PIC32單片機在氣相色譜儀中應用方案，軟硬件協(xié)同

2.1.9 液晶顯示

使用金鵬的OCM240*320液晶，它適用于中等規模的點(diǎn)陣液晶顯示器。它能夠提供液晶顯示驅動(dòng)器及外部顯示存儲器所需的全部控制信號，并且它還有一個(gè)內置的字符庫，因此只需極少的外部器件就可以獲得一個(gè)組織靈活的低功耗顯示系統。

2.1.10 穩壓芯片

氣相色譜儀對電壓的穩定性要求較高，因此采用了兩款穩壓芯片TL431提供10V穩壓及AS1117提供3.3V穩壓。

德州儀器公司(TI)生產(chǎn)的TL431是一是一個(gè)有良好的熱穩定性能的三端可調分流基準源。它的輸出電壓用兩個(gè)電阻就可以任意地設置到從Vref(2.5V)到36V范圍內的任何值(如圖2)。該器件的典型動(dòng)態(tài)阻抗為0.2Ω,在很多應用中可以用它代替齊納二極管,例如,數字電壓表,運放電路、可調壓電源,開(kāi)關(guān)電源等等。

AS1117是一款低壓差的線(xiàn)性穩壓器，當輸出1A電流時(shí)，輸入輸出的電壓差典型值僅為1.2V。AS1117除了提供多種固定電壓版本外(輸出可以為1.8V，2,。5V，3.3.V，5V)，還提供可調端輸出版本，該版本能提供的輸出電壓范圍為1.25V-13.8V。

2.2系統總體框架

該系統是為滿(mǎn)足氣相色譜儀控制的要求，并充分考慮其經(jīng)濟性和可靠性，能真正實(shí)現氣相色譜儀控制的要求來(lái)確定的。根據系統要達到的總體功能，系統主要負責按鍵的檢測，液晶的顯示及與上位機的通信;控制各個(gè)功能模塊的工作，溫度的采集計算和控制，壓力流量的采集等。

1、液晶，蜂鳴器，氣閥由CPU的IO口直接控制

2、鍵盤(pán)值由芯片ZLG7289B來(lái)采集。這款芯片最多能識別64個(gè)按鍵

3、電路擴展了一個(gè)串口，用于上位機控制，電平轉化芯片用max232.

4、擴展了一片EEPROM，每片容量為64K，由CUP的IO口控制，用了IIC總線(xiàn)控制

5、CPU芯片通過(guò)通過(guò)74HC595芯片，來(lái)擴展IO口，用74HC595擴展的IO口來(lái)控制FID，ECD，TCD;

6、采溫部分，用PT100作為溫度傳感器，用PT100組成橋式電路，把溫度轉化為電壓，在經(jīng)過(guò)LM324放大，送給CPU的模擬輸入口。Pt100的恒壓電路有TL432組成;

7、壓力模擬量經(jīng)過(guò)LM324放大后，傳給CPU模擬口。流量的模擬量直接送給CPU的IO口，這兩部分的恒壓電路用TL431組成;

8、電機部分用TL521光耦芯片來(lái)隔離CPU的IO口和步進(jìn)電機的接口，未用CPU的IO口直接控制步進(jìn)電機接口，這樣就起到了安全和抗干擾的作用。用ULN2803芯片來(lái)反相驅動(dòng)電機;

3 系統的硬件設計方案

本章分節介紹了各個(gè)控制模塊的硬件設計與實(shí)現方案，系統硬件按功能劃分為以下幾個(gè)功能模塊： 595串轉并模塊、直流電機模塊、電磁繼電器模塊、壓力流量傳感器模塊、AD轉換芯片模塊、上位機通信模塊、鍵盤(pán)掃描芯片模塊、EEPROM掉電保護及液晶字庫存儲模塊、液晶顯示模塊、穩壓芯片模塊。在各個(gè)模塊設計中詳細敘述了其工作原理、設計思想以及實(shí)現方法。

3.1單片機模塊設計

單片機作為系統的微處理器，其性能對整個(gè)系統來(lái)說(shuō)非常關(guān)鍵?，F在，全球有很多公司能夠生產(chǎn)單片機，隨著(zhù)超大規模集成電路的迅猛發(fā)展，單片機的功能也日漸強大，運算速度日益提高，相繼出現了32位和64位單片機，根據實(shí)際系統的需要和產(chǎn)品的性?xún)r(jià)比，本系統選用microsoft公司生產(chǎn)的32位單片機PIC32F460F作為系統的控制芯片。Microchip公司的PIC32MX4系列是高性能通用和USB的32位閃存微控制器(MCU),下面介紹下它們的主要功能[3]：

• 帶5級流水線(xiàn)的MIPS32® M4K™ 32位內核

• 最高80 MHz的頻率

• 零等待狀態(tài)閃存訪(fǎng)問(wèn)時(shí)性能為 1.56 DMIPS/MHz(Dhrystone 2.1)

• 單周期乘法單元和高性能除法單元

• MIPS16e™模式可使代碼壓縮最多40%

• 兩組各32個(gè)32位內核文件寄存器，可減少中斷延時(shí)

• 預取高速緩存模塊可加速從閃存的執行速度

• 工作電壓范圍為2.3V至3.6V

• 32 KB至512 KB的閃存(附加一個(gè)12 KB的引導閃存)

• 8 KB至32 KB的SRAM存儲器

• 引腳與大部分PIC24/dsPIC® 器件兼容

• 多種功耗管理模式

• 多個(gè)具有獨立可編程優(yōu)先級的中斷向量

• 故障保護時(shí)鐘監視器模式

• 帶有片內低功耗RC振蕩器的可配置看門(mén)狗定時(shí)器，確保器件可靠工作

• 2個(gè)編程和調試接口：

- 雙線(xiàn)接口，可與應用程序進(jìn)行非搶占式訪(fǎng)問(wèn)和

實(shí)時(shí)數據交換

-4線(xiàn) MIPS® 標準增強型JTAG 接口

• 基于硬件的非搶占式指令跟蹤

• 符合IEEE標準1149.2(JTAG)的邊界掃描特性

• 最多16路通道的10位模數轉換器：

- 轉換速率為1000 ksps

- 可在休眠和空閑模式下進(jìn)行轉換

PIC32MX460F引腳圖如下：

3.2 595串轉并模塊控制模塊設計

3.2.1 595串轉并模塊原理及作用

在本系統中，由于控制模塊較多，單單三個(gè)檢測模塊(FID、ECD、TCD)就需要超過(guò)72個(gè)控制口，因此使用74HC595來(lái)進(jìn)行串并轉換，節省IO口的資源。使用一個(gè)IO口連續送出24位，由三個(gè)74HC595級聯(lián)后控制各模塊。

3.2.2 模塊設計與實(shí)現

圖2 74HC595控制模塊電路圖

如圖所示，此為三個(gè)檢測模塊中的一部分，由三個(gè)595級聯(lián)而成，單片機只提供三個(gè)IO引腳，就可以控制24位來(lái)完成FID模塊的功能。

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)。3.3電磁閥控制模塊設計