【文章內容簡介】 公司（National Semiconducter）的集成三段穩(wěn)壓器LM78L12AC：Vin最大為35V，~27V，典型值為19V。輸出電流100mA，最大輸出電流140mA。12V電源使用國家半導體公司（National Semiconducter）的集成三段穩(wěn)壓器LM79L12AC：Vin最小為35V，一般需在27V~，典型值為17V。輸出電流100mA，最大輸出電流140mA。177。12V電源電路如圖316所示：接線原理說明：原理同圖315。使用779芯片有一個明顯缺點，就是這些芯片屬于線性穩(wěn)壓，發(fā)熱浪費很厲害。如常用的7805，如果輸入 12V，就有7V電壓是完全的發(fā)熱浪費掉，當輸入電壓大于12伏時，發(fā)熱會很厲害。解決這個問題的有效方法是改用開關式的電源IC，如LM2575系列電源IC。開關式的電源IC的優(yōu)點在于其效率高，缺點是其紋波系數(shù)較大，不能直接用于A/D轉換芯片作為參考電壓，還要多設計一個參考電壓源，故不予選擇。 圖316 177。12V 電源硬件接線圖 ++，相關技術也比較成熟。本設計中選用實際中較為常用的阿爾法半導體公司的AS1117M1。它的輸出電流Iout=10mA，輸入電壓 Vin=?？奢敵龅碾娏鞣秶鸀?～800mA，～10V。圖317 AS1117M1引腳圖將220V市電經(jīng)LM78L05得到的+5V電壓作為AS1117 M1的輸入。輸入輸出端分別對地接電容，起到濾波的作用。電路圖如下：接線原理說明：AS1117為DCDC模塊，Vcc為5V直流電源，作為AS1117的輸入。電容C16可以將電源端上瞬間的尖峰、毛刺對地短路掉，C17能抑制電壓的波動，使電壓變得平穩(wěn)光滑。 圖318 + 部分參數(shù)計算根據(jù)78XX，79XX三端穩(wěn)壓器的輸入電壓要求，~~20V之間，選177。17V ，即要求整流橋輸出直流電壓為177。17V。橋式整流電路輸出電壓平均值Uo（AV）≈=17V（U2為變壓器二次側電壓），則U2=17/≈，取19V，變壓器變比取為220：19，選雙抽頭型。這樣，變壓器二次側電壓為19V，滿足78XX的要求?？紤]電網(wǎng)電壓有177。10%的波動，最高反向電壓=，選30V。電容的耐壓值=，選30V。電容值：根據(jù)經(jīng)驗值選取。 CAN總線單元 CAN總線技術簡介CAN 是Controller Area Network（控制器局域網(wǎng)）的縮寫（以下稱為CAN），是ISO國際標準化的串行通信協(xié)議。CAN總線屬于現(xiàn)場總線的范疇,它是一種有效支持分布式控制或實時控制的串行通信網(wǎng)絡，主要用于各種過程檢測及控制。它最初是由德國BOSCH公司為汽車監(jiān)測和控制而設計的，目前CAN已逐步應用到其它工業(yè)控制中，現(xiàn)已成為ISO11898國際標準。其典型的應用協(xié)議有：SAE J1939/ISO1178CANOpen、CANaerospace、DeviceNet、NMEA 2000等。 CAN總線的特點CAN可以是對等結構，即多主機工作方式，網(wǎng)絡上任意一個節(jié)點可以在任意時刻主動地向 網(wǎng)絡上其它節(jié)點發(fā)送信息，不分主從，通訊方式靈活。 CAN網(wǎng)絡上的節(jié)點可以分為不同的優(yōu)先級，滿足不同的實時需要。 CAN采用非破壞性仲裁技術，當兩個節(jié)點同時向網(wǎng)絡上傳送信息時，優(yōu)先級低的節(jié)點自動 停止發(fā)送，在網(wǎng)絡負載很重的情況下不會出現(xiàn)網(wǎng)絡癱瘓。 CAN可以點對點、點對多點、點對網(wǎng)絡的方式發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，通訊距離最遠10 km(5 kb/ s)，節(jié)點數(shù)目可達110個。 CAN采用的是短幀結構，每一幀的有效字節(jié)數(shù)為8個，具有CRC校驗和其它檢測措施，數(shù)據(jù)出錯幾率小。CAN節(jié)點在錯誤嚴重的情況下，具有自動關閉功能，不會影響總線上其它節(jié)點操作。 通訊介質采用廉價的雙絞線，無特殊要求，用戶接口簡單，容易構成用戶系統(tǒng)。 CAN總線控制器接口芯片PCA82C250PCA82C250是控制器與物理總線間的接口，器件的作用是提供對總線的差分發(fā)送能力和對CAN控制器的差分接受能力。它與ISO/DIS11898標準完全兼容。CAN總線通過CAN控制器接口芯片PCA82C250的兩個輸出端CANH和CANL與物理總線相連。 CANH端的狀態(tài)只能是高電平或懸浮狀態(tài),CANL端只能是低電平或懸浮狀態(tài)。最小值典型值最大值單位電源電壓V電源電流顯性位；V1＝1V70mA隱性位；V1＝4V；RS=47KΩ14mA隱性位；V1=4V；V8=1V18mA待機方式；TA90℃170μA工作大氣溫度（TA）－40＋25＋125℃表32 PCA82C250部分電氣參數(shù) 引腳圖、管腳名稱及作用： 1 TXD 發(fā)送數(shù)據(jù)輸入端 2 GND 地 3 Vcc 電源電壓 4 RXD 接受數(shù)據(jù)輸出端 5 Vref 基準電壓輸出端 6 CANL 低電平CAN電壓輸入/輸出段 7 CANL 高電平CAN電壓輸入/輸出段 8 Rs 斜率電阻輸入端 芯片與單片機的連接圖如下：圖320 PCA82C250硬件接線圖在CSMA/CD這樣的網(wǎng)絡中,如Ethernet,系統(tǒng)往往由于過載而崩潰, 位仲裁的方法可以解決當兩個站同時發(fā)送數(shù)據(jù)時產生的碰撞問題，所以這種情況在CAN中不會發(fā)生。較之目前許多RS485基于R線構建的分布式控制系統(tǒng)而言,基于CAN總線的分布式控制系統(tǒng)具有明顯的優(yōu)越性：與一般的通信總線相比,CAN總線的數(shù)據(jù)通信具有突出的可靠性、實時性和靈活性。另外,與其它現(xiàn)場總線比較而言,CAN總線是具有通信速率高、容易實現(xiàn)、且性價比高等諸多特點。 RS232串行通信單元監(jiān)測儀要能“讀取電度表的實時計量值”，這是設計任務的要求，只有這樣才能真正達到監(jiān)測的目的。要讀取電度表的實時計量值，一方面要求計量電能表具有數(shù)據(jù)存儲功能，另一方面需要監(jiān)測儀能和計量電能表之間進行數(shù)據(jù)傳輸，及能夠實現(xiàn)通信。目前RS232是PC機與通信工業(yè)中應用最廣泛的一種串行接口，許多電子式電能表上就帶有RS232接口，本設計單元就以讀取帶由RS232接口的電能表的計量值為目標進行設計。 RS232簡介RS232C接口（又稱 EIA RS232C）是目前最常用的一種串行通訊接口。它是在1970年由美國電子工業(yè)協(xié)會（EIA）聯(lián)合貝爾系統(tǒng)、調制解調器廠家及計算機終端生產廠家共同制定的用于串行通訊的標準，目前已在微機通信接口中廣泛采用。 MAX232芯片簡介Max232產品是由美信（MAXIM）集成產品公司推出的一款兼容RS232標準的芯片。該器件包含2驅動器、2接收器和一個電壓發(fā)生器電路提供TIA/EIA232F電平。該器件符合TIA/EIA232F標準，每一個接收器將TIA/EIA232F電平轉換成5V TTL/CMOS電平。每一個發(fā)送器將TTL/CMOS電平轉換成TIA/EIA232F電平。直接從單片機輸出的是TTL電平，要使用RS232接口進行通信，就需要將TTL電平轉換成RS232接口規(guī)定的電平。Max232芯片的作用就是起到電平轉換的作用。從單片機輸出的數(shù)據(jù)，經(jīng)Max232被轉換成RS232電平在通信線路上傳輸，在進入數(shù)據(jù)接收設備之前又經(jīng)Max232被轉換成TTL電平，從而達到可靠通信的目的。芯片引腳圖如下： 圖321 MAX引腳圖引腳功能說明：C1+：電解電容1正極 C1：電解電容2負極C2+：電解電容2正極 C2：電解電容2負極V+：發(fā)送器輸出正電壓 V：發(fā)送器輸出正電壓T1IN： TTL/CMOS輸入端1 T2IN：TTL/CMOS輸入端2T1OUT：TTL/CMOS輸出端1 T2OUT：TTL/CMOS輸出端2R1IN： RS232輸入端1 R2IN： RS232輸入端2R1OUT：RS232輸出端1 R2OUT：RS232輸出端2 Vcc： 電源 GND：地MAX232芯片與單片機的電路連接圖：圖322 MAX硬件接線圖 小結RS232是為相對慢數(shù)據(jù)速率（20Kb/s）和短距離內進行單端數(shù)據(jù)傳輸制定的。因此，對短距離通信是很有用的，但對長距離通信不可靠，并會帶來嚴重的后果。該標準的信號頻率也只能到20kHz，最大傳輸距離標準值為50英尺，實際上最大距離僅30m，因為只有在這距離以內信號地，才能安全的連接起來。為了達到“當?shù)仫@示線路電壓值、電路電流值、計量故障信息”的設計要求，設計了本單元的顯示電路。電壓、電流值為數(shù)字，在目前的電子產品設計中一般有兩種備選方案，一種是七段LED數(shù)碼管顯示，另一種是LCD液晶顯示。七段LED數(shù)碼管顯示方案在亮度、功耗、可視角度和刷新速率等方面，都更具優(yōu)勢。強光下仍具有較好的可視效果。在低溫條件下，比LCD的工作更穩(wěn)定。它的缺點是，只能顯示數(shù)字，一個數(shù)碼管只能顯示一位數(shù)字，多位顯示需要的數(shù)碼管數(shù)量較多，造成電路接線比較繁瑣。對應地，LCD既可以顯示數(shù)字，還可以顯示字母、漢字、圖形等信息，可以根據(jù)要顯示信息的多少，靈活的選擇液晶屏幕的大小。另外，它的電路接線不會隨著顯示信息的復雜而變得復雜。不足的是，可視角度較小，強光下顯示效果差，低溫條件下工作易出現(xiàn)不穩(wěn)定的情況。結合本設計的顯示要求及性能指標，綜合考慮以上因素，決定使用LCD液晶顯示屏作為顯示設備。 LCM12864ZK液晶模塊簡介LCM12864ZK是帶中文字庫圖形點陣液晶顯示模塊屏幕為128*64，可顯示四行，每行8個漢字。它可以實現(xiàn)漢字、ASICⅡ碼、點陣圖形的同屏顯示，廣泛應用于各種儀器儀表、家用電器和信息產品上作為顯示器件。模塊的電源操作范圍寬：～。與單片機等微控制器的接口界面靈活（三種模式：并行8位/4位。串行3線/2線）。中文液晶顯示模塊具有上/下/左/右/移動當前顯示屏幕及清除屏幕的命令，具有光標顯示/閃爍控制命令及關閉顯示命令。預留多種控制線（復位/串并選擇/亮度調整）供用戶靈活使用。部分參數(shù)：模塊電壓，3V/5V,由模塊上的R決定；模塊電流：3V/,5V/2mA；輸入電壓，0～VDD；，參考電流30～90mA；背光參數(shù)，90mA；工作溫度 ，20℃～70℃ ；儲存溫度 ，30℃～80℃；引腳說明如下：1 K 背光源負極； 2 A 背光源正極；3 GND 地； 4 Vcc 3V/5V；5 NC 未用； 6 RS/CS 選擇寄存器（并行） 0：指令寄存器 1：數(shù)據(jù)寄存器； 片選（串行） 0：禁止 1：允許；7 RW/SID 讀寫控制腳（并行） 0：寫入 1：讀出； 輸入串行數(shù)據(jù)（串行）；8 E/SCLK 讀寫數(shù)據(jù)起始腳（并行）； 輸入串行脈沖（串行）；9 D0 數(shù)據(jù)線0 ； 10 D1 數(shù)據(jù)線1；11 D2 數(shù)據(jù)線2； 12 D3 數(shù)據(jù)線3；13 D4 數(shù)據(jù)線4； 14 D5 數(shù)據(jù)線5；15 D6 數(shù)據(jù)線6； 16 D7 數(shù)據(jù)線7；17 PSB 控制界面 0：串行 1：并行8/4位；18 /RST 復位信號，低有效；19 VR LCD亮度調整，外接電阻端；20 V0 LCD亮度調整，外接電阻端；液晶模塊的硬件接線圖如下：圖323 液晶顯示模塊硬件接線圖接線原理說明：與單片機采用8位并行接口方式，～。根據(jù)使用說明，PSB和/RST引腳可不接，此時，液晶顯示模塊為并行工作方式。改變滑動變阻器的值可用于調節(jié)LCD的亮度。由于監(jiān)測儀要實現(xiàn)的功能很多，單就信息顯示來說，就需要顯示線路電壓值、電流值、計量故障信息、當前時間、當前用電量等信息，要將所有信息一同顯示，就需選用更大的LCD，增加成本。在不增加LCD體積的情況下，只能用軟件對信息進行循環(huán)顯示，考慮到現(xiàn)實中并不是一直有工作人員在通過當?shù)仫@示來獲取監(jiān)測信息，這樣做不僅沒有必要，而且加大了軟件開發(fā)的工作量，浪費CPU資源，增加了功耗。鍵盤的使用可以解決以上問題，通過不同的按鍵顯示不同的信息，既節(jié)省，又方便。另外，從實際出發(fā)，系統(tǒng)的功能還需要完善和豐富，例如手動解除報警、參數(shù)設置、顯示歷史記錄等。常用的鍵盤設計方案有兩種，一種是與端口一一對應的鍵盤，一種是行列矩陣鍵盤。前者工作時，一個單片機的I/O段口對應一個按鍵，工作原理與連接都很簡單，可以使用掃描或中斷兩種方式來檢測對應按鍵是否按下。有按鍵按下，則轉而執(zhí)行相應的程序，無按鍵按下，則繼續(xù)掃描或等待。矩陣式鍵盤的按鍵同時處于一條行線和一條列線上，一個按鍵按下會使得一條行線和一條列線的電平都發(fā)生變化，行線和列線都接到單片機的I/O口，單片機通過檢測電平變化，和簡單的公式計算出鍵盤的編號，然后轉去執(zhí)行該鍵對應的功能程序。一般采用掃描的方式工作。前一種方案的接線和軟件編程都相對簡單，后一種方案雖然在這兩方面都要稍微繁瑣一點，但在需要按鍵較多，單片機I/O端口又不富裕的時候則顯現(xiàn)出優(yōu)勢。以9個按鍵為例，方案一要占用9個端口，方案二只要6個?？紤]到按鍵較多，本設計選擇矩陣式鍵盤方案。圖324鍵盤電路每個按鍵有它的行值和列值，行值和列值的組合就是識別這個按鍵的編碼。矩陣的行線和列線分別和單片機的I/O口連接。設計