【文章內(nèi)容簡介】 打印記錄，打印機(jī)一般有擊打式和非擊打式打印兩類。 擊打式打印機(jī)是利用機(jī)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(jì)說明書 4 字符，或者利用打印銅針撞擊色帶和紙打印出點(diǎn)陣組成的字符圖形。其特點(diǎn)是一次性購置價(jià)格較高，耗材便宜，經(jīng)久耐用。非 擊打式印字機(jī)的印字，不是機(jī)械的擊打動(dòng)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(jī)，雖然價(jià)格便宜但是經(jīng)常要更換墨盒，耗材費(fèi)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(jī)。 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(jī)和并行輸出打印機(jī)。所謂串行打印即逐字，逐行，逐頁地打印。串行輸出打印機(jī)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(jī)發(fā)展比較快，而后者使用更廣泛，針式 打印機(jī)是由點(diǎn)陣組成不同字符擊打成字。它們的特點(diǎn)是打印速度高，機(jī)械結(jié)構(gòu)比較簡單，適合作為微小型計(jì)算機(jī)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(jī)按結(jié)構(gòu)分為鼓式、鏈?zhǔn)健降确N。一般適用于大型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。由于本系統(tǒng)僅需要打印溫度值、時(shí)間和測(cè)試點(diǎn)的序號(hào)，所以選用串行的針式微型打印機(jī)。 系統(tǒng)顯示 單片機(jī)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(cè)量控制儀表中簡單而常用的輸出設(shè)備，通常用來指示機(jī)器的狀態(tài)或其他信息，它的優(yōu)點(diǎn)是耗電省，配置靈活，接口方便，價(jià)格低，壽命長，對(duì)電流電壓的要求不高及容易實(shí)現(xiàn)多路等，因而在智能化測(cè)量控制儀表中獲得了廣泛的應(yīng)用。 LCD 是一種被動(dòng)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(duì)于采用電池供電的便攜式智能化測(cè)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(jìn)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(jià)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(duì)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(diǎn)，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(dòng)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(jì)說明書 5 護(hù)電路。每按下一個(gè)鍵，能自動(dòng)產(chǎn)生這個(gè)鍵的鍵碼，與此同時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)脈沖信號(hào)。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(jià)格較貴，一般的單片機(jī)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(shí)現(xiàn)接點(diǎn)的接通或斷開，鍵的去抖動(dòng)、鍵的編碼的形成和鍵的識(shí)別等均由軟件來完成。由于它經(jīng)濟(jì)實(shí)用，在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中廣泛采用。 經(jīng)過以上對(duì)比，可以采用非編碼式鍵盤。 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的技術(shù)關(guān)鍵 根據(jù)以上所述的總體設(shè)計(jì)思想，設(shè)計(jì)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(cè)的點(diǎn)多達(dá)幾十個(gè)，為了便于用戶安裝使用，在硬件設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)盡可能地使用各種先進(jìn)的現(xiàn)場(chǎng)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(yùn)行，儀器本身要具備很強(qiáng)的抗干擾能力，為此應(yīng)在硬件及軟件設(shè)計(jì)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(jì)為直流穩(wěn)壓電源供電，當(dāng)儀器用于復(fù)雜的工業(yè)環(huán)境時(shí)，直流電源能夠不受干擾的對(duì)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(shì)必功能很強(qiáng)大，在軟件設(shè)計(jì)時(shí)也應(yīng)尋找盡可能簡單完善的設(shè)計(jì)思路，保證程序易于修改、調(diào)試。 第四，系統(tǒng)是一個(gè)實(shí)時(shí)運(yùn)行的系統(tǒng)，當(dāng)主機(jī)電源因某種原因停電時(shí)，為了保證系統(tǒng)工作時(shí)的數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)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(jì)說明書 6 第三章 系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì) 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(jìn)行具體的系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)。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(gè)測(cè)試點(diǎn)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(hào)，送入單片機(jī)集中進(jìn)行處理。因?yàn)閱纹瑱C(jī)的 I/O 口有限，所以每個(gè)溫度傳感器不可能直接接入單片機(jī)，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(jī)。 存儲(chǔ)器將存儲(chǔ)各種與溫度傳感器有關(guān)的數(shù)據(jù)，例如，每個(gè)傳感器的相關(guān)信息、每個(gè)測(cè)試點(diǎn)的溫度值和相關(guān)的時(shí)間數(shù)據(jù)，以實(shí)現(xiàn)單片機(jī)對(duì)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(jī)的正常運(yùn)行： LED 顯示器顯示溫度值和對(duì)應(yīng)的測(cè)試點(diǎn)即路數(shù)，當(dāng)需要修改某些數(shù)據(jù)或進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試時(shí)，顯示器應(yīng)能配合鍵盤顯示相關(guān)的信息。實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路為巡檢儀提供準(zhǔn)確的時(shí)鐘：報(bào)警電路在溫度異常時(shí)送出保護(hù)信號(hào)并能進(jìn)行故障點(diǎn)的跟蹤定位。 鍵盤在本系統(tǒng)中是操作員控測(cè)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(shí)能夠?qū)崟r(shí)打印故障路數(shù)、對(duì)應(yīng)的時(shí)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(jī) 顯示器 測(cè)試點(diǎn) 測(cè)試點(diǎn) 溫度 傳感 器 溫度 傳感 器 鍵盤 報(bào)警電路 存儲(chǔ)器 看門狗 實(shí)時(shí)時(shí)鐘 天津理工大學(xué) 2021屆本科畢業(yè) 設(shè)計(jì)說明書 7 打印機(jī)主要打印某一時(shí)刻的各路溫度值。 直流穩(wěn)壓電源為單片機(jī)、存儲(chǔ)器、報(bào)警電路和顯示器提供直流 電壓，后備電源則是為了實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路在主機(jī)掉電時(shí)也能正常工作，防止時(shí)鐘停走導(dǎo)致計(jì)時(shí)不準(zhǔn)確。 溫度巡檢儀的硬件構(gòu)成 原理圖 圖 選擇單片機(jī) 我選擇了功能強(qiáng)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(jì)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(gè)優(yōu)先級(jí)中斷系統(tǒng)， 87 個(gè)中斷源 ： 1KB SBRAM 2KB DPRAM 16KB DSRAM 最多 64KB PSRAM 最多 768KB FLASH ： 兩個(gè) 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(gè)用于 PWM 信號(hào)產(chǎn)生的捕獲比較單元 5 個(gè)多功能通用定時(shí)器 最多 6 個(gè)連續(xù)接口通道（ UART、 SPI、 LIN、 IIC、 IIS） 最多 5 個(gè) CAN 通道， 128 個(gè)信息體 單電源供電（ ） 多達(dá) 75（或 118）個(gè) 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(jìn)的數(shù)字式溫度計(jì) 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(duì)振蕩周期的計(jì)數(shù)來實(shí)現(xiàn)溫度測(cè)量的。輸出值是數(shù)字信號(hào)，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(jī)進(jìn)行數(shù)字處理。為了擴(kuò)大測(cè)溫范圍和提高分辨率，使用了低溫系數(shù)振蕩器和一個(gè)高溫系數(shù)振蕩器分別進(jìn)行計(jì)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(jià)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(rèn)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(hào)（也稱啟動(dòng)和停止信號(hào)）的定義如圖 所示。開始信號(hào)：當(dāng)時(shí)鐘總線 SCL 為高電平時(shí)，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(hào)：當(dāng) SCL 線為高電平天津理工大學(xué) 2021屆本科畢業(yè) 設(shè)計(jì)說明書 9 時(shí)， 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(hào)都是由主器件產(chǎn)生。在開始信號(hào)以后，總線即被認(rèn)為處于忙狀態(tài)，其它器件不能再產(chǎn)生開始信 號(hào)。主器件在