基于PIC單片機的便攜式測試記錄儀設計

　　基于PIC單片機的便攜式測試記錄儀(以下簡(jiǎn)稱(chēng)記錄儀)既有一般數據采集裝置的實(shí)時(shí)采集與保存功能,同時(shí)又能夠對采集數據進(jìn)行實(shí)時(shí)處理、顯示和打印。適用于對采集速度要求不高、交流供電比較困難以及無(wú)須長(cháng)期留人值班的場(chǎng)合。

　　以追求高可靠、低功耗、小體積設計思想的本記錄儀具有如下功能:對現場(chǎng)物理量進(jìn)行實(shí)時(shí)采集、保存、處理與顯示;自動(dòng)識別現場(chǎng)安裝的傳感器數量、傳感器號和量程;自動(dòng)和手動(dòng)兩種采集方式,自動(dòng)采集適用于長(cháng)期無(wú)人值班的固定場(chǎng)合,手動(dòng)采集便于對分布在不同區域的物理量進(jìn)行測試;與PC機通訊,可根據需要將采集數據下載至PC數據庫;實(shí)時(shí)打印;自檢功能,避免了系統運行過(guò)程中可能遇到本身無(wú)法容錯處理的異常事件而導致的死機現象。

　　1 硬件設計

　　1.1 總體設計原則

　　根據高可靠、低功耗、小體積的設計思想及應用對象幾乎對采集速度無(wú)要求(此處指系統本身的采集速度已遠遠超過(guò)實(shí)際應用要求)的特性,總體設計原則是: 元器件采用低功耗、寬范圍工作電源的CMOS集成電路;總線(xiàn)采用口線(xiàn)少的串行總線(xiàn);允許情況下,盡量用軟件實(shí)現硬件功能,用中斷代替查詢(xún)工作方式;一旦系統空閑則立即使其進(jìn)入低功耗休眠狀態(tài),當需要時(shí)再用外部中斷予以喚醒。

　　1.2 硬件組成

　　根據總體設計原則,硬件組成如圖1所示。其中:單片機為美國MicroChip公司的中檔產(chǎn)品PIC16C74,+5V供電、4MHz主頻時(shí)功耗低于2mA;E2PROM存儲陣列由超低工作電壓(+2.5V～+5.5V)、具有可編程選擇多種特性的8KB智能化電可擦除存貯器24LC65芯片組成。其中,0#為傳感器識別片(以下簡(jiǎn)稱(chēng)識別片),保存現場(chǎng)實(shí)際安裝的傳感器數量、傳感器號及量程。該芯片被設計在放大器板上,永久安裝于現場(chǎng)。傳感器號由4位數字組成,前2位表示組號,后2位表示傳感器組內號。1# 為字典片,分為三個(gè)存儲區:第一存儲區被設置成高壽命寫(xiě)入區,保存表頭參數,如疵點(diǎn)單元計數器、記錄計數器、記錄指針、自動(dòng)采集時(shí)間等;第二存貯區為字典區,保存傳感器修正系數、實(shí)時(shí)打印所涉及的漢字國標碼等,查找時(shí)以傳感器號為關(guān)鍵字進(jìn)行指針定位;第三存儲區被定義為疵點(diǎn)單元地址隊列,保存在寫(xiě)過(guò)程中遇到的疵點(diǎn)單元地址。2#~7# 為數據片,保存實(shí)時(shí)采集的數據。RS232口為最簡(jiǎn)單的零調制3線(xiàn)經(jīng)濟型,具有雙重功能,接上TPμP_T微型打印機,則進(jìn)行實(shí)時(shí)打印;接上PC機,則與PC進(jìn)行全雙工通訊。A/D轉換器MAX189為串行、12位逐次逼近型,功耗75mW,最大轉換時(shí)間8.5μs。實(shí)時(shí)時(shí)鐘DS1302具有可編程涓流充電功能,能夠提供秒、分、時(shí)、日、月、星期、年至2100年,并且對閏年和小于31天的月份進(jìn)行自動(dòng)調節。鍵盤(pán)由手動(dòng)、自動(dòng)、通訊、打印、清零等五個(gè)觸摸按鍵組成,通過(guò)按鍵產(chǎn)生外部中斷喚醒單片機完成相應功能。液晶顯示器(LCD)采用4位半靜態(tài)方式驅動(dòng),用來(lái)顯示處理后的結果以及系統運行過(guò)程中檢錯的代碼。32.768kHz晶振用于自動(dòng)采集時(shí)產(chǎn)生定時(shí)中斷。

　　1.3 工作原理

　　本記錄儀基本工作原理是:一旦系統完成某項工作后,立即進(jìn)入低功耗休眠狀態(tài),當需要時(shí)再由外部中斷予以喚醒。

　　1.3.1 加電初始化

　　加電后,首先初始化有關(guān)寄存器和接口,然后自檢各功能部件。測試結果無(wú)論正?；蝈e誤均以代碼形式顯示在LCD上,進(jìn)入休眠狀態(tài)。

　　1.3.2 采 集

　　本記錄儀有自動(dòng)和手動(dòng)兩種采集方式。

　　休眠狀態(tài)下,當按手動(dòng)鍵時(shí)則進(jìn)入手動(dòng)采集過(guò)程。首先讀識別片和字典片,以確立現場(chǎng)中實(shí)際安裝的傳感器數量、量程及數據片可寫(xiě)空間。若數據片未寫(xiě)滿(mǎn),則從組內0通道傳感器開(kāi)始,循環(huán)對現場(chǎng)中實(shí)際安裝的所有傳感器進(jìn)行采集、處理、顯示,直至當再按一次手動(dòng)鍵時(shí),方將傳感器號、量程、最近一次采集值(注意:不是實(shí)時(shí)處理后結果,而是原始A/D轉換碼值)以及采集時(shí)刻的日歷信息─年、月、日、時(shí)、分、秒等組成的記錄寫(xiě)入記錄指針指向的數據片中,接著(zhù)對表頭參數進(jìn)行修改,進(jìn)入休眠狀態(tài)。

　　休眠狀態(tài)下,當按自動(dòng)鍵時(shí)則進(jìn)入自動(dòng)采集過(guò)程。首先開(kāi)放定時(shí)中斷,然后進(jìn)入采集─保存─休眠─喚醒─再采集─再保存─再休眠─再喚醒的循環(huán)狀態(tài),直到數據片被寫(xiě)滿(mǎn)或人工干預結束自動(dòng)采集過(guò)程為止。上述喚醒由外部中斷完成,其單片機從休眠狀態(tài)到喚醒工作之間的時(shí)間間隔有等距和變距兩種形式可供選擇。所謂等距即每次采集的時(shí)間間隔相同。與其相反,變距則每次采集的時(shí)間間隔隨采集次數的增多而變長(cháng)或縮短,視實(shí)際應用需要而確定。本記錄儀出廠(chǎng)設置為等距1小時(shí),即每間隔1小時(shí)采集1次。

　　1.3.3 通訊和打印

　　休眠狀態(tài)下,當按通訊鍵時(shí),進(jìn)入和PC通訊過(guò)程。首先由PC端Win98下的專(zhuān)門(mén)處理軟件完成串口1(若記錄儀與PC Com1口相連)或串口2(若記錄儀與PC Com2口相連)的自動(dòng)配置,然后可根據工具條上的圖文進(jìn)行等距、變距、選擇、數據下載、事后處理等操作。

　　休眠狀態(tài)下,當按打印鍵后,則在TPμP_T微型打印機上打印出所有保存的記錄。

　　1.3.4 清 零

　　休眠狀態(tài)下,當按清零鍵時(shí),則清除數據片中保存的所有記錄,即使記錄指針指向數據片首址。