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)動器及外部顯示存儲器所需的全部控制信號，并且它還有一個內(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，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，液晶的顯示及與上位機(jī)的通信;控制各個功能模塊的工作，溫度的采集計算和控制，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。這款芯片最多能識別64個按鍵

3、電路擴(kuò)展了一個串口，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)動電機(jī);

3 系統(tǒng)的硬件設(shè)計方案

本章分節(jié)介紹了各個控制模塊的硬件設(shè)計與實現(xiàn)方案，系統(tǒng)硬件按功能劃分為以下幾個功能模塊： 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)及液晶字庫存儲模塊、液晶顯示模塊、穩(wěn)壓芯片模塊。在各個模塊設(shè)計中詳細(xì)敘述了其工作原理、設(shè)計思想以及實現(xiàn)方法。

3.1單片機(jī)模塊設(shè)計

單片機(jī)作為系統(tǒng)的微處理器，其性能對整個系統(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)實際系統(tǒng)的需要和產(chǎn)品的性價比，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32位內(nèi)核文件寄存器，可減少中斷延時

• 預(yù)取高速緩存模塊可加速從閃存的執(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12 KB的引導(dǎo)閃存)

• 8 KB至32 KB的SRAM存儲器

• 引腳與大部分PIC24/dsPIC® 器件兼容

• 多種功耗管理模式

• 多個具有獨(dú)立可編程優(yōu)先級的中斷向量

• 故障保護(hù)時鐘監(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器，確保器件可靠工作

• 2個編程和調(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

實時數(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

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，單單三個檢測模塊(FID、ECD、TCD)就需要超過72個控制口，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IO口連續(xù)送出24位，由三個74HC595級聯(lián)后控制各模塊。

3.2.2 模塊設(shè)計與實現(xiàn)

圖2 74HC595控制模塊電路圖

如圖所示，此為三個檢測模塊中的一部分，由三個595級聯(lián)而成，單片機(jī)只提供三個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存儲器，三態(tài)輸出功能。 移位寄存器和存儲器是分別的時鐘。 數(shù)據(jù)在SCHcp的上升沿輸入，在STcp的上升沿進(jìn)入的存儲寄存器中去。如果兩個時鐘連在一起，則移位寄存器總是比存儲寄存器早一個脈沖。 移位寄存器有一個串行移位輸入(Ds)，和一個串行輸出(Q7’),和一個異步的低電平復(fù)位，存儲寄存器有一個并行8位的，具備三態(tài)的總線輸出，當(dāng)使能OE時(為低電平)，存儲寄存器的數(shù)據(jù)輸出到總線。3.3電磁閥控制模塊設(shè)計