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由于RS-232C的逻辑0电平规定为+5~+15V，逻辑1电平规定为-15~ -5V，因此，在与TTL电路接口时必须经过电平转换。下面简单介绍一下常用的RS-232C电平转换芯片MAX232。 MAX232是MAXIM公司生产的、包含两路接收器和驱动器的RS-232C电平转换芯片，适用于各种232通信接口。MAX232芯片内部有一个电源电压变换器，可以把输入的+5V电源电压变换成为RS-232C输出电平所需的+10V或-10V电压。所以，采用此芯片接口的串行通信系统只需单一的＋5V电源就可以了。由于其适应性强，加之价格低廉，硬件接口简单，所以被广泛采用。
MAX232引脚功能说明
第一部分是电荷泵电路。由1、2、3、4、5、6脚和4只电容构成。功能是产生+12v和-12v两个电源，提供给RS-232串口电平的需要。
第二部分是数据转换通道。由7、8、9、10、11、12、13、14脚构成两个数据通道。其中13脚（R1IN）、12脚(R1OUT)、11脚(T1IN)、14脚(T1OUT)为第一数据通道。8脚(R2IN)、9脚(R2OUT)、10脚(T2IN)、7脚(T2OUT)为第二数据通道。TTL/CMOS数据从T1IN、T2IN输入转换成RS-232数据从T1OUT、T2OUT送到电脑DB9插头；DB9插头的RS-232数据从R1IN、R2IN输入转换成TTL/CMOS数据后从R1OUT、R2OUT输出。
第三部分是供电。15脚GND、16脚VCC(+5v)。
图3.12 串口接入电路图
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3.3.3采集模块的设计
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由硬件电路获得所需的振动信号以后，需进行A/D采集，通过串口通讯传入PC机中，使用上位机程序进行后续处理。A/D采集功能及传输功能采用C8051F340单片机上集成的USB和10位ADC转换模块来实现。
采集模块的总体电路原理图
图3.13 采集模块的原理总图
本系统主要有两大部分：上位机微处理器控制系统和下位机测量系统。上位机微处理器控制系统是控制系统的核心，是负责与下位机通信并完成信息收集和与计算机串口通信功能的，具体由通过单片机内部集成的USB与计算机的连接部分、单片机和信号分析三部分组成。下位机测量系统负责对测量点的振动信号测量，上位机控制系统的主要组成硬件有： C8051F340单片机、下位机信息采集系统的硬件组成有振动信号传感器、C8051F340单片机、74CH14信号处理芯片。
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AD544L 74CH14 第 18 页 共 35 页
C8051F340单片机 PC机 MAX232
图3.14 下位机结构图
PC机 MAX232 C8051F340单片机 AD544L 74CH14 图3.15 上位机结构图
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4 系统软件设计
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系统的软件主要是根据单片机对振动信号的分析，利用C语言和汇编语言在MATLAB软件中实现的通过导入数字信号中实现轴承故障的诊断跟检测。
4.1主程序方案
主程序调用三个子程序，分别是振动信号采集程序、特征故障频率选择程序、数据上传程序。
（1） 振动信号采集程序：对信号采集模块送过来的数据进行处理，进行判断。 （2）数据上传程序：检测采集过来的含有故障特性频率的数字信号。 （3） 系统框图见附录
4.2主要流程图介绍
按照模块化设计的思想，系统中各主要功能模块均编成独立的函数在主程序中加以调用，程序主要由以下功能模块组成：基于74CH14触发器震动信号采集函数、AD转换程序、基于MAX232的串口通信程序。数据处理程序对接收到的有效数据进行简单的计算处理后将其通过串口发送到计算机，进一步的分析和处理。
根据硬件整体设计方案，本系统的软件设计采用模块化、结构化得设计方法，整个系统为上位机程序设计部分和下位机程序部分，其中下位机主要包括信号监测模块、数据转换模块，上位机主要包括数据处理模块。软件的整体设计流程如图。整个系统的各个部分都是服务于数据处理这个目的。所以，在整个系统的软件设计中，数据处理是关键
。
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初始化 信号采集 第 20 页 共 35 页
发送数据 送pc 数据处理 接收数据 图4.1整体数据处理过程
4.2.1 主程序流程图
由于轴承的振动产生的振动频率经振动传感器转换为振动信号，由于信号的电压很低，需要基于AD554L放大芯片的放大电路进行放大，然后再由滤波电路进行滤波，才能获得A/D转换器所需要的具有特征振动频率的模拟信号，由A/D转换器进行模转数，获得数字信号。
由于本系统不需要电脑与单片机进行反馈，C8051F340单片机用于对轴承故障诊断中测试信号的采集, 由于C8051F340单片机内部集成了高精度时钟源、电压调节器、A/D转换器以及用于A/D转换的参考电压源等丰富的片上外设, 因此在对数据采集模块硬件设计时, 无需扩展上述模块, 使得硬件结构简单, 集成度高. 通过片上MAX232接口, C8051F340单片机与PC机连接; REGIN为内部电压调节器输入端, 可以外接5V电源, 也可以与VBUS连接, 单片机由USB供电. 此时, C8051F340单片机的VDD端可看作+3. 3V电源, 可给外部器件供电. P2. 0~ P2. 3为四路模拟输入通道. C8051F340单片机片内10位A/D测量的输入范围为0~VREF* 1023/1024,选择内部参考电压VREF=2. 44V, 因加速度传感器电压输出范围为- 12~ + 12V, 需加处理电路，使其达到单片机A/D的可测量范围。