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  • 大佬介绍测控系统(二),无线温度测控系统设计方案介绍(下)

    大佬介绍测控系统(二),无线温度测控系统设计方案介绍(下)

    对于测控系统,大家并非十分了解。为增进大家对测控系统的认识,小编曾于前文对基于LabView的无线温度测控系统设计方案做过部分介绍。在本文中,小编将对该测控系统的余下内容加以讲解。如果你对本文即将涉及的测控系统知识存在兴趣,不妨继续往下阅读哦。 测控系统软件设计 1.1 上位机软件设计 上位机软件采用LabVIEW图形化编程语言来完成控制平台的设计。LabVIEW提供了一个非常简洁直观的图形化编程环境,设计者可以轻松组建测量系统,构造友好美观的操作界面,无需编写繁琐的计算机程序代码,大大简化了程序设计,提高开发效率。 下图给出了上位机LabVIEW控制平台的温度监控界面(正在进行温度采集显示时的界面)。采用模块化设计思想,该系统主要由数据采集与显示、数据处理与报警、数据存储及PID控制等模块组成。用户通过鼠标在界面上操作,便可实现温度的采集、显示、处理、报警、保存及控制等功能。 (1)数据采集与显示模块 数据采集与显示模块主要是通过计算机串口及无线通信模块接收单片机发送来的温度数据,并进行实时显示。为了保证计算机与单片机的顺利通信,首先应进行串口初始化,如设置串口号COMl、波特率9600、8个数据位、1个停止位,无奇偶校验及流控制。程序运行时,单击“开始采集”按钮,系统便能接收到单片机发送来的温度数据,通过温度仪表控件显示当前采集到的温度值。此外,数据采集模块所接收到的是一组离散的温度信号值,通过波形图表显示控件进行逐点显示并连线,可绘制出温度趋势曲线,拖动曲线图右下方的滑块,并可查看历史温度曲线。 (2)数据处理与报警模块 数据处理主要实现对采集到的温度数据进行直方图统计。单击系统界面上的“创建直方图”按钮,系统便执行相应程序对温度数据进行统计,在波形图控件中显示温度直方图,便于用户进行统计分析。 温度报警模块主要实现高温报警和低温报警。用户在系统界面中设置温度上下限值,当实际温度大于温度上限或小于温度下限时,系统通过指示灯给出高温报警(红灯亮)或低温报警(黄灯亮),提示用户温度超限,以确保人员及设备安全。 (3)数据存储模块 数据存储模块主要实现将采集到的温度数据保存至Excel表格,方便用户日后调出历史温度数据进行查阅分析。首先利用“数组大小”VI获取采集到的温度数组的大小,并判断其能否被10整除,若能整除,执行“条件结构”的“真”分支程序,将采集时间及10个温度数据写入电子表格文件后换行,然后再进行条件判断。这样,温度数据便以10个为l行记录到电子表格文件中,同时每一行的开头均记录下了采集本组数据的日期与时间。 另外,利用“方法节点”和“写入JPEG文件”VI可将温度曲线以JPEG格式存储。用户单击“保存温度曲线”按钮,系统弹出保存对话框,提示用户将温度曲线保存为JPEG图片。 (4)PID控制模块 LabVIEW提供了功能强大的PID控制器,使用户避免了繁琐的PID算法的编写,提高开发效率。进行PID控制时,首先将温度信号输入至PID控制器,并输入温度设定值和PID增益,包括比例系数Kc、积分时间常数TI及微分时间常数Td。单击“PID控制”按钮,程序按照PID算法对温度进行控制,使温度逼近设定值。 1.2 下位机软件设计 P89LV5lRD2单片机程序采用C语言进行设计。P89LV51RD2内部提供了3个16位定时器/计数器以及1个全双工串行通信口,满足本系统的软件设计要求。下图给出了单片机控制程序流程。 在系统初始化时,设置8位串行口模式1,以及单片机的定时器T2工作在波特率发生器模式,产生串行通信所需的波特率。再令单片机的定时器T0工作在定时器模式,用于产生指定的控制周期。在TO的中断程序中,首先将采集到的温度数据通过无线模块发送给上位机进行实时显示,然后上位机利用LabVIEW中的PID控制器,确定系统输出控制量的大小并发送回单片机,单片机根据控制量输出PWM信号,驱动控制电路对被测对象进行温度控制。 本文设计的温度测控系统以低功耗的单片机系统为采集模块,代替了价格昂贵的数据采集板卡,成本低,并以LabVIEW开发的软件平台进行温度处理与控制,与传统仪器相比,具有界面友好、易于操作及扩展性强等特点。实验表明,本系统可以作为教学实验系统的一部分,嵌入到虚拟仪器实验平台中,供学生学习LabVIEW编程以及虚拟仪器与单片机的通信。另外,可以将多个节点进行组网,形成一个分布式无线网络,实现多点温度测量与控制,具有良好的应用前景。 以上便是此次小编带来的“测控系统”相关内容,希望大家对本文的知识点具备一定的认知。如果你喜欢本文,不妨持续关注我们网站哦,小编将于后期带来更多精彩内容。最后,十分感谢大家的阅读,have a nice day!

    时间:2020-05-15 关键词: 设计方案 测控系统 指数

  • 大佬介绍测控系统(一),无线温度测控系统设计方案介绍(上)

    大佬介绍测控系统(一),无线温度测控系统设计方案介绍(上)

    测控系统是诸多系统中不可缺少的一环,对于测控系统,自动化专业的朋友自然熟悉,但寻常人对测控系统却并非有所耳闻。为增进大家对测控系统的了解,本文将对基于LabView的无线温度测控系统的设计方案予以介绍。此外,本文仅为上篇如果你对本文即将讨论的内容存在兴趣,不妨继续往下阅读哦。 基于虚拟仪器设计理论,以LabVIEW8.5为软件开发平台,低功耗单片机P89LV51RD2为硬件核心,设计了一个实时温度测控系统。该系统采用数字温度传感器TMPll2,配合单片机,实现现场温度采集系统。通过ZigBee无线通信模块SZ05与计算机进行远程通信,并由软件平台对信号进行显示、分析及存储,同时实现温度的PID控制。该系统功耗低,测量精度高,界面友好,易于操作,可扩展性强且成本低。 引言 传统的温度测量仪器,其功能及规格是单一固定的,用户无法根据自己的需要改变。NI公司提出的虚拟仪器概念,彻底打破了传统仪器由厂家定义、用户无法改变的模式,使测控仪器发生了巨大变革。LabVIEW是NI公司开发的一种虚拟仪器平台,而目前利用LabVIEW进行的开发通常都是建立在LabVIEW所支持的价格昂贵的数据采集板卡之上的。为解决这一问题,本系统采用低功耗单片机P89LV51RD2和低功耗温度传感器TMPll2组成温度采集节点,并通过无线通信模块实现单片机系统与上位机的远程通信,不仅取代了价格昂贵的数据采集卡,大大降低了系统成本,而且实现了数据的无线传输。同时,温度采集节点的低功耗特性,降低了ZigBee组网时对电源的要求,便于进行组网实现多点测温。 一、系统的组成及工作原理 图1给出了系统组成框图,该温度测控系统主要由计算机、单片机、温度测量电路、温度控制电路以及无线通信电路组成。TMPll2温度传感器进行温度采集,将温度数字量传送给P89LV51RD2后,通过数码管LED电路进行现场温度显示。同时,P89LV51RD2将温度数据通过无线通信模块SZ05发送给远程计算机,运行于PC机上的LabVIEW控制平台对温度进行实时显示,并进行数据处理、温度报警及数据存储等。另外,控制平台采样输入信号,利用LabVIEW中的PID控制器进行PID控制,将控制量通过无线模块发送给单片机,单片机输出控制量实现温度控制。 二、系统硬件设计 2.1 温度测量显示电路 本系统采用TI公司于2009年6月推出的高精度低功耗数字温度传感器TMPll2来实现温度测量。该传器具有如下特点: ◆测温范围为-40~125℃; ◆0~65℃温度范同内精度达O.5℃,-40~125℃范围内精度达1℃; ◆12位分辨率,测量值的读取精度达到0.0625℃; ◆正常操作模式的最大静态电流为10μA,关机模式则为1μA; ◆电源范围1.4~3.6 V; ◆SMBus/两线式串行接口,总线上最多可连接4个该传感器。 从功耗、精度、接口等方面综合考虑,采用P89LV51RD2与TMPll2组成温度测量节点。虽然P89LV51RD2单片机没有专用的I2C总线接口,但可以使用软件模拟I2C总线,来实现单片机与TMPll2的通信。利用单片机的I/O口P1.0和P1.1分别模拟I2C总线的SDA和SCL信号,故只需将单片机的P1.O和P1.1引脚分别与TMPll2的SDA和SCL引脚相连(注意需要上拉)。P89LV51RD2通过I2C总线读取温度数据后,由5个数码管显示温度值,包括百位(或符号位)、十位、个位与2个小数位。 2.2 温度控制电路 温度控制电路如图2所示,它主要由NPN型晶体管Q1、TLP521-1型光电耦合器U1和大功率NMOS管Q2组成。上位机程序控制系统将检测温度值与系统设定值进行比较,按照PID控制算法进行运算,从单片机的P1.2口输出占空比可调的PWM信号,经晶体管Q1驱动后,控制光电耦合器U1的通断,继而控制NMOS管Q2(IRF840A)的通断时间,从而控制加热对象——大功率电阻R的加热时间,使其达到设定的温度值。为方便实验,采用的R为大功率线绕电阻,额定功率10W,额定电阻10Ω,采用+12V直流电源供电。由于流过加热电阻R的电流较大,故为R供电的+12V直流电源必须与为其他模拟器件供电的+12V直流电源分开。 2.3 无线通信电路 无线通信电路采用上海顺舟网络科技有限公司的SZO5系列ZigBee无线数据通信模块来实现。该模块提供RS232、RS485和TTL三种接口标准,传输距离可达100~2 000m。为了提高开发效率,采用该模块的RS232接口,实现单片机与计算机的串行无线通信,使得软件编程变得简单。若系统对距离并无要求,只需使用1根串口线便能实现单片机与计算机的通信,而不必更改软件设计,通用性强,适合各种应用场合。 以上便是此次小编带来的“测控系统”相关内容,通过本文,希望大家对上面介绍的知识具备一定的认知。如果你喜欢本文,不妨持续关注我们网站哦,小编将于后期带来更多精彩内容。最后,十分感谢大家的阅读,have a nice day!

    时间:2020-05-15 关键词: 设计方案 测控系统 指数

  • 波形发生器实例篇,AD9833波形发生器设计

    波形发生器实例篇,AD9833波形发生器设计

    波形发生器具备诸多应用,因此波形发生器的存在意义重大。基于不同使用场景,波形发生器具有多种类型,如任意波形发生器、Arduino波形发生器等。本文中,将为大家介绍AD9833型号高精度可编程波形发生器的设计方案,如果你对本文内容存在兴趣,不妨继续往下阅读。 1.AD9833波形发生器介绍 AD9833是ADI公司生产的一款低功耗,可编程波形发生器,能够产生正弦波、三角波、方波输出。波形发生器广泛应用于各种测量、激励和时域响应领域,AD9833无需外接元件,输出频率和相位都可通过软件编程,易于调节,频率寄存器是28位的,主频时钟为25MHz时,精度为0.1Hz,主频时钟为1MHz时,精度可以达到0.004Hz。 可以通过3个串行接口将数据写入AD9833,这3个串口的最高工作频率可以达到40MHz,易于与DSP和各种主流微控制器兼容。AD9833的工作电压范围为2.3V-5.5V。 AD9833还具有休眠功能,可使没被使用的部分休眠,减少该部分的电流损耗,例如,若利用AD9833输出作为时钟源,就可以让DAC休眠,以减小功耗,该电路采用10引脚MSOP型表面贴片封装,体积很小。 AD9833的主要特点如下: 频率和相位可数字编程; 工作电压为3V时,功耗仅为20mW; 输出频率范围为0MHz-12.5MHz; 频率寄存器为28位(在25MHz的参考时钟下,精度为0.1Hz); 可选择正弦波、三角波、方波输出; 无需外界元件; 3线SPI接口; 温度范围为-40℃-+105℃。 2.AD9833的结构及功能 2.1 电路结构 AD9833是一块完全集成的DDS(Direct Digital Frequency Synthesis)电路,仅需要1个外部参考时钟、1个低精度电阻器和一个解耦电容器就能产生高达12.5MHz的正弦波。除了产生射频信号外,该电路还广泛应外于各种调制解调方案。这些方案全都用在数字领域,采用DSP技术能够把复杂的调制解调算法简化,而且很精确。 AD9833的内部电路主要有数控振荡器(NCO)、频率和相位调节器、Sine ROM、数模转换器(DAC)、电压调整器,其功能框图如图1所示。 AD933的核心是28位的相位累加器,它由加法器和相位寄存器组成,每来1个时钟,相位寄存器以步长增加,相位寄存器的输出与相位控制字相加后输入到正弦查询表地址中。正弦查询表包含1个周期正弦波的数字幅度信息,每个地址对应正弦波中0°-360°范围内的1个相位点。查询表把输入的地址相位信息映射成正弦波幅度的数字量信号,去DAC输出模拟量,相位寄存器每经过228/M个MCLK时钟后回到初始状态,相应地正弦查询表经过一个循环回到初始位置,这样就输出了一个正弦波。输出正弦波频率为: fOUT=M(fMCLK/228) (1) 其中,M为频率控制字,由外部编程给定,其范围为0≤M≤228-1。 VDD引脚为AD9833的模拟部分和数字部分供电,供电电压为2.3V-5.5V。AD9833内部数字电路工作电压为2.5V,其板上的电压调节器可以从VDD产生2.5V稳定电压,注意:若VDD小于等于2.7V,引脚CAP/2.5V应直接连接至VDD。 2.2 功能描述 AD9833有3根串行接口线,与SPI、QSPI、MI-CROWIRE和DSP接口标准兼容,在串口时钟SCLK的作用下,数据是以16位的方式加载到设备上,时序图如图3所示,FSYNC引脚是使能引脚,电平触发方式,低电平有效。进行串行数据传输时,FSYNC引脚必须置低,要注意FSYNC有效到SCLK下降沿的建立时间t7的最小值。FSYNC置低后,在16个SCLK的下降沿数据被送到AD9833的输入移位寄存器,在第16个SCLK的下降沿FSYNC可以被置高,但要注意在SCLK下降沿到FSYNC上升沿的数据保持时间ts的最小和最大值。当然,也可以在FSYNC为低电平的时候,连续加载多个16位数据,仅在最后一个数据的第16个SCLK的下降沿的时将FSYNC置高,最后要注意的是,写数据时SCLK时钟为高低电平脉冲,但是,在FSYNC刚开始变为低时,(即将开始写数据时),SCLK必须为高电平(注意t11这个参数)。 当AD9833初始化时,为了避免DAC产生虚假输出,RESET必须置为1(RESET不会复位频率、相位和控制寄存器),直到配置完毕,需要输出时才将RESET置为0;RESET为0后的8-9个MCLK时钟周期可在DAC的输出端观察到波形。 AD9833写入数据到输出端得到响应,中间有一定的响应时间,每次给频率或相位寄存器加载新的数据,都会有7-8个MCLK时钟周期的延时之后,输出端的波形才会产生改变,有1个MCLK时钟周期的不确定性,因为数据加载到目的寄存器时,MCLK的上升沿位置不确定。 3.AD9833的引脚功能及时序 AD9833的引脚排列如图2所示,各个引脚的功能描述见表1。 AD9833的时序特性如图3、图4和表2所示。 4.AD9833的内部寄存器功能 AD9833内部有5个可编程寄存器,其中包括3个16位控制寄存器,2个28位频率寄存器和2个12位相位寄存器。 4.1 控制寄存器 AD9833中的16位控制寄存器供用户设置所需的功能。除模式选择位外,其他所有控制位均在内部时钟MCLK的下沿被AD9833读取并动作,表3给出控制寄存器各位的功能,要更改AD9833控制寄存器的内容,D15和D14位必须均为0。 4.2 频率寄存器和相位寄存器 AD9833包含2个频率寄存器和2个相位寄存器,其模拟输出为 fMCLK/228&TImes;FREQEG (2) 其中:FREQEG为所选频率寄存器中的频率字,该信号会被移相: 2π/4096&TImes;PHASEREC (3) 其中,PHASEREC为所选相位寄存器中的相位字。 频率和相位寄存器的操作如表4所示。 5.应用设计 AD9833可应用在L15型飞机控制盒配套的检测盒中,利用AD9833产生频率可调的正弦波,以模拟机轮速度传感器的速度信号,从而对控制盒的刹车防滑通道能否正常的刹车防滑进行检测。 5.1 AD9833的硬件电路连接 检测盒设计以TI公司的TMS320LF2407A型DSP作为核心控制器,应用中需要2路速度信号,因此需要检测盒给出2路可独立调节的频率,图5示出TMS320LF2407A与AD9833的硬件连接。 外接有源晶体振荡器的输出送给2个AD9833作为主频时钟,DSP的SPI口采用主动工作方式,即用SPISIMO口发送数据,为了与AD9833的时序相配合,DSP的接口时钟(SPICLK信号)方式选择有延时的下降沿,IOPC3和IOPC5作为电路选通信号,IOPC3为低电平时U2被选通,此时对U1写数据无效;同理,IOPC53为低电平时U1被选通,此时对U2写数据无效。 5.2 软件程序 图6示出了AD9833的软件流程。 无论是写控制寄存器、频率寄存器还是相位寄存器、在写数据之前都需要把选通信号置为有效状态,这样写入的数据才会有效,否则无效。在DSP发送完1个数据字后将产生SPI中断请求,本设计中未使用中断方式,而且通过查询中断标志来跳出,并虚读DSP的接收缓冲器清除中断标志。 以上便是小编此次带来的所有内容,希望大家喜欢。

    时间:2019-12-13 关键词: 设计方案 波形发生器 ad9833

  • 一种数控低压大电流脉冲电源设计方案

    一种数控低压大电流脉冲电源设计方案

    1.前言  在一些特殊应用场合,需要一种低电压大电流的电源,有时也需要电源频率、脉宽均可调整的脉冲电源。本文以ATmega16 为系统控制核心,结合RT8105 所组成的DC/DC 电源电路实现,最终实现了频率、脉宽可调低电压大电流的脉冲电源。  2.系统组成  系统组成框图如图1 所示。图1 系统组成框图  系统首先由RT8105 构成的DC-DC 电源电路产生稳定的2V 电压,该电压经过一个开关管连接至负载,通过ATmega16 单片机输出的脉冲波形配合相应的驱动电路控制该开关管的导通和关断,从而在负载上形成与该脉冲波形同频率、同脉宽的脉冲电流。  此外,系统中加入了键盘、LED 和串口。键盘用于设置脉冲电源的频率和占空比,LED 用于显示当前脉冲电源的占空比,便于用户观察。串口用于与PC 机进行连接,用户可通过相应的上位机软件进行设置,该系统工作安全、稳定,操作方便。  3.RT8105简介  RT8105 是台湾立锜科技股份有限公司生产的电压模式、5V/12V 输入的同步降压式PWM 的DC-DC 控制器。具有以下特点:开关频率为300kHz,输出PWM波占空比0~100% 可调,其输出的双路相位差为180°的PWM 波可直接驱动所有的低功耗N-MOSFET,内部自带误差比较器,具有实时过压、欠压、过流保护电路,系统软启动等功能。其内部结构框图如图2 所示。图2 RT8105内部结构框图  4、系统实现  4.1. DC/DC变换电路  DC/DC 变换电路作为系统中最重要的一部分,其输出电压的稳定直接影响脉冲电源的性能。使用RT8105 可以直接驱动两路VMOS 开关管IRF640,电路结构简单。具体电路如图3 所示。图3 DC/DC变换电路原理图  图中,系统供电电压为+12V,T8105 输出两路反相PWM 波驱动Q2 和Q4,经储能电感L1 和电容滤波,产生直流电压再由FB 引脚反馈回RT8105 进而调整输出PWM 波的占空比,形成硬件闭环电路,从而使输出电压稳定到2V。  电路输出电压计算公式为:Vout=Vref×(1+R6/R4), 其中Vref 为RT8105 芯片内部的基准电压,Vref=0.8V±2%,当R6=13K,R4=8K 时输出压电压达到2.1V。  4.2. 脉冲产生电路  脉冲产生电路由MCU 输出波形控制开关管的通断来实现。由于VMOS 导通时所需VGS 电压必须大于4V,而MCU 输出电压仅5V,需要电路中加入一级放大电路,该放大电路由9012 和9013 两只三极管实现,脉冲产生电路如图4 所示。图4 脉冲产生电路  图中,PULS 为MCU 输出的脉冲控制信号,该信号经过电压放大后驱动VMOS 管,从而使输出至负载的Vout 信号与PULS 信号同脉宽、同频率。通过改变PULS 占空比及频率,就可以实现Vout 输出的脉宽、频率可调。  4.3. 开关型降压稳压电路  MCU 及电路中其它部分所需要的5V 电源由开关型降压稳压芯片LM2576 产生,其电路结构简单。具体电路如图5 所示。图5 开关型降压稳压电路  系统中并未采用常用的线性三端稳压芯片LM7805,其原因是线性稳压电源在工作中会有大的“热损耗”,其工作效率低。而开关稳压电源具有集成度高、外围电路简单、电源效率高(70%~90%)等优点,开关稳压电源已经取代效率较低的线性稳压器, 成为现代超大规模集成系统中不可或缺的部分。  4.4. 单片机及人机接口电路  系统中使用了5 个按键,用于设置输出的周期及占空比。使用4 个8 段LED 用于显示当前周期和占空比。  具体电路图如图6 所示。图6 单片机及人机接口电路  数码管D7 显示当前功能模式代码(0 表示占空比模式,1 表示周期模式),D8~D10 用于显示占空比或周期值。按键K1~K5 用于参数的设置,分别完成左移,右移,OK,加,减功能。按键控制分两种模式,设置模式和非设置模式。在设置模式下,调整占空比和周期值的大小,左、右移位键移动3 个数码管的3 个位,移到的位闪烁,此时可通过加、减键来改变这一位的值,按下OK 键完成设置;在非设置模式下,不能改变参数,只能用加、减键切换D7 的模式代码,数码管D8~D10 显示该模式下的数值。其中,占空比的可设置范围0~100%,周期值范围1~999ms,即频率可从1Hz~1kHz 进行设置。  5、系统测试结果及分析  系统测试所使用到的仪器主要有:数字荧光示波器TDS7104,电流探头TCP202,有源探头P6243,电子负载IT8511。  5.1. 电压调整率  电压调整率即负载固定时,输入电压的波动对输出电压的影响(即输出电压的变化量与输入电压变化量的比值)。以输出电流6A 时对应的输出电压2.04V,2.05V,2.05V,输入电压10.8V,12.0V,13.2V(如表1),计算电压调整率:  5.2. 负载调整率  输入电压12V,以及增加偏移为±10% 的10.8V 和13.2V。输出电流将占空比调为最大,用来测试最大负载情况。负载以最大6A 的0%-100% 步进20% 进行测试。  测试数据如表1 所示。表1 电流调整率测试表  负载调整率是在输入电压固定的情况下,负载电流IO 从0 变化到最大额定性(满载)时所引起输出电压的变化。以输入电压12.0V 对应的输出电压,输出电流0 ~ 6A 变化,计算负载调整率:  5.3. 电源转换效率  电源的转换效率反应电路的电能损耗情况,是电源设计的一个重要参数,表2 给出的效率数据是根据公式计算的:表2 电源转换效率测试表  5.4. 输出脉冲  图7 为电路输出的2V/6A 脉冲,图中上边是DC/DC输出电压波形,下边是脉冲输出电流波形,波形参数如图所示。图7 输出2V/6A脉冲  6、小结  此电源的设计方法、结构、原理比较简单,通过合理的选用器件和PCB 布线、正确的运用调试方法,使电路设计得到了优化。选用的器件RT8105,其内嵌的MOSFET 场效应管驱动电路简化了外围电路的设计,内部集成的补偿电路减少了电路中元器件的数量;并且它的各种保护电路提高了器件的使用寿命和电路的安全性和稳定性。

    时间:2019-04-24 关键词: 脉冲 设计方案 嵌入式开发 电流 低压

  • 智能数字时钟的设计方案研究

    智能数字时钟的设计方案研究

    摘要:近年来,随着电子产品的发展,人们对数字时钟的要求越来越高,本文针对人们的这一需求,设计了一种有单片机控制的智能化数字时钟,功能强大,界面友好,更好的满足了人们对它的智能化要求。 0引言 现在是一个知识爆炸的新时代。新产品、新技术层出不穷,电子技术的发展更是日新月异。可以毫不夸张的说,电子技术的应用无处不在,电子技术正在不断地改变我们的生活,改变着我们的世界。在这快速发展的年代,时间对人们来说是越来越宝贵,在快节奏的生活时,人们往往忘记了时间,一旦遇到重要的事情而忘记了时间,这将会带来很大的损失。因此我们需要一个定时系统来提醒这些忙碌的人。数字化的钟表给人们带来了极大的方便。 近些年,随着科技的发展和社会的进步,人们对数字钟的要求也越来越高,传统的时钟已不能满足人们的需求。多功能数字钟不管在性能还是在样式上都发生了质的变化,有电子闹钟、数字闹钟等等。单片机在多功能数字钟中的应用已是非常普遍的,人们对数字钟的功能及工作顺序都非常熟悉。但是却很少知道它的内部结构以及工作原理。由单片机作为数字钟的核心控制器,可以通过它的时钟信号进行计时实现计时功能,将其时间数据经单片机输出,利用显示器显示出来。通过键盘可以进行定时、校时功能。输出设备显示器可以用液晶显示技术和数码管显示技术。 1系统方案的确定 单片机芯片作为控制系统的核心部件,它除了具备微机CPU的数值计算功能外,还具有灵活强大的控制功能,以便实时检测系统的输入量、控制系统的输出量,实现自动控制。在本次设计中采用单片机技术来实现数字钟的功能。方案的设计可以从以下几个方面来确定。微处理器的选择,AT89S51、52是2003年ATMEL推出的新型品种,除了完全兼容8051外,还多了ISP编程和看门狗功能。但是AT89S52的存储器容量比AT89S51的大。在本次设计中采用AT89S52单片机;显示电路的设计,随着科技的发展,液晶显示的使用越来越方便,已被普遍的使用。由于液晶显示与驱动都集成在一个芯片上,因此使用起来很方便。在这里采用液晶显示;校时和定时电路的设计;实时控制电路是时钟电路的一个重要组成部分,采用的是一个时钟芯片,单片机从中读取数据送到显示器上显示,从而实现数字钟的功能;还有一些其他控制电路如复位电路、时钟电路等。通过这些控制电路的连接构成了完整的电路,系统的方框图如图1所示。 2硬件电路的设计 硬件电路是一个系统的重要部分,在本次设计中主要是以AT89S52为核心控制器,外加一些控制电路来实现数字钟的基本功能。下面分别介绍各个控制电路的功能及其工作原理。 2.1AT89S52的介绍 单片机是微机的一个分支,在原理和结构上,单片机与微型机之间不但没有根本性的差别,而且微型机的许多技术与特点都被单片机继承下来了。 AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器。使用Atmel公司高密度非易失性存储器技术制造,与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程,亦适于常规编程器。在单芯片上,拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash,使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。它具有串行口,片内晶振及时钟电路。另外,AT89S52可降至0Hz静态逻辑操作,支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下,CPU停止工作,允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下,RAM内容被保存,振荡器被冻结,单片机一切工作停止,直到下一个中断或硬件复位为止。 2.2时钟电路的设计 AT89S52单片机有一个用于构成内部振荡器的反相放大器,XTAL1和XTAL2分别是放大器的输入、输出端。石英晶体和陶瓷谐振器都可以用来一起构成自激振荡器。从外部时钟源驱动器件,XTAL2可以不接,而从XTAL1接入,由于外部时钟信号经过二分频触发后作为外部时钟电路输入的,所以对外部时钟信号的占空比没有其它要求,最长低电平持续时间和最少高电平持续时间等还是要符合要求的。反相放大器的输入端为XTALl,输出端为XTAL2,两端连接石英晶体及两个电容形成稳定的自激振荡器。电容通常取30PF左右。振荡频率范围是1.2~12MHz。如图2-2(a)所示。 晶体振荡器的振荡信号从XTAL2端输出到片内的时钟发生器上。时钟发生器为二分频器。向CPU提供两相时钟信号P1和P2。每个时钟周期有两个节拍(相)P1和P2,CPU就以两相时钟P1和P2为基本节拍指挥AT89S52单片机各部件协调工作。图2-2(b)给出片内时钟发生器原理。在本次设计中取石英晶体的振荡频率为12MHz。 2.3复位电路的设计 单片机复位是使CPU和系统中的其他功能部件都处于一个确定的初始状态,并从这个状态开始工作,例如复位后PC=0000H,使单片机从第一个单元取指令。无论是在单片机刚接通电源时,还是断电后或者发生故障后都要复位,所以我们必须弄清楚MGS-51型单片机复位的条件、复体电路和复位后状态。该电路除具有上电复位功能外,对系统的可控性是很有帮助的。 2.4实时控制电路的设计 在本次设计中采用DS1302为实时控制芯片,并接备用电源以使在外接电源断电时其控制电路仍在计时。 2.5LCD显示模块 在实际应用中,用户很少直接设计LCD显示器驱动接口,一般是直接使用专用的LCD显示驱动器和LCD显示模块。其中,LCD显示模块LCM(LiquidCrystalDisplayModule)是把LCD显示器、背景光源、线路板和驱动集成电路等部件构成一个整体,作为一个独立的部件使用,具有功能较强、易于控制、接口简单等优点,在单片机系统中应用较多。其内部结构如图2-8所示。LCD显示模块只留一个接口与外部通信。显示模块通过这个接口接收显示命令和数据,并按指令和数据的要求进行显示。外部电路通过这个接口读出显示模块的工作状态和显示数据。LCD显示模块一般带有内部显示RAM和字符发生器,只要输入ASCII码就可以进行显示。LCD显示模块按功能显示可分为:LCD段式显示模块、LCD字符型显示模块、LCD图形显示块三类。 液晶显示器因其功耗低、重量轻而成为便携式应用中的主流显示技术。这里所用的字符型液晶模块是一种用5x7点阵图形来显示字符的液晶显示器,根据显示的容量可以分为1行16个字、2行16个字、2行20个字等等。液晶显示有点振式和字符式两种,在这里采用字符式液晶显示器1602来实现显示电路的功能。 由于1602液晶显示器是本身带有驱动模块的液晶屏,它只有并口线和一些控制线,与单片机的连接有两种不同的方法,直接访问方式和间接访问方式。直接访问方式就是微处理器把液晶显示模块当作存储器或I/O设备直接挂在总线上,模块8位数据总线与微处理器的数据总线相连,用读操作或写操作信号与地址信号共同产生控制信号。 2.6校时、定时电路的设计 校时、定时电路主要靠键盘来控制。键盘是一组按键的集合。它是嵌入式计算机系统中不可缺少的外围电路。是实现人机对话的纽带,借助键盘可以向计算机输入程序、置数、逻辑操作以及写入程序和程序检测等。 2.7报时器的设计 报时是数字钟的一个重要功能,报时器可用蜂鸣器和扬声器来实现,为了使其报时效果更好这里采用扬声器播放音乐来实现其报时功能。要使扬声器能在整点报时必须要有音频放大器来驱动扬声器才能工作。在这里采用LM386音频放大器。 2.8电源的设计 稳压电源是单片机系统的重要组成部分,它不仅为系统提供多路电压源,还直接影响到系统的技术指标和抗干扰性能。一个稳压电源输出电压和最大输出电流决定于所选三端稳压器。在本次设计中采用+5V电压所以选用H7805稳压器。 系统的硬件电路如图2 3系统软件设计 单片机的程序设计有其自身的特点。在单片机系统中,硬件与软件紧密结合,由于硬件电路的设计不具有通用性,所以必须根据具体的硬件电路来设计对应的软件,硬件设计的优劣直接影响到软件设计的难易,软件设计的优劣又直接影响到硬件的发挥。在很多时候,软件可以替代硬件的功能,当然,需要付出额外占用CPU时间的代价。 软件程序的设计是根据硬件电路图的连接和各个元器件的功能进行设计。在编写软件时,可以按各个程序的功能将软件细分为各个功能模块,再通过主程序的调用来实现整个软件系统。而一般编写的程序都是根据事前所用的流程图来编写的,而且,流程图中也包含了对设计所得结果的要求,因此,流程图的设计直接影响到源程序的设计。其源程序见附录D。 主程序是软件设计的总体框架,因此主程序流程图的设计决定了程序编写的好坏,主程序的功能主要是读DS1302的时间将时间数据送到液晶显示,并与闹钟的设定时间比较,再判断是否有按键按下,从而进行校时、定时功能。其流程图如图3所示。 4结论与展望 本次设计采用单片机作为核心控制器,实现具有定时、校时功能的数字钟。随着人们生活水平的提高,人们对数字钟的要求越来越高,有单一的计时功能到发展到现在有温度检测、湿度检测等多功能数字钟。这些多功能数字钟多用在工业里作为检测元件,因此需要能够在恶劣的环境下工作。利用单片机作为数字钟的控制核心可以做到硬件电路简单稳定,减小电磁干扰和其他环境干扰,充分发挥软件编程的优点,减少因元器件精度不够引起的误差。设计中了解到数字钟的迅猛发展,它已经普遍应用到人们日常生产和生活之中了。数字钟有很强的发展空间,因此我们有理由相信将来数字钟会与我们的生产和生活更加紧密相连。 参考文献 [1]付家才.单片机控制工程实践技术.北京:化学工业出版社,2004 [2]孙育才,王荣兴,孙化芳.新型AT89S52系列单片机及其应用.北京:清华大学出版社,2005. [3]朱定华.单片机原理及接口技术实验.北京:北方交通大学出版社,2002. [4]张鑫,华臻,陈书谦.单片机原理及应用.北京:电子工业出版社,2005. [5]何立民.MCS—51系列单片机应用系统设计系统配置与接口技术[M].北京:北京航空航天大学出版社,1999. [6]李维諟,郭强.液晶显示应用技术.北京:电子工业出版社.2005. [7]陈小忠,黄宁,赵小侠编著.单片机接口技术实用子程序.北京:人民邮政出版社,2005 [8]李华.MCS-51系列单片机实用接口技术[M].北京:北京航空航天大学出版社,1993 [9]胡学海.单片机原理及应用系统设计[M].北京:北京电子工业出版社,2005. [10]林凌,李刚,丁茹,李小霞.新型单片机接口器件与技术[M].西安:西安电子科技大学出版社,2005. [11]胡汉才.单片机原理及其接口技术(第2版)[M].北京:清华大学出版社,2003. [12]蒋延彪.单片机原理及应用(MCS-51).重庆:重庆大学出版社,2003. [13]韩志军.单片机应用系统设计:入门向导与设计实例[M].北京:机械工业出版

    时间:2019-03-27 关键词: 数字 设计方案 时钟 智能 嵌入式处理器

  • 一种基于STC89C52RC单片机的计时系统的设计方案

    一种基于STC89C52RC单片机的计时系统的设计方案

    摘 要: 阐述一种基于STC89C52RC单片机的计时系统的设计方案, 详细介绍系统的硬件构成、显示系统的设计方案、电路设计及程序设计。关键词: 单片机; 计时系统; 显示系统; 程序设计 随着电子技术的日新月异, 单片机的应用技术已逐步成熟, 市场上也出现了基于单片机技术的仪器设备。本文基于STC89S52RC单片机设计了一种计时系统, 可精确到小数点后2位, 计时系统可实现开始计时、停止计时并保持读数、复位等功能。1 STC89C52RC单片机简介 STC89C52RC单片机是宏晶科技推出的超强抗干扰、高速、低功耗单片机, 指令代码完全兼容传统8051单片机。其最高频率时钟为80 MHz, Flash存储器为8 KB, RAM为512 bit, E2PROM为2 KB, 可反复擦写编程。工作温度为-40℃~+85℃, 内置看门狗电路, 内部电源供电系统、时钟电路和复位电路都经过特殊处理。“6时钟/机器周期”和“12时钟/机器周期”可在ISP编程时反复设置。2 STC89C52RC单片机计时系统硬件 系统硬件包括STC89C52RC单片机、中断键(按下后计时系统停止计时, 显示系统保持读数)、显示系统。3 显示系统 显示系统硬件介绍:4 bit 8段数码管(本论文选用的是共阳极数码管), 54/74LS138译码器(位选控制), 74HC245双向总线发送器/接收器(控制数码管显示)。 显示系统采用单片机驱动数码管显示时间读数, 由54/74LS138译码器控制数字显示的位置, 74HC245双向总线发送器/接收器控制数码管显示数字及何时开始显示(上电开始计时即开始显示)。显示系统原理图如图1所示。 本文中只用到了8位数码管中的4位。 显示系统程序设计如下所示: void display(uint result) { P2=table[result/1000]; //显示十位数值 P1=DIS_BIT[3]; delay50ms(1); P2=table[result%1000/100]; //显示个位数值 P1=DIS_BIT[2]; delay50ms(1); P2=table[result%1000%100/10]; //显示小数点后第一位数值 P1=DIS_BIT[1]; delay50ms(1); P2=table[result%1000%100%10]; //显示小数点后第二位数值 P1=DIS_BIT[0]; delay50ms(1); }4 计时系统原理简述及结构 当启动开关按下时, 仪器设备开始工作, 并将电压信号传送给STC89C52RC单片机的电源输入端即VCC端, STC89C52RC单片机定时器开始工作, 同时显示系统开始工作即开始计时。当中断键按下时, 计时系统停止计时, 显示系统保持停止时的读数。P2口控制数码管显示的数字, P1接口接显示系统54/74LS138译码器做为位选控制。 本设计中STC89C52RC单片机采用单片机中定时器/计时器0作为计时器。系统结构如图2所示。 主程序设计如下:void main(){ EA=1; //允许总中断 EX0=1; //外部中断0的允许 IT0=1; //下降沿触发外部中断 TMOD=0x02; //定时器工作方式2 TH0=0; //高位赋值 TL0=0; //低位赋值 ET0=1; //允许定时器0的中断 TR0=1; //启动定时器0 while(1) { display(second); }} 中断程序设计:void time0(void) interrupt 1 //外部中断函数{ count++; if(count==39) //显示到小数点后两位即最小分辨率 为10 ms, 定时器工作方式2最大计时 为28 μs,即0.256 ms,10/0.256=39.062 5, 所以变量count设置为39 { count=0; second++;  }} 完整程序设计如下所示: #include<REG52.H> #include"intrins.h" #define uint unsigned int #define uchar unsigned char uint second ,sec; code unsigned char table[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66, 0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x00}; uchar code DIS_BIT[10]={0xff,0xfe,0xfd,0xfc,0xfb,0xfa, 0xf9,0xf8}; uint count=0; uint result; sbit pause = P3^2; //定义暂停键 void delay50ms(uint t) { uint j; for(;t>0;t--) for(j=245;j>0;j--); } void display(uint result) { P2=table[result/1000]; P1=DIS_BIT[3]; delay50ms(1); P2=table[result%1000/100]; P1=DIS_BIT[2]; delay50ms(1); P2=table[result%1000%100/10]; P1=DIS_BIT[1]; delay50ms(1); P2=table[result%1000%100%10]; P1=DIS_BIT[0]; delay50ms(1); } void Outside_Init0() interrupt 0 { sec=second; P2=table[sec/1000]; P1=DIS_BIT[3]; delay50ms(20); P2=table[sec%1000/100]; P1=DIS_BIT[2]; delay50ms(20); P2=table[sec%1000%100/10]; P1=DIS_BIT[1]; delay50ms(20); P2=table[sec%1000%100%10]; P1=DIS_BIT[0]; delay50ms(20); EA=0; ET0=0; //允许定时器0的中断 TR0=0; //启动定时器0 } void main(){ EA=1; //允许总中断 EX0=1; //外部中断0的允许 IT0=1; //下降沿触发外部中断 TMOD=0x02; TH0=0; TL0=0; ET0=1; //允许定时器0的中断 TR0=1; //启动定时器0 while(1) { display(second); }}void time0(void) interrupt 1{ count++; if(count==39) { count=0; second++;  }} 以上程序是作者针对所用硬件设计的程序, 部分程序内容需根据具体硬件做适当更改。 显示误差计算: 定时器工作方式2最大计时为28 μs, 即0.256 ms, 10/0.256=39.062 5。此时设置计数器中断运行过程中变量为39, 即1 s误差为0.062 5 ms。参考文献[1] 杨文龙.单片机原理及应用[M].西安:西安电子科技大学出版社,1997.[2] 徐仁贵. 微型计算机接口技术与应用[M].机械工业出版社,北京:2005.[3] 陈良银,游洪跃,李旭伟.C语言程序设计[M].北京:清华大学出版社,2006.

    时间:2019-03-27 关键词: 系统 设计方案 单片机 嵌入式处理器 stc89c52rc

  • 基于Web的单片机远程监控系统设计方案

    基于Web的单片机远程监控系统设计方案

    1. 引言单片机系统以其简单、高效的特点,在工业控制和日常生活中应用越来越广泛。目前大多数单片机系统是以51 单片机为核心,与检测、伺服、显示设备配合起来实现监控功能。然而,这些监控系统的数据传输多采用RS-232、RS-485 以及各种现场总线,这些方式有些通信速度不够快,有些距离不够远,且各种总线之间难于实现互连和互操作。以太网作为目前应用最为广泛的局域网,在工业自动化和过程控制领域得到了越来越多的应用。同时,随着Internet 的普及,现代通信技术的进步,基于TCP/IP 和Client/Server 架构的分布式监控技术也日趋成熟。把嵌入式系统连接到Internet 上,就可以方便、低廉地把信息传送到世界的任何一个地方。传统的远程监控系统一般采用C/S 模型的方式,主要针对大型的设备进行监控。对于如摄像头图象监控﹑家用仪表﹑门禁控制系统等小型的设备的监控就需要采用低成本的方案。鉴于此,在低成本的单片机系统上移植精简的TCP/IP 协议簇,实现对于小型设备远程监控是最佳选择。该系统以Web 方式实现,用户可以在任何一台装有浏览器的PC 机上进行远程监视与控制,具有价格低廉、操作方便、界面友好等优点。传统的远程监控系统模型与本系统采用的模型如图1 和图2 所示。图1 传统远程监控系统模型图2 单片机监控系统模型2. 系统硬件设计本系统以 Cygnal 公司的完全集成的混合信号系统级芯片(SOC)C8051F020 单片机为核心,采用Realtek 公司的10M 自适应以太网控制器RTL8019AS 实现系统的网络接口部分。SRAM 部分用于存放大量的数据信息。数据采集部分用于采集系统需要监控的设备的运行情况,由于C8051F020 内部带有真正12 位100 ksps 的8 通道ADC 带PGA 和模拟多路开关,还有两个12 位DAC 可编程更新时序,可以方便的进行模拟信号采集和对外设进行控制。C8051F020 单片机内置64K FLASH 程序存储器、4K 内部SRAM,可以嵌入TCP /IP 协议, 从而实现嵌入式Web Sever 的功能。RTL8019AS 集成了介质访问控制子层(MAC)和物理层的性能,与单片机的接口简单,可以方便地用来设计基于ISA 总线的系统。另外,它还具有与NE2000 兼容、软件移植性好以及价格低廉等优点,所以特别适合用于嵌入式系统。图3 系统框图3.系统软件设计3.1 软件流图设计软件的实现主要是根据数据在网络中传输的方向和数据的流向来实现的。在本设计中数据的流向为:请求信息从局域网中来,通过RJ 45 送到RTL80l9AS,处理后的数据包送入单片机系统的协议栈,由协议栈对数据包进行解析,得到原始请求信息。请求信息再经过单片机系统的处理,产生回复信息。回复信息到局域网的过程与上面正好相反。整个系统的软件流程如上图4 所示。图4 软件框图3.2 RTL8019 接收与发送数据1.RTL8019 芯片初始化主要是将网卡设置成正常的模式,跟外部网络连接。清除所有中断标志位,让芯片开始工作。2.对RTL8019 接收数据操作,有查询和中断两种方式。因为单片机的速度和PC 机相差太远,而且还有一些采集任务,本系统不采用中断方式,用查询方式。在查询方式下,通过查询CURR 和BNRY 两个寄存器的值来判断是否收到一帧数据。当BNRY+1 与CURR不相等,说明接收缓冲区接收到了新的数据帧。图5 为RTL8019 报头格式,接收部分子程序如下:UCHAR xdata * rcve_frame(void) //如收到有效数据包,返回收到的数据,否则返回NULL图5 RTL8019 报头格式3.数据的发送包含三个步骤:封装数据包;通过远程DMA 将数据包送入RTL8019AS的数据发送缓冲区;通过RTL8019 的本地DMA 将数据送入FIFO 进行发送。具体过程如下:(1)包在发送前应该按规定的格式封装好,格式如下图6 所示:图6 MAC 帧首部(2)把上面的数据包通过远程DMA 写入RTL8019AS 的数据发送缓冲区;(3)启动本地DMA,把数据发送出去,数据包长度最小为60 字节,最大1514 字节。发送子程序为:void send_frame(UCHAR xdata * outbuf,UINT len)//发送一个数据包3.3 TCP/IP 协议栈的实现。3.3.1 ARP 协议的实现ARP 地址解析协议的本质是完成网络地址到物理地址的映射。物理地址有以太网和令牌环网两种基本类型,网络地址特指IP 地址。具体到以太网,使用的是动态绑定转换的方法,但是会遇到许多细节问题,例如减少广播,ARP 包丢失,物理地址变更(更换网卡)、移动(移动设备到另一子网)、消失(关机)等。一般是设置ARP 高速缓存,通过学习、老化、更新、溢出算法处理ARP 映射表来解决这些问题。整个ARP 处理过程,主要用5 个函数实现。在实现网卡驱动程序后,所有ARP 处理操作就是填写ARP 包。主要程序代码编制如下:(1)void init_arp(void)//完成ARP 表初始化,概括说就是ARP 表state 字段清0(2)void arp_send(UCHAR * hwaddr,ULONG ipaddr,UCHAR msg_type)//完成ARP 请求(3)void arp_rcve(UCHAR xdata * inbuf)// 完成响应操作(4)UCHAR xdata * arp_resolve(ULONG dest_ipaddr) //完成从cache 里面查找对应//IP 地址的物理地址,如果没有,就发送ARP 请求3.3.2 IP 协议的实现网际协议 IP 是TCP/IP 协议族中最为核心的协议,它的主要功能是负责把数据交付给主机,当目标主机与原主机处于不同的物理网络中时,IP 负责把数据包路由到相应的目标网络上。Internet 上所有的数据都以IP 数据包格式传输。IP 协议最大的特点是提供不可靠的和无连接的数据包传送服务。IP 协议主要实现以下两个子程序:(1) void ip_send(UCHAR xdata*outbuf,ULONG ipaddr, UCHAR proto_ id,DINT len)//发送IP 数据;该子程序用来创建一个发送数据报。(2) void ip_rcve(UCHAR xdata *inbuf) //接收IP 数据;该子程序检测一个外来数据包,并对数据包作相应的处理。3.3.3 TCP 协议的实现1.使用TCP 状态机:TCP 协议是整个TCP/IP 协议的核心,也是传输层中最复杂的协议。TCP 协议在两个端点之间建立了等效于物理连接的逻辑连接。数据沿着这个连接双向传输。连接的双方必须对发送和接收的数据保持跟踪,以便能够检测出数据流中的遗漏和重复。2.使用简单的确认机制:序列号和确认号这两个字段用于协同完成TCP 协议中的确认工作。对于每个接收到的数据包进行确认号的计算,需要从接收到的数据包中提取TCP 报文的数据部分长度,并进行计算,这增加了处理器的运算量。但如果每次只对单个TCP 报文进行确认的话,并没有太大的难度。TCP 协议主要包含的程序如下:(1) init_tcp(void) //初始化TCP 协议(1) Tcp_send(UINT flags, DINT hdr_len, UCHAR nr) //发送TCP(2) Tcp_retransmit(void) //重发TCP 数据(3) Tcp_inactivity(void) //停止TCP(4) Tcp_rcve(UCHAR xdata * inbuf, UINT len) //接收TCP 数据3.3.4 HTTP 协议简介HTTP 协议是TCP 协议的高层协议,HTTP 的请求和应答都是一行或多行文本,它的结束标志是一个换行符[5]。如果请求成功,数据就沿着该连接发送,直到发送完为止。HTTP的端口号为80.HTTP 中的命令称呼为方法(method),其中GET 语句用来获取文档,POST语句用来粘贴文档。通过判断GET 和POST 语句后面的文件名来判断所需要传递的文件的位置。请求:GET / HTTP/1.1响应:HTTP/1.1 200 OKContent-type: text/html……《html》《body》……《/body》《/html》4.应用部分本 WEB 服务器系统几乎可以应用于所有对实时性要求不是很高的场合,只要对本系统的相关部分做些修改或改进,例如:客户端的访问权限、IP 地址的过滤等,就可应用于诸如远程抄表、信息家电的远程控制等场合。下面图7 为ping 命令测试网络不通到通的连接状态,图8 实现了局域网内任意主机通过ip 地址形式访问单片机内部存诸的网页,从而实现对单片机系统的远程监控。图7 网络连接测试图8 远程监控温度5.结束语实现了基于单片机的 TCP/IP 协议栈,使单片机控制的系统具有了WebServer 的功能,这样可以使用PC 机通过因特网远程访问单片机系统,也可以使用单片机系统将有用的信息通过因特网发送到远端的PC 或其它终端上。为嵌入式设备实现远程数据采集、远程监控、远程诊断、远程帮助、远程升级、远程重构等功能提供了可能,这是嵌入式系统发展的趋势。

    时间:2019-03-27 关键词: 设计方案 监控系统 单片机 嵌入式处理器 web

  • AVR单片机的智能信息记录仪设计方案

    AVR单片机的智能信息记录仪设计方案

    随着计算机技术的发展,对各种仪器的使用情况的监控也越来越智能化。针对目前市场上时间记录仪成本高、可扩展性差、存储容量小、编程复杂等缺点,本文通过以AVR单片机为核心控制器,以高亮度液晶为显示器,以USB移动硬盘为存储设备,设计了一种智能时间记录仪。1 系统硬件设计1.1 系统总体组成 智能信息记录仪由单片机、电源、液晶显示、键盘输入和USB模块几部分组成,其系统组成结构框图如图1所示。系统中的电源包括外部电源和锂电池。开机后,系统主电源一边给电路供电,一边对锂电池充电。关机后,则由锂电池给USB供电完成数据的保存。液晶显示部分的主要任务是完成开关机时间的查询显示,在空闲时显示当前的系统时间。时钟模块使用的是DSl302芯片,它是DALLAS公司推出的涓流充电时钟芯片,片内含有一个实时时钟/日历和31字节静态RAM。它可通过简单的串行接口与单片机进行通信,实时时钟/日历电路可提供秒、分、时、日、星期、月、年的信息,每月的天数和闰年的天数可自动调整。USB模块采用的U盘读写芯片PB375A是一个比较简单的U盘读写解决方案。使用它无需了解繁琐的USB HOST底层协议和FAT文件系统(支持FATl2和FATl6及FAT32文件系统),而只需要将MCU与模块通过SPI接口或者UART通信,通过执行几个简单命令,便可完成文件的新建、读写、删除等功能,使用十分简单方便。另外,对于单片机来说,基本不占用单片机系统的存储空间,只需要几个字节的RAM和几百字节的代码就可完成。它的串口支持9600、4800和2400bit/s三种波特率的选择,由于其内置5 V转3.3 V电路,故可大大简化外围电路的设计。1.2 硬件电路设计 该信息记录仪器采用一款高性能低功耗的处理器ATmega64作为中央控制器,它的工作电压为3.3 V,具有丰富的内部资源:包括53个可编程的I/O口、7个外部中断、2个16位定时器、2个8位定时器、4 KB的片内SRAM和64 KB系统内可编程Flash存储器,而且擦写寿命长,可满足系统要求。ATmega64及其外围接口电路如图2所示。 该仪器的中断接口电路包括开机时的上电中断和关机时的掉电中断,它们都由光电耦合芯片6N137和非门74LVT04组成,图3所示是其中断电路。电源VC经过7805后接到光耦的输入端,输出接单片机的INT0和非门的l脚,非门的2脚接INTl。因此,在开机时,光耦输入端Vin+为高电平,输出端Vo为低电平,故产生上电中断(INT0);而关机时,光耦的输入是低电平,而输出为高电平。故在经过非门2脚后,输出低电平以产生掉电中断(INTl)。 电源切换电路主要的功能是在系统关机时,转由锂电池给USB供电并完成数据的保存,其电源切换如图4所示。图中,当外部开机后,V为高电平使三极管Q2导通,同时把Q1的基极拉至低电平,使其导通。外部电源V经过二极管D1后(VC)给单片机电路和USB供电。由于程序在初始时把POWER置高,所以,此时Q2也是导通的。当系统关机后,V变成低电平,三极管Q2截止。但是,由于此时Q3是导通的,所以Q1仍导通,只是此时是由锂电池供电来完成数据的保存,这时,单片机的定时器l开始工作,并在延时10 s后,使POWER的输出为低电平,从而使Q3关断,并最终使Q1的基极变高,整个记录仪关闭。2 系统软件设计 系统软件的主要任务是USB的读写、液晶的显示、时钟和键盘的编程。PB375A和单片机之间使用串行通信。其中,单片机首先将命令码和参数信息发送给PB375A,由PB375A根据命令信息执行完相应操作,再以中断方式返回操作状态码给单片机。通信格式包括起始码(0x3A)、操作码、数据长度和数据包。其主要的操作码如下: Ox71:检测U盘是否连接,连接时返回0; 0x64:打开已有的文件,如果文件不存在,则返回Ox42: 0x65:新建文件; Ox7A:确定读写字节的地址; 0x7B:以字节为单位返回读取的数据。 图5所示是本系统的程序流程框图。2.1 文件新建与数据写入 利用命令CMD_FileCreat可新建文件,文件名应为8+3格式,且必须为大写字母或者数字。 写入数据可通过命令CMD_ByteWrite来实现。 通过CMD_FileClose命令可关闭文件。关闭文件将自动更新文件长度。另外应特别注意只有关闭了文件;才默认生成文件,否则没有文件生成,也就无法进行下面的操作(例如新建文件后没有关闭文件就开始读数据,则该操作无效)。2.2 向已有文件追加数据 向已有文件追加数据时的一般命令如下: CMD_FileOpen:打开文件; CMD_ByteLocate:移动文件指针到末尾(0xFFFFFFFF); CMD_ByteWrite:写入数据; CMD_FileClose:关闭文件。2.3 写数据操作 写数据时,首先读取实时时钟DSl302的值,以判断当前时间是不是每月的1号,如果是,就新建一个vv-mm.TXT文件,用来保存一个月中每天的开机次数,然后再新建yy—mm—dd.TXT文件来保存每次具体的开关机时间。假如现在是09年11月1日,则先新建09-11.TXT并写入31个0,然后把它第一个数读取出来,是0则新建09-11-01.TXT,写入开机时间后,再把开机次数的标志位加1,然后再写入文件09-11.TXT。第二次开机时,时间就直接追加到该文件里。 在新建文件09-11-01.TXT时,要把此刻的日期时间保存起来。这样,当关机时,就会把关机时间追加到该文件里。2.4 日期时间的查询与显示 显示要查询的日期时间时,首先打开输入要求的日期文件,然后读取数据并存入显示缓存。为了能在电脑上清晰阅读,写入具体时间时,应使用空格、回车、换行等特殊字符,所以,必须对单片机读到的数据做特殊处理后再送去显示。3 结束语 本文所介绍的信息记录系统方案设计合理,使用方便,具有友好的人机界面和较大的数据存储能力,可以很好地实现时间信息的智能记录。使用本方案设计的智能信息记录仪能够满足多种工业场合的使用要求,具有很好的推广价值。

    时间:2019-03-26 关键词: 设计方案 智能 单片机 嵌入式处理器 记录仪

  • 基于AVR单片机的激光测距机性能检测设计方案

    基于AVR单片机的激光测距机性能检测设计方案

      笔者设计了一种基于AVR单片机的激光测距机综合性能检测设备,借助该设备,对不同型号的激光测距机完成测距精度、测距能力、测距逻辑、单脉冲能量等的数字化检测,大大提高了检测效率和测试精度。  1 设计方案  本方案的基本思想基于模拟激光测距机的工作原理和激光传输过程,激光测距机在工作时,首先从其发射通道发射一激光脉冲,经过大气传输照射在被测物体上,然后漫反射,激光测距机的接收通道接收到漫反射的激光回波,激光测距机内部安装有激光脉冲的发射、接收和计时模块,根据激光脉冲从发射到返回的时间可以计算出其走过的距离,从而得到被测目标和激光测距机之间的距离。而本方案的综合性能检测设备与激光测距机的接收、发射通道相对应,分别提供发射、接收通道,检测设备内部也相应设置计时模块,实现相对应一定距离上的目标回波时间、能量的双重模拟,即可由检测设备代替目标模拟回波脉冲,实现激光测距机测距性能的自动化、数字化检测,综合性能检测设备总体构成如图1所示。    2 系统结构框图  综合性能检测设备电路原理框图如图2所示。    主要包括微处理器系统、面板显示及按键控制电路、精密延时信号发生器、窄脉冲功率驱动及发光强度控制电路、精密测时器、激光脉冲同步器、激光脉冲能量探测器及前置放大器、高速数据采集转换器及打印机控制电路等。  3 关键技术  3.1 “双频双光路耦合”法实现激光测距性能的综合测试  本方案的基本思想是将目标漫反射的远方目标回波由半导体激光器模拟,当模拟该回波的光谱和空间特性后,即可驱动激光器的逻辑单元工作。而激光脉冲相应距离上的飞行时间则由精密延时模块实现。这样将激光脉冲在空间的延迟特性转换为时间特性,从而将远方目标从一定距离拉近到被测仪器前端,代替了激光测距机性能检测必须要有远方的实际合作目标的传统检测方法。如图3所示。    3.2 测距逻辑的检测  当检测设备接收到“取样”脉冲后即控制精密延时器开始计时,AVR单片机控制精密延时器分别发出1个、2个、3个模拟回波脉冲信号,这几个模拟回波在时间上对应不同的目标距离,这样在激光测距机的接收通道上就可以接收到几个激光脉冲,操作激光测距机的“选通”旋钮,分别对其显示,即可判断激光测距机的测距逻辑和距离选通功能是否正常,具体实现方法见图4。    3.3 测距能力检测  本方案对激光测距机测程的检测,首先通过AVR单片机设置精密延时器延时时间为被测激光测距机测程对应的激光脉冲运行时间,当检测设备接收到“取样”脉冲后即控制精密延时器开始计时,计时结束后,AVR单片机控制精密延时器分别发出一个模拟回波脉冲信号,同时,AVR单片机发光强度控制电路控制半导体激光器发出激光脉冲的能量,使该能量相当于对应距离目标回波的能量,这样在激光测距机的接收通道上就可以对应测程上目标回波脉冲,根据激光测距机的显示结果,即可判断激光测距机在光轴正常情况下可否满足测程指标要求。  3.4 基于技术的精密测时电路模块  本综合性能检测设备采取恒比定时技术研制视频分离模块,实现了精密延时及远方目标回波的精密模拟,原理功能框图如图5所示。    3.5 具有自主知识产权的“双向调节”式多维调整平台  综合性能检测设备采用具有自主知识产权的“双向调节”式调整平台,实现了激光发射和接收通道五维可调和快速转换,使检测接口对各类激光测距机具有广泛的通用性。在此之前的激光测距性能检测都是对某一型号装备都要研制专用的机械接口,因为各型号的激光测距机在发射通道和接收通道的口径大小、水平方向位置、高低方向位置上有很大的差别,甚至在左右位置配置上也有所不同。本课题首次研制成功了“双向调节”式调整平台,使发射通道和接收通道在高低、水平方向上可以大范围调节,同时左右位置可以互换,使本检测设备对各类平台和单体的激光测距模块具有广泛的通用性。  4 结语  该设备可改变以前激光测距性能检测必须到室外对目标靶进行检测,并且受到天气条件限制的现状,使技术普查和日常维护在室内就可以方便完成,检测结果数字化显示,大大提高了检测效率和测试精度。检测设备配备三维调节平台,激光发射和接收装置位置可以任意调节,并可互换,使调整瞄准非常方便。对不同型号的激光测距机都可以进行检测。检测设备还可对激光脉冲能量进行检测,作为激光能量计使用,可以对各种激光发射装备的输出激光能量进行快速检测。

    时间:2019-03-26 关键词: 性能 设计方案 单片机 激光 嵌入式处理器

  • 基于单片机的心肺听诊技能训练系统设计方案

    基于单片机的心肺听诊技能训练系统设计方案

      随着社会的发展,医疗体制的改革,媒体的宣传,民众的法律意识大大加强,一系列医疗法规的出台,进一步明确了病人的各项权益。病人,这一以往传统医学教学的主体更多的选择拒绝配合教学工作。  而近年来医疗纠纷的增多与医患关系的紧张,出于自身利益的考虑,医院的教学性能不断削弱。医学院校在临床医学教育中的常规模式是:理论教学+单项技能训练--见习--临床实习。但由于种种原因,见习不能有效开展,从而导致“理论教学+单项技能训练”这一教学模式的形成。基于以上现实情况,医学院校内教学的尴尬局面迫切需要改变。将“模拟教学”引入校内教学流程,形成“理论教学+单项技能训练——模拟教学——临床实习”新型的临床医学教学模式。该系统结构简单,通过模型人的方式再现临床医学的工作场景,为学习者提供了一个无风险学习临床知识和技能的条件和环境。  1系统结构组成  从结构方面看,该系统可以分成模型人和遥控器两部分。模型人主要有内部无线接收装置和控制装置以及人体表面的专用装置。遥控器上有液晶显示屏、键盘以及相关说明。考核者可以很方便地向模型人内部的无线接收装置发出指令信号,无线接收装置以收到的指令来确定是什么疾病类型,从而控制模型人身上各位置点应该发出什么声音,当听诊器接触到模型人身上相应的位置点时,相应的装置会给控制单元一个位置信号,然后控制单元将这个信号通过多路模拟开关控制相应的喇叭闭合发出所在点的心肺听诊音,被考核者通过听诊器将此声音传到人耳朵里,这就完整模拟了一次真实的听诊过程。被考核者通过听诊器的探头触诊模型人的不同体位,并通过听诊器来听诊不同位置的各种病理特征,由此来判断是否为某种疾病,从而达到教学和培训的目的。  2系统的功能组成  从功能方面,该系统又可分为语音播放单元、多路模拟开关、位置识别开关、无线通信单元和电源及低功耗设计单元六个部分。其中模型人内部系统框图如图1所示。图1模型人内部结构图  遥控器的系统框图如图2所示。  图2遥控器系统框图  2.1主控制器芯片的选择  主控制器是整个系统的核心部分,主控制器芯片的选择关系到整个系统功能的实现与否。本系统要实现语音播放、无线收发、多路模拟开关、电源低功耗、上位机教学等功能,所以就要求该芯片具有较高的运算速度,较大的RAM和FLASH空间,具有可扩展的IO口(比如I2C,SPI等)兼容一些外部芯片(如带有SPI的FLASH存储器或者一些其他芯片),并且功耗较低,调试方便等。综合上述因素,主控制芯片用美国德克萨斯(TI)公司生产的MSP430,因为该系统是便携式心肺听诊系统,采用电池供电的方式,所以要求必须超低功耗,这样才能满足医学教学的要求,而该芯片最大的特点就是低功耗,电压准备工作模式是3.3V,正常工作时电流在几毫安,完全满足系统要求。该芯片具有如下性能:  低电压范围:1.8~3.6V;  超低功耗:标准模式1.3mA,RAM保持关闭时为0.1mA;  低电流:7mA在32kHz,2.2V,250mA在1MHz,2.2V;  5种节点模式和6ms内从等待模式唤醒;  16位RISC指令结构和125ns指令周期;  12位A/D转换和内部参考电压、采样保持、自动扫描特性;  16位定时器并带有映射寄存器的7路捕获、比较寄存器,定时器B;  16位定时器并带有3路捕获/比较寄存器,定时器A;  片内比较器;  串行在线编程,无须外部编程电压,安全熔丝保护程序代码;  内含60KB闪存,2KB随机存储器。  2.2语音播放  语音播放是本系统一个重要组成功能之一。在这里有两个问题需要解决,一个是语音数据的存储,另一个是语音的编解码和播放。由于WAV波形数据占用的空间较大,所以有必要先对原始数据进行压缩编码。因此该系统选用中青世纪科技公司开发的PM50智能语音芯片,它既是语音播放电路,也是智能单片机,其音质水平,价格都要略优于着名的ISD电路,同时也有21kHz的高保真音质。该芯片由专用的语音单片机和FLASHRAM存储器集合构成,它既有13~100s的多段语音播放功能,也有单片机可编程的智能特性,该芯片具有如下特点:  可存储声音长度:13~100s;  宽范围工作电压:DC3~6V;  工作电流50mA,静态电流1A;  直接驱动80.5W的喇叭,具备PWM和DAC两种音频输出模式;  宽范围采样频率:4.8~21kHz;  录制的语音可分并行1~8段和串行128段;  自带8个输入端口,9个输出端口,功能均可由用户自定义;  FLASHRAM结构,可以反复擦写录入,寿命在1万次以上;  两种封装形式:COB28和COB16;  开发用的电脑软件系超智能傻瓜图形设计,外行也能使用;  配合编程软件可以开发出并行、串行、智能型等多种控制模式;  最小系统的外围电路只需一只振荡电阻、一只电源滤波电容;  有13s/20s/50s/100s多个时间档次可选;  完成开发和试验生产后,直接用源文件投产掩膜,音质效果、功能性能不变。  2.3多路模拟开关  多路模拟开关主要是用来选择播放位置点喇叭声音的,因为PM50芯片只能连接一路扬声器,所以只能通过多路模拟开关来选择各路喇叭接通,而MAX306CPI芯片是十六位多路选择开关,可以将两片芯片扩展起来形成32路选择开关,芯片电压在4.5~30V之间,功耗非常小,且不影响喇叭的发音,完全满足要求。并且听诊器探头可以轻易地触动模型人皮下的专用位置,所以采用这种技术对本系统来说是一个很好的选择。  2.4无线模块的设计  无线模块的设计包括两个部分:硬件设计和软件设计。硬件设计主要包括PCB图的布局走线和天线设计两方面,软件设计主要是通信协议的定义。  无线模块工作在ISM(IndustrialScientificMedical)超高频段,因而对PCB板的布局提出了更高的要求。一般来说,外围元件要尽可能靠近无线芯片,并且所有元件要尽可能排列在PCB板的同一侧,这样可以在PCB板的另外一侧进行大面积的敷铜以减少干扰。  软件方面,良好的通信协议也是无线模块稳定工作的重要保障之一。通信协议除了规定应答关系之外,检错也是一个重要环节。目前比较常用的检错方法是循环冗余校验(CRC校验),其特征是信息字段和长度字段的长度可以任意选定。CRC码集的选择原则是:若设码字长度为N,信息字段长度为K,校验字段长度为R,其中N=K+R,则对于CRC码集中的任一码字,当且存在一个R次的多项式g(x),使得:  式中:m(x)为K次信息多项式;r(x)为R-1次校验多项式;g(x)为生成多项式。发送方通过生成g(x)来产生CRC码字,接收方将接收到的码字多项式与生成多项式g(x)相除,若能除尽,则说明接收正确。  2.5电源模块  在便携式产品的设计中,为避免频繁更换电池,延长产品的一次使用时间,低功耗设计一直是重中之重。  电源模块主要用于对电池组的管理,并给系统的其他模块供电。电源模块主要用在遥控器上,用来供给遥控器各模块正常工作。本系统采用的是两节电池供电的方式,具有升降压功能的DC/DC电源芯片。良好的电源模块设计可以有效提高电池的利用效率,维持稳定的电压,减少电源纹波,增大输出电流。  2.6低功耗设计  由于本系统采用的是两节干电池供电的方式,对系统功耗要求比较高。为了延长电池的使用寿命,避免频繁地更换电池,在系统设计的各个环节都要考虑到低功耗的设计要求。低功耗设计就是要降低系统时钟频率、电源电压以及门的活跃因素。从硬件方面来讲,要降低系统的功耗,就要尽可能选择低功耗的芯片,或者带有休眠功能的芯片。软件方面,可以采用间断唤醒的工作方式。如果某个功能模块工作的空闲时间较长时,可以暂时将其关闭或者使其处于低功耗状态,然后通过定时唤醒来检测应答信号,只有当接收到应答信号时模块才进入工作状态。通过间断唤醒的方式可以极大地降低系统的功耗。  3上位机教学软件  主控制器通过I/O口将模型人的位置信息传到上位机,上位机根据收到的位置信号来控制上位机软件界面的显示,可以显示听诊的位置、声音特点、与呼吸的关系以及声音的波形信息,另外还可以外接扬声器放大播放所听到的心肺声音,达到医学教学的目的。上位机界面的设计框图如图3所示。图3上位机界面框图  4结语  MSP430系列单片机的迅速发展和应用范围的不断扩大,主要取决于以下特点:强大的处理能力;采用了精简指令集(RISC)结构;具有丰富的寻址方式;简洁的27条内核指令以及片内数据存储器都可以参加多重运算;高效的查表处理指令;较高的处理速度,在8MHz晶体驱动下指令周期为125ns。这些特点保证编制出高效率的源程序。另外MSP430系列单片机的中断源较多,并且可以任意嵌套,使用时灵活方便。当系统处于省电的备用状态时,用中断请求将它唤醒只用6us。  本系统的优点是由于系统利用MSP430超低功耗性能,因此设计具有很高的实用性和稳定性,并且该芯片具有较高的运算速度,较大的RAM和FLASH空间,具有可扩展的I/O口,兼容一些外部芯片,调试方便等优点。系统用普通听诊器去测试心肺音,更能逼真模仿真实的临床环境,因而相关技术产品的研究和开发,不仅对于提高现阶段我国医学模拟教学的水平具有重要的现实意义,同时也具有良好的市场前景。

    时间:2019-03-25 关键词: 设计方案 单片机 嵌入式处理器 心肺 技能训练

  • 科胜讯携手GrainMedia推出数字视频录像机的完整硬件和软件参考设计方案

    为影像、音频、嵌入式调制解调器和视频监控应用提供创新半导体的领先供应商科胜讯系统公司(纳斯达克代码:CNXT)携手台湾视频、影像处理和监控应用领先 SoC 设计公司 Grain Media 推出针对安全和监控应用的 16 通道数字视频录像机( recorder, DVR)的完整硬件和软件参考设计。新的参考设计基于科胜讯的多通道视频解码器和 Grain Media 先进的H.264 压缩 SoC 。  科胜讯系统公司产品营销高级副总裁 Pompa 表示:“目前全球的企业都在增加他们的视频监控的规模和范围,为他们的应用提供更高水平的安全性,这推动了对高密度视频录像系统的需求。我们共同开发的参考设计有助于制造商快速开发出高密度的视频监控和安全产品,以满足不断增长的市场需求。与 Grain Media 合作也让科胜讯接触和服务于更多的客户。”  Grain Media 销售和产品营销总监 Raymond Lai 表示:“我们与科胜讯合作开发的项目为我们的客户提供了针对高通道监控设备的最好的系统架构。这款具有竞争力的平台可以提供卓越的系统性能,包括用于多通道 IP 监控设备的卓越的视频和影像质量。许多的视频监控设备制造商都在中国及台湾地区,而科胜讯和 Grain Media 工程设计中心也在这两个地方。地理位置的优势可为我们共同的客户提供实时的本地支持、更高水平的服务,帮助他们进一步简化设计流程。”  新的参考设计有助于制造商开发出支持 16 通道编码、录像和播放功能的、优化的视频监控 DVR。该参考设计还具有双/三显示输出功能。功能还包括支持嵌入式键盘和功能,无需外部微控制器和针对整个系统操作的晶振。  该设计平台基于科胜讯的两个CX25838 视频解码器。该解码器具有业界最低的每通道功耗和散热能力,集成了有 10 位模数转换器和 5 线梳状的 8 个业界标准/PAL视频解码器,以实现卓越的数字输出质量,同时降低噪声,提供低压缩比特率。该解码器还内置了集成 IC 间音频(Inter-IC , I2S)输入的 8 通道单声道模数转换器。功能还包括可编程运动检测逻辑、48个通用输入/输出( input/,GPIO)引脚,以实现最大的设计灵活性和产品定制。  该平台还包括Grain Media 采用嵌入式 操作系统的GM8186/GM8187 H.264 SoC,以实现低比特率的高质量视频性能。采用540MHz CPU 和高达810MHz 的强大SoC 都针对 16 通道DVR系统进行了优化。  该参考系统平台还支持多种外设接口,包括 SATA 2.0 端口、USB OTG 和主机、键盘扫描、、HDMI、VGA 和 /PAL 显示输出。它还包括一个PCI 接口,以支持视频分析等增值功能。  科胜讯的视频产品组合包括针对具有数字视频录像功能的监控和安全产品的解码器和媒体桥。该公司还提供低功耗视频解决方案,可实现采用被动红外技术的视觉验证,用于住宅的“智能家庭”和商用安全应用。

    时间:2019-03-25 关键词: 设计方案 录像机 嵌入式开发 数字视频 完整

  • 汽车无线遥控开门系统新型设计方案

    汽车无线遥控开门系统新型设计方案

    1 引言在如今的汽车行业,无线遥控开门系统已成为安全应用解决方案的热门话题。其安全解决方案能在消费市场和汽车市场之间提供了一个协作的桥梁。但要给自己的老式、配件难寻的“传统”车辆也装上一套无线遥控开门系统该怎么办呢?这也是消费者所关心的热门话题。为此本文将对汽车无线遥控开门系统的新型设计方案与应用发展作分析介绍。汽车安全应用所使用的典型无线遥控开门系统-遥控钥匙(RKE)系统,如图1所示。该系统组成包括一个安装在汽车上的控制器(或称接收器)和一个由用户携带的收发器(或发射器),即无线遥控车门钥匙。收发器一般包括一个微控制器、RF器件以及按钮和LED等人机接口器件。微控制器可用DS89C440或PIC16F639,RF器件可用MAX7044或MAX1479或TRF6901。收发器通常关闭,只在按下按钮或需要发送数据时才工作。收发器用来向控制器发送数据,因此是单向通信。然而,这一情况正在改变。新型智能收发器即可发送数据,也可接收数据,因此是双向通信。在双向通信系统中,控制器(安装在汽车上)和收发器(即车钥匙)可以实现自动通信,不需要人机接口。2 设计思想从上述无线遥控开门系统组成可看出,系统方案的设计思想是基于用微控制器构建发射器(遥控钥匙)与接收器。众所周知,MAXQ系列是采用低噪声设计并为配合模拟电路工作而进行了优化的16位RISC微控制器,能够与RF接收器器件整合到一起构建模拟电路的最佳方案。2.1 遥控钥匙(发射器或收发器)与接收器(车上控制器)遥控钥匙可选用DS89C450-KIT和MAX7044或两个评估板(EV KIT),即DS89C450-KIT和MAX7044EVKIT (EVht)构成发射器。可以安装在一个壳体内,充电电池位于下方。如使用天线,发送距离超出标准钥匙链几个数量级。接收器(车上控制器)可由并排安装在一起的MAXQ3212 16位微控制器和MAXl473接收器组成。其连线接到汽车的车体控制模块(BCM)上。若是在作调试或演示,可使用一个专门的MAXQ3212端口引脚以9600bps发送异步串行数据。在此之所以采用MAXQ3212 16位微控制器,是因为MAXQ系列是采用低噪声设计并为配合模拟电路工作而进行了优化的16位RISC微控制器,除数字元件外还集成了高精密的模拟功能,因而应用方案需要的芯片数更少,能够与RF接收器器件MAXl473整合到一起构建模拟电路的最佳方案,而且基本不会干扰RF信号。其优异的功耗特性与强大的功能组合使产品的设计和构建更加简单,可缩短产品上市时间。而RF接收器器件MAXl473是最新的300MHz至450MHzASK(振幅变换调制)射频接收器平均灵敏度为-114dBm,正常工作仅消耗5.5mA(典型值)的电流。内置镜频抑制,无需通常使用的前端SAW滤波器。睡眠模式时,MAXl473可在小于250ps的时间内启动并发送数据,保证了更深的睡眠周期和更长的电池寿命。MAXl473可工作于3V至5V的电源电压。该300MHz至450MHz发送器和接收器的最大优点是能将RKE系统有效距离扩大一倍,可理想应用子电池供电设备,包括钥匙,汽车报警和胎压检测。2.2 关于模拟信号强度测量MAXl473接收器提供一个模拟接收信号强度指示器(RSSl),可对此信号进行测量。MAXQ3212内置一个模拟比较器,以比较VREF和CMPI输入,并可以在定时器输出引脚上产生脉宽调制信号(PWM)。图2示出了由比较器和PWM构建ADC的方法。将RSSI信号送到MAXQ3212比较器的VREF引脚端。然后将定时器编程为PWM模式,如果对该PWM进行适当滤波,就可产生DAC输出到T2PB引脚端,并将输出(即DAC)连接到比较器的另一个输入CMPI引脚端。比较器随后比较信号电平,如果信号匹配,可在没有专用硬件ADC的情况下成功进行了模数转换。软件中没有采用逐次逼近法,而是采用斜率ADC。从一个合理的最小值开始,DAC输出缓慢增加,直到比较器指示匹配状态。2.3 RF信号如何解码MAXl473接收器提供一路数字信号输出(DATAOUT)。由于RF噪声一直存在,无论钥匙链实际上是否在发送数据,该引脚都将连续转换状态。为将该噪声与信号区分开来,MAXQ微控制器必须采用一个小型软件状态机,测量上升沿和下降沿信号之间的时间,以识别前同步码。而测量边沿间隔的最有效方法是使用中断触发技术。MAXQ可编程为上升沿或下降沿触发中断。将中断设置为“上升沿”触发,即开始测量。一旦探测到上升沿,复位并重启定时器,同时将中断触发边沿设置为“下降”沿。到下降沿时,中断处理程序读取定时器的值。这可用一小段程序以示一个代码段,该代码段读取和复位定时器,然后转换中断触发信号的极性。如果边沿间隔与8400bps数据率(加/减一个合理的容限)匹配,并检测到协议所指定的同步脉冲数,则微控制器软件状态机切换到接收模式,开始解析余下的数据包。 2.4 关于数据流--曼彻斯特编码的使用3 智能无线遥控开门系统利用两个频率可实现低成本双向通信收发器,其中125kHz用于接收数据,UHF(315、433868或915MHz)用于发射数据。由于125kHz信号的传播能力不强,因此双向通信的范围通常在三米以下。在此类智能无线遥控开门系统中,控制器(接收器)利用125kHz频率发送命令,同时不断搜索有效范围内收发器(在此的发射器称收发器更为确切)发出的UHF频率信号。而该智能收发器通常处于接收模式,等待有效的125kHz控制器命令。如果接收到有效的控制器命令,那么收发器将通过UHF频率做出响应。这就是通常所说的新型被动遥控开门(PKE)系统。而传统遥控开门系统中的发射器和新型被动遥控开门系统中的收发器之间最大的差别是后者拥有用于双向通信的125kHz电路。并利用包括数字和低频前端电路的集成片上系统(SoC)智能MCU可以实现低成本无线遥控开门系统(PKE)的收发器。图6为智能无线遥控开门系统示意图。由于智能无线遥控开门系统收发器的工作依赖于与控制器间的自动通信,不需要人机接口,因此系统工作的可靠性直接依赖于控制器和收发器之间的信号状况。图6所示智能无线遥控开门系统收发器上的按钮用于可选操作,但开车门的动作并不需要人工干扰即可自动完成。智能无线遥控开门系统应用的双向通信顺序如下:控制器利用125kHz频率发送命令;收发器利用三个正交排列的125kHz共振天线接收125kHz控制器命令;如果命令正确,收发器通过一个UHF发射器发送响应(加密数据);控制器接收到响应数据,如果数据正确则激活开关打开车门。收发器的低频率天线(例如125kHz)采用的是LC谐振电路。当控制器天线发射的电磁波磁场通过收发器的线圈天线时,LC谐振电路感生出电压。在LC谐振电路物理限制给定的情况下,收发器的输入接收电压在LC电路调谐到控制器命令的载波频率(125kHz),或天线线圈(电感L)正对着控制器天线时,输入接收电压达到最大。收发器中的智能MCU同时包括了低频(LF)前端和数字部分。LF前端部分不断寻找输入信号。与此同时,数字电路部分则处于睡眠模式以减少电池消耗。只有在接收到正确的控制器命令时,数字电路部分才会被唤醒(类似图5MAX1471方框中唤醒MCU引脚功能)。通过在LF前端部分采用特殊的唤醒滤波器可以做到这一点。通过对LF检测电路进行编程,使得只有输入信号带有预先设定的头标志时才会产生输出。4 智能无线遥控开门系统收发及其应用(1) 利用微控制器PIC16F639 MCU构成的智能无线遥控开门系统收发器。图7所示为方案图。收发器采用三个正交放置的天线LCX、LCY、LCZ来探测来自X,Y和Z方向的输入信号。由于其通用的智能功能,以及其低成本优势,智能收发器能够用于多种应用,特别是汽车和安全行业中的应用。采用智能MCU的被动遥控开门(PKE)收发配置实例,收发器采用三个正交放置的天线来探测来自X,Y和Z方向的输入信号。(2) 汽车行业:智能被动遥控开门系统;遥控车库门锁和开门系统;引擎启动控制与轮胎压力监控系统(如图5所示)LF启动传感器。(3) 安全行业:长距离访问控制;停车位控制;自动房门开关。利用双向通信方法可以实现智能无线汽车通信。采用集成式片上系统(SoC)智能微控制器(MCU)可以实现低成本双向通信收发器。通过在收发器中增加一个简单的电压充电电路,利用输入的低频率控制器命令来生成一个直流电压,那么还可以实现无电池工作。5 结语安全和保密功能是汽车安全问题中的关键。汽车中不断增加的通信应用使得安全和保密功能被集成到更广泛的汽车平台中。不断发展的无线通信技术可以将汽车中的独立子系统整合起来。应该说基于用微控制器构建的无线遥控开门系统的开发前景看好。

    时间:2019-03-25 关键词: 汽车 系统 设计方案 技术教程

  • 低价位USB3.0系统的可靠性设计方案

    低价位USB3.0系统的可靠性设计方案

      USB是当今最成功的PC接口,安装数量超过60亿,在PC和接口设备上的普及率接近100%。虽然高速USB的480Mbps数据传输速度可满足许多消费者现有的需求,但是与日俱增需求(如高清视频和更快速的数码影音文件的下载)推动了SuperSpeed USB(3.0)的发展。  一般接口的新一代规格,其数据传输速度通常要增加两倍,而USB3.0的带宽却增加了十倍。此外,USB3.0规格不再使用简单的主从式、封包广播式的数据传输架构,而是使用更加复杂的双向封包交换架构。  USB3.0系统设计师面临的最主要挑战是解决5Gbps信号传输速度所带来的问题,设计师必须解决包括系统对信号衰减和抖动增加的敏感度等问题。此外,USB3.0对USB2.0接口的向下兼容性让问题更复杂,因为USB2.0原本是为较低传输速率而设计。  产品设计师碰到最大的问题也许是达到消费者延续对上一代USB产品的低价期待。USB3.0使用了双倍数据率技术,将传输速率增加到最高5Gbps,因而需要高速信号完整性的解决方案。在最长可到3米的线缆、多个接口和PCB板上的长途线路上传送高速信号,产品设计师必须谨慎处理信号衰减和抖动问题。     图1:显示了发送器端的开眼图和接收器端的闭合眼图。  信号裕度预算  与低速信号相比,高速度信号的质量损失更加多,由PCB线路、连接器和线缆所造成的信号损耗累计起来将快速损害信号质量。根据信号裕度的要求,USB3.0容许的通道损耗(由发送器眼图到接收器的眼图)在2.5GHz下为6~9dB。此外,SuperSpeed一般有-3.5dB的去加重,这样全部的信号损耗预算为9.5~12.5dB。  为满足兼容性要求,USB3.0信号必须可以通过3米长的线缆,并保持信号眼图开口有足够的宽度。但这只是部分的路径,因为在兼容性测试中测量的是接收器经过均衡化处理过后的信号。举例来说,在一般的笔记本电脑架构中,USB控制芯片到连接器的距离大约是10英寸,因此信号实际上可能另外经过大约半米的路径和数个连接器。  在一般的笔记本电脑至外围设备的应用中,信号会经过长于12英寸的PCB线路(10英寸线路在笔记本电脑中,2英寸在接口设备中),这将导致3.552dB的线路损耗(12英寸x0.296dB/英寸,使用9/10/9 FR4走线,2.5GHz信号速度,不包括任何PCB导通孔)。加上每一个连接器产生的-1dB损耗,通过两个连接器产生的损耗一共是2dB,因此留给线缆的信号损耗预算只剩下5.948~8.948dB。有遮蔽差分信号对线缆、2.50GHz速度的信号衰减大约是在34AWG的4.4dB/m到26AWG的1.9dB/m范围内。表1列出了根据这些数字计算出的能符合USB3.0规范的SDP线缆的最大长度。表1中第三列到最后一列显示,如果不使用信号调节产品,即便高质量的28AWG线缆,也无法达到USB3.0规范要求的3米长度。  产品制造商可以选择使用高质量的26AWG SDP线缆来通过认证测试,但是这种线缆非常贵,如果随产品出货,线缆的成本会大幅增加产品的成本。此外,即使随产品出货这种线缆,也无法保证使用者不会混用到其它低质量的线缆。虽然在产品上可以强调必须使用适当的线缆,但USB产品的使用者已经习惯了在连接产品时不需担心线缆的质量。这里的关键问题,是当由于使用低质量的线缆连接产品而造成产品效能低的时候,使用者会直觉地认为是产品的问题而不是线缆的问题。这可能会造成较高的产品退货率,并且大幅减少采用USB3.0规格产品的早期利润。另一个影响新科技采用率的重要因素是使用的困难度,如果使用者感觉USB3.0技术很难使用,将严重影响市场的成长。     图2:与图1相同,但在每个连接器端都有转接驱动器。缩短(drop)“信号通道”。显示了发送器端的开眼图和接收器端的闭合眼图。  使用信号调节技术恢复信号质量  当信号质量由于抖动(抖动)和衰减而下降时,可以采用信号调节器件恢复信号质量。信号调节器件也被称做转接驱动器(redriver),因为信号在被传送之前重新被驱动(redriven)。转接驱动器可以放在发送器和接收器之间,可以恢复、调节、再发送接收到的信号。  如果放在接收器之前,转接驱动器可以有效打开信号眼图的开口,从而将信号质量恢复到可以接收的范围内。转接驱动器可以调节信号、使用信号均衡的功能减少信号衰减和抖动,因此可以在更长的距离和通过多个连接器的情况下提供干净的信号传送通道。信号可以恢复原有的强度再次传送,就像是将信号通道拆成数个段落,并且在每个段落恢复信号的质量。转接驱动器也允许产品设计师依照特定的应用类型调整最佳的信号均衡效果,因此可以确保设备可以通过最严格的USB3.0认证要求。  信号调节功能可以增加信号裕度,让产品设计工程师有更多的空间来扩展信号传送距离,或更灵活地设计信号在PCB上传送的路径,特别是在可能要求使用较少层的PCB以达到更好的信号与接地隔离,或是有更大的机会一次设计就能通过验证情况下。经过改善的信号质量不但可以给设计工程师带来信号链上更多的灵活度和选择,也可以因较低的比特误码率而增加产品稳定性,减少传送错误,从而增加实际有效的信息吞吐量且让系统工作更有效。  在设备需要经常被连接和移除的消费应用中,自适应信号均衡功能有最好的效果,因为使用不同长度的线缆加上可以插拔的周边设备内部的信号布线,使整体的信号通路可随时改变。例如,针对3米线缆优化的信号均衡参数,应用在没有线缆的USB移动存储上时会损害信号的完整性。转接驱动器通过持续的再适应(retraining)可以确保针对真正的信号路径进行最佳化的调节。  相反,如果信号的路径静止不变,转接驱动器就不需要使用再适应功能。在这种环境中,例如从来不需要移除任何线缆的服务器中,再适应功能有可能造成负面影响。在一个类似这种稳定的应用中,可配置的信号均衡功能是最好的选择。     表1:满足USB3.0规范的最大线缆长度。  高信号质量推动成本的降低  转接驱动器在接收器增加6dB的信号均衡度,可以大幅增加信号在SDP线缆的传送距离,因此可以帮助解决线缆方面的困扰。如果在发送器也放置转接驱动器,总共可以增加12dB的信号均衡度,可以确保信号在超过3米的34AWG线缆中传送,并通过认证测试(表1)。  增加信号均衡度可以让信号在较长且便宜的线缆中传送,可以让消费者使用低价、有弹性、美观和较细的线缆,而无需为减少信号损耗而购买较粗且昂贵的高质量线缆。因此,如果考虑线缆的成本,使用转接驱动器不但可确保产品按照预期工作,还可以降低产品的整体成本。虽然使用转接驱动器会增加一个板上元件,但转接驱动器只占极小的PCB面积(4平方毫米),这在便携式设备中非常重要。  静电释放(ESD)是使用转接驱动器的另一个考虑。为降低系统的成本,USB接口很有可能被集成到主要的芯片组中,这样不但USB接口控制器件对ESD没有防备,而且整个芯片组都有可能被损坏,造成整个系统无法使用。因为转接驱动器芯片位于连接器与发送器/接收器之间,所以可以隔绝内置USB接口的芯片组。如果有ESD事件发生,转接驱动器可以保护系统的控制芯片,在最坏的情况下只损失单个USB接口,让系统的其他功能正常工作。  转接驱动器必须有认知通讯协议的能力才能高效率地发挥信号平衡功能。由于转接驱动器没有设备身份识别ID,所以无法像USB终端设备一样中止信息传递。如果转接驱动器可以辨识通讯协议,便可支持接收器侦测和电气闲置等功能,而不仅是回复和传送信号。理想情况下,转接驱动器将支持USB3.0规范定义的连续时间线性均衡技术,该技术与发送器期望远端终端设备用来均衡信号的技术是相同的。最后,转接驱动器必须在不被察觉的情况下工作,否则转接驱动器之后的根设备(root device)将不会被辨认,即使这种情况在实验室中可以工作,但在实际应用中则不行。  双向信号调节  实现消费应用是使用者期待USB3.0的价格于USB2.0一样。USB2.0的一个重要设计考虑是能以很便宜的价格进行生产,因此许多制造厂商会错误地认为可以用同样的方式生产USB3.0设备。此外,必须降低成本的压力将使制造商考虑使用低质量线缆,或是让接收器解决信号调节问题等快捷方式。因为市场对低价的集线器和周边设备的期待,将有制造商生产这些产品,并且使用高质量的线缆达到通过认证测试所需要的结果。但是,一般的使用者却希望使用任何的USB线缆,系统都能稳定工作。  在这种情况下,有责任心的制造厂商不得不面对市场上充斥着次级产品的问题:这些产品有价格上的优势,但是当连接到只有接收器有信号调节功能的设备时,可能不能稳定地工作。也就是说,这些设备可以稳定地接收信号,但是当向这些次级产品传送信号时却出现性能明显降低甚至出错。举例来说,一个外接硬盘因为不良的信号质量,不断发出接收器错误的信息,使用者会认为这是硬盘的问题,而不是用在其它产品时看起来没有问题的低质量线缆或是集线器设备的问题,这将导致退货增加,损失赢利。  在每一个外接的连接器上都装一个接收用的转接驱动器,可以确保信号在进入和离开时都可以得到正确恢复。此外,如果也对传送出去的信号做调节处理,就算其它设备没有在接收器做信号调节,产品设计工程师也可以确保设备通过任何长度的线缆,并与其它设备互通。  市面上的转接驱动器产品分单通道和双通道两种。双通道转接驱动器在接收和传送信号通道都具有信号调节的功能,因此可以确保与没有接收信号调节功能的低质量设备的连接。单通道转接驱动器具有可以分开调节接收和传送信号路径的灵活性。  另一个使用转接驱动器产品时的特点是电源电压的灵活性。例如,服务器通常使用1.2V电压,而PC使用3.3V电压,一个可以选择前面任一个电压的转接驱动器产品可以满足两个市场,因此可以用更大的整体出货量来压低价格。,此外,其内置的LDO功能则可以节省一个外接的LDO元件。  有关时钟和信号交换的问题  USB控制器芯片、器件、终端设备、集线器和内置USB接口的处理器都需要一个准确可靠的时钟源。时钟信号在保持良好的SuperSpeed USB信号质量方面扮演着非常重要的角色,因为当时钟速度增加时,可用的抖动预算就减少了。  把时钟技术看成一种陈旧的技术是一个常见误解。事实上,时钟技术(尤其是在高速度时)是极精密的技术。由于高速度时钟比较昂贵,比较节省成本的方法是把较低速度的时钟信号以数倍增加。但是,把低速度的时钟信号数倍增加到高速度时,所产生的抖动也会以同样倍数放大,从而占用了有限的信号裕度。产品设计师的挑战是平衡输入速度(等同价钱)和产生的抖动,因此时钟缓冲器只能容许非常低的抖动,这样当时钟信号倍增时,不会产生过大的抖动。  同样,USB交换器必须提供平滑转换。比如,交换器可以减少扩展坞等实际应用中使用的信号接口,降低成本。通过保持低电阻和低阻抗,交换器可以保持低的输入信号损耗,不让信号的瑕疵反馈到发送器,从而保持信号完整性。  使用USB管理智能以节省耗电  许多消费型USB3.0终端设备使用电池,因此USB3.0具有几个新的省电模式,包括闲置(idle)、睡眠和暂停(suspend)模式。产品设计师可以利用这些新功能,关闭转接驱动器信号电路以延长产品工作时间。  USB接口是双通道,传送和接收通道可以单独开关。发送器的转接驱动器的电源管理比较简单,当没有信号传送时可以直接进入睡眠模式。USB有热插拔的能力,管理接收器较为复杂,因为随时都有可能接收信号,转接驱动器必须具有支持复杂前端信号侦测能力的机制,才能保持器件的透明性。  当有连接到其它设备时,转接驱动器可以更频繁地利用电气闲置阈值电压(electrical idle threshold)来检查是否有信号传输。当信号在阈值电压下,表示没有信号输入,可以进入深层睡眠模式。这个阈值电压一般是100mV,但如果想要增加通过长距离线缆传送的低电压信号的敏感度,可以将它调节到更低的60mV。例如,数码电视的USB接口可能连接其它非常远的电子装置,因此需要较高的敏感度来侦测信号。服务器应用中的USB3.0接口,因为使用较长的PCB布线,比较低的阈值电压也是较好的选择。  USB3.0  熟悉PCI Express Gen 2的产品设计师,可能会比熟悉USB2.0更容易上手USB3.0设计,因为USB3.0和PCI Express Gen 2使用相似的链接初始化、封包结构和错误修复方式。此外,这两种通讯协议使用完全相同的发送和接收模块和单元,包括加扰码、8b/10b编码、串行器/解串器等。  USB3.0和PCI Express Gen 2的相似之处会大大减少PCI Express Gen 2的应用,特别是因为USB3.0的信号传输量和不需要再次转译通讯协议到USB的特性。举例来说,USB3.0已经设计在扩充坞里,因为USB3.0不像PCI Express Gen 2信号需要再次转换(需要使用HBA 或是PCI-USB控制器)。使用USB3.0扩充坞就将有集线器扇出信号的功能,因此可简化整体架构并且减少成本。  USB是当今最普遍的消费电子产品通讯协议,与PCI Express相比占有强大的优势。因为USB3.0连接器和控制器必须向下支持USB2.0设备,从PCI Express Gen 2平台转向USB3.0的供应商可以立即进入这个庞大的市场。向下支持USB2.0协仪的确增加了设计USB3.0产品的难度,但由于USB2.0和USB3.0共享连接器,所以大多数难题都在芯片设计当中。  PCI Express Gen 2仍然在明确的芯片外接口占有一席之地,包括处理器的内部总线接口和其它的服务器、储存、嵌入式应用等。当然,这现存的优势的前提是PCI Express Gen 2仍是主要的内置接口。  预计USB3.0将和其它新的和旧的接口规格竞争,如HDMI、DisplayPort、PCI Express、DVI等连接监视器的接口。USB3.0有高的通道宽度和低的价格,当集成至芯片组之后,没有理由不会用来连接监视器。USB3.0不会完全取代HDMI和DisplayPort通讯协议,因为它们各自都有增加自己的应用范围。比如,HDMI因为具有反向通道能力而在监控摄像机市场具有影响力。但能预期的是,USB3.0将蚕食那些正在使用至少一个USB接口的其它通讯协议应用的市场占有率。  USB3.0在很多方面会改变电子市场的现状,但为要达到高性能和稳定性,必须使用信号调节产品来补偿PCB、连接器、以及最重要的线缆信号损耗。消费应用无法接受用来保持信号完整性的高价的高速度元件,但也不能忍受信号完整性问题带来的应用性能和可靠性下降。如果在发送器和接收器端使用转接驱动器恢复信号质量,工程师可以保持良好的信号裕度,以便用更长的线缆,或使PCB布线有更高的灵活性。他们也将确保产品的设计不仅可以通过严格的USB3.0认证测试,也可以使用低质量的线缆并与其它USB3.0设备具有很好的互操作性。

    时间:2019-03-22 关键词: 系统 设计方案 可靠性 低价位 设计教程

  • 基于51单片机的多普勒血流计系统的设计方案

    基于51单片机的多普勒血流计系统的设计方案

    激光多普勒血流计是微循环研究中用于测定组织、微区血流灌注流量、微循环状态的仪器。利用多普勒移动分量来测定血细胞流量,是一种非损伤、快速、连续、直 接测量组织微区灌流量的新方法,对医学研究有重要意义。本文主要介绍了利用多普勒现象设计的激光多普勒血流计,论述了用51单片机实现的新方法和新措施。多普勒血流计的出现标志着在微血管灌流方面取得重大进步。本设计采取双通道装置拾取多普勒信号,有效地抑制噪声信号,采用单片机来对信号进行控制及处理,既简化了电路,又有助于信号的处理及读取。运用12位的AD574A不但提高了信号精度,利用其双极性,也省去了以往信号处理中复杂的乘方、开方电路或绝对值电路。通过四位LED显示,直观、准确地读取血细胞灌流量的瞬时相对定量值,可精确到小数点后两位。并同时配有扬声器来形象表示信号的强弱和变化。还可通过绘图仪,对信号进行长时间检测、记录,以便研究和分析。1 系统总体方案系统组成框图如图1所示。系统工作时,从激光探头发射出一束激光照射到组织上,并穿透组织形成一个半径为1mm的半球,半球中心在探头处。所有穿过该区域的血细胞会反射回部分光线,造成光线的多普勒移动,移动的强度和频率与穿过该区域的血细胞数量和速度有关,与其方向无关(灌流量定义为:血细胞灌流量=测量区域的血细胞量×细胞的平均速度)。部分反射回来的光由双路激光探头拾取,经光电转换器将光信号转换为反映血细胞灌流量大小的电信号。该电信号经一系列电学及数据处理后,利用51单片机控制数码管显示血流灌流量相对量的大小,驱动绘图仪描记灌流量,控制扬声器发出反映灌流量大小的声音。2.硬件技术方案2.1 信号处理电路的设计信号处理电路是利用光纤将低功率激光传到探头,当探头放置在组织上时,被照射到的直径约1mm的半球区中运动的血红细胞将使光被重复的反射、折射,这些被反射、折射的复合光因血红细胞的移动发生了多普勒频率移动并有一部分散射回组织表面,进入两根对称的接收光导纤维。通过这两根对称馈送光纤传送给两个光电三极管进行光电转换,就可以把可知频率的多普勒信号展宽并检测出来。再经过放大、滤波、归一化处理即可滤出低频噪声及直流成分。由于两路多普勒信号是差模信号,所以经过差分放大器后,环境噪声、电网噪声、激光噪声将被大大抑制。再经信号处理单元进一步滤波、放大、补偿平滑后即可提取出正比于血细胞灌流量的电压信号。信号处理电路具体框图见图1的A/D转换前面部分。5G28是单片机相容输入阻抗集成运放,具有高输入阻抗及高转换速度的特点,广泛用于微电流的放大。因此,前置放大器、2KHz高通滤波器和7KHz低通滤波器均采用5G28。F007是单片机单增益运算放大器,它不需要外围频率补偿,有很高的共模和差模输入电压范围,因此积分器选用这个放大器。积分器时间常数和增益的改变,采用4066由单片机控制。由于传感器经光敏三极管转换的信号比较弱而且其中包含工频、静电和电磁耦合等共模干扰,对这种信号的放大选用AD521。AD521具有高输入阻抗,低失调电流,高共模抑制比特点,其增益可在O.1~1000之间调整,各种增益参数已进行了内部补偿,具有输入输出保护功能,有较强的过载能力。在使用中采用变压器耦合,通过调节外界电阻改变增益。2.2 单片机控制电路部分硬件的设计综合考虑系统的实际功能和要求,本系统选用AT89S52作为控制器。AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器,具有8K在系统可编程 Flash存储器。使用Atmel公司高密度非易失性存储器技术制造,与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程,亦适于常规编程器。在单芯片上,拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash,使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。根据设计指标的精度要求,采用12位逐次逼近型快速AD574A转换器,其转换精度≤0.05%,可满足0.5%的设计精度要求。其转换速度最大为 35us,因为血细胞流量速度约为0.1ms,所以信号变换缓慢,并加有积分器,无须再加其它采样保持器。根据采样原理,每个信号周期采样十次即可,这里采用中速转换器就能满足要求。综合考虑速度、精度及性能价格比,A/D转换器采用AD574A,实现由模拟量到数字量的转换,以便于采用微机去控制显示、驱动打印。D/A转换器,采用DAC0832。在本系统中DAC0832构成程控增益放大器,通过改变数字量来改变模拟量的输出,实现对扬声器声音的多级控制。由于系统中扩展了绘图仪进行长时间监测,而绘图仪的打印速度与需打印的数据的输出速度不匹配。因此,采用RAM6264来储存这些数据。采用74LS164作为键盘的串行接口,利用各个键的不同功能实现对仪器的总体控制,使操作一目了然。显示控制驱动接口电路使用MC14499,该芯片为20位移位寄存器。实现控制信号输出并实现电平转换,保证有足够的信号驱动能力。使用MC14499对数码管进行动态扫描,使用硬件少、占用CPU时间短、电路简单、耗电少。PP40绘图仪,用于绘制循环的相对灌流量曲线,采用74LS373作为数据缓冲寄存器,解决打印与微机的不同步。为了便于观察信号变化,对信号采用不同时间常数的积分以及不同的增益。为了切换这些不同的积分增益,该系统中采用了双四路模拟开关4066,并外接74LS373锁存输入数据。不同的开关闭合时,接通不同的电阻,形成不同的积分常数和增益倍数。3 软件设计根据系统功能和硬件实际情况,软件要实现控制数据采集及对采集量进行A/D转换、数字滤波、键盘扫描和处理、控制模拟开关进行积分时间和增益的选择、打印控制、音量控制和数据显示控制等。软件采用模块化设计思路,从整体到局部,从上到下进行设计。主程序流程图如图3.1所示。4 结束语采用多普勒现象测定组织微区血流灌流量在基础研究和临床应用中具有很高的实用价值。本文给出了采用单片机控制,利用多普勒现象测定组织微区血流灌流量的方法。该系统通过测定组织微区血流灌流量,衡量微循环状态,判断肌体生理功能变化,为外科手术提供了方便,对内科、医理学、麻醉学、骨科、儿科都有一定帮助。

    时间:2019-03-22 关键词: 系统 设计方案 单片机 嵌入式处理器 多普勒

  • 山东力创-水表设计方案———山东力创-水表设计方案

    山东力创-水表设计方案———山东力创-水表设计方案

    一、功能简述 1.正反转识别 2.瞬时流量测量 3.脉冲当量设定 4.液晶显示累积流量、瞬时流量、当前时间 5.按键控制显示,调节脉冲当量,调节时间 6.低电压检测、掉电保护 7.数据存储二、技术指标 满足各类水表相关标准三、原理框图 水表包括流速采集、微控制器、电源管理、按键、数据存储和液晶显示几部分组成四、效果图五、实现方案1.流速采集MCU与LC9723定时(Δt时间段)通讯,既得Δt时间段内的平均瞬时流量值Fi,即可得瞬时流速。根据各流量点的当量ki(或叫做流量系数)校正瞬时流量,可得到精确的瞬时流量kiFi。2.累积流量瞬时值的数字累加和即为累积流量,其计算公式为式中W为累积流量,ki为流量系数,Fi为瞬时流量。3.电源管理本设计采用低功耗设计,内部设有电源电压监视和掉电保护电路,保证水表在掉电时能正确的将数据存入存储器。4.液晶显示由液晶通过按键循环显示当前的流速,当前累积流量,当前时间等数据5.数据存储MCU把累积流量数存入数据存储器,包括历史月份累积流量,历史几天的累积流量6.按键按键采取五按键方式,只有一个按键露出表外,其余按键为嵌入式按键。按键的功能有,控制液晶显示屏显示不同的数据、调节转速当量、调节RTC等。7.流量曲线校正基表的误差曲线如上图所示,图中的粗线为误差统计平均值,曲线的方程为y=y(x),为了精确表达曲线方程,我们采取多段线拟合的方法描述即y=kix+bi,由于描述一条直线只需要两点即可,所以在程序中用分立的点来逼近误差曲线。在不同的流速区间有不同的k值和b值。为了把水表的误差校正到最小,把测得的实际值加上校正值得到校正后的值,即y=y测量+y校正=y测量+kix+bi。校正后的误差如图所示,可以看到,误差仅与基表误差曲线的分散性有关,而且其量程比拓宽。8.正反转识别叶片采用宽度不一的两片金属片相继通过LC9723探头,从而产生的脉冲信号的占空比不一来区别正反转的。原理如下由此产生的反转脉冲信号如下正转脉冲信号为在每一个脉冲的上升沿,LC9723会输出一个脉冲宽度为20us的窄脉冲,当叶轮正转时窄脉冲的出现是等时间间隔的,当反转时,窄脉冲的出现是不等时间间隔的,因此正反转的识别变得极其容易。另外,该水表还具有脉冲唤醒功能。六、程序流程

    时间:2019-03-21 关键词: 设计方案 山东 水表 设计教程

  • 基于LPC2478与ADS7843的电阻触摸屏设计方案

    基于LPC2478与ADS7843的电阻触摸屏设计方案

    触摸屏具有坚固耐用、反应速度快、节省空间、易于交流等许多优点,相比键盘输入,触摸屏技术更简单、直观、快捷,且具有丰富多彩的表现能力。设计触摸屏时,最重要的问题是准确定位触摸点的坐标位置。 本文详细介绍了利用工业级芯片LPC2478与ADS7843设计四线电阻触摸屏的实际方案。1 硬件设计1.1 硬件选择 LPC2478芯片内部集成了LCD接口,它的工作范围为-40~+80℃,其宽温的特点特别适合工业领域。ADS7843芯片是一款专为触摸采样设计的芯片,12位可编程精度。外部参考电压范围从1 V~Vcc均可,Vcc最高电压为5 V,高速低功耗使得ADS7843非常适用于电阻触摸屏的手持设备。1.2 硬件电路 笔者设计了ADS7843的硬件接口电路(如图1所示)。该电路中采取了利用LPC2478的GPIO管脚模拟SPI时序的方式,将DCLK,CS,DIN,BUS-Y,DOUT接到LPC2478的5个GPIO引脚上。将ADS7843的引脚接到LPC2478的中断1上的方式。采用的四线电阻触摸屏,分别接到ADS7843的X+,Y+,X-,Y-引脚上。1.3 采集方式 ADS7843有2种参考电压模式:单端模式和差分模式。在单端模式中,参考输入电压选取的是Vcc和GND。由于内部的开关电阻压降影响转换结果带来误差,所以转换器内部的低阻开关对转换精度有一定影响。差分模式参考输入由未选中的输入通道Y+,Y-,X+,X-提供参考电源和地。不管内部开关电阻如何变化,其转换结果总与触摸屏的电阻成比例,克服了内部开关电阻的影响,但当转换频率很高时则增加了功耗,需要考虑低功耗设计。笔者基于采样精度的原因在程序中采用了差分方式。 ADS7843的引脚是一个PIN中断引脚,在触摸显示屏时可产生一个低电平,触发LPC2478的中断,采用下降沿触发的方式。一次点击触摸屏的过程捕获图2的电平变化过程。对于采用中断方式采集电平变化不是很适合,同时无法捕获触摸屏上的滑动过程,所以笔者使用了循环采集方式。 循环采集方式:主要是通过LPC2478定时采集ADS7843的方式,在笔者的程序中定时器的时间间隔设置为50 ms。该方式由于加大了CPU的负荷,所以不太适合速度较慢的MCS51单片机,但比较适合LPC2478的处理器。每次采集的数据要与上次数据进行对比,以判断是否为新的数据。 研究中主要利用LPC2478与ADS7843进行显示和外部输入,无其他大量计算,也不对设备进行实时控制。所以比较中断方式与循环方式的优缺点,主要为了对一些屏幕上滑动动作可以较好进行响应,最后采用了循环采集方式。1.4 ADS7843采集流程 采用12位差分模式的采集方式,程序中的控制字分别为0xg0(x坐标)和0xD0(y坐标)。根据ADS7843的时序图,笔者采集程序的工作流程:经过8个时钟周期发送完毕控制字后,在DCLK的下降沿连续读取12次,从而读取触摸屏上的AD采样数值。由于笔者采用的循环采集方式,采集进来的数据不一定是经过人对屏的触摸产生的数据。在笔者使用系统中,LPC2478液晶屏采用的是夏普LQ043T3DX02 LCD屏,采集到数据如果x轴数据为4 095(y轴数据采集到数据多数为O,但有的时间可能不为0)。说明采集到数据时并没有人触摸屏幕,该数据可以直接丢弃。 在实际中不仅仅关心ADS7843对当前触摸点电压值A/D转换值,更关心触摸点与LCD坐标的关系。可通过下列转换公式进行转换:式中:x,y为LCD坐标中的坐标;xAD,yAD为ADS7843采集到AD值;Tchscr_XMax,Tchscr_XMin,Tchscr_YMax,TchScr_YMin为触摸屏返回x,y坐标的范围。2 结语 本文介绍的利用芯片LPC2478与ADS7843设计四线电阻触摸屏的实际方案实现了具体功能。实际应用表明,采用LPC2478设计的触摸屏具有较强的可靠性以及环境适应性。

    时间:2019-03-21 关键词: 触摸屏 设计方案 电阻 设计教程

  • 基于51单片机的超声波发生器设计方案

    基于51单片机的超声波发生器设计方案

      本设计的超声波发生器是利用单片机生成初始信号,然后经过一系列处理电路的作用后生成用来杀灭水蚤的超声波,成本低、效果好,可以在农业上加以采用。在此对3个模块进行设计:  (1)信号发生模块。12 MHz的8051单片机硬件连接及其程序设计。  (2)信号处理模块。驱动电路设计(CD4069非门集成芯片);倍频电路设计(S9014或ECGl08三极管、104普通电容、11 257.9 nH自制电感、1 kΩ电阻);整波电路设计(CD4069非门集成芯片);和频电路设计(CD4081与门集成芯片);选频电路设计(S9014或ECGl08三极管、104普通电容、112.58 nH自制电感、1 kΩ电阻)。  (3)信号检测模块、数字示波器的连接。  在上述研究基础上,设计一台超声波发生器样机,其技术指标如下:输入电压:220 VAC(50 Hz);开关频率:1.5~1.8 MHz;最大的输出功率:500 W;功率范围:50~500 W。  1 信号发生模块的设计  选取一个8051单片机芯片,将晶振电路、复位电路、电源电路连接到单片机相应的引脚上组成单片机的最小系统。利用单片机的中断资源和I/O口资源进行相应连接并进行程序编辑:用P3.2口控制初始信号的发射与否,用P0.O口、P0.1口发射初始信号,如图1所示。    2 信号处理模块的设计  2.1 驱动电路的设计  如果将两列波(0.03 MHz)直接从单片机的输出口PO.O和P0.1输出接入后面的5倍频电路,可能会由于电流小而不能驱动倍频电路。从这点来考虑就需要在单片机与倍频电路之间接入一个驱动电路,如图2所示。在单片机的一个输出口接一个非门,而后接入由4个非门并联的电路,由于非门是有源器件,这样就使得输入倍频电路的信号能量大大提高,起到驱动电路的功能(若用方波发生器来代替单片机就可省略驱动电路)。    2.2 倍频电路的设计  根据电容电感元件的基本特性,以及电路的相关知识可以由已知条件得出:    如图3所示,当在LC并联电路中发生并联谐振时,由电路的特性可知:    并联谐振具有下列特征:  (1)谐振时电路的阻抗摸为|Zo|=1/(RC/L)=L/RC。其值最大,即比非谐振情况下的阻抗摸要大。因此在电源电压U一定的情况下,电路中的电流I将在谐振时达到最小值,即I=IO=U/(L/RC)=U/|Zo|。  (2)由于电源电压与电路中电流同相(∮=0),因此电路对电源呈现电阻性。谐振时电路的阻抗摸|Zo|相当于一个电阻。  (3)谐振时各并联支路的电流为:IL=U/2πfoL;Ic=U/(1/2πfoC),可见IL=Ic>Io,品质因数Q=IL/Io。  (4)当电路发生谐振时,电路阻抗摸最大,电流通过时在电路两端产生的电压也是最大。当电源为其他频率时电路不发生谐振,阻抗摸较小,电路两端的电压也较小。这样就起到了选频的作用。电路的品质因数Q值越大,选择性越强。  通常把晶体管的输出特性曲线分为3个工作区:  (1)放大区。输出特性曲线的近于水平部分是放大区。在放大区,Ic=βIb。放大区也称为线性区,因为Ic和Ib成正比的关系。当晶体管工作于放大区时,发射结处于正向偏置,集电结处于反向偏置,即对NPN型管来说,应使Ube>O,Ubc

    时间:2019-03-21 关键词: 设计方案 超声波 单片机 嵌入式处理器 发生器

  • 酒店.宾馆的网络视频监控系统设计方案

    酒店.宾馆的网络视频监控系统设计方案

    数字化的监控产品在20世纪90年代开始投入市场里使用,并且逐渐取代传统的监控设备。随着今天计算机网络的广泛使用,新一代的网络监控设备不但要为安全保卫工作服务;更要为现代化管理服务.图像监控一直是人们关注的应用技术热点之一,它以其直观、方便、信息内容丰富而被数字化的监控产品在20世纪90年代开始投入市场里使用,并且逐渐取代传统的监控设备。随着今天计算机网络的广泛使用,新一代的网络监控设备不但要为安全保卫工作服务;更要为现代化管理服务。   图像监控一直是人们关注的应用技术热点之一,它以其直观、方便、信息内容丰富而被广泛应用于许多场合。图像监控系统的技术水平,直接反映了不同阶段电子与通讯的技术状况,目前,监控方式分为三类:   1.模拟图像监视   它被广泛应用于保安、生产管理等场合。图像监控系统一般采用模拟方式传输,采用视频电缆,传输距离不能太远,主要应用于小范围内的监控,监控图像一般只能在控制中心查看。   2.基于PC的多媒体监控   随着数字视频压缩编码技术的日益成熟,微机的普及化,为基于PC的多媒体监控创造了条件。在远端监控现场,有若干个摄像机、各种检测、报警探头与数据设备,通过各自的传输线路,汇接到多媒体监控终端PC上,通过通信网络,将这些信息传到一个或多个监控中心。基于PC的多媒体监控系统功能较强,但稳定性不够好;功耗高,费用高,结构复杂,需要有人值守,同时,软件的开放性不好,传输距离明显受限。   3.基于Web服务器的远程视频监控   基于嵌入式Web服务器技术的远程网络视频监控主要的原理是:视频服务器内置一个嵌入式Web服务器,采用嵌入式实时操作系统。摄像机传送来的视频信号数字化后由高效压缩芯片压缩,通过内部总线传送到内置的Web服务器。网络上用户可以直接用浏览器观看Web服务器上的摄像机图像,授权用户还可以控制摄像机云台镜头的动作或对系统配置进行操作。 由于把视频压缩和Web功能集成到一个体积很小的设备内,可以直接连入以太网,达到即插即看,省掉各种复杂的电缆,安装方便(仅需设置一个IP地址),用户也无需使用专用软件,仅用浏览器即可观看。   从以上三种监控方式来看第三种无疑是未来视频监控设备新的发展方向,下面的具体来看看这种方式是怎么实现的。     网络视频服务器   视频服务器是一种压缩、存储、处理视音频数据的专用计算机,它由视音频压缩编码器、大容量存储设备、输入/输出通道、网络接口、视音频接口、RS422串行接口、协议接口、软件接口、视音频交叉点矩阵等构成,同时,提供外锁相和视频处理功能。   视频服务器有三种型号:一种视频编码器(AV1500e),每秒钟可以传输一路25帧视频图像;一种视频编码器(AV1502e)每秒钟可以传输两路16帧视频图像;另一种视频解码器(AV1500e-R),带有1路模拟视频输出(NTSC/PAL)。   一般来说,网络视频服务器应用范围于基于网络的安全监控系统。   AV1500e-R/RA视频服务器   网络视频服务器   视频服务器是一种压缩、存储、处理视音频数据的专用计算机,它由视音频压缩编码器、大容量存储设备、输入/输出通道、网络接口、视音频接口、RS422串行接口、协议接口、软件接口、视音频交叉点矩阵等构成,同时,提供外锁相和视频处理功能。   视频服务器有三种型号:一种视频编码器(AV1500e),每秒钟可以传输一路25帧视频图像;一种视频编码器(AV1502e)每秒钟可以传输两路16帧视频图像;另一种视频解码器(AV1500e-R),带有1路模拟视频输出(NTSC/PAL)。   一般来说,网络视频服务器应用范围于基于网络的安全监控系统。   AV1500e-R/RA视频服务器   I-Video 100 视频服务器是上海英明科技发展有限公司OEM生产的具有世界领先地位的嵌入式网络视频服务器。该嵌入式视频服务器采用标准的嵌入式操作系统、应用程序、专用视频处理芯片和高性能的RISC CPU芯片。   设备能够在256K以上带宽的各种网络上传送高质量实时图像,并支持多用户同时访问。设备还带有数据通信接口(RS-232、RS-485),使系统可以方便地输入来自安全防范设备如温度、湿度、烟感、入侵等信号,同时可以输出连动灯光、警号、锁具等动作设备的控制信号,以组成一套功能强大的安全防范系统。设备使用非常简单,只需要接入以太网并分配一个IP地址。   主要功能:   MPEG4 图像编码,使低带宽传输每秒30幅画面的高质量图像成为可能。   先进的按区域进行的动作检测和任选报警前/后画面存储。   自动识别RS232/422/485 端口,与一体化球型镜头、PTZ控制摄像机和其他系列设备实现透明串口连接。   与PIR探测器和其他传感器、报警器连接简便易行。   DVS-2T-AC 双路网络视频服务器 DVS-2T-AC双路网络视频服务器是一种嵌入式的视频处理、控制及传输设备,是大成科技有限责任公司产品。其采用MPEG4压缩格式。其核心是运行实时操作系统的RISC嵌入式计算机和高性能视频DSP。输入视频经数字化压缩处理后交给嵌入式计算机,网络上的用户可以直接用浏览器或其他专用支持软件观察远程摄像机的图像,超级用户还可以通过网络对该视频服务器设置、操作控制云台、镜头等。

    时间:2019-03-21 关键词: 设计方案 监控系统 嵌入式开发 网络视频 宾馆

  • 基于单片机的波特率变换器设计方案

    基于单片机的波特率变换器设计方案

    在一些复杂的系统中,系统与分系统、分系统与设备等之间存在数据的传递问题,往往采用通信的方式来解决。由于分系统、没备等通信波特率的不同,特别是一些特殊波特率设备的存在,使得系统中设备间的相互通信不易实现。例如,在一个系统中,上位机接收某一设备的数据,如图1所示,设备l和设备2采用的是172.8 kbps的波特率,而上位机用VB编程,其通信波特率为115.2 kbps、128 kbps或256 kbps,等,这样设备之间就不能相互通信,给设计带来困难。为了解决上述问题,采用双单片机电路,设计了波特率变换器,将接收波特率为172.8 kbps的数据,转换成波特率为115.2 kbps的输出,从而使不同波特率设备之间的通信成为可能。1 波特率变换电路波特率变换电路如图2所示。电路采用2片单片机89C5l作为电路的核心,利用单片机的UART串行口与相关设备通信。单片机u1_L.(接波特率低的设备)与波特率为115.2 kbps的设备通信,单片机U2_H(接波特率高的设备)与波特率为172.8 kbps的设备通信。Ul_I,与U2_H的通信采用并行口方式,以加快Ul_I。与U2_H之间数据传递的速率。U1_L与U2_H的通信可以采用中断查询的方式,也可以采用握手查询的方式进行数据传递。电路采用2片75176接口驱动芯片组成一个RS-422通信接口。U3和U4组成的通信接口与115.2 kbps的设备相连,U5和U6组成的通信接口与172.8 kbps的设备相连,通信接口采用中断技术。波特率变换器工作原理如下:U1_I。从串行口收到设备的数据后,从Pl口输出数据,并通知U2_H取数,U2_H取到数据后向设备发出数据,同时通知Ul_I.已取走数据,为U1一L下一次输出数据做准备。当U2_H从串行口收到设备的数据后,查询U1_I,是否允许接收数据,如允许接收数据,U2_H从P1口输出数据,并通知Ul_L取数,Ul_L取到数据后向设备发出数据,同时通知U2_H已取走数据,为U2_H下一次输出数据做准备;如Ul_L不允许接收数据,则U2_H暂缓送数。2 波特率变换器的应用波特率变换器在应用中,根据使用情况可以分为单向传送和双向传送。两单片机之间的数据传递可以采用中断方式.也可以采用查询方式。如采用查询方式,编程时利用P2口的几位作为查询信号,实现单向或双向传送。2.1 单向传送单向传送就是通信口的数据流只向一个方向,即从Ul_L接收到的数据,从U2_H发送出去,或从U2_H接收到的数据,从Ul_L发送出去。用这种方式进行软件编程比较简单。现以U1_L只接收外部设备数据,U2_H只向外部设备发送数据,采用查询方式为例,两单片机之间数据传送的流程图如图3所示。其中Ul_L的P2.2作为向U2_H传送新数据的查询信号(U2_H的P2.5),P2.2=“0”表示有新的数据,P2.2=“1”表示没有新的数据;U2_H的P2.2作为接收U1_L数据的查询信号(U1_L的P2.5),P2.2=“O”表示可以接收新的数据,P2.2=“1”表示不能接收新的数据。如果采用中断方式,两单片机的查询信号更简单,只要Ul_L查询U2_H是否可以接收数据的信号就可以,U2_H无需查询U1_L的查询信号。2.2 双向传送双向传送就是通信口可以同时接收数据和发送数据,数据流是双向的,Ul_L和U2_H既接收数据也发送数据。这种方式软件编程比较复杂,特别是双向传送数据采用查询方式时。单片机之间的查询信号就更加复杂了。现以双向查询方式为例,两单片机之间数据传送的流程图如图4所示,U2_H的流程与U1_L一样。其中U1_L向U2_H传送数据时的查询信号与单向传送的定义一样,U2_H的P2.3作为向U1_L传送新数据的查询信号(U1_L的P2.4),P2.3=“0”表示有新的数据,P2.3=“l”表示没有新的数据;Ul_L的P2.3作为接收U2_H数据的查询信号(U2_H的P2.4),P2.3=“O”表示可以接收新的数据,P2.3=“1”表示不能接收新的数据。如果采用中断方式,查询信号可以减少,编程可以简化。2.3 应用时的注意事项两个单片机之间的握手方式如果采用中断,由于U2_H向外部发送数据比U1_L接收外部数据快,Ul_L向U2_H传送数据时,无需考虑U2_H的状态,而U2_H向U1_L传送数据时,由于U2_H接收外部数据比U1_L向外部发送数据快,U2_H必须查询Ul_L的状态,即U1_L是否处于接收U2_H数据的状态,否则,U2_H就不能向Ul_L传送数据。若作为RS_485通信接口使用,只需对图2中的电路稍做改动,增加对75176芯片的读写控制,同时两个单片机中与主通信设备相连的单片机作为主机,通过P2口的一位来协调两个单片机是接收数据还是发送数据。值得注意的是,该波特率变换器在不同的应用中会受到一定的限制,在使用时要注意下面几点:①波特率很高时,要考虑单片机串行口能否实现;②从波特率高的向波特率低的变换时,要考虑波特率低的单片机能否实现不丢数据的发送;③当双向变换时,既要考虑上述情况,还有考虑程序的大小,以及执行时间对双向传送数据的影响,计算两个单片机能否实现不丢数据的变换,在时间上要留有余量;④在查询时,要注意握手信号的关系,不要对同一数据产生重复读取,以至于数据重复;⑤波特率不同时,单片机可以选用不同的晶振频率。2.4 实例及源程序在实际使用中若碰到如图1所示的情况,需要波特率变换器将坡特率为172.8kbps的通信数据转换成波特率为115.2kbps,再向上位机传送。实际使用的电路如图2所示。在该实例中,为了防止局部时刻接收数据比发送快而丢失数据,再U2_H单片机的程序中,加入了8个数据区作为接收数据存放缓冲区。3 结论通过长时间的通信实验和实际应用,设计的波特率变换器方案可行,通信可靠,没有出现数据丢失的情况。在一些系统中,由于通信波特率特殊,在设备之间通信存在波特率不匹配时,通过波特率变换器,可以实现不同波特率设备之间的通信。通过更改单片机的晶频振率,可以满足各种波特率(在单片机允许的范围内)的转换。

    时间:2019-03-19 关键词: 设计方案 单片机 波特率 变换器 嵌入式处理器

  • TLE7810单片机的低功耗设计方案及具体应用

    摘要: 低功耗要求是嵌入式系统设计中普遍提出的要求,对提高系统的可靠性与稳定性有着重要意义。首先分析了单片机功耗的主要来源,然后研究了Infineon TLE7810单片机的低功耗设计方案,最后以电动车窗控制器为例介绍了TLE7810低功耗设计方案的具体应用。  引言  近几年来,随着电子技术、信息技术的发展和数字化产品的普及,嵌入式系统被广泛应用到汽车工业、网络、手持通信设备、国防军事、消费电子和自动化控制等各个领域。同时,嵌入式系统设计中的功耗问题也正受到普遍的关注。嵌入式系统一般是由电池来供电的,系统采用低功耗设计,不仅能够延长电池的寿命,而且可以降低系统的热耗,对提高可靠性与稳定性有着重要意义。在这种应用背景下,Infineon、Freescale、Atmel、TI等知名单片机生产厂家纷纷推出功能强大的低功耗单片机。  1 单片机功耗的来源  单片机是一种集成度较高的芯片。通常,集成电路的功耗分为静态功耗和动态功耗2部分。静态是指“0”和“1”的恒定状态,当电路没有状态翻转时产生的功耗为静态功耗;动态是指“0”和“1“的跳变状态,当电路状态翻转时产生的功耗为动态功耗。  目前绝大多数的单片机都采用CMOS工艺。CMOS电路为电压控制型,一般情况下静态功耗极小。它的动态功耗由瞬时导通功耗和电容充放电功耗2部分组成。在单片机运行时,开关电路不断地由“1”变“0”,由“0”变“1”,内部电容不停地充放电,要实现开关电路快速关断和电容的快速充放电,需要比较大的动态电流[3]。因此CMOS的动态功耗要远大于静态功耗,是单片机功耗的主要来源。动态功耗主要受工作频率和工作电压的影响。  通过对单片机功耗来源的分析,可得出结论:要降低单片机系统的功耗,可以采取降低工作频率、降低工作电压和尽可能使电路处于静态的方法。事实上,现有的低功耗单片机也都提供了灵活的时钟方案、电源管理方案,以及低功耗工作模式,在硬件上为降低工作频率、降低工作电压和使电路处于静态工作状态提供了可能。  2 TLE7810简介  TLE7810是Infineon公司推出的一款高集成度低成本智能功率芯片,主要应用于汽车工业。其功能模块图如图1所示。它集成了1个支持片上调试功能并且与标准8051单片机兼容的8位微控制器XC866,以及1个SBC(System Basis Chip,系统基础芯片)。这样的结构设计可以满足汽车工业尽乎苛刻的应用条件。同其他厂家的微控制器类似,Infineon XC866也提供了灵活的时钟方案、电源管理方案和低功耗工作模式,本文对这些功能就不再多做介绍,而是着重介绍TLE7810特有的SBC的低功耗设计方案。  从图1中可以看出,SBC配备1个LIN收发器、1个低压差电压调节器、2个用于驱动继电器的低边开关、1个用于驱动LED的高边开关、1个霍尔传感器电源、5个唤醒输入,以及1个标准的16位SPI(Serial Peripheral Interface,串行外设接口)接口等。通过SPI接口,XC866可以发送1个16位的命令来控制SBC的运行, SBC同时向XC866回复1个16位的数据,指示SBC当前的运行状态。  3 SBC的低功耗设计方案  3.1 SBC集成的外设  SBC不仅将多个外设集成到1个芯片内部,而且可以通过SPI接口控制这些外设的打开与关闭,根据实际应用情况,可以灵活地控制这些外设,以达到降低功耗的目的。  ① LIN收发器。可以通过SPI命令将SBC的工作模式设置成“LIN Sleep”模式。在这个工作模式下,LIN收发器的内部上拉电阻被关掉,以此来禁用LIN收发器,这样就能够减小一部分电流消耗。禁用的LIN收发器可以随时通过主节点或其他从节点的LIN消息来激活。  ② 低压差电压调节器。可以通过SPI命令将SBC的工作模式设置成“Sleep”模式。在这个工作模式下,该电压调节器被关闭,以停止对微控制器供电,从而使系统进入休眠状态,将功耗降到最小。  ③ 高边开关。高边开关可以直接驱动LED。在不需要使用LED的场合,可以直接通过SPI命令将该开关关闭。

    时间:2019-03-18 关键词: 低功耗 设计方案 单片机 嵌入式处理器

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