【文章內(nèi)容簡介】 打印記錄，打印機一般有擊打式和非擊打式打印兩類。 擊打式打印機是利用機械作用，擊打活字載體上的字符，使之與色帶和紙相擊打而印出天津理工大學(xué) 2021屆本科畢業(yè) 設(shè)計說明書 4 字符，或者利用打印銅針撞擊色帶和紙打印出點陣組成的字符圖形。其特點是一次性購置價格較高，耗材便宜，經(jīng)久耐用。非 擊打式印字機的印字，不是機械的擊打動作，而是利用各種物理的或化學(xué)的方法印刷字符，如靜電感應(yīng)，電灼，熱敏效應(yīng)，激光掃描及噴墨等。較常用的是噴墨打印機，雖然價格便宜但是經(jīng)常要更換墨盒，耗材費用高?？紤]到為方便用戶長期使用，不至于經(jīng)常拆卸儀表外殼而去更換墨盒，因此選用擊打式打印機。 擊打式輸出打印設(shè)備按工作方式又可分為串行輸出打印機和并行輸出打印機。所謂串行打印即逐字，逐行，逐頁地打印。串行輸出打印機根據(jù)活字載體的形狀，分球形、字輪、針式、菊花、杯形等多種，其中菊花式和針式打印機發(fā)展比較快，而后者使用更廣泛，針式 打印機是由點陣組成不同字符擊打成字。它們的特點是打印速度高，機械結(jié)構(gòu)比較簡單，適合作為微小型計算機的打印輸出設(shè)備。所謂并行打印即逐行逐頁地打印。并行式打印速度高于串行式打印。并行輸出打印機按結(jié)構(gòu)分為鼓式、鏈式、帶式等種。一般適用于大型計算機系統(tǒng)。由于本系統(tǒng)僅需要打印溫度值、時間和測試點的序號，所以選用串行的針式微型打印機。 系統(tǒng)顯示 單片機應(yīng)用系統(tǒng)中使用的顯示器主要有發(fā)光二極管顯示器，簡稱 LED ( Light Emitting Diode ) 。液晶顯示器，簡稱 LCD ( Liquid Crystal Display)。 CRT 顯示器。 LED 的發(fā)光效率和顏色取決于制造的材料，一般常用紅色，偶爾也用黃色或綠色。發(fā)光二極管 LED 是智能化測量控制儀表中簡單而常用的輸出設(shè)備，通常用來指示機器的狀態(tài)或其他信息，它的優(yōu)點是耗電省，配置靈活，接口方便，價格低，壽命長，對電流電壓的要求不高及容易實現(xiàn)多路等，因而在智能化測量控制儀表中獲得了廣泛的應(yīng)用。 LCD 是一種被動顯示器，它本身并不發(fā)光，只是調(diào)節(jié)光的亮度。目前常用的 LCD 是根據(jù)液晶的扭曲 向列效應(yīng)原理制成的，可得到黑底白字或白底黑字的顯 示形式。對于采用電池供電的便攜式智能化測量控制儀表，考慮到低功耗的要求，常常需要采用液晶顯示器，它體積小，重量輕，功耗極低，因此在儀器儀表中的應(yīng)用十分廣泛。但是必須借助外來光顯示。 CRT 顯示器可以進行圖形顯示，但接口較復(fù)雜，成本也較高。 在 32 路溫度巡檢儀中只需要顯示 4 位數(shù)字形式的溫度和路數(shù)，可以不必使用價格較高的 CRT 。4 位 LED 的工作電流為 240mA 左右，由于使用交流電源供電，足以提供 LED 顯示器所需要的功率，對于 LED 而言，僅有 4 位，體積也很小，這樣比較 LED 和 LCD 的諸多特 點，本系統(tǒng)選擇 LED 印顯示器。 鍵盤格式 鍵盤是一組按鍵的組合，它的作用主要是控制系統(tǒng)的工作狀態(tài)以及向系統(tǒng)中輸入數(shù)據(jù)和命令，有編碼式鍵盤和非編碼式鍵盤兩類。 編碼式鍵盤除了按鍵之外，還包括了產(chǎn)生鍵碼的硬件電路、去抖動電路和多鍵、竄鍵保天津理工大學(xué) 2021屆本科畢業(yè) 設(shè)計說明書 5 護電路。每按下一個鍵，能自動產(chǎn)生這個鍵的鍵碼，與此同時，產(chǎn)生一個脈沖信號。通知 CPU 接收。這種鍵盤使用方便，接口程序簡單，但是需要較多的硬件電路，價格較貴，一般的單片機應(yīng)用系統(tǒng)較少采用。 非編碼式鍵盤僅由排成行、列矩陣形式的按鍵組成，按鍵的作用只是簡單的實現(xiàn)接點的接通或斷開，鍵的去抖動、鍵的編碼的形成和鍵的識別等均由軟件來完成。由于它經(jīng)濟實用，在單片機應(yīng)用系統(tǒng)中廣泛采用。 經(jīng)過以上對比，可以采用非編碼式鍵盤。 系統(tǒng)設(shè)計的技術(shù)關(guān)鍵 根據(jù)以上所述的總體設(shè)計思想，設(shè)計中需解決的技術(shù)關(guān)鍵性問題是： 第一，這種巡檢儀由于需要檢測的點多達幾十個，為了便于用戶安裝使用，在硬件設(shè)計時，應(yīng)盡可能地使用各種先進的現(xiàn)場總線技術(shù)，力求電路最簡單，安裝調(diào)試最方便。 第二，為保證本系統(tǒng)高可靠性運行，儀器本身要具備很強的抗干擾能力，為此應(yīng)在硬件及軟件設(shè)計上引入各種抗干擾清施。特別是系統(tǒng)中各 部分電路的電源均設(shè)計為直流穩(wěn)壓電源供電，當儀器用于復(fù)雜的工業(yè)環(huán)境時，直流電源能夠不受干擾的對各部分電路提供直流電壓就顯得十分重要了。 第三，由于硬件電路十分簡潔，那么軟件勢必功能很強大，在軟件設(shè)計時也應(yīng)尋找盡可能簡單完善的設(shè)計思路，保證程序易于修改、調(diào)試。 第四，系統(tǒng)是一個實時運行的系統(tǒng)，當主機電源因某種原因停電時，為了保證系統(tǒng)工作時的數(shù)據(jù)的實時性，其后備電源應(yīng)能可靠工作。 天津理工大學(xué) 2021屆本科畢業(yè) 設(shè)計說明書 6 第三章 系統(tǒng)硬件的設(shè)計 系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu) 根據(jù)上一章所選的總體方案確定的思路，下面將進行具體的系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計。系統(tǒng)的整體 結(jié)構(gòu)框圖如圖 所示。 圖 整體結(jié)構(gòu)框圖 數(shù)字式溫度傳感器主要是采集每個測試點的溫度值，在其內(nèi)部將采集到的溫度值轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，送入單片機集中進行處理。因為單片機的 I/O 口有限，所以每個溫度傳感器不可能直接接入單片機，必須應(yīng)采用總線技術(shù)，將數(shù)字式的溫度值通過總線循環(huán)的送入單片機。 存儲器將存儲各種與溫度傳感器有關(guān)的數(shù)據(jù)，例如，每個傳感器的相關(guān)信息、每個測試點的溫度值和相關(guān)的時間數(shù)據(jù)，以實現(xiàn)單片機對數(shù)據(jù)的集中管理，并防止丟失。 看門狗電路用 來監(jiān)視單片機的正常運行： LED 顯示器顯示溫度值和對應(yīng)的測試點即路數(shù)，當需要修改某些數(shù)據(jù)或進行現(xiàn)場調(diào)試時，顯示器應(yīng)能配合鍵盤顯示相關(guān)的信息。實時時鐘電路為巡檢儀提供準確的時鐘：報警電路在溫度異常時送出保護信號并能進行故障點的跟蹤定位。 鍵盤在本系統(tǒng)中是操作員控測巡檢儀的唯一途徑，是安裝調(diào)試的必備手段。在儀表需要改變某些數(shù)據(jù)，以及操作員在出現(xiàn)故障時能夠?qū)崟r打印故障路數(shù)、對應(yīng)的時間、溫度數(shù)據(jù)等均應(yīng)通過鍵盤完成相應(yīng)的操作。 CPU 打印機 顯示器 測試點 測試點 溫度 傳感 器 溫度 傳感 器 鍵盤 報警電路 存儲器 看門狗 實時時鐘 天津理工大學(xué) 2021屆本科畢業(yè) 設(shè)計說明書 7 打印機主要打印某一時刻的各路溫度值。 直流穩(wěn)壓電源為單片機、存儲器、報警電路和顯示器提供直流 電壓，后備電源則是為了實時時鐘電路在主機掉電時也能正常工作，防止時鐘停走導(dǎo)致計時不準確。 溫度巡檢儀的硬件構(gòu)成 原理圖 圖 選擇單片機 我選擇了功能強大的英飛凌 XC2267104F80L. ： 15ns 指令周期（ CPU 主頻 66MHz） 天津理工大學(xué) 2021屆本科畢業(yè) 設(shè)計說明書 8 單周期乘法 16M 代碼和數(shù)據(jù)線性地址空間 最多 12M 外部代碼和數(shù)據(jù)地址空間，支持復(fù)用 /非復(fù)用總線類型 16 個優(yōu)先級中斷系統(tǒng)， 87 個中斷源 ： 1KB SBRAM 2KB DPRAM 16KB DSRAM 最多 64KB PSRAM 最多 768KB FLASH ： 兩個 16 通道 10 位精度 AD 轉(zhuǎn)換器 16 通道通用比較捕獲單元 最多 4 個用于 PWM 信號產(chǎn)生的捕獲比較單元 5 個多功能通用定時器 最多 6 個連續(xù)接口通道（ UART、 SPI、 LIN、 IIC、 IIS） 最多 5 個 CAN 通道， 128 個信息體 單電源供電（ ） 多達 75（或 118）個 GPIO OCDS 調(diào)試支持 溫度傳感器及接口電路 （ 1）選擇溫度傳感器 DALLAS 半導(dǎo)體公司提供了先進的數(shù)字式溫度計 DS1631Z 。該系列采用了與眾不同的原理，利用溫敏振蕩器的頻率隨溫度變化的關(guān)系，通過對振蕩周期的計數(shù)來實現(xiàn)溫度測量的。輸出值是數(shù)字信號，所以不必使用 A/D 轉(zhuǎn)換器和相關(guān)的接口芯片，直接送入單片機進行數(shù)字處理。為了擴大測溫范圍和提高分辨率，使用了低溫系數(shù)振蕩器和一個高溫系數(shù)振蕩器分別進行計數(shù)，并采用了非線性累加器來改善線性， 其中 DS1631Z 是常用的溫度傳感器，它采用一根 I/O 數(shù)據(jù)線傳輸數(shù)據(jù)和命令，售價低廉，廣泛用于食品庫、冷庫、糧庫。 (2)IIC總線的傳輸協(xié)議與數(shù)據(jù)傳送 A:起始和停止條件 在數(shù)據(jù)傳送過程中，必須確認數(shù)據(jù)傳送的開始和結(jié)束。在 I2C 總線技術(shù)規(guī)范中，開始和結(jié)束信號（也稱啟動和停止信號）的定義如圖 所示。開始信號：當時鐘總線 SCL 為高電平時，數(shù)據(jù)線 SDA 由高電平向低電平跳變，開始傳送數(shù)據(jù)。結(jié)束信號：當 SCL 線為高電平天津理工大學(xué) 2021屆本科畢業(yè) 設(shè)計說明書 9 時， SDA 線從低電平向高電平跳變，結(jié)束傳送數(shù)據(jù)。開始和結(jié)束信號都是由主器件產(chǎn)生。在開始信號以后，總線即被認為處于忙狀態(tài)，其它器件不能再產(chǎn)生開始信 號。主器件在