一種基于MC145027的群模擬信號檢測系統ADetectionsystemBasedonMC145027forGroupAnalogueSignal

摘要：介紹一種基于MC145027的群模擬信號檢測系統，該系統可通過(guò)單信號線(xiàn)將各探頭和主機連接起來(lái)，其探頭的路數最多可達242路；MC145027特殊的設碼方式可使數據在傳輸過(guò)程中具有極高的可靠性，這在強電磁干擾的工業(yè)現場(chǎng)具有較高的應用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：多點(diǎn)檢測；單信號線(xiàn)；可靠性；MC145026；MC145027

在工業(yè)自動(dòng)化控制系統中,往往需要對多點(diǎn)模擬量進(jìn)行檢測,傳統的方法是在各檢測點(diǎn)設置傳感器 ,并以三線(xiàn)或二線(xiàn)連接到主機,通過(guò)多路模擬開(kāi)關(guān)和模數轉換器件對各個(gè)模擬量進(jìn)行模數轉換,取得相應的數據以供主機處理。這種方法存在如下缺陷：

·模擬電壓在通過(guò)電纜傳到主機的過(guò)程中容易受到干擾；

·主機要通過(guò)模擬開(kāi)關(guān)選擇傳感器，這使探頭的路數受到限制，主機的接口電路比較復雜；

·主機無(wú)法向各檢測點(diǎn)傳送控制指令；

·如果在檢測點(diǎn)增加一個(gè)傳感器，就必須增加一根電纜連至主機，因而增加了布線(xiàn)的復雜程度；

針對上述問(wèn)題，筆者設計了一套基于MC145027的群模擬信號檢測系統，使主機和各個(gè)探頭之間只通過(guò)三根線(xiàn)即可進(jìn)行雙向的數據傳輸（如圖1所示）。由于MC145027特殊的譯碼方式能夠消除瞬間的強電磁干擾，因而數據在傳輸過(guò)程中具有很高的可靠性。

1. MC145027的解碼方式

MC145027通常用作解碼器，與之搭配使用的編碼器為MC145026。為了說(shuō)明MC145027的解碼方式，這里首先介紹一下MC145026的編碼方式。

1.1MC145026的編碼

集成編碼器CM145026的引腳功能和外部電路如圖2所示。A1～A9是地址或數據輸入端,當作地址使用時(shí)有三個(gè)狀態(tài) (高電平、開(kāi)路、低電平)，當作數據使用時(shí)有兩種狀態(tài)（高電平、低電平）；、的數值決定MC145026內部時(shí)鐘振蕩器的工作頻率；TE是內部時(shí)鐘振蕩器的工作控制端，當TE為低電平時(shí)，振蕩器工作；的輸出編碼信號如圖3所示，兩個(gè)連續的寬脈沖（占空比7：1）表示“1”，兩個(gè)連續的窄脈沖（占空比1：7）表示“0”，一寬一窄兩個(gè)脈沖表示“開(kāi)路”。發(fā)送時(shí)，先發(fā)送17.5個(gè)時(shí)鐘周期的低電平, 接著(zhù)依次發(fā)送A1～A2的狀態(tài)編碼，如果A1～A9的狀態(tài)編碼發(fā)送完畢后TE依然是低電平,經(jīng)過(guò)24個(gè)時(shí)鐘周期后再依次發(fā)送 A1～A9的狀態(tài)編碼。其編碼的發(fā)送工作不管TE在何時(shí)由低電平變?yōu)楦?img onload="if(this.width>620)this.width=620;" onclick="window.open(this.src)" style="cursor:pointer" src="iie/200007/28/t3.gif" width="430" height="107" align="right"hspace="8" vspace="8">電平，均必須等到當前發(fā)送周期結束以后才能停止[1]。

1.2MC145027的解碼方式

MC145027是與MC145026配套使用的解碼器（MC145027/145028）的一種，具有4位數據輸出和5位地址編碼，根據其地址的不同組合可以產(chǎn)生種不同的地址編碼。根據其地址的不同組合可以產(chǎn)生種不同的地址編碼。MC145027的引腳功能和外部電路如圖4所示，其功能框圖如圖5所示。

MC145027通過(guò)RC積分電路來(lái)完成寬窄脈沖的識別，圖5中，定時(shí)元件R1、C1決定對寬窄脈沖的識別。。 R2、C2是整個(gè)發(fā)送周期的辨別定時(shí)元件，用以確定各個(gè)有效單字，。當編碼信號從數據輸入端（9腳）輸入時(shí)，6 腳將出現與9腳相同的信號，該信號經(jīng)R1、C1積分電路積分后由7腳送至數據提取電路，數據提取電路在輸入信號的每一個(gè)上升沿通過(guò)檢測 7腳的狀態(tài)來(lái)判斷輸入的是寬脈沖還是窄脈沖。圖6給出了6腳和7腳信號的波形，假定數據輸入端輸入的是“開(kāi)路”編碼（即一個(gè)寬脈沖和一個(gè)窄脈沖），寬脈沖開(kāi)始于t0時(shí)刻，結束于t1時(shí)刻，窄脈沖開(kāi)始于t2時(shí)刻，結束于t3時(shí)刻，整個(gè)編碼于t4時(shí)刻結束。那么，在t1時(shí)刻，7腳的電壓為：

在此時(shí)刻，數據提取電路檢測到的7腳電平為高電平，說(shuō)明上一個(gè)脈沖為寬脈沖；此后窄脈沖通過(guò) R1給C1充電，在窄脈沖結束時(shí)的t3時(shí)刻，7腳的電壓為0.74Vcc，在此后的一段時(shí)間里C1通過(guò)R1放電，在編碼結束的t4時(shí)刻，7腳的電壓為0.1Vcc。此時(shí)數據提取電路檢測到7腳的電平為低電平，說(shuō)明上一個(gè)脈沖為窄脈沖。由此可見(jiàn)MC145027并不是對接收到的脈沖信號直接進(jìn)行解碼，而是將輸入信號積分后進(jìn)行解碼，由于積分電路能濾除瞬間的尖脈沖干擾，因此MC145027接收的編碼信號即使受到某種程序的干擾，MC145027依然能夠進(jìn)行正確的解碼，這一點(diǎn)對于環(huán)境復雜的工業(yè)現場(chǎng)特別重要。

2. 系統硬件電路的設計

該檢測系統的硬件電路包括探頭電路和主機接口電路兩部分，主機和探頭之間傳輸的格式遵循MC145026的編碼格式。

2.1探頭電路

探頭電路的原理框圖如圖7所示。

主機發(fā)送至探頭的編碼信號線(xiàn)經(jīng)過(guò)信號傳至各個(gè)探頭，經(jīng)放大整形電路處理后送到 MC145027進(jìn)行解碼，當地址判斷一致后，VT由低變高向單片機申請中斷，由單片機讀取解碼后的數據， MC145027能夠解出4位數據碼，4位二進(jìn)制的數據碼可以表示種命令，單片機根據命令的要求將采集到的數據（溫度、壓力、濕度等）按照 MC145026的編碼格式由P1.7輸出，再經(jīng)過(guò)驅動(dòng)電路回送至主機。

2.2主機接口電路

以486或586微機作為主機，通過(guò)并行打印口與探頭交換數據的主機接口電路如圖8所示。MC145027 的A1～A5引腳的狀態(tài)決定主機的地址碼（00000），D6～D9分別和主機打印口的引腳13、12、10、11相連，上述4個(gè)引腳為打印機的狀態(tài)輸入口，口地址為 379H（279H），分別對應于主機數據總線(xiàn)的D4～D7。主機通過(guò)打印口的14腳（口地址37AH/27AH，對應于數據位D1）向各個(gè)探頭發(fā)送命令，探頭接到命令后向主機回傳所要求的數據，并通過(guò) MC145027解碼后由主機讀取。MC145027的VT引腳接至打印口的1腳（口地址37AH/27AH，對應于數據位D0），主機通過(guò)定時(shí)檢測VT腳的狀態(tài)來(lái)判斷是否有應答數據到來(lái)。

3. 軟件的設計

3.1數據格式的定義

根據MC145026的編碼格式，在一個(gè)發(fā)送周期里可以發(fā)送9位數據信息，我們定義A1～A5為探頭和主機的地址信息,由于總共可表示243個(gè)地址碼,而主機的地址碼定義為00000,因而其余242個(gè)地址碼可供探頭使用; 在主機發(fā)至探頭的編碼里,除了A1～A5表示探頭的地址之外,尚有A6～A9共4位可以表示控制命令，共可組成個(gè)命令碼，設計時(shí)可以根據系統的要求將這16個(gè)命令碼一一定義，以供系統使用。在探頭發(fā)往主機的編碼里，前五位A1～A5是固定格式00000 ，表示主機的地址號，后四位A6～A9表示發(fā)往主機的數據，一個(gè)字節分兩次發(fā)送，先發(fā)高半字節（高四位），再發(fā)低半字節（低四位）。

3.2探頭地址碼的設置

MC145027的地址輸入腳（A1～A5）有三個(gè)狀態(tài)（高電平、平路、低電平）也就是說(shuō)地址線(xiàn)是三進(jìn)制數據，而單片機的 I/O口是二進(jìn)制狀態(tài)（二進(jìn)制數據格式），在探頭電路中，為了使單片機發(fā)送的地址碼與 MC145027的地址碼相對應，單片機必須能自動(dòng)檢測自身的地址。在圖7所示的電路中，P1.0～P1.6作為地址設定腳，它們所表示的地址信息應與 MC145027的地址（A1～A5）相同，這涉及到二進(jìn)制到三進(jìn)制轉換的問(wèn)題。由于表示243個(gè)地址需要8 位二進(jìn)制數據，而單片機只有7位地址設定腳，另外的一位（最高位）只能由程序設定。這樣探頭的地址就可以比較靈活地設置，因而具有一定的通用性。

3.3單片機的軟件設計

探頭電路中的單片機主要用來(lái)完成以下幾個(gè)功能：（1）完成探頭電路的自檢；（2）接收并執行主機發(fā)來(lái)的控制命令；（3）根據主機的命令完成相應的動(dòng)作；（4）按照MC145026 的編碼格式向主機發(fā)送數據。

3.4主機軟件的設計

主機軟件是整個(gè)控制系統的核心，在這里我們只討論和探頭通信有關(guān)的內容。在主控軟件中設置一個(gè)定時(shí)中斷程序，以定時(shí)檢測 MC145027的VT腳的狀態(tài)，當VT腳由低電平變?yōu)楦唠娖綍r(shí)，通過(guò)讀取379H/279H口的內容來(lái)接收探頭發(fā)來(lái)的數據。當主機向各探頭發(fā)送命令時(shí)，就可通過(guò)并行打印口的 14腳發(fā)送控制命令編碼。主機命令碼的發(fā)送格式也應遵循MC145026的編碼格式。

4. 結束語(yǔ)

利用MC145027獨特的解碼方式能有效地克服工業(yè)現場(chǎng)的強電磁干擾，保證數據的可靠傳輸，利用單片機（或 486/586主機）模仿MC145026發(fā)送編碼數據可有效地利用系統資源，節藥成本，提高整個(gè)系統的可靠性。