该文提出了一种以ATMEGA32单片机为控制核心的新型精密数字压力表的设计方法。介绍了该系统整体结构和利用单片机实现多机通信的工作原理及软硬件设计。
1.引言
在科技飞速发展的今天，新技术、新产品层出不穷，尤其是电子技术的发展给我们的生活带来了巨大的变化，计算机微处理器技术的发展使人类许多梦想变成现实。在仪器、仪表行业，从前单功能的模拟仪器仪表正向着数字化、多功能、智能化方向发展。当前，在许多需要长时期工作的仪表设计中，仪表的功耗与精度是设计者首先面临的问题，在精度满足要求的前提下，选择低功耗、微功耗元件及处理器，并在设计时应用低功耗思想成为必然的选择。下面就笔者在设计数字式压力表中应用的技术简要予以介绍。
2.压力表构成
在压力表的整个设计过程中，我们始终围绕微功耗、高性能这一核心来完成项目指标。
所采用的硅压阳式压力传感器抗过载和抗冲击能力强、温度漂移小、稳定性高，具有很高的测量精度，由于其具有体积小、安装使用方便、灵敏度高、性能稳定等特点，所以在各种正负压力测量中得到广泛应用。
MCU采用ATMEGA32，ATMEG32大多数指令执行时间为单个时钟周期，硬件乘法器只需两个时钟周期，32K字节的系统内可编程Flash及1024字节的EEPROM，其擦写寿命分别可达10,000次与100,000次。多达6种睡眠模式：空闲模式、ADC噪声抑制模式、省电模式、掉电模式、Standby模式以及扩展的Standby模式，速度可达16MHz，是一款名副其实的高性能、低功耗的微处理器。
MCP4921是一款带串行接口的12位D/A转换芯片，其设定时间快至4.5us,精度可达±0.2LSBDNL，±2LSBINL，两种增益输出模式，多用于一些要求高精度的工业场合。
HT1621是128点内存映象和多功能的LCD驱动器，HT1621的软件配置特性使它适用于多种LCD应用场合包括LCD模块和显示子系统，用于连接主控制器和HT1621的管脚只有4或5条，
重要的是HT1621还有一个节电命令用于降低系统功耗。
美信公司的MAX232收发器所具有的低电源、多通道特点又为实现低功耗、多机通讯提供了条件。系统框图如图1。
3.V/I转换电路
将一个电压源信号线性地转换为电流源信号，在仪器仪表及自动化系统设计中经常会遇到。对这种电路的基本要求是：
1）输出电流与输入电压成正比；
2）输出电流为恒流源。即当负载电阻在规定范围内变化时，
输出电流保持不变；
3）输出电流对电源变化、环境温度等的变化不敏感。
一般地，还要附加一个要求，即输入电压与输出电流共地。
一种典型的V/I变换器要求将1~5V输入电压线性地转换为4~
20mA电流源输出，基本精度在0.3%以内；当负载在0~300D变化时，输出电流变化应在规定精度之内。
依此要求我们设计了一种实用化电路（框图如图2)，其电路原理在此不再做详细介绍，经过按照此电路设计的产品验证，其精度在要求范围内，有很好的性价比。
4.多机通信实现
随着计算机技术和通讯技术的发展，目前在工业过程控制、数据采集、办公自动化等方面，都出现了利用计算机和单片机组成主从式系统，以实现集中监控和无纸办公.在这些系统中，单片机一般是充当从机，用于执行数据采集、处理和控制，而计算机则用于人机接口管理和系统资源的高层抠制(数据的存储和检索、显示界面的更新、从机的调度等)。这类系统中计算机与单片机的数据通讯技术是决定整个系统性能的关键。
4.1RS-232串行总线接口
目前RS-232是PC机及通信工业中应用最广泛的一种串行接口。RS-232被定义为一种在低速率串行通信中增加通信距离的单端标准。RS一232采取不平衡传输方式，即所谓单端通信。典型的RS-232信号在正负电平之间摆动，在发送数据时，发送端驱动器输出正电平在+5V~+15V之间，负电平在-5V—15V之间。当无数据传输时，线上为TTL电平，从开始传送数据到结束，线上电平从TTL电平到RS-232电平再返回TTL电平。接收器典型的工作电平在+3V~+12V与-3V—12V之间。经典RS-232接口是为点对点(即一对收、发设备)通信而设计的。
4.2计算机和单片机通讯接口硬件电路
由于计算机的串行口是采用RS-232C标准，其电器特性与单片机的TTL电平不同，如要互连，必须进行电平转换。这种电平的转换有多种方式，可以采用标准的RS-232C电平转换器MC1488和MC1489来完成，也可以采用三极管等分立件组成电路进行电平转换，还可以利用集成的RS232接口芯片进行电平转换，本设计就采用了MAXIM公司的MAX232。综合各种方式，利用标准的1488和1489需要正负12V电源；利用分立件组成电路，故障点较多；因此，利用集成的接口芯片是最好的选择。
4.3一对多RS-232串口电路的实现
为了实现1台PC机与多个从机进行数据通信，将各主、从系统的RS-232通信电路按下图所示进行设计。每个从机使用1个驱动器作为回送主机驱动电路(图中驱动器1)，使用另一驱动器作为驱动下一从机的驱动电路(图中驱动器2)只使用1个接收器作为接收转换电路。具体方案如下：
主机发送回路TXD:将主机发送TXD及第3脚连接到第1个从机MAX232的接收器。接收器的输出分为2路，其中l路输入到从机的CPU，而另l路再输人到其MAX232的驱动器2，再将驱动器2的输出输入到下一从机接收器。如此将所有从机串联起来。这样主机的负载与点对点时是一样的，从而大大地减轻了主机的负载；并且传送距离由主机和各从机共同承担，相对而言缩短了传输线路的长度，减小了线路上的分布电容，增强了驱动能力，可靠性也得到了提高。
主机接收回路RXD:因各从机在待机时驱动器输出都处于低电平，若将它们直接并接到主机的RXD，则当某一从机收到命令要向主机回送数据时，其驱动器输出因被其它从机驱动器输出拉死在低电平而不能送出高电平。因此，各从机MAX232的驱动器l输出需经二极管隔离后再并联在一起，连接到主机的第2脚RXD。这样，各从机驱动器输出之间的电平互不干扰，且每个从机回送数据的负载与点对点时也相同。
4.4通讯软件设计
1）计算机通讯软件的设计
计算机上通讯软件可以使用Windows的API函数来实现。其中用到的函数有：GreatFile，ReadFile，WriteFile，PurgeComm，Get-CommState，SetCommState.这些函数的使用可以参考编程语言的相关资料，设计时主要是对串口参数的设定需要根据与单片机通讯的特点，设置波特率、每帧信息为II位(8位数据位，I位起始位，I位结束位，还I位第9位)，注意这里的第9位是用奇偶校验位来区分地址帧还是数据命令帧。这种通讯方式可以采用累加和的校验方法进行数据的可靠性校验。
2）单片机通讯软件的设计
单片机的通讯软件设计中，使用了串口中断方式来完成通讯的收发。定时器I(T1)作为波特率发生器，串行口设置为方式2或方式3，由第9位区分地址帧还是命令帧。当某台单片机的地址与计算机发出的地址一致时，这台单片机就发出应答信号给计算机，这样就可以实现计算机和多台单片机的通讯了。
本电路设计为一对多通信方式，每个从机分配一个不同的地址，地址码和通信数据中的字符不能相同或冲突。主机可呼叫每一个从机，从机不能呼叫主机，从机之间不能通信。
4.总结
本系统以ATMEGA32为核心，对压力传感器发送过来的信号进行处理。可利用液晶和按键或PC机界面实现人机交互。主要功能包括压力检测、量程设置、峰值设置、报警设置、与PC机通讯等。通过RS-232总线实现了单片机和PC机的多机通信，具有很高的测量精度；且系统的硬件电路简单，软件编程可靠，具有较高的实用价值。 |
您现在的位置：
