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1、内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）题 目：基于Freescale HCS12系列单片机的结晶器振动控制系统位移数据采集39毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。作 者 签 名： 日 期： 指导教师签名： 日期： 使用授权说明本人完全了解 大学关于收集、保存
2、、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。作者签名： 日 期： 学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名： 日期：
3、 年 月 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名：日期： 年 月 日导师签名： 日期： 年 月 日注 意 事 项1.设计（论文）的内容包括：1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作）2）原创性声明3）中文摘要（300字左右）、关键词4）外文摘要、关键词 5）目次页（附件不统一编入）6）论文主体部分：引言（或绪论）、正
4、文、结论7）参考文献8）致谢9）附录（对论文支持必要时）2.论文字数要求：理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万字。3.附件包括：任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）。4.文字、图表要求：1）文字通顺，语言流畅，书写字迹工整，打印字体及大小符合要求，无错别字，不准请他人代写2）工程设计类题目的图纸，要求部分用尺规绘制，部分用计算机绘制，所有图纸应符合国家技术标准规范。图表整洁，布局合理，文字注释必须使用工程字书写，不准用徒手画3）毕业论文须用A4单面打印，论文50页以上的双面打印4）图表应绘制于无格子的页面上5）软件工程类课
5、题应有程序清单，并提供电子文档5.装订顺序1）设计（论文）2）附件：按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）次序装订3）其它基于Freescale HCS12系列单片机的结晶器振动控制系统位移数据采集摘 要结晶器是现代钢铁企业炼钢工艺的关键设备。钢水在结晶器中进行一次水冷，使其形成坯壳。最初的连铸机结晶器是静止的，在拉坯工程中极易与结晶器壁发生粘结，从而导致拉不动和拉漏事故，因此静止不振动的结晶器限制了连铸生产的工业化。结晶器按合适的规律进行振动能保证出料均匀，减少拉坯摩擦力，促使保护渣按一定的规律和节奏即使填充到结晶器和坯壳之间，形成一定厚度的润滑层，从而达到防止初生坯壳与结晶器之
6、间粘结而被拉裂。不难看出结晶器的振动位移对整个连铸过程起着至关重要的作用。针对上述问题，课题提出了一种基于Freescale HCS12系列单片机的结晶器振动位移数据采集系统。本文详细介绍了系统结构框图、硬件原理图及软件流程图等。硬件部分主要使用了MC9S12DG128芯片、AD7367等。软件部分采用C语言进行编程。由传感器发出的电流信号通过电流/电压转换芯片变成010V电压信号，经过AD7367转换成数字信号，送入单片机，进行滤波、标度变换等处理，然后由串口发出，并用上位机接收显示。关键词：结晶器；Freescale单片机；AD7367；数据采集内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）St
7、udy of Continuous Casting Mould Oscillating Based on the Freescale HCS12 MCU - Data Acquisition DisplacementAbstractIn the modern iron and steel enterprises, Mould Oscillating is the key steelmaking process equipment. After awater-cooled molten steel in the mold form a green shell. The initial mold
8、continuous casting machine is fixedly in the works .It can easily make the Mould felt with casting mold occur,and it may bring on pull leakage incidents. it does limit the vibration of a continuous casting mold of industrialized production . If the Mould is in accordance with the laws of the right v
9、ibration it will ensure uniformity of the material, and in a certain degree reduce the friction of the casting. It make the protecting liquid in accordance with the laws and rhythms, even if filled to the shell mold and the billet between the formation of a certain thickness of the lubrication layer
10、.So as to achieve the prevention of new-born billet mold shell and pulled between the adhesive and crack. It is not difficult to see that the vibration displacement of Mold plays a vital role in the entire continuous casting process.In response to these problems, the design put forward a Mould mold
11、vibration displacement data acquisition system based on the Freescale HCS12 MCU. It gives the system block diagram, schematic diagram of hardware and software flow chart, It uses some of the major hardware like MC9S12DG128 chip, AD7367 and so on. Software program uses C language.The sensor send out
12、current signal and the signal through the current / voltage converter chip into a 0 10V voltage signal. After it thread AD7367 and conversion into digital signals. In the single-chip the signal would be filted, transformed and then sent by the serial port.At last the data is received and show by the
13、 epistatic machine.Key words: Vibration； Freescale MCU；AD7367； Data acquisition内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）目 录摘 要IAbstractII第一章 序言11.1 连铸结晶器振动技术的发展及现状11.2 课题研究目的及内容31.2.1 课题研究目的31.2.2 课题研究内容3第二章 结晶器技术简介42.1 结晶器技术简介42.2 结晶器结构和功能5第三章 嵌入式系统简介及HCS12单片机73.1 嵌入式系统简介73.2 Freescale单片机83.2.1 Freescale单片机83.2.2 Frees
14、cale HCS12系列单片机10第四章 硬件设计114.1 整体电路设计114.2 MC9S12DG128单片机简介124.2.1 MC9S12DG128单片机的封装结构和引脚功能144.2.2 MC9S12DG128 MCU最小系统164.3 模数转换器件AD7367184.4 系统串口通信204.4.1 串行通信的基本概念214.4.1.1异步串行通信的格式214.4.1.2串行通信的波特率224.4.1.3 奇偶校验224.4.1.4串行通信的传输方式234.4.2 RS-232C的引脚功能234.4.2.1 RS-232C的引脚功能234.4.2.2 电平转换244.4.3 电平转换
15、芯片MAX20224第五章 软件设计及调试255.1 程序总体设计255.2 详细程序设计275.2.1 AD采样程序的软件设计275.2.2 滤波程序设计275.2.3 标度变换程序设计285.2.4 延时子程序285.2.5 串口程序设计295.2.6 软件调试30第六章 结论31参考文献32附录A 程序源程序34附录B 硬件原理图38致 谢39第一章 序言1.1 连铸结晶器振动技术的发展及现状在现代钢铁企业中，结晶器是炼钢工艺的关键设备。最初的连铸机结晶器是静止的，在拉坯过程中极易与结晶器壁发生粘结，从而导致拉不动和拉漏事故，因此静止不振动的结晶器限制了连铸生产的工业化。1993年现代连
16、铸的奠基人德国的西格弗德里容汉斯(Siegflied Junghans)开发了结晶器振动装置，并成功地应用于有色金属的连铸。1949年S容汉斯的合作者艾尔文罗西(Irving Rossi)获得了容汉斯振动结晶器专利的使用权，并在美国约阿勒德隆钢公司(Allegheng Lundluln Steel Corporation) Waterbliet厂的一台方坯连铸试验机上采用了振动结晶器。与此同时，容汉斯振动结晶器又被用于西德曼内斯曼(Mannesmann)公司胡金根(Huckingen)厂的一台连续铸钢试验连铸机。容汉斯振动的结晶器在这两台连铸机上的成功应用，使其在钢连铸中迅速得到了广泛应用。从
17、此，结晶器振动便成了连铸机的标准操作。1972年日本钢管厂的福山厂在其5号机上应用了液压伺服非正弦振动技术，实现了板坯2.3m/min的平均拉速，并且投入工业应用。1985年日本神户制刚所对铸坯表面质量的影响进行研究，在实验室用水模拟实际钢液。采用两台三级高响应的伺服阀直接装在液压缸上并联驱动对称液压缸，为改善结晶器液压振动系统的阻尼，在液压缸上下两腔用节流阀调节泄漏，工作液采用不易燃的磷酸脂。1992年德马克的ISP薄板坯连铸连轧生产线在意大利的阿尔维迪厂建成，采用的连铸机为弧形，结晶器为上直下弧型。德马克认为在高频小振幅振动下结晶器铜板的磨损量最小。结晶器采用非正弦振动的振动机构为液压激振
18、式。应用液压振动的另一有代表性的研究工作是法国钢铁研究院(IRSTD)与CLECLM设计制造的结晶器液压振动系统，并进行了模拟试验研究。结果表明，应用非正弦振动可以有效地减少结晶器内部的摩擦力，使振痕深度减轻，铸坯表面质量明显改善。在试验的基础上，又设计制造了两台数字模拟式液压振动工业试验装置，分别装在SOLLAC的2号板坯连铸机和Unlmetel Normandie厂的小方坯连铸机上。随后，CLECIM又为SOLLAC厂设计制造了一台工业性液压振动装置，采用了全数字控制方式，设备于1993年安装在SOLLAc的2号板坯连铸机上。在国内，随着连铸铸坯热传送装置及直接轧制技术的发展，生产节奏大幅
19、加快，为了提高企业的生产效率，实现高效连铸的目标，需要工艺、设备、生产组织和管理、物流管理、生产操作以及与之配套的炼钢车间各个环节的协调与统一。而高精度、长寿的结晶器振动装置是高效连铸关键技术之一，这其中包括振动装置硬件的优选及结晶器振动形式、振动工艺参数的软件优化。因此一些较大企业开始出资引进国外先进设备和技术。(l)西安重型机械研究所(西重所)经过数年理论研究与试验，研发出国内第一套具有全部自主知识产权的液压振动装置。目前己在宝钢集团上钢五厂薄板坯连铸机、唐钢集团第一炼钢厂板坯连铸机、攀钢集团炼钢厂大方坯连铸机上得到良好应用。(2)由奥钢联提供的液压非正弦振动器技术于1995年在ARMCO
20、 Mnafield厂薄板坯连铸机上首次投入运行。实践证明，液压伺服系统是可靠的，灵活的，液压伺服驱动的振动装置可以产生非正弦振动波形、正弦振动波形和其它任意的波形振动，实现控制过程监控，实时显示，并可根据拉坯速度的变化自动调节振动参数，便于实现结晶器振动操作的优化，它能为每一次浇铸设置最佳的振动参数，并且振动参数可以在线调节。(3)2004年攀枝花钢铁集团公司增建了2号板坯连铸机，该机采用达涅利公司开发的结晶器和结晶器液压振动INMO(Integral Motion)系统。INMO结晶器是Dnacili的一项专利技术，它是结晶器和振动机构组合成一体，振动质量小，提供相对于铸流中心线的结晶器振动
21、的精确导向，可获得零误差导向系统，再配上液压振动装置，即可在所有浇铸条件下获得良好的铸坯表面质量。(4)2005年4月宝钢研究院建成兼顾板坯、薄板坯生产试验的多功能连铸试验平台，同时与国内协作单位共同研究，开发了国内首台适用于板坯连铸的结晶器电液伺服振动系统，通过半工业化试验环境下的优化研究，预期将形成设备和工艺相结合的成套技术，并拟将这一技术推广应用于市场。在连铸结晶器振动技术的发展过程中，相继出现了同步振动、负滑动振动、正弦振动、非正弦振动等多种振动方式。但迄今为止，工业中广泛使用的仍然是用直流电机或交流变频电机通过偏心凸轮驱动双摇杆机构实现结晶器正弦振动。这主要是因为用偏心凸轮实现正弦波
22、振动波形精确，而且加工容易；同时，正弦波振动与铸坯拉速没有严格要求，既不像同步振动那样，要求结晶器下降速度与铸坯同步，上升比拉速大三倍；也不像负滑动振动那样，结晶器上、下振动与铸坯拉速有较严格的关系。而且，正弦振动的结晶器速度和加速度分别按正弦和余弦规律变化，在上、下死点速度变化瞬间，冲击力不会过大，速度变化较平稳。因此，近年来在板坯和方坯连铸机上得到了广泛应用。1.2 课题研究目的及内容1.2.1 课题研究目的连铸是指使钢水连续不断地通过水冷结晶器，凝成硬壳后从结晶器下方出口连续拉出，经喷水冷却全部凝固后切成坯料的铸造工艺。它与传统的“模铸开坯”工艺相比，具有明显优势。连铸坯的产量占整个钢产
23、量的百分率可反映一个国家炼钢工艺的先进水平，因而连铸比的提高受到国内外的广泛重视。结晶器及其激振系统是连铸机中的重要组成部分。使用飞思卡尔HCS12系列单片机实现结晶器振动位移的在线检测和控制，把钢水进行一次冷却，使其形成坯壳，同时保证出料均匀，减少拉坯摩擦力，避免钢水粘壁、漏钢，改善铸坯表面质量。数据通过CAN总线传至上位机，实现控制过程监督、实时显示振动参数，提高连铸坯质量和提高结晶器振动品质，从而实现连铸过程的自动化。1.2.2 课题研究内容结晶器振动促使保护渣按一定的规律和节奏及时填充到结晶器和坯壳之间，形成有一定厚度的润滑层，以防止其初生坯壳与结晶器之间粘结而被拉裂。本设计主要控制结
24、晶器按一定得规律振动，并在线检测振动效果，运用PID规律调节偏差。为了实现以上目标，本课题主要涉及以下内容：结晶器振动波形产生、位移数据采集、PID数据处理、CAN总线通信。本文负责位移数据采集系统的设计。第二章 结晶器技术简介2.1 结晶器技术简介结晶器的振动相当于一种脱模的作用，其目的是防止铸坯粘结发生拉裂或漏钢。结晶器振动装置由两个油缸驱动结晶器作上下振动，以防止在浇钢过程中钢水与结晶器铜板发生粘连。并且还能周期性地改变钢液面和结晶器壁的相对位置，有利于改善结晶器内壁表面的润滑状况，减小粘结阻力和摩擦阻力，还可改善铸坯的表面质量。结晶器振动的引入作为一个关键因素加速了连续铸钢技术的发展。
25、结晶器按照外部形状分为直结晶器和弧形结晶器；按铸坯断面形状分为方坯(大方坯的断面边长大于200mm、小方坯的断面边长小于150mm)、板坯(指厚度比超过2:51的铸坯)、矩形坯、圆坯和异形断面结晶器；按照结构形式分为整体式、管式、组合式和可调宽式。方坯连铸机的振动装置主要是采用机械振动(正弦振动曲线)，而板坯连铸机的振动装置主要采用机械振动(正弦振动曲线)和液压振动(正弦和非正弦曲线)。机械振动有电机驱动的短臂四连杆式和电机驱动的四偏心轮、板簧导向(或其他方式导向)式。液压振动有单液压缸驱动短臂四连杆式、双液压缸驱动的短臂四连杆式或垂直升降式。机械振动和液压振动在应用上各有优缺点，机械振动装置
26、具有可靠性高，技术成熟、加工制造比较容易，操作简单、整体投资低的优势；液压振动控制精度高，振动波形、振幅和频率可以在浇铸过程中随意调整，且更加适合板坯生产。中薄板坯连铸机生产工艺:钢水是由转炉(精炼炉)炼出，放到大包转台上的受包位，大包转台旋转180度到浇铸位。在钢包全部转到浇铸位置后，钢水由大包的滑动水口流入中间包车。此时钢水在大包中温度为1558.5，流入中间包车温度为1553。大包操作工人打开滑动水口，钢水由长水口流入中间罐车，当中间罐车里的钢水达到一定量后，中包工人调节中包塞棒，控制侵入式水口流入结晶器钢水的流量。钢水由结晶器向下流入扇形段(扇形段分为:弯曲段、弧形段、矫直段和水平段)
27、。此时，扇形段夹紧，驱动辊压下，把板坯从扇形段拉出，由火焰切割机通过定尺对板坯进行切割。切割好的板坯通过输出区辊道(移坯小车)把板坯运到下一道工序轧机的炉前辊道。图2.1连铸机结构示意图2.2 结晶器结构和功能结晶器类型按其内壁形状，可分直形及弧形等；按铸坯规格和形状，可分圆坯、矩形坯、正方坯、板坯及异型坯等；按其结构形式，可分整体式、套筒式、水平式及组合式等。（1）整体式结晶器的结构组成结晶器内壁和外壳部分都采用同一材料，即用整块紫铜或铸造黄铜机械加工而成，并在其内壁周围钻削许多小孔，用以通水冷却钢水和坯壳。结晶器内壁的形状和大小，取决于铸坯断面的形状和尺寸。（2）套管式结晶器的结构组成套管
28、式结晶器的外壳是圆筒形，结晶器的内壁用冷拔无缝钢管制成。在结晶器的下部安装辊子目的是减少铸坯塌方。结晶器需用润滑油润滑。（3）组合式结晶器组合式结晶器广泛应用在大型连铸机上，特别是板坯连铸机上，宽度和厚度都能调节。 结晶器内衬铜壁直接影响了结晶器的使用寿命，正确选择材质是延长结晶器使用寿命的关键，目前通常采用铜基合金。如图2.2为结晶器电液伺服振动装置，采用阀控缸驱动双摇杆机构实现结晶器的往复振动，将液压缸的位置通过位移传感器反馈到综合端与指令信号比较得到误差信号，然后由计算机算得控制量并经过D/A和电流负反馈放大器后驱动电液伺服阀构成闭环控制系统。利用计算机产生各种指令信号，通过选择适当的控
29、制规律使系统输出跟踪指令信号从而获得所要求的振动规律。 机械振动的振动装置由直流电动机驱动，通过万向联轴器，分两端传动两个蜗轮减速机，其中一端装有可调节轴套，蜗轮减速机后面再通过万向联轴器，连接两个滚动轴承支持的偏心轴，在每个偏心轮处装有带滚动 图2.2结晶器电液伺服振动装置轴承的曲柄，并通过带橡胶轴承的振动连杆支撑振动台，产生振动。 结晶器振动装置用于支撑结晶器并使其沿铸机半径作近似圆弧的上下往复振动。连续浇铸中一直进行这种振动，以防止坯壳与结晶器粘结而被拉裂，并有利于保护渣在结晶器壁的渗透使结晶器得以充分润滑和顺利脱模。对结晶器振动的技术要求是：（1）振动的方式能有效地防止因坯壳的粘结而造
30、成拉漏事故；（2）振动参数有利于改善铸坯表面质量，形成表面光滑的铸坯。结晶器振动的功能是防止拉坯坯壳与结晶器粘结，同时获得良好的铸坯表面，因而结晶器向上运动时，减少新生的坯壳与铜壁产生粘结，以防止坯壳受到较大的应力，使铸坯表面出现裂纹；而当结晶器向下运动时，借助摩擦，在坯壳上施加一定的压力，愈合结晶器上升时拉出的裂痕，这就要求向下的运动速度大于拉坯速度，形成负滑脱。第三章 嵌入式系统简介及HCS12单片机3.1 嵌入式系统简介嵌入式系统最初的应用是基于单片机的。嵌入式系统是一种将底层硬件、实时操作系统和应用软件相结合的专用计算机系统。嵌入式系统是对对象进行自动化控制，而使其具有智能化并可嵌入对
31、象体系中的专用计算机系统，“嵌入性”、“专用性”与“计算机系统”是嵌入式系统的三个基本要素。嵌入式系统通常由嵌入式处理器、嵌入式外围设备、嵌入式操作系统和嵌入式应用软件等几大部分组成。1嵌入式处理器嵌入式处理器是嵌入式系统的核心部件。嵌入式处理器与通用的处理器的最大不同点在于嵌入式CPU大多工作在为特定用户群设计的系统中。它通常把通用CPU中许多由板卡完成的任务集成在芯片内部，从而有利于嵌入式系统设计趋于小型化，并具有高效率、高可靠性等特征。嵌入式处理器可分为低端的嵌入式微控制器、中高端的嵌入式微处理器、嵌入式处理器和高度集成的嵌入式片上系统。几乎每个大的硬件厂商都推出了自己的嵌入式处理器，其
32、中以Freescale、ARM、PowerPC、MC68000、MIPS等使用得最为广泛。2. 嵌入式外围设备嵌入式外围设备是指在一个嵌入式硬件系统中，除了嵌入式处理器以外的完成存储、通信、保护、调试、显示等辅助功能的其他部件。根据外围设备的功能可分为以下3类：(l)存储器类型:静态易失型存储器(RAM，SRAM)、动态存储器(DRAM)、非易失型存储器(ROM，EPROM，EEPROM，Flash)。其中，Flash(闪存)以可擦写次数多，存储速度快，容量大及价格便宜等优点在嵌入式领域得到广泛的应用；(2)接口类型:目前存在的所有接口在嵌入式领域中都有广泛的应用，但是以下几种接口，其应用最为
33、广泛，包括RS一232接口(串口)、IRDA(红外线接口)、SPI(串行外设接口)、I2C(现场总线)、USB(通用串行接口)，Enternet(以太网接口)和并口；(3)显示类型：CTR，LCD和触摸屏等外围显示设备。3嵌入式操作系统在嵌入式应用中，为了使嵌入式开发更方便、快捷，就需要具备相应的管理存储器分配，中断处理，任务间通信和定时器响应，以及提供多任务处理等功能的软件模块集合，即嵌入式操作系统。嵌入式操作系统的引入大大提高了嵌入式系统的性能，方便了嵌入式应用软件的开发设计。当今流行的嵌入式操作系统包括Vxworks，Linux，C/OS-，Deltaus，pSOS等。每一种嵌入式操作系
34、统都有自身的优越性，我们需要根据自己的实际应用来合理选择。4嵌入式应用软件嵌入式系统的软件开发的特点是:以面向过程为主，代码的利用率高，代码的规模小，实时性强。过去的嵌入式系统软件开发，大多从汇编开始，并以汇编语言开发为主。这样的开发只能做简单的控制和算法，而应用需求复杂时，开发周期将大大增加，不利于新产品的快速面市。随着嵌入式系统硬件的不断发展，如处理器主频提高，存储器容量扩大，硬件体积减小等特点，嵌入式系统的软件开发也发生了一些变革。嵌入式应用软件是针对特定的实际专业领域的，基于相应的嵌入式硬件平台的，并能完成用户预期任务的计算机软件。用户的任务可能有时间和精度的要求。嵌入式应用软件和普通
35、的应用软件有一定的区别。由于嵌入式应用对成本十分敏感，因此为减少系统成本，除了精减每个硬件单元的成本外，尽可能地减少嵌入式应用软件的资源消耗也是不可忽视的重要因素。这就要求嵌入式应用软件不但保证准确性、安全性、稳定性以满足应用要求，还要尽可能地优化。3.2 Freescale单片机3.2.1 Freescale单片机Freescale系列单片机采用哈佛结构和流水线指令结构，在许多领域内都表现出低成本，高性能的的特点，它的体系结构为产品的开发节省了大量时间。此外Freescale提供了多种集成模块和总线接口，可以在不同的系统中更灵活的发挥作用。飞思卡尔（Freescale）半导体公司，就是原来的
36、Motorola公司半导体产品部。于2004年从Motorola分离出来，更名为Freescale。 Freescale提供了多种集成模块和总线接口，可以在不同的系统中更灵活的发挥作用。Freescale单片机的特有的特点如下：（1）全系列：从低端到高端，从8位到32位全系列应有尽有，最近还新推出8位/32位管脚兼容的QE128，可以从8位直接移植到32位,弥补单片机业界8/32 位兼容架构中缺失的一环！（2）多种系统时钟模块：三种模块，七种工作模式多种时钟源输入选项，不同的MCU具有不同的时钟产生机制，可以是RC振荡器，外部时钟或晶振，也可以是内部时钟，多数CPU同时具有上述三种模块！可以运
37、行在FEI，FEE，FBI，FBILP，FBE，FBELP，STOP这七种工作模式。（3）多种通讯模块接口：与其它系列的单片机不同，Freescale单片机几乎在内部集成各种通信接口模块：包括串行通信接口模块SCI，多主I2C总线模块,串行外围接口模块SPI，MSCAN08控制器模块，通用串行总线模块（USB/PS2）。（4）具有更多的可选模块：某些MCU具有LCD驱动模块，某些MCU带有温度传感器，某些MCU具有超高频发送模块，部分MCU含有同步处理器模块，某些含有同步处理器的MCU还具有屏幕显示模块，还有少数的MCU具有响铃检测模块和双音多频/音调发生器模块。（5）可靠性高，抗干扰性强（6
38、）低功耗也许Freescale系列的单片机具有全静态的“等待”和“停止”两种模式，从总体上降低了功耗。（7）多种引脚数和封装选择 可以说Freescale系列单片机具有的MCU种类是最多的了，有些MCU本身就有几种不同的引脚数和封装形式，这样就可以满足用户的各种需求。图3.1 Freescale单片机结构框图Freescale 系列中都包含了一个MCU（微控制器），它的基本含义是：在一块芯片上集成了中央处理器、存储器（RAM/ROM等）、定时器/计数器以及多种输入/输出接口的比较完整的数字处理系统。具体框图如图3.1。3.2.2 Freescale HCS12系列单片机Freescale公司的
39、HCS12系列MCU型号有很多种，其工作电压一般为5V，时钟频率最高可达25MHz。在这些不同型号的MCU中，资源各有不同，即使是同一种型号的MCU，也有多种封装形式，其中I/O口数目也不尽相同，MC9S12DG128就有80引脚的QFP、112引脚的LQEF两种封装形式。Freescale HCS12系列MCU的型号数量庞大，为了方便实际应用选型，需要了解Freescale HCS12系列MCU的命名方法。下面是MC9S12Dx128B为例介绍起基本命名规则：MC 9 S12 Dx 128B xxx E 为产品状态。MCFully Qualified，在实际应用中，通常都选用MC类型的产品。
40、 为存储器类型标志。无表示内带ROM或者片内没有程序存储器；7表示片内带有EPROM或者一次可编程ROM；8表示片内带EPROM；9表示片内带flash EPROM。 为CPU标志。HCS12表示其中央处理器使用CPU12核。 为系列标志。Dx表示为D系列产品。 为存储空间的大小及版本。256为FLASH版本，表示256KB的FLASH存储空间。 为工作温度范围标志。“无”表示商用温度范围070；C表示-4085；V表示-40105；M表示-40125。 为封装标志位。它表示芯片的封装形式：FU表示80引脚的QEP封装，PV表示112引脚的LQFP封装。 为无铅组装标志。E表示芯片生产过程无铅
41、化，是绿色电子组装技术的发展方向。第四章 硬件设计4.1 整体电路设计结晶器振动控制系统主要可分为6大部分：数字量输入/输出模块、A/D转换模块、阀芯反馈拉速、D/A转换模块、电源模块、CAN总线模块。本次设计四人主要负责D/A转换模块、A/D转换模块、PID控制系统的设计和CAN总线模块。本文主要讨论A/D转换模块的设计和调试，其它部分有其他同学分工完成。图4.1 总体设计框图图4.2 A/D采集模块原理图A/D转换模块主要完成位移数据的采集功能，并对数据进行初步的整理运算。硬件选择MC9SDG128型单片机，AD7367作为AD转换芯片。传感器发出的电流信号转换为010V电压信号，A/D转
42、换器件AD7367接收此电压信号（本设计中由于设备的原因，采用模拟的电压信号作为输入信号），转换后的数字量在Freescale HCS12系列单片机HC9S12DG128进行处理后，重新变为位移量，并通过串口传输到上位机，上位机显示所接收到的位移量。总体设计框图如图4.1。为了实现这些功能，硬件设计原理图如图4.2。4.2 MC9S12DG128单片机简介MC9S12DG128微控制器采用增强型16位S12CPU，片内总线时钟频率最高可达25MHZ；片内资源包括8KB RAM、128KB FLASH、2KB EEPROM；SCI、SPI、PWM串行接口模块；PWM模块可设置成4路8位或2路16
43、位，可宽范围选择逻辑时钟频率；它还提供2个8路10位精度A/D转换器、控制器局域网模块CAN和增强型捕捉定时器，并支持背景调试模式（BDM）。具体S12微控制器特点如下：*S12的核心：16位S12CPU：20位ALU，指令队列，增强型索引地址；多种外部总线接口（MEBI）；模块映射控制机制（MMC）；断点（BKP）；背景调试模块（BDM）。*CRG时钟和复位发生器：锁相环（PLL）；看门狗（COP watchdog）；实时中断（RTI）；时钟监视器（CM）。*带中断功能的8位和4位端口：可编程的上升沿或下降沿触发。*存储器：128KB FLASH；2KB EEPROM；8KB RAM。*2个
44、8通道模/数转换器：10位精度；外部触发转变功能。*3个1Mbps的CAN总线模块，兼容CAN2.0A/B：5个接收缓冲器，3个发送缓冲器；4个独立的中断通道，分别是发送中断、接收中断、错误中断和唤醒中断；低通滤波器唤醒功能。*增强型捕捉定时器：16位计数器，7位预分频功能；8个可编程输入捕捉或输出比较通道；4个8位或2个16位脉冲累加器。*8个PWM通道：每个通道的周期和占空比由程序决定；8位8通道或16位4通道；各通道独立控制；脉冲在周期内中心对称或左对齐输出；可编程时钟选择逻辑；紧急事件关断输入；可作为中断输入。*串行口：2个异步串行通信接口（SCI）；2个同步串行设备接口（SPI0；B
45、yteflight模块。*I2C总线：兼容I2C总线标准；多主I2C总线模块。*LQFP112和QFP80封装选择：5V输入和带驱动能力I/O；5VA/D转换器输入；50MHZ系统频率；单线背景调试模块；片上硬件断点。4.2.1 MC9S12DG128单片机的封装结构和引脚功能MC9S12DG128 MCU具有两种封装形式，分别是80引脚和112引脚，本文给出112引脚，如图：图4.3 MC9SDG128引脚图可以把全部引脚分为I/O引脚及MCU最小系统支撑引脚两大类：（1）I/O口引脚:模拟量输入：ATD1引脚号为68、70、72、74、76、78、80、82作为第一功能时普通输入口，第二功
46、能是ADT1输入引脚，第三功能82引脚是ADT1外部触发输入引脚；ATD0引脚号为67、69、71、73、75、77、79、81作为第一功能也是普通的输入口，第二功能是ADT0输入引脚，第三功能81引脚是ADT0外部触发输入引脚。A口：引脚号5764，作为第二功能，宽总线模式下，多路复用外部地址和数据。B口：引脚号2431，作为第二功能，宽总线模式下，多路复用外部地址和数据。E口：36号引脚，作为第二功能，总线模式下当前总线是否处于空闲周期，作为第三功能，晶振选择；37、38号引脚，作为第二功能，MCU工作模式的选择，作为第三功能，指令队列跟踪信号引脚，并且内部下拉；39号引脚，作为第二功能，非正常单片模式，内总线时钟外部链接引脚；53号引脚，作为第二功能，低字节选通，作为第三功能，的引脚；54号引脚，作为第二功能，外部读写功能引脚且内部上拉；55、56号引脚，作为第二功能，外部中断输入引脚且内部上拉。H口：引脚号3235，作为第三功能，中断输入引脚；引脚号4952，作为第二功能，串行外围接口（SPI1），作为第三功能，中断输入引脚。J口：98、99号引脚，作为第二功能，CAN4的发送数据的输出引脚；作为第三功能，I2C模块的串行时钟引脚；21、22号引脚，作为第二功能，KWJ1、KWJ0；作为第三功能，PJ1、PJ0。