單片機接口技術(shù)第十四章

.,單片機接口技術(shù)(C51版),第十四章單片機綜合應用實例,.,14.1MCS-51單片機遠程數(shù)據(jù)傳輸裝置,隨著科學技術(shù)的發(fā)展，人們對各種單片機控制系統(tǒng)的功能要求越來越高。例如水、電、煤氣表的自動抄錄、IC卡電話機的話費統(tǒng)計及稅控收款機等分布式系統(tǒng)中，人們希望能在中心機房通過公用電話網(wǎng)通過數(shù)據(jù)的傳輸實現(xiàn)對各測控點的監(jiān)控。此外，通過電話網(wǎng)對自動化設(shè)備的遠程調(diào)試、維修可以降低廠家的維修成本。借助在應用中編程技術(shù)，單片機系統(tǒng)可以實現(xiàn)遠程在線升級。由于MCS-51單片機及其兼容機型仍在國內(nèi)單片機應用中占有重要位置，本節(jié)以AT89C51單片機為例，對基于公話網(wǎng)的單片機遠程數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)進行研究。,.,14.1.1電話網(wǎng)遠程通信原理,我國的公用電話網(wǎng)采用的是FSK（頻移鍵控）制式，電話線上傳輸?shù)男盘枮橐纛l信號，單片機處理只能處理數(shù)字信號，需要通過專用的調(diào)制解調(diào)芯片將單片機的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成音頻信號。本節(jié)把數(shù)據(jù)遠程傳輸裝置分為主叫和被叫兩部分。在雙方通信開始之前，主叫由拔號芯片產(chǎn)生DTMF信號，DTMF信號經(jīng)調(diào)制解調(diào)芯片放大后送到電話線上發(fā)出被叫號碼。被叫收到振鈴信號后將雙方電話線連通，完成握手協(xié)議后即可進行數(shù)據(jù)傳輸。系統(tǒng)模型如圖14-1-1所示。,.,14.1.2系統(tǒng)硬件設(shè)計,14.1.2.1電路設(shè)計整個系統(tǒng)分為兩個部分，即主叫部分，和被叫部分。下圖是主叫電路原理圖。,圖14-1-2主叫電路原理圖,.,在遠程通信系統(tǒng)中，主叫端由于需要通過拔號與被叫建立聯(lián)系，因此必須有拔號芯片，在本系統(tǒng)中選用的是HOLTEK公司的HT9200A。調(diào)制解調(diào)電路則選用OKI公司的專用MODEM芯片MSM7512B。此外系統(tǒng)還有摘掛機電路、鍵盤、顯示等部分協(xié)助完成拔號、數(shù)據(jù)輸入及顯示等功能。,.,被叫電路原理圖,.,14.1.3DTMF電路HT9200A,14.1.3.1引腳圖HT9200A是串行式DTMF電路，具有很好的溫度適應性，其工作溫度范圍為-20+70，它采用8腳DIP或SOP封裝形式，其管腳排列如圖14-1-4所示。各引腳的功能說明如下：CE：片選信號輸入端，低電平有效；X1、X2：3.579545MHz晶振接入端；VDD、VSS：電源正負輸入端，正常工作電壓范圍為25.5V，工作電流為2mA左右；CLK：串行數(shù)據(jù)的同步信號輸入端，fCLK為100kHz左右；DATA：串行數(shù)據(jù)輸入端；DTMF：DTMF信號輸出端。,圖14-1-4HT9200A引腳圖,.,14.1.3.2HT9200A工作原理,圖14-1-5所示為HT9200A的輸入輸出時序圖，當CE為低電平時，選中芯片并在CLK的下降沿將串行口DATA上的數(shù)據(jù)鎖存。每個數(shù)據(jù)為5位二進制碼，在CLK下降沿到來時，先鎖存低位，再鎖存高位。當5位均為1時，結(jié)束DTMF的發(fā)送。HT9200A雙音頻發(fā)生器是專為微控制器接口而設(shè)計，也稱作拔號芯片，以串行方式與微控制器接口。單片機向HT9200A串行輸入要拔的號碼的對應編碼，HT9200A則從其輸出端輸出對應的音頻信號。例如單片機要拔的號碼中一位為“8”,則需向HT9200A的數(shù)據(jù)輸入端串行輸入“8”對應的編碼“01000”，HT9200A則從其輸出端輸出852+1336Hz的音頻信號。表14-1-1所列為HT9200的輸入位碼組合與輸出頻率的對應關(guān)系。,.,HT9200A控制時序,圖14-1-5HT9200A控制時序,.,輸入位碼組合與輸出頻率的對應關(guān)系表,.,14.1.4FSK調(diào)制解調(diào)芯片MSM7512B,M7512B是OKI公司推出的半雙工FSKModem芯片,最大通信速率1200bps，符合ITU-TV.23規(guī)范，+3V+5V單電源供電。其模擬輸出可直接驅(qū)動600通信電路，外圍電路簡單，具有功耗低達0.1mW的掉電模式，可滿足低功耗電路的要求。M7512B包括調(diào)制和解調(diào)兩部分，圖14-1-6為該芯片的內(nèi)部功能框圖。其中Mod1、Mod2控制M7512B的工作模式調(diào)制/解調(diào)/掉電方式。,.,MSM7512B的工作模式,MSM7512B的工作模式由MOD1、MOD2控制，通過控制MOD1、MOD2可使MSM7512B在4種不同的工作模式下工作，見表14-1-2。,.,當Mod2=0，Mod1=0時，M7512B工作于調(diào)制方式。XD輸入為“0”，“1”的數(shù)字調(diào)制信號，AO對應輸出頻率為“2100Hz”，“1300Hz”的FM模擬信號。是模擬信號輸出的使能控制端。當Mod2=0，Mod1=1時，M7512B工作于解調(diào)方式。AI輸入頻率為“2100Hz”，“1300Hz”的FM模擬信號，RD對應輸出解調(diào)后的“0”，“1”數(shù)字信號。是輸入模擬信號的指示端。當Mod2=1，Mod1=1時，M7512B工作于掉電方式，此時M7512B功耗僅0.1mW。,.,14.1.5數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓ぷ鬟^程,.,15.1.6軟件設(shè)計,系統(tǒng)任務主要有鍵處理、顯示、通信任務、故障診斷任務。通信任務主要在鍵處理程序中完成。在主叫方完成拔號后等待被叫傳來應答數(shù)據(jù)期間，應當開串行中斷，從而及時接收被叫傳來的應答數(shù)據(jù)。在鍵處理任務中，當按下數(shù)字鍵時，應當根據(jù)通信雙方是否握手成功來區(qū)分該按下的數(shù)字代碼電話號碼還是要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。在握手成功后，連機指示燈點亮后,主叫每按一個數(shù)字鍵，則發(fā)送一位數(shù)據(jù)，若在握手成功后按下任何一個功能鍵，則掛機結(jié)束本次通信。,.,鍵處理程序流程圖,.,14.2工業(yè)洗衣機模糊控制器的設(shè)計,模糊控制是智能控制發(fā)展的重要方向。自1974年英國工程師E.H.Mardani首次利用模糊控制邏輯研制成功模糊控制器以來，模糊控制理論及其應用取得了很大的進展。進入二十世紀九十年代，模糊控制技術(shù)進入商品化階段，并應用于過程控制、模式匹配、機器人及專家系統(tǒng)，在提高產(chǎn)品的自動化、智能化水平的同時取得良好的經(jīng)濟和社會效益。模糊控制技術(shù)被稱為“二十一世紀的核心技術(shù)”，尚在發(fā)展、完善之中。工業(yè)洗衣機廣泛應用于賓館、飯店、醫(yī)院、部隊、學校、車站、客運碼頭等洗滌衣物量大的場合。工業(yè)洗衣機洗滌時要耗費大量的水和電。在我國淡水資源日益匱乏、能源需求急劇增加的今天，耗水、耗電的減少對保護環(huán)境、造福人民有著深遠的意義。,.,14.2.1模糊控制器設(shè)計,洗衣機模糊控制器是模糊控制洗衣機的核心,它在模糊理論的基礎(chǔ)上，根據(jù)各種傳感器的檢測信號，利用計算機技術(shù)，模仿人腦思維方式進行控制。利用各種傳感器檢測布質(zhì)、布量、渾濁度等信息，單片機根據(jù)采集到的信息，經(jīng)過模糊推理決定出最佳的洗滌策略，包括洗滌時間、洗滌轉(zhuǎn)速、洗滌時進水位及洗滌過程等。,.,14.2.1.1模糊控制器的結(jié)構(gòu),輸入變量主要有3個：布質(zhì)、布量、臟污程度輸出變量主要有5個：洗衣機的轉(zhuǎn)速、水位、洗滌時間、溫度及洗滌劑劑量。所以是3輸入5輸出結(jié)構(gòu)。如圖14-2-1所示。水溫在洗滌劑要求范圍內(nèi)對洗凈率的影響很小，因此將系統(tǒng)簡化為3輸入4輸出的系統(tǒng)。在工業(yè)洗衣機洗滌過程中，主洗階段是最重要的，直接決定了洗滌效果及洗滌時間長短，因此本節(jié)的模糊控制器以主洗階段為主要研究對象。,.,14.2.1.2模糊規(guī)則庫的建立,模糊規(guī)則庫是模糊控制器的核心單元，對模糊控制的效果起著至關(guān)重要的作用。模糊控制的輸入量是布質(zhì)、布量及渾濁度。布質(zhì)的論域為0%-100%含棉量，布量的論域為0-25Kg(洗衣機的額定負載)臟污程度以渾濁度傳感器采集的數(shù)據(jù)量化后論域為0-100。它們在其論域上的語言值和與其對應的模糊子集隸屬函數(shù)如圖14-2-2所示,.,2模糊控制規(guī)則的建立,洗滌流程的階段數(shù)。洗滌流程階段數(shù)由布質(zhì)、布量、污性、污染程度決定。推理所用原始數(shù)據(jù)主要根據(jù)經(jīng)驗確定，計算中先將輸入變量值轉(zhuǎn)化為模糊量，再根據(jù)輸入模糊量查表確定洗滌流程階段數(shù)。如果主洗階段具有漂白操作，則主洗至少包含2個階段。處理階段數(shù)主要由輔料種類決定如表14-2-1所示，初洗階段數(shù)為1。,.,2）洗滌、脫水轉(zhuǎn)速。洗滌、均布、脫水時電機轉(zhuǎn)速主要和布質(zhì)、布量有關(guān)。脫水時先排水，再均布，最后脫水。脫水時電機轉(zhuǎn)速固定為兩檔，中脫與高脫。3）洗滌時間。洗滌時間由布量、渾濁程度決定。推理所用典型數(shù)據(jù)由實驗確定。4）水位。水位主要和布質(zhì)、布量有關(guān)。典型數(shù)據(jù)主要由實驗確定。5）水溫。主洗水溫和布質(zhì)、臟污性質(zhì)有關(guān)，也和洗滌劑類型有關(guān)。處理時水溫和輔料類別有關(guān)。6）輔料種類、料量。輔料種類由人工輸入確定。對同樣洗滌物狀態(tài)，不同洗滌劑需要量不同。對特定洗滌劑（白貓），劑量與布量、渾濁度關(guān)系筆者根據(jù)實踐得出了對應的數(shù)據(jù)表格，。7）脫水時間。脫水時間主要和布質(zhì)、布量有關(guān)。典型數(shù)據(jù)主要由實驗確定。,.,14.2.2模糊推理軟件設(shè)計,由于洗衣機的控制系統(tǒng)采用MCS-51單片機控制，程序采用C51語言設(shè)計。14.2.2.1模糊推理算法模糊量的隸屬函數(shù)全部采用梯形形式，可用參數(shù)a,b,c,d來表示。如圖14-2-3所示。對隸屬函數(shù)為三解形的變量，當b與c取值相等時，梯形可簡化為三角形。這樣便于軟件設(shè)計。輸入變量的模糊集及其隸屬函數(shù)參見圖14-2-2。模糊推理算法采用基本的Mandani算法，模糊推理結(jié)果的精確化采用加權(quán)平均法。,.,14.2.2.2洗滌流程及推理程序設(shè)計,洗滌流程包含初洗、主洗（1、2、3