摘要：?jiǎn)纹⑿陀?jì)算機(jī)簡(jiǎn)稱單片機(jī)，是典型的嵌入式微控制器(Microcontroller Unit)，常用英文字母的縮寫(xiě)MCU表示單片機(jī)，單片機(jī)又稱單片微控制器，它不是完成某一個(gè)邏輯功能的芯片，而是把一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)集成到一個(gè)芯片上。文章發(fā)表在《電氣應(yīng)用》上，是中級(jí)電子職稱論文發(fā)表范文，供同行參考。

　　關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī),串行通信,總線,計(jì)算機(jī),接口

　　由于單片機(jī)在工業(yè)控制領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，單片機(jī)由僅有CPU的專用處理器芯片發(fā)展而來(lái)。最早的設(shè)計(jì)理念是通過(guò)將大量外圍設(shè)備和CPU集成在一個(gè)芯片中，使計(jì)算機(jī)系統(tǒng)更小，更容易集成進(jìn)復(fù)雜的而對(duì)體積要求嚴(yán)格的控制設(shè)備當(dāng)中。

　　隨著自動(dòng)化技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的飛速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，論文 工業(yè)過(guò)程的智能化、自動(dòng)化監(jiān)測(cè)與控制系統(tǒng)的應(yīng)用日益廣泛.單片機(jī)系統(tǒng)由于其抗干擾性能較好被大量應(yīng)用到工業(yè)過(guò)程控制的各個(gè)領(lǐng)域。因?yàn)楣I(yè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境較惡劣，單片機(jī)系統(tǒng)在使用過(guò)程中通常會(huì)出現(xiàn)一些設(shè)計(jì)時(shí)想不到的新情況、新問(wèn)題，這就需要進(jìn)一步修改和完善。

　　1 系統(tǒng)組成及工作原理

　　綜合實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)主要由以下幾部分組成：89C51單片機(jī)及其仿真系統(tǒng)，溫度、壓力等模擬量傳感器及其接口電路，A/D轉(zhuǎn)換模塊，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊，按鍵控制模塊，日歷時(shí)鐘模塊，看門(mén)狗電路模塊，F(xiàn)P—GA模塊，液晶顯示模塊，通信模塊及上位計(jì)算機(jī)，其組成框圖如圖1所示.系統(tǒng)采用89C51單片機(jī)作為主控芯片，A/D轉(zhuǎn)換模塊將多路模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào);外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊為該系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)提供存儲(chǔ)空間。

　　2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

　　2.1 單片機(jī)仿真系統(tǒng)

　　單片機(jī)仿真系統(tǒng)可以模擬CPU在仿真機(jī)上運(yùn)行用戶程序(程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器借用仿真機(jī)的)，也可以連接外部電路來(lái)實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)與控制功能.仿真機(jī)一般都具有單片機(jī)的基本功能部件，如CPU、RAM、用戶程序存儲(chǔ)區(qū)、鍵盤(pán)等;具有單步、設(shè)置斷點(diǎn)(以便隨時(shí)觀察內(nèi)部各RAM、特殊功能寄存器的數(shù)據(jù)變化)、連續(xù)運(yùn)行用戶程序的功能[2].

　　2.2 傳感器的選擇及信號(hào)變送電路的設(shè)計(jì)

　　傳感器作為系統(tǒng)的感知器件，直接影響著系統(tǒng)的精度和穩(wěn)定性.本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中，溫度傳感器選用精度高，線性度好，使用方便的LM335傳感器;壓力傳感器選用標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)變式壓力傳感器，它具有精度高、響應(yīng)速度快、分辨率高等特點(diǎn).傳感器接El電路的設(shè)計(jì)采用了模塊化設(shè)計(jì)方法，設(shè)計(jì)了溫度、壓力等專門(mén)接口電路，直接與上述各種傳感器相連。

　　2.3 通信模塊的設(shè)計(jì)

　　計(jì)算機(jī)(PC)串行通信端口是RS232負(fù)邏輯電平，該實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)上既有RS232接El，又有RS485接口，可以通過(guò)RS232總線進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信，也可以通過(guò)RS485總線進(jìn)行多機(jī)通信_(tái)3]，RS485總線上最多可掛接32個(gè)綜合實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，總體布局如圖2所示.所以實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)和該實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)之間的近距離通信，通過(guò)RS232接口即可;若要實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)和該實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)之間的遠(yuǎn)距離通信，則必須將RS232電平轉(zhuǎn)換為RS485電平后。

　　2.4 串行總線I*2C

　　I*2C總線是PHILIPS公司開(kāi)發(fā)的一種簡(jiǎn)單、雙向二線制串行總線[4].它只需兩根線(串行時(shí)鐘線SCL和串行數(shù)據(jù)線SDA)就能完成掛接在總線上的若干個(gè)I C器件與微處理器之問(wèn)的數(shù)據(jù)交換.該實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)采用具有I C總線接口的看門(mén)狗芯片CATll61和可編程實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片PCF8563，由于單片機(jī)89C51自身沒(méi)有I C總線接口，所以采用軟件合成I C總線與它們相接.

　　2.5 抗干擾設(shè)計(jì)

　　工業(yè)監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)工作環(huán)境一般較差，干擾較嚴(yán)重，為了保證系統(tǒng)可靠工作，必須解決抗干擾問(wèn)題.針對(duì)工業(yè)監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)可能產(chǎn)生的干擾、干擾來(lái)源、傳播途徑等，采用了軟硬件方法對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行抗干擾設(shè)計(jì).硬件抗干擾設(shè)計(jì)主要包括：對(duì)電源噪聲進(jìn)行濾波、大功率驅(qū)動(dòng)電路接口進(jìn)行光電隔離、集成電路芯片的VCC與地之間并連電容、優(yōu)化電路板的布線、看門(mén)狗監(jiān)控等;軟件抗干擾設(shè)計(jì)主要包括：軟件陷阱、軟件自恢復(fù)、數(shù)字濾波、求平均值等.

　　3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

　　系統(tǒng)軟件包括單片機(jī)軟件和PC機(jī)軟件.單片機(jī)軟件采用模塊化結(jié)構(gòu)，利用MCS一51匯編語(yǔ)言編寫(xiě).根據(jù)要實(shí)現(xiàn)的功能，該軟件由主程序以及數(shù)據(jù)采集、A/D轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)通信、日歷時(shí)鐘編程、鍵盤(pán)中斷調(diào)控、液晶顯示、D/A轉(zhuǎn)換、數(shù)碼管顯示等程序模塊組成.下面以加熱爐的爐溫控制為例，給出系統(tǒng)程序流程圖如圖4所示.

　　4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

　　為了測(cè)試該系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性，將5臺(tái)綜合實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)與工業(yè)計(jì)算機(jī)組成分布式多機(jī)通信系統(tǒng)，單片機(jī)串口工作方式1(傳送一幀信息10位)，波特率2 400 bps，一幀數(shù)據(jù)采用5個(gè)字節(jié)(其中數(shù)據(jù)占2個(gè)字節(jié)是因?yàn)锳/D轉(zhuǎn)換結(jié)果是10位)的格式，如表1所示.5臺(tái)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)各采集一次數(shù)據(jù)給PC機(jī)傳送時(shí)，理論上連續(xù)發(fā)送速率為2 400/(10*5*5)= = =9.6次/s.經(jīng)過(guò)測(cè)試發(fā)現(xiàn)，計(jì)算機(jī)在120 ms后收到了5臺(tái)綜合實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)發(fā)送的共250位數(shù)據(jù)，實(shí)際發(fā)送速率約為8次/s，這是因?yàn)橛袪顟B(tài)轉(zhuǎn)換和等待時(shí)間。

　　5 結(jié)論

　　該綜合實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)不僅能為以單片機(jī)為核心的系統(tǒng)前期探索研究提供一種方便的實(shí)驗(yàn)裝置，而且能在遠(yuǎn)離工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)驗(yàn)室解決工業(yè)應(yīng)用中的實(shí)際問(wèn)題.實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該系統(tǒng)可以將許多分散的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目整合在一起進(jìn)行研究和分析，節(jié)約資源，降低成本;實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)正確率高，通信實(shí)時(shí)性強(qiáng)，系統(tǒng)工作可靠;單片機(jī)串行網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的分布式通訊系統(tǒng)靈活性強(qiáng)，易于擴(kuò)充，其基本原理適用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的分布式數(shù)據(jù)采集、檢測(cè)及控制系統(tǒng)，具有很大的實(shí)用價(jià)值。

　　電子職稱論文快速發(fā)表：《電氣應(yīng)用》為月刊，中文核心期刊、中國(guó)科技核心期刊。曾用刊名：電工技術(shù)雜志?！峨姎鈶?yīng)用》是機(jī)械工業(yè)信息研究院主辦，為電氣行業(yè)綜合性技術(shù)期刊，中文核心期刊。主要刊登電氣技術(shù)理論、科技、設(shè)計(jì)、制造、測(cè)試、應(yīng)用等方面的文章及產(chǎn)品、技術(shù)信息，電氣行業(yè)市場(chǎng)分析、預(yù)測(cè)等。

　　參考文獻(xiàn)：

　　[1]李朝青.PC機(jī)及單片機(jī)數(shù)據(jù)通信技術(shù)[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版，2001.

　　[2]楊文龍.單片機(jī)原理及應(yīng)用[M].西安：西安電子科技大學(xué)出版社，1993.