基于PIC16F876A單片機的軌道壓力測試儀的實現(xiàn)

系統(tǒng)軟件設(shè)計
1 采樣和數(shù)據(jù)處理
①AD7705的讀寫時序
AD7705通過四線SPI與單片機通信，其讀寫時序圖如圖5(a)、(b)所示，讀寫過程中串行數(shù)據(jù)高位在前，低位在后。DRDY為低電平說明A/D已經(jīng)轉(zhuǎn)換完畢，數(shù)據(jù)已準備好，可以啟動讀寫指令。任何時候要對AD7705進行讀寫操作都須檢查DRDY是否為低。

圖5 AD7705讀寫時序圖

②AD7705的寄存器
第一個是通信寄存器(communication Register)，選擇采集通道、下一次操作是讀還是寫，以及下一次讀寫哪一個寄存器。
第二個是設(shè)置寄存器（Setup Register），決定校準模式、增益設(shè)置、極性設(shè)置以及緩沖模式。
第三個是時鐘寄存器(CLOCK Register)，設(shè)置濾波器記憶時鐘控制位。
軟件編程思路也是按這個順序?qū)懙?，先設(shè)置通信寄存器，其次寫設(shè)置寄存器，最后設(shè)置時鐘寄存器。設(shè)置完之后，只要檢測到DRDY為低電平，就可以啟動時鐘來讀取AD7705數(shù)據(jù)寄存器中已轉(zhuǎn)換好的數(shù)據(jù)。
2 數(shù)據(jù)處理算法思路
數(shù)據(jù)處理主要是將電壓信號轉(zhuǎn)換成壓力值，將采集來的數(shù)據(jù)進行轉(zhuǎn)換。已知：傳感器的參數(shù)為10mV對應(yīng)的是30kN，A/D的滿量程電壓為1.5V，設(shè)采集的A/D值為K，設(shè)換算后的壓力為X，10mV對應(yīng)的A/D值為D，增益為64，則由以上參數(shù)可求出：
(1)
(2)
式(2)就是轉(zhuǎn)換后的壓力值和采集的A/D值的關(guān)系。
因為單片機不支持浮點運算，為了能精確的顯示結(jié)果，用軟件模擬浮點除法運算，其主要思想是：定義一整型變量INTD，將除的結(jié)果存入INTD中，因為是整型變量，所以除法的結(jié)果只取了整數(shù)部分，例如5/4=1，模擬除法的算法主要依據(jù)這一特性。
第一步，如果采集來的值K大于932，K/932存入整型變量中即可得到整數(shù)部分。
第二步，用K對932取余得到R，顯然R小于932，然后得到小數(shù)點后第一位，再用R×10對932取余得到R1，小數(shù)點后第二位,以此類推，得到小數(shù)點后第三位dec3。
第三步，如果采集來的值K小于932，直接進行第二步操作。
第四步，與邏輯零點進行比較，得到理論壓力值，并進行BCD轉(zhuǎn)換在數(shù)碼管上顯示。

圖6 軟件流程圖

3 程序編程思路及流程圖
系統(tǒng)軟件編程采用狀態(tài)機機制，上電之后進行各個模塊的初始化，包括I/O口初始化、定時器初始化、SPI初始化等。初始化完后進入系統(tǒng)循環(huán)，在循環(huán)體中根據(jù)任務(wù)標志位進行任務(wù)處理，主要任務(wù)有：欠壓處理、數(shù)據(jù)采集、睡眠、關(guān)機等。在數(shù)據(jù)處理時，先采集通道2的值，然后采集通道1，如果傳感器未接，則采集來的值為零或者近似零，系統(tǒng)報警等待。如果采集來的值大于零，則參與運算。求出理論值顯示。