【正文】 要求就比模擬電路低些。其中12V、+12V信號(hào)由外部輸入，而+5V、+、+。它們分別給數(shù)字與模擬部分提供電源，實(shí)現(xiàn)數(shù)字與模擬相互隔離防止高頻數(shù)字信號(hào)對(duì)模擬信號(hào)的干擾。最后用輸出信號(hào)經(jīng)過(guò)繼電器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。2． 輸出口與輸入口相比，稍顯復(fù)雜。在本系統(tǒng)中分別使用四個(gè)IO作為輸入口，四個(gè)IO作為輸出口。 控制信號(hào)模塊電路在系統(tǒng)中我們需要對(duì)外部一些動(dòng)作部件進(jìn)行控制與狀態(tài)查詢。3. MAX3485接口電路我們利用TL16C554只是擴(kuò)展了四個(gè)UART，但是我們需要的是四個(gè)485串口，所以需要四組MAX3485電路進(jìn)行信號(hào)轉(zhuǎn)化。* RESET :復(fù)位信號(hào)。* RX A ,RXB,RXC,RXD:串行數(shù)據(jù)輸人引腳與MAX3485相連。* INTA , INTB,INTC,INTD: 4個(gè)串行口中斷輸出 。TXRDYx:發(fā)送準(zhǔn)備好信號(hào)。* RX RDYx接收準(zhǔn)備好的信號(hào)。* XT A L1 ,X TAL2晶振或外部時(shí)鐘輸人輸出端，該腳可接外部晶振。* /CS A,/CSB,/CSC,/CSD 輸人片選信號(hào)，分別能使4個(gè)串行口讀寫操作。* D0 一 D7 :雙向8位數(shù)據(jù)線。各主要引腳的功能說(shuō)明與系統(tǒng)的連接方式如下：* A0 A2 :片內(nèi)寄存器的選擇信號(hào)。TL16C554內(nèi)部共有12個(gè)寄存器，這些寄存器分別用于實(shí)現(xiàn)通信參數(shù)的設(shè)置、對(duì)線路及MODEM的狀態(tài)訪問(wèn)、數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收以及中斷管理等。2. 利用TL16C554擴(kuò)展四個(gè)RS485接口因?yàn)長(zhǎng)PC2294已有的兩個(gè)UART已被使用，所以擴(kuò)展四個(gè)485接口的任務(wù)只能交給異步通信擴(kuò)展芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)高速串行通信。在此系統(tǒng)中我們使用SP3232E作為電平轉(zhuǎn)化芯片。RS232是一個(gè)全雙工的通訊標(biāo)準(zhǔn)，它可以同時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)接收和發(fā)送的工作。 數(shù)據(jù)通信模塊電路數(shù)據(jù)通信模塊分為兩個(gè)部分：一個(gè)是利用ARM芯片本身所具有的兩個(gè)UART設(shè)計(jì)出兩個(gè)RS232接口；另一個(gè)是利用ARM外部數(shù)據(jù)總線加TL16C554擴(kuò)展出四個(gè)標(biāo)準(zhǔn)UART，在通過(guò)MAX3485擴(kuò)展出四個(gè)485接口。OP497組成的是RC有源濾波電路，我們根據(jù)我們的低通濾波頻率需要可以計(jì)算出RC的值。整個(gè)帶寬內(nèi)的噪聲要滿足14比特ADC的要求，而且模擬信號(hào)中還要濾掉影響采集的高次諧波。采集模塊中出了AD轉(zhuǎn)化芯片外，另一個(gè)重要的部件就是模擬信號(hào)調(diào)理電路。另外，但也可以工作在外部基準(zhǔn)電壓源下。[16]5. 工作電壓與基準(zhǔn)電壓源AD7865的DVDD應(yīng)接+5V數(shù)字電源。假如所有的AD7865都使用同一個(gè)外部時(shí)鐘就會(huì)解決這個(gè)問(wèn)題。雖然使用外部時(shí)鐘的轉(zhuǎn)換時(shí)間要長(zhǎng)一些，但外部時(shí)鐘的某些功能是內(nèi)部時(shí)鐘所不具備的。使用的時(shí)鐘不同所用的轉(zhuǎn)換時(shí)間也不同。芯片使用硬件通道選擇，即引腳H/S為低電平時(shí)，系統(tǒng)啟動(dòng)后將自動(dòng)使用內(nèi)部時(shí)鐘。其時(shí)序圖如下：圖 32 AD7865 BUSY啟動(dòng)圖第一種方案對(duì)ARM的數(shù)據(jù)接受速度有一定的要求，經(jīng)過(guò)比較我們選擇了第二種方案，通過(guò)將BUSY信號(hào)接到ARM芯片的中斷管腳，在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換完成以后我們可以通過(guò)中斷的方式快速的讀取轉(zhuǎn)化值。3. 讀轉(zhuǎn)換結(jié)果有兩種方法可以讀出數(shù)據(jù)結(jié)果：（1）利用AD78651的/EOC管腳，在每一個(gè)通道轉(zhuǎn)換結(jié)束后，EOC將變?yōu)榈碗娖?，我們可以利用這個(gè)間隙，通過(guò)中斷的方式，逐一讀取每個(gè)通道的值，其時(shí)序圖如下：圖 31 AD7865 EOC啟動(dòng)圖（2）系統(tǒng)啟動(dòng)轉(zhuǎn)換后引腳BUSY將變成高電平，直到所有通道都轉(zhuǎn)換完畢BUSY變低，此時(shí)便可順序讀出各通道的結(jié)果。此時(shí)，BUSY管腳的輸出變成高電平，以標(biāo)志轉(zhuǎn)換正在進(jìn)行。2. 啟動(dòng)轉(zhuǎn)換AD7865的啟動(dòng)轉(zhuǎn)換控制特別方便。相應(yīng)數(shù)據(jù)線寫1時(shí)，對(duì)應(yīng)通道被選通，寫0時(shí)該通道被屏蔽。相應(yīng)引腳輸入為高電平時(shí)對(duì)應(yīng)通道被選通，輸人為低電平時(shí)該通道被屏蔽。(1) 如果引腳H/S輸人低電平，則通過(guò)引腳SLlSL4進(jìn)行硬件通道選擇。下面介紹一下AD7865工作設(shè)置1. 通道選擇AD7865具有硬件和軟件兩種通道選擇方式由引腳H/ S控制，其中，SLlSL4實(shí)現(xiàn)硬件通道選擇。 數(shù)據(jù)采集模塊電路在我們的采集模塊中采用兩塊AD78651構(gòu)成一個(gè)八通道的模擬量采集系統(tǒng)。在我們系統(tǒng)中使用內(nèi)部Flash，所以兩管腳需經(jīng)上拉電阻把管腳設(shè)置為高電平。BOOT1:0=10 選擇引導(dǎo)CS0 控制的32 位存儲(chǔ)器。BOOT1:0=00 選擇引導(dǎo)CS0 控制的8 位存儲(chǔ)器。4. ARM其他需配置的管腳BOOT1 與BOOT0 一同控制引導(dǎo)和內(nèi)部操作。目前JTAG插座有兩種標(biāo)準(zhǔn)：14針接口與20針接口本系統(tǒng)使用的是20針接口。LPC2194有一個(gè)內(nèi)置JTAG調(diào)試接口，通過(guò)這個(gè)接口可以控制芯片的運(yùn)行并獲取內(nèi)部信息。ARM的復(fù)位電路，其中/MR是手工復(fù)位輸入端低電平有效；RESET與/RESET是復(fù)位輸出端，兩引腳都是開(kāi)漏引腳，所以要分別接下拉電阻與上拉電阻；SDA 是雙向數(shù)據(jù)線，也是開(kāi)漏引腳需接上拉電阻；SCL是時(shí)鐘信號(hào)輸入端；WDI為看門狗信號(hào)輸入引腳，否則芯片發(fā)出復(fù)位信號(hào)。在此系統(tǒng)中我們選擇了CATALYST公司的CAT1023。 復(fù)位芯片的復(fù)位門檻的選擇至關(guān)重要，一般應(yīng)當(dāng)選擇微控制器的IO口供電電壓范圍為標(biāo)準(zhǔn)。這個(gè)信號(hào)的穩(wěn)定性和可靠性對(duì)微控制器的正常工作有重大影響。這個(gè)復(fù)位邏輯需要一個(gè)復(fù)位信號(hào)才能工作。2. 復(fù)位電路微控制器在上電時(shí)狀態(tài)并不確定，這造成微控制器不能正確工作。片內(nèi)的PLL電路兼有頻率提高與信號(hào)提純的作用，因此可以通過(guò)外部較低的時(shí)鐘信號(hào)的輸入，獲得較高的系統(tǒng)工作頻率，避免了高頻時(shí)鐘的輸入，所引起的高頻信號(hào)噪聲。LPC可以通過(guò)內(nèi)部的PLL電路將傳到芯片內(nèi)核的工作頻率提高。LPC2294使用的是無(wú)源晶振。而大多數(shù)基于ARM7處理器核的微控制器都有調(diào)試接口，這部分在芯片實(shí)際工作時(shí)不是必需的，但因?yàn)檫@部分在開(kāi)發(fā)時(shí)很重要，所以也把這部分也歸入最小系統(tǒng)中。而大多數(shù)基于ARM7處理器核的微控制器都有調(diào)試接口，這部分在芯片實(shí)際工作時(shí)不是必需的，但因?yàn)檫@部分在開(kāi)發(fā)時(shí)很重要，所以也把這部分也歸入最小系統(tǒng)中但是只有了一塊LPC2294處理器自己是不能獨(dú)立工作的，必須給它供電、加上時(shí)鐘信號(hào)、提供復(fù)位信號(hào)，如果芯片沒(méi)有片內(nèi)程序存儲(chǔ)器，則還要加上存儲(chǔ)器系統(tǒng)，然后嵌入式處理器芯片才可能工作。一個(gè)嵌入式處理器自己是不能獨(dú)立工作的，必須給它供電、加上時(shí)鐘信號(hào)、提供復(fù)位信號(hào)，如果芯片沒(méi)有片內(nèi)程序存儲(chǔ)器，則還要加上存儲(chǔ)器系統(tǒng)，然后嵌入式處理器芯片才可能工作。在進(jìn)行系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的時(shí)候，MCU的中斷也是我們非常關(guān)心的一個(gè)問(wèn)題。地址線為24位再加上四個(gè)片選端，所能控制的地址范圍為64M。LPC2294在使用中最方便的還是其所具有的外部總線，它可以讓用戶可以很簡(jiǎn)單的擴(kuò)展存儲(chǔ)器，而且也可以非常容易的掛接其它的外部器件例如本系統(tǒng)中所使用的AD與串口擴(kuò)展芯片。在我們的使用中將兩個(gè)串口作為RS232的信號(hào)源。下面將詳細(xì)介紹所使用的LPC2294的幾個(gè)基本功能模塊與其管腳連接：系統(tǒng)中使用了LPC2294的兩個(gè)UART，作為我們串口通信接口。LPC2294 含有76（使用了外部存儲(chǔ)器）到112個(gè)（單片）可用GPIO口。根據(jù)第二章選型標(biāo)準(zhǔn)：主控制模塊采用LPC2294作為系統(tǒng)的核心CPU；數(shù)據(jù)采集模塊以AD7865作為數(shù)模轉(zhuǎn)化的核心芯片并輔助以O(shè)P497作為前端調(diào)理電路的核心芯片；數(shù)據(jù)通信模塊以TL16C554作為串口擴(kuò)展芯片，以MAX348SP3232E作為485與232接口芯片；控制信號(hào)模塊以TLP5214為光隔，以TN212V繼電器作為驅(qū)動(dòng)芯片；電源模塊涉及到了各電壓等級(jí)，我們選擇了LDO芯片SPX1117作為穩(wěn)壓器件；存儲(chǔ)模塊以SRAM IS61LV25616AL芯片作為存儲(chǔ)器件。圖 22 軟件架構(gòu)圖3. 水污染采集系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)在進(jìn)行系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)時(shí)，將整個(gè)系統(tǒng)分為多個(gè)模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)，這樣可以使設(shè)計(jì)時(shí)，任務(wù)更明確，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更清晰。利用串口我們可以實(shí)現(xiàn)將系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)傳回上位機(jī)進(jìn)行顯示。對(duì)于儀器傳回的數(shù)據(jù)，系統(tǒng)要進(jìn)行一定的處理后再進(jìn)行處理。因?yàn)樗|(zhì)采集儀器的多樣性，決定了不能通過(guò)統(tǒng)一的采集模式，對(duì)儀器進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集。圖 21 硬件架構(gòu)圖 軟件架構(gòu)圖軟件工作流程如圖22根據(jù)項(xiàng)目的要求，系統(tǒng)應(yīng)具有兩種命令發(fā)送方式：第一種為了隨時(shí)觀測(cè)水質(zhì)的需要，可以通過(guò)按鍵，手工輸入采集命令，通知儀器進(jìn)行采集，獲得相關(guān)水質(zhì)數(shù)據(jù)。所以利用此通信模塊對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的傳輸。5．通信模塊：此模塊主要負(fù)責(zé)與上位機(jī)的通信與系統(tǒng)的測(cè)試。4．動(dòng)作設(shè)備控制模塊：主要控制泵、閥、采集模塊等外部器件的動(dòng)作。2．?dāng)?shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊：對(duì)數(shù)據(jù)采集模塊采集的數(shù)據(jù)，根據(jù)儀器的不同，進(jìn)行分類存儲(chǔ)，便于以后上位機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)的查詢與讀取。根據(jù)采集信號(hào)量的不同，可分為模擬量采集模塊與數(shù)字量采集模塊。根據(jù)軟件功能的不同，我們又可以將主控模塊軟件劃分為以下五個(gè)子模塊來(lái)進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)。 軟件總體設(shè)計(jì)方案本課題中主控模塊是整個(gè)系統(tǒng)中樞部分，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的采集（模擬量的采集與數(shù)字量的采集），儀器的控制，動(dòng)