【正文】 29 29 Q1N P NQ2N P ND 2 0 1I N 4 1 4 8D 2 0 2I N 4 1 4 8V C C V C C12L I N E I NK 3 0 1J1K 3 0 2J2T1AC1V+2AC3V4B R I D G E 2R 3 0 32 0 0R 3 0 21 0 0R 3 0 31 0 0U35V5V2 4 V2 4 V 圖 37 系統(tǒng)電源模塊的原理 本章小結(jié) 本章介紹了系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)。穩(wěn)壓塊的輸入端滿足在電網(wǎng)電壓下降至最低時(shí)還至少比輸出端的電壓高。在經(jīng)過(guò)一個(gè)有極性電容和一個(gè)無(wú)極性電容后濾去低頻和高頻諧波分量在穩(wěn)壓塊的輸入端產(chǎn)生一個(gè)基本穩(wěn)定的電壓。為+24V 電磁閥提供驅(qū)動(dòng)電壓、 12/+12V 電源為數(shù)據(jù)處理電路的運(yùn)算放大器供電電源、 +5V 主要 為單片機(jī)及所有外圍設(shè)備供電、 15V 電源為液晶提供驅(qū)動(dòng)電壓。所以本系統(tǒng)采用多組三端穩(wěn)壓構(gòu)成穩(wěn)壓電路輸出。本系統(tǒng)的信號(hào)處理電路和各種驅(qū)動(dòng)電路需要多組直流穩(wěn)壓電源為系統(tǒng)供電。 電源模塊的設(shè)計(jì) 電源電路是一個(gè)系統(tǒng)的核心，是保障系統(tǒng)正常運(yùn)行的必要條件。其目的主要是為了保護(hù)三級(jí)管腳。當(dāng)控制信號(hào) PB0 為低電平時(shí)，三級(jí)管截止，電磁閥關(guān)閉。電磁閥 6013 為微型電磁閥，直動(dòng)式常閉型。 圖 36 MAX232 與單片機(jī)的典型 接口電路 28 28 電磁閥驅(qū)動(dòng)模塊的設(shè)計(jì) 驅(qū)動(dòng)模塊是系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，是構(gòu)成閉環(huán)系統(tǒng)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。本系統(tǒng)只用一組轉(zhuǎn)換電路即可，芯片的 9 腳和 10 腳分別于單片機(jī)的 RXD，和 TXD 連接，信號(hào)滿足 TTL 電平信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)， 7 腳和 8 腳連接到 DB9 接口的 3 腳與 2 腳， DB9 的 5腳與系統(tǒng)的數(shù)字信號(hào)地連接。但由于要在每個(gè)字符的前后加上起始位和停止位這樣一些附加位，使得傳輸效率變低了，只有約80%。 由上述工作過(guò)程可看到，異步通信是按字符傳輸?shù)模總鬏斠粋€(gè)字符，就用起始位來(lái)通知收方，以此來(lái)重新核對(duì)收發(fā)雙方同步。經(jīng)過(guò)處理將停止位去掉，把數(shù)據(jù)位拼裝成一個(gè)并行字節(jié)，并且經(jīng)校驗(yàn)后，無(wú)奇偶錯(cuò)才算正確的接收一個(gè)字 符。傳送開(kāi)始后，接收設(shè)備不斷地檢測(cè)傳輸線，看是否有起始位到來(lái)。這樣就為通信雙方提供了何時(shí)開(kāi)始收發(fā)，何時(shí)結(jié)束的標(biāo)志。它的到來(lái)，表示下面接著是數(shù)據(jù)位來(lái)了，要準(zhǔn)備接收。傳送時(shí)，數(shù)據(jù)的低位在前，高位在后。 異步通信協(xié)議主要是指起止式異步協(xié)議。 （ 2）異步通信只適 用于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)，同步通信可用于對(duì)多。 異步通信和同步通信的比較 : （ 1）異步通信簡(jiǎn)單，雙方時(shí)鐘可允許一定誤差。在整個(gè)系統(tǒng)中，由一個(gè)統(tǒng)一的時(shí)鐘控制發(fā)送端的發(fā)送和空字符用同一個(gè)代碼。這樣，傳輸時(shí)，按每 n 位劃分為一個(gè)時(shí)間片， 發(fā)送端在一個(gè)時(shí)間片中發(fā)送一個(gè)字符，接收端則在一個(gè)時(shí)間片中接收一個(gè)字符。在同步傳輸過(guò)程中，一個(gè)字符可以對(duì)應(yīng) 58位。其中同步協(xié)議又分為 :面向字符的同步通信協(xié)議和面向比特的通信協(xié)議。而并行連接一般需要 8 條數(shù)據(jù)線、兩條或者更多的控制信號(hào)線和幾條接地線。而 USB 連接最長(zhǎng)可以達(dá) 16 英尺 (約 米 )。 (2)在微控制器中，接口芯片使得一個(gè) 5V 串口轉(zhuǎn)換成 RS232 變得非常容易。每一臺(tái) PC 都有一個(gè)或多個(gè) RS232 端口。它適合數(shù)據(jù)傳輸速率在 020bit/s 范圍內(nèi)的通信。 串口通信的物理層是指用來(lái)執(zhí)行這種通信的硬件，包括數(shù)據(jù)線和控制線通常使用的是 RS232 通信協(xié)議。這樣采用分層處理的方法還有個(gè)好處是底層模塊獨(dú)立于高層消息處理，最大限度地降低軟件對(duì)硬件的依賴性，有利于軟件的重用和移植。接收時(shí)，物理層負(fù)責(zé)從串口的硬件緩沖區(qū)讀取或單片機(jī)端發(fā)送的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)鏈路層把物理層讀取來(lái)的數(shù)據(jù)根據(jù)一定的邏輯關(guān)系拼裝成完整的命令，最后是應(yīng)用層來(lái)解釋執(zhí)行由數(shù)據(jù)鏈路層拼裝出來(lái)的命令，并做出響應(yīng) 。每一 25 25 層負(fù)責(zé)直接使用下層向它提供的服務(wù)，并完成自身的功能，然后向上層提供“增值”后的功能，即數(shù)據(jù)和控制信息從發(fā)送端各層由上至下傳送至 物理媒體，然后接收方再?gòu)南碌缴辖?jīng)過(guò)各個(gè)層傳遞到達(dá)目的地，是七層參考模型不是通訊標(biāo)準(zhǔn)，它只給出一個(gè)不會(huì)由于技術(shù)發(fā)展而必須修改的穩(wěn)定模型，使有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和協(xié)議能在模型定義的范圍內(nèi)開(kāi)發(fā)和相互配合。 （ 13）文本特征方式只能用在文本模式中此時(shí)文本區(qū)和圖形區(qū)都必須打開(kāi)。 （ 11）光標(biāo)可在 字符方式下啟用，此時(shí)光標(biāo)與所在位的字符通過(guò)邏輯“或”顯示。文本顯示區(qū)和圖形顯示區(qū)的起始地址 SAD 都對(duì)應(yīng)著顯示屏左上角位置的顯示位。 （ 9）本模塊內(nèi)建 128 種字符見(jiàn)附錄，并允許用戶在顯示緩沖區(qū)內(nèi)任意設(shè)置一個(gè)區(qū)域作為外擴(kuò)的字符發(fā)生器 CGRAM。顯示窗口長(zhǎng)度 (列 )CL 己由硬件設(shè)置為 40(字符數(shù) )，即列數(shù)據(jù)傳輸個(gè)數(shù)的最大值 (超出屏幕部分不顯示 )。 （ 7）顯示指令完整地恢復(fù)顯示屏上原有的畫面內(nèi)容。 （ 6）復(fù)位信號(hào)將把行、列計(jì)數(shù)器和顯示寄存器清零，并且關(guān)顯示。 （ 4）顯示字符的字體點(diǎn)陣。 （ 2）可以設(shè)置字符方式與圖形方式的合成顯示即字符顯示區(qū)的內(nèi)容和圖形顯示 區(qū)的內(nèi)容通過(guò)模式設(shè)置同時(shí)顯示在屏幕上、字符方式下的特征顯示以及可以像以那樣屏拷貝操作。從早期的發(fā)光二極管顯示到液晶顯示，從段碼式到點(diǎn)陣式再到圖形點(diǎn)陣式，其性能不斷提升，而成本卻日趨降低。其將通用的微處理器和存儲(chǔ)器結(jié)合在一起，特別是可反復(fù)擦寫的存儲(chǔ)器可有效地降低開(kāi)發(fā)成本。圖液晶與單片機(jī)的接口電路，本系統(tǒng)采用內(nèi)核的系列單片機(jī) 是一種低電壓，高性能位單片機(jī)，片內(nèi)含的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲(chǔ)器和的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，器件采用公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用位中央處理器和存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大的單片機(jī)可為您AT89S52 23 23 提供許多較復(fù)雜系統(tǒng)控制應(yīng)用場(chǎng)合。液晶接口的 1， 2 腳為背光電壓的輸入端。單片機(jī) P2 口的最高位 與 81C55 的使能端連接，高電平為不使能。液晶的指令代碼入口地址為 8201H，此時(shí) CE 為低電平選通， C/D 為高電平，為控制命令字的讀寫地址。 CE、 C/D 信號(hào)分別接到單片機(jī) 、 上。抖動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)短和開(kāi)關(guān)的機(jī)械特性有關(guān)，一般為 5~10ms，中間狀態(tài)為穩(wěn)定地閉合期，其時(shí)間由按鍵動(dòng)作所確定，一般為十分之幾秒到幾秒，為了保證 CPU對(duì)鍵盤的閉合做一次處理并且僅一次處理，在軟件中必須設(shè)置去抖 動(dòng)，在鍵的穩(wěn)定閉合或斷開(kāi)時(shí)讀鍵盤的狀態(tài)，并判斷出鍵由閉合到釋放時(shí)，再作鍵輸入處理 . 液晶接口電路的設(shè)計(jì) 液晶模塊與單片機(jī)的接口電路如圖所示 : 22 22 E A / V P31X119X218R E S E T9RD17WR16I N T 012I N T 113T014T115P 101P 112P 123P 134P 145P 156P 167P 178P 0039P 0138P 0237P 0336P 0435P 0534P 0633P 0732P 2021P 2122P 2223P 2324P 2425P 2526P 2627P 2728P S E N29A L E / P30T X D11R X D10U1A T 8 9C 51P 00P 01P 02P 03P 04P 05P 06P 07Y 10 11 2MC 10 2 3 0PC 10 13 0pR10210KC 10 34 .7 u FV C CV C CS 10 1R 10 11 0K溫度壓力信號(hào)溫度壓力信號(hào)數(shù)據(jù)線控制線 圖 35 液晶模塊與單片機(jī)的接口電路 單片機(jī)利用數(shù)據(jù)與控制信號(hào)直接采用存儲(chǔ)器訪問(wèn)形式來(lái)控制液晶模塊。 CPU 對(duì)鍵盤上閉合鍵鍵號(hào)的確定，可以根據(jù)行線和列線的狀態(tài)計(jì)算求得，也可以根據(jù)行線和列線狀態(tài)查表求得。 CPU 對(duì)鍵盤的掃描可以采取程序控制的隨機(jī)方式， CPU 在空閑時(shí)掃描鍵盤，也可以采取定時(shí)控制方式，每隔一定的時(shí)間， CPU 對(duì)鍵盤掃描一次， CPU可以隨時(shí)響應(yīng)鍵盤輸入請(qǐng)求 。用同樣的方法檢查 PC1這一行上有無(wú)鍵閉合，以此類推，然后使行線 PC2 為低電平，其余的行線為高電平，檢查PC2 這一行上是否有鍵閉合。然后微機(jī)通過(guò)輸入口讀列線的狀態(tài)，如果 PA0~PA7 都為高電平，則 PC0 這一 行上沒(méi)有鍵閉合，如果讀出的列線狀態(tài)不全為高電平，則8155 21 21 為低電平的列線和 PC0 相交的鍵處于閉合狀態(tài) 。當(dāng)鍵盤上某一個(gè)鍵閉合時(shí)，該鍵所對(duì)應(yīng)的行線與列線短路。掃描式鍵盤需占用單片機(jī)較多的輸入輸出口線，使用可編程芯片來(lái)擴(kuò)展。溫度信號(hào)采集電路與單片機(jī)的接口與壓力信號(hào)的接口基本相同，如圖所示 : 圖 33 溫度信號(hào)與單片機(jī)的連接電路 人機(jī)界面的設(shè)計(jì) 人機(jī)界面主要是鍵盤輸入模塊和液晶顯示模塊，是嵌入式設(shè)計(jì)的常用外設(shè)模塊。 溫度處理信號(hào)與單片機(jī)的連接電路 由于 ADS1110 支持 I2C 總線協(xié)議，可以同時(shí)連接個(gè)從設(shè)備。 此測(cè)溫電路共需要兩組精密電源為其供電， TL431 就是能同時(shí)提供兩組穩(wěn)定電壓輸出的穩(wěn)壓管， 12V 電源流經(jīng)限流電阻 R126 后在 TL431 的 1 腳產(chǎn)生 的 19 19 穩(wěn)壓輸出，再流經(jīng)限流電阻 R114 和 R115 后在 2腳產(chǎn)生一個(gè) 的穩(wěn)壓輸出。溫度處理信號(hào)調(diào)試時(shí)，首先用 100? 的電阻替換Rt，通過(guò)調(diào)節(jié) RP104 使溫度信號(hào)的輸出值為 400mV，然后用 ? (100℃時(shí)鉑電阻的阻值 )的電阻替換 Rt，通過(guò)調(diào)節(jié)電位器 RP103 使溫度信號(hào)的輸出值為1700mV。放大器輸出在經(jīng)過(guò)一個(gè)加法器電路輸出 : 2 22 reft VVV ?? (39) Vref2的值可以通過(guò)調(diào)整電位器 RP104 來(lái)進(jìn)行調(diào)整，其目的是消除 A/D在零點(diǎn)采樣不精確所帶來(lái)的誤差。正反饋電阻的加入起到了線性化的作用，降低了二次項(xiàng)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的影響溫度在 0至 100 度之間，放大器的輸出 K與溫度的關(guān)系可以基本認(rèn)定為線性的。設(shè)電橋兩端的輸出電壓分別為 V+和 V，導(dǎo)線電阻為 r，則 : rRtR rRtVVcc 2117 2 ?????? (34) rRR rRVV cc 2100116 2100 ?? ???? 18 18 (35) 當(dāng) R116=R117=10kR100=100 時(shí)， 放大器的輸入電壓為 : rRR RRtVVVV ccin 2100116 100_ ??????? ? (36) 由公式 (36)可以知道系統(tǒng) 3 線制連接可以基本消除導(dǎo)線電阻對(duì)測(cè)溫電路的影響。 3 線制可以把導(dǎo)線電阻對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響降到最低，連接如圖 32所示。溫 度采集電路如圖所示測(cè)溫電路采用典型的鉑電阻電橋電路，線制連接。但是查表法來(lái)實(shí)現(xiàn)非線性補(bǔ)償大大的增加了系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)的復(fù)雜度，同時(shí)對(duì)系統(tǒng)精度的提高幫助有限。必須使用硬件補(bǔ)償或軟件查表等方法來(lái)對(duì)系統(tǒng)的非線性進(jìn)行補(bǔ)償。 溫度信號(hào)采集電路的設(shè)計(jì) 溫度信號(hào)處理電路 鉑電阻溫度傳感器是利用其電阻和溫度成一定函數(shù)關(guān)系而制成的溫度傳感器，由于其測(cè)量準(zhǔn)確度高、測(cè)量范圍大、復(fù)現(xiàn)性和穩(wěn)定性好等，被廣泛用于中溫“范圍的溫度測(cè)量中。長(zhǎng)總線的電容高，需要較小的上拉電阻來(lái)補(bǔ)償，電阻不應(yīng)太小，如果電阻太小，總線驅(qū)動(dòng)器可能不能將總線拉 低。 數(shù)據(jù)線和時(shí)鐘線都需要上拉電阻，因?yàn)榭偩€驅(qū)動(dòng)器是漏極開(kāi)路驅(qū)動(dòng)器，這些電阻的大小取決于總線的工作速度和總線電容阻值。因?yàn)楸旧頉](méi)有集成接口電路，因此需要用其接口來(lái)模擬實(shí)現(xiàn)接口電路，這里選用和兩個(gè)引腳來(lái)模擬總線的兩個(gè)引腳： 作為數(shù)據(jù)腳，它的作用是由主機(jī)和從機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)它以傳送數(shù)據(jù) 。這個(gè)字節(jié)被寫入配置寄存器中，對(duì) ADS1110 寫入多個(gè)字節(jié)到 ADS1110 無(wú)效， ADS1110 將忽略第一個(gè)字節(jié)以后的任何輸入字節(jié)，并且它只對(duì)第一個(gè)字節(jié)做出應(yīng)答。 ④ 對(duì) ADS1110 的寫操作 用戶可寫新的內(nèi)容至配置寄存器，但不能更改輸出寄存器的內(nèi)容。前面的兩個(gè)字節(jié)是輸出寄存器的內(nèi)容，第三個(gè)字節(jié)是配置寄存器的內(nèi)容，并不總是需要從 ADS1110 中讀取三個(gè)字節(jié)，如果只需要 輸出寄存器的內(nèi)容則只需讀兩個(gè)字節(jié)。 ADS1110有 8 種不同的類型，每種類型都有一個(gè)不同的 I2C 地址。主機(jī)也可發(fā)出另一個(gè)開(kāi)始條件，在總線處于激活狀態(tài)時(shí)，若發(fā)出一個(gè)開(kāi)始條件則要求一個(gè)重復(fù)的開(kāi)始條件。 在主機(jī)完成與從機(jī)的通信后，它會(huì)發(fā)出一個(gè)停止條件。 在一個(gè)應(yīng)答周期期間，不作應(yīng)答，只是保持 SDA 線為高電平。從機(jī)將 SDA 線拉低以對(duì)該字節(jié)進(jìn)行應(yīng)答，然后主機(jī)發(fā)送一個(gè)時(shí)鐘脈沖以對(duì)該應(yīng)答位定時(shí)。 對(duì)于在