【文章內(nèi)容簡介】 過把高頻信號轉(zhuǎn)為光信號，又把光信號轉(zhuǎn)為低頻信號傳輸下去。這樣既保證了電路中元件的安全也把信號傳輸出去。因為本設計中需要用到的單片機是MSP430F149型，然而本設計中所用到的繼電器是5V電壓驅(qū)動的，所以我們需要光電耦合器。光電耦合器在本設計中有兩個作用：（1） 因為單片機的輸出信號過低，沒有辦法驅(qū)動繼電器。（2） 保護單片機，單片機的參考電壓本來就是低壓，光電耦合器可以保護其避免高電壓的損壞。 顯示模塊以前人們經(jīng)常會采用LED顯示作為設計的顯示部分，但是由于LED大的體積和消耗過大的原因，已經(jīng)逐步被淘汰了，而LCD液晶顯示越來越多的進入人們的眼簾。而本設計需要顯示包括溶氧量等，因此選用液晶顯示模塊RT12864M，可顯示漢字、圖形和數(shù)字，是一種點陣式液晶顯示模塊。 電控器件選擇電控器件：（1） 繼電器不僅僅是電路中的啟動開關也是一個保護電路的器件，繼電器用小的電流控制大電流器件的開關。本設計采用HK4100F型繼電器，其工作電壓為5V。（2） 接觸器分為交流接觸器（電壓AC）和直流接觸器（電壓DC），當電流流過接觸器的線圈時，根據(jù)電磁感應效應，線圈會產(chǎn)生磁場，這個磁力吸引金屬材質(zhì)的觸頭，開關閉合。電流消失，磁場也就消失了，開關斷開。本設計中使用交流接觸器，因為增氧機電源是380V的交流電，所普通的380V交流接觸器即可滿足本設計的需求。3 系統(tǒng)硬件設計 總體結(jié)構(gòu)本設計的智能增氧控制器是以單片機MSP430F149為核心，它由單片機控制電路、復位電路、晶振電路、時鐘電路、JTAG接口電路、溫度壓強采集電路、顯示模塊、鍵盤控制模塊、增氧機電路、電源電路等部分組成。系統(tǒng)硬件電路如圖31所示。圖31 系統(tǒng)硬件電路框圖 I2C應用介紹 圖32 I2C框圖本設計中運用了三次I2C接口模式，包括單片機和溫度傳感器之間的連接，單片機和時鐘電路之間的連接，單片機和存儲電路之間的連接，系統(tǒng)I2C應用如圖32所示。I2C總線是由Philips公司研發(fā)的二線制串行總線標準，是具備總線仲裁和高低速設備等功能的高性能多主機總線。I2C總線由兩部分構(gòu)成：串行時鐘線SCL和串行數(shù)據(jù)線SDA，既可以發(fā)送數(shù)據(jù)，也可以接收數(shù)據(jù)。有總線共享特點，能夠兼容若干器件，總線上所有的接口電路和器件都要具備I2C總線接口，并且要把SDA/SCL所有的同名端連接在一起。器件尋址需要通過SDA發(fā)送的地址信號，通信時不需要加片選信號。直接用導線連接設備，占用的空間小，降低了互聯(lián)成本。價格比較便宜，應用比較廣泛。I2C總線既可以實現(xiàn)接收器接收數(shù)據(jù)也可以實現(xiàn)發(fā)送器傳輸數(shù)據(jù)。這二者的定義就是，這個器件是把信息發(fā)送到總線上還是從總線上接收信息，大多數(shù)的器件都可以作為發(fā)送器和接收器，比如存儲器、CPU等，而有些器件只可以作為接收器，比如：顯示器件。SCL低電平的時候SDA線上數(shù)據(jù)狀態(tài)才會變化；當SCL是高電平的時候，SDA狀態(tài)被用來表示起始條件和停止條件。數(shù)據(jù)傳輸時，每個字節(jié)必須為8位，先傳送高位（MSB），每個被傳送的字節(jié)后面必須跟隨1位應答信號。 系統(tǒng)各模塊電路設計本設計的核心便是單片機MSP430F149，因此單片機的功能和各項參數(shù)會影響整個設計的功能，約束設計實施，所以選擇一個適合本設計的單片機是極為重要的。按照智能增氧控制系統(tǒng)的設計需要：（1） 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換精確高；（2） 傳感器采集數(shù)據(jù)后由單片機處理，并由顯示器實時顯示；（3） 需要模塊之間的相互配合。因此，本系統(tǒng)選用單片機MSP430F149來完成設計。 單片機控制電路如圖33所示，單片機MSP430F149最小系統(tǒng)電路，數(shù)字部分電源供電（DVCC)，模擬部分電源供電(AVCC)。振蕩器連接單片機的XIN和XOUT引腳?！?，因此這七個按鍵是相互獨立的，不互相影響。，因為LM75型溫度傳感器的內(nèi)部儲存可以直接通過這兩個端口被單片機讀出。在本設計中的報警電路用到4個LED，它們分別代表電源、自動控制、定時、報警?！?。增氧機的開關是由接觸器來控制的，通過控制繼電器通斷狀態(tài)來得到控制增氧機開關的效果。RT12864M液晶顯示模塊與單片機8位或4位并行/3位串行，這里我們選擇8位并行數(shù)據(jù)連接。～。，。圖33 MSP430F149單片機最小系統(tǒng)電路（1）復位電路任何型號的單片機都缺少不了復位電路，它能保證系統(tǒng)工作穩(wěn)定可靠，復位電路的作用是將電路恢復到起始時候的狀態(tài)，這和計算器中歸零鍵的作用相類似，讓計算器回到原始狀態(tài)，重新開始計算。但是這兩者也有著不同，復位電路啟動的方法不同。如果單片機的復位電路出現(xiàn)了問題，整個系統(tǒng)的功能會受到很大的影響?？紤]到復位電路的重要性，本設計采用手動按鈕復位的方式。復位電路如圖34所示。圖34 復位電路手動按鈕復位的電路如所示，在復位端和電源之間用一個開關斷開，通過人為控制單片機的復位，通常復位時間很短暫的，人手動控制也滿足了復位所需要的時間。因為單片機MSP430F149是低電平復位，當復位按鈕沒有按下時，沒有閉合回路，RST端口在電容的作用下依舊是高電平狀態(tài)，復位不執(zhí)行。而當按鈕k被按下時，電路導通，電容開始放電，同時RST端口高電平變?yōu)榈碗娖?。當按鈕松開后電容的作用再次發(fā)揮，RST端口的緩慢變成高電平。這就是整個復位過程。 時鐘電路一個微機系統(tǒng)就像是一個社會系統(tǒng)，社會的穩(wěn)步發(fā)展需要各種規(guī)章制度，需要各種職能機構(gòu)的協(xié)調(diào)。而在一個單片機系統(tǒng)中也有好多信號被發(fā)出，如何處理這些信號，那么多的信號如何能有秩序的被處理，做到有條不亂在其中扮演重要角色的便是時鐘電路。一個部分的信號處理完成后這時候需要一個時鐘信號，進行繼續(xù)下面的處理。振蕩器是時鐘電路的核心器件，為了使其有很好的穩(wěn)定性，一般采用石英晶體作為振蕩器的材質(zhì)。振蕩器在時鐘電路中的作用就是產(chǎn)生正弦波，這些波的頻率不盡相同，所以要進行分頻、處理，形成不同的時鐘脈沖，最后根據(jù)系統(tǒng)中各部分的需求進行分配，系統(tǒng)就會協(xié)調(diào)的工作起來。MSP430F149單片機時鐘的主要振蕩器：（1） 低頻晶體振蕩器（LFXT1）（2） 高頻振蕩器（LFXT2）（3） 內(nèi)部振蕩器（DCO）104Hz，高頻振蕩器最高可達8MHz，內(nèi)部振蕩器為數(shù)字式的內(nèi)部控制振蕩器[12]。MSP430F149單片機多時鐘源的優(yōu)點： （1）成本低。 （2）低電壓工作，功耗低。 （3）系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理迅速因為在CPU和高頻時鐘沒有打開的時候，只有基本時鐘在電源的供電下運行著，這樣而來，在滿足條件（外部中斷到達或者是定時達到）時系統(tǒng)才會開始運行。如果外部低頻和高頻晶體振蕩器發(fā)生故障，內(nèi)部數(shù)字式控制振蕩器會在6us內(nèi)運行，這樣便可以保證整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性。如圖35所示，本系統(tǒng)中采用的是8M的晶體芯片PCF8563，該芯片也具有支持I2C接口協(xié)議的功能，可以實時讀取當前測量值的準確時間，時間的讀取能夠保障系統(tǒng)的運行安全可靠。，可以直接讀取時間。同時為了保證芯片與單片機的時鐘一致。然后為了實現(xiàn)實時提供時鐘數(shù)據(jù)這一功能，需要給芯片提供一個獨立的外部電源。圖35 時鐘電路 JTAG接口電路JTAG(聯(lián)合測試工作組)是以國際標準為準的測試協(xié)議（IEEE ），以測試芯片的內(nèi)部為主。這種邊界掃描技術是為了在線測試和電路板線路檢測而發(fā)展的技術。主要是在芯片的每個部分的輸入輸出間都加一個移位寄存器，這樣一來，整個芯片就會被這些移位寄存器單元給包起來，所以這種被叫作邊界掃描移位寄存器。當需要測試的時候，芯片就會被斷開，通過這些周圍的移位寄存器單元，便可以觀察芯片的工作情況[20]。一般情況，JTAG分兩類，一類是測芯片的各種參數(shù)和芯片是否存在問題；另一類就是用于Debug；在單片機MSP430F149內(nèi)部同樣有JTAG模塊，如果需要后期對設計進行程序仿真和在線調(diào)試，只需要用JTAG模塊便可以完成。JTAG的四個接口：TDO(測試數(shù)據(jù)輸出)、TDI（測試數(shù)據(jù)輸入）、TMS（測試模式選擇）、TCK（測試時鐘輸入）。它們分別與MSP430F149單片機的55557引腳相連。JTAG接口電路如圖36所示：圖36 JTAG接口電路外接的電源是用來PC機與單片機之間的數(shù)據(jù)傳輸。 溫度采集模塊電路 本設計采用數(shù)字式的溫度傳感器：LM75型溫度傳感器。該傳感器和MSP430F149型單片機一樣不需要高的供電電壓，因此節(jié)省了對電壓電流的控制，從而達到本設計的主旨之一：節(jié)省成本。并且單片機可以直接讀取LM75傳感器的數(shù)據(jù)，并且來控制該芯片。圖37 溫度測量電路因為單片機MSP430F149內(nèi)部帶有I2C（I2C總線是一個雙向的兩線連續(xù)總線，