一種基于MC145027的群模擬信號檢測系統(tǒng)ADetectionsystemBasedonMC145027forGroupAnalogueSignal

摘要：介紹一種基于MC145027的群模擬信號檢測系統(tǒng)，該系統(tǒng)可通過單信號線將各探頭和主機連接起來，其探頭的路數(shù)最多可達(dá)242路；MC145027特殊的設(shè)碼方式可使數(shù)據(jù)在傳輸過程中具有極高的可靠性，這在強電磁干擾的工業(yè)現(xiàn)場具有較高的應(yīng)用價值。

關(guān)鍵詞：多點檢測；單信號線；可靠性；MC145026；MC145027

在工業(yè)自動化控制系統(tǒng)中,往往需要對多點模擬量進(jìn)行檢測,傳統(tǒng)的方法是在各檢測點設(shè)置傳感器 ,并以三線或二線連接到主機,通過多路模擬開關(guān)和模數(shù)轉(zhuǎn)換器件對各個模擬量進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換,取得相應(yīng)的數(shù)據(jù)以供主機處理。這種方法存在如下缺陷：

·模擬電壓在通過電纜傳到主機的過程中容易受到干擾；

·主機要通過模擬開關(guān)選擇傳感器，這使探頭的路數(shù)受到限制，主機的接口電路比較復(fù)雜；

·主機無法向各檢測點傳送控制指令；

·如果在檢測點增加一個傳感器，就必須增加一根電纜連至主機，因而增加了布線的復(fù)雜程度；

針對上述問題，筆者設(shè)計了一套基于MC145027的群模擬信號檢測系統(tǒng)，使主機和各個探頭之間只通過三根線即可進(jìn)行雙向的數(shù)據(jù)傳輸（如圖1所示）。由于MC145027特殊的譯碼方式能夠消除瞬間的強電磁干擾，因而數(shù)據(jù)在傳輸過程中具有很高的可靠性。

1. MC145027的解碼方式

MC145027通常用作解碼器，與之搭配使用的編碼器為MC145026。為了說明MC145027的解碼方式，這里首先介紹一下MC145026的編碼方式。

1.1MC145026的編碼

集成編碼器CM145026的引腳功能和外部電路如圖2所示。A1～A9是地址或數(shù)據(jù)輸入端,當(dāng)作地址使用時有三個狀態(tài) (高電平、開路、低電平)，當(dāng)作數(shù)據(jù)使用時有兩種狀態(tài)（高電平、低電平）；、的數(shù)值決定MC145026內(nèi)部時鐘振蕩器的工作頻率；TE是內(nèi)部時鐘振蕩器的工作控制端，當(dāng)TE為低電平時，振蕩器工作；的輸出編碼信號如圖3所示，兩個連續(xù)的寬脈沖（占空比7：1）表示“1”，兩個連續(xù)的窄脈沖（占空比1：7）表示“0”，一寬一窄兩個脈沖表示“開路”。發(fā)送時，先發(fā)送17.5個時鐘周期的低電平, 接著依次發(fā)送A1～A2的狀態(tài)編碼，如果A1～A9的狀態(tài)編碼發(fā)送完畢后TE依然是低電平,經(jīng)過24個時鐘周期后再依次發(fā)送 A1～A9的狀態(tài)編碼。其編碼的發(fā)送工作不管TE在何時由低電平變?yōu)楦?img onload="if(this.width>620)this.width=620;" onclick="window.open(this.src)" style="cursor:pointer" src="iie/200007/28/t3.gif" width="430" height="107" align="right"hspace="8" vspace="8">電平，均必須等到當(dāng)前發(fā)送周期結(jié)束以后才能停止[1]。

1.2MC145027的解碼方式

MC145027是與MC145026配套使用的解碼器（MC145027/145028）的一種，具有4位數(shù)據(jù)輸出和5位地址編碼，根據(jù)其地址的不同組合可以產(chǎn)生種不同的地址編碼。根據(jù)其地址的不同組合可以產(chǎn)生種不同的地址編碼。MC145027的引腳功能和外部電路如圖4所示，其功能框圖如圖5所示。

MC145027通過RC積分電路來完成寬窄脈沖的識別，圖5中，定時元件R1、C1決定對寬窄脈沖的識別。。 R2、C2是整個發(fā)送周期的辨別定時元件，用以確定各個有效單字，。當(dāng)編碼信號從數(shù)據(jù)輸入端（9腳）輸入時，6 腳將出現(xiàn)與9腳相同的信號，該信號經(jīng)R1、C1積分電路積分后由7腳送至數(shù)據(jù)提取電路，數(shù)據(jù)提取電路在輸入信號的每一個上升沿通過檢測 7腳的狀態(tài)來判斷輸入的是寬脈沖還是窄脈沖。圖6給出了6腳和7腳信號的波形，假定數(shù)據(jù)輸入端輸入的是“開路”編碼（即一個寬脈沖和一個窄脈沖），寬脈沖開始于t0時刻，結(jié)束于t1時刻，窄脈沖開始于t2時刻，結(jié)束于t3時刻，整個編碼于t4時刻結(jié)束。那么，在t1時刻，7腳的電壓為：

在此時刻，數(shù)據(jù)提取電路檢測到的7腳電平為高電平，說明上一個脈沖為寬脈沖；此后窄脈沖通過 R1給C1充電，在窄脈沖結(jié)束時的t3時刻，7腳的電壓為0.74Vcc，在此后的一段時間里C1通過R1放電，在編碼結(jié)束的t4時刻，7腳的電壓為0.1Vcc。此時數(shù)據(jù)提取電路檢測到7腳的電平為低電平，說明上一個脈沖為窄脈沖。由此可見MC145027并不是對接收到的脈沖信號直接進(jìn)行解碼，而是將輸入信號積分后進(jìn)行解碼，由于積分電路能濾除瞬間的尖脈沖干擾，因此MC145027接收的編碼信號即使受到某種程序的干擾，MC145027依然能夠進(jìn)行正確的解碼，這一點對于環(huán)境復(fù)雜的工業(yè)現(xiàn)場特別重要。

2. 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計

該檢測系統(tǒng)的硬件電路包括探頭電路和主機接口電路兩部分，主機和探頭之間傳輸?shù)母袷阶裱璏C145026的編碼格式。

2.1探頭電路

探頭電路的原理框圖如圖7所示。

主機發(fā)送至探頭的編碼信號線經(jīng)過信號傳至各個探頭，經(jīng)放大整形電路處理后送到 MC145027進(jìn)行解碼，當(dāng)?shù)刂放袛嘁恢潞螅琕T由低變高向單片機申請中斷，由單片機讀取解碼后的數(shù)據(jù)， MC145027能夠解出4位數(shù)據(jù)碼，4位二進(jìn)制的數(shù)據(jù)碼可以表示種命令，單片機根據(jù)命令的要求將采集到的數(shù)據(jù)（溫度、壓力、濕度等）按照 MC145026的編碼格式由P1.7輸出，再經(jīng)過驅(qū)動電路回送至主機。

2.2主機接口電路

以486或586微機作為主機，通過并行打印口與探頭交換數(shù)據(jù)的主機接口電路如圖8所示。MC145027 的A1～A5引腳的狀態(tài)決定主機的地址碼（00000），D6～D9分別和主機打印口的引腳13、12、10、11相連，上述4個引腳為打印機的狀態(tài)輸入口，口地址為 379H（279H），分別對應(yīng)于主機數(shù)據(jù)總線的D4～D7。主機通過打印口的14腳（口地址37AH/27AH，對應(yīng)于數(shù)據(jù)位D1）向各個探頭發(fā)送命令，探頭接到命令后向主機回傳所要求的數(shù)據(jù)，并通過 MC145027解碼后由主機讀取。MC145027的VT引腳接至打印口的1腳（口地址37AH/27AH，對應(yīng)于數(shù)據(jù)位D0），主機通過定時檢測VT腳的狀態(tài)來判斷是否有應(yīng)答數(shù)據(jù)到來。

3. 軟件的設(shè)計

3.1數(shù)據(jù)格式的定義

根據(jù)MC145026的編碼格式，在一個發(fā)送周期里可以發(fā)送9位數(shù)據(jù)信息，我們定義A1～A5為探頭和主機的地址信息,由于總共可表示243個地址碼,而主機的地址碼定義為00000,因而其余242個地址碼可供探頭使用; 在主機發(fā)至探頭的編碼里,除了A1～A5表示探頭的地址之外,尚有A6～A9共4位可以表示控制命令，共可組成個命令碼，設(shè)計時可以根據(jù)系統(tǒng)的要求將這16個命令碼一一定義，以供系統(tǒng)使用。在探頭發(fā)往主機的編碼里，前五位A1～A5是固定格式00000 ，表示主機的地址號，后四位A6～A9表示發(fā)往主機的數(shù)據(jù)，一個字節(jié)分兩次發(fā)送，先發(fā)高半字節(jié)（高四位），再發(fā)低半字節(jié)（低四位）。

3.2探頭地址碼的設(shè)置

MC145027的地址輸入腳（A1～A5）有三個狀態(tài)（高電平、平路、低電平）也就是說地址線是三進(jìn)制數(shù)據(jù)，而單片機的 I/O口是二進(jìn)制狀態(tài)（二進(jìn)制數(shù)據(jù)格式），在探頭電路中，為了使單片機發(fā)送的地址碼與 MC145027的地址碼相對應(yīng)，單片機必須能自動檢測自身的地址。在圖7所示的電路中，P1.0～P1.6作為地址設(shè)定腳，它們所表示的地址信息應(yīng)與 MC145027的地址（A1～A5）相同，這涉及到二進(jìn)制到三進(jìn)制轉(zhuǎn)換的問題。由于表示243個地址需要8 位二進(jìn)制數(shù)據(jù)，而單片機只有7位地址設(shè)定腳，另外的一位（最高位）只能由程序設(shè)定。這樣探頭的地址就可以比較靈活地設(shè)置，因而具有一定的通用性。

3.3單片機的軟件設(shè)計

探頭電路中的單片機主要用來完成以下幾個功能：（1）完成探頭電路的自檢；（2）接收并執(zhí)行主機發(fā)來的控制命令；（3）根據(jù)主機的命令完成相應(yīng)的動作；（4）按照MC145026 的編碼格式向主機發(fā)送數(shù)據(jù)。

3.4主機軟件的設(shè)計

主機軟件是整個控制系統(tǒng)的核心，在這里我們只討論和探頭通信有關(guān)的內(nèi)容。在主控軟件中設(shè)置一個定時中斷程序，以定時檢測 MC145027的VT腳的狀態(tài)，當(dāng)VT腳由低電平變?yōu)楦唠娖綍r，通過讀取379H/279H口的內(nèi)容來接收探頭發(fā)來的數(shù)據(jù)。當(dāng)主機向各探頭發(fā)送命令時，就可通過并行打印口的 14腳發(fā)送控制命令編碼。主機命令碼的發(fā)送格式也應(yīng)遵循MC145026的編碼格式。

4. 結(jié)束語

利用MC145027獨特的解碼方式能有效地克服工業(yè)現(xiàn)場的強電磁干擾，保證數(shù)據(jù)的可靠傳輸，利用單片機（或 486/586主機）模仿MC145026發(fā)送編碼數(shù)據(jù)可有效地利用系統(tǒng)資源，節(jié)藥成本，提高整個系統(tǒng)的可靠性。