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内燃机作为现代动力设备的主要组成部分之一，在工业、农业、能源和交通运输等领域获得了广泛的应用。由于内燃机结构复杂和工作环境恶劣等原因使其故障率较高，故内燃机的故障诊断，对提高设备的维修质量和效率是十分必要的。 内燃机的曲轴角振动信号含有丰富的内燃机工作状态信息，因而得到了国内外的广泛关注，是目前内燃机故障诊断领域的前沿和研究热点。角振动信号准确而简便的测量是进行内燃机故障角振动诊断的前提，针对目前尚无基于USB接口的商用便携式角振动信号测量仪器这一现状，本文运用单片机技术开发基于USB接口的便携式内燃机曲轴角振动信号测量仪器(本文简称PCMA)，具有一定创新性和实用价值。 按照虚拟仪器思想设计的PCMA由硬件和软件两大部分组成。硬件主要为角振动信号采集卡，采集卡首先利用51单片机按照T法进行瞬时转速的测量，然后利用PHILIPS公司的PDIUSBD12芯片实现采集卡与计算机的数据通信。以上述两种芯片为核心，完成了采集卡的设计、制作与调试，并采用Watch Dog方式解决了系统抗干扰问题。软件的设计主要进行了三方面的工作：一是采用C51编写了瞬时转速测量的单片机程序；二是采用USB协议编写了采集卡与计算机之间的数据通信程序；三是采用Driver Studio工具包开发了WDM型的USB驱动程序。软硬件设计都遵循测控系统可靠性设计原则，硬件设计重点考虑元器件选择和PCB布线；软件设计主要解决了程序失控的问题。 为了验证PCMA的正确性、可靠性与测量精度，本文进行了实验研究。将PCMA与经过标定的角振动测量分析系统(PTVM)进行了实验对比，实验结果验证了本文所研究的PCMA对角振动信号测量的准确性，显示了PCMA的工程应用前景。