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1、南通纺织职业技术学院毕业设计（论文）出租车计价器系统的模拟设计徐满意班 级 07自动控制 专 业 电子信息工程(自动控制) 教 学 系 机电技术系 指导老师 何 晖 完成时间2010年3月10日至2010年5月20日 前言随着人们生活水平的不断提高，汽车已经成为生活中主导的交通工具，汽车产业蓬勃发展。在汽车产业的推动下，一门新兴的电子学科汽车电子，得以迅速的发展。20世纪80年代以来，提高汽车性能，节约能源和保护环境，主要取决于电子控制技术。在汽车上，电子控制技术主要用于汽车动力性、安全性、舒适性和娱乐通讯信息控制。随着机电一体化汽车和电子化汽车的诞生，汽车电子学和汽车电子控制技术等新科学、新
2、技术正在蓬勃发展。近年来，随着高性能单片机技术的不断发展，单片机在电子控制领域中占据了不可替代的重要地位。MCS-51系列单片机经过十几年的发展，从性能、指令功能、运算速度、控制能力等方面都有很大的提高。目前MCS-51兼容的产品多达几百种，单片机的应用日益广泛，具有广阔的发展前景，已被越来越多的技术工作者所关注和应用。出租车计价器是出租汽车必不可少的附件，用于记录里程、等待时间、是否往返、起步公里数与价格的关系，它能有效地避免司机与乘客之间的矛盾，保证双方的利益。本文介绍的模拟出租车计价器能根据里程总数、等待时间长短、是否往返、起步公里数的情况作出相应报价和打印票据等。该模拟电路由输入部分：
3、车速检测电路、键盘扫描电路和输出部分：LCD显示部分、蜂鸣电路、信息存储、打印机、电机驱动电路组成。希望通过本文的设计实例，对专业学习内容作一次仿真的演练，再一次学习和提高自已的专业理论水平，为今后的专业工作打下基础。 目录一、设计方案说明11.1计价器系统设计技术要求11.1.1计价器功能简述11.1.2设计任务和要求11.2计价器系统设计方案论证21.2.1控制器21.2.2 显示模块31.2.3 信息存储模块选择31.2.4 电机驱动模块51.2.5 电源部分6二、硬件电路设计72.1 单片机系统的I/O口分配72.2 电源电路82.3 I2C 串行总线132.4 打印机172.5 LC
4、D 液晶显示192.6 步进电机驱动电路242.7 看门狗电路252.8 车速检测电路27三、软件设计293.1 程序设计思路293.2 程序总体流程框图30四、设计总结31五、结束语32参考文献33 出租车计价器系统的模拟设计摘要 :本论文主要阐述了模拟出租车计价器系统设计，该计价器采用AT89S52单片机为其控制核心，实现计价器的测速、记录里程/时间、计算金额、打印、信息存储、电机调速等功能。计价器主要就是对检测电路、键盘电路进行信号采集，并根据其信号做出相应的动作显示、打印、存储、报警、电机调速。以AT89S52核心控制输入出入接口采用必要的隔离处理和看门狗电路，软件中也设置了软件陷阱，
5、提高了整个系统的抗干扰能力。关键字：AT89S52 I2C LCD 一、设计方案说明1.1计价器系统设计技术要求1.1.1计价器功能简述出租车计价器用于记录里程、等待时间、是否往返、起步公里数与价格的关系，它能有效地避免司机与乘客之间的矛盾，保证双方的利益。模拟出租车计价器能根据里程总数、等待时间长短、是否往返、起步公里数的情况作出相应报价和打印票据等。该模拟电路由输入部分：车速检测电路、键盘电路和输出部分：LCD显示部分、蜂鸣电路、信息存储、打印机、电机驱动电路组成。功能框如图1.1所示：图1.1 功能框图1.1.2设计任务和要求用LCD液晶屏显示器显示A.里程数(Z)，单位为公里B.金额数
6、(J)，单位为元C.总等待时间(T)，显示小时和分钟D.计价器工作状态规定出租车的单程价格为2元/公里，往返则价格为1.5元/公里，单价由单程/往返按键设定。车速3公里/小时的时间累积为总等待时间T(分钟)，每5分钟等待时间相当于里程数增加1公里。起步公里数为3公里，价格为8元；若实际运行大于3公里，超出3公里的里程按“设计任务2”计算价格。用单片机控制电机转动，转速为5转/秒对应车速为5公里/小时，50转/秒对应车速为50公里/小时，以此类推。要求公里数误差不超过10%。到达目的地后，按“暂停”键，计价器停止计价，模拟电机停止转动，再按一次又能返回前一状态。按“清除”键，计价器能将记录数据(
7、里程、等待时间与价格等)自动清0。按“打印”键，计价器能将记录数据打印出来。按“调速”键，电机能以不同的速度运行。注：考虑到实际应用过程中，随着物价的变动，计价器的价格也会随着改变，本系统增加了价格调节功能，但为了避免出租车司机随意调节价格，又增加了电子锁功能，这样只有在输入正确的密码情况下才能对价格进行调节。当计价器停止工作状态时，按“调节”键，计价器进入密码界面，按“移位”键选择要修改哪一位密码的数字，按“增加”键(数字09循环)，改变密码数据，再次按“调节”键，进行密码确认，如果密码正确，直接进入调节界面，否则无法进入调节界面，并提示密码错误。进入调节界面时，“调节”键起到了移位功能，没
8、按一次，将分别指向“单程单价”、“往返单价”、“起步公里”、“起步价格”并循环，按“增加”键、“减小”键对价格进行调节，等调节完毕后，按一下“复位”键退出价格调节界面。由于该电路采用了I2C存储芯片AT24C02，所以掉电后数据不会丢失，即不必每次上电都对其进行调节。1.2计价器系统设计方案论证1.2.1控制器该系统设计电路以AT89S52单片机为控制核心。AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K 在系统可编程 Flash 存储器。使用 Atmel 公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业 80C51 产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦
9、适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的 8 位 CPU 和在系统可编程Flash，使得 AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。 AT89S52具有以下标准功能： 8k字节Flash， 256字节RAM，32 位 I/O 口线，看门狗定时器，2 个数据指针，三个 16 位定时器/计数器，一个6向量 2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。另外，AT89S52 可降至 0Hz 静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，
10、直到下一个中断或硬件复位为止。AT89S52的在系统编程见表1表1 AT89S52的ISP下载口引脚号第二功能P1.0T2（定时/计数器T2的外部计数输入），时钟输出P1.1T2EX（定时/计数器T2的捕捉/重载触发信号和方向控制）P1.5MOSI（在系统编程用）P1.6MISO（在系统编程用）P1.7SCK（在系统编程用）AT89S52定时/计数器2控制寄存器见表2定时器2寄存器：寄存器T2CON和T2MOD包含定时器2的控制位和状态为，寄存器对RCAP2H和RCAP2L是定时器2的捕捉/自动重载寄存器。T2CON的地址为0C8H，可位寻址，复位值：0000 0000B表2 AT89S52定
11、时/计数器2控制寄存器TF2EXF2RLCLKTCLKEXEN2TR2C/ CP/ 76543210表3 AT89S52定时/计数器2控制寄存器功能说明符号功能TF2定时器 2 溢出标志位。必须软件清“0” 。RCLK=1 或 TCLK=1 时，TF2不用置位。EXF2定时器 2 外部标志位。EXEN2=1 时，T2EX 上的负跳变而出现捕捉或重载时，EXF2 会被硬件置位。定时器 2 打开，EXF2=1 时，将引导 CPU执行定时器 2 中断程序。EXF2 必须如见清“0” 。在向下/向上技术模式（DCEN=1）下EXF2不能引起中断。 RCLK串行口接收数据时钟标志位。若 RCLK=1，串
12、行口将使用定时器 2 溢出脉冲作为串行口工作模式 1 和 3 的串口接收时钟；RCLK0，将使用定时器1计数溢出作为串口接收时钟。 TCLK 串行口发送数据时钟标志位。若 TCLK=1，串行口将使用定时器 2 溢出脉冲作为串行口工作模式 1 和 3 的串口发送时钟；TCLK0，将使用定时器1计数溢出作为串口发送时钟。 EXEN2 定时器2外部允许标志位。当EXEN2=1时，如果定时器2没有用作串行时钟，T2EX（P1.1）的负跳变见引起定时器 2 捕捉和重载。若 EXEN20，定时器2将视T2EX端的信号无效 TR2 开始/停止控制定时器2。TR2=1，定时器2开始工作 C/ 定时器 2 定时
13、/计数选择标志位。C/ 0，定时；C/ 1，外部事件计数（下降沿触发） CP/ 捕捉/重载选择标志位。当EXEN2=1时，CP/ 1，T2EX出现负脉冲，会引起捕捉操作；当定时器2溢出或EXEN2=1时T2EX出现负跳变，都会出现自动重载操作。CP/ 0 将引起 T2EX 的负脉冲。当 RCKL=1或TCKL1时， 此标志位无效， 定时器2溢出时， 强制做自动重载操作。 通过上述条件可知AT89S52拥有3个定时计数器和支持在线编程，由于计价器控制系统数据处理及控制器件较多，普通的51单片不能满足要求，而AT89S52的性能可以满足电路的要求，其市场上很普遍，价格便宜，所以选择AT89S52为
14、控制器的控制核心。1.2.2 显示模块方案一：采用数码管显示。若采用数码管显示，优点在于价格便宜，但是数码管显示需要外接驱动芯片电路，不但电路显的繁琐，而且这样占用单片机的I/O口，将增加软件的编写，增加CPU的负担。另外，该系统需要显示的数据较多，还有部分文字显示，这是数码管无法实现的。方案二：采用LCD液晶显示采用LCD液晶显示，它不需要多余的外围驱动电路，单片机I/O口可以直接进行驱动控制，而且采用LCD串行口，大大的节约了单片机的I/O口，而且软件编写也比较简单，节约了CPU资源。另外，LCD液晶显示比较直观、清晰，可以显示文字和图形，这样完全可以满足该系统的需要，所以采用LCD做显示
15、器模块。1.2.3 信息存储模块选择方案一：采用并行E2PROM 2816采用2816优点很明显并行传输数据比串行传输数据快，但是缺点也很多，首先2816为24个引脚，体积比较大；由于2816采用并行传输数据，本身单片机的数据口就很有限，需外接地址锁存器，这样将增加硬件电路的复杂性；还有2816为片外扩展芯片，这样单片机的读/写引脚也被占用；另外在选择芯片时要考虑到：芯片的最大读取时间、电源容差、工作温度及老化时间等，还应该注意芯片的速度能否和单片机的 信号匹配，若上述因素考虑不周，会造成工作不可靠，甚至不能工作。方案二：采用串行总线E2PROM AT24C02该系统采用AT24C02作为信息
16、存储器。AT24C02是一个2K位串行CMOS E2PROM， 内部含有256个8位字节，采用CATALYST公司的先进CMOS技术实质上减少了器件的功耗。AT24C02有一个16字节页写缓冲器。该器件通过I2C总线接口进行操作，有一个专门的写保护功能。AT24C02工作可靠性参数见表4表4 AT24C02工作可靠性参数符号参数最小单位参考测试模式NEND耐久性1,000,000周期/字节MIL-STD-883 测试方法1033TDR数据保存时间100年MIL-STD-883 测试方法1008VZAPESD2000VMIL-STD-883 测试方法3015ILTH上拉电流100mAJEDEC
17、标准17极限参数：工作温度工业级-55 +125 商业级0 +75 贮存温度-65 +150 各管脚承受电压-2.0 Vcc+2.0V Vcc管脚承受电压-2.0 +7.0V 封装功率损耗（Ta=25） 1.0W 焊接温度(10 秒) 300 输出短路电流100mA由于AT24C02采用I2C总线传输数据，它具有体积小、成本低、电路连线简单、占用系统地址线和数据少，而且AT24C02市场上很常见，价格便宜，所以采用AT24C02作为信息存储器。1.2.4 电机驱动模块方案一：采用步进电机驱动模块 BY-2HB02M采用BY-2HB02M优点： BY-2HB02M 为PWM电流控制器件 极低的电
18、源损耗，极高的开关效率 驱动电压最高32VDC，驱动电流0.12.0A可调 细分数可由拨码开关设定11，12，14，18，116，132，164，1128 所有输入信号与功率放大部分光电隔离散热器外壳与驱动器内部完全电绝缘但是BY-2HB02M成本较高，体积较大。方案二：采用大电流驱动功率MOSFET管IRF9530该驱动模块结合通用光电耦合器PC817作为IRF9530的栅极控制端，起到了光电隔离效果，使外界杂散信号无法干扰CPU的正常运行，CPU控制端口与光耦之间通过高速CMOS门电路74HC07来驱动光电耦合器PC817，起到了配合CPU的快速动作响应。由于PC817、IRF9530、7
19、4HC07市场上很常见，价格便宜，占用空间小，所以选择此步进电机驱动模块。1.2.5 电源部分方案一：采用开关电源优点：功耗小，效率高。在开关电源电路中，晶体管V在激励信号的激励下，它交替地工作在导通截止和截止导通的开关状态，转换速度很快，频率一般为50kHz左右，在一些技术先进的国家，可以做到几百或者近1000kHz。这使得开关晶体管V的功耗很小，电源的效率可以大幅度地提高，其效率可达到80%。体积小，重量轻。开关电源没有采用笨重的工频变压器，由于调整管V上的耗散功率大幅度降低后，省去了较大的散热片。由于这两方面原因，所以开关电源的体积小，重量轻。稳压范围宽。从开关电源的输出电压是由激励信号
20、的占空比来调节的，输入信号电压的变化可以通过调频或调宽来进行补偿。这样，在工频电网电压变化较大时，它仍能够保证有较稳定的输出电压。所以开关电源的稳压范围很宽，稳压效果很好。缺点：开关稳压电源的缺点是存在较为严重的开关干扰。开关稳压电源中，功率调整开关晶体管V工作在开关状态，它产生的交流电压和电流通过电路中的其他元器件产生尖峰干扰和谐振干扰，这些干扰如果不采取一定的措施进行抑制、消除和屏蔽，就会严重地影响整机的正常工作。此外由于开关稳压电源振荡器没有工频变压器的隔离，这些干扰就会串入工频电网，使附近的其他电子仪器、设备和家用电器受到严重干扰。方案二：采用线性电源优点：线性电源由于没有开关量的介入
21、，所以没有斜坡产生；频率变化较慢，即辐射较小。缺点：由于线性电源功率型器件一直处于工作状态，当有用不完的能量就会损耗在功率型器件上，全部转化成热能，这样势必会减小元器件的使用寿命，影响最终的使用效果，所以线性电源的转化效率不高（50%60%）。综合上述因素考虑，该电源系统采用线性电源。理由：线性电源辐射小、没有斜坡产生，价格便宜，稳定性好。考虑到系统中有大功率负载步进电机，所以采用双电源供电，这样系统工作时不会因电机的启、停影响到CPU供电系统，使CPU工作于稳定的电源下，这样也减少了干扰产生，提高了系统抗干扰能力，并且在稳压芯片L7805CV上加了散热片，延长其使用寿命。 二、硬件电路设计2
22、.1 单片机系统的I/O口分配根据图1.1框图该设计规划的计价器系统硬件部分主要由电源电路、LCD液晶显示模块、电机驱动电路、信号检测电路、打印机、看门狗电路、信息存储器、键盘、蜂鸣电路等电路组成。I/O口分配见图2.1 图2.1 I/O口分配图该系统以AT89S52为控制核心，P0口用作打印机的数据口、键盘的输入端，P1口用作LCD液晶显示数据口、信息存储通道、蜂鸣电路的使能端，P2口用作步进电机驱动端口、打印机的使能端，INT0作为信号检测端口。当计价器开始工作时，CPU采集输入端口的信号，并根据采集到的信号，做相应的数据处理，通过LCD液晶屏显示其数据。单片机I/O口分配如下：P0.0：
23、单程按键控制端，低电平有效P0.1：往返按键控制端，低电平有效P0.2：暂停按键控制端，低电平有效P0.3：清除按键控制端，低电平有效P0.4：打印按键控制端，低电平有效P0.5：调节按键控制端，低电平有效P0.6：增加按键控制端，低电平有效P0.7：减小/移位按键控制端，低电平有效P0口：打印机的并行数据口P1.0：LCD串行片选信号，低电平有效P1.1：LCD串行数据口P1.2：LCD串行同步时钟P1.3：LCD复位端，低电平有效P1.4：I2C串行时钟线P1.5：I2C串行数据/地址线P1.6：看门狗清零端，高电平有效P1.7：蜂鸣电路使能端，低电平有效P2.0：步进电机调速按键，低电平
24、有效P2.1P2.4：步进电机控制端，低电平有效P2.6：打印机片选端，上升沿有效P2.7：打印机工作状态端，高电平（忙碌）P3.2：信号检测端，低电平有效2.2 电源电路根据工程统计分析，智能系统有70%的干扰是通过电源耦合进来的。因此，提高电源系统的供电质量，对确保系统安全可靠运行是非常重要的。该电源电路原理框图如图2.2所示。图2.2 电源电路原理框图2.2.1 热敏电阻热敏电阻工作原理：主要特征是随着外界环境温度的变化，其阻值会相应发生较大改变。热敏电阻分类：根据温度系数分为两类：正温度系数热敏电阻(PTC)和负温度系数热敏电阻(NTC)。PTC：电阻阻值随温度升高而增大。主要用于恒温
25、加热、低电压加热、空气加热、过电流保护、过热保护、温度传感、延时启动。NTC：电阻阻值随温度升高而降低。主要用于温度测量、温度补偿、抑制浪涌电流。该电源系统采用热敏电阻NTC10D-9将其串联进电源输入端，刚上电时由于电阻的温度(常温T=25左右)很低，因此有一定的阻值（R=10），能有效的抑制开机浪涌电流，通电一段时间后，根据焦耳定律Q=i2rt，温度很快升高阻值R趋于0，因此它损耗的功率可以忽略不计。2.2.2 电源滤波器 图2.3 电源滤波器干扰噪声来源：A.空间磁场。通过电磁波辐射串入仪器，如雷电、无线电波。B.传输通道。各种干扰通过仪器的输入输出通道传入，特别是长传输线受到的干扰更严
26、重。C.配电系统。如来自市电的工频干扰，它可以通过电源变压器分布电容和各种电磁路径对测试系统产生影响。各种开关、可控硅的启闭，元器件的机械振动等都会对测试过程引起不同程度的干扰。干扰噪声的分类：按噪声传导模式分类可分为：常模噪声和共模噪声。A.常模噪声：又称线间感应噪声或不对称噪声。在这种线路里，噪声电流和信号电流的路径在往返两条线上是一致的。这种噪声一般难以消除，但根据噪声变化较快，而且变化波形不规则的特点，利用处理电路可以有效的消除常模噪声。（主要来自电网）B.共模噪声：又称地感应噪声或不对称噪声。这种噪声入侵线路和地线间，噪声电流在两条线上各流过一部分，以地为公共回路，而信号电流只在往返
27、两条线路中流过。从本质上讲，这种噪声是可以消除的。（主要来自外界干扰）该电源系统采用如图2.3所示的电源滤波器。A.常模噪声滤波器：由L1、L2、CC1组成的LC滤波电路。感抗Z=L，由于常模噪声电路的路径和信号电流的路径在往返两条线上是一致的而且噪声信号变化很快，而信号频率（f=50HZ）变化稳定并且很慢,所以Z1=L1、Z2=L2很大及对常模噪声有抑制作用而对信号电流无抑制作用；容抗Z=1/(C),对于噪声信号容抗电流Z很小（相当于导通），对于信号电流容抗Z很大（相当于断路），所以信号噪声电流不会流 入下一级电路。(CBB电容CC1对高频分量起旁路作用)B.共模噪声滤波器：由共模扼流圈、C
28、C2、CC3组成的两路LC串联滤波电路。共模扼流圈：如图2.4 所示，在同一磁环上绕两组方向相反的线圈，根据右手螺旋定则可知，当在输入端A、B两端加上极性相反，信号幅值相同的常模信号电流时，有实线所示的电流I2，在磁芯中产生的磁通2，只要保证两绕组完全对称，则磁芯中两不同方向的磁通相互抵消，总磁通为0，线圈电感几乎为0，对常模信号无阻抗作用。若在输入端A、B两端加极性相同，幅值相等的共模信号电流时，有虚线所示的电流I1，在磁芯中产生虚线所示的磁通1，则磁芯中通有相同方向而互相加强的磁通，使每一线圈的电感值为单独存在时的两倍，因此对共模噪声信号有很强的抑制作用。（高压瓷片电容CC2、CC3对高频
29、分量起旁路作用） 图2.4 共模扼流圈C.电感L的选取：理论上电感量越高对EMI(电磁干扰)抑制效果越好，但过高的电感量将使得截止频率f0更低，而实际的滤波器只能做到一定的带宽，也就使高频噪声抑制的效果变差；另外，电感量越高，则线圈匝数越多，磁芯两端的ui越高，这样将造成低频阻抗增加，匝数增加使分布的电容也随之增大，使高频电流全部经此电容流通，过高的 ui使磁芯记忆饱和。标准EMI测试频宽为：10KHZ-30MHZ，该电源系统取f0=20KHZ。根据串联谐振公式f0=1/(2 ),则L=1/(2f0)2C，即L1=L2=1/(2*3.14*50000)2*0.1*10-6=633.89uH,
30、共模扼流圈=1/(2*3.14*50000)2*2200*10-12=28.8mH。2.2.3 稳压电路由LM2575-12和脉动滤波器(L4、CC5、CC8)构成的电源电路1,如图2.5所示 图2.5 LM2575构成的稳压电源电路1由L7805CV构成的电源电路，如图2.6 所示 图2.6 L7805CV构成的稳压电源电路2由于步进电机功耗比较大，所以采用两路电源供电。LM2575-12A. LM2575系列开关稳压集成电路是美国国家半导体公司生产的1A集成稳压电路，它内部集成了一个固定的振荡器，只须极少外围器件便可构成一种高效的稳压电路，可大大减小散热片的体积，而在大多数情况下不需散热片
31、；内部有完善的保护电路，包括电流限制及热关断电路等；芯片可提供外部控制引脚，是传统三端式稳压集成电路的理想替代产品。 图2.7 LM2575内部结构B.LM2575引脚功能：VIN:未稳压电压输入端；OUTPUT:开关电压输出端，接电感及快速恢复二极管；GND:公共端地；FEEDBACK:反馈输入端； /OFF:控制输入端，接公共端时，稳压电路工作；接高电平时，稳压电路停止工作。C.LM2575工作原理：LM2575内部框图如图2.7所示，从图中可以看出LM2575内含52kHz振荡器、基准电路、热关断电路、电流限制电路、放大器、比较器及内部稳压电路等。将稳压输出的电压接到反馈输入端的目的是同
32、内部电压基准比较，若电压偏低，则用放大器来控制内部振荡器以提高输出占空比，从而提高输出电压。D.LM2575外围元器件的选择：电感的选择：根据输出电压、最大输入电压Vin(MAX)、最大负载电流Load（MAX）等参数选择电感时可参照相应的电感曲线图来查找所需采用的电感值。该电路取L=470uH。电容的选择：输入电容应大于47uF，并要求尽量靠近电路。而输出电容推荐使用的电容为100uF470uF，其耐压值应大于额定输出的1.52倍，输入电容推荐值为100uF。该电路取CC6=100uF/25V，CC7=330uF/25V。(L4、CC8组成脉动滤波器)二极管的选择：二极管的额定电流值应大于最
33、大负载电流的1.2倍，但考虑到负载短路的情况，二极管的额定电流值应大于LM2575的最大电流限制；另外二极管的反向电压应大于最大输入电压的1.25倍。该电路选取肖特基二极管IN5819=1A/40V。L7805CVA.外围电路电容的作用：C1为滤波电容，通过放电为电路提供放电电流；C2为抗干扰电容，用以旁路在输入导线过长时引入的高频干扰脉冲；C3为去耦滤波电容，使得输出电压更趋于平滑；C4具有改善输出瞬态特性和防止电路产生自激振荡的作用。B.滤波电容的计算： 根据S 定义，滤波电容: (uF)Ic为电容放电电流，取IC=IOmax=0.4A；t为电容放电时间，t=T/2=1/(50x2)=0.
34、01s； UIP-P为稳压器输入端等效的纹波电压峰-峰值,取4x10-3，则C1= 1000uF，电容的耐压值为UCM Ui=17V，即C1应选取标称值为1000uF/25V。直流侧IC滤波 图2.8 IC滤波该系统中对每一颗IC的VCC和GND之间接0.1uF的积层电容，以使电源电压波的波纹及杂散信号有所旁路，不致影响该IC的正常运行；同时也抵消导电电路的电感性，使整个电路具有较佳的稳定性。电路图如图2.8所示。2.3 I2C 串行总线2.3.1 I2C串行总线I2C串行总线概述：I2C总线是PHLIPS公司推出的一种串行总线，是具备多主机系统所需的包括总线裁决和高低速器件同步功能的高性能串
35、行总线。（如图2.9所示） 图2.9 I2C串行总线I2C总线只有两根双向信号线，一根是数据线SDA，另一根是时钟线SCL，通过上拉电阻接正电源。当总线空闲时，两根线均为高电平，连到总线上的任一器件输出的低电平，都将使总线的信号变低，即各器件的SDA及SCL都是线“与”关系。（如图2.10所示） 图2.10 I2C总线“线与”I2C总线工作原理：A.数据位的有效性规定：I2C总线进行数据传送时，时钟信号为高电平期间，数据线上的数据必须保持稳定，只有在时钟线上的信号为低电平期间，数据线上的高电平或低电平状态才允许变化。（如图2.11所示） 图2.11 I2C总线数据传输时序B.起始和终止信号：S
36、CL线为高电平期间，SDA线由高电平向低电平的变化表示起始信号；SCL线为高电平期间，SDA线由低电平向高电平的变化表示终止信号。（如图2.12所示） 图2.12 I2C总线起始和终止信号时序起始和终止信号都是由主机发出的，在起始信号产生后，总线就处于被占用的状态；在终止信号产生后，总线就处于空闲状态。连接到I2C总线上的器件，若具有I2C总线的硬件接口，则很容易检测到起始和终止信号。接收器件收到一个完整的数据字节后，有可能需要完成一些其它工作，如处理内部中断服务等，可能无法立刻接收下一个字节，这时接收器件可以将SCL线拉成低电平，从而使主机处于等待状态。直到接收器件准备好接收下一个字节时，再
37、释放SCL线使之为高电平，从而使数据传送可以继续进行。C.数据传送格式：字节传送与应答：每一个字节必须保证是8位长度。数据传送时，先传送最高位（MSB），每一个被传送的字节后面都必须跟随一位应答位（即一帧共有9位）。如果一段时间内没有收到从机的应答信号，则自动认为从机已正确接收到数据。（如图2.13所示） 图2.13 I2C总线数据传送格式时序分析：若由于某种原因从机不对主机寻址信号应答时（如从机正在进行实时性的处理工作而无法接收总线上的数据），它必须将数据线置于高电平，而由主机产生一个终止信号以结束总线的数据传送。如果从机对主机进行了应答，但在数据传送一段时间后无法继续接收更多的数据时，从机
38、可以通过对无法接收的第一个数据字节的“非应答”通知主机，主机则应发出终止信号以结束数据的继续传送。当主机接收数据时，它收到最后一个数据字节后，必须向从机发出一个结束传送的信号。这个信号是由对从机的“非应答”来实现的。然后，从机释放SDA线，以允许主机产生终止信号。数据帧格式：I2C总线上传送的数据信号是广义的，既包括地址信号，又包括真正的数据信号。在起始信号后必须传送一个从机的地址（7位），第8位是数据的传送方向位（R/T），用“0”表示主机发送数据（T），“1”表示主机接收数据（R）。每次数据传送总是由主机产生的终止信号结束。但是，若主机希望继续占用总线进行新的数据传送，则可以不产生终止信号
39、，马上再次发出起始信号对另一从机进行寻址。 在总线的一次数据传送过程中，可以有以下几种组合方式：a、主机向从机发送数据，数据传送方向在整个传送过程中不变S从机地址0A数据A数据A/ P注：有阴影部分表示数据由主机向从机传送，无阴影部分则表示数据由从机向主机传送。 A表示应答， A非表示非应答（高电平）。S表示起始信号，P表示终止信号。b、主机在第一个字节后，立即从从机读数据S从机地址1A数据A数据 Pc、在传送过程中，当需要改变传送方向时，起始信号和从机地址都被重复产生一次，但两次读/写方向位正好反相。S从机地址0A数据A/ S从机地址1A数据 P2.3.2 E2PROM AT24C02AT2
40、4C02是典型的I2C总线接口器件，其特点是：单电源供电；采用低功耗COMS技术；工作电压范围(1.85.5V)；自定时写周期(包括自动擦除)、页面写周期的典型值为2ms；具有硬件写保护。(如图2.14所示) 图2.14 AT24C02引脚图图中，SCL为串行时钟引脚；SDA为串行数据/地址引脚；WP为写保护(当WP为高电平时，存储器只读；当WP为低电平时，存储器可读可写)；A0、A1、A2为片选或块选。器件的SDA为漏极开路引脚，需接上拉电阻到VCC，其数据的结构为8位。输入引脚内接有滤波器，能有效抑制噪声。自动擦除(逻辑“1”)在每一个写周期内完成。AT24C02控制字节要求：AT24C0
41、2的芯片地址如下图，1010为固定，A0，A1，A2正好与芯片的1，2，3引脚对应，为当前电路中的地址选择线，三根线可选择8个芯片同时连接在电路中，当要与哪个芯片通信时传送相应的地址即可与该芯片建立连接，该系统中的三根地址线都为0。最后一位R/W为告诉从机下一字节数据是要读还是写，0为写入，1为读出。1010A2A1A0R/W注：主机发送地址时，总线上的每个从机都将这7位地址码与自己的地址进行比较，如果相同认为自己正被主机寻址，根据R/W位将自己确定为发送器或接收器。从机的地址由固定部分和可编程部分组成。在一个系统中可能希望接入多个相同的从机，从机地址中可编程部分决定了可接入总线该类器件的最大
42、数目。如一个从机的7位寻址位有4位是固定位，3位是可编程位，这时仅能寻址8个同样的器件，即可以有8个同样的器件接入到该I2C总线系统中。 图2.15 AT24C02写字节时序AT24C02写字节操作：在指定地址写入1字节数据。首先主器件发送起始信号S后，发送写控制字节，即1010A2A1A00，然后等待应答信号，指示从器件被寻址，由主器件发送的下一字节为字地址，为被写入到AT24C02的地址指针；主器件接收来自AT24C02的另一个应答信号以后，将发送数据字节，并写入到被寻址的存储器地址；AT24C02再次发送应答信号，同时主器件将产生停止信号P，以结束写字节操作。(AT24C02写字节时序如
43、图2.15所示)AT24C02读字节操作：指定1个需要读取的存储单元地址。首先主器件给出一个起始信号，然后发出从器件地址1010A2A1A00，再发送需要读的存储器地址；在收到从器件的应答信号ACK后，产生一个开始信号S，以结束上述写过程；再发送一个读控制字节，从器件AT24C02在发送ACK信号后发送8位数据，主器件发 后发送一个停止信号，以结束AT24C02读字节操作。(AT24C02读字节时序如图2.16所示)AT24C02读写字节程序A.写一字节void write_add(uchar address,uchar date)start();/起始信号writebyte(0xa0);/写
44、器件地址respons();/应答信号writebyte(address);/指向要写的地址(AT24C02内部)respons();/应答信号writebyte(date);/写入数据respons();/应答信号stop();/停止信号 图2.16 AT24C02读字节时序B.读一字节uchar read_add(uchar address)uchar a;start();/起始信号writebyte(0xa0);/写器件地址respons();/应答信号writebyte(address);/指向要读的地址(AT24C02内部)respons();/应答信号start();/起始信号wr
45、itebyte(0xa1);/读器件地址respons();/应答信号a=readbyte();/读字节函数stop();/停止信号return a;2.4 打印机在智能仪器仪表中对数据(尤其是对模拟量)的记录，记录数据最直观的方式就是在记录纸上描绘出曲线图形，微型打印机以其价格优廉、便携在智能仪器系统中得到了广泛的应用。(图2.17为TPp微型打印机接口电路图)TPp微型打印机特点：打印速度为1.2行/秒，打印宽度为16字符/行，36个通用的ESC打印命令，支持并行和串行通讯。(该系统采用并口传输数据) 图2.17 TPp微型打印机TPp微型打印机并行接口引脚定义： ：数据选通触发脉冲，上升沿时读入数据；DB0DB7:并行数据口； ：应答脉冲，低电平表示数据已被接受，打印机可以接收下一个数据；BUSY：打印机状态输出，高电平时表示打印机忙，不能接收数据；PE： 接地；SEL：经电阻上拉“高”电平，表示打印机在线； ：经电阻上拉“高”电平，表示无故障。并行传输数据时序如图2.18所示： 图2.18 并行传输数据时序根据时序，并行口数据输出函数：void prt(uchar d)stb=1;busy=1;/置I/O口高阻抗输入状态while(busy); /判断打印机是否忙碌P0=d;/发送数据stb=0; /读取数据(上升沿)stb=1;常用的打印命令控制字：0x1