控制器模塊I的通用輸入輸出第1端口第0引腳 P1.0與邏輯非門1的輸入引腳EN_IN相連，作為邏輯非門1的輸入信號；邏輯非門1的輸 出引腳EN_0UT連接到可編程多通道選擇器2的多路選擇切換控制引腳SEL_SW上；可編程 多通道選擇器2的開關(guān)狀態(tài)1第0引腳SWlO與第一多通道A/D轉(zhuǎn)換器模塊III的模擬信號 輸入0通道CHO相連，可編程多通道選擇器2的開關(guān)狀態(tài)1第1引腳SWll與第一多通道A/ D轉(zhuǎn)換器模塊III的模擬信號輸入1通道CHl相連；可編程多通道選擇器2的開關(guān)狀態(tài)2第 0引腳SW20與第二多通道A/D轉(zhuǎn)換器模塊IV的模擬信號輸入0通道CHO相連，可編程多通 道選擇器2的開關(guān)狀態(tài)2第1引腳SW21與第二多通道A/D轉(zhuǎn)換器模塊IV的模擬信號輸入 1通道CHl相連，用來實現(xiàn)多路模擬量的分時切換；可編程多通道選擇器2的多通道選擇器 輸入端第0引腳SWO與第一模擬量輸入接口 3的模擬量輸入第0引腳CH0_C0M相連，可編 程多通道選擇器2的多通道選擇器輸入端第1引腳SWl與第二模擬量輸入接口 4的模擬量 輸入第1弓丨腳CH1_C0M相連。用CPLD制作的可編程多通道選擇器2邏輯功能真值表如下
SEL_SW引腳狀態(tài)多通道選擇功能描述0SWO與SWlO相連接；SWl與SWll相連接1SWO與SW2C相連接；SWl與SW21相連接本發(fā)明的效果是采用雙MCU配合A/D轉(zhuǎn)換器和可編程高速開關(guān)進(jìn)行采集和處理模 擬信號所轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)，用可編程邏輯器件制作的多路選擇器，結(jié)構(gòu)新穎、切換速度高，信號 響應(yīng)快。兩個MCU交替采集和處理模擬信號數(shù)據(jù)，在時間上無需等待，實時性好。雙MCU相 互間通信，接口靈活方便，易與控制和擴展；具有良好的可維護，較好的經(jīng)濟性，制造方便， 成本低。


圖1為雙MCU控制多通道模擬信號采集器的總體結(jié)構(gòu)圖。其中，I -第一微控制 器模塊，II -第二微控制器模塊，III -第一多通道A/D轉(zhuǎn)換器模塊，IV -第二多通道A/D轉(zhuǎn) 換器模塊，1-邏輯非門，2-可編程多通道選擇器，3-第一模擬量輸入接口，4-第二模擬量輸 入接口 ；INTO-中斷第0引腳，INTl-中斷第1引腳，INT-中斷引腳，PO-通用輸入輸出第 0端口，Pl. 0-通用輸入輸出第1端口第0引腳，Pl. 1-通用輸入輸出第1端口第1引腳， CHO-模擬信號輸入0通道，CHl-模擬信號輸入1通道，EN_IN-輸入引腳，EN_0UT_輸出引 腳，SEL_SW-多路選擇切換控制引腳，SWlO-開關(guān)狀態(tài)1第0引腳，SWll-開關(guān)狀態(tài)1第1引 腳，SW20-開關(guān)狀態(tài)2第0引腳，SW21-開關(guān)狀態(tài)2第1引腳，SffO-多通道選擇器輸入端第 0引腳，Sffl-多通道選擇器輸入端第1引腳，CH0_C0M-模擬量輸入第0引腳，CH1_C0M-模 擬量輸入第1引腳。
圖2為雙MCU控制多通道模擬信號采集器軟件控制流程圖。
具體實施例方式下面結(jié)合說明書附圖和技術(shù)方案詳細(xì)說明本發(fā)明的
具體實施例方式雙MCU控制多 通道模擬信號采集器電路模塊連接關(guān)系，如說明書附圖1所示。上電后，雙MCU控制多通道 模擬信號采集器軟件控制流程，如說明書附圖2所示。具體實現(xiàn)如下第一步對第一微控制器模塊I定義變量SIG1-2，使其置1，并將通用輸入輸出第 1端口第1引腳Pl. 1置1 ；對第二微控制器模塊II定義變量SIG2-1，使其清0，并將通用輸 入輸出第1端口第1引腳Pl. 1置1。第二步第一微控制器模塊I通過中斷第0引腳INTO來獲取第二微控制器模塊II 的狀態(tài)信息，并判斷SIG1-2是否真等于1，如果SIG2-1等于1，則進(jìn)入第三步，否則在本步 中循環(huán)，繼續(xù)等待來自中斷第0引腳INTO的中斷請求發(fā)生，當(dāng)中斷發(fā)生時，將SIG1-2置1 ； 第二微控制器模塊II通過中斷第0引腳INTO來獲取第一微控制器模塊I的狀態(tài)信息，并判 斷SIG2-1是否真等于1，如果SIG2-1等于1，則進(jìn)入第六步，否則在本步中循環(huán)，繼續(xù)等待 來自中斷第0引腳INTO的中斷請求發(fā)生，當(dāng)中斷發(fā)生時，將SIG2-1置1。第三步第一微控制器模塊I將變量SIG1-2清0，同時將通用輸入輸出第1端口 第0引腳Pl. 0置1。并對可編程多通道選擇器2進(jìn)行控制多通道切換，可編程多通道選擇 器2邏輯功能真值表如下 如說明書附圖1所示，此時邏輯非門1的輸入引腳EN_IN輸入為1，則輸出引腳EN_ OUT輸出為0，使可編程多通道選擇器2的多路選擇切換控制引腳SEL_SW清0，將可編程多 通道選擇器2切換到與第一多通道A/D轉(zhuǎn)換器模塊III相連，使第一微控制器模塊I處于數(shù) 據(jù)采集狀態(tài)；此時第二微控制器模塊II進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。第四步第一微控制器模塊I進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，采集過程中要判斷數(shù)據(jù)采集是否完 成，如果采集完成，則由第一多通道A/D轉(zhuǎn)換器模塊III的中斷引腳INT觸發(fā)第一微控制器模 塊I的中斷第1引腳INTl，使第一微控制器模塊I進(jìn)行中斷服務(wù)，并進(jìn)入第五步處理，否則 在本步中等待采集完成；此時第二微控制器模塊II進(jìn)行數(shù)據(jù)處理或等待數(shù)據(jù)采集。第五步第一微控制器模塊I將通用輸入輸出第1端口第0引腳Pl. 0清0，如說 明書附圖1所示，此時邏輯非門ι的輸入引腳EN_IN輸入為0，則輸出引腳EN_0UT輸出為 1，使可編程多通道選擇器2的多路選擇切換控制引腳SEL_SW置1，將可編程多通道選擇器 2切換到與第二多通道A/D轉(zhuǎn)換器模塊IV相連。第一微控制器模塊I將通用輸入輸出第1 端口第1引腳Pl. 1清0，觸發(fā)第二微控制器模塊II的中斷第0引腳INTO的中斷請求發(fā)生， 將 SIG2-1 置 1。第六步第二微控制器模塊II將變量SIG1-2清0 ；此時第一微控制器模塊I進(jìn)行 數(shù)據(jù)處理或等待數(shù)據(jù)采集。
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第七步第二微控制器模塊II進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，采集過程中要判斷數(shù)據(jù)采集是否完 成，如果采集完成，則由第二多通道A/D轉(zhuǎn)換器模塊IV的中斷引腳INT觸發(fā)第二微控制器模 塊II的中斷第1引腳INT1，使第二微控制器模塊II進(jìn)行中斷服務(wù)，進(jìn)入第八步處理，否則在 本步中等待采集完成。第八步第二微控制器模塊II將通用輸入輸出第1端口第1引腳Pl. 1清0，觸發(fā) 第一微控制器模塊I的中斷第0引腳INTO的中斷請求發(fā)生，將SIG1-2置1，進(jìn)入第二步處理。本發(fā)明雙MCU控制多通道模擬信號采集器，第一微控制器模塊I和第二微控制 器模塊II進(jìn)行分時交替采集和處理模擬信號，對高速變化的模擬信號適應(yīng)能力強，可以對 多通道輸入的模擬信號進(jìn)行實時采集，采用雙微控制器，采集和處理數(shù)據(jù)延遲時間短，效率 高，能夠適應(yīng)高速模擬信號的采集和處理?？删幊潭嗤ǖ肋x擇器2采用CPLD硬件可編程制 作，切換速度高。雙MCU配合多通道A/D轉(zhuǎn)換器和可編程多通道選擇器裝置，具有很強的擴 展性強，便于移植到其他模擬信號數(shù)據(jù)采集裝置中。
權(quán)利要求
雙MCU控制多通道模擬信號采集器，其特征是，雙MCU控制多通道模擬信號采集器由第一微控制器模塊(Ⅰ)、第二微控制器模塊(Ⅱ)，第一多通道A/D轉(zhuǎn)換器模塊(Ⅲ)，第二多通道A/D轉(zhuǎn)換器模塊(Ⅳ)，邏輯非門(1)，用CPLD制作的可編程多通道選擇器(2)、第一多路模擬量輸入接口(3)和第二多路模擬量輸入接口(4)組成；第一微控制器模塊(Ⅰ)的通用輸入輸出第0端口P0與第一多通道A/D轉(zhuǎn)換器模塊(Ⅲ)的數(shù)據(jù)總線DB相連，第一多通道A/D轉(zhuǎn)換器模塊(Ⅲ)的中斷引腳INT與第一微控制器模塊(Ⅰ)的中斷第1引腳INT1相連；第二微控制器模塊(Ⅱ)的通用輸入輸出第0端口P0與第二多通道A/D轉(zhuǎn)換器模塊(Ⅳ)的數(shù)據(jù)總線DB相連，第二多通道A/D轉(zhuǎn)換器模塊(Ⅳ)的中斷引腳INT與第二微控制器模塊(Ⅱ)的中斷第1引腳INT1相連；第一微控制器模塊(Ⅰ)的通用輸入輸出第1端口第1引腳P1.1作為聯(lián)絡(luò)信號與第二微控制器模塊(Ⅱ)的中斷第0引腳INT0相連，第二微控制器模塊(Ⅱ)的通用輸入輸出第1端口第1引腳P1.1作為聯(lián)絡(luò)信號與第一微控制器模塊(Ⅰ)的中斷第0引腳INT0相連；第一微控制器模塊(Ⅰ)的通用輸入輸出第1端口第0引腳P1.0與邏輯非門(1)的輸入引腳EN_IN相連，作為邏輯非門(1)的輸入控制信號；邏輯非門(1)的輸出引腳EN_OUT連接到可編程多通道選擇器(2)的多路選擇切換控制引腳SEL_SW上；可編程多通道選擇器(2)的開關(guān)狀態(tài)1第0引腳SW10與第一多通道A/D轉(zhuǎn)換器模塊(Ⅲ)的模擬信號輸入0通道CH0相連，可編程多通道選擇器(2)的開關(guān)狀態(tài)1第1引腳SW11與第一多通道A/D轉(zhuǎn)換器模塊(Ⅲ)的模擬信號輸入1通道CH1相連；可編程多通道選擇器(2)的開關(guān)狀態(tài)2第0引腳SW20與第二多通道A/D轉(zhuǎn)換器模塊(Ⅳ)的模擬信號輸入0通道CH0相連，可編程多通道選擇器(2)的開關(guān)狀態(tài)2第1引腳SW21與第二多通道A/D轉(zhuǎn)換器模塊(Ⅳ)的模擬信號輸入1通道CH1相連；可編程多通道選擇器(2)的多通道選擇器輸入端第0引腳SW0與第一模擬量輸入接口(3)的模擬量輸入第0引腳CH0_COM相連，可編程多通道選擇器(2)的多通道選擇器輸入端第1引腳SW1與第二模擬量輸入接口(4)的模擬量輸入第1引腳CH1_COM相連。
全文摘要
本發(fā)明雙MCU控制多通道模擬信號采集器屬于電子通信領(lǐng)域，涉及高速變化的模擬信號采集，并轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號傳送給MCU進(jìn)行處理。雙MCU控制多通道模擬信號采集器由第一微控制器模塊、第二微控制器模塊，第一多通道A/D轉(zhuǎn)換器模塊，第二多通道A/D轉(zhuǎn)換器模塊，邏輯非門，用CPLD制作的可編程多通道選擇器、第一多路模擬量輸入接口和第二多路模擬量輸入接口組成。第一微控制器模塊的通用輸入輸出第0端口P0與第一多通道A/D轉(zhuǎn)換器模塊的數(shù)據(jù)總線DB相連，第一多通道A/D轉(zhuǎn)換器模塊的中斷引腳INT與第一微控制器模塊的中斷第1引腳INT1相連。本發(fā)明結(jié)構(gòu)新穎、切換速度高、信號響應(yīng)快。兩個MCU交替采集處理模擬信號數(shù)據(jù)，實時性好；易與控制和擴展，具有良好的可維護性。
文檔編號H03M1/12GK101908885SQ20101021705
公開日2010年12月8日 申請日期2010年6月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月30日
發(fā)明者劉大偉, 夏鋒, 邱鐵 申請人:大連理工大學(xué)