【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 CCQ38550R7CON_REF123P3Interface100R8ADV1ADV2ADV3100R13100R14100R15 圖 測(cè)量電路原理圖 上圖中 P3 為外部導(dǎo)線接口， 1 端和 2 端接總線路， 3 端和 2 端接短路部分線路， R8 和 R14 兩個(gè) 100Ω電阻并聯(lián)，這樣 相當(dāng)于串聯(lián) 16 電阻為 50Ω， R13 和 R15 同理。測(cè)量電路不需要實(shí)時(shí)供電，通過(guò)三極管 Q3 控制打開(kāi)和關(guān)閉測(cè)量電路供電。當(dāng)需要供電的時(shí)候，單片機(jī)I/O 給 CON_REF 低電平，這時(shí)三極管導(dǎo)通，給測(cè)量電路供電，數(shù)據(jù)采集完成以后單片機(jī) I/O 給 CON_REF 高電平，三極管截止。這樣就能保證在不測(cè)量的時(shí)候停止對(duì)測(cè)量電路供電，同時(shí)防止測(cè)量導(dǎo)線過(guò)短，長(zhǎng)時(shí)間通電導(dǎo)致電阻發(fā)熱的問(wèn)題。 ADV ADV2 和 ADV3 分別為單片機(jī) AD 采集電壓端口，采集以后的數(shù)據(jù)處理在軟件部分詳細(xì)描述。 時(shí)鐘電路設(shè)計(jì) 系統(tǒng)中設(shè)計(jì)時(shí)鐘電路是為了檢測(cè)時(shí) 候方便工作人員記錄檢測(cè)結(jié)果，時(shí)間作為一個(gè)參考必不可少。在時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)中選用 DS1302芯片作為時(shí)鐘芯片， DS1302 具有以下特點(diǎn)： 時(shí)鐘計(jì)數(shù)功能，可以對(duì)秒、分鐘、小時(shí)、月、星期、年的計(jì)數(shù)。年計(jì)數(shù)可達(dá)到 2100 年。 有 31*8 位的額外數(shù)據(jù)暫存寄存器最少 I/O 引腳傳輸，通過(guò)三引腳控制工作電壓： 工作電流小于 320 納安（ ）讀寫(xiě)時(shí)鐘寄存器或內(nèi)部 RAM（ 31*8 位的額外數(shù)據(jù)暫存寄存）可以采用單字節(jié)模式和突發(fā)模式 。 8pin DIP 封裝或 8pin SOICs 。 兼容 TTL（ ） 。 可選的工業(yè)級(jí)別，工作溫度 40 –85 攝氏度 。 兼容 DS1202 較 DS1202 增加的功能： Vcc1 進(jìn)行涓流充電 。 。 17 ( 以上 )， 可以用老式電腦主板上的 充電電池。如果斷電時(shí)間較短 (幾小時(shí)或幾天 )時(shí)，就可以用漏電較小的普通電解電容器代替。 100 μF 就可以保證 1 小時(shí)的正常走時(shí)。 DS1302 在第一次加電后，必須進(jìn)行初始化操作。初始化后就可以按正常方法調(diào)整時(shí)間。 工作過(guò)程： 圖 DS1302 結(jié)構(gòu) 主要工作原理圖如 圖 所示：移位寄存器，控制邏輯，晶振，時(shí)鐘和 RAM。在進(jìn)行任何數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，必須被制高電平（注意雖然將它置為高電平，內(nèi)部時(shí)鐘還是在晶振作用下走時(shí)的，此時(shí)，允許外部讀寫(xiě)數(shù)據(jù)），在每個(gè) SC LK 上升沿時(shí)數(shù)據(jù)被輸入，下降沿時(shí)數(shù)據(jù)被輸出，一次只能讀寫(xiě)一位，適度還是寫(xiě)需要通過(guò)串行輸入控制指令來(lái)實(shí)現(xiàn)（也是一個(gè)字節(jié)），通過(guò) 8 個(gè)脈沖便可讀取一個(gè)字節(jié)從而實(shí)現(xiàn)串行輸入與輸出。最初通過(guò) 8 個(gè) 時(shí)鐘周期載入控制字節(jié)到移位寄存器。如果控制指令選擇的是單字節(jié)模式，連續(xù)的 8 個(gè)時(shí)鐘脈沖可以進(jìn)行 8 位數(shù)據(jù)的寫(xiě)和 8 位數(shù)據(jù)的讀操作， SC LK 時(shí)鐘的上升沿時(shí)，數(shù)據(jù)被寫(xiě)入 DS1302， SC LK 脈沖的下降沿讀出 DS1302 的數(shù)據(jù)。 8 個(gè)脈沖便可讀寫(xiě)一個(gè)字節(jié)。在突發(fā)模式，通過(guò)連續(xù)的脈沖一次性讀寫(xiě) 18 完 7 個(gè)字節(jié)的時(shí)鐘 /日歷寄存器（注意時(shí)鐘 /日歷寄存器要讀寫(xiě)完），也可以一次性讀寫(xiě) 8~328 位 RAM 數(shù)據(jù)（可按實(shí)際情況讀寫(xiě)一定數(shù)量的位，不必全部讀寫(xiě)，兩者的區(qū)別）。 控制指令： 圖 DS1302 控制時(shí)序 控制指令（ 8 位）如 圖 所示： 每個(gè)字節(jié)的傳輸是有控制字節(jié)指定的，控制字節(jié)的最高位 Bit7必須是 ‘1’，如果是 ‘0’，寫(xiě)入將被禁止，因此我們?nèi)绻麑⑦@位置一，可以禁止寫(xiě)入。 bit6 為 ‘0’則指定對(duì)時(shí)鐘 /日歷寄存器控制讀寫(xiě)操作，為 ‘1’則為 RAM 區(qū)數(shù)據(jù)的控制讀寫(xiě)操作， bir1~bit5 指定相關(guān)寄存器待進(jìn)行輸入輸出操作，最低位 bit0 指定是輸入還是輸出，為 ‘0’則為輸入，相反則輸入有效，輸入輸出根據(jù)脈沖的上升沿和下降沿串行進(jìn)行（前面已經(jīng)提到）。 DS1302 電路設(shè)計(jì)如下圖所示： X12X23VCC21GND4RST5I/O6SCLK7VCC18U2DS1302VCC12Y232768DSRSTDSCLKDSIO1 2P5C7 19 圖 時(shí)鐘電路原理圖 P5 為 DS1302 時(shí)鐘芯片的備用電源接口，在作品中使用 1220 紐扣電池作為備用電源。 DS1302 的 1 引腳是接主電源的，在 1 引腳和GND 之間接入 電容，濾除高頻干擾。芯片的 7 引腳分別為芯片的控制引腳和數(shù)據(jù)傳輸引腳，通過(guò)單片機(jī)控制，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的讀出和寫(xiě)入。芯片的 3 引腳接入 32768Hz 的晶振，為芯片提供振蕩脈沖。 按鍵電路設(shè)計(jì) 鍵盤(pán)是系統(tǒng)不可缺少的輸入部分，是實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話的紐帶。按其結(jié)構(gòu)形式，鍵盤(pán)可以分為非編碼鍵盤(pán)和編碼鍵盤(pán)，前者用軟件方法產(chǎn)生鍵碼，而后者則用硬件方法產(chǎn)生鍵碼。在單片 機(jī)中使用的大部分都是非編碼鍵盤(pán)，因?yàn)榉蔷幋a鍵盤(pán)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單成本低廉。按鍵形式有獨(dú)立式和矩陣式兩種。在該系統(tǒng)中選用獨(dú)立式。獨(dú)立式按鍵每個(gè)按鍵各接一根輸入線，每根輸入線上的按鍵工作狀態(tài)不會(huì)影響其他輸入線上的工作狀態(tài)。因此，通過(guò)檢測(cè)輸入線的電平狀態(tài)可以很容易的判斷哪個(gè)按鍵按下。 按鍵在閉合及斷開(kāi)的瞬間均伴隨有一連串的抖動(dòng)，抖動(dòng)時(shí)間的長(zhǎng)短由按鍵的機(jī)械特性決定，一般為 510ms。按鍵穩(wěn)定閉合期的長(zhǎng)短，則有操作人員的按鍵動(dòng)作所決定，一般為十分之幾秒到幾秒。按鍵的閉合與否，反映在電壓上就是呈現(xiàn)出高電平或低電平，通過(guò)電平高低 的檢測(cè)，可以確定按鍵按下與否。為了確保 CPU 對(duì)一次按鍵動(dòng)作值只確認(rèn)一次，必須消除抖動(dòng)的影響。 20 圖 按鍵抖動(dòng)信號(hào) 通常有硬件、軟件兩種消除抖動(dòng)的方法，本系統(tǒng)中采用軟件消除抖動(dòng)的方法。若 CPU 檢測(cè)到有按鍵按下時(shí)，先執(zhí)行一段延時(shí)程序后再檢測(cè)此按鍵，若仍為按下?tīng)顟B(tài)，則 CPU 認(rèn)為該按鍵確實(shí)按下。這樣就消除了抖動(dòng)的影響。電路如圖 17 所示： 圖 獨(dú)立按鍵原理圖 按鍵沒(méi)有按下的時(shí)候 K1， K2， K3 和 K4 端都是高電平，如果其中一個(gè)按鍵按下怎對(duì)應(yīng)的 端口就變成低電平，單片機(jī)掃描到對(duì)應(yīng)的IO 口為低電平后就知道該按鍵按下。 按鍵從左到右依次分別為 S S S S5，定義為“設(shè)置”，“加1”，“減 1”，“確定”?！霸O(shè)置”按鍵用來(lái)設(shè)置線路長(zhǎng)度參數(shù)和時(shí)間參數(shù)?！凹?1”和“減 1”按鍵用來(lái)調(diào)整要設(shè)置的參數(shù)。當(dāng)設(shè)置參數(shù)確定后通過(guò)“確定”按鍵退出設(shè)置模式。 在測(cè)量狀態(tài)下，“加 1”和“減 1”按鍵可以打開(kāi)和關(guān)閉液晶的背光。如果要測(cè)量的導(dǎo)線接好以后通過(guò)按下“確定”按鍵完成檢測(cè)。 S2 10KR910KR1010KR1110KR12K1 K2 K3 K4S3 S4 S5VCC 21 聲音提醒電路設(shè)計(jì) 當(dāng)測(cè)量完成的時(shí)候需要聲音的提示，所以在這里選擇有源蜂鳴器作為發(fā)聲源。 蜂鳴器是一種一體化結(jié)構(gòu)的電子訊響器，采用直流電壓供電，廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)、打印機(jī)、復(fù)印機(jī)、報(bào)警器、電子玩具、汽車(chē)電子設(shè)備、電話機(jī)、定時(shí)器等電子產(chǎn)品中作發(fā)聲器件。蜂鳴器主要分為壓電式蜂鳴器和電磁式蜂鳴器兩種類(lèi)型。 壓電式蜂鳴器 ： 壓電式蜂鳴器主要由多諧振蕩器、壓電蜂鳴片、阻抗匹配器及共鳴箱、外殼等組成 。 多諧振蕩器由晶體管或集成電路構(gòu)成。當(dāng)接通電源后（ ~15V 直流工作電壓） ,多諧振蕩器起振 ,輸出 ~ 的音頻信號(hào)，阻抗匹配器推動(dòng)壓電蜂鳴片發(fā)聲。壓電蜂鳴片由鋯鈦酸鉛或鈮鎂酸鉛壓電陶瓷材料制成。在 陶瓷片的兩面鍍上銀電極，經(jīng)極化和老化處理后，再與黃銅片或不銹鋼片粘在一起。 電磁式蜂鳴器 ： 電磁式蜂鳴器由振蕩器、電磁線圈、磁鐵、振動(dòng)膜片及外殼等組成。接通電源后，振蕩器產(chǎn)生的音頻信號(hào)電流通過(guò)電磁線圈，使電磁線圈產(chǎn)生磁場(chǎng)。振動(dòng)膜片在電磁線圈和磁鐵的相互作用下，周期性地振動(dòng)發(fā)聲。 在系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中選用電磁式有源蜂鳴器作為發(fā)聲源。 LS1BellVCCR6Q29012BELL 圖 發(fā)生電路原理圖 22 由上圖可知，發(fā)生電路包括蜂鳴器，三極管和限流電阻。當(dāng)單片機(jī) BELL 端口為低電平的時(shí)候，三極管 Q2 導(dǎo)通，驅(qū)動(dòng)蜂鳴器發(fā)聲。 供電電路設(shè)計(jì) 電源 電路是系統(tǒng)比不可少的部分，該系統(tǒng)使用三節(jié)五號(hào)電池供電，滿足靈活性的要求，同時(shí)三節(jié)電池電壓正好在系統(tǒng)需求電壓的正常范圍，不在需要 DCDC 變換電路，降低了設(shè)備的成本。 供電電路如下圖所示： 1KR1D1220uFC2VCCC312P1POWERS1SWSPST 圖 供電單元原理圖 P1 是電池接入端口， S1 為自鎖開(kāi)關(guān)，電阻 R1 和發(fā)光二極管 D1組成了電源指示電路，電容 C2 和 C3 組成濾波電路，濾除電流中的高頻干擾，為系統(tǒng)提供高質(zhì)量的電源。 第 4 章 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì) 通信線路故障定位系統(tǒng)的單片機(jī)軟件部分使用 C 語(yǔ)言完成，包括 主文件， 液晶驅(qū)動(dòng)文件， 定時(shí)器初始化文件， 時(shí)鐘芯片驅(qū)動(dòng)文件， 獨(dú)立鍵盤(pán)驅(qū)動(dòng)文件， 數(shù)據(jù)采集及數(shù)據(jù)處理驅(qū)動(dòng)文件。 23 軟件總體流程 開(kāi) 始初 始 化定 時(shí) 器 、 I O 、 A D1 2 8 6 4 液 晶 、 D S 1 3 0 2打 開(kāi) 液 晶 背 光顯 示 開(kāi) 機(jī) 信 息延 時(shí)關(guān) 閉 液 晶 背 光啟 動(dòng) 看 門(mén) 狗進(jìn) 入 主 循 環(huán)1 0 m s 定 時(shí) 是 否 到 達(dá)N液 晶 顯 示 刷 新 時(shí) 間 是 否 到 達(dá)是 否 啟 動(dòng) 數(shù) 據(jù) 采 集NN按 鍵 掃 描YY是 否 在 參 數(shù) 設(shè) 置 狀 態(tài)YN液 晶 顯 示 刷 新 圖 軟件總體流程圖 24 如圖 所示，程序開(kāi)始后首先對(duì)系統(tǒng)各個(gè)模塊進(jìn)行初始化，然后啟動(dòng)看門(mén)狗，看門(mén)狗的使用可以提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，當(dāng)系統(tǒng)程序跑飛后看門(mén)狗可以使系統(tǒng)復(fù)位，保證系統(tǒng)可靠運(yùn)行，提高抗干擾能力。清看門(mén)狗的代碼在定時(shí)器中斷中完成。系統(tǒng)初始化完成以后，進(jìn)入主循環(huán)，然后開(kāi)始執(zhí)行各個(gè)模塊的功能。代碼的具體功能請(qǐng)參考附錄 2。 開(kāi) 始清 看 門(mén) 狗1 0 m s 計(jì) 時(shí) 標(biāo) 志位 置 位中 斷 次 數(shù) 計(jì) 數(shù)加 ‘ 1 ’中 斷 時(shí) 次 數(shù)是 否 到 達(dá) 5 0 次液 晶 刷 新 標(biāo) 志位 置 位Y結(jié) 束N 圖 定時(shí)器中斷流程圖 25 圖 為定時(shí)器中斷函數(shù)的流程圖，進(jìn)入中斷函數(shù)后首先清除看門(mén)狗，然后對(duì)中斷次數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)。在中斷函數(shù)在中主要控制液晶顯示刷新的頻率。 參數(shù)設(shè)置流程 在參數(shù)設(shè)置的函數(shù)中，主要完成系統(tǒng)各個(gè)參數(shù)的設(shè)置。通過(guò)“設(shè)置”按鍵切換要設(shè)置的參數(shù)，“加 1” 和“減 1”按鍵調(diào)整要設(shè)置的參數(shù)，參數(shù)設(shè)置完成后通過(guò)“確定”按鍵退出設(shè)置 狀態(tài)，同時(shí)通過(guò)“確定”按鍵啟動(dòng)測(cè)量。具體過(guò)程參考圖 。 26 開(kāi) 始調(diào) 用 按 鍵 掃描 函 數(shù)鍵 值 是 否 為 K E Y 4鍵 值 是 否 為 K E Y 3鍵 值 是 否 為 K E Y 2