單片機(jī)在燃?xì)庾冾l輸配與流量計(jì)量中的應(yīng)用

3．3 一器多控變頻電路的設(shè)計(jì)

該部分電路用以實(shí)現(xiàn)“手動(dòng)／自動(dòng)變頻”和“工頻／變頻狀態(tài)的切換”。這里選用日本富士FRN75P11S-4CX風(fēng)機(jī)專用變頻器，切換電路采用傳統(tǒng)的接觸器—繼電器控制。變頻加／減速，手動(dòng)控制通過一個(gè)1-5kll的可調(diào)電阻器實(shí)現(xiàn)；自動(dòng)控制通過0～5V的DC變化輸入實(shí)現(xiàn)。構(gòu)成如圖4所示。

3．4 信號(hào)的輸入與輸出

設(shè)計(jì)系統(tǒng)應(yīng)用在燃?xì)庑袠I(yè)，安全防護(hù)十分重要。壓力、溫度、差壓信號(hào)的采集，現(xiàn)場(chǎng)的一次儀表全部采用一體化防曝類型，現(xiàn)場(chǎng)引入的信號(hào)采用隔離型安全柵。輸出信號(hào)全部采用繼電器控制，與現(xiàn)場(chǎng)控制器件隔離。

4 PSoC單片機(jī)測(cè)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

4．1 PSoC單片機(jī)的資源使用與配置

11位A／D轉(zhuǎn)換器，選用DelSigll用戶模塊(△—∑型A／D)，占用一PSoC模擬模塊、一PSoC數(shù)字模塊和專用的采樣抽取器，為增強(qiáng)實(shí)時(shí)性與精度而取其最大采樣率7．8ksps(即每次采樣需128．2μs)。

6位A／D轉(zhuǎn)換器，選用SAR6用戶模塊(逐次逼近型A／D)，轉(zhuǎn)換時(shí)間25μs，占用一PSoC模擬模塊。

8位D／A轉(zhuǎn)換器，選用DAC8用戶模塊(電壓輸出型D／A)，其時(shí)鐘更新率為125kHz(即每次變換需31μs)。

A／D與D／A的參考電壓設(shè)定：AGnd=0V，AVdd=5V。

切換控制輸出I／O口，選定內(nèi)部上拉電阻輸出，以得到大的驅(qū)動(dòng)能力。取工／變頻切換控制為5個(gè)。

LCD模塊接口，選定LCD用戶模塊，該模塊使用標(biāo)準(zhǔn)HD44780LCD顯示驅(qū)動(dòng)協(xié)議，占用7個(gè)I／O口，驅(qū)動(dòng)顯示2x16個(gè)8x8點(diǎn)陣字符。

E2ROM，選用E2PROM用戶模塊。這是使用內(nèi)部Flash memory模擬的E2ROM，不限容量大小，取為2KB。

串行通信口， 選用UART用戶模塊(8位通用UART)，占用2個(gè)PSoC數(shù)字模塊和2個(gè)I／O口，設(shè)定其初始值為96-N-8-1，為將來擴(kuò)展連接Modem預(yù)留一個(gè)I／O口。

定時(shí)器，選用Timer8用戶模塊(8位減計(jì)數(shù)型)，占用一PSoC數(shù)字模塊；一定時(shí)器周期設(shè)定為變頻器“工／變頻切換”的時(shí)間值；一定時(shí)器周期取最大值，以用于流量累計(jì)。

OSC振蕩器全部選定用內(nèi)部模塊，外圍不再配備晶體。啟用內(nèi)部看門狗和實(shí)時(shí)時(shí)鐘(RTC)功能。

確定采用4個(gè)中斷：壓力轉(zhuǎn)換中斷(11AD_ISR)、鍵盤操作中斷(6AD—ISR)、工／變頻切換中斷(Tliner8—ISR)、串行接收中斷(Uart_ISR)。 中斷優(yōu)先級(jí)編排如下：11AD_ISR、Timer8_ISR、6AD_ISR、Uart_ISR。

打開PSoC Designer IDE應(yīng)用軟件，選用CY8C26443器件，指定編程語言(匯編或C語言)，創(chuàng)建項(xiàng)目工程；在軟件的器件編輯器窗口中，按上述選擇，配置各個(gè)用戶模塊。本設(shè)計(jì)共使用8個(gè)PSoC數(shù)字模塊、5個(gè)PSoC模擬模塊、24個(gè)I／O口。器件編輯器的使用，大多是圖形和文本選擇操作，十分簡(jiǎn)易直觀，這里不再贅述。

用戶模塊配置完成后，在IDE環(huán)境中，點(diǎn)擊“GenerateApplication Files”按鈕，產(chǎn)生boot．sam和PSoCconfig．a(chǎn)sm文件，并生成應(yīng)用程序接口函數(shù)(APl)與中斷服務(wù)程序、主程序框架文件，以便填寫應(yīng)用代碼、編制用戶程序。

boot．sam和PSoCconfig．a(chǎn)sm文件，是所有程序的基礎(chǔ)，boot．sam文件定義了系統(tǒng)啟動(dòng)和執(zhí)行的次序，PSoCconfig．a(chǎn)sm文件包含了進(jìn)入系統(tǒng)的配置。

4．2 軟件設(shè)計(jì)的整體構(gòu)思

主程序完成初始化設(shè)置并循環(huán)采樣溫度、壓力、差壓，選擇適當(dāng)量程計(jì)算流量并累計(jì)、存儲(chǔ)與顯示。

壓力轉(zhuǎn)換中斷程序(11AD_ISR)據(jù)壓力實(shí)測(cè)值與要求值，確定變頻加／減速和工／變頻轉(zhuǎn)換中斷的啟停。

鍵盤操作中斷(6AD_ISR)，識(shí)別操作的按鈕，進(jìn)行參數(shù)預(yù)置、狀態(tài)顯示、記錄查看等。

工／變頻切換中斷(Timer8a_ISR)，完成指定端口的工頻與變頻的切換，并設(shè)置相關(guān)標(biāo)記。

串行接收中斷(Uart_ISR)，連接PC或做遠(yuǎn)程通信。

在PSoC Designer IDE環(huán)境的應(yīng)用程序編輯器窗口中編制程序，編譯所有文件，生成可下載或仿真的．rom文件。

4．3 軟件仿真與測(cè)試

使用Cypress的PSoC仿真器(1CE)及其Designer IDE調(diào)試器窗口環(huán)境，進(jìn)行程序仿真和測(cè)試。重點(diǎn)說明兩點(diǎn)：

(1)斷點(diǎn)調(diào)試和動(dòng)態(tài)事件點(diǎn)調(diào)試

斷點(diǎn)調(diào)試，與很多常用器件調(diào)試工具功能類似，在此不再贅述，著重說明動(dòng)態(tài)事件點(diǎn)調(diào)試。動(dòng)態(tài)事件點(diǎn)調(diào)試是Cypress很有特色的工具。動(dòng)態(tài)事件點(diǎn)是定義的可滿足許多條件的復(fù)雜斷點(diǎn)，可控制調(diào)試在動(dòng)態(tài)事點(diǎn)到來時(shí)停止、開／關(guān)跟蹤文件或觸發(fā)一外部引腳。使用動(dòng)態(tài)事件點(diǎn)調(diào)試，可觀察到很多斷點(diǎn)調(diào)試得不到的程序邏輯設(shè)計(jì)錯(cuò)誤。

(2)各個(gè)程序段執(zhí)行時(shí)間的調(diào)試

關(guān)掉所有中斷，測(cè)定主程序中流量計(jì)算循環(huán)程序的執(zhí)行時(shí)間；一次開放一個(gè)中斷，測(cè)定每個(gè)設(shè)計(jì)中斷的執(zhí)行時(shí)間。適當(dāng)設(shè)置斷點(diǎn)，正常執(zhí)行程序，測(cè)定每個(gè)中斷與主程序流量計(jì)算循環(huán)的執(zhí)行周期。

PSoC單片機(jī)的各種中斷功能能很好地滿足現(xiàn)代嵌入應(yīng)用，這里構(gòu)建一個(gè)基于PSoC單片機(jī)的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)(RTOS)的雛形，是有任務(wù)中斷的單調(diào)比例調(diào)度類型。因此，可以在無法預(yù)知軟件整體邏輯設(shè)計(jì)是否滿足工業(yè)測(cè)控實(shí)際的情況下，用有任務(wù)中斷的單調(diào)比例調(diào)度的條件要求和上述測(cè)量時(shí)間值，在理論上，去恒量一下軟件整體邏輯設(shè)計(jì)的合理性，并進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。

有任務(wù)中斷的單調(diào)比例調(diào)度的條件公式：

式中，n是最大任務(wù)數(shù)，E是任務(wù)j的執(zhí)行時(shí)間，P是任務(wù)j的周期，B是任務(wù)j的阻塞時(shí)間。

4．4 程序的ISSP下載

PSoC單片機(jī)支持在系統(tǒng)串口編程(1SSP)，可以通過UART串口，輕易完成程序的ISSP下載。PSoC單片機(jī)Flash中內(nèi)含不能被覆蓋的ISP例程，只要復(fù)位重啟時(shí)硬件電路的ISP例程觸發(fā)按鈕有效，PSoC單片機(jī)就轉(zhuǎn)而ISSP編程操作。完成ISSP后，器件自動(dòng)從Flash的0x0址處執(zhí)行用戶代碼。ISSP例程的觸發(fā)，即將器件PO．5口有效上拉。

4．5 軟件設(shè)計(jì)的注意事項(xiàng)

(1)SRAM空間的分配：用戶模塊配置信息、編程變量參數(shù)、上下文切換堆棧等，都占用SRAM空間。SRAM空間只有256B，雖然比傳統(tǒng)MCS51單片機(jī)擴(kuò)大了一倍，但還是十分有限。一定要合理選好開辟堆棧空間的大小和位置，以避免極端情況下程序跑飛。

(2)看門狗的使用：為防程序“跑飛”或“死機(jī)”。程序中，要及時(shí)“喂狗”(清零看門狗計(jì)數(shù)器)。關(guān)閉看門狗，調(diào)試好各個(gè)程序段，然后再打開看門狗調(diào)試。

(3)11位AD用戶模塊的動(dòng)態(tài)配置：輪流采樣現(xiàn)場(chǎng)壓力、溫度、差壓信號(hào)，AD轉(zhuǎn)換器通常定位在壓力通道不斷地采樣壓力信號(hào)，并在AD轉(zhuǎn)換中斷中完成變頻調(diào)速控制，只有在需要時(shí)才切換到溫度或差壓通道采樣。信號(hào)通道的切換，采用動(dòng)態(tài)用戶模塊配置完成，即在需要時(shí)改變用戶模塊配置寄存器值，定向到需要的信號(hào)通道。

使用PSoC單片機(jī)CY8C26443組成燃?xì)鉁y(cè)控系統(tǒng)，以一個(gè)28Pin微控器加上極少外圍器件，成功地把“變頻輸配控制與大流量范圍燃?xì)庥?jì)量”合二為一，構(gòu)成電路簡(jiǎn)單，免除了芯片選型和搭建復(fù)雜外圍電路之煩，明顯地增強(qiáng)了系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠性，降低了生產(chǎn)成本。應(yīng)用所提供的開發(fā)工具，直接為設(shè)計(jì)生成API函數(shù)，屏蔽了繁瑣的寄存器操作，方便了對(duì)器件內(nèi)部資源的調(diào)用，大大縮短了項(xiàng)目開發(fā)時(shí)間。同時(shí)因PSoC單片機(jī)CPU速度的自增強(qiáng)，系統(tǒng)的數(shù)學(xué)運(yùn)算功能明顯提高，工業(yè)測(cè)控的實(shí)時(shí)性更強(qiáng)了。