【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 ter）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(guó)家半導(dǎo)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(gè)明顯缺點(diǎn)，就是這些芯片屬于線性穩(wěn)壓，發(fā)熱浪費(fèi)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(fèi)掉，當(dāng)輸入電壓大于12伏時(shí)，發(fā)熱會(huì)很厲害。解決這個(gè)問題的有效方法是改用開關(guān)式的電源IC，如LM2575系列電源IC。開關(guān)式的電源IC的優(yōu)點(diǎn)在于其效率高，缺點(diǎn)是其紋波系數(shù)較大，不能直接用于A/D轉(zhuǎn)換芯片作為參考電壓，還要多設(shè)計(jì)一個(gè)參考電壓源，故不予選擇。 圖316 177。12V 電源硬件接線圖 ++，相關(guān)技術(shù)也比較成熟。本設(shè)計(jì)中選用實(shí)際中較為常用的阿爾法半導(dǎo)體公司的AS1117M1。它的輸出電流Iout=10mA，輸入電壓 Vin=。可輸出的電流范圍為0～800mA，～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(duì)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(duì)地短路掉，C17能抑制電壓的波動(dòng)，使電壓變得平穩(wěn)光滑。 圖318 + 部分參數(shù)計(jì)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(cè)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(cè)電壓為19V，滿足78XX的要求?？紤]電網(wǎng)電壓有177。10%的波動(dòng)，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(yàn)值選取。 CAN總線單元 CAN總線技術(shù)簡(jiǎn)介CAN 是Controller Area Network（控制器局域網(wǎng)）的縮寫（以下稱為CAN），是ISO國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化的串行通信協(xié)議。CAN總線屬于現(xiàn)場(chǎng)總線的范疇,它是一種有效支持分布式控制或?qū)崟r(shí)控制的串行通信網(wǎng)絡(luò)，主要用于各種過程檢測(cè)及控制。它最初是由德國(guó)BOSCH公司為汽車監(jiān)測(cè)和控制而設(shè)計(jì)的，目前CAN已逐步應(yīng)用到其它工業(yè)控制中，現(xiàn)已成為ISO11898國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。其典型的應(yīng)用協(xié)議有：SAE J1939/ISO1178CANOpen、CANaerospace、DeviceNet、NMEA 2000等。 CAN總線的特點(diǎn)CAN可以是對(duì)等結(jié)構(gòu)，即多主機(jī)工作方式，網(wǎng)絡(luò)上任意一個(gè)節(jié)點(diǎn)可以在任意時(shí)刻主動(dòng)地向 網(wǎng)絡(luò)上其它節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息，不分主從，通訊方式靈活。 CAN網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點(diǎn)可以分為不同的優(yōu)先級(jí)，滿足不同的實(shí)時(shí)需要。 CAN采用非破壞性仲裁技術(shù)，當(dāng)兩個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)向網(wǎng)絡(luò)上傳送信息時(shí)，優(yōu)先級(jí)低的節(jié)點(diǎn)自動(dòng) 停止發(fā)送，在網(wǎng)絡(luò)負(fù)載很重的情況下不會(huì)出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)癱瘓。 CAN可以點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)、點(diǎn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)的方式發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，通訊距離最遠(yuǎn)10 km(5 kb/ s)，節(jié)點(diǎn)數(shù)目可達(dá)110個(gè)。 CAN采用的是短幀結(jié)構(gòu)，每一幀的有效字節(jié)數(shù)為8個(gè)，具有CRC校驗(yàn)和其它檢測(cè)措施，數(shù)據(jù)出錯(cuò)幾率小。CAN節(jié)點(diǎn)在錯(cuò)誤嚴(yán)重的情況下，具有自動(dòng)關(guān)閉功能，不會(huì)影響總線上其它節(jié)點(diǎn)操作。 通訊介質(zhì)采用廉價(jià)的雙絞線，無特殊要求，用戶接口簡(jiǎn)單，容易構(gòu)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(duì)總線的差分發(fā)送能力和對(duì)CAN控制器的差分接受能力。它與ISO/DIS11898標(biāo)準(zhǔn)完全兼容。CAN總線通過CAN控制器接口芯片PCA82C250的兩個(gè)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(jī)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(zhǔn)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(jī)的連接圖如下：圖320 PCA82C250硬件接線圖在CSMA/CD這樣的網(wǎng)絡(luò)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(dāng)兩個(gè)站同時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)產(chǎn)生的碰撞問題，所以這種情況在CAN中不會(huì)發(fā)生。較之目前許多RS485基于R線構(gòu)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(shí)時(shí)性和靈活性。另外,與其它現(xiàn)場(chǎng)總線比較而言,CAN總線是具有通信速率高、容易實(shí)現(xiàn)、且性價(jià)比高等諸多特點(diǎn)。 RS232串行通信單元監(jiān)測(cè)儀要能“讀取電度表的實(shí)時(shí)計(jì)量值”，這是設(shè)計(jì)任務(wù)的要求，只有這樣才能真正達(dá)到監(jiān)測(cè)的目的。要讀取電度表的實(shí)時(shí)計(jì)量值，一方面要求計(jì)量電能表具有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能，另一方面需要監(jiān)測(cè)儀能和計(jì)量電能表之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，及能夠?qū)崿F(xiàn)通信。目前RS232是PC機(jī)與通信工業(yè)中應(yīng)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(shè)計(jì)單元就以讀取帶由RS232接口的電能表的計(jì)量值為目標(biāo)進(jìn)行設(shè)計(jì)。 RS232簡(jiǎn)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(guó)電子工業(yè)協(xié)會(huì)（EIA）聯(lián)合貝爾系統(tǒng)、調(diào)制解調(diào)器廠家及計(jì)算機(jī)終端生產(chǎn)廠家共同制定的用于串行通訊的標(biāo)準(zhǔn)，目前已在微機(jī)通信接口中廣泛采用。 MAX232芯片簡(jiǎn)介Max232產(chǎn)品是由美信（MAXIM）集成產(chǎn)品公司推出的一款兼容RS232標(biāo)準(zhǔn)的芯片。該器件包含2驅(qū)動(dòng)器、2接收器和一個(gè)電壓發(fā)生器電路提供TIA/EIA232F電平。該器件符合TIA/EIA232F標(biāo)準(zhǔn)，每一個(gè)接收器將TIA/EIA232F電平轉(zhuǎn)換成5V TTL/CMOS電平。每一個(gè)發(fā)送器將TTL/CMOS電平轉(zhuǎn)換成TIA/EIA232F電平。直接從單片機(jī)輸出的是TTL電平，要使用RS232接口進(jìn)行通信，就需要將TTL電平轉(zhuǎn)換成RS232接口規(guī)定的電平。Max232芯片的作用就是起到電平轉(zhuǎn)換的作用。從單片機(jī)輸出的數(shù)據(jù)，經(jīng)Max232被轉(zhuǎn)換成RS232電平在通信線路上傳輸，在進(jìn)入數(shù)據(jù)接收設(shè)備之前又經(jīng)Max232被轉(zhuǎn)換成TTL電平，從而達(dá)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(fù)極C2+：電解電容2正極 C2：電解電容2負(fù)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(jī)的電路連接圖：圖322 MAX硬件接線圖 小結(jié)RS232是為相對(duì)慢數(shù)據(jù)速率（20Kb/s）和短距離內(nèi)進(jìn)行單端數(shù)據(jù)傳輸制定的。因此，對(duì)短距離通信是很有用的，但對(duì)長(zhǎng)距離通信不可靠，并會(huì)帶來嚴(yán)重的后果。該標(biāo)準(zhǔn)的信號(hào)頻率也只能到20kHz，最大傳輸距離標(biāo)準(zhǔn)值為50英尺，實(shí)際上最大距離僅30m，因?yàn)橹挥性谶@距離以內(nèi)信號(hào)地，才能安全的連接起來。為了達(dá)到“當(dāng)?shù)仫@示線路電壓值、電路電流值、計(jì)量故障信息”的設(shè)計(jì)要求，設(shè)計(jì)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(chǎn)品設(shè)計(jì)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(shì)。強(qiáng)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(diǎn)是，只能顯示數(shù)字，一個(gè)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(duì)應(yīng)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(huì)隨著顯示信息的復(fù)雜而變得復(fù)雜。不足的是，可視角度較小，強(qiáng)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(jié)合本設(shè)計(jì)的顯示要求及性能指標(biāo)，綜合考慮以上因素，決定使用LCD液晶顯示屏作為顯示設(shè)備。 LCM12864ZK液晶模塊簡(jiǎn)介L(zhǎng)CM12864ZK是帶中文字庫圖形點(diǎn)陣液晶顯示模塊屏幕為128*64，可顯示四行，每行8個(gè)漢字。它可以實(shí)現(xiàn)漢字、ASICⅡ碼、點(diǎn)陣圖形的同屏顯示，廣泛應(yīng)用于各種儀器儀表、家用電器和信息產(chǎn)品上作為顯示器件。模塊的電源操作范圍寬：～。與單片機(jī)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(dòng)當(dāng)前顯示屏幕及清除屏幕的命令，具有光標(biāo)顯示/閃爍控制命令及關(guān)閉顯示命令。預(yù)留多種控制線（復(fù)位/串并選擇/亮度調(diào)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(chǔ)存溫度 ，30℃～80℃；引腳說明如下：1 K 背光源負(fù)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(fù)位信號(hào)，低有效；19 VR LCD亮度調(diào)整，外接電阻端；20 V0 LCD亮度調(diào)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(jī)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(shí)，液晶顯示模塊為并行工作方式。改變滑動(dòng)變阻器的值可用于調(diào)節(jié)LCD的亮度。由于監(jiān)測(cè)儀要實(shí)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(jì)量故障信息、當(dāng)前時(shí)間、當(dāng)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(duì)信息進(jìn)行循環(huán)顯示，考慮到現(xiàn)實(shí)中并不是一直有工作人員在通過當(dāng)?shù)仫@示來獲取監(jiān)測(cè)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(fèi)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(shí)際出發(fā)，系統(tǒng)的功能還需要完善和豐富，例如手動(dòng)解除報(bào)警、參數(shù)設(shè)置、顯示歷史記錄等。常用的鍵盤設(shè)計(jì)方案有兩種，一種是與端口一一對(duì)應(yīng)的鍵盤，一種是行列矩陣鍵盤。前者工作時(shí)，一個(gè)單片機(jī)的I/O段口對(duì)應(yīng)一個(gè)按鍵，工作原理與連接都很簡(jiǎn)單，可以使用掃描或中斷兩種方式來檢測(cè)對(duì)應(yīng)按鍵是否按下。有按鍵按下，則轉(zhuǎn)而執(zhí)行相應(yīng)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(shí)處于一條行線和一條列線上，一個(gè)按鍵按下會(huì)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(jī)的I/O口，單片機(jī)通過檢測(cè)電平變化，和簡(jiǎn)單的公式計(jì)算出鍵盤的編號(hào)，然后轉(zhuǎn)去執(zhí)行該鍵對(duì)應(yīng)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(duì)簡(jiǎn)單，后一種方案雖然在這兩方面都要稍微繁瑣一點(diǎn)，但在需要按鍵較多，單片機(jī)I/O端口又不富裕的時(shí)候則顯現(xiàn)出優(yōu)勢(shì)。以9個(gè)按鍵為例，方案一要占用9個(gè)端口，方案二只要6個(gè)?？紤]到按鍵較多，本設(shè)計(jì)選擇矩陣式鍵盤方案。圖324鍵盤電路每個(gè)按鍵有它的行值和列值，行值和列值的組合就是識(shí)別這個(gè)按鍵的編碼。矩陣的行線和列線分別和單片機(jī)的I/O口連接。設(shè)計(jì)任務(wù)書要求 “具有故障報(bào)警與越限報(bào)警功能”