PIC32單片機(jī)在氣相色譜儀中應(yīng)用方案，軟硬件協(xié)同

2.1.9 液晶顯示

使用金鵬的OCM240*320液晶，它適用于中等規(guī)模的點(diǎn)陣液晶顯示器。它能夠提供液晶顯示驅(qū)動(dòng)器及外部顯示存儲(chǔ)器所需的全部控制信號(hào)，并且它還有一個(gè)內(nèi)置的字符庫，因此只需極少的外部器件就可以獲得一個(gè)組織靈活的低功耗顯示系統(tǒng)。

2.1.10 穩(wěn)壓芯片

氣相色譜儀對(duì)電壓的穩(wěn)定性要求較高，因此采用了兩款穩(wěn)壓芯片TL431提供10V穩(wěn)壓及AS1117提供3.3V穩(wěn)壓。

德州儀器公司(TI)生產(chǎn)的TL431是一是一個(gè)有良好的熱穩(wěn)定性能的三端可調(diào)分流基準(zhǔn)源。它的輸出電壓用兩個(gè)電阻就可以任意地設(shè)置到從Vref(2.5V)到36V范圍內(nèi)的任何值(如圖2)。該器件的典型動(dòng)態(tài)阻抗為0.2Ω,在很多應(yīng)用中可以用它代替齊納二極管,例如,數(shù)字電壓表,運(yùn)放電路、可調(diào)壓電源,開關(guān)電源等等。

AS1117是一款低壓差的線性穩(wěn)壓器，當(dāng)輸出1A電流時(shí)，輸入輸出的電壓差典型值僅為1.2V。AS1117除了提供多種固定電壓版本外(輸出可以為1.8V，2,。5V，3.3.V，5V)，還提供可調(diào)端輸出版本，該版本能提供的輸出電壓范圍為1.25V-13.8V。

2.2系統(tǒng)總體框架

該系統(tǒng)是為滿足氣相色譜儀控制的要求，并充分考慮其經(jīng)濟(jì)性和可靠性，能真正實(shí)現(xiàn)氣相色譜儀控制的要求來確定的。根據(jù)系統(tǒng)要達(dá)到的總體功能，系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)按鍵的檢測(cè)，液晶的顯示及與上位機(jī)的通信;控制各個(gè)功能模塊的工作，溫度的采集計(jì)算和控制，壓力流量的采集等。

1、液晶，蜂鳴器，氣閥由CPU的IO口直接控制

2、鍵盤值由芯片ZLG7289B來采集。這款芯片最多能識(shí)別64個(gè)按鍵

3、電路擴(kuò)展了一個(gè)串口，用于上位機(jī)控制，電平轉(zhuǎn)化芯片用max232.

4、擴(kuò)展了一片EEPROM，每片容量為64K，由CUP的IO口控制，用了IIC總線控制

5、CPU芯片通過通過74HC595芯片，來擴(kuò)展IO口，用74HC595擴(kuò)展的IO口來控制FID，ECD，TCD;

6、采溫部分，用PT100作為溫度傳感器，用PT100組成橋式電路，把溫度轉(zhuǎn)化為電壓，在經(jīng)過LM324放大，送給CPU的模擬輸入口。Pt100的恒壓電路有TL432組成;

7、壓力模擬量經(jīng)過LM324放大后，傳給CPU模擬口。流量的模擬量直接送給CPU的IO口，這兩部分的恒壓電路用TL431組成;

8、電機(jī)部分用TL521光耦芯片來隔離CPU的IO口和步進(jìn)電機(jī)的接口，未用CPU的IO口直接控制步進(jìn)電機(jī)接口，這樣就起到了安全和抗干擾的作用。用ULN2803芯片來反相驅(qū)動(dòng)電機(jī);

3 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)方案

本章分節(jié)介紹了各個(gè)控制模塊的硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)方案，系統(tǒng)硬件按功能劃分為以下幾個(gè)功能模塊： 595串轉(zhuǎn)并模塊、直流電機(jī)模塊、電磁繼電器模塊、壓力流量傳感器模塊、AD轉(zhuǎn)換芯片模塊、上位機(jī)通信模塊、鍵盤掃描芯片模塊、EEPROM掉電保護(hù)及液晶字庫存儲(chǔ)模塊、液晶顯示模塊、穩(wěn)壓芯片模塊。在各個(gè)模塊設(shè)計(jì)中詳細(xì)敘述了其工作原理、設(shè)計(jì)思想以及實(shí)現(xiàn)方法。

3.1單片機(jī)模塊設(shè)計(jì)

單片機(jī)作為系統(tǒng)的微處理器，其性能對(duì)整個(gè)系統(tǒng)來說非常關(guān)鍵?，F(xiàn)在，全球有很多公司能夠生產(chǎn)單片機(jī)，隨著超大規(guī)模集成電路的迅猛發(fā)展，單片機(jī)的功能也日漸強(qiáng)大，運(yùn)算速度日益提高，相繼出現(xiàn)了32位和64位單片機(jī)，根據(jù)實(shí)際系統(tǒng)的需要和產(chǎn)品的性價(jià)比，本系統(tǒng)選用microsoft公司生產(chǎn)的32位單片機(jī)PIC32F460F作為系統(tǒng)的控制芯片。Microchip公司的PIC32MX4系列是高性能通用和USB的32位閃存微控制器(MCU),下面介紹下它們的主要功能[3]：

• 帶5級(jí)流水線的MIPS32® M4K™ 32位內(nèi)核

• 最高80 MHz的頻率

• 零等待狀態(tài)閃存訪問時(shí)性能為 1.56 DMIPS/MHz(Dhrystone 2.1)

• 單周期乘法單元和高性能除法單元

• MIPS16e™模式可使代碼壓縮最多40%

• 兩組各32個(gè)32位內(nèi)核文件寄存器，可減少中斷延時(shí)

• 預(yù)取高速緩存模塊可加速?gòu)拈W存的執(zhí)行速度

• 工作電壓范圍為2.3V至3.6V

• 32 KB至512 KB的閃存(附加一個(gè)12 KB的引導(dǎo)閃存)

• 8 KB至32 KB的SRAM存儲(chǔ)器

• 引腳與大部分PIC24/dsPIC® 器件兼容

• 多種功耗管理模式

• 多個(gè)具有獨(dú)立可編程優(yōu)先級(jí)的中斷向量

• 故障保護(hù)時(shí)鐘監(jiān)視器模式

• 帶有片內(nèi)低功耗RC振蕩器的可配置看門狗定時(shí)器，確保器件可靠工作

• 2個(gè)編程和調(diào)試接口：

- 雙線接口，可與應(yīng)用程序進(jìn)行非搶占式訪問和

實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交換

-4線 MIPS® 標(biāo)準(zhǔn)增強(qiáng)型JTAG 接口

• 基于硬件的非搶占式指令跟蹤

• 符合IEEE標(biāo)準(zhǔn)1149.2(JTAG)的邊界掃描特性

• 最多16路通道的10位模數(shù)轉(zhuǎn)換器：

- 轉(zhuǎn)換速率為1000 ksps

- 可在休眠和空閑模式下進(jìn)行轉(zhuǎn)換

PIC32MX460F引腳圖如下：

3.2 595串轉(zhuǎn)并模塊控制模塊設(shè)計(jì)

3.2.1 595串轉(zhuǎn)并模塊原理及作用

在本系統(tǒng)中，由于控制模塊較多，單單三個(gè)檢測(cè)模塊(FID、ECD、TCD)就需要超過72個(gè)控制口，因此使用74HC595來進(jìn)行串并轉(zhuǎn)換，節(jié)省IO口的資源。使用一個(gè)IO口連續(xù)送出24位，由三個(gè)74HC595級(jí)聯(lián)后控制各模塊。

3.2.2 模塊設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

圖2 74HC595控制模塊電路圖

如圖所示，此為三個(gè)檢測(cè)模塊中的一部分，由三個(gè)595級(jí)聯(lián)而成，單片機(jī)只提供三個(gè)IO引腳，就可以控制24位來完成FID模塊的功能。

74HC595是硅結(jié)構(gòu)的CMOS器件， 兼容低電壓TTL電路，遵守JEDEC標(biāo)準(zhǔn)。 74HC595是具有8位移位寄存器和一個(gè)存儲(chǔ)器，三態(tài)輸出功能。 移位寄存器和存儲(chǔ)器是分別的時(shí)鐘。 數(shù)據(jù)在SCHcp的上升沿輸入，在STcp的上升沿進(jìn)入的存儲(chǔ)寄存器中去。如果兩個(gè)時(shí)鐘連在一起，則移位寄存器總是比存儲(chǔ)寄存器早一個(gè)脈沖。 移位寄存器有一個(gè)串行移位輸入(Ds)，和一個(gè)串行輸出(Q7’),和一個(gè)異步的低電平復(fù)位，存儲(chǔ)寄存器有一個(gè)并行8位的，具備三態(tài)的總線輸出，當(dāng)使能OE時(shí)(為低電平)，存儲(chǔ)寄存器的數(shù)據(jù)輸出到總線。3.3電磁閥控制模塊設(shè)計(jì)