[畢業(yè)設計精品]智能控制儀表簡單設計

1、智能控制儀表簡單設計【摘 要】：隨著傳感器技術、微電子技術、單片機技術的不斷發(fā)展,為智能控制儀表測控功能的完善、測控精度的提高和抗干擾能力的增強等提供了條件。本設計介紹了一種用變送器現(xiàn)場采集的溫、濕度等信號再經(jīng)a/d轉(zhuǎn)換送單片機進行處理,最后通過數(shù)碼顯示器,鍵盤等硬件設計實現(xiàn)了工作過程的自動化。一般的單片機系統(tǒng)在工業(yè)現(xiàn)場等惡劣的環(huán)境下容易死機,所以在本文中外加監(jiān)視電路對系統(tǒng)起保護作用。第1章 引言 儀器儀表是人類認識世界的工具,人們借助于各種儀器儀表對各種物理量進行度量,反映其大小與變化規(guī)律. 隨著人類認識能力的提高與科學技術不斷進步,儀器儀表技術得到了飛速發(fā)展.50 年代以前,儀器儀表多為指

2、針式,其理論基礎是機電學. 從50 年代起,電子技術特別是數(shù)字技術的發(fā)展,給儀表行業(yè)帶來了生機,各種數(shù)字式儀表相繼問世,許多傳統(tǒng)的指針式儀表相繼被淘汰,數(shù)字儀表使儀表外觀耳目一新,數(shù)據(jù)表達能力與總體性能都大幅提高. 70 年代中期,隨著微處理器的出現(xiàn)以及單片機的興起與應用,設計者將計算機特有的許多優(yōu)點引入儀表設計,隨之產(chǎn)生了一代嶄新的智能儀表,使儀表逐漸由數(shù)字型向智能化發(fā)展,其功能也由單一顯示功能轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂行畔⑻幚?、傳輸、存貯、顯示、控制等功能,使儀表性能產(chǎn)生了質(zhì)的飛躍.,品種繁多. 目前,我國儀器儀表有13 大類,1 300 多個產(chǎn)品. 其中自動化儀表及控制系統(tǒng)是和國民經(jīng)濟各產(chǎn)業(yè)部門關系最為

3、密切的一類產(chǎn)品,其傳感變送單元與主控裝置及i/o接口均正朝智能化方向發(fā)展.在本設計中采用以單片機作為儀表核心控制器件，可以利用a/d轉(zhuǎn)換芯片對標準信號進行采集、轉(zhuǎn)換，將輸入的模擬量轉(zhuǎn)換成單片機能夠檢測的數(shù)字量進行分析和監(jiān)測控制，同時可以利用鍵盤顯示電路將相關數(shù)據(jù)進行顯示。與此同時通過所查閱的資料我還了解到隨著測量技術的發(fā)展和微處理器的廣泛應用，單片機系統(tǒng)的電路越來越復雜，而系統(tǒng)的可靠性問題也越來越突出，一般的單片機系統(tǒng)在工業(yè)現(xiàn)場等惡劣的環(huán)境下容易死機，因此系統(tǒng)在這些場合要保證能夠穩(wěn)定的工作就必須外加監(jiān)視電路，在設計中采用了美國集把關定時器、電壓監(jiān)控和串行eeprom三項功能于一體的專用集成芯片

4、x5045。該芯片的應用將有利于簡化單片機系統(tǒng)的結構，增強功能、降低系統(tǒng)的成本，尤其是大大的增加了系統(tǒng)的可靠性。x5045中的看門狗對系統(tǒng)提供了保護功能。當系統(tǒng)發(fā)生故障而超過設置時間時，電路中的看門狗將通過reset信號向cpu作出反應。x5045提供了三個時間值供用戶選擇使用。它所具有的電壓臨控功能還可以保護系統(tǒng)免受低電壓的影響，當電源電壓降到允許范圍以下時，系統(tǒng)將復位，直到電源電壓返回到穩(wěn)定值為止。本次畢業(yè)設計旨在掌握智能控制儀表的設計方法，同時掌握在開發(fā)系統(tǒng)下實現(xiàn)部分軟件的仿真方法。第2章 控制系統(tǒng)的硬件設計硬件組成 智能儀表的硬件方框圖如圖2.1被測量轉(zhuǎn)換電路變送器組鍵盤顯示輸出單片機

5、a/d轉(zhuǎn)換器pc機串行通信接口芯片d/a轉(zhuǎn)換器記錄模擬機構 圖2.1 智能控制儀表的原理框圖圖2.2 at89c52引腳圖21 cpu的選擇6at89c52 芯片有40 個引腳，32 個外部雙向輸入/輸出（i/o）端口。同時內(nèi)含2 個外中斷口，3 個16 位可編程定時計數(shù)器，2 個全雙工串行通信口，2 個讀寫口線。at89c52 可以按照常規(guī)方法進行編程，也可以在線編程。其將通用的微處理器和flash 存儲器結合在一起，特別是可反復擦寫的flash存儲器可有效地降低開發(fā)成本?；谏鲜鎏攸c，可使電路極大地簡化，而且程序的編寫及固化也相當方便、靈活。at89c52的引腳如圖2.2所示。22 標準信

6、號轉(zhuǎn)換電路5設計要求實現(xiàn)05v,15v,010ma,420ma標準信號變換電路的設計,輸入信號范圍確定,輸出電壓范圍則取決于所選取的a/d轉(zhuǎn)換芯片的輸入電壓范圍，a/d轉(zhuǎn)換器選用的串行a/d轉(zhuǎn)換器tlc2543，它的最大輸入電壓范圍為，因此需完成四種不同信號與電壓信號的轉(zhuǎn)換。1. /轉(zhuǎn)換及/轉(zhuǎn)換（1）/轉(zhuǎn)換：此轉(zhuǎn)換電路只需在輸入與輸出電壓之間加一電壓跟隨器即可。電壓跟隨器，顧名思義，就是輸出電壓與輸入電壓是相同的，就是說，電壓跟隨器作為同相放大器的特例，在低頻情況下其放大倍數(shù)接近1，故稱為電壓跟隨器，電壓跟隨器的顯著特點就是，輸入阻抗高，而輸出阻抗低，一般來說，輸入阻抗要達到幾兆歐姆是很容易做

7、到的。輸出阻抗低，通?？梢缘綆讱W姆，甚至更低。因此常在信號處理中作用阻抗變換器。在電路中，電壓跟隨器一般做緩沖級及隔離級。因為，電壓放大器的輸出阻抗一般比較高，通常在幾千歐到幾十千歐，如果后級的輸入阻抗比較小，那么信號就會有相當?shù)牟糠謸p耗在前級的輸出電阻中。在這個時候，就需要電壓跟隨器來從中進行緩沖。起到承上啟下的作用。應用電壓跟隨器的另外一個好處就是，提高了輸入阻抗，這樣，輸入電容的容量可以大幅度減小，為應用高品質(zhì)的電容提供了前提保證。電壓跟隨器的另外一個作用就是隔離。具體電路如圖2.3所示。圖2.3 05v/o5v轉(zhuǎn)換電路（2）/轉(zhuǎn)換：采用同相放大器電路，如圖2.4所示。 圖2.4 15v

8、/o5v轉(zhuǎn)換電路error! no bookmark name given.2. 的轉(zhuǎn)換及的轉(zhuǎn)換（1）的轉(zhuǎn)換電路下圖2.5為所設計的i/v轉(zhuǎn)換電路。其實質(zhì)是一同相放大器電路，利用電流在電阻r上產(chǎn)生輸入電壓。在輸出端接負載時，需考慮轉(zhuǎn)換器的輸出驅(qū)動能力，一般在輸出端可再接一個電壓跟隨器作為緩沖器，的轉(zhuǎn)換也同此，由于采用同相端輸入，因此放大器a應選用共模抑制比較高的運算放大器，從電路結構可知，其輸入阻抗較低。圖2.5 010ma/o5v轉(zhuǎn)換電路（2）的轉(zhuǎn)換電路如圖2.6。圖2.6 420ma/o5v轉(zhuǎn)換電路23 a/d轉(zhuǎn)換器的選型設計3 8在單片機開發(fā)中,很多都要涉及到將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量,因此使

9、用adc的場合很多. 選擇一款合適的adc芯片就顯得尤為重要. 由于單片機往往要控制比較多的i/o口,因此使用并行adc會限制系統(tǒng)i/o口功能的擴展,采用串行adc比較適合那些低速采樣而控制管腳又比較多的系統(tǒng).tlc2543是有11個輸入端的12 bit模數(shù)轉(zhuǎn)換器,具有轉(zhuǎn)換快、穩(wěn)定性好、與微處理器接口簡單、價格低等優(yōu)點. 由于它帶有串行外設接口(spi) ,而51系列單片機沒有spi, 為了與tlc2543接口，可利用軟件合成spi操作，完成a/d數(shù)據(jù)的采集。2.3.1 tlc2543的特點及引腳tlc2543是12 bit串行a/d轉(zhuǎn)換器,使用開關電容逐次逼近技術完成a /d轉(zhuǎn)換過程. 由于

10、是串行輸入結構,能夠節(jié)省單片機的i/o資源. tlc2543的引腳排列如圖2.7所示圖2.7 tlc2543引腳圖圖1中a in0a in10為模擬輸入端; /cs為片選端; din為串行數(shù)據(jù)輸入端;dout為a/d轉(zhuǎn)換結果的三態(tài)串行輸出端; eoc為轉(zhuǎn)換結束端; clk為i/o時鐘; ref +為正基準電壓端; ref - 為負基準電壓端;vcc為電源; gnd為地.2.3.2 tlc2543使用方法控制字的格式：控制字為從date input端串行輸入的8 bit數(shù)據(jù), 它規(guī)定了tlc2543要轉(zhuǎn)換的模擬量通道、轉(zhuǎn)換后的輸出數(shù)據(jù)長度以及輸出數(shù)據(jù)的格式. 其功能為：數(shù)據(jù)寄存器的前4位(d7-

11、d4 )數(shù)據(jù)，用來選擇要求轉(zhuǎn)換的通道，d7d6d5d4=0000時選擇0通道，d7d6d5d4=0001時選擇1通道，依此類推。1011到1110代表分別選中測試電壓。d3d2d1用來選擇輸出數(shù)據(jù)長度，共有三種位數(shù)可供選擇：8位（精度較低，方便單字節(jié)串行數(shù)據(jù)傳輸），12位（標準位數(shù)），16位（低四位為零，便于16位串行數(shù)據(jù)傳輸）。選擇輸出數(shù)據(jù)長度為12位時，即d3d2=00或d3d2=10；d1，d0選擇輸入數(shù)據(jù)的導前位，d1：為“0”表示輸出數(shù)據(jù)的最大位導前（msb），為“1”時表示最小位導前，d0為“0”時表示輸出數(shù)據(jù)是單極性（無符號二進制），為“1”時表示雙極性（有符號二進制）。本設計采

12、用的是輸出數(shù)據(jù)長度為8位。tlc2543在每次i/o 周期讀取的數(shù)據(jù)都是上次轉(zhuǎn)換的結果，當前的轉(zhuǎn)換結果在下一個i/o周期中被串行讀出，第一次讀數(shù)由于內(nèi)部調(diào)整，讀取的轉(zhuǎn)換結果可能不準確。應丟失。轉(zhuǎn)換過程：tlc2543每次轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)傳送使用16個時鐘周期，并且在每次傳送周期之間插入 /cs時序。片選/cs為高, i/o clock、data input被禁止,data out呈高阻狀態(tài), eoc為高. 使/cs變低, i/o clock、data input使能, data out脫離高阻狀態(tài). 12個時鐘信號從i/o clock端依次加入,隨著時鐘信號的加入,控制字從data input一位一

13、位地在時鐘信號的上升沿時被送入tlc2543 (高位先送入) ,同時上一周期轉(zhuǎn)換的a /d數(shù)據(jù),即輸出數(shù)據(jù)寄存器中的數(shù)據(jù)從data out一位一位地移出. tlc2543收到第4個時鐘信號后,通道號也已收到,此時tlc2543開始對選定通道的模擬量進行采樣,并保持到第12個時鐘的下降沿. 在第12個時鐘下降沿, eoc變低,開始對本次采樣的模擬量進行a /d轉(zhuǎn)換,轉(zhuǎn)換時間約需10s,轉(zhuǎn)換完成后eoc變高,轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)在輸出數(shù)據(jù)寄存器中,待下一個工作周期輸出. 此后,可以進行新的工作周期.2.3.3 tlc2543與at89c52單片機的接口：89c52單片機沒有sp i接口,為了與tlc2543

14、接口可以用軟件功能來實現(xiàn)sp i接口,其硬件接口如圖2.8所示. 圖2.824 鍵盤、顯示電路的設計7在設計中我采用了hd7279a鍵盤顯示芯片做為鍵盤顯示驅(qū)動電路芯片。hd7279a 是標準28 引腳雙列直插式芯片。其接口電路和外圍電路簡單，且占用口線少，加之它具有較高的性能價格比。hd7279a可同時驅(qū)動8位共陰式數(shù)碼管（或64只獨立led）的顯示驅(qū)動芯片，該芯片同時可連接多達64鍵的鍵盤矩陣，一片即可完成led顯示及鍵盤接口的全部功能。hd7279a內(nèi)部含有譯碼器，可以直接接收bcd 碼或16進制碼，并同時具有2種譯碼方式。此外，還具有多種控制指令，例如：消隱、閃爍、左移、右移、段尋址等

15、。hd7279a是一種管理鍵盤和 led顯示器的專用智能控制芯片。它能對多達的鍵盤矩陣情況進行監(jiān)視，具有自動消除鍵抖動并識別按鍵代碼的功能。下面表2-1是hd7279引腳說明。2.4.1 hd7279a的特點1各位可獨立控制譯碼不譯碼、消隱和閃爍等屬性；2具有（循環(huán)）左移（循環(huán)）右移指令；3具有段尋址指令，可方便地用來控制獨立的led顯示管；464鍵鍵盤控制器內(nèi)含消抖電路。表2-1 hd7279引腳說明引腳名稱功能1,2vdd正電源3,5nc無連接，必須懸空。4vss接地6cs片選輸入端，此引腳為低電平時，可向芯片發(fā)送指令及讀取鍵盤數(shù)據(jù)7clk為數(shù)據(jù)串行傳送的同步時鐘輸入端，向芯片發(fā)送數(shù)據(jù)及讀

16、取鍵盤數(shù)據(jù)時，次引腳墊平上升沿表示數(shù)據(jù)有效。8data串行數(shù)據(jù)輸入/輸出端，當芯片接收指令時，此引腳為輸入端，當讀取鍵盤數(shù)據(jù)時，此引腳在“讀”指令最后一個時鐘的下降沿變?yōu)檩敵龆恕?key按鍵有效輸出端，平時為高電平，而檢測到有效按鍵時此引腳邊為低電平，10-16sg-sa段g - 段a 驅(qū)動輸出端.17dp小數(shù)點的驅(qū)動輸出端18-25dig0-dig7數(shù)字0-數(shù)字7驅(qū)動輸出，即8個 led 管的位驅(qū)動輸出端。26clko振蕩輸出端。27rcrc 振蕩連接端。其典型值為r=1.5k,c=15pf28reset復位端.該端由低電平變成高電平并保持25ms即復位結束。通常，該端接+5v即可解釋：re

17、set 為復位端。該端由低電平變成高電平并保持25ms 即復位結束。通常, 該端接+5v 電源。在需要較高可靠性的情況下, 可以連接一外部的復位電路,或直接由單片機控制。dig0dig7 分別為8 個led 管的位驅(qū)動輸出端。sasg 分別是led 數(shù)碼管的a 段g 段的輸出端dp為小數(shù)點的驅(qū)動輸出端。dig0dig7 和sasg 同時還分別是64 鍵盤的列線和行線端口, 完成對鍵盤的監(jiān)視、譯碼和鍵碼的識別。hd7279a 片內(nèi)具有驅(qū)動電路, 可以直接驅(qū)動1 英寸及其以下的led 數(shù)碼管, 使外圍電路變的簡單可靠。hd7279a 與微處理器間僅需4 條接口線, 其中cs 為片選信號( 低電平有

18、效) 。當微處理器訪問hd7279a 時, 應將片選端置為低電平。data 為串行數(shù)據(jù)端, 當向hd7279a 發(fā)送數(shù)據(jù)時, data 為輸入端;當通過hd7279a 輸出鍵盤代碼時, data 為輸出端。clk 為數(shù)據(jù)串行傳送的同步時鐘輸入端, 時鐘的上升沿表示數(shù)據(jù)有效。key 為按鍵信號輸出端, 在無鍵按下時為高電平; 而在有鍵按下時變?yōu)榈碗娖? 并一直保持到按鍵釋放為止。hd7279a的控制指令格式分為純指令和帶有數(shù)據(jù)的指令兩大類，以下分別給予介紹。. 純指令：. 帶有數(shù)據(jù)的指令：帶有數(shù)據(jù)的指令包括以下5種：()下載數(shù)據(jù)且按方式0譯碼。這種指令的格式為：d7d6d5d4d3d2d1d01

19、0000a2a1a0d7d6d5d4d3d2d1d0dpxxxd3d2d1d0該命令由二字節(jié)組成，前半部分為指令，后半部分為顯示內(nèi)容,其中a2a0為位地址，d0d3為數(shù)據(jù)。()下載數(shù)據(jù)且按方式1譯碼此指令與上一條指令基本相同，所不同的只是譯碼方式。該指令的譯碼方式為：d0d3的值對應于09和af。格式如下: d7d6d5d4d3d2d1d011001a2a1a0d7d6d5d4d3d2d1d0dpxxxd3d2d1d0 (）下載數(shù)據(jù)但不譯碼該指令的格式如下：d7d6d5d4d3d2d1d010010a2a1a0d7d6d5d4d3d2d1d0dpabcdefg在該指令格式中，a2，a1，a0為

20、位地址ag和dp為顯示數(shù)據(jù)，分別對應段led數(shù)碼管的各段。當相應的數(shù)據(jù)位為1時，該段點亮，否則該段不亮。（）閃爍控制88。此命令用于控制各個數(shù)碼管的閃爍屬性，dd分別對應數(shù)碼管18。在相應的各位中0表示閃爍，1表示不閃爍。開機后的缺省狀態(tài)為各位均不閃爍。具體指令格式如下: d7d6d5d4d3d2d1d010001000d7d6d5d4d3d2d1d0d8d7d6d5d4d3d2d1 ()讀鍵盤數(shù)據(jù)指令15該指令的格式如下：d7d6d5d4d3d2d1d000010101d7d6d5d4d3d2d1d0d7d6d5d4d3d2d1d0該指令主要用于從hd7279a讀出當前的按鍵代碼。2.4.2

21、 hd7279a與單片機的接口設計 hd7279a驅(qū)動的鍵盤顯示的接線如圖3.8所示。在鍵盤方面可以不用到的鍵，可以不用按鈕?？梢愿鶕?jù)你的需要，進行按鈕的增減。本設計用到一個鍵“顯示鍵”。 圖2.9 hd7279a驅(qū)動的鍵盤顯示電路 25 圖2.13 hd7279a與單片機的接口 d/a轉(zhuǎn)換器選型設計4在后向通道中采用da轉(zhuǎn)換器是計算機實現(xiàn)對模擬量控制的常用方式，而串行da轉(zhuǎn)換器由于接口電路簡單、易于遠程操作以及體積小、功耗低等優(yōu)點而廣泛應用于便攜式設備或分布式控制系統(tǒng)中。本設計對于d/a轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速度要求不高。設計中選用串行12位d/a轉(zhuǎn)換器tlc5617，完全滿足系統(tǒng)對分辨率的要求。圖2

22、.10 為tlc5617的引腳圖，表2-2 是 tlc5617引腳排列及引腳功能說明 。圖2.10 tlc5617引腳圖表2-2 tlc5617引腳排列及引腳功能說明 引腳名稱編號i/o說明din1i串行數(shù)據(jù)輸入sclk2i串行時鐘輸入cs3i芯片選擇，低電平有效outb4odac b模擬輸出agnd5模擬地refin6i基準電壓輸入outa7odac a 模擬輸出vdd8正電源圖2.11 tlc5617與單片機的接口單片機與tlc5617的接口電路如圖3.10所示。p0.6通過光電耦合器接tlc5617的sclk端，p0.5通過光電耦合器接tlc5617的din端，p0.7通過光電耦合器接t

23、lc5617的cs端。當片選cs為低電平時，輸入數(shù)據(jù)由時鐘定時以最高有效位在前的方式輸入tlc5617的16位移位寄存器。sclk輸入的下降沿把數(shù)據(jù)移入寄存器。然后cs的上升沿把數(shù)據(jù)送到tlc5617的內(nèi)部dac寄存器。所有cs的跳變應當發(fā)生在sclk輸入為低電平時。26 rs-232 串行通訊電路9由于at89c52單片機具有集成度高、面向控制、系統(tǒng)結構簡單、價格便宜等諸多優(yōu)點,因而在智能化儀器儀表、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)測量等方面有著廣泛的應用。但是,實際應用中單片機在數(shù)據(jù)處理能力、人機交互等方面往往不能滿足要求,因而通常用pc機來彌補單片機的這些不足。串行通信端口(serial communic

24、ation port)在系統(tǒng)控制的范疇中一直扮演著極其重要的角色，它不僅沒有因為時代的進步而遭淘汰，反而在規(guī)格上越來越先進，應用也越來越廣泛?，F(xiàn)在，串行通信端口(rs232)是計算機上的標準配置，用途上則以連接調(diào)制解調(diào)器來傳輸數(shù)據(jù)最為常見。rs232通信端口是每臺計算機上的必要配置，通常有coml與com2兩個端口。計算機上的rs232均是公頭，在一般個人計算機上的外觀如下圖。 圖3-11計算機上的串行端口端口共有9個引腳，每一個引腳都有其特定的名稱與用途，它們在計算機和連接線上的位置和定義如圖2.121：cd-carrier detect,載波檢查6：dsr-data set ready,

25、傳輸端待命2：rxd-receive，數(shù)據(jù)接受7：rts-request to send, 要求傳輸3：txd-transmit,數(shù)據(jù)傳輸8：cts-clear to send, 清除并傳輸4：dtr-data terminal ready,數(shù)據(jù)端待命9：ri-ring indicator, 響鈴指示5：gnd-ground,地線圖2.12 rs-232 電路是單片機采集電路部分與上位機之間的接口電路。單片機就是利用rs-232 串口通訊向pc機發(fā)送指令，以完成數(shù)據(jù)的遠距離傳輸。rs-232 是美國電子工程師協(xié)會正式公布的串行總線標準，也是目前最常用的串行接口標準，主要用來實現(xiàn)計算機與計算機之

26、間、計算機與外設之間的數(shù)據(jù)通訊。rs-232串行通訊是全雙工的，可以同時接受和發(fā)送，它的邏輯“1”是-5v-15v，邏輯“0”是+5v+15v。rs-232 串行接口總線適用于設備之間的通訊距離不大于15m，并且傳輸速率最大為20kbps。由于rs-232 和ttl 各自規(guī)定了自己的電氣標準,互不兼容,因此rs-232 與ttl 電路接口時需進行電平單介紹一種電平轉(zhuǎn)換。單電源rs-232 電平轉(zhuǎn)換集成電路: maxim 公司出品max 系列單電源供電rs-232 接收發(fā)送器可大大簡化rs-232 電平轉(zhuǎn)換電路。它具有功耗低、通信速率高、封裝形式多、單一電源供電、外接器件少等特點。它由充電泵電壓

27、變換器、驅(qū)動器（發(fā)送器）和接收器三個部分組成。2.6.1 +5v 到10v 雙充電泵電壓變換器+5v 到10v 的變換是由一種專利產(chǎn)品雙充電泵電壓變換器（見圖2.13）完成的。第一個充電泵電壓變換器的電容器c1 被充上+5v 電壓,輸出濾波電容器c3 上也充有+5v電壓,輸出電壓v+為+10v。第二個充電泵電壓變換器用電容器c2 將+10v 反相為-10v,保存-10v 在v-輸出濾波電容器c4 上。在停機方式下,v+通過一個1k 的內(nèi)部下拉電阻連接到vcc,同時v-通過一個1k 的內(nèi)部上拉電阻連接到地。圖2.13 電壓變換器電路2.6.2 rs-232 發(fā)送器發(fā)送器的輸入為ttl/cmos

28、電平,輸出rs-232 電平，當max 系列的電壓倍增器（cpe）的工作電壓為+5v，而rs-232 接受端負載為5k 時，發(fā)送器的輸出電壓為+8v 左右；空載時輸出電壓從（v+-0.6）v-之間變化，發(fā)送器的輸入端內(nèi)置400k的上拉電阻，當輸入端懸空時，被上拉到vcc，經(jīng)反相器，輸出端為低電平，上拉電阻耗電為15ua。所以懸空時的功耗最低2.6.3 rs-232 接收器接受器輸入為rs-232 電平，輸出為ttl/cmos 電平。不使用的接受器輸入、輸出端可以懸空。其輸入端內(nèi)置5k 的下拉電阻。當輸入端懸空時，被下拉至地，經(jīng)反相器，輸出為高電平。圖 2.14 max 232 引腳圖max23

29、2芯片是美信公司專門為電腦的rs-232標準串口設計的接口電路,使用+5v單電源供電。內(nèi)部結構基本可分三個部分： 第一部分是電荷泵電路。由1、2、3、4、5、6腳和4只電容構成。功能是產(chǎn)生+12v和-12v兩個電源，提供給rs-232串口電平的需要。 第二部分是數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換通道。由7、8、9、10、11、12、13、14腳構成兩個數(shù)據(jù)通道。其中13腳（r1in）、12腳（r1out）、11腳（t1in）、14腳（t1out）為第一數(shù)據(jù)通道。8腳（r2in）、9腳（r2out）、10腳（t2in）、7腳（t2out）為第二數(shù)據(jù)通道。ttl/cmos數(shù)據(jù)從t1in、t2in輸入轉(zhuǎn)換成rs-232數(shù)據(jù)從

30、t1out、t2out送到電腦dp9插頭；dp9插頭的rs-232數(shù)據(jù)從r1in、r2in輸入轉(zhuǎn)換成ttl/cmos數(shù)據(jù)后從r1out、r2out輸出。 第三部分是供電。15腳dng、16腳vcc（+5v）。正常工作時對c1-c4 的電容類型要求不是很高,例如max202 需要0、1uf 的電容,而max232 需要1uf 的電容,在所有的情況下10uf 以內(nèi)的電容均可使用。本系統(tǒng)選用max232 芯片實現(xiàn)ttl 與232 電平之間的轉(zhuǎn)換，與接口電路相連的一側是at89c52 單片機，另一側是gprs modem，由它們來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的無線傳輸。系統(tǒng)的rs-232串行通訊電路如圖2.15。圖2.1

31、5 rs-232串口電路原理圖27 看門狗電路2 測量技術的發(fā)展和微處理器的廣泛應用, 單片機系統(tǒng)的電路越來越復雜,而系統(tǒng)的可靠性問題也越來越突出,一般的單片機系統(tǒng)在工業(yè)現(xiàn)場等惡劣的環(huán)境下容易死機,要求系統(tǒng)在這些場合可靠穩(wěn)定的工作,就必須外加監(jiān)視電路。x5045 是在單片機系統(tǒng)中廣泛應用的一種看門狗芯片,他把上電復位、看門狗定時器、電壓監(jiān)控和e2 prom四種常用功能組合在單個芯片里, 以降低系統(tǒng)成本、節(jié)約電路板空間。其看門狗定時器和電源電壓監(jiān)控功能可對系統(tǒng)起到保護作用;512 8 位的e2 prom 可用來存儲單片機系統(tǒng)的重要數(shù)據(jù)。將其運用在溫度控制系統(tǒng)，取得了令人滿意的結果。2.7.1 x

32、5045 芯片的工作原理(1)引腳及功能x5045 的管腳排列如圖2.13 所示,他共有8 個引腳,各引腳的功能如下:cs :電路選擇端,低電平有效;so :串行數(shù)據(jù)輸出端;si :串行數(shù)據(jù)輸人端;sck:串行時鐘輸入端; wp :寫保護輸人端,低電平有效;reset :復位輸出端;vcc:電源端; vss :接地端。 圖2.13 x5045 的管腳圖(2)工作原理x5045 除了作為看門狗芯片使用外,另外一個基本的功能就是作為e2 prom 數(shù)據(jù)存儲器使用,內(nèi)部包含512 8 的串行e2 prom ,以保證系統(tǒng)在掉電后仍可維持重要數(shù)據(jù)不變。x5045 與mcu 采用流行的spi 總線接口方式

33、,可以和任意一款單片機的i/ o 口直接連接。數(shù)據(jù)在sck的上升沿由時鐘同步輸入,在整個工作期內(nèi),cs必須是低電平且wp 必須是高電平。如果在看門狗定時器預置的溢出時間內(nèi)沒有總線活動通常指cs引腳電平變化,那么x5045 將提供復位信號輸出以保證系統(tǒng)的可靠運行。x5045 內(nèi)部有一個“寫使能”鎖存器,在執(zhí)行寫操作之前該鎖存器必須被置位,在寫周期完成之后,該鎖存器自動復位。x5045 還有一個狀態(tài)寄存器,用來提供x5045狀態(tài)信息以及設置塊保護和看門狗的定時周期。對芯片內(nèi)部寄存器的讀寫均按一定的指令格式進行, 表1 為x5045 的指令格式。 數(shù)據(jù)讀寫時,msb(最高位) 在前。表1 中的a8

34、表示內(nèi)部存儲器的高地址位。在實際應用中,往往要對狀態(tài)寄存器進行讀寫操作,他是一個8 位的寄存器,用來標識芯片的忙閑狀態(tài)、內(nèi)部e2 prom 數(shù)據(jù)塊保護范圍以及看門狗定時器的定時周期,其內(nèi)部格式如表2 所示。表2 數(shù)據(jù)塊內(nèi)部格式xxwd1wd0bl1bl0welwip其中低2 位的wel ,wip 表示芯片鎖存器和寫數(shù)據(jù)的忙閑狀態(tài),塊保護bl1 ,bl0 表示內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器的保護范圍,一旦設置了保護位,則被保護的數(shù)據(jù)段只允許讀,寫操作是嚴格禁止的。看門狗定時器周期設置位wd1 ,wd0 可以由用戶通過編程自行設定看門狗的溢出時間,當全為0 時定時間為114 s ,如表3 所示。表3 看門狗超時周

35、期狀態(tài)寄存器看門狗超時周期 wd1 wd0 0 0 1.4秒 0 1 600毫秒 1 0 200毫秒 1 1 禁止2.7.2 x5045 芯片與52 內(nèi)核的單片機連接 圖2.14 x5045 與at89c52 的硬件接口電路28 電源部分由于時間限止，我采用了5v12v的直流穩(wěn)壓電源。第3章 系統(tǒng)的軟件設計系統(tǒng)軟件主要包括兩部分:一部分是單片機的程序，一部分是上位機的程序。3.1 下位機程序設計下位機主程序完成系統(tǒng)的初始化工作，啟動a/d轉(zhuǎn)換，將采集來的模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，然后分別執(zhí)行相應的子程序。主要子程序包括：顯示程序，鍵盤掃描程序， x5045讀/寫控制程序dac轉(zhuǎn)換程序。具體流程圖下圖

36、。具體程序見附錄。開 始始初 始 化啟動a/d轉(zhuǎn)換及數(shù)據(jù)采集讀 取 轉(zhuǎn) 換 數(shù)數(shù)據(jù)處理、啟動執(zhí)行調(diào)用鍵盤顯示程 串口中斷、發(fā) 送/接收定時器中 斷 、設置掃描控制顯示結果3.1.1 adc轉(zhuǎn)換程序模塊 該子程序主要完成對信號的采集，轉(zhuǎn)換。3.1.2 顯示程序模塊該子程序主要完成對采集、轉(zhuǎn)換后的信號進行顯示，hd7279a芯片構成的鍵盤顯示電路，按照其程序依次調(diào)用發(fā)送、收受程序，將單片機處理后的數(shù)據(jù)通過led數(shù)碼管顯示。3.1.3鍵盤掃描程序模塊 該子程序主要完成任務書中要求的對數(shù)碼管顯示的數(shù)據(jù)進行有關參數(shù)的設置3.1.4 dac轉(zhuǎn)換程序模塊該子程序主要完成數(shù)字變成模擬的功能，實現(xiàn)對模擬量控制的

37、常用方式。3.1.5 看門狗子程序模塊該程序主要完成對系統(tǒng)的監(jiān)控功能。3.2 上位機程序設計pc機的程序采用c語言設計，主要包括以下功能:與單片機部分進行通訊、顯示轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)、建立數(shù)據(jù)存儲文件等功能。程序流程圖如下圖所示。其程序流程圖如下圖。 開始串口初始化設置文件保存路徑接受正確與?否？n發(fā)送啟動轉(zhuǎn)換命令調(diào)用延時子程序打開新數(shù)據(jù)文件發(fā)送地址命令接收命令通訊成功，保存數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)文件夾轉(zhuǎn)換次數(shù)-1化轉(zhuǎn)換次數(shù)設定值?轉(zhuǎn)換次數(shù)清零化關閉文件化結 束yny 由于應用程序服務器與單片機之間的通信一般是短距離的，在考慮低成本的情況下采用串行、異步、單工方式即可，即用兩條信號線和一條地線完成數(shù)據(jù)的傳送，這就要

38、求在發(fā)送和接收之間制定一定的規(guī)則，使發(fā)送和接收之間協(xié)調(diào)一致。本系統(tǒng)根據(jù)pc機和單片機之間的特點編寫了串行發(fā)送和接收模塊實現(xiàn)了pc機和單片機之間的高速串行通信。上位機接收數(shù)據(jù)所用c語言程序包括初始化子程序和接收子程序。各子程序分別如下：void init_com1(void)/*初始化子程序*/ outportb(0x3fb,0x80);/*線控制寄存器高位置1，使波特率設置有效*/ outportb(0x3f8,0x18);/*波特率設置，與單片機波特率一致為4800bps*/ outportb(0x3f9,0x00); outportb(0x3fb,0x03);/*線控制寄存器設置，8位數(shù)據(jù)

39、位，1位停止位,無奇偶校驗*/ outportb(0x3fc,0x03);/*modem控制寄存器設置,使dtr和rts輸出有效*/ outportb(0x3f9,0x00);/*設置中斷允許寄存器，禁止一切中斷*/ void receive data(void)/*查詢方式接收數(shù)據(jù)子程序*/ while(!kbhit() while(!(inportb(0x3fd)&0x01);/*若接收寄存器為空，則等待*/ printf(%x ,inportb(0x3f8);/*讀取結果并顯示*/ getch(); 第4章 系統(tǒng)抗干擾措施抗干擾設計是單片機應用系統(tǒng)設計的重要組成部分，沒有良好的抗干擾措施

40、，系統(tǒng)就無法安全可靠的工作。當然，我們只能通過系統(tǒng)軟件、硬件設計盡可能的減少干擾帶來的影響，而不可能完全消除干擾。本系統(tǒng)在抗干擾方面考慮了如下的問題:a：電源去耦，在電源線和地線之間并聯(lián)47uf 和0.1uf 兩個去耦電容，并聯(lián)大電容為了去除低頻干擾，并聯(lián)小電容為了去除高頻干擾。b：加寬地線和電源線，加寬后的地線和電源線是信號線的7 倍。c：所有芯片可靠接地，并且接地線構成環(huán)路。d：手工布置元件和布線，連線盡可能短。e：雙面板兩面的線條盡可能垂直交叉。f：避免來自傳感器，測量信號功能模塊，控制信號功能信號的干擾，模擬電路通路通過隔離放大器隔離，數(shù)字電路通過光電耦合器進行隔離。g：軟件抗干擾設計

41、: 通常有數(shù)字濾波技術、軟件冗余、軟件陷阱、看門狗等技術。 結 論在本設計中，按照指導教師下達的要求認真完成設計，包括儀表的方案設計、標準信號的電路及a/d轉(zhuǎn)換、鍵盤顯示電路的連接、單片機的串行通訊接口電路、看門狗技術和d/a輸出控制等硬件電路，并完成相關的程序編寫及利用開發(fā)系統(tǒng)對部分軟件進行仿真。在設計時，我遇到過許多困難，我的指導老師吳春富老師熱心的為我答疑，許多老師也對我的畢業(yè)設計給予關注和指導，幫助我解決了許多難題，在此我表示感謝。附 錄org 0000hajmp startorg 0030hstart: mov sp,#07h; lcall tlc2543; lcall kmg; l

42、call hd7279a; lcall tlc5617; lcall kmg; ajmp start;；tlc2543接口子程序tlc2543: clr p0.0 ;清i/o時鐘setb p0.3 ;設置片選為高clr p0.3 ;設置片選為低mov r4, #08 ;先讀8 bitmov r3,#10hloop: djnz r3,loopmov a, r1 ;把方式/通道控制字放到aloop1: mov c,p0.2 ;讀轉(zhuǎn)換結果rlc a ;a寄存器左移,移入結果數(shù)據(jù)位,移出方式/通道控制位mov p0.1, c ;輸出方式/通道位setb p0.0 ;設置i/o時鐘為高clr p0.0

43、;清i/o時鐘djnz r4,loop1 ; r4不為0,則返回loop1mov r2,a ;轉(zhuǎn)換結果的8 bit放到r2中setb p0.3 ;設置片選為高ret ；d/a轉(zhuǎn)換程序；將要輸入八位存于r2 寄存器中,r3 寄存器存放循環(huán)次數(shù),r4 寄存器存放時間常數(shù)。；cs bit p0.7；din bit p0.5；sclkbitp0.6tlc5617：mov r4 , # 10h ;置延時時間常數(shù)clr cs ;片選有效mov r3 , # 08h ;置循環(huán)常數(shù)mov a ,r2 ; 8位送alcall dcha ;din 送入8 位數(shù)clr sclk;時鐘低電平setb cs;送入8 位

44、數(shù)有效,開始轉(zhuǎn)換lcall delay ;調(diào)延時子程序retdcha : nop ;空操作loop : clr sclk;產(chǎn)生下降沿rlc a ;數(shù)據(jù)送入標志位mov din ,c;數(shù)據(jù)送入tlc5617 寄存器setb sclk ;產(chǎn)生上升沿djnz r3 ,loop ;循環(huán)送數(shù)ret;返回delay: djnz r4 ,delay ;延時ret；x5045的讀/寫程序；cs bit p1.0；si bit p1.1；sck bit p1.2；so bit p1.3kmg:clr p1.2clr p1.0mov a ,#01h ；寫狀態(tài)寄存器指令字（wrsr）lcall outbyt ；寫入

45、x5045mov a,#00h ；初始狀態(tài)字，即設置x5045的超時復位時間為1.4s,存儲器陣列的內(nèi)容不寫保護lcall outbyt ;寫入x5045clr p1.2setb p1.0lcall wippoll ；等待寫入完成ret；寫一字節(jié)數(shù)據(jù)到eeprom中；地址在dptr中；數(shù)據(jù)在r2中 write：clr p1.2clr p1.0mov a ,#06h ;寫使能指令字(wren)lcall outbyt ;寫入使能令字setb p1.2setb p1.0mov a,dph ;dph的最低位為寫入地址的高位rrc amov a,#02h ;寫指令字(write)mov acc.3,c

46、 ;地址高位放入a8clr p1.0clr p1.2lcall outbyt ;寫入指令字和高位地址a8mov a,dpllcall outbyt ;寫入低8位地址mov a,r2lcall outbyt ;寫入一個字節(jié)的數(shù)據(jù)clr p1.2setb p1.0lcall wippoll;等待寫入完成retread:clr p1.2clr p1.0mov a,dph rrc amov a,#o3h ;讀指令字(read)mov b,dphmov acc.3,clcall outbyt ;寫入讀指令字和高位地址a8mov a,dpllcall outbyt ;寫入低8位地址lcall inbyt ;讀入一具字節(jié)的數(shù)據(jù)clr scksetb csret;向x5045寫入一個數(shù)據(jù)字節(jié)子程序.要寫入的數(shù)據(jù)(各種指令字,狀態(tài)字或?qū)懭雃epr