【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 本章介紹了系統(tǒng)硬件電路的設計。穩(wěn)壓塊的輸入端滿足在電網(wǎng)電壓下降至最低時還至少比輸出端的電壓高。在經(jīng)過一個有極性電容和一個無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)生一個基本穩(wěn)定的電壓。為+24V 電磁閥提供驅動電壓、 12/+12V 電源為數(shù)據(jù)處理電路的運算放大器供電電源、 +5V 主要 為單片機及所有外圍設備供電、 15V 電源為液晶提供驅動電壓。所以本系統(tǒng)采用多組三端穩(wěn)壓構成穩(wěn)壓電路輸出。本系統(tǒng)的信號處理電路和各種驅動電路需要多組直流穩(wěn)壓電源為系統(tǒng)供電。 電源模塊的設計 電源電路是一個系統(tǒng)的核心，是保障系統(tǒng)正常運行的必要條件。其目的主要是為了保護三級管腳。當控制信號 PB0 為低電平時，三級管截止，電磁閥關閉。電磁閥 6013 為微型電磁閥，直動式常閉型。 圖 36 MAX232 與單片機的典型 接口電路 28 28 電磁閥驅動模塊的設計 驅動模塊是系統(tǒng)的執(zhí)行機構，是構成閉環(huán)系統(tǒng)的一個重要環(huán)節(jié)。本系統(tǒng)只用一組轉換電路即可，芯片的 9 腳和 10 腳分別于單片機的 RXD，和 TXD 連接，信號滿足 TTL 電平信號標準， 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)字信號地連接。但由于要在每個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%。 由上述工作過程可看到，異步通信是按字符傳輸?shù)?，每傳輸一個字符，就用起始位來通知收方，以此來重新核對收發(fā)雙方同步。經(jīng)過處理將停止位去掉，把數(shù)據(jù)位拼裝成一個并行字節(jié)，并且經(jīng)校驗后，無奇偶錯才算正確的接收一個字 符。傳送開始后，接收設備不斷地檢測傳輸線，看是否有起始位到來。這樣就為通信雙方提供了何時開始收發(fā)，何時結束的標志。它的到來，表示下面接著是數(shù)據(jù)位來了，要準備接收。傳送時，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 用于點對點，同步通信可用于對多。 異步通信和同步通信的比較 : （ 1）異步通信簡單，雙方時鐘可允許一定誤差。在整個系統(tǒng)中，由一個統(tǒng)一的時鐘控制發(fā)送端的發(fā)送和空字符用同一個代碼。這樣，傳輸時，按每 n 位劃分為一個時間片， 發(fā)送端在一個時間片中發(fā)送一個字符，接收端則在一個時間片中接收一個字符。在同步傳輸過程中，一個字符可以對應 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線和幾條接地線。而 USB 連接最長可以達 16 英尺 (約 米 )。 (2)在微控制器中，接口芯片使得一個 5V 串口轉換成 RS232 變得非常容易。每一臺 PC 都有一個或多個 RS232 端口。它適合數(shù)據(jù)傳輸速率在 020bit/s 范圍內的通信。 串口通信的物理層是指用來執(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好處是底層模塊獨立于高層消息處理，最大限度地降低軟件對硬件的依賴性，有利于軟件的重用和移植。接收時，物理層負責從串口的硬件緩沖區(qū)讀取或單片機端發(fā)送的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)鏈路層把物理層讀取來的數(shù)據(jù)根據(jù)一定的邏輯關系拼裝成完整的命令，最后是應用層來解釋執(zhí)行由數(shù)據(jù)鏈路層拼裝出來的命令，并做出響應 。每一 25 25 層負責直接使用下層向它提供的服務，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，然后接收方再從下到上經(jīng)過各個層傳遞到達目的地，是七層參考模型不是通訊標準，它只給出一個不會由于技術發(fā)展而必須修改的穩(wěn)定模型，使有關標準和協(xié)議能在模型定義的范圍內開發(fā)和相互配合。 （ 13）文本特征方式只能用在文本模式中此時文本區(qū)和圖形區(qū)都必須打開。 （ 11）光標可在 字符方式下啟用，此時光標與所在位的字符通過邏輯“或”顯示。文本顯示區(qū)和圖形顯示區(qū)的起始地址 SAD 都對應著顯示屏左上角位置的顯示位。 （ 9）本模塊內建 128 種字符見附錄，并允許用戶在顯示緩沖區(qū)內任意設置一個區(qū)域作為外擴的字符發(fā)生器 CGRAM。顯示窗口長度 (列 )CL 己由硬件設置為 40(字符數(shù) )，即列數(shù)據(jù)傳輸個數(shù)的最大值 (超出屏幕部分不顯示 )。 （ 7）顯示指令完整地恢復顯示屏上原有的畫面內容。 （ 6）復位信號將把行、列計數(shù)器和顯示寄存器清零，并且關顯示。 （ 4）顯示字符的字體點陣。 （ 2）可以設置字符方式與圖形方式的合成顯示即字符顯示區(qū)的內容和圖形顯示 區(qū)的內容通過模式設置同時顯示在屏幕上、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，從段碼式到點陣式再到圖形點陣式，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器結合在一起，特別是可反復擦寫的存儲器可有效地降低開發(fā)成本。圖液晶與單片機的接口電路，本系統(tǒng)采用內核的系列單片機 是一種低電壓，高性能位單片機，片內含的可反復擦寫的只讀程序存儲器和的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器，器件采用公司的高密度、非易失性存儲技術生產(chǎn)，兼容標準指令系統(tǒng)，片內置通用位中央處理器和存儲單元，功能強大的單片機可為您AT89S52 23 23 提供許多較復雜系統(tǒng)控制應用場合。液晶接口的 1， 2 腳為背光電壓的輸入端。單片機 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 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 信號分別接到單片機 、 上。抖動時間長短和開關的機械特性有關，一般為 5~10ms，中間狀態(tài)為穩(wěn)定地閉合期，其時間由按鍵動作所確定，一般為十分之幾秒到幾秒，為了保證 CPU對鍵盤的閉合做一次處理并且僅一次處理，在軟件中必須設置去抖 動，在鍵的穩(wěn)定閉合或斷開時讀鍵盤的狀態(tài)，并判斷出鍵由閉合到釋放時，再作鍵輸入處理 . 液晶接口電路的設計 液晶模塊與單片機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溫度壓力信號溫度壓力信號數(shù)據(jù)線控制線 圖 35 液晶模塊與單片機的接口電路 單片機利用數(shù)據(jù)與控制信號直接采用存儲器訪問形式來控制液晶模塊。 CPU 對鍵盤上閉合鍵鍵號的確定，可以根據(jù)行線和列線的狀態(tài)計算求得，也可以根據(jù)行線和列線狀態(tài)查表求得。 CPU 對鍵盤的掃描可以采取程序控制的隨機方式， CPU 在空閑時掃描鍵盤，也可以采取定時控制方式，每隔一定的時間， CPU 對鍵盤掃描一次， CPU可以隨時響應鍵盤輸入請求 。用同樣的方法檢查 PC1這一行上有無鍵閉合，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。然后微機通過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) 。當鍵盤上某一個鍵閉合時，該鍵所對應的行線與列線短路。掃描式鍵盤需占用單片機較多的輸入輸出口線，使用可編程芯片來擴展。溫度信號采集電路與單片機的接口與壓力信號的接口基本相同，如圖所示 : 圖 33 溫度信號與單片機的連接電路 人機界面的設計 人機界面主要是鍵盤輸入模塊和液晶顯示模塊，是嵌入式設計的常用外設模塊。 溫度處理信號與單片機的連接電路 由于 ADS1110 支持 I2C 總線協(xié)議，可以同時連接個從設備。 此測溫電路共需要兩組精密電源為其供電， TL431 就是能同時提供兩組穩(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 的穩(wěn)壓輸出。溫度處理信號調試時，首先用 100? 的電阻替換Rt，通過調節(jié) RP104 使溫度信號的輸出值為 400mV，然后用 ? (100℃時鉑電阻的阻值 )的電阻替換 Rt，通過調節(jié)電位器 RP103 使溫度信號的輸出值為1700mV。放大器輸出在經(jīng)過一個加法器電路輸出 : 2 22 reft VVV ?? (39) Vref2的值可以通過調整電位器 RP104 來進行調整，其目的是消除 A/D在零點采樣不精確所帶來的誤差。正反饋電阻的加入起到了線性化的作用，降低了二次項對整個系統(tǒng)的影響溫度在 0至 100 度之間，放大器的輸出 K與溫度的關系可以基本認定為線性的。設電橋兩端的輸出電壓分別為 V+和 V，導線電阻為 r，則 : rRtR rRtVVcc 2117 2 ?????? (34) rRR rRVV cc 2100116 2100 ?? ???? 18 18 (35) 當 R116=R117=10kR100=100 時， 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線電阻對測溫電路的影響。 3 線制可以把導線電阻對測量結果的影響降到最低，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。但是查表法來實現(xiàn)非線性補償大大的增加了系統(tǒng)軟件設計的復雜度，同時對系統(tǒng)精度的提高幫助有限。必須使用硬件補償或軟件查表等方法來對系統(tǒng)的非線性進行補償。 溫度信號采集電路的設計 溫度信號處理電路 鉑電阻溫度傳感器是利用其電阻和溫度成一定函數(shù)關系而制成的溫度傳感器，由于其測量準確度高、測量范圍大、復現(xiàn)性和穩(wěn)定性好等，被廣泛用于中溫“范圍的溫度測量中。長總線的電容高，需要較小的上拉電阻來補償，電阻不應太小，如果電阻太小，總線驅動器可能不能將總線拉 低。 數(shù)據(jù)線和時鐘線都需要上拉電阻，因為總線驅動器是漏極開路驅動器，這些電阻的大小取決于總線的工作速度和總線電容阻值。因為本身沒有集成接口電路，因此需要用其接口來模擬實現(xiàn)接口電路，這里選用和兩個引腳來模擬總線的兩個引腳： 作為數(shù)據(jù)腳，它的作用是由主機和從機來驅動它以傳送數(shù)據(jù) 。這個字節(jié)被寫入配置寄存器中，對 ADS1110 寫入多個字節(jié)到 ADS1110 無效， ADS1110 將忽略第一個字節(jié)以后的任何輸入字節(jié)，并且它只對第一個字節(jié)做出應答。 ④ 對 ADS1110 的寫操作 用戶可寫新的內容至配置寄存器，但不能更改輸出寄存器的內容。前面的兩個字節(jié)是輸出寄存器的內容，第三個字節(jié)是配置寄存器的內容，并不總是需要從 ADS1110 中讀取三個字節(jié)，如果只需要 輸出寄存器的內容則只需讀兩個字節(jié)。 ADS1110有 8 種不同的類型，每種類型都有一個不同的 I2C 地址。主機也可發(fā)出另一個開始條件，在總線處于激活狀態(tài)時，若發(fā)出一個開始條件則要求一個重復的開始條件。 在主機完成與從機的通信后，它會發(fā)出一個停止條件。 在一個應答周期期間，不作應答，只是保持 SDA 線為高電平。從機將 SDA 線拉低以對該字節(jié)進行應答，然后主機發(fā)送一個時鐘脈沖以對該應答位定時。 對于在