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1、收稿日期:2005207228作者简介:惠力(1977-),男,助理研究员,研究方向为海洋仪器仪表及自动控制。文章编号:100224026(2005) 0520009203总线式单片机应用系统设计孟庆明1,惠力1,朱洪海1,鲁成杰1,潘松峰2(1.山东省科学院海洋仪器仪表研究所,山东 青岛266001)(2.青岛大学自动化工程学院,山东 青岛266071)摘要:本文介绍了一种总线式通用单片机系统的设计方法,并将此系统应用于数字气象仪中。系统设计采用总线式结构,可以减少开发周期,易于扩展 、 排错 。关键词:单片机;总线结构;数字气象仪中图分类号:TP368.2 文献标识码:A1 概述随着嵌入式
2、控制技术的发展,传统的从单片机结构原理、 指令系统 、 操作规程到最终产品的直接设计方式已显现出不足,不仅开发设计周期长,调试难度大,而且在实际应用中,一处的损坏往往要更换整个的电路 ,维修成本高 、 周期长 。现在很多的领域正使用PC 104代替原先基于单片机的系统,这是因为采用PC 104开发系统具有开发周期短、 无须调试或只做简单调试、 控制程序使用现有的成熟的高级语言技术、 程序编制简单等优点 。但在实际的应用中使用PC 104或其他的工控机就显的有些“大材小用” ,为了能使设计的产品好用 、 够用 ,而且减少开发周期,提高效率 ,我们沿用PC机总线结构的思想,在基于单片机的系统设计时
3、将各个功能模块分别设计,再以自定义的总线连接而构成总线式单片机应用系统。图1总线结构的单片机系统传统的单片机系统设计方法是将各单元电路集成到一起,体积小 、 成本低 、 系统稳定度高,适合于专用的场合。系统完成后,不易扩展,系统出错时不易于快速定位出错点。要将此系统用到其他的领域则更加困难,而将已经成熟应用的各个单元模块分别制作,再通过总线方式相连(如图 1) 则可克服上述的不足。在系统完工后,若要扩展功能,只需设计所要扩展的单元电路板,然后通过总线与其它电路单元相连即可,无需重新设计通用的电路部分 ,这样可缩短设计周期,而且采用这种设计方法 ,当电路出错时,易于查错 、 除错 。各个单元电路
4、的分离也简化了调试过程,系统具有很好的通用性。第18卷 第5期2005年12月山东科学SHANDONG SCIENCEVol118No15Dec12005? 1994-2006 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http:/名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 4 页 - - - - - - - - - 2 总线的定义考虑到扩展的方便,我们定义的总线包
5、含下列信号: WR (读信号 ) 、 RD (写信号 ) 、 RST、 RST( 复位信号) 、 INT0、 INT1、 INT2、 INT3(中断信号 ) 、 ALE (地址锁存信号) 、 D0D7 (8 位数据线 ) 、 A0A7 (8 位地址线) 、 IORQ(外部输入输出请求) 、 RXD、 TXD 、 SDA ( I2C 数据线 ) 、 SC L (I2C 时钟线 ) 、 SI(SPI数据输入 ) 、 S O(SPI数据输出 ) 、 SCK(SPI时钟 ) 、 + 5V、 - 5V、 + 12V、 - 12V、 GND 等。3 硬件电路设计1 基于此总线我们分别制作的各个功能模块有:
6、单片机主机模块、 通讯接口模块、 数据存储板、 键盘显示模块、 LCD 显示模块、A D 模块、 D A 模块、 A D&D A 模块、 DI 模块、 DO 模块、 DI&DO 模块等。 为了使制作的模块今后可以和 PC 104连接使用 ,各个模块都有符合PC 104总线的插座,使用了 PC 104总线的 S D0S D7(8 位数据线) 、 AEN (地址允许信号 ) 、 +5V、 IOW( I O 写) 、 IOR(I O 读) 、 A0A9(地址线 ) 、 RESET(复位信号 ) 等信号线。此处以主机板、 A D&D A 板 、 DI&DO 板说明 。考虑到通用性,主机模块由单片机、
7、微处理器监控芯片、 EEPROM 、 程序存储器( ROM) 、 数据存储器(RAM) 、 日历时钟芯片、 字符型 LCD 接口 、 微型打印机接口、 键盘接口 、 地址译码电路、 信号驱动电路、 自定义接口 、 PC 104接口 、 RS 2232串行通讯接口等组成。主机模块的组成框图如图2。单片机采用华邦的W78E58B或 W78E516,前者有 32K 的应用程序存储器,后者有 64K 的应用程序存储器。两者都具有4K 的 LDROM 可用来存储控制ISP操作的程序,这为产品以后的升级换代提供了方便。它们与8052相比的扩展功能还有:增加了 256字节的内部RAM 和 4 位双向多用途编
8、程口P4,工作频率可以达40MHz 等 。日历时钟芯片采用DS12C887,与以前常用的DS12887相比 ,DS12C887多了一个字节的世纪存储单元。地址译码采用G AL 器件以减少采用数字IC 所占用的空间。微处理器监控芯片选用Xicor 公司的 X5045,X5045提供可选择的看门狗定时器 、 低 Vcc 检测复位 、 4K 位 EEPROM等功能 ,接口采用SPI方式 。其他的设计都采用成熟应用的器件,在此不再赘述。A D&D A 模板的组成框图如图3。A D&D A 模板主要由地址译码电路、 D A 通道 、 A D 通道 、 信号变换条理电路 、 总线接口等部分组成。DI&DO
9、模板的组成框图如图4。主要由地址译码电路、 DI(数字量输入 ) 通道 、 DO(数字量输出 ) 通道 、 光图2主机模块框图图3AD&DA模板框图01山 东 科 学 2005年? 1994-2006 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http:/名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 4 页 - - - - - - - - - 图4DI& DO模板框图
10、隔、 总线接口等部分组成。在电路器件的选择上尽量采用新的器件,新的电子元器件在性能 、 可靠性提高的同时功耗却大大降低了。电路设计时要充分考虑系统的抗干扰性、 稳定性以保证系统可在强干扰的环境下正常工作。4 软件设计2 ,3模块化的程序设计方法可以缩短设计开发周期,我们在设计中将程序分成了初始化模块、 基本输入输出模块、 中断处理模块、 公用函数 、 显示模块 、 键盘控制模块等。各个模块分别独立编程 ,分别调试 。实际工程应用中根据要求增加、 删减相应的模块 ,不同的项目通常只是在数据处理上有所不同。5 应用实例随着电子技术及计算机技术的发展,气象观测也由早期的人工观测转变为现在的仪器自动观
11、测与记录。我们利用上述的各个模块电路制作了可用于实际气象观测的自动化数字气象仪。项目要求制作的仪器可测量空气温度、 湿度 、 大气压力 、 风速风向 、 降雨量等气象参数并在出现异常天气状况时自动报警。由选用的传感器知测量温度、 湿度 、 压力等气象参数的传感器的输出信号为420mA 电流信号或 05V 电压信号,均为模拟量;风速风向 、 雨量传感器的输出信号为数字量。选用主机模板、 A D 模板、 DI 模板即可完成系统的设计。系统的组成框图如图5。图5数字气象仪组成框图软件上只需编写相应的数据处理部分,然后和其他已经编制好的模块进行系统联调即可。6 结束语采用已有的 、 成熟的模块进行软、
12、 硬件设计,具有应用范围广、 调试简单 、 开发周期短等优点,可以提高工作效率 ,是一种很好的设计方法。(下转第 19 页)11第5期惠力,等:总线式单片机应用系统设计? 1994-2006 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http:/名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 4 页 - - - - - - - - - RCT接收机的 LED 时间显示,
13、可以确认RCT接收机与信号发生器是严格同步的。从而最终验证了笔者所设计软硬件的正确性。表 1 是试验中采集的三组对比数据 。表1实验数据信号发生器面板时间显示RCT接收机LED显示时间09:25 :00 Fri 16 Mar 200404.03. 16 05 09:25 :0011:10 :26 Sun07 Nov 200404.11. 07 07 11:10 :0016:30 :00 Sat28 May 200505.05. 28 06 16:30 :004 结束语以电波钟为基准的时间控制器具有走时精确、自动校时的功能,与单纯内置时钟芯片的装置相比,在时间的精确性上有了显著提高,而且应用范围
14、广阔,不仅可以用于工厂、 矿区 、 学校等地方的时间控制,而且可以在家庭中当作家用电器的控制器,也可以独立用来准确报时。该控制器的输出设置技术新颖,可实现用户的多种需求 ;高度自动化的设计理念,可使其长期无人值守,避免了经常手动调节带来的繁琐与走时不准的缺点 ,因此该产品具有良好的市场前景,社会和经济效益显著。参考文献:1 童诗白,华成英.模拟电子技术基础M.北京:高等教育出版社,20002 万福君,潘松峰,等.单片微机原理系统设计与应用M.合肥:中国科学技术大学出版社,20013 李学海. PIC单片机实用教程M.北京:北京航空航天大学出版社,2002The time controllerb
15、ased on the radio control clockWU Cheng 2xuan,LV Bin ,QUJun 2le ,WangXiu2fen ,SONG Wen 2jie(Institute of OceanographicInstrumentation,Shandong Academy of Sciences,Qingdao266001,China)Abstract :Using RCT (Radio Controlled Technology ) can res olve the problemsof inaccuratetime and the cumulatingerror
16、sam ong m ost time controllers.Moreover,it hass omeadvantages ,such as low cost,sim ple circuit and so on.Key Words : radio control clock;RCT;time controller(上接第 11 页)参考文献:1 何立民.单片机应用系统抗干扰技术M.北京:北京航空航天大学出版社, 2001.2 周慈航.单片机应用程序设计技术M.北京:北京航空航天大学出版社, 1992.3 马忠梅.单片机的C语言应用程序设计M.北京:北京航空航天大学出版社,1999.The de
17、sign of applicationsystem for bus topology based single2chip microcomputerMENG Qing2ming1,HUI Li1,ZHU Hong 2hai1,LU Cheng 2jie1,PAN S ong2 feng2(1.Institute of Oceanographic Instrumentation,ShandongAcademy of Sciences,Qingdao266001,China)(2.Institute of Electric & Automatization,Qingdao University,Q
18、ingdao266071,China)Abstract :In this article we introduce a bustopologybasedsingle 2chip microcom puter application systemand the useofthe systemon digital meteorograph . With a designbasedon bustopology , this systempossesses an authentic shorteneddevelopment period and at the sametime , it provide
19、sa convenience on extensionand debugging.Key words:single2chip microcom puter;bus structure;digital meteorograph91第5期吴承璇,等:以电波钟为基准的时间控制器? 1994-2006 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http:/名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 4 页 - - - - - - - - -