成都理工大學(xué)學(xué)生撰文專用紙 第 1 頁(yè) 集成加速度傳感器的軟件設(shè)計(jì) 摘要 在加速度測(cè)試系統(tǒng)傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)中，從傳感器、溫度偏移糾正電路、放大電路到數(shù)據(jù)采集各設(shè)備往往都是孤立的，不便于攜帶并受到測(cè)量空間的限制。本文介紹了一種利用單片機(jī)集成系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集與傳輸?shù)姆桨福^好的解決了系統(tǒng)集成化問(wèn)題。 方案采用通用性較強(qiáng)，價(jià)格便宜的 80片機(jī)；人機(jī)接口采用 8297； A/D 轉(zhuǎn)換器采用 外存儲(chǔ)器選用兩片 6264，容量擴(kuò)至 16k 8；數(shù)據(jù)傳輸采用 連接芯片。數(shù)據(jù)采樣頻率設(shè)為六種可選，最小至 大至 625以適應(yīng)不同的應(yīng)用場(chǎng)合。 單片機(jī)系統(tǒng)在實(shí)際工業(yè)系統(tǒng)中可能會(huì)遇到各種干擾和自身的隨機(jī)性誤差，目前的抗干擾方法主要有硬件看門狗技術(shù)和軟件陷進(jìn)技術(shù)等，本方案將兩種方法結(jié)合起來(lái)，進(jìn)一步提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 關(guān)鍵詞 :單片機(jī) ;數(shù)據(jù)采集 ;硬件看門狗 ;中斷系統(tǒng) ;串行通信 成都理工大學(xué)學(xué)生撰文專用紙 第 2 頁(yè) of n to in to a of of in 0s to 297; 264 , to 6 k 8;as SB of .2 25 of of 都理工大學(xué)學(xué)生撰文專用紙 第 3 頁(yè) 目 錄 第一章 引言 .前加速度測(cè)試系統(tǒng)的使用現(xiàn)狀及存在缺陷 .速度測(cè)試系統(tǒng)傳統(tǒng)構(gòu)造 .文的預(yù)期目標(biāo) .二章 系統(tǒng)的硬件組成 .統(tǒng)的硬件總體設(shè)計(jì) .，由于旋轉(zhuǎn)件的不平衡、負(fù)載的 不均勻、結(jié)構(gòu)剛度的各向異性、間隙、潤(rùn)滑不良、支撐松動(dòng)等因素，總是伴隨著各種振動(dòng)。 機(jī)械振動(dòng)在大多數(shù)情況下是有害的，振動(dòng)往往會(huì)降低機(jī)器性能，破壞其正常工作，縮短使用壽命，甚至導(dǎo)致事故。機(jī)械振動(dòng)還伴隨著同頻率的噪聲，惡化環(huán)境，危害健康。另一方面，振動(dòng)也被利用來(lái)完成有益的工作，如運(yùn)輸、夯實(shí)、清洗、粉碎、脫水等。這時(shí)必須正確選擇振動(dòng)參數(shù)，充分發(fā)揮振動(dòng)機(jī)械的性能。 加速度傳感器是目前應(yīng)用廣泛的測(cè)量振動(dòng)與沖擊的裝置。在航天、航空、常規(guī)武器、船舶、交通運(yùn)輸、冶金、機(jī)械制造、化工、輕工、生物醫(yī)學(xué)工程、自動(dòng)檢測(cè)與計(jì)量等技術(shù)領(lǐng) 域中，已經(jīng)越來(lái)越廣泛的應(yīng)用到傳感器，而其中不成都理工大學(xué)學(xué)生撰文專用紙 第 5 頁(yè) 乏加速度傳感器的身影。 從加速度傳感器采集到數(shù)據(jù)后，通過(guò)溫度偏移糾正電路、電荷放大電路再到數(shù)據(jù)采集就組成了加速度測(cè)試系統(tǒng)。在傳統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中，這些設(shè)備往往都是孤立的，不便于攜帶，同時(shí)在測(cè)量空間狹小時(shí)也很不方便。 速度測(cè)試系統(tǒng)傳統(tǒng)構(gòu)造 現(xiàn)有測(cè)試系統(tǒng)的各個(gè)組成部分常常以信息流的過(guò)程來(lái)劃分。一般可以分為：信息的獲得，信息的轉(zhuǎn)換，信息的顯示、信息的處理。作為一個(gè)完整的非電量電測(cè)系統(tǒng)，也包括了信息的獲得、轉(zhuǎn)換、顯示和處理等幾個(gè)部分。因?yàn)樗紫纫@得被測(cè)量的信息，把它 變換成電量，然后通過(guò)信息的轉(zhuǎn)換，把獲得的信息變換、放大，再用指示儀或記錄儀將信息顯示出來(lái)，有的還需要把信息加以處理。因此非電量電測(cè)系統(tǒng)，具體來(lái)說(shuō)，一般包括傳感器 (信息的獲得 )、測(cè)量電路 (信息的轉(zhuǎn)換 )、放大器、指示器、記錄儀 (信息的顯示 )等幾部分有時(shí)還有數(shù)據(jù)處理儀器 (信息的處理 )。它們間的關(guān)系可用圖 框圖來(lái)表示。 圖 試系統(tǒng)的組成 其中傳感器是一個(gè)把被測(cè)的非電物理變換成電量的裝置，因此是一種獲得信息的手段，它在非電量電測(cè)系統(tǒng)中占有重要的位置 。它獲得信息的正確與否，直接影響到整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)的測(cè)量效果。測(cè)量電路的作用是把傳感器的被測(cè)量 傳感器 測(cè)量電路 指示儀器 記錄儀器 數(shù)據(jù)處理儀器 成都理工大學(xué)學(xué)生撰文專用紙 第 6 頁(yè) 輸出變量變成易于處理的電壓或電流信號(hào)，使信號(hào)能在指示儀上顯示或在記錄儀中記錄。測(cè)量電路的種類由傳感器的類型而定。壓電加速度傳感器常用的測(cè)量電路是電荷放大器。 常用的壓電加速度傳感器的動(dòng)態(tài)測(cè)量系統(tǒng)如圖 示： 圖 電加速度傳感器動(dòng)態(tài)測(cè)量系統(tǒng) 文的預(yù)期目標(biāo) 針對(duì)目前加速度測(cè)試系統(tǒng)存在的缺陷，開(kāi)發(fā)出一種集成加速度測(cè)試系統(tǒng)。論文的預(yù)期目標(biāo)為： 1設(shè)計(jì)系統(tǒng)的硬 件結(jié)構(gòu)（不包括 A/D 轉(zhuǎn)換器前端裝置） 在硬件方面，要對(duì)集成加速度傳感器硬件總體進(jìn)行設(shè)計(jì)，并對(duì)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的硬件電路進(jìn)行設(shè)計(jì)。系統(tǒng)為一個(gè)以 80片機(jī)為核心組成的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，具有人機(jī)對(duì)話功能，可選擇采集頻率、通道等。系統(tǒng)工作時(shí)，首先初始化各功能寄存器及 8079 等外圍芯片，而后開(kāi)始采集，模擬信號(hào)經(jīng)過(guò)行 A/D 轉(zhuǎn)換變?yōu)閿?shù)字信號(hào)送入單片機(jī)，然后再送入計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理。 2設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件 在軟件方面，按程序結(jié)構(gòu)可分為以下兩個(gè)部分：（ 1）主程序，使硬件接口和監(jiān)控程序的各工作單元置成初始狀態(tài)。（ 2）中斷服務(wù)子程序：包括 接受鍵盤指令子程序、 數(shù)據(jù)采集子程序、 數(shù)據(jù)傳輸子 程序等。 被測(cè)非電量 壓電加速度傳感器 補(bǔ)償電 路 記錄器 電荷放大器 數(shù)據(jù)處理器 成都理工大學(xué)學(xué)生撰文專用紙 第 7 頁(yè) 3系統(tǒng)的抗干擾設(shè)計(jì) 在工業(yè)應(yīng)用環(huán)境下，往往存在著系統(tǒng)內(nèi)在和外界環(huán)境的各種干擾。在分析或設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)時(shí)，必須考慮到可能存在的干擾對(duì)電路的影響。所以把抗干擾問(wèn)題作為系統(tǒng)設(shè)計(jì)中一個(gè)至關(guān)重要的內(nèi)容，貫徹在整個(gè)設(shè)計(jì)工作中，從硬件、軟件上采取相應(yīng)的措施以增強(qiáng)其抗干擾能力。 統(tǒng)的硬件總體設(shè)計(jì) 系統(tǒng)的硬件分為兩大部分：傳感器電路部分和微機(jī)主控板部分。系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖 示： 圖 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)示意圖 系統(tǒng)工作原理：首先將傳感器置入待測(cè)設(shè)備中，按下復(fù)位鍵迫使系統(tǒng)復(fù)位，回到程序開(kāi)始處。傳感器將采集到的數(shù)據(jù)通過(guò)溫度補(bǔ)償電路、電荷放大A/D 轉(zhuǎn)換器0片機(jī) 口芯片件看門狗電路 口 被測(cè)量 加速度傳感器 電荷放大電路 單片機(jī)主控板 傳感器電路部分 兩片 6264 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 鍵盤顯示器接口8279 成都理工大學(xué)學(xué)生撰文專用紙 第 8 頁(yè) 電路、 A/D 轉(zhuǎn)換器，在預(yù)定的采集頻率下將選定通道的數(shù)據(jù)傳到單片機(jī)并進(jìn)行存儲(chǔ)。然后再將數(shù)據(jù)通過(guò) 口芯片 到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行分析和處理。 由于數(shù)據(jù)的采集和傳輸是分段進(jìn)行的，因此第一次的采集頻率可能不能滿足要求（信號(hào)采集過(guò)疏，不能反映信號(hào)的實(shí)際情況；過(guò)密，則容易造成存儲(chǔ)空間的浪費(fèi)）。為此，可以進(jìn)行下一輪數(shù)據(jù)采集， 此時(shí)可根據(jù)前一輪的情況進(jìn)行調(diào)整，即在系統(tǒng)復(fù)位、開(kāi)始（顯示字母 P）后按下所選頻道開(kāi)關(guān)。后續(xù)工作同上。 單片機(jī)主控板按功能劃分，可以分為以下幾個(gè)功能模塊： 1 A/D 轉(zhuǎn)換模塊 由 A/D 轉(zhuǎn)換器和 80片機(jī)構(gòu)成。系統(tǒng)采用 為 A/D 轉(zhuǎn)換器，將從電荷放大器傳來(lái)的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，再傳送給 80中， 8 位通道用到 3 位，采樣頻率由軟件設(shè)定。 2 數(shù)據(jù)傳輸模塊 系統(tǒng)選用通用性較強(qiáng)的 口傳輸。系統(tǒng)選用 為 口芯片。 單片機(jī)之間采用串行通信方式，當(dāng)數(shù)據(jù)采集結(jié)束 后就可以將數(shù)據(jù)用 口傳到計(jì)算機(jī)了。 3 鍵盤顯示接口模塊 硬件中設(shè)計(jì)了 2 8 鍵盤， 4 個(gè) 示器，通過(guò) 8279 與 80連。通過(guò)鍵盤設(shè)定數(shù)據(jù)采集的通道、頻率，并在必要的時(shí)候強(qiáng)制復(fù)位。顯示器用于顯示采樣過(guò)程中的相關(guān)參數(shù)。 4 看門狗復(fù)位電路 系統(tǒng)采用 兩片 二位二進(jìn)制串行計(jì)數(shù)器構(gòu)成的“看門狗”電路 ，有效避免了系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中程序的跑飛或者由于外界干擾所造成的死機(jī)現(xiàn)象。 成都理工大學(xué)學(xué)生撰文專用紙 第 9 頁(yè) 。采用 8位 A/ 現(xiàn)模 / 數(shù)轉(zhuǎn)換。 8 路 8 位逐次逼近式 A/ D 轉(zhuǎn)換器 ,它能分時(shí)地對(duì) 8路模擬量信號(hào)進(jìn)行 A/ 結(jié)果為 8位二進(jìn)制數(shù)據(jù) , 其轉(zhuǎn)換速度約為 100 s, 分辨率為 19 可與單片機(jī)的數(shù)據(jù)總線直接相連 ,而且有 8 路模擬開(kāi)關(guān) ,可以直接連接 8個(gè)模擬量 ,實(shí)現(xiàn)多路轉(zhuǎn)換功能（方案只用到 3個(gè)通道）。并且它與單片機(jī)的接口簡(jiǎn)單 ,使用方便。 0片機(jī)的連接如圖 分別為： (1) 時(shí)鐘 由 80地址鎖存端 信號(hào)經(jīng)過(guò)二分頻后產(chǎn)生。 (2) 數(shù)據(jù)線 單片機(jī)的數(shù)據(jù)總線直接相連。 (3) 地址選擇端 80數(shù)據(jù)總線 接相連。 (4) A/ D 轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào) 80口。 (5) 址鎖存信號(hào)和起動(dòng)信號(hào) 在一起 ,并經(jīng)過(guò)反相器與 80R 相連 ,80D 經(jīng)反相器與 0809 的 相連 ,完成輸出允許控制 ,讀寫控制均由譯碼器的 2Y 控制。 對(duì) A/ 即 0次通過(guò)寫信號(hào)起動(dòng) A/ 高電平 ,表明 A/ 于是啟動(dòng)中斷 1將數(shù)據(jù)讀入 80 成都理工大學(xué)學(xué)生撰文專用紙 第 10 頁(yè) 圖 A/02 2 2 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的擴(kuò)展 由于 80片機(jī)系統(tǒng)只有 80B 的數(shù)據(jù)緩沖器，需要擴(kuò)展片外存儲(chǔ)器。根據(jù)一般經(jīng)驗(yàn)，采用 2 片 6264 芯片擴(kuò)展數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。單片機(jī)與 6264 的連接電路如圖 8 3 2 742 0 80D A B C R(+) ) E 5V 1 1 成都理工大學(xué)學(xué)生撰文專用紙 第 11 頁(yè) 圖 據(jù)存儲(chǔ)器的擴(kuò)展圖 盤顯示接口的設(shè)計(jì) 279 的介紹 個(gè)芯片就能完成鍵盤輸入和七段顯示器控制兩種功能。 8279的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 1、 I/數(shù)據(jù)緩沖器是雙向緩沖器，連接內(nèi)部總線和外部數(shù)據(jù)總線 70 用于傳送 279之間的命令、狀態(tài)和數(shù)據(jù)。 I/279進(jìn)行控制的引線。 片選信號(hào)，當(dāng) 低電平時(shí)， 8279才允許讀出或?qū)懭胄畔ⅰ?1時(shí)， 279的信息為命令， 279讀出的信息為 8279的狀態(tài)；當(dāng) 時(shí)，寫入和讀出的 信息都為數(shù)據(jù)。 讀、寫控制信號(hào)，是 8279數(shù)據(jù)緩沖器從外部總線接收數(shù)據(jù)或向外部總線發(fā)送數(shù)據(jù)。 8 8 8 3 0A D 77264 8 74 740Y 1 8 8 0 0 6264 8 成都理工大學(xué)學(xué)生撰文專用紙 第 12 頁(yè) 圖 279內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖 2、控制邏輯 控制和定時(shí)寄存器用來(lái)寄存鍵盤和顯示器的工作方式及由 些寄存器一旦接收并鎖存送來(lái)的命令，就通過(guò)譯碼產(chǎn)生相應(yīng)的信號(hào)，從而完成相應(yīng)的控制功能。 定時(shí)和控制包含一些計(jì)數(shù)器，其中有一個(gè) 5位計(jì)數(shù)器，對(duì) 輸入的時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)行分頻，產(chǎn)生 定時(shí)信號(hào)，然后再經(jīng)過(guò)分頻為鍵盤掃描提供適當(dāng)?shù)闹鹦袙呙桀l率和顯示掃描時(shí)間。 電平有效。 消隱輸出線，低電平有效，當(dāng)顯示器切換時(shí)或使用顯示消隱命令時(shí)，顯示器將消隱。 3、掃描計(jì)數(shù)器 掃描計(jì)數(shù)器有編碼和譯碼兩種工作方式。按編碼方式工作時(shí)，掃描計(jì)數(shù)器的狀態(tài)從 過(guò)外部譯碼器，可以外接 16位顯示器和 8 8鍵8 據(jù)緩沖器 I/O 控制 感器狀態(tài)寄存器 顯示地址 寄存器 16 8 顯示器 控制和定時(shí)寄存器 8 8傳感器盤去抖及控制 顯示寄存器 定時(shí)和控制 掃描計(jì)數(shù)器 回 送 0 R 0 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 成都理工大學(xué)學(xué)生撰文專用紙 第 13 頁(yè) 盤；按譯碼方式工作時(shí)，掃描計(jì)數(shù)器的低 2位的狀態(tài) 從 態(tài)為00， 態(tài)為 01， 他輸出高電平；狀態(tài)為 10， 他輸出高電平；狀態(tài)為 11， 他輸出高電平。此時(shí)只能外接 4位顯示器和 4 8鍵盤。 4、鍵輸入控制和 進(jìn)先出） 部分電路可以完成對(duì)鍵盤的自動(dòng)掃描，鎖存 索閉合鍵，去除鍵抖動(dòng)，并將鍵輸入數(shù)據(jù)寫入先進(jìn)先出存儲(chǔ)器（ 8279具有 8個(gè)字節(jié)先進(jìn)先出的鍵輸入寄存器。當(dāng) 上閉合鍵的鍵碼時(shí)， 在鍵盤掃描方式中，從 8279的 位鍵輸入數(shù)據(jù)按表 表 279的 位數(shù)據(jù)存放格式 描計(jì)數(shù)器的狀態(tài) 常用來(lái)擴(kuò)充鍵的控制功能。 5、顯示 8279中有 16個(gè)字節(jié)的顯示器存儲(chǔ)器。 儲(chǔ)的顯示數(shù)據(jù)輪流從顯示寄存器輸出。 端送入為依次填入方式；右端送入為移位方式。顯示寄存器分為 A、 可以合送一個(gè) 8位的二進(jìn)制數(shù)據(jù)。 顯示地址寄存器用來(lái)寄存由 寫顯示 可以由命令設(shè)定，也可以設(shè)置成每次讀出或?qū)懭胫笞詣?dòng)遞增。 成都理工大學(xué)學(xué)生撰文專用紙 第 14 頁(yè) 口的設(shè)計(jì) 鍵盤和顯示器的 控制采用可編程鍵盤 / 顯示器接口 8279 。 8279 能對(duì)顯示器自動(dòng)掃描 ,能識(shí)別鍵盤上閉合鍵的鍵號(hào) ,它獨(dú)立于 作 ,可以大大地提高 工作效率。在工作時(shí) ,將 0當(dāng) 受用戶按鍵的響應(yīng) ,并根據(jù)鍵盤的功能作出相應(yīng)的處理。 為了便于用戶操作，設(shè)了一個(gè) 8 2 的鍵盤，其中包括數(shù)據(jù)采集控制鍵、數(shù)據(jù)傳輸控制鍵、復(fù)位鍵、 0 2 的 3 路通道選擇數(shù)字鍵以及頻率選擇數(shù)字鍵（ 6個(gè)）。 顯示器選用四位七段 L 碼管完成數(shù)據(jù) 的顯示，其中一位用來(lái)顯示通道號(hào)（三個(gè)），一位用來(lái)顯示采集頻率段（六段），另外兩位用來(lái)顯示存儲(chǔ)地址（高位） 8279 與 80片機(jī)的連接分別為： (1) 8279 的數(shù)據(jù)線 80 接相連。 (2) 8279 的讀 / 寫 號(hào)由 80 號(hào)直接提供。 (3) 8279 的片選信 號(hào) 80引腳（ 過(guò)譯碼器74Y 控制 ,當(dāng) 3Y 時(shí) ,可對(duì) 8279 進(jìn)行讀寫。 8279與單片機(jī)接口如圖 成都理工大學(xué)學(xué)生撰文專用紙 第 15 頁(yè) 圖 單片機(jī)與 8279 的接口電路 據(jù)傳輸模塊 片簡(jiǎn)介 1、概述 一個(gè) 線的通用接口芯片，支持 機(jī)方式和備方式。在本地端， 有 8 位數(shù)據(jù)總線和讀、寫、片選控制線以及中斷輸出，可以方便地掛接到單片機(jī) /控制器的系統(tǒng)總線上。在 機(jī)方式下， 提供了串行通訊方式，通過(guò)串行輸入、串行輸出和中斷輸出與單片機(jī) /相連接。 備方式與 片完全兼容， 含了 24#示器 +5V 8 8 3 0A 0D 4 743330 D R S 相器驅(qū)動(dòng)器 1#示器 反相 驅(qū)動(dòng)器 8 成都理工大學(xué)學(xué)生撰文專用紙 第 16 頁(yè) 全部功能。 機(jī)方式支持常用的 速設(shè)備，外部單片機(jī)可以通過(guò) 照相應(yīng)的 議與 備通訊。 內(nèi)置了處理量存儲(chǔ)設(shè)備的專用通訊協(xié)議的固件，外部單片機(jī)可以直接以扇區(qū)為基本單位讀寫常用的 儲(chǔ)設(shè)備（包括 盤 /存盤 /U 盤）。 2、特點(diǎn) 全速 機(jī)接口，兼容 圍元器件只需要晶體和電容。 主機(jī)端點(diǎn)輸入和輸出緩沖區(qū)各 64 字節(jié)，支持常用的 12速 備。 支持 備的控制傳輸、批量傳輸、中斷傳輸。 自動(dòng)檢測(cè) 備的連接和斷開(kāi)，提供設(shè)備連接和斷開(kāi)的事件通知。 內(nèi)置控制 傳輸?shù)膮f(xié)議處理器，簡(jiǎn)化常用的控制傳輸。 通過(guò) U 盤文件級(jí)子程序庫(kù)實(shí)現(xiàn)單片機(jī)讀寫 儲(chǔ)設(shè)備中的文件。 并行接口包含 8 位數(shù)據(jù)總線， 4 線控制：讀選通、寫選通、片選輸入、中斷輸出。 串行接口包含串行輸入、串行輸出、中斷輸出，支持通訊波特率動(dòng)態(tài)調(diào)整。 支持 5V 電源電壓和 源電壓， 片還支持低功耗模式。 采用 裝，可以提供 轉(zhuǎn)換板。 3、封裝 成都理工大學(xué)學(xué)生撰文專用紙 第 17 頁(yè) 圖 腳圖 表 裝說(shuō)明 封裝形式 塑體 寬度 引腳間距 封裝說(shuō)明 訂貨型號(hào) 000準(zhǔn)的 28 腳貼片 4、引腳 表 腳說(shuō)明 引腳號(hào) 引腳名稱 類型 引腳說(shuō)明 28 源 正電源輸入端，需要外接 源退耦電容 12、 23 源 公共接地端，需要連接 線的地址 9 源 在 源電壓時(shí)連接 入外部電源 在 5V 電源電壓時(shí)外接容量為 耦電容 13 入 晶體振蕩的輸入端，需要外接晶 體及振蕩電容 14 出 晶體振蕩的反相輸出端，需要外接晶體及振蕩電容 10 雙向三態(tài) 線的 D+數(shù)據(jù)線，內(nèi)置可控的上拉電阻 11 向三態(tài) 線的 D數(shù)據(jù)線 2215 0 雙向三態(tài) 8 位雙向數(shù)據(jù)總線，內(nèi)置上拉電阻 4 輸入 讀選通輸入，低電平有效，內(nèi)置上拉電阻 3 輸入 寫選通信號(hào)，低電平有效，內(nèi)置上拉電阻 27 輸入 片選控制輸入，低電平有效，內(nèi)置上拉電阻 1 輸出 在復(fù)位完成后位中斷請(qǐng)求輸出，低電平有效 8 入 地址線輸入，區(qū)分命令口和數(shù)據(jù)口，內(nèi)置上拉電阻， 當(dāng) 時(shí)可以寫命令，當(dāng) 時(shí)可以讀寫數(shù)據(jù) 24 輸出 在內(nèi)置固件的 電平有效 對(duì)于 片，在 機(jī)方式下時(shí) 備連接狀態(tài)輸出，低電平有效 成都理工大學(xué)學(xué)生撰文專用紙 第 18 頁(yè) 5 入 輸出 僅用于 機(jī)方式，設(shè)備方式只支持并口，在復(fù)位期間為輸入引腳，內(nèi)置上拉電阻，如果在復(fù)位期間輸入低電平那么輸入低電平那么使能并口，否則使能串口，復(fù)位完成后為串行數(shù)據(jù)輸出 6 入 串行數(shù)據(jù)輸入，內(nèi)置上拉電阻 2 入 外部復(fù)位輸入，高電平有效，內(nèi)置下拉電阻 25 出 電源上電復(fù)位和外部復(fù)位輸出，高電平有效 26 輸出 電源上電復(fù)位和外部復(fù)位輸出，低電平有效 7 腳 空腳，必須懸空 數(shù)據(jù)傳輸模塊設(shè)計(jì) 數(shù)據(jù)的傳輸采用 口芯片 圖 出了 80片機(jī)讀寫 U 盤的電路原理圖，如果 片的 腳懸空或者沒(méi)有通過(guò)下接電阻接地，那么 作于串口方式。在串口方式下， 需要與單片機(jī) 連接 2 路信號(hào)線， 腳和 腳，其他引腳都可以懸空。 圖 單片機(jī)讀寫 U 盤中的電路原理圖 門狗復(fù)位電路 利用兩片 二位二進(jìn)制串行計(jì)數(shù)器構(gòu)成的“看門狗”電路如圖 都理工大學(xué)學(xué)生撰文專用紙 第 19 頁(yè) 所示。計(jì)數(shù)器在下降沿進(jìn)行計(jì)數(shù) ,將 入端置于高電平或正脈沖 ,可使計(jì)數(shù)器的輸出全部為低電平。若單片機(jī)時(shí)鐘振蕩頻率 6出的頻率為 1/6則 號(hào)周期為 1 s, 第一個(gè)計(jì)數(shù)器 脈沖出現(xiàn)時(shí)間為 1 s 212=第二個(gè)計(jì)數(shù)器 的脈沖出現(xiàn)時(shí)間為 28=控系統(tǒng)應(yīng)用程序在循環(huán)過(guò)程中 , 的 出定時(shí)周期小于 零脈沖信號(hào) , 就能保證第二個(gè)計(jì)數(shù)器 輸出為零 , 不影響測(cè)控系統(tǒng)的正常運(yùn)行。當(dāng)測(cè)控系統(tǒng)受到干擾進(jìn)入死循環(huán) , 的 能正常送出清零信號(hào)超過(guò) , 第二個(gè)計(jì)數(shù)器的 輸出高電平產(chǎn)生復(fù)位信號(hào)使測(cè)控系統(tǒng)復(fù)位并脫離死循環(huán)。 圖 計(jì)數(shù)器型“看門狗”電路 件的總 體結(jié)構(gòu) 主程序是系統(tǒng)的監(jiān)控程序，主要對(duì)系統(tǒng)中的各部分進(jìn)行初始化工作，使整個(gè)系統(tǒng)在上電后進(jìn)入初始化狀態(tài)，并監(jiān)控系統(tǒng)按照設(shè)計(jì)者的設(shè)計(jì)意圖進(jìn)行工作。主要工作流程是：系統(tǒng)在上電后首先完成 外部端口的初始化，成都理工大學(xué)學(xué)生撰文專用紙 第 20 頁(yè) 顯示器顯示“字母 P”，表示程序開(kāi)始，此時(shí)進(jìn)入等待鍵盤接口中斷狀態(tài)，若某功能鍵被按下，則轉(zhuǎn)相應(yīng)鍵功能處理子程序，若“ 及“ “ 任意鍵被按下則開(kāi)外部中斷進(jìn)行數(shù)據(jù)采集并進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換，然后調(diào)用數(shù)據(jù)處理子程序，并由 示通道和采集頻段號(hào)等信息。 軟件采用模塊化 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，各種功能都由相應(yīng)的子程序完成，系統(tǒng)軟件主要由以下幾部分組成： ） 數(shù)據(jù)采集子程序； ） 指令采集處理子程序； ） 數(shù)據(jù)傳輸子程序； 系統(tǒng)軟件總體結(jié)構(gòu)如圖 示： 圖 統(tǒng)軟件總體結(jié)構(gòu)圖 “ N Y 非“ 與“ “ 開(kāi)始 初始化 顯示提示符 有鍵按下 等待鍵盤接口中斷 功能鍵處理 數(shù)據(jù)采集與存儲(chǔ) 數(shù)據(jù)傳輸 顯示提示符 ”C”鍵入 ” 功能鍵判斷 成都理工大學(xué)學(xué)生撰文專用紙 第 21 頁(yè) 據(jù)采集子程序 樣頻率 數(shù)據(jù)的采集是系統(tǒng)軟件中最重要的一個(gè)部分，它決定整個(gè)檢測(cè)單元是否能達(dá)到預(yù)期的性能指標(biāo)，而采樣頻率的選擇是關(guān)鍵。采樣頻率越高越能如實(shí)反映原信號(hào)的變化，但是采樣頻率取得過(guò)高，勢(shì)必增加 負(fù)擔(dān)，為 了確保檢測(cè)的實(shí)時(shí)性，根據(jù)采樣定理，采樣頻率應(yīng)大于或等于最大信號(hào)頻率的兩倍，但不能大于采樣程序的運(yùn)行時(shí)間及 A/D 轉(zhuǎn)換時(shí)間（約為s100 ）。依據(jù)這一原則，為了對(duì)不同的測(cè)試系統(tǒng)具有一定的通用性，設(shè)計(jì)采用六種可選采樣頻率 (實(shí)為采樣時(shí)間間隔 )(25 5 為倍數(shù)遞增 )。在采樣開(kāi)始前及采樣過(guò)程中，均可通過(guò)采樣頻段按鍵調(diào)整采樣頻率。由于時(shí)間間隔均為 倍數(shù)，這里 定時(shí)通過(guò)定時(shí)器 現(xiàn)，而倍數(shù)則通過(guò)鍵盤控制 內(nèi)容實(shí)現(xiàn)?？紤]到 25 跨度太大，而 8 位的，不能裝載這么大的倍數(shù)，這里另由 置 5定時(shí)。 現(xiàn)在通過(guò)計(jì)算對(duì)計(jì)數(shù)初值、 容進(jìn)行確定： 計(jì)算計(jì)數(shù)初值：對(duì)于定時(shí) 說(shuō)，用定時(shí)器方式 2（ 8 位定時(shí)器 ）就可實(shí)現(xiàn)。 機(jī)器周期為： zT p 112 1212 晶振頻率 時(shí)間常數(shù)為： 200101 3 s 成都理工大學(xué)學(xué)生撰文專用紙 第 22 頁(yè) 故 8H， 8H。 同理，對(duì)于 5定時(shí)，可用定時(shí)方式 0，時(shí)間常數(shù)為： 5 00 0101 105 63 1 0 001 0 0 1519250008192500022 13 則高五位為 14H，低 8 位為 48H，故 4H,8H。 確定 式字：對(duì)于定時(shí)器 說(shuō)， 001 、 0/ 0 對(duì) 于 定 時(shí) 器 001 、 0/ 0于 是 O D 020 0 0 0 0 0 1 0 據(jù)采集 A/D 采樣程序采用外部中斷方式，地址為 5模擬信號(hào)從 出中斷信號(hào)，單片機(jī)響應(yīng)中斷，其處理過(guò)程如圖 示。 成都理工大學(xué)學(xué)生撰文專用紙 第 23 頁(yè) 圖 據(jù)采集子程序流程圖 令采集處理子程序 279 的初始化 8279的操作方式是通過(guò) 279寫入命令字來(lái)確定的。 8279共有 8條命令，其定義的格式及功能如表 Y N “ 按下 開(kāi)外中斷 1 等中斷 關(guān)中斷 數(shù)據(jù)采集與存儲(chǔ) 時(shí)鐘溢出中斷 置計(jì)數(shù)初值 結(jié)束否 通道、頻段等的顯示 顯示結(jié)束 成都理工大學(xué)學(xué)生撰文專用紙 第 24 頁(yè) 表 279命令功能表 命令 命令特征位 命令功能特征位 4 2 0 鍵盤 /顯示器工作方式 000 0 左端送入 0 8 8顯示 00（雙鍵鎖定） 0 編碼方式 01（ 1 右端送入 1 16 8顯示 10（傳感器矩陣） 1 譯碼掃描 11（選通輸入顯示掃描） 時(shí)鐘編程 001 對(duì) 1 31），復(fù)位 31 讀 感器 10 1 自動(dòng)加 1 8字節(jié)顯示 讀顯示 11 1 自動(dòng)加 1 16字節(jié)顯示 寫顯示 00 1 自動(dòng)加 1 16字節(jié)顯示 顯示器寫禁止 /消隱 101 禁止寫 禁止寫 消隱 消隱 清除（清除顯示寄存器 組的輸出） 110 1 允許清除 0 斷復(fù)位，傳感器讀出地址置 0 總清除 10 11 結(jié)束中斷 /錯(cuò)誤方式設(shè)置 111 1 特殊工作方式 在方案中， 8279的命令字地址為 7始化程序如下： 2,#7F；接至 8279 的命令口 0,#， #10H；左端送入， 8 8 顯示，雙鍵鎖定，譯碼掃描 ， #25H； 5 分頻，得 100 ， #0滅顯示，允許寫入 ,#090；寫入 零地址開(kāi)始，地址自動(dòng)加 1 ,#50H；讀 0 地址開(kāi)始，地址自動(dòng)加 1 成都理工大學(xué)學(xué)生撰文專用紙 第 25 頁(yè) 令采集程序的設(shè)計(jì) 鍵盤在微處理系統(tǒng)中是必不可少的鍵盤是人機(jī)相對(duì) 話的橋梁，性能良好的鍵功能有助于監(jiān)控系統(tǒng)作用的充分發(fā)揮。系統(tǒng)根據(jù)設(shè)計(jì)的要求，設(shè)計(jì)采用16 鍵構(gòu)成 2 8 矩陣鍵盤，并通過(guò) 8279 與 連。 任何種類的鍵盤輸入都會(huì)遇到觸頭抖動(dòng)以及在操作時(shí)按下多余鍵的誤操作等現(xiàn)象。 8279 芯片在內(nèi)部設(shè)置了消除觸頭抖動(dòng)以及消除重鍵的電路，這就為用戶帶來(lái)了很大的方便。因此，程序的設(shè)計(jì)顯得比較簡(jiǎn)單。 指令采集子程序流程圖如圖 示。 圖 令采集子程序流程圖 據(jù)傳輸子程序 數(shù)據(jù)傳輸模塊是用來(lái)和計(jì)算機(jī)之間進(jìn) 行數(shù)據(jù)傳送的，由于 得軟件的設(shè)計(jì)變得十分簡(jiǎn)單，相當(dāng)于異步串行通信方式。采用中斷方式進(jìn)行傳送，首先送入一個(gè)數(shù)據(jù)到發(fā)送緩沖器（ 然后等待中斷，程序流程如圖 關(guān)中斷 接收閉合鍵號(hào) 鍵相應(yīng)功能處理 返回 成都理工大學(xué)學(xué)生撰文專用紙 第 26 頁(yè) 圖 據(jù)傳輸子程序流程圖 所謂干擾就是外在的或內(nèi)在的噪聲對(duì)有用信號(hào)的不良作用。而噪聲可概括地認(rèn)為是目的信號(hào)以外所有電信號(hào)的總稱。在分析或設(shè)計(jì)一個(gè)具體的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)時(shí)，必須考慮到可能存在的干擾對(duì)電路的影響。評(píng)價(jià)一個(gè)系統(tǒng)的質(zhì)量好壞的一個(gè)重要指標(biāo)就 是它可能達(dá)到的信噪比。換句話說(shuō)，一個(gè)系統(tǒng)的抗干擾能力直接關(guān)系到系統(tǒng)質(zhì)量或性能的優(yōu)劣。所以必須把抗干擾問(wèn)題作為系統(tǒng)設(shè)計(jì)中一個(gè)至關(guān)重要的內(nèi)容，貫徹在整個(gè)設(shè)計(jì)工作中，從硬件、軟件上采取相應(yīng)的措施以增強(qiáng)其抗干擾能力。 N Y 等待中 斷 送第一個(gè)數(shù)據(jù)到 中斷 取下一個(gè)數(shù)據(jù)送入 束否 顯示該數(shù)據(jù)值 顯示結(jié)束 成都理工大學(xué)學(xué)生撰文專用紙 第 27 頁(yè) 擾源及其傳播途徑 系統(tǒng)真實(shí)工作環(huán)境中干擾源很多，按類型可分為： 1內(nèi)部干擾源 如電路中的電阻熱噪聲；晶體管、場(chǎng)效應(yīng)管器件內(nèi)部的分配噪聲和閃爍噪聲；放大電路正反饋引起的自激振蕩等。 2外部干擾源 如汽車的汽缸點(diǎn)火引起的火花放電；電路的脈沖開(kāi)關(guān)接觸所產(chǎn)生的電磁信號(hào)以及自然界的雷電、太陽(yáng)系行星 輻射的電磁波等均屬于外部干擾源。 干擾信號(hào)在電路中的傳播途徑大致有以下幾類。 電導(dǎo)通路泛指構(gòu)成電回路的通路。電導(dǎo)通路耦合干擾是由各單元回路間的公共阻抗產(chǎn)生的。由于接地電位不同而造成的干擾是這類干擾的主要表現(xiàn)形式。例如遠(yuǎn)距離信號(hào)傳輸中，由于大地的電位間存在電位差而產(chǎn)生的干擾；直流電源供電時(shí)，除直流成分外，還混有不同頻率的交流電壓，這些交流電壓饋入電路形成干擾。 由磁耦合引起的電噪聲干擾稱磁場(chǎng)干擾。在連接信號(hào)源的傳輸線所經(jīng)過(guò)的空間中總存在著交變電磁場(chǎng)，這主要是由 50市電產(chǎn)生。這些交變磁場(chǎng)穿過(guò)傳輸線形成的回路將在傳輸線或閉合導(dǎo)線上感應(yīng)出交流干擾電壓。 由電耦合引起的電噪聲干擾稱電場(chǎng)干擾。從電路理論可知，電流流經(jīng)導(dǎo)體時(shí)會(huì)產(chǎn)生電場(chǎng)，這個(gè)電場(chǎng)可交連到附近的導(dǎo)體中，使它們感生出電位，此電位就是干擾電位。當(dāng)元件與導(dǎo)線間存在交流電壓時(shí)會(huì)相互耦合形成干擾。 成都理工大學(xué)學(xué)生撰文專用紙 第 28 頁(yè) 統(tǒng)抗干擾措施 系統(tǒng)抗干擾措施采用硬件和軟件結(jié)合的方法。硬件抗干擾方法采用計(jì)數(shù)器型“看門狗”電路，這在 已經(jīng)有過(guò)介紹，就不贅述了。本節(jié)主要講軟件抗干擾方法。在設(shè)計(jì)中，主要用到： 1、軟件陷阱技術(shù)； 2、冗 余指令技術(shù)。 1設(shè)置軟件陷阱 由于系統(tǒng)干擾可能破壞程序指針 旦失控，使程序“跑飛”，可能進(jìn)入非程序區(qū)，造成系統(tǒng)運(yùn)行的一系列錯(cuò)誤。設(shè)置軟件陷阱可防止程序“亂飛”。軟件陷阱是在程序模塊間和程序之后，增設(shè)由若干個(gè)空操作指令和一條無(wú)條件跳轉(zhuǎn)指令組成的“陷阱”，一旦程序跑飛，跌落“陷阱”，便轉(zhuǎn)入初始程序或有關(guān)的失控恢復(fù)處理程序，從而恢復(fù)程序的正確流程。該方法無(wú)需增加任何硬件，適用性較強(qiáng)。 通常在 000H 2設(shè)置冗余指令 行指令的順序是先取操作碼 ,再取操作數(shù) ,然后使 “ 1” (該 1 表示當(dāng)前指令的字節(jié)長(zhǎng)度 ) C(程序計(jì)數(shù)器 ) 受干擾出現(xiàn)錯(cuò)誤 ,程序便脫離正常軌道“亂飛” . 當(dāng)亂飛到某多字節(jié)指令 ,若取指令時(shí)刻落在操作數(shù)上 ,誤將操作數(shù)當(dāng)作操作碼 ,程序?qū)⒊鲥e(cuò) . 合理設(shè)置冗余指令將會(huì)有效避免程序亂飛 . 通常是在雙字節(jié)指令和三字節(jié)指令后插入兩個(gè)字節(jié)以上的 空操作 ) ,這樣既使亂飛程序飛到操作數(shù)上 ,由于 存在 ,可避免后面的指令被當(dāng)作操作數(shù)執(zhí)行 ,程序會(huì)自動(dòng)納入正軌 . 對(duì)控制系統(tǒng)流向指令如 指