【正文】 電壓，由于對(duì) ADμC812 安全輸入 23 電壓范圍為 0VDD引腳電壓，特別是對(duì)負(fù)電源，極易損壞單片機(jī)。 4. 電源：兼容 3V 和 5V 兩種電壓工作；正常、空閑和掉電工作模式。 RESET 端的按鍵可實(shí)現(xiàn)單片機(jī)的復(fù)位功能。串行數(shù)據(jù)傳送特點(diǎn)是占用 I/O 口資源少，連線少，成本低，但速度慢，并行數(shù)據(jù)傳送與之相反。 3. 串鍵保護(hù) ， 串鍵是指同時(shí) 有一個(gè)以上的鍵按下，串鍵會(huì)引起單片機(jī)的錯(cuò)誤響應(yīng) 。 通過(guò) 對(duì) 6 個(gè) SFR 寄存器 操作來(lái)完成讀寫 640B 的存儲(chǔ)空間 數(shù)據(jù) ，這 6 個(gè) SFR 為 EADRL、 EDATA1 ECON。 SDA 和 SCL 都是雙向 I/O 口線，當(dāng)總線空閑時(shí)兩線均是高電平 。集體封裝、功能管腳和 AT24C256 一樣，容易被接受和運(yùn)用。 圖 317 存儲(chǔ)器電路 在電路中， 將地址線直接接地，該器件的 I2C 總線 讀指令 地址為 0xA1，總線 寫指令地址為 0xA0。 RS485 接口可以有多個(gè)驅(qū)動(dòng)器和接收器，利用高阻抗接收器，一個(gè) RS485 最多 可以連接 256 個(gè)節(jié)點(diǎn)。 33 圖 318 RS485 通訊接口 RS485 為雙向、半雙工通訊口，通過(guò)單片機(jī)的 口控制 485 口的 接 收與發(fā) 送數(shù)據(jù) 。 采用 可編程邏輯器件 來(lái)實(shí)現(xiàn) LED 三色光柱 顯示 的 數(shù)字驅(qū)動(dòng)邏輯是比較好的解決方法 [13,14]，克服傳統(tǒng)驅(qū)動(dòng)的缺點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)起來(lái)簡(jiǎn)單、方便 。 當(dāng) R 或 G 單 端加掃描信號(hào)時(shí)，只顯示紅色 LED 或綠色 LED，當(dāng)在 R 和 G 端同時(shí)加相同的掃描信號(hào)時(shí)，則 顯示紅色和綠色的混合色即黃色。 CS為片選信號(hào)輸入線，低電平有效。在驅(qū)動(dòng)電路中采用 NPN 三極管 8050 驅(qū)動(dòng) LED 光柱的共陽(yáng)極， 8050 作為射極跟隨器，提供大電流驅(qū)動(dòng)，電阻 R1， R3 用于調(diào)節(jié)三極管發(fā)射極的電流從而控制 LED 光柱顯示顏色的亮度和混合顏色的純度。若靜電造成 PSEN 引腳損傷，則 1kΩ 電 阻不能將 PSEN 引腳拉低。當(dāng) P1 口用作模擬輸入時(shí)，它對(duì)應(yīng) 于 ADμC812 內(nèi) 8 通道模數(shù)轉(zhuǎn)換的輸入端口 ADC0ADC7。本系統(tǒng)采用方便、實(shí)用的串行下載進(jìn)行 編程。每一個(gè)定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器包含 2 個(gè) 8 位寄存器 THX 和 TLX(X＝ 0， 1 和2)。當(dāng)系統(tǒng)的硬件電路確定之后，系統(tǒng)的主要功能還要靠軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)。同時(shí)，采用模塊化程序結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，對(duì)于系統(tǒng)功能的擴(kuò)充和修改也提供了很大的方便 。 5. 可靠性。 整機(jī)軟件的流程圖 如圖 41 所示 。本課題 實(shí)現(xiàn)的儀器功能比較多 ，如果采用單個(gè)文件來(lái)實(shí)現(xiàn)軟件，將導(dǎo)致程序的可讀性變差，而且對(duì)軟件的 修改和功能的加減也不容易實(shí)現(xiàn)。準(zhǔn)確性對(duì)整個(gè)系統(tǒng)具有重要意義。這樣不但使得設(shè)計(jì)目標(biāo)明確、思路清晰，而且在檢錯(cuò)、調(diào)試時(shí)也很方便。若在實(shí)際使用中，不須將 8 個(gè)通道 ADC 都用上， 將 P1 口用 作數(shù)字輸入時(shí)，在檢測(cè)是否有輸入信號(hào)之前，須將 0 寫至對(duì)應(yīng)端口，然后再判斷。經(jīng)試驗(yàn)證明，在 PSEN 引腳損傷不嚴(yán)重時(shí)，可通過(guò)把 PSEN 直接對(duì)地短路將其拉至低電平；但若損 傷嚴(yán)重，則即使直接接地，器件仍然不能工作。其電路原理如圖 325 所示。 38 (3) 模擬輸入 與其他 ADC 芯片相比， ADμC812 的 ADC 模塊有一個(gè)缺點(diǎn)，就是 ADC正常工作的模擬輸入范圍為 0～ VREF；而允許輸入的電壓范圍只能為正電壓(0～ +5V)，一旦輸入負(fù)的模擬電壓，則會(huì)影響 ADμC812 正常工 作 ，若長(zhǎng)時(shí)間輸入負(fù)電壓，將有可能損壞芯片。由于ADμC812 的調(diào)試器是在用戶系統(tǒng)復(fù)位時(shí)檢測(cè) PSEN 引腳狀態(tài)的， 在系統(tǒng)復(fù)位時(shí) PSEN 引腳拉低是在線調(diào)試和下載功能實(shí)現(xiàn)的另一關(guān)鍵所在。 FPGA 與光柱的 接口 電路 設(shè)計(jì) 36 由于 LED 顯示管的數(shù)量比較多，整個(gè)顯示電路功耗比較大，如果采用FPGA 直接驅(qū)動(dòng)， FPGA 將由于功耗過(guò)大而出現(xiàn)的工作不穩(wěn)定或燒毀的現(xiàn)象，因此 FPGA 與光柱顯示器的接口需要額外的功率驅(qū)動(dòng)電路，如圖 322 所示。其顯示原理與動(dòng)態(tài)掃描多位 LEDLCD 類似。 R1R10 為紅色 LED 組 的 共陽(yáng)極 掃描端， G1G10 為綠色 LED 組 的 共陽(yáng)極 掃描端，兩者 都 是高電平有效。 在數(shù)字電路中采用專用驅(qū)動(dòng)芯片實(shí)現(xiàn)三色光柱顯示器的驅(qū)動(dòng)是 比較困難 的 。 由于 RS485 總線以上的特點(diǎn) ，所以 RS485 總線 通訊距離遠(yuǎn) ，傳輸速率高，其性能優(yōu)于其它 RS232 或RS422 串口總線 。 我們采用 標(biāo)準(zhǔn) 的工業(yè) 串行接口 進(jìn)行通訊 ，如 RS232C、 RS422A、 RS485 等。 FM24C256 的 寫操作有兩種模式： Byte Write(單字節(jié) )、 Page Write(多字節(jié) )； 讀操作有三種模式： Current Address Read(單字節(jié) )、 Random Read(單字節(jié) )、 Sequential Read(多字節(jié) )。 與 AT24C256 相比較 FM24C256 包含了 RAM 技術(shù)優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)擁有 ROM 技術(shù)的非易失性特點(diǎn)。 I2C 總線是一種用于 IC 器件之間連接的二線制半雙工總線， 接口線 包括：串行數(shù)據(jù)線 SDA，串行時(shí)鐘線 SCL，利用兩根線實(shí)現(xiàn)總線上的器件之間的信息傳送，可連接多種功能器件。 單片機(jī)內(nèi)部存儲(chǔ)器 ADμC812 內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的低 128 字節(jié)映象與 MCS51 相同，內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的高 128 字節(jié)映 象為特殊功能寄存器區(qū)，給 CPU 和所有片內(nèi)外圍結(jié)構(gòu)提供接口。 2. 消抖動(dòng)，當(dāng)按鍵開關(guān)的觸點(diǎn)閉合或者斷開到其穩(wěn)定，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)短暫的抖動(dòng)和彈跳?？赏瓿蓤D形顯示 ,也可以顯示 2 個(gè) (1616 點(diǎn)陣 )漢字 .與外部 CPU 27 接口采用并行或串行方式控制。ADμC812 外圍配置電路及管腳資源使用分配如圖 311 所示。 2. 存儲(chǔ)器系統(tǒng)： 8KB 片內(nèi)閃速 /電擦除程序存儲(chǔ)器； 640B 片內(nèi)閃速 /電擦除數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器；片內(nèi)充電泵 (不需要外部提供擦除 /寫入電壓 VPP)； 16MB 外部數(shù)據(jù)地址空間； 64KB 外部程序空間。由于 電容是 2pF 的4096 倍以上。但這樣相應(yīng)的犧牲了系統(tǒng)的靈活性，外部的輸入信號(hào)必須為單極性正電源輸入，范圍在 0VREF之間， AD 轉(zhuǎn)換輸出數(shù)據(jù)才是有意義的，而基準(zhǔn)源電壓范圍為 ，可見輸入信號(hào)的范圍較小。 圖 36 低通濾波器 電路 數(shù)據(jù)采集 模塊 一個(gè)測(cè)量系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集和控制電路關(guān)鍵是微處理器以及 A/D 轉(zhuǎn)換器的選擇，以硬件電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、電路成本低、有益于軟件設(shè)計(jì)為設(shè)計(jì)的總體原則。其原理為：三極管工作于開關(guān)狀態(tài)，振蕩信號(hào) Vosc 經(jīng)過(guò)比較器產(chǎn)生同相的方波信號(hào) V2，當(dāng) V2 為高電平時(shí)，三極管飽和導(dǎo)通， A2 同相輸入端接地， U0 加到 A2 的反相輸入端，放大器 A2 的放大倍數(shù)為 ― 1，輸出信號(hào) UI=― U0， 在 V2為低電平時(shí)，三極管截止， U0 同時(shí)加到放大器的同相和反相輸入端，放大器 A2 的放大倍數(shù)為 +1，輸出信號(hào) UI= U0。電路中電源電壓的大小和穩(wěn)定性直接影響著傳感器的靈敏度和精度。當(dāng)磁芯處于兩線圈的中間 位置時(shí)，兩線圈的電感量相等，電橋平衡。 3． 盡量選用功能強(qiáng)、集成度高的芯片，提高系統(tǒng)可靠性。但實(shí)際上，由于磁場(chǎng)強(qiáng)度分布的 不均勻性，輸入量和輸出量之間的關(guān)系是 14 非線性的。 差動(dòng)式傳感器與單線圈式傳感器相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)： ； 度提高一倍，即銜鐵位移相同時(shí)，輸出信號(hào)大一倍； 、電源波動(dòng) 、外間干擾、電磁吸力對(duì)傳感器精度影響，能相互抵消而減少。此外，螺管型還具有自由行程可任意安排、制造方便等優(yōu)點(diǎn)，在批量生產(chǎn)中的互換性較好，這給測(cè)量?jī)x器的調(diào)試、使用帶來(lái)很大的方便，尤其在使用多個(gè)測(cè)微儀組合來(lái)測(cè)量物體形狀的時(shí)候。 電感式傳感器具有以下優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠、輸出功率大、輸出阻抗小、抗干擾能力強(qiáng)、對(duì)工作環(huán)境 要求不高、分辨力較高（如在測(cè)量長(zhǎng)度時(shí)一般可達(dá)）、示值誤差一般為示值范圍的 %%、穩(wěn)定性好。傳感器只完成被測(cè)參數(shù)至電量的基本轉(zhuǎn)換，然后輸入到測(cè)控電路，進(jìn)行放大、運(yùn)算、處理等進(jìn)一步轉(zhuǎn)換，以獲得被測(cè)值或進(jìn)行過(guò)程控制。 此定義具有以下幾方面的含義： 部分，能完成部分監(jiān)測(cè)任務(wù)； ，可能是物理量，也可能是化學(xué)量、生物量等； ， 這種量要便于轉(zhuǎn)換、處理等等，這種量可以是氣、光、電物理量，但主要是電物理量； 有對(duì)應(yīng)關(guān)系，且應(yīng)有一定的精確程度。 8 2. 通過(guò)設(shè)定不同的報(bào)警 /預(yù)警公差帶的上下限 ，并搭配不同的自感式差動(dòng)傳感器及其信號(hào)處理模塊可實(shí)現(xiàn)不同尺寸的測(cè)量。近年對(duì) LED 光柱顯示 (又稱為 LED 條形顯示 )開發(fā)和應(yīng)用也開展了不少的研究， LED 光柱顯示是一種可以集指針顯示和數(shù)字顯示兩者優(yōu)點(diǎn)與一身的顯示技術(shù)。美國(guó) Vernon 公司，西德 Feinpruf 公司和意大利 Marposs 公司等先后應(yīng)用了 PDP 顯示板，研制成電子柱電感式測(cè)微儀。美國(guó)?？瘯?3825827 中為“浮標(biāo)效果”。為了在競(jìng)爭(zhēng)中取勝，就要不斷提高質(zhì)量，不斷改進(jìn)和推出下一代量?jī)x。 電子柱量?jī)x是一種 用長(zhǎng)度尺寸的相對(duì)法精密測(cè)量的測(cè)量?jī)x器 ， 特別對(duì)圓度、平行度、垂直度等微小變動(dòng)量的測(cè)量極為有用。為實(shí)現(xiàn)這些參數(shù)的高效、高精度的測(cè)量，針對(duì)目前的測(cè)量方式存在的這些問(wèn)題，本課題結(jié)合傳感器、檢測(cè)、通訊和微型計(jì)算機(jī)等技術(shù)，采用模塊化、通用化和標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)計(jì)思想，研究開發(fā)了 三色電子柱量?jī)x。 Menu structure。但是 目前國(guó)內(nèi)的電子柱量?jī)x存在數(shù)字化程度低、無(wú)超差報(bào)警、儀器功能擴(kuò)展性差等不足，不能實(shí)現(xiàn)快速測(cè)量，越來(lái)越不能滿足現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)、制造及檢測(cè)要求。幾年前，在檢測(cè)領(lǐng)域一直保持著“三代同 堂”的局面。電感量?jī)x的寬度一般為 250 毫米，如果需要多臺(tái)合在一起時(shí)，將超出檢驗(yàn)人員的視野。由于電子工業(yè)不斷地發(fā)展，電子柱測(cè)微儀價(jià)格下降，目前在美國(guó)購(gòu)買一臺(tái)普通型電感式電子柱測(cè)微儀的售價(jià)為 500 至 600 美元，與浮標(biāo)式氣動(dòng)量?jī)x的價(jià)格相差無(wú)幾，這也是電子柱測(cè)微儀在國(guó)外能迅速得到推廣的一個(gè)重要原因。 隨著時(shí)代的進(jìn)步，國(guó)內(nèi)的工業(yè)生產(chǎn)大量應(yīng)用電子柱測(cè)微儀的趨勢(shì)已經(jīng)形成，這必將硬氣量?jī)x專業(yè)廠為了趕上國(guó)外先進(jìn)水平，替代進(jìn)口量?jī)x的國(guó)產(chǎn)化而加速工作。并能通過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行操作和實(shí)時(shí)顯示。 傳感器一般由敏感元 件 、傳感元件 、基本轉(zhuǎn)換電路三部分組成 [5]，組成框圖 如圖 21 所示： 圖 21 傳感器 組成框圖 敏感元件 ：它是直接感受被測(cè)量，并輸出與被測(cè)量成確定關(guān)系的某一物理量的元件。而 有些傳感器，轉(zhuǎn)換元件不止一個(gè)，要經(jīng)過(guò)若干次轉(zhuǎn)換 。 電感 式 傳感器的分類 首先電感傳感器可分為自感式和互感式兩種。 互感式傳感器的類型與自感式傳感器的極為相似。 12 圖 22 螺管型差動(dòng)傳感器 由圖可知，線圈中放入圓柱形銜鐵，也是一個(gè)可變自感。因此，提高整個(gè)儀器的測(cè)量精度的關(guān)鍵是提高傳感器的測(cè)量精度 [7]。 6． 硬件結(jié)構(gòu)應(yīng)結(jié)合應(yīng)用軟件方案一并考慮。將此點(diǎn)壓信號(hào) 送入微處理器，經(jīng)過(guò)微處理器處理后送顯示器，并與用戶的預(yù)先設(shè)定的值進(jìn)行比較，超限報(bào)警，并對(duì) 數(shù) 據(jù)進(jìn)行濾波、存儲(chǔ)、顯示， 使之 能與計(jì)算機(jī)進(jìn)行通訊?？?證明，在前級(jí) A1和 A2 參數(shù)匹配，即它們外部電路參數(shù)相同且其電氣特性也相同的情況下，兩個(gè)輸入端的失調(diào)所導(dǎo)致的輸出是互相抵消的。該電路的信號(hào)輸出幅值表示測(cè)量位移量的大小，信號(hào)的輸出的正負(fù)，則實(shí)現(xiàn)了傳感器銜鐵位移大小和方向的判斷。 在項(xiàng)目開發(fā)的初期，必須做出單片機(jī)的最初選 擇。輸入通道電路原理如圖 38 所示。通過(guò)二個(gè)肖特基二極管保證運(yùn)算放大器輸出不會(huì)高于 VDD 或低于 GND，從而保護(hù)ADμC812 芯片。 5. 片內(nèi)外設(shè)備： UART 串行接口 I/O；與 I2C 兼容的串行口和 SPI 串行總線；看門 狗定時(shí)器；電源監(jiān)視器。 本章以下部分將詳細(xì)介紹硬件系統(tǒng) 各部分 的實(shí)現(xiàn)。 LCD 液晶顯示器顯示有兩種顯示方法，一種為靜態(tài)顯示，硬件開銷大，引線多，功耗大，軟件開銷??；另一種為動(dòng)態(tài)顯示，硬件開銷小，引線少，功耗小，但軟件復(fù)雜，占用 CPU 時(shí)間多。 以上問(wèn)題 將在軟件上進(jìn)行解決。其中 EADRL 為當(dāng)前頁(yè)地址寄存器，即進(jìn)行數(shù)據(jù)存取的頁(yè)地址； EDATAlEDATA4 是 4 個(gè)數(shù)據(jù)寄存器組，用于保存讀、 寫 當(dāng)前頁(yè) 的 4 字節(jié)數(shù)據(jù) ； ECON 是 對(duì)存儲(chǔ)器讀寫、擦除的命令 寄存器 ： 值為 01H 讀命令、 02H 寫命令、 04H 校驗(yàn)命令、 05H 擦除命令，以 上操作都是按頁(yè) 進(jìn)行 ， 06H 為全部擦除 ， 寫操作時(shí)間時(shí)間為 20ms。 其總線協(xié)議 如下 ： 1. 僅當(dāng)總線不忙時(shí)， (SCL， SDA 均為高電平時(shí) )方能啟動(dòng)數(shù)據(jù)線 。 該器件 提供多種不同 的讀寫 操作模式，以適應(yīng)不同的應(yīng)用 。 FM24C256 的 SCL、 SDA 直接與單片機(jī) SCLK、SDATA 相連 。 RS485 驅(qū)動(dòng)器和接收器價(jià)格便宜，而且只需要一個(gè)單一的 +5V 電源來(lái)產(chǎn)生差動(dòng)輸出。為了實(shí)現(xiàn) ADμC812 的下載電路和 RS485 總線的復(fù)用，在單片機(jī) 口和 DE、 RE管腳接入電阻 R2 R28， 當(dāng) 通訊端口 與 ADμC812 下載線相連時(shí)，則 RS485 總線 被 隔離 。 其基本思想就 34 是 FPGA 接 收 到