簡(jiǎn)易自動(dòng)控制原理實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

圖3 采樣電路原理圖

　　由于ATmega16 內(nèi)部ADC 為八選一數(shù)據(jù)通道，在具體實(shí)現(xiàn)某路數(shù)據(jù)采集時(shí)就必須更改多工選擇寄存器ADMUX 的數(shù)值。為能隨時(shí)更改通道，本設(shè)計(jì)采用主從方式，通過上位機(jī)發(fā)送給ATmega16 的數(shù)值來改變通道。同時(shí)，在串行接口接收中斷后，通過接收的數(shù)值的編碼也可用來改變ADC 相鄰兩次轉(zhuǎn)換之間的延時(shí)值，從而達(dá)到改變轉(zhuǎn)換速率的效果。本系統(tǒng)采用0 - 7 為通道選項(xiàng)，當(dāng)數(shù)據(jù)大于7 時(shí)為更改采樣速率值。當(dāng)數(shù)據(jù)更改操作完成后程序立即返回主程序，此時(shí)ADC 轉(zhuǎn)換由新的參數(shù)運(yùn)行。

　　2. 3 下位機(jī)軟件設(shè)計(jì)

　　下位機(jī)軟件包括信號(hào)發(fā)生器軟件和數(shù)據(jù)采集軟件兩部分。信號(hào)發(fā)生器采用AT89S52 型單片機(jī)加AD9833 型的DDS 芯片構(gòu)成，軟件編程使用環(huán)境為Keil uVision 4.數(shù)據(jù)采集模塊采用ATmega16 型單片機(jī)構(gòu)成，軟件編程使用環(huán)境為AVR GCC 和AVR studio 4.下位機(jī)軟件設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是能使程序能即時(shí)完成數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送，同時(shí)保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確，為此，系統(tǒng)采用中斷響應(yīng)的方式完成串行數(shù)據(jù)接收，同時(shí)完成ADC 轉(zhuǎn)換以及數(shù)據(jù)的發(fā)送。下位機(jī)程序分為主程序、串行接收中斷和ADC 轉(zhuǎn)換完成中斷三部分，其流程圖如圖4 所示。在主程序中主要完成串口和ADC 寄存器的初始化，初始化完成后啟動(dòng)片內(nèi)ADC 的第一次轉(zhuǎn)換，隨即系統(tǒng)進(jìn)入等待中斷狀態(tài)，若接收到停止信號(hào)，系統(tǒng)馬上停止。當(dāng)系統(tǒng)響應(yīng)到串行接收數(shù)據(jù)中斷，通過接收的數(shù)值對(duì)ADC 轉(zhuǎn)換的通道和采集速度進(jìn)行相應(yīng)的修改，當(dāng)修改完成后立即返回主程序。當(dāng)ADC 每次轉(zhuǎn)換完成相應(yīng)標(biāo)志位置位，程序跳轉(zhuǎn)到ADC 轉(zhuǎn)換并完成中斷運(yùn)行。此時(shí)系統(tǒng)讀取轉(zhuǎn)換的數(shù)值并處理，隨即通過串口將該數(shù)據(jù)發(fā)送給上位機(jī)。當(dāng)串口數(shù)據(jù)發(fā)送完成后起動(dòng)延時(shí)； 另外當(dāng)延時(shí)完成后，系統(tǒng)將ADC 轉(zhuǎn)換起動(dòng)標(biāo)志位置位，然后進(jìn)行下一次轉(zhuǎn)換。下位機(jī)程序運(yùn)行的整個(gè)過程中，系統(tǒng)通過中斷方式完成，具有響應(yīng)及時(shí)、提高單片機(jī)處理內(nèi)部和外部事件能力的優(yōu)點(diǎn)。

圖4 下位機(jī)程序流程圖　　2. 4 上位機(jī)前面板設(shè)計(jì)

　　系統(tǒng)采用LabVIEW 開發(fā)平臺(tái)制作上位機(jī)軟件，即在PC 機(jī)上設(shè)計(jì)出虛擬示波器。系統(tǒng)虛擬示波器上位機(jī)軟件界面如圖5 所示。從圖5 可知，上位機(jī)具有串口參數(shù)調(diào)節(jié)、數(shù)據(jù)波形顯示、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)回放、以及采樣通道及速率選擇等功能。虛擬示波器在波形顯示過程中，用戶可根據(jù)個(gè)人喜好對(duì)曲線顏色、數(shù)據(jù)采集速率和通道等參數(shù)的進(jìn)行設(shè)置。同時(shí)在實(shí)驗(yàn)過程中，可以點(diǎn)擊波形存儲(chǔ)按鈕對(duì)接收到的數(shù)據(jù)以TXT 或其他格式的文件存儲(chǔ)在PC 機(jī)硬盤或其他外部磁盤中。用戶可根據(jù)需要隨時(shí)通過數(shù)據(jù)回放按鈕選擇文件查看數(shù)據(jù)波形或者將數(shù)據(jù)文件提供給Matlab 和Exel 等數(shù)據(jù)處理軟件進(jìn)行分析處理，使用非常靈活方便。