單片機(jī)接口技術(shù)第十四章

.,單片機(jī)接口技術(shù)(C51版),第十四章單片機(jī)綜合應(yīng)用實(shí)例,.,14.1MCS-51單片機(jī)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸裝置,隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們對(duì)各種單片機(jī)控制系統(tǒng)的功能要求越來(lái)越高。例如水、電、煤氣表的自動(dòng)抄錄、IC卡電話機(jī)的話費(fèi)統(tǒng)計(jì)及稅控收款機(jī)等分布式系統(tǒng)中，人們希望能在中心機(jī)房通過(guò)公用電話網(wǎng)通過(guò)數(shù)據(jù)的傳輸實(shí)現(xiàn)對(duì)各測(cè)控點(diǎn)的監(jiān)控。此外，通過(guò)電話網(wǎng)對(duì)自動(dòng)化設(shè)備的遠(yuǎn)程調(diào)試、維修可以降低廠家的維修成本。借助在應(yīng)用中編程技術(shù)，單片機(jī)系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程在線升級(jí)。由于MCS-51單片機(jī)及其兼容機(jī)型仍在國(guó)內(nèi)單片機(jī)應(yīng)用中占有重要位置，本節(jié)以AT89C51單片機(jī)為例，對(duì)基于公話網(wǎng)的單片機(jī)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)進(jìn)行研究。,.,14.1.1電話網(wǎng)遠(yuǎn)程通信原理,我國(guó)的公用電話網(wǎng)采用的是FSK（頻移鍵控）制式，電話線上傳輸?shù)男盘?hào)為音頻信號(hào)，單片機(jī)處理只能處理數(shù)字信號(hào)，需要通過(guò)專用的調(diào)制解調(diào)芯片將單片機(jī)的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成音頻信號(hào)。本節(jié)把數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸裝置分為主叫和被叫兩部分。在雙方通信開(kāi)始之前，主叫由拔號(hào)芯片產(chǎn)生DTMF信號(hào)，DTMF信號(hào)經(jīng)調(diào)制解調(diào)芯片放大后送到電話線上發(fā)出被叫號(hào)碼。被叫收到振鈴信號(hào)后將雙方電話線連通，完成握手協(xié)議后即可進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。系統(tǒng)模型如圖14-1-1所示。,.,14.1.2系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì),14.1.2.1電路設(shè)計(jì)整個(gè)系統(tǒng)分為兩個(gè)部分，即主叫部分，和被叫部分。下圖是主叫電路原理圖。,圖14-1-2主叫電路原理圖,.,在遠(yuǎn)程通信系統(tǒng)中，主叫端由于需要通過(guò)拔號(hào)與被叫建立聯(lián)系，因此必須有拔號(hào)芯片，在本系統(tǒng)中選用的是HOLTEK公司的HT9200A。調(diào)制解調(diào)電路則選用OKI公司的專用MODEM芯片MSM7512B。此外系統(tǒng)還有摘掛機(jī)電路、鍵盤、顯示等部分協(xié)助完成拔號(hào)、數(shù)據(jù)輸入及顯示等功能。,.,被叫電路原理圖,.,14.1.3DTMF電路HT9200A,14.1.3.1引腳圖HT9200A是串行式DTMF電路，具有很好的溫度適應(yīng)性，其工作溫度范圍為-20+70，它采用8腳DIP或SOP封裝形式，其管腳排列如圖14-1-4所示。各引腳的功能說(shuō)明如下：CE：片選信號(hào)輸入端，低電平有效；X1、X2：3.579545MHz晶振接入端；VDD、VSS：電源正負(fù)輸入端，正常工作電壓范圍為25.5V，工作電流為2mA左右；CLK：串行數(shù)據(jù)的同步信號(hào)輸入端，fCLK為100kHz左右；DATA：串行數(shù)據(jù)輸入端；DTMF：DTMF信號(hào)輸出端。,圖14-1-4HT9200A引腳圖,.,14.1.3.2HT9200A工作原理,圖14-1-5所示為HT9200A的輸入輸出時(shí)序圖，當(dāng)CE為低電平時(shí)，選中芯片并在CLK的下降沿將串行口DATA上的數(shù)據(jù)鎖存。每個(gè)數(shù)據(jù)為5位二進(jìn)制碼，在CLK下降沿到來(lái)時(shí)，先鎖存低位，再鎖存高位。當(dāng)5位均為1時(shí)，結(jié)束DTMF的發(fā)送。HT9200A雙音頻發(fā)生器是專為微控制器接口而設(shè)計(jì)，也稱作拔號(hào)芯片，以串行方式與微控制器接口。單片機(jī)向HT9200A串行輸入要拔的號(hào)碼的對(duì)應(yīng)編碼，HT9200A則從其輸出端輸出對(duì)應(yīng)的音頻信號(hào)。例如單片機(jī)要拔的號(hào)碼中一位為“8”,則需向HT9200A的數(shù)據(jù)輸入端串行輸入“8”對(duì)應(yīng)的編碼“01000”，HT9200A則從其輸出端輸出852+1336Hz的音頻信號(hào)。表14-1-1所列為HT9200的輸入位碼組合與輸出頻率的對(duì)應(yīng)關(guān)系。,.,HT9200A控制時(shí)序,圖14-1-5HT9200A控制時(shí)序,.,輸入位碼組合與輸出頻率的對(duì)應(yīng)關(guān)系表,.,14.1.4FSK調(diào)制解調(diào)芯片MSM7512B,M7512B是OKI公司推出的半雙工FSKModem芯片,最大通信速率1200bps，符合ITU-TV.23規(guī)范，+3V+5V單電源供電。其模擬輸出可直接驅(qū)動(dòng)600通信電路，外圍電路簡(jiǎn)單，具有功耗低達(dá)0.1mW的掉電模式，可滿足低功耗電路的要求。M7512B包括調(diào)制和解調(diào)兩部分，圖14-1-6為該芯片的內(nèi)部功能框圖。其中Mod1、Mod2控制M7512B的工作模式調(diào)制/解調(diào)/掉電方式。,.,MSM7512B的工作模式,MSM7512B的工作模式由MOD1、MOD2控制，通過(guò)控制MOD1、MOD2可使MSM7512B在4種不同的工作模式下工作，見(jiàn)表14-1-2。,.,當(dāng)Mod2=0，Mod1=0時(shí)，M7512B工作于調(diào)制方式。XD輸入為“0”，“1”的數(shù)字調(diào)制信號(hào)，AO對(duì)應(yīng)輸出頻率為“2100Hz”，“1300Hz”的FM模擬信號(hào)。是模擬信號(hào)輸出的使能控制端。當(dāng)Mod2=0，Mod1=1時(shí)，M7512B工作于解調(diào)方式。AI輸入頻率為“2100Hz”，“1300Hz”的FM模擬信號(hào)，RD對(duì)應(yīng)輸出解調(diào)后的“0”，“1”數(shù)字信號(hào)。是輸入模擬信號(hào)的指示端。當(dāng)Mod2=1，Mod1=1時(shí)，M7512B工作于掉電方式，此時(shí)M7512B功耗僅0.1mW。,.,14.1.5數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓ぷ鬟^(guò)程,.,15.1.6軟件設(shè)計(jì),系統(tǒng)任務(wù)主要有鍵處理、顯示、通信任務(wù)、故障診斷任務(wù)。通信任務(wù)主要在鍵處理程序中完成。在主叫方完成拔號(hào)后等待被叫傳來(lái)應(yīng)答數(shù)據(jù)期間，應(yīng)當(dāng)開(kāi)串行中斷，從而及時(shí)接收被叫傳來(lái)的應(yīng)答數(shù)據(jù)。在鍵處理任務(wù)中，當(dāng)按下數(shù)字鍵時(shí)，應(yīng)當(dāng)根據(jù)通信雙方是否握手成功來(lái)區(qū)分該按下的數(shù)字代碼電話號(hào)碼還是要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。在握手成功后，連機(jī)指示燈點(diǎn)亮后,主叫每按一個(gè)數(shù)字鍵，則發(fā)送一位數(shù)據(jù)，若在握手成功后按下任何一個(gè)功能鍵，則掛機(jī)結(jié)束本次通信。,.,鍵處理程序流程圖,.,14.2工業(yè)洗衣機(jī)模糊控制器的設(shè)計(jì),模糊控制是智能控制發(fā)展的重要方向。自1974年英國(guó)工程師E.H.Mardani首次利用模糊控制邏輯研制成功模糊控制器以來(lái)，模糊控制理論及其應(yīng)用取得了很大的進(jìn)展。進(jìn)入二十世紀(jì)九十年代，模糊控制技術(shù)進(jìn)入商品化階段，并應(yīng)用于過(guò)程控制、模式匹配、機(jī)器人及專家系統(tǒng)，在提高產(chǎn)品的自動(dòng)化、智能化水平的同時(shí)取得良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。模糊控制技術(shù)被稱為“二十一世紀(jì)的核心技術(shù)”，尚在發(fā)展、完善之中。工業(yè)洗衣機(jī)廣泛應(yīng)用于賓館、飯店、醫(yī)院、部隊(duì)、學(xué)校、車站、客運(yùn)碼頭等洗滌衣物量大的場(chǎng)合。工業(yè)洗衣機(jī)洗滌時(shí)要耗費(fèi)大量的水和電。在我國(guó)淡水資源日益匱乏、能源需求急劇增加的今天，耗水、耗電的減少對(duì)保護(hù)環(huán)境、造福人民有著深遠(yuǎn)的意義。,.,14.2.1模糊控制器設(shè)計(jì),洗衣機(jī)模糊控制器是模糊控制洗衣機(jī)的核心,它在模糊理論的基礎(chǔ)上，根據(jù)各種傳感器的檢測(cè)信號(hào)，利用計(jì)算機(jī)技術(shù)，模仿人腦思維方式進(jìn)行控制。利用各種傳感器檢測(cè)布質(zhì)、布量、渾濁度等信息，單片機(jī)根據(jù)采集到的信息，經(jīng)過(guò)模糊推理決定出最佳的洗滌策略，包括洗滌時(shí)間、洗滌轉(zhuǎn)速、洗滌時(shí)進(jìn)水位及洗滌過(guò)程等。,.,14.2.1.1模糊控制器的結(jié)構(gòu),輸入變量主要有3個(gè)：布質(zhì)、布量、臟污程度輸出變量主要有5個(gè)：洗衣機(jī)的轉(zhuǎn)速、水位、洗滌時(shí)間、溫度及洗滌劑劑量。所以是3輸入5輸出結(jié)構(gòu)。如圖14-2-1所示。水溫在洗滌劑要求范圍內(nèi)對(duì)洗凈率的影響很小，因此將系統(tǒng)簡(jiǎn)化為3輸入4輸出的系統(tǒng)。在工業(yè)洗衣機(jī)洗滌過(guò)程中，主洗階段是最重要的，直接決定了洗滌效果及洗滌時(shí)間長(zhǎng)短，因此本節(jié)的模糊控制器以主洗階段為主要研究對(duì)象。,.,14.2.1.2模糊規(guī)則庫(kù)的建立,模糊規(guī)則庫(kù)是模糊控制器的核心單元，對(duì)模糊控制的效果起著至關(guān)重要的作用。模糊控制的輸入量是布質(zhì)、布量及渾濁度。布質(zhì)的論域?yàn)?%-100%含棉量，布量的論域?yàn)?-25Kg(洗衣機(jī)的額定負(fù)載)臟污程度以渾濁度傳感器采集的數(shù)據(jù)量化后論域?yàn)?-100。它們?cè)谄湔撚蛏系恼Z(yǔ)言值和與其對(duì)應(yīng)的模糊子集隸屬函數(shù)如圖14-2-2所示,.,2模糊控制規(guī)則的建立,洗滌流程的階段數(shù)。洗滌流程階段數(shù)由布質(zhì)、布量、污性、污染程度決定。推理所用原始數(shù)據(jù)主要根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定，計(jì)算中先將輸入變量值轉(zhuǎn)化為模糊量，再根據(jù)輸入模糊量查表確定洗滌流程階段數(shù)。如果主洗階段具有漂白操作，則主洗至少包含2個(gè)階段。處理階段數(shù)主要由輔料種類決定如表14-2-1所示，初洗階段數(shù)為1。,.,2）洗滌、脫水轉(zhuǎn)速。洗滌、均布、脫水時(shí)電機(jī)轉(zhuǎn)速主要和布質(zhì)、布量有關(guān)。脫水時(shí)先排水，再均布，最后脫水。脫水時(shí)電機(jī)轉(zhuǎn)速固定為兩檔，中脫與高脫。3）洗滌時(shí)間。洗滌時(shí)間由布量、渾濁程度決定。推理所用典型數(shù)據(jù)由實(shí)驗(yàn)確定。4）水位。水位主要和布質(zhì)、布量有關(guān)。典型數(shù)據(jù)主要由實(shí)驗(yàn)確定。5）水溫。主洗水溫和布質(zhì)、臟污性質(zhì)有關(guān)，也和洗滌劑類型有關(guān)。處理時(shí)水溫和輔料類別有關(guān)。6）輔料種類、料量。輔料種類由人工輸入確定。對(duì)同樣洗滌物狀態(tài)，不同洗滌劑需要量不同。對(duì)特定洗滌劑（白貓），劑量與布量、渾濁度關(guān)系筆者根據(jù)實(shí)踐得出了對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)表格，。7）脫水時(shí)間。脫水時(shí)間主要和布質(zhì)、布量有關(guān)。典型數(shù)據(jù)主要由實(shí)驗(yàn)確定。,.,14.2.2模糊推理軟件設(shè)計(jì),由于洗衣機(jī)的控制系統(tǒng)采用MCS-51單片機(jī)控制，程序采用C51語(yǔ)言設(shè)計(jì)。14.2.2.1模糊推理算法模糊量的隸屬函數(shù)全部采用梯形形式，可用參數(shù)a,b,c,d來(lái)表示。如圖14-2-3所示。對(duì)隸屬函數(shù)為三解形的變量，當(dāng)b與c取值相等時(shí)，梯形可簡(jiǎn)化為三角形。這樣便于軟件設(shè)計(jì)。輸入變量的模糊集及其隸屬函數(shù)參見(jiàn)圖14-2-2。模糊推理算法采用基本的Mandani算法，模糊推理結(jié)果的精確化采用加權(quán)平均法。,.,14.2.2.2洗滌流程及推理程序設(shè)計(jì),洗滌流程包含初洗、主洗（1、2、3