PIC32單片機在氣相色譜儀中應用方案，軟硬件協(xié)同

1 主要內容

1.1課題的目的及意義

氣相色譜儀是一個(gè)精密儀器，其用途非常廣泛。他廣泛用于石油、化工、農藥、公安、白酒、環(huán)境檢測、衛生防疫以及高等院校、科研部門(mén)。自1952年世界上第一次創(chuàng )建實(shí)用氣液色譜法以來(lái)，在短短幾十年間，氣相色譜儀作為現代分析檢測儀器的代表，已發(fā)展成為一個(gè)有相當生產(chǎn)規模的產(chǎn)業(yè)， 并形成了具有相當豐富的檢測技術(shù)知識的學(xué)科。通過(guò)研究氣相色譜儀的發(fā)展規律，能給使用者有益的啟迪，為有關(guān)專(zhuān)業(yè)人員的工作帶來(lái)一定的幫助。

1.2國內的外研究現狀

雖然我國的氣相色譜儀在短短的二、三十年間得到了長(cháng)足的發(fā)展，但是這個(gè)市場(chǎng)的大部分配額還是長(cháng)期被歐美和日本占據，主要是因為我國的技術(shù)指標還沒(méi)有達到一流國家的水平，還有很多空白等待填充。

1.3本文主要的研究工作

設計一種基于Microchip 的PIC32系列單片機，通過(guò)移植ucos嵌入式操作系統設計一個(gè)控溫、恒溫、線(xiàn)性升溫等指標能達到國外先進(jìn)產(chǎn)品水平的氣相色譜儀方案。使該氣相色譜儀能實(shí)現了8階以上線(xiàn)性控溫，升溫曲線(xiàn)上沖小，小于200攝氏度時(shí)誤差可低于+_0.1°C之內，大于200攝氏度時(shí)誤差可在+_0.1°C范圍內。該氣相色譜儀控制系統采用PIC32處理器制，實(shí)現對按鍵的處理，液晶的顯示及與上位機的通信，溫度及各功能板的控制。

2 氣相色譜儀控制系統概述

2.1系統各模塊簡(jiǎn)介

本系統需要595串轉并、直流電機、電磁繼電器、壓力流量傳感器、AD轉換芯片、上位機通信、鍵盤(pán)掃描芯片、EEPROM掉電保護及液晶字庫存儲、液晶顯示、穩壓芯片等進(jìn)行驅動(dòng)或控制，在此，簡(jiǎn)單對這些設備進(jìn)行介紹：

2.1.1 74HC595串轉并

74HC595是硅結構的CMOS器件， 兼容低電壓TTL電路，遵守JEDEC標準。 74HC595是具有8位移位寄存器和一個(gè)存儲器，三態(tài)輸出功能。 移位寄存器和存儲器是分別的時(shí)鐘。 數據在SCHcp的上升沿輸入，在STcp的上升沿進(jìn)入的存儲寄存器中去。如果兩個(gè)時(shí)鐘連在一起，則移位寄存器總是比存儲寄存器早一個(gè)脈沖。 移位寄存器有一個(gè)串行移位輸入(Ds)，和一個(gè)串行輸出(Q7’),和一個(gè)異步的低電平復位，存儲寄存器有一個(gè)并行8位的，具備三態(tài)的總線(xiàn)輸出，當使能OE時(shí)(為低電平)，存儲寄存器的數據輸出到總線(xiàn)。

2.1.2 直流電機

直流電機在穩定性方面比交流電機更具優(yōu)勢，因為其電流是穩定的，能夠很平穩地調整轉速，故多數精密儀器都是用直流電機的，同時(shí)直流電機還可用于測速。在本系統中采用四相直流步進(jìn)電機，可以對后門(mén)的閉合進(jìn)行精確的控制。

2.1.3 電磁繼電器

本系統是將單片機用于控制系統，而所控制的設備多是大功率器件。但是，單片機是一個(gè)弱電器件，一般情況下工作在電壓為5V甚至更低，驅動(dòng)電流在mA級以下。而要把它用于一些大功率場(chǎng)合，就要有一個(gè)“功率驅動(dòng)”環(huán)節來(lái)銜接，常用的功率驅動(dòng)有晶體管驅動(dòng)、繼電器驅動(dòng)等。其中繼電器驅動(dòng)就是一個(gè)典型的、簡(jiǎn)單的功率驅動(dòng)環(huán)節。繼電器驅動(dòng)含有兩層含義：一是對繼電器進(jìn)行驅動(dòng)，因為繼電器本身對于單片機來(lái)說(shuō)就是一個(gè)功率器件;還有就是繼電器去驅動(dòng)中間繼電器、接觸器、電動(dòng)機等其他負載。所以，繼電器驅動(dòng)是單片機與其他大功率負載的接口。

2.1.4 壓力流量傳感器

兩路流量表模擬信號輸入：流量1：(氮氣/氫氣);流量2：(氮氣/氫氣);

兩路傳感器采用霍尼韋爾AWM3100V，3PIN，工作電壓10V，無(wú)氣體輸入時(shí) Output voltage=1.00_+0.5VDC，輸出電壓和輸入氣體流量成線(xiàn)性正比例變化，氮氣/氫氣比例不同需要修正，空氣=氮氣=1.0;氫氣=0.7;

兩路壓力表：霍尼韋爾26PCF，4PIN，工作電壓10V，可測量壓力范圍0-100psi和輸入氣體流量成線(xiàn)性正比例變化，滿(mǎn)量程是輸出100mv,靈敏度1mv/psi。

2.1.5 AD轉換芯片

AD轉換芯片采用ADS1248 TI 公司的ADS1246, ADS1247和ADS1248是高度集成的24位精密ADC,自帶參考電壓、可編程恒流源、內部晶振、內部模擬開(kāi)關(guān)切換、集成了低噪音可編程增益放大器(PGA),帶單周期設定數字濾波器的精密Delta-Sigma ADC以及振蕩器,組成了完整的溫度/橋式傳感器應用包括熱耦合,電熱調節器,RTD和應力測量的前端解決方案.

2.1.6 上位機通信

使用LabView做了一個(gè)操作界面，通過(guò)串口連接到電腦，使氣相色譜儀系統的控制不僅可以通過(guò)真實(shí)的按鍵，也可通過(guò)電腦進(jìn)行遠程控制，方便用戶(hù)。

2.1.7 鍵盤(pán)掃描芯片

由于氣相色譜儀的控制系統較為復雜，按鍵較多，為節省CPU的IO口，使用了一個(gè)按鍵掃描芯片來(lái)ZLG7289接受按鍵值，ZLG7289B是廣州周立功單片機發(fā)展有限公司自行設計的，具有SPI串行接口功能的可同時(shí)驅動(dòng)8位共陰式數碼管(或64只獨立LED)的智能顯示驅動(dòng)芯片，該芯片同時(shí)還可連接多達64鍵的鍵盤(pán)矩陣，單片即可完成LED顯示p鍵盤(pán)接口的全部功能。ZLG7289B內部含有譯碼器，可直接接受BCD碼或16進(jìn)制碼，并同時(shí)具有2種譯碼方式，此外，還具有多種控制指令，如消隱p閃爍p左移p右移p段尋址等。ZLG7289B具有片選信號，可方便地實(shí)現多于8位的顯示或多于64鍵的鍵盤(pán)接口。典型應用：儀器儀表，工業(yè)控制器，條形顯示器，控制面板等。

2.1.8 EEPROM掉電保護及液晶字庫存儲

EEPROM模塊分為兩部分：

第一部分是液晶字庫的存儲，因為試用的液晶為320*240的大液晶，使用PIC自帶的RAM肯定不夠，因此在外圍加了一個(gè)AT24C512 64K的EEROM存放字庫，該AT24C512提供524,288位的串行電可擦除和可編程只讀存儲器(EEPROM)該器件的級聯(lián)功能允許多達4個(gè)設備共享一個(gè)共同的兩線(xiàn)總線(xiàn)。該器件適合用于必要用途在許多工業(yè)和商業(yè)應用需要低功耗和低電壓操作。這些器件采用節省空間的8引腳PDIP，8引腳的SOIC EIAJ的8引腳JEDEC的SOIC封裝，8引腳TSSOP封裝，8引腳無(wú)鉛陣列和8引腳封裝的SAP。此外，整個(gè)家庭是利用，能夠在2.7(2.7至5.5V)和1.8V(1.8V至3.6V)版本。

第二部分是掉電保護部分，采用PIC單片機內部自帶的EEROM，來(lái)實(shí)現密碼，溫度設定值，檢測參數等數據。數據EEPROM非易失性?xún)却媸且粋€(gè)數組，從數據存儲器具有獨立的RAM和程序，即數據用于長(cháng)期項目的長(cháng)期儲存。無(wú)論是在映射的寄存器文件和程序存儲空間，都是通過(guò)寄存器間接地解決特殊功能寄存器該EEPROM是在正常操作可讀可寫(xiě)在整個(gè)VDD的范圍