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基于AVR單片機的煤礦傳感器設(shè)計

作者: 時間:2013-12-12 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏


3.1 89系列單片機的弊端

89系列單片機采用CISC(復(fù)雜指令系統(tǒng))結(jié)構(gòu)。復(fù)雜指令計算機系統(tǒng)設(shè)計目的是要用最少的機器語言指令來完成所需的計算任務(wù)。但這種架構(gòu)造成CPU結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性和對CPU工藝的要求。

由于89系列單片機的結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性;使其集成度相對較低,如片內(nèi)集成FLASH ROM較少、無、無看門狗電路等,導(dǎo)致開發(fā)產(chǎn)品可能存在以下問題:

(1)運行速度降低

89系列單片機采用復(fù)雜指令系統(tǒng),使其程序的運行效率降低,同時程序的復(fù)雜也導(dǎo)致存儲程序的FLASHRAM加大,甚至可能采用擴充存儲器。

(2)故障率加大

89系列單片機需增加的外圍電路,使電路的復(fù)雜性增加,故障率加大。

(3)升級不方便

通常89系列單片機程序的寫入需要專用的編程器,升級程序不方便。

3.2 的優(yōu)點

由于89系列單片機的固有缺點,所以采用RISC(精簡指令系統(tǒng))的單片機越來越受到青睞,并大有取代89系列單片機的趨勢。目前采用精簡指令系統(tǒng)的單片機主要有Atmel公司的AVR系列單片機與MICRO-CHIP公司的PIC系列單片機。Atmel公司的是1997年由Atmel公司研發(fā)的基于RISC技術(shù)的高速8位單片機,其主要優(yōu)點如下:

(1)高性能

采用HARVARD結(jié)構(gòu),指令為16位,執(zhí)行指令與取指令同時進行,每1個時鐘周期可執(zhí)行1條指令,其運行速度是復(fù)雜指令計算機系統(tǒng)的15~20倍。

(2)內(nèi)置FLASH存儲器

AVR單片機內(nèi)置的FALSH存儲器從1~128 kB都有,可根據(jù)需要選擇不同的芯片并可以擴充。FALSH可寫次數(shù)達10 000次以上。

(3)內(nèi)置多種外圍電路

AVR單片機內(nèi)置獨立的看門狗、A/D轉(zhuǎn)換、、PWM輸出、上電自動復(fù)位等電路,應(yīng)用AVR單片機大大簡化了外圍電路,提高了電路的可靠性。

(4)具有SPI編程功能

SPI編程功能使更新AVR程序僅僅需要幾根線即可,省去了撥下芯片的麻煩,避免了更新程序時損壞單片機的可能性。

由以上對比可以看出,使用AVR單片機設(shè)計,將大大降低其外圍電路的復(fù)雜性,并提高電路可靠性,使其成為升級換代的首選。

4 使用AVR單片機設(shè)計的礦用傳感器

AVR單片機共分為Tiny,At90s,Atmega三個檔次。根據(jù)需求,此處決定采用Atmega8L作為主芯片。AtmegaSL最高8 MHz工作頻率,工作電壓2.7~5.5 V,有8 kB的Flashrom,1 kB的RAM,512 kB的,8路10位A/D轉(zhuǎn)換,能滿足應(yīng)用需要,其電路原理框圖如圖2所示。

基于AVR單片機的煤礦傳感器設(shè)計

傳感器核心控制單元采用Atmega8L-8AU單片機,PB口的PB3,PB4配置為SPI下載線接口,并與外殼上的接口相連,用于程序更改與升級。PB口PB1配置為聲光報警輸出,以用于檢測值超過設(shè)定值后報警。PC口的PC0配置為A/D轉(zhuǎn)換輸入口。由于輸入信號幅度較小,故在電路中加入1級由LM358構(gòu)成的放大電路。PC口的PC2配置為紅外線接收口,用于接收遙控板送來的信息。PD口用于4位數(shù)碼顯示。

特別注意的是,在硬件設(shè)計上,為降低A/D轉(zhuǎn)換噪聲,需要在AVCC引腳連接A/D轉(zhuǎn)換專用電源。并且由于AVR芯片內(nèi)部的A/D轉(zhuǎn)換參考電壓不夠穩(wěn)定,故在其Aref引腳配置由精密穩(wěn)壓集成電路TL431構(gòu)成的參考電壓,以保證A/D轉(zhuǎn)換的準確性。目前正在應(yīng)用的的軟件系統(tǒng)經(jīng)過幾年的使用與改進,軟件系統(tǒng)已漸趨成熟,加之AVR單片機支持C語言,所以不需要重新開發(fā)新的軟件系統(tǒng),僅對原有的煤礦傳感器的軟件系統(tǒng)作簡單的改變即可移植到以AVR為核心的傳感器上,改進成本低,轉(zhuǎn)變?nèi)菀住?BR>
使用AVR設(shè)計煤礦傳感器外圍元件少、結(jié)構(gòu)簡單、工作效率高、成本低(每片Atmega8單片機售價不足10元)。同時AVR芯片在設(shè)計時即考慮了其安全性,只需簡單配置即可達到保密的作用,無需在軟加密上多下功夫,有效地保護了自己的知識產(chǎn)權(quán)。所以AVR單片機是設(shè)計礦用傳感器部件的首選。

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