【正文】 H和TL以及配置寄存器的設(shè)置值均以一個(gè)字節(jié)的形式存儲(chǔ)在EEPROM中，使用一個(gè)存儲(chǔ)功能命令可對(duì)其寫(xiě)入。（二）顯示部分可以用數(shù)碼管顯示，電路如下圖24所示。采用了MAX7219驅(qū)動(dòng)器，對(duì)溫度值進(jìn)行實(shí)時(shí)輸出顯示，根據(jù)精度要求，設(shè)置一位小數(shù)。圖24 LED顯示電路（三）鍵盤(pán)輸入單片機(jī)監(jiān)電路設(shè)計(jì)的好壞，直接影響到整個(gè)系統(tǒng)工作的可靠性。在設(shè)計(jì)完單片機(jī)系統(tǒng)，并在實(shí)驗(yàn)室調(diào)試成功后，在現(xiàn)場(chǎng)卻出現(xiàn)了“死機(jī)”、“程序跑飛” 等現(xiàn)象，而用仿真器調(diào)試時(shí)卻無(wú)此現(xiàn)象發(fā)生或極少發(fā)生此現(xiàn)象。有時(shí)會(huì)發(fā)現(xiàn)在關(guān)閉電源后的短時(shí)間內(nèi)再次開(kāi)啟電源，單片機(jī)系統(tǒng)會(huì)工作不正常，這些都很可能是由單片機(jī)監(jiān)控電路設(shè)計(jì)的不可靠引起的。單片機(jī)監(jiān)控電路主要有監(jiān)控和看門(mén)狗兩個(gè)功能。（四）通訊電路設(shè)計(jì)通信電路采用無(wú)線通信芯片來(lái)完成。無(wú)線通信芯片種類繁多，方案選擇CC1000來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)線通信。CC1000是根據(jù)Chipcon公司的SmartRF技術(shù)， CMOS工藝下制造的一種理想的超高頻單片收發(fā)通信芯片。它的工作頻帶在31868及915MHz，但CC1000很容易通過(guò)編程使其工作在300～1000MHz范圍內(nèi)。它具有低電壓（～），極低的功耗，可編程輸出功率（20～10dBm），高靈敏度（一般109dBm），小尺寸（TSSOP28封裝），集成了位同步器等特點(diǎn)。，具有250Hz步長(zhǎng)可編程頻率能力，適用于跳頻協(xié)議；主要工作參數(shù)能通過(guò)串行總線接口編程改變，使用非常靈活。 CC1000 可通過(guò)簡(jiǎn)單的三線串行接口(PDATA、 PCLK 和PALE) 進(jìn)行編程，有36個(gè)8位配置寄存器，每個(gè)由7位地址尋址。一個(gè)完整的CC1000配置，要求發(fā)送29個(gè)數(shù)據(jù)幀，每個(gè)16位（7個(gè)地址位，1個(gè)讀/寫(xiě)位和8個(gè)數(shù)據(jù)位）。PCLK 頻率決定了完全配置所需的時(shí)間。在10MHz的PCLK頻率工作下，完成整個(gè)配置所需時(shí)間少于60μs。在低電位模式設(shè)置時(shí)，僅需發(fā)射一個(gè)幀，所需時(shí)間少于2μs。所有寄存器都可讀。在每次寫(xiě)循環(huán)中，16位字節(jié)送入PDATA通道，每個(gè)數(shù)據(jù)幀中7個(gè)最重要的位（A6：0）是地址位，A6是M鍵盤(pán)（最高位），首先被發(fā)送。下一個(gè)發(fā)送的位是讀/寫(xiě)位（高電平寫(xiě)，低電平讀），在傳輸?shù)刂泛妥x/寫(xiě)位期間，PALE （編程地址鎖存使能）必須保持低電平，接著傳輸8 個(gè)數(shù)據(jù)位（D7：0），PDATA 在PCLK 下降沿有效。當(dāng)8位數(shù)據(jù)位中的最后一個(gè)字節(jié)位D0 裝入后，整個(gè)數(shù)據(jù)字才被裝入內(nèi)部配置寄存器中。經(jīng)過(guò)低電位狀態(tài)下編程的配置信息才會(huì)有效，但是不能關(guān)閉電源[5]。 微控制器使用3個(gè)輸出引腳用于接口（PDATA、PCLK、PALE），與PDATA相連的引腳必須是雙向引腳，用于發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。提供數(shù)據(jù)計(jì)時(shí)的DCLK 應(yīng)與微控制器輸入端相連，其余引腳用來(lái)監(jiān)視LOCK 信號(hào)（在引腳CHP_OUT）。當(dāng)PLL 鎖定時(shí)，該信號(hào)為邏輯高電平。 方案三：溫度檢測(cè)采用美國(guó)模擬器件公司（ADI）生產(chǎn)的恒流源式模擬溫度傳感器AD590。它兼有集成恒流源和集成溫度傳感器的特點(diǎn)，具有測(cè)溫誤差小，動(dòng)態(tài)阻抗低，傳輸距離遠(yuǎn)，體積小，微功耗等特點(diǎn)。AD590配以ICL7016型單片A/D轉(zhuǎn)換器即可構(gòu)成三位半液晶顯示的溫度傳感器，通信采用RS485標(biāo)準(zhǔn)。（一）溫度采集電路AD590是由美國(guó)哈里斯（Hrris）公司、模擬器件公司（ADI）等生產(chǎn)的恒流源式模擬溫度傳感器。它兼有集成恒流源和集成溫度傳感器的特點(diǎn)，具有測(cè)溫誤差小、動(dòng)態(tài)阻抗響應(yīng)速度快、傳輸距離遠(yuǎn)、體積小、微功耗等優(yōu)點(diǎn)，適合遠(yuǎn)距離測(cè)溫、控溫，不需要進(jìn)行線性校準(zhǔn)。AD590屬于采用激光修正的精密集成溫度傳感器。該產(chǎn)品有3種封裝形式；TO52封陶瓷封裝（測(cè)溫范圍是55—+150℃）。不同公司產(chǎn)品的分檔情況及技術(shù)指標(biāo)可能會(huì)有一些差異。例如，由ADI公司生產(chǎn)的AD590，就有90J/K/L/M四檔。這類器件的外形與小功率晶體管相仿，共有3個(gè)管腳：1腳為正極，2腳是負(fù)極，3腳是接管殼。使用時(shí)將3腳接地，可起到屏蔽作用。AD系列產(chǎn)品以AD590M的性能最佳，其測(cè)溫范圍是55—+150℃，℃，相應(yīng)時(shí)間僅20μs，℃，功耗約為5mW。AD590等效于一個(gè)高阻抗的恒流源，其輸出阻抗大于10MΩ，能大大減小因電源電壓從5V變化到10V時(shí)，所引起的電流最大變化量?jī)H為1μA，等價(jià)于1℃的測(cè)溫誤差。AD590的工作電壓為+4—+30V、測(cè)溫范圍是+55—+150℃，對(duì)應(yīng)于熱力學(xué)溫度T每變化1K，輸出電流就變化1μA。（℃）。這表明，其輸出電流與熱力學(xué)溫度嚴(yán)格成正比。AD590配以ICL7106型單片A/D轉(zhuǎn)換器，即可構(gòu)成3位半液晶顯示的數(shù)字溫度計(jì)。（二）通訊電路RS485 采用平衡發(fā)送和差分接收方式來(lái)實(shí)現(xiàn)通信：在發(fā)送端TXD 將串行口的TTL 電平信號(hào)轉(zhuǎn)換成差分信號(hào)A、B 兩路輸出，經(jīng)傳輸后在接收端將差分信號(hào)還原成TTL電平信號(hào)。兩條傳輸線通常使用雙絞線，又是差分傳輸，因此有極強(qiáng)的抗共模干擾的能力，接收靈敏度也相當(dāng)高。同時(shí)，最大傳輸速率和最大傳輸距離也大大提高。如果以10Kbps 速率傳輸數(shù)據(jù)時(shí)傳輸距離可達(dá) 12m 。如果降低波特率，傳輸距離還可進(jìn)一步提高。另外RS485 實(shí)現(xiàn)了多點(diǎn)互聯(lián)，最多可達(dá)256臺(tái)驅(qū)動(dòng)器和256臺(tái)接收器，非常便于多器件的連接。不僅可以實(shí)現(xiàn)半雙工通信，而且可以實(shí)現(xiàn)全雙工通信。半雙工通信芯片有SN7517SN7527SN75LBC18MAX48MAX308MAX1482等。全雙工通信的有SN7517SN75180、MAX488～49MAX1482等[6]。第三節(jié) 設(shè)計(jì)方案的確定根據(jù)上一節(jié)中三個(gè)設(shè)計(jì)方案，下面對(duì)這三種設(shè)計(jì)方案進(jìn)行比較：在方案二中，溫度檢測(cè)采用由DALLAS半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的智能集成溫度傳感器DS18B20型單線智能溫度傳感器，它具有體積小，接口方便，傳輸距離遠(yuǎn)等特點(diǎn)。但價(jià)格較高。顯示采用單片機(jī)的I/，實(shí)時(shí)顯示變壓器的溫度。占用了較多的I/O口，使系統(tǒng)的可擴(kuò)展性受到了一定的限制[7]。復(fù)位電路采用MAX6304芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)單片機(jī)系統(tǒng)的監(jiān)控電路。MAX6304是一款專用、高性能、低功耗的微處理器監(jiān)控芯片。通信采用CHIPCON公司新推出的CC1000單片可編程RF收發(fā)芯片。本設(shè)計(jì)的成本較高，但可靠性更強(qiáng)，適用于對(duì)可靠性要求較高且不在乎成本的場(chǎng)合。在方案三中，溫度檢測(cè)采用美國(guó)模擬器件公司（ADI）生產(chǎn)的恒流源式模擬溫度傳感器AD590。它兼有集成恒流源和集成溫度傳感器的特點(diǎn)，具有測(cè)溫誤差小，動(dòng)態(tài)阻抗低，傳輸距離遠(yuǎn)，體積小，微功耗等特點(diǎn)。AD590配以ICL7016型單片A/D轉(zhuǎn)換器即可構(gòu)成三位半液晶顯示的溫度傳感器。顯示采用MAX7219，占用了較少的I/O口，通信采用RS485標(biāo)準(zhǔn)。此方案具有很高的可靠性，液晶具有很多優(yōu)點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)漢字的顯示等，但設(shè)計(jì)中要求在較遠(yuǎn)的距離就可以觀察到溫度值，所以這里采用液晶不能滿足要求。故不選用此方案。在方案一中，單片機(jī)選用了PIC16F877，具有高性能、高可靠性、端口多等優(yōu)點(diǎn)。溫度檢測(cè)電路使用內(nèi)置的鉑電阻來(lái)檢測(cè)溫度變化，硬件電路較為簡(jiǎn)單，光電隔離使用線形光耦，具有較好的性能，抗干擾能力較強(qiáng)，顯示電路使用MAX7219只占用三個(gè)I/O口連線較少，容易實(shí)現(xiàn)。通信芯片nRF401,其通信距離遠(yuǎn)，且不用編碼，軟件較容易實(shí)現(xiàn)。另外本方案還具有很好的經(jīng)濟(jì)性和可擴(kuò)展性，可滿足各種不同變壓器的要求。綜上所述，本方案具有較高的性價(jià)比。根據(jù)上面對(duì)三個(gè)設(shè)計(jì)方案的說(shuō)明比較可以看出，方案一具有較好的抗干擾性，可擴(kuò)展，經(jīng)濟(jì)性較好，而且采用無(wú)線通訊，具有較高的性價(jià)比。所以在本設(shè)計(jì)中采用了方案一。具體的硬件框圖如下所示。圖25 溫度控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 如上系統(tǒng)框圖所示，本設(shè)計(jì)以PIC16F877單片機(jī)為核心完成系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，要求對(duì)油溫進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，將采集結(jié)果送入MCU進(jìn)行處理，然后按照工藝要求進(jìn)行相應(yīng)的控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)變壓器溫度的全自動(dòng)遠(yuǎn)程和就地監(jiān)控，系統(tǒng)要具有完善的保護(hù)功能，包括過(guò)壓、過(guò)載、缺相檢測(cè)和保護(hù)，還要具備故障自診斷功能，在故障出現(xiàn)時(shí)，給出故障信息，顯示故障類型，便于工作人員及時(shí)進(jìn)行檢修；使用無(wú)線通信方式實(shí)現(xiàn)變壓器控制器與中心控制室之間的數(shù)據(jù)通信。使用戶隨時(shí)了解變壓器及風(fēng)機(jī)運(yùn)行情況，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程溫度控制。溫度檢測(cè)電路通過(guò)預(yù)埋在變壓器中的鉑電阻傳感器獲得油溫信號(hào)，經(jīng)信號(hào)調(diào)理電路處理后直接送入控制器的A/D轉(zhuǎn)換輸入端，PIC單片機(jī)根據(jù)信號(hào)數(shù)據(jù)及設(shè)定的各種控制參數(shù)，按照程序自動(dòng)計(jì)算與處理，自動(dòng)顯示變壓器油溫，并輸出相應(yīng)的控制信號(hào)，控制風(fēng)機(jī)的起停，電機(jī)的保護(hù)電路包括過(guò)壓，過(guò)載，缺相等。顯示電路采用MAX7219，其只需要三根線就可控制八個(gè)數(shù)碼管，特別適用于需要I/O口較多的系統(tǒng)。信號(hào)通過(guò)無(wú)線通信芯片nRF401傳輸?shù)娇刂剖摇Ｒ员銓?duì)現(xiàn)場(chǎng)情況及時(shí)做出反應(yīng)。nRF401 是一個(gè)433 MHz 工業(yè)、科學(xué)、醫(yī)用頻段設(shè)計(jì)的真正單片無(wú)線收發(fā)芯片,它采用頻移鍵控調(diào)制技術(shù)。nRF401 發(fā)射速率可達(dá)20 kb/ s。發(fā)射功率可調(diào), 最大發(fā)射功率10 dBm,接收靈敏度 105dBm，具有工作半徑大、適應(yīng)性強(qiáng)的特點(diǎn)。天線接口設(shè)計(jì)為差分天線,便于使用低成本的印刷電路板天線。nRF401還有待機(jī)工作方式,可以更省電和高效。此外,該芯片只需少量外圍元件,使用十分方便。 以上只是對(duì)本方案簡(jiǎn)單地做了介紹，對(duì)于本系統(tǒng)的具體的硬件電路的設(shè)計(jì)說(shuō)明將在下一章節(jié)中作具體的闡述。第三章 硬件電路設(shè)計(jì)第一節(jié) 單片機(jī)的選型硬件電路是整個(gè)設(shè)計(jì)的核心，而單片機(jī)又是硬件電路的核心，所以單片機(jī)的選擇顯得至關(guān)重要。由于有溫度檢測(cè)，需要A/D轉(zhuǎn)換，且需要較多的I/O口，所以單片機(jī)采用PIC系列微控制器[8]。PIC系列單片機(jī)具有以下幾個(gè)大的特點(diǎn)： （1）開(kāi)發(fā)容易，周期短：由于PIC采用RISC指令集，指令少，且全部為單字長(zhǎng)指令，易學(xué)易用，相對(duì)于采用CISC結(jié)構(gòu)的單片機(jī)可節(jié)省30%以上的開(kāi)發(fā)時(shí)間，2倍以上的程序空間。 （2）高速：PIC采用哈佛總線和精簡(jiǎn)指令集建立了一種新的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，指令的執(zhí)行速度比一般的單片機(jī)要快4～5倍。 （3）低功耗：PIC采用CMOS設(shè)計(jì)結(jié)合了諸多的節(jié)電特性，使其功耗較低，PIC百分之百的靜態(tài)設(shè)計(jì)可進(jìn)入休眠省電狀態(tài)而不影響喚醒后的正常工作。（4）低價(jià)實(shí)用：PIC配備有OTP型、EPROM型和FLASH型諸多形式的芯片，其OTP型芯片的價(jià)格很低。PIC還提供程序監(jiān)視器和程序可分區(qū)保密的保密位等功能，提供了基于Windos98的方便易用的全系列的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)工具和大量的子程序庫(kù)和應(yīng)用例程，使產(chǎn)品開(kāi)發(fā)更容易和更快捷。根據(jù)設(shè)計(jì)的要求，綜合多方面的因素，我選擇了PIC16F87X系列的PIC16F877單片機(jī)，它與其他3種單片機(jī)性能對(duì)照表如下所示。主要特征PIC16F873PIC16F874PIC16F876PIC16F877工作頻率DC～20MHzDC～20MHzDC～20MHzDC～20MHz復(fù)位（與延時(shí)）POR，BOR（PWRT，OST）POR，BOR（PWRT，OST）POR，BOR（PWRT，OST）POR，BOR（PWRT，OST）FISA程序存儲(chǔ)器/K4488數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器/字節(jié)192192368368EERROM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器/字節(jié)128128256256中斷13141314I/O端口A，B，C端口A，B，C，D，E端口A，B，C端口A，B，C，D，E端口定時(shí)器/計(jì)數(shù)器3333捕捉/比較/脈沖調(diào)制（PWM）2222串行通信MSSP，USARTMSSP，USARTMSSP，USARTMSSP，USART并行通信PSPPSP10位模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊5個(gè)輸入通道8個(gè)輸入通道5個(gè)輸入通道8個(gè)輸入通道指令數(shù)/條35353535表31 四種單片機(jī)性能比較表PIC16F877單片機(jī)是高性能類—RISC CPU，一共有35條單字指令，除程序分支是雙周期指令外，其他所有的指令都是單指令。工作速度：DC～20MHz時(shí)鐘輸入，DC～200ns指令周期。具有高達(dá)8K字（14位字長(zhǎng)）的FIASH程序存儲(chǔ)器；高達(dá)368字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM）；高達(dá)256字節(jié)的EEPROM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。中斷能力多達(dá)14個(gè)內(nèi)部/外部中斷源。該單片機(jī)具有8級(jí)硬件堆棧，上電復(fù)位電路（POR）及上電延時(shí)定時(shí)器（PWRT）和振蕩器起振定時(shí)器（OST），帶有片內(nèi)RC振蕩器的監(jiān)視定時(shí)器（WDT）以保證可靠工作。它的可編程代碼具有保護(hù)功能，省電休眠（Sleep）方式。還可選擇不同的振蕩器工作方式，有高速，低功耗CMOS FLASH/EEPROM技術(shù)。通過(guò)2個(gè)引腳可進(jìn)行在線調(diào)試，編程只需要5V電源，通過(guò)2個(gè)引腳可進(jìn)行在線調(diào)試，處理器有通道能對(duì)程序存儲(chǔ)器進(jìn)行讀/寫(xiě)。單片機(jī)有寬范圍的工作電壓：～，最大拉電流/灌電流可達(dá)25mA，一般符合商用級(jí)和工業(yè)級(jí)的工作溫度范圍。低功耗型：在4MHz時(shí)鐘下，電源電壓為5V時(shí)，典型工作電流值小于2ma；在32kHz時(shí)鐘下，電源電壓為3V時(shí)，典型工作電流值小于20μA；典型待命狀態(tài)電流值小于1μA。外圍功能模塊特性： 定時(shí)器TMR0：帶有8位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器。 定時(shí)器TMR1：帶有前分頻器的16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，在休眠期間可通過(guò)外部晶振/時(shí)鐘增量計(jì)數(shù)。 定時(shí)器TMR2：。 兩個(gè)捕捉/比較/脈寬調(diào)制（PWM）模塊。 ，16位的比較輸出的最大分辨率為200ns，脈寬調(diào)制（PWM）輸出的最大分辨率為10位。 10位多通道模數(shù)轉(zhuǎn)換器（A/D）。 具有地址第九位檢測(cè)的通用異步接收器和發(fā)送器（USART/SCI）。 （僅用于40/44引腳芯片）。 用于鎖定（Brownout）復(fù)位（BOR）的鎖定檢測(cè)電路。 由以上對(duì)單片機(jī)的介紹可以看出，PIC單片機(jī)性能高，并且自身帶有10位多通道A/D轉(zhuǎn)換器，在溫度檢測(cè)信號(hào)后就不需要設(shè)計(jì)專門(mén)電路來(lái)進(jìn)行A/