【正文】 ： Microchip PIC16F87X Data Sheet） 外加電源與重置電路 PIC16F877 的工作電壓為 5V，連接 Pin11 與 Pin32， Pin12 與 Pin31 為地線接腳；重置電路連接 Pin1，按下 Reset 后，內(nèi)部指令重頭開始執(zhí)行，系統(tǒng)重新運(yùn)作。 2. PIC16F877 基本電路 PIC 振蕩頻率電路 單片機(jī)振蕩電路與整體系統(tǒng)工作速度有直接的關(guān)系，例如同步 ∕異步串行傳輸、定時(shí)器等，都與振蕩頻率有關(guān)，不同系列單片機(jī)有不同振蕩頻率，根據(jù)產(chǎn)品資料手冊，PIC16F877振蕩頻率最高可到 20MHz；在圖 1中，振蕩電路接于 Pin13(OSC1/CLKIN)與 Pin14(OSC2/CLKOUT)，而振蕩電路有以下四種形式： LP：使用低功率振蕩晶體 (Low Power Crystal) XT：使用振蕩器 ∕諧振器 (Crystal/Resonator) HS：使用高速振蕩器 (High Speed Crystal/Resonator) RC：使用電阻 ∕電容 (Resister/Capacitor) 一般常用振蕩晶體或是諧振器作為單片機(jī)振蕩源，外接電路及 PIC 內(nèi)部電路說明如圖 6 所示。 USART： Universal Synchronous Asynchronous Receiver Transmitter，同步 /異步串行傳輸，如 RS23 RS485 等。 CCP： Capture、 Compare、 PWM，用于控制直流馬達(dá)。 圖 1. 40 引腳 PIC16F877 接腳說明 圖 2. 28 引腳 PIC16F877 接腳圖說明 35 圖 3. 44 引腳 PIC16F877 腳位圖說明 36 圖 4. 44 引腳 PIC16F877 引腳圖說明 PIC16F877 屬于閃控式 (Flash)單片機(jī)，可以重復(fù)燒錄，其 ROM 的容量總共是8K words，以 2K 為一個(gè) page，區(qū)分為 4 個(gè) pages；內(nèi)部 RAM 總共有 512 個(gè)字節(jié)(00f~1FFh)，以 128 個(gè)字節(jié)為一個(gè) Bank，共區(qū)分為 4 個(gè) Bank，如圖 5 所示，每個(gè)Bank 的前半段 都有其特殊用途，分別連接到其特殊功能模塊，例如 I/O、 CCP、 Timer、USART、 MSSP 等。 如圖 1為 PIC16F877的 40根接腳圖， PDIP是 指一般最常見的 DIP(Dual In Line Package)包裝，而 PIC 單片機(jī)也有 PLCC(Plastic Leaded Chip Carrier)與QFP(Quad Flat Package)兩種形式的包裝，依照不同的需求，尋找不同的包裝形式。雖然 PIC 在這方面已不能與新型的 TI－ MSP430 相比，但在大多數(shù)應(yīng)用場合還是能滿足需要的。 7) 自帶看門狗定時(shí)器，可以用來提高程序運(yùn)行的可靠性。 PIC 以保密熔絲來保護(hù)代碼，用戶在燒入代碼后熔斷熔絲，別人再也無法讀出，除非恢復(fù)熔絲。 5) 其引腳具有防瞬態(tài)能力 ,通過限流電阻可以接至 220V 交流電源 ,可直接與繼電器控制電路相連 ,無須光電耦合器隔離，給應(yīng)用帶來極大方便。 PIC 在推出一款新型號的同時(shí)推出相應(yīng)的仿真芯片，所有的開發(fā)系統(tǒng)由專用的仿真芯片支持，實(shí)時(shí)性非常好。 4) PIC 有優(yōu)越開發(fā)環(huán)境。 3) 產(chǎn)品上市零等待（ Zero time to market）。 2) 精簡指令使其執(zhí)行效率大為提高。 PIC 的高檔型號，如 PIC16C74（尚不是最高檔型號）有 40 個(gè)引腳，其內(nèi)部資源為 ROM 共 4K、 192 字節(jié) RAM、 8路 A/D、 3個(gè) 8位定時(shí)器、 2個(gè) CCP模塊、三個(gè)串行口、1個(gè)并行口、 11個(gè)中斷源、 33個(gè) I/O 腳。 該型號有 512 字節(jié) ROM、 25 字節(jié) RAM、一個(gè) 8位定時(shí)器、一根輸入線、 5根 I/O 線，市面售價(jià)在 3－ 6 元人人民幣。比如，一個(gè)摩托車的點(diǎn)火器需要一個(gè) I/O 較少、 RAM 及程序存儲(chǔ)空間不大、可靠性較高的小型單片機(jī)，若采用 40 腳且功能強(qiáng)大的單片機(jī)，投資大不說，使用起來也不方便。 33 32148U 2 : ALM 35 856748U 2 : BLM 35 832148U 3 : ALM 35 856748U 3 : BLM 35 8R110 kR210 kR310 kR410 kR510 kR610 kR710 kR810 kR910 kR 1 010 kR 1 110 kR V 11k 圖 三運(yùn)放大電路結(jié)構(gòu)圖 單片機(jī) PIC 單片機(jī)的優(yōu)勢 1） PIC 最大的特點(diǎn)是不搞單純的功能堆積，而是從實(shí)際出發(fā)，重視產(chǎn)品的性能與價(jià)格比，靠發(fā)展多種型號來滿足不同層次的應(yīng)用要求。 圖 壓電傳感器接電壓放大器的等效電路 三運(yùn)放大器 本次課程設(shè)計(jì)中，需要一個(gè)放大電路，我們將采用三運(yùn)放大電路，主要的元件就是三運(yùn)放大器。電荷放大器電路如圖 63a 所示。壓電元件在交變力的作用下，電荷可以不斷補(bǔ)充，所以壓電 32 傳感器只適用于動(dòng)態(tài)測量。壓電元件的符號如圖 所示。 壓電式傳感器也廣泛應(yīng)用在生物醫(yī)學(xué)測量中，比如說心室導(dǎo) 管式微音器就是由壓電傳感器制成的，因?yàn)闇y量動(dòng)態(tài)壓力是如此普遍，所以壓電傳感器的應(yīng)用就非常廣泛 。也可以用于軍事工業(yè)，例如用它來測量槍炮子彈在膛中擊發(fā)的一瞬間的膛壓的變化和炮口的沖擊波壓力。壓電式加速度傳感器在飛機(jī)、汽車、船舶、橋梁和建筑的振動(dòng)和沖擊測量中已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，特別是航空和宇航領(lǐng)域中更有它的特殊地位。壓電式加速度傳感器是一種常用的加速度計(jì)。實(shí)際的情況不是這樣的，所以這決定了壓電傳感器只能夠測量動(dòng)態(tài)的應(yīng)力。 現(xiàn)在壓電效應(yīng)也應(yīng)用在多晶體上，比如現(xiàn)在的壓電陶瓷，包括鈦酸鋇壓電陶瓷、 PZT 、鈮酸鹽系壓電陶瓷、鈮鎂酸鉛壓電陶瓷等等。而酒石酸 鉀鈉具有很大的壓電靈敏度和壓電系數(shù)，但是它只能在室溫和濕度比較低的環(huán)境下才能夠應(yīng)用。其中石英（二氧化硅）是一種天然晶體，壓電效應(yīng)就是在這種晶體中發(fā)現(xiàn)的，在一定的溫度范圍之內(nèi)，壓電性質(zhì)一直存在，但溫度超過這個(gè)范圍之后，壓電性質(zhì)完全消失（這個(gè)高溫就是所謂的 “居里點(diǎn) ”）。在絕壓壓力傳感器和 變送器中，藍(lán)寶石薄片，與陶瓷基極玻璃焊料連接在一起，起到了彈性元件的作用，將被測壓力轉(zhuǎn)換為應(yīng)變片形變，從而達(dá)到壓力測量的目的。高特性，低價(jià)格的陶瓷傳感器將是壓力傳感器的發(fā)展方向，在歐美國家有全面替代其它類型傳感器的趨勢，在中國也越來越多的用戶使用陶瓷傳感器替代擴(kuò)散硅壓力傳感器。陶瓷的熱穩(wěn)定特性及它的厚膜電阻可以使它的工作溫度范圍高達(dá) 40 ～ 135 ℃ ，而且具有測量的高精度、高穩(wěn)定性。通過激光標(biāo)定，傳感器具有很高的溫度穩(wěn)定性和時(shí)間穩(wěn)定性，傳感器自帶溫度補(bǔ)償 0 ～ 70℃ ，并可以和絕大多數(shù)介質(zhì)直接接觸。當(dāng)金屬絲受外力作用而壓縮時(shí)，長度減小而截面增加，電阻值則會(huì)減小。金屬導(dǎo)體的電阻值可用下式表示： 式中： ρ——金屬導(dǎo)體的電阻率（ Ω。一般均為幾十歐至幾十千歐左右。根據(jù)不同的用途，電阻應(yīng)變片的阻值可以由設(shè)計(jì)者設(shè)計(jì)，但電阻的取值范圍應(yīng)注意：阻值太小，所需的驅(qū)動(dòng)電流太大，同時(shí)應(yīng)變片的發(fā)熱致使本身的溫度過高，不同的環(huán)境中使用，使應(yīng)變片的阻值變化太大，輸出零點(diǎn)漂移明顯，調(diào)零電路過于復(fù)雜。這種應(yīng)變片在受力時(shí)產(chǎn)生的阻值變化通常較小，一般這種應(yīng)變片都組成應(yīng)變電橋，并通過后續(xù)的儀表放大器進(jìn)行放大，再傳輸給處理電路（通常是 A/D 轉(zhuǎn)換和 CPU ）顯示或執(zhí)行機(jī)構(gòu)。金屬電阻應(yīng)變片又有絲狀應(yīng)變片和金屬箔狀應(yīng)變片兩種。它是壓阻式應(yīng)變傳感器的主要組成部分之一。 在了解壓阻式力傳感器時(shí)，我們首先認(rèn)識一下電阻應(yīng)變片這種元件。但應(yīng)用最為廣泛的是壓阻式壓力傳感器，它具有極低的價(jià)格和較高的精度以及較好的線性特性。TL750L05 必須有輸出電容，若沒有輸出電容，則其輸出端的電壓為鋸齒波形狀，鋸齒波的上升沿隨輸入電壓變化而變化，加輸出電容后，可以抑制該現(xiàn)象。 系統(tǒng)的電源選擇 對于由單片機(jī)結(jié)合 RS485組建的測控網(wǎng)絡(luò)，應(yīng)優(yōu)先采用各節(jié)點(diǎn)獨(dú)立供電的方案，同時(shí) 電源線不能與 RS485 信號線共用同一股多芯電纜。考慮到線路的特殊情況（如 某一節(jié)點(diǎn)的 RS485 芯片被擊穿短路），為防止總線中其他分機(jī)的通信受到影響，在 SN75LBC184 的信號輸出端串聯(lián)了 2個(gè) 20 Ω的電阻R1 和 R2，這樣本機(jī)的硬件故障就不會(huì)使整個(gè)總線的通信受到影響。這樣使得系統(tǒng)的“危險(xiǎn)”分散了，從某種程度上來說增強(qiáng)了系統(tǒng)的工作可靠性和穩(wěn)定性。采用這種工作方式后，系統(tǒng)中已經(jīng)沒有主、從節(jié)點(diǎn)之分，各個(gè)節(jié)點(diǎn)對總線的使用權(quán)限是平等的，從而有效避免了個(gè)別節(jié)點(diǎn) 通信負(fù)擔(dān)較重的情況。如果“空閑”，則可以得到對總線的使用權(quán)限，這樣就較好地解決了總線沖突的問題。在圖 1 中， INT0 是連至光電耦合器的輸出端。 避免總線沖突的設(shè)計(jì) 當(dāng)一個(gè)節(jié)點(diǎn)需要使用總線時(shí)，為了實(shí)現(xiàn)總線通信可靠，在有數(shù)據(jù)需要發(fā)送的情況下先偵聽總線。 此外，電路中還有 1片看門狗 MAX813L，能在節(jié)點(diǎn)發(fā)生死循環(huán)或其他故障時(shí)，自動(dòng)復(fù)位程序，交出 RS485 總線控制權(quán)。在圖 1 中 ,將 CPU 的引腳 通過光電耦合器驅(qū)動(dòng) DE 端，這樣就可以使控制引腳為高或者異常復(fù)位時(shí)使SN75LBC184 始終處于接收狀態(tài)，從而從硬件上有效避免節(jié)點(diǎn)因異常情況而對整個(gè)系統(tǒng)造成的影響。如果此時(shí)總線上有其他節(jié)點(diǎn)正在發(fā)送數(shù)據(jù)，則此次數(shù)據(jù)傳輸將被打斷而告失敗，甚至引起整個(gè)總線因某一節(jié)點(diǎn)的故障而通信阻塞，繼而影響整個(gè)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。因此，在系統(tǒng) 29 各個(gè)節(jié)點(diǎn)的硬件設(shè)計(jì)中，應(yīng)首先力求避免因異常情況而引起本節(jié)點(diǎn)向總線發(fā)送數(shù)據(jù)而導(dǎo)致總線數(shù)據(jù)沖突。 RS485 的 DE 控制端設(shè)計(jì) 在 RS485 總線構(gòu)筑的半雙工通信系統(tǒng)中，在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中任一時(shí)刻只能有一個(gè)節(jié)點(diǎn)處于發(fā)送狀態(tài)并向總線發(fā)送數(shù)據(jù)，其他所有節(jié)點(diǎn)都必須處于接收狀態(tài)。當(dāng)單片機(jī) =1 時(shí)，光電耦合器的發(fā)光二極管不發(fā)光，光敏三極管不導(dǎo)通，輸出低電壓（ 0 V），選中 RS485 接口芯片的 RE端，允許接收。在圖 1 中，四位一體的光電耦合器 TLP521 讓單片機(jī)與 SN75LBC184 之間完全沒有了電的聯(lián)系，提高了工作的可靠性。另外，它的輸入阻抗為 RS485 標(biāo)準(zhǔn)輸入阻抗的 2 倍（≥ 24 kΩ），故可以在總線上連接 64 個(gè)收發(fā)器。對一些環(huán)境比較惡劣的現(xiàn)場，可直接與傳輸線相接而不需要任何外加保護(hù)元件。與普通的 RS485 芯片相比，它不但能抗雷電的沖擊而且能承受高達(dá) 8 kV 的靜電放電沖擊，片內(nèi)集成 4個(gè)瞬時(shí)過壓保護(hù)管，可承受高達(dá) 400 V 的瞬態(tài)脈沖電壓。同時(shí)將 A 和 B 端之間加匹配電阻，一般可選 100Ω 的電阻。在 與單片機(jī)連接時(shí)接線非常簡單。 MAX485 芯片的結(jié)構(gòu)和引腳都非常簡單 ,內(nèi)部含有一個(gè)驅(qū)動(dòng)器和接收器。 28 采用單一電源 +5 V 工作，額定電流為 300 μA ，采用半雙工通訊方式。 如今 HART 儀表想買一個(gè)轉(zhuǎn)換口并不困難 而且價(jià)格也不在昂貴 ,目前國內(nèi)有不少HART 協(xié)議轉(zhuǎn)換器 ,例如 :SM100A/SM100B/SM100C(嘉興市松茂電子出的三款 )現(xiàn)已基本滿足國內(nèi)用戶的需求 .同時(shí) HARTRS232/HARTRS485 還支持 MODBUS 協(xié)議 .能很好的滿足不同用戶的需 。 RS485 網(wǎng)絡(luò)： RS485/MODBUS 是現(xiàn)在流行的一種布網(wǎng)方式，其特點(diǎn)是實(shí)施簡單方便 ，而且現(xiàn)在支持 RS485 的儀表又特多，特別是在油品 行業(yè) RS485/MODBUS 簡直是一統(tǒng)天下，現(xiàn)在的儀表商也紛紛轉(zhuǎn)而支持 RS485/MODBUS，原因很簡單，象原來的 HART 儀表想買一個(gè)轉(zhuǎn)換口非常困難 而且價(jià)格昂貴， RS485 的轉(zhuǎn)換接口就便宜的多而且種類繁多。但是現(xiàn)在的現(xiàn)場總線的各種標(biāo)準(zhǔn)并行存在并且都有自己的生存領(lǐng)域，還沒有形成真正統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，關(guān)鍵是看不到什么時(shí)候能形成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，技術(shù)也不夠成熟。其關(guān)鍵標(biāo)志是能支持雙向、多節(jié)點(diǎn)、總線式的全數(shù)字通信。 現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)：現(xiàn)場總線技術(shù)是當(dāng)今自動(dòng)化領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展熱點(diǎn)之一，被譽(yù)為自動(dòng)化領(lǐng)域的計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)，它的出現(xiàn)標(biāo)志著自動(dòng)化控制技術(shù)又一個(gè)新時(shí)代的開始。但從國內(nèi)來看還沒有真正利用其這部分功能，最多只是利用手操器對其進(jìn)行參數(shù)設(shè)定，沒有發(fā)揮出 HART 智能儀表應(yīng)有的功能，沒有聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行設(shè)備監(jiān)控。技術(shù)主要被國外幾家大公司壟斷，近兩年國內(nèi)也有公司再做，但還沒有達(dá)到國外公司的水平。 RS485 和其它總線網(wǎng)絡(luò)的區(qū)別： 我們把工業(yè)網(wǎng)絡(luò)歸結(jié)為三類： RS485 網(wǎng)絡(luò)、 HART 網(wǎng)絡(luò)和現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)。 還有一種采用二極管的匹配方法，這種方案雖未實(shí)現(xiàn)真正的 “ 匹配 ” ，但它利用二極管的鉗位作用能迅速削弱反射信號，達(dá)到改善信號質(zhì)量的目的，節(jié)能效果顯著。利用一只電容 C 隔斷直流成分可以節(jié)省大部分功率。這種匹配方法簡單有效，但有一個(gè)缺點(diǎn)，匹配電阻要消耗較大功率，對于功耗限制比較嚴(yán)格的系統(tǒng)不太適合。終接電阻在 RS485 網(wǎng)絡(luò)中取 120Ω 。但這在實(shí)際上難以