基于单片机的通用测控系统的设计.doc

摘要： 目前，随着芯片技术及单片机功能的不断发展和成熟，单片机技术已经在工业测控系统中得到了广泛的应用。市场上出现了很多型号的单片机和相应的外围模块化产品，尤以8051系列。功能强大的各种单片机的确减轻了控制系统设计人员的工作量，但它存在两个问题：其一，在选定单片机过程中没有考虑软硬件的综合设计，即只考虑了硬件的方便性，没有考虑与之相应的软件，所以在系统设计周期中，硬件与软件的设计过程分离且相互独立，在系统集成前没有交互作用；其二，在硬件选择过程中，没有考虑系统开发周期及成本，往往需要购买专用的开发系统及编程器，开发人员还要花费一定的时间熟悉指令和仿真器，延长开发周期。显然，这种依据项目功能选择单片机的设计方法限制了平衡软硬件的能力，不能充分发挥软硬件各自的潜力。当最后软件与硬件组合到一起时，很可能要对硬件或软件进行修改，有时甚至要增加部分特制的硬件，从而导致开发周期延长、系统综合性能下降及潜在开发费用的增加。为此，要在开发周期和费用的限制下设计完整的控制系统，需要主要是硬件综合设计的方法。正是在软硬件综合设计思想的基础上，考虑到单片机测控系统的独特性及其在大多数应用领域中的相似性，以一种通用的硬件平台和软件平台来实现计算机测控系统快速有效的综合设计。用户只需依据项目要求编制相应程序，即可完成整个系统的设计。 关键词：单片机 测控系统 硬件平台 一、系统总体设计框图 图1 系统总体框图 在基于单片机的通用测控系统的设计中，选用了mcs-51作为系统核心，外围电路中主要使用了X25045看门狗芯片、EEPROM芯片ATC24C02、MAX232C串口接口芯片、Intel 8255A并行口扩展芯片、等等。 二、单元电路 1、单片机 本设计中所选用的单片机型号是mcs-51，围绕单片机构建的单片机最小系统如下图所示。 图2 单片机系统 2 、看门狗电路 对于大型的系统设计，必须考虑系统在运行过程中的“程序跑飞”问题。为防止系统程序跑飞，可在系统中设置看门狗电路。本设计中使用的单片机AT89C52内部集成了硬件看门狗电路，可以放心省去外部的看门狗电路。内部集成的硬件看门狗电路缺省时为关闭状态，一旦打开就不能关闭，可以单倍速和双倍速反复设置。 对于使用的单片机中没有集成内部看门狗电路的设计中，可以选用一些专门的集成的看门狗芯片，这些芯片也可以进行软件编程，使用非常方便。在本设计中，介绍了X25045看门狗芯片的使用方法。 图 3 X25045看门狗电路硬件连接图 采用单片机AT89C52和X25045组成的看门狗电路,X25045硬件连接图如图3所示。X25045芯片内包含有一个看门狗定时器，可通过软件预置系统的监控时间。在看门狗定时器预置的时间内若没有总线活动，则X25045将从RESET输出一个高电平信号，经过微分电路C2、R3输出一个正脉冲，使CPU复位。图2电路中，CPU的复位信号共有3个：上电复位(C1、R2)，人工复位(S、R1、R2)和Watchdog复位(C2、R3)，通过或门综合后加到RESET端。C2、R3的时间常数不必太大，有数百微秒即可，因为这时CPU的振荡器已经在工作。 看门狗定时器的预置时间是通过X25045的状态寄存器的相应位来设定的。如表2所示，X25045状态寄存器共有6位有含义，其中WD1、WD0和看门狗电路有关，其余位和EEPROM的工作设置有关。 表1 X25045状态寄存器 WD1＝0，WD0=0，预置时间为1.4s。WD1＝0，WD0=1，预置时间为0.6s。WD1＝1，WD0=0，预置时间为0.2s。WD1＝1，WD0=1，禁止看门狗工作。 看门狗电路的定时时间长短可由具体应用程序的循环周期决定，通常比系统正常工作时最大循环周期的时间略长即可。编程时，可在软件的合适地方加一条喂狗指令，使看门狗的定时时间永远达不到预置时间，系统就不会复位而正常工作。当系统跑飞，用软件陷阱等别的方法无法捕捉回程序时，则看门狗定时时间很快增长到预置时间，迫使系统复位。 3 、EEPROM的扩展 在测控系统中，通常需要存储大量的数据，这就需要你较大的存储空间，而单片机自带的存储空间有限，所以就需要我们对外部存储空间进行扩展。 EEPROM主要有以下特点： 、对硬件电路没有特殊要求，无需主用电路，编程简单，早期的EEPROM芯片是靠外加电压电源进行擦写，现在把升压电路集成在芯片内部，使得擦写操作在+5V电源下即可完成。 、采用+5V电源供电，一般不需要设置单独的擦除操作，在写入的过程中自动擦除。EEPROM擦写时间较长，约10m