基于Freescale HCS12系列單片機(jī)的結(jié)晶器振動控制系統(tǒng)

1、內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（畢業(yè)論文）題 目：基于freescale hcs12系列單片機(jī)的結(jié)晶器振動控制系統(tǒng)位移數(shù)據(jù)采集40基于freescale hcs12系列單片機(jī)的結(jié)晶器振動控制系統(tǒng)位移數(shù)據(jù)采集摘 要結(jié)晶器是現(xiàn)代鋼鐵企業(yè)煉鋼工藝的關(guān)鍵設(shè)備。鋼水在結(jié)晶器中進(jìn)行一次水冷，使其形成坯殼。最初的連鑄機(jī)結(jié)晶器是靜止的，在拉坯工程中極易與結(jié)晶器壁發(fā)生粘結(jié)，從而導(dǎo)致拉不動和拉漏事故，因此靜止不振動的結(jié)晶器限制了連鑄生產(chǎn)的工業(yè)化。結(jié)晶器按合適的規(guī)律進(jìn)行振動能保證出料均勻，減少拉坯摩擦力，促使保護(hù)渣按一定的規(guī)律和節(jié)奏即使填充到結(jié)晶器和坯殼之間，形成一定厚度的潤滑層，從而達(dá)到防止初生坯殼與結(jié)晶器之間粘結(jié)

2、而被拉裂。不難看出結(jié)晶器的振動位移對整個(gè)連鑄過程起著至關(guān)重要的作用。針對上述問題，課題提出了一種基于freescale hcs12系列單片機(jī)的結(jié)晶器振動位移數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。本文詳細(xì)介紹了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖、硬件原理圖及軟件流程圖等。硬件部分主要使用了mc9s12dg128芯片、ad7367等。軟件部分采用c語言進(jìn)行編程。由傳感器發(fā)出的電流信號通過電流/電壓轉(zhuǎn)換芯片變成010v電壓信號，經(jīng)過ad7367轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，送入單片機(jī)，進(jìn)行濾波、標(biāo)度變換等處理，然后由串口發(fā)出，并用上位機(jī)接收顯示。關(guān)鍵詞：結(jié)晶器；freescale單片機(jī)；ad7367；數(shù)據(jù)采集內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（畢業(yè)論文）study

3、 of continuous casting mould oscillating based on the freescale hcs12 mcu - data acquisition displacementabstractin the modern iron and steel enterprises, mould oscillating is the key steelmaking process equipment. after awater-cooled molten steel in the mold form a green shell. the initial mold con

4、tinuous casting machine is fixedly in the works .it can easily make the mould felt with casting mold occur,and it may bring on pull leakage incidents. it does limit the vibration of a continuous casting mold of industrialized production . if the mould is in accordance with the laws of the right vibr

5、ation it will ensure uniformity of the material, and in a certain degree reduce the friction of the casting. it make the protecting liquid in accordance with the laws and rhythms, even if filled to the shell mold and the billet between the formation of a certain thickness of the lubrication layer.so

6、 as to achieve the prevention of new-born billet mold shell and pulled between the adhesive and crack. it is not difficult to see that the vibration displacement of mold plays a vital role in the entire continuous casting process.in response to these problems, the design put forward a mould mold vib

7、ration displacement data acquisition system based on the freescale hcs12 mcu. it gives the system block diagram, schematic diagram of hardware and software flow chart, it uses some of the major hardware like mc9s12dg128 chip, ad7367 and so on. software program uses c language.the sensor send out cur

8、rent signal and the signal through the current / voltage converter chip into a 0 10v voltage signal. after it thread ad7367 and conversion into digital signals. in the single-chip the signal would be filted, transformed and then sent by the serial port.at last the data is received and show by the ep

9、istatic machine.key words: vibration； freescale mcu；ad7367； data acquisition內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（畢業(yè)論文）目 錄摘 要iabstractii第一章 序言11.1 連鑄結(jié)晶器振動技術(shù)的發(fā)展及現(xiàn)狀11.2 課題研究目的及內(nèi)容31.2.1 課題研究目的31.2.2 課題研究內(nèi)容3第二章 結(jié)晶器技術(shù)簡介42.1 結(jié)晶器技術(shù)簡介42.2 結(jié)晶器結(jié)構(gòu)和功能5第三章 嵌入式系統(tǒng)簡介及hcs12單片機(jī)73.1 嵌入式系統(tǒng)簡介73.2 freescale單片機(jī)83.2.1 freescale單片機(jī)83.2.2 freescal

10、e hcs12系列單片機(jī)10第四章 硬件設(shè)計(jì)114.1 整體電路設(shè)計(jì)114.2 mc9s12dg128單片機(jī)簡介124.2.1 mc9s12dg128單片機(jī)的封裝結(jié)構(gòu)和引腳功能144.2.2 mc9s12dg128 mcu最小系統(tǒng)164.3 模數(shù)轉(zhuǎn)換器件ad7367184.4 系統(tǒng)串口通信204.4.1 串行通信的基本概念214.4.1.1異步串行通信的格式214.4.1.2串行通信的波特率224.4.1.3 奇偶校驗(yàn)224.4.1.4串行通信的傳輸方式234.4.2 rs-232c的引腳功能234.4.2.1 rs-232c的引腳功能234.4.2.2 電平轉(zhuǎn)換244.4.3 電平轉(zhuǎn)換芯片m

11、ax20224第五章 軟件設(shè)計(jì)及調(diào)試255.1 程序總體設(shè)計(jì)255.2 詳細(xì)程序設(shè)計(jì)275.2.1 ad采樣程序的軟件設(shè)計(jì)275.2.2 濾波程序設(shè)計(jì)275.2.3 標(biāo)度變換程序設(shè)計(jì)285.2.4 延時(shí)子程序285.2.5 串口程序設(shè)計(jì)295.2.6 軟件調(diào)試30第六章 結(jié)論31參考文獻(xiàn)32附錄a 程序源程序34附錄b 硬件原理圖38致 謝39第一章 序言1.1 連鑄結(jié)晶器振動技術(shù)的發(fā)展及現(xiàn)狀在現(xiàn)代鋼鐵企業(yè)中，結(jié)晶器是煉鋼工藝的關(guān)鍵設(shè)備。最初的連鑄機(jī)結(jié)晶器是靜止的，在拉坯過程中極易與結(jié)晶器壁發(fā)生粘結(jié)，從而導(dǎo)致拉不動和拉漏事故，因此靜止不振動的結(jié)晶器限制了連鑄生產(chǎn)的工業(yè)化。1993年現(xiàn)代連鑄的奠

12、基人德國的西格弗德里容漢斯(siegflied junghans)開發(fā)了結(jié)晶器振動裝置，并成功地應(yīng)用于有色金屬的連鑄。1949年s容漢斯的合作者艾爾文羅西(irving rossi)獲得了容漢斯振動結(jié)晶器專利的使用權(quán)，并在美國約阿勒德隆鋼公司(allegheng lundluln steel corporation) waterbliet廠的一臺方坯連鑄試驗(yàn)機(jī)上采用了振動結(jié)晶器。與此同時(shí)，容漢斯振動結(jié)晶器又被用于西德曼內(nèi)斯曼(mannesmann)公司胡金根(huckingen)廠的一臺連續(xù)鑄鋼試驗(yàn)連鑄機(jī)。容漢斯振動的結(jié)晶器在這兩臺連鑄機(jī)上的成功應(yīng)用，使其在鋼連鑄中迅速得到了廣泛應(yīng)用。從此，結(jié)

13、晶器振動便成了連鑄機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)操作。1972年日本鋼管廠的福山廠在其5號機(jī)上應(yīng)用了液壓伺服非正弦振動技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了板坯2.3m/min的平均拉速，并且投入工業(yè)應(yīng)用。1985年日本神戶制剛所對鑄坯表面質(zhì)量的影響進(jìn)行研究，在實(shí)驗(yàn)室用水模擬實(shí)際鋼液。采用兩臺三級高響應(yīng)的伺服閥直接裝在液壓缸上并聯(lián)驅(qū)動對稱液壓缸，為改善結(jié)晶器液壓振動系統(tǒng)的阻尼，在液壓缸上下兩腔用節(jié)流閥調(diào)節(jié)泄漏，工作液采用不易燃的磷酸脂。1992年德馬克的isp薄板坯連鑄連軋生產(chǎn)線在意大利的阿爾維迪廠建成，采用的連鑄機(jī)為弧形，結(jié)晶器為上直下弧型。德馬克認(rèn)為在高頻小振幅振動下結(jié)晶器銅板的磨損量最小。結(jié)晶器采用非正弦振動的振動機(jī)構(gòu)為液壓激振式。應(yīng)

14、用液壓振動的另一有代表性的研究工作是法國鋼鐵研究院(irstd)與cleclm設(shè)計(jì)制造的結(jié)晶器液壓振動系統(tǒng)，并進(jìn)行了模擬試驗(yàn)研究。結(jié)果表明，應(yīng)用非正弦振動可以有效地減少結(jié)晶器內(nèi)部的摩擦力，使振痕深度減輕，鑄坯表面質(zhì)量明顯改善。在試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，又設(shè)計(jì)制造了兩臺數(shù)字模擬式液壓振動工業(yè)試驗(yàn)裝置，分別裝在sollac的2號板坯連鑄機(jī)和unlmetel normandie廠的小方坯連鑄機(jī)上。隨后，clecim又為sollac廠設(shè)計(jì)制造了一臺工業(yè)性液壓振動裝置，采用了全數(shù)字控制方式，設(shè)備于1993年安裝在sollac的2號板坯連鑄機(jī)上。在國內(nèi)，隨著連鑄鑄坯熱傳送裝置及直接軋制技術(shù)的發(fā)展，生產(chǎn)節(jié)奏大幅加快，

15、為了提高企業(yè)的生產(chǎn)效率，實(shí)現(xiàn)高效連鑄的目標(biāo)，需要工藝、設(shè)備、生產(chǎn)組織和管理、物流管理、生產(chǎn)操作以及與之配套的煉鋼車間各個(gè)環(huán)節(jié)的協(xié)調(diào)與統(tǒng)一。而高精度、長壽的結(jié)晶器振動裝置是高效連鑄關(guān)鍵技術(shù)之一，這其中包括振動裝置硬件的優(yōu)選及結(jié)晶器振動形式、振動工藝參數(shù)的軟件優(yōu)化。因此一些較大企業(yè)開始出資引進(jìn)國外先進(jìn)設(shè)備和技術(shù)。(l)西安重型機(jī)械研究所(西重所)經(jīng)過數(shù)年理論研究與試驗(yàn)，研發(fā)出國內(nèi)第一套具有全部自主知識產(chǎn)權(quán)的液壓振動裝置。目前己在寶鋼集團(tuán)上鋼五廠薄板坯連鑄機(jī)、唐鋼集團(tuán)第一煉鋼廠板坯連鑄機(jī)、攀鋼集團(tuán)煉鋼廠大方坯連鑄機(jī)上得到良好應(yīng)用。(2)由奧鋼聯(lián)提供的液壓非正弦振動器技術(shù)于1995年在armco mn

16、afield廠薄板坯連鑄機(jī)上首次投入運(yùn)行。實(shí)踐證明，液壓伺服系統(tǒng)是可靠的，靈活的，液壓伺服驅(qū)動的振動裝置可以產(chǎn)生非正弦振動波形、正弦振動波形和其它任意的波形振動，實(shí)現(xiàn)控制過程監(jiān)控，實(shí)時(shí)顯示，并可根據(jù)拉坯速度的變化自動調(diào)節(jié)振動參數(shù)，便于實(shí)現(xiàn)結(jié)晶器振動操作的優(yōu)化，它能為每一次澆鑄設(shè)置最佳的振動參數(shù)，并且振動參數(shù)可以在線調(diào)節(jié)。(3)2004年攀枝花鋼鐵集團(tuán)公司增建了2號板坯連鑄機(jī)，該機(jī)采用達(dá)涅利公司開發(fā)的結(jié)晶器和結(jié)晶器液壓振動inmo(integral motion)系統(tǒng)。inmo結(jié)晶器是dnacili的一項(xiàng)專利技術(shù)，它是結(jié)晶器和振動機(jī)構(gòu)組合成一體，振動質(zhì)量小，提供相對于鑄流中心線的結(jié)晶器振動的精確

17、導(dǎo)向，可獲得零誤差導(dǎo)向系統(tǒng)，再配上液壓振動裝置，即可在所有澆鑄條件下獲得良好的鑄坯表面質(zhì)量。(4)2005年4月寶鋼研究院建成兼顧板坯、薄板坯生產(chǎn)試驗(yàn)的多功能連鑄試驗(yàn)平臺，同時(shí)與國內(nèi)協(xié)作單位共同研究，開發(fā)了國內(nèi)首臺適用于板坯連鑄的結(jié)晶器電液伺服振動系統(tǒng)，通過半工業(yè)化試驗(yàn)環(huán)境下的優(yōu)化研究，預(yù)期將形成設(shè)備和工藝相結(jié)合的成套技術(shù)，并擬將這一技術(shù)推廣應(yīng)用于市場。在連鑄結(jié)晶器振動技術(shù)的發(fā)展過程中，相繼出現(xiàn)了同步振動、負(fù)滑動振動、正弦振動、非正弦振動等多種振動方式。但迄今為止，工業(yè)中廣泛使用的仍然是用直流電機(jī)或交流變頻電機(jī)通過偏心凸輪驅(qū)動雙搖桿機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)結(jié)晶器正弦振動。這主要是因?yàn)橛闷耐馆唽?shí)現(xiàn)正弦波振動波

18、形精確，而且加工容易；同時(shí)，正弦波振動與鑄坯拉速沒有嚴(yán)格要求，既不像同步振動那樣，要求結(jié)晶器下降速度與鑄坯同步，上升比拉速大三倍；也不像負(fù)滑動振動那樣，結(jié)晶器上、下振動與鑄坯拉速有較嚴(yán)格的關(guān)系。而且，正弦振動的結(jié)晶器速度和加速度分別按正弦和余弦規(guī)律變化，在上、下死點(diǎn)速度變化瞬間，沖擊力不會過大，速度變化較平穩(wěn)。因此，近年來在板坯和方坯連鑄機(jī)上得到了廣泛應(yīng)用。1.2 課題研究目的及內(nèi)容1.2.1 課題研究目的連鑄是指使鋼水連續(xù)不斷地通過水冷結(jié)晶器，凝成硬殼后從結(jié)晶器下方出口連續(xù)拉出，經(jīng)噴水冷卻全部凝固后切成坯料的鑄造工藝。它與傳統(tǒng)的“模鑄開坯”工藝相比，具有明顯優(yōu)勢。連鑄坯的產(chǎn)量占整個(gè)鋼產(chǎn)量的百

19、分率可反映一個(gè)國家煉鋼工藝的先進(jìn)水平，因而連鑄比的提高受到國內(nèi)外的廣泛重視。結(jié)晶器及其激振系統(tǒng)是連鑄機(jī)中的重要組成部分。使用飛思卡爾hcs12系列單片機(jī)實(shí)現(xiàn)結(jié)晶器振動位移的在線檢測和控制，把鋼水進(jìn)行一次冷卻，使其形成坯殼，同時(shí)保證出料均勻，減少拉坯摩擦力，避免鋼水粘壁、漏鋼，改善鑄坯表面質(zhì)量。數(shù)據(jù)通過can總線傳至上位機(jī)，實(shí)現(xiàn)控制過程監(jiān)督、實(shí)時(shí)顯示振動參數(shù)，提高連鑄坯質(zhì)量和提高結(jié)晶器振動品質(zhì)，從而實(shí)現(xiàn)連鑄過程的自動化。1.2.2 課題研究內(nèi)容結(jié)晶器振動促使保護(hù)渣按一定的規(guī)律和節(jié)奏及時(shí)填充到結(jié)晶器和坯殼之間，形成有一定厚度的潤滑層，以防止其初生坯殼與結(jié)晶器之間粘結(jié)而被拉裂。本設(shè)計(jì)主要控制結(jié)晶器按

20、一定得規(guī)律振動，并在線檢測振動效果，運(yùn)用pid規(guī)律調(diào)節(jié)偏差。為了實(shí)現(xiàn)以上目標(biāo)，本課題主要涉及以下內(nèi)容：結(jié)晶器振動波形產(chǎn)生、位移數(shù)據(jù)采集、pid數(shù)據(jù)處理、can總線通信。本文負(fù)責(zé)位移數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。第二章 結(jié)晶器技術(shù)簡介2.1 結(jié)晶器技術(shù)簡介結(jié)晶器的振動相當(dāng)于一種脫模的作用，其目的是防止鑄坯粘結(jié)發(fā)生拉裂或漏鋼。結(jié)晶器振動裝置由兩個(gè)油缸驅(qū)動結(jié)晶器作上下振動，以防止在澆鋼過程中鋼水與結(jié)晶器銅板發(fā)生粘連。并且還能周期性地改變鋼液面和結(jié)晶器壁的相對位置，有利于改善結(jié)晶器內(nèi)壁表面的潤滑狀況，減小粘結(jié)阻力和摩擦阻力，還可改善鑄坯的表面質(zhì)量。結(jié)晶器振動的引入作為一個(gè)關(guān)鍵因素加速了連續(xù)鑄鋼技術(shù)的發(fā)展。結(jié)晶器

21、按照外部形狀分為直結(jié)晶器和弧形結(jié)晶器；按鑄坯斷面形狀分為方坯(大方坯的斷面邊長大于200mm、小方坯的斷面邊長小于150mm)、板坯(指厚度比超過2:51的鑄坯)、矩形坯、圓坯和異形斷面結(jié)晶器；按照結(jié)構(gòu)形式分為整體式、管式、組合式和可調(diào)寬式。方坯連鑄機(jī)的振動裝置主要是采用機(jī)械振動(正弦振動曲線)，而板坯連鑄機(jī)的振動裝置主要采用機(jī)械振動(正弦振動曲線)和液壓振動(正弦和非正弦曲線)。機(jī)械振動有電機(jī)驅(qū)動的短臂四連桿式和電機(jī)驅(qū)動的四偏心輪、板簧導(dǎo)向(或其他方式導(dǎo)向)式。液壓振動有單液壓缸驅(qū)動短臂四連桿式、雙液壓缸驅(qū)動的短臂四連桿式或垂直升降式。機(jī)械振動和液壓振動在應(yīng)用上各有優(yōu)缺點(diǎn)，機(jī)械振動裝置具有可

22、靠性高，技術(shù)成熟、加工制造比較容易，操作簡單、整體投資低的優(yōu)勢；液壓振動控制精度高，振動波形、振幅和頻率可以在澆鑄過程中隨意調(diào)整，且更加適合板坯生產(chǎn)。中薄板坯連鑄機(jī)生產(chǎn)工藝:鋼水是由轉(zhuǎn)爐(精煉爐)煉出，放到大包轉(zhuǎn)臺上的受包位，大包轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)180度到澆鑄位。在鋼包全部轉(zhuǎn)到澆鑄位置后，鋼水由大包的滑動水口流入中間包車。此時(shí)鋼水在大包中溫度為1558.5，流入中間包車溫度為1553。大包操作工人打開滑動水口，鋼水由長水口流入中間罐車，當(dāng)中間罐車?yán)锏匿撍_(dá)到一定量后，中包工人調(diào)節(jié)中包塞棒，控制侵入式水口流入結(jié)晶器鋼水的流量。鋼水由結(jié)晶器向下流入扇形段(扇形段分為:彎曲段、弧形段、矯直段和水平段)。此時(shí)

23、，扇形段夾緊，驅(qū)動輥壓下，把板坯從扇形段拉出，由火焰切割機(jī)通過定尺對板坯進(jìn)行切割。切割好的板坯通過輸出區(qū)輥道(移坯小車)把板坯運(yùn)到下一道工序軋機(jī)的爐前輥道。圖2.1連鑄機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖2.2 結(jié)晶器結(jié)構(gòu)和功能結(jié)晶器類型按其內(nèi)壁形狀，可分直形及弧形等；按鑄坯規(guī)格和形狀，可分圓坯、矩形坯、正方坯、板坯及異型坯等；按其結(jié)構(gòu)形式，可分整體式、套筒式、水平式及組合式等。（1）整體式結(jié)晶器的結(jié)構(gòu)組成結(jié)晶器內(nèi)壁和外殼部分都采用同一材料，即用整塊紫銅或鑄造黃銅機(jī)械加工而成，并在其內(nèi)壁周圍鉆削許多小孔，用以通水冷卻鋼水和坯殼。結(jié)晶器內(nèi)壁的形狀和大小，取決于鑄坯斷面的形狀和尺寸。（2）套管式結(jié)晶器的結(jié)構(gòu)組成套管式結(jié)晶

24、器的外殼是圓筒形，結(jié)晶器的內(nèi)壁用冷拔無縫鋼管制成。在結(jié)晶器的下部安裝輥?zhàn)幽康氖菧p少鑄坯塌方。結(jié)晶器需用潤滑油潤滑。（3）組合式結(jié)晶器組合式結(jié)晶器廣泛應(yīng)用在大型連鑄機(jī)上，特別是板坯連鑄機(jī)上，寬度和厚度都能調(diào)節(jié)。 結(jié)晶器內(nèi)襯銅壁直接影響了結(jié)晶器的使用壽命，正確選擇材質(zhì)是延長結(jié)晶器使用壽命的關(guān)鍵，目前通常采用銅基合金。如圖2.2為結(jié)晶器電液伺服振動裝置，采用閥控缸驅(qū)動雙搖桿機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)結(jié)晶器的往復(fù)振動，將液壓缸的位置通過位移傳感器反饋到綜合端與指令信號比較得到誤差信號，然后由計(jì)算機(jī)算得控制量并經(jīng)過d/a和電流負(fù)反饋放大器后驅(qū)動電液伺服閥構(gòu)成閉環(huán)控制系統(tǒng)。利用計(jì)算機(jī)產(chǎn)生各種指令信號，通過選擇適當(dāng)?shù)目刂埔?guī)律

25、使系統(tǒng)輸出跟蹤指令信號從而獲得所要求的振動規(guī)律。 機(jī)械振動的振動裝置由直流電動機(jī)驅(qū)動，通過萬向聯(lián)軸器，分兩端傳動兩個(gè)蝸輪減速機(jī)，其中一端裝有可調(diào)節(jié)軸套，蝸輪減速機(jī)后面再通過萬向聯(lián)軸器，連接兩個(gè)滾動軸承支持的偏心軸，在每個(gè)偏心輪處裝有帶滾動 圖2.2結(jié)晶器電液伺服振動裝置軸承的曲柄，并通過帶橡膠軸承的振動連桿支撐振動臺，產(chǎn)生振動。 結(jié)晶器振動裝置用于支撐結(jié)晶器并使其沿鑄機(jī)半徑作近似圓弧的上下往復(fù)振動。連續(xù)澆鑄中一直進(jìn)行這種振動，以防止坯殼與結(jié)晶器粘結(jié)而被拉裂，并有利于保護(hù)渣在結(jié)晶器壁的滲透使結(jié)晶器得以充分潤滑和順利脫模。對結(jié)晶器振動的技術(shù)要求是：（1）振動的方式能有效地防止因坯殼的粘結(jié)而造成拉漏

26、事故；（2）振動參數(shù)有利于改善鑄坯表面質(zhì)量，形成表面光滑的鑄坯。結(jié)晶器振動的功能是防止拉坯坯殼與結(jié)晶器粘結(jié)，同時(shí)獲得良好的鑄坯表面，因而結(jié)晶器向上運(yùn)動時(shí)，減少新生的坯殼與銅壁產(chǎn)生粘結(jié)，以防止坯殼受到較大的應(yīng)力，使鑄坯表面出現(xiàn)裂紋；而當(dāng)結(jié)晶器向下運(yùn)動時(shí)，借助摩擦，在坯殼上施加一定的壓力，愈合結(jié)晶器上升時(shí)拉出的裂痕，這就要求向下的運(yùn)動速度大于拉坯速度，形成負(fù)滑脫。第三章 嵌入式系統(tǒng)簡介及hcs12單片機(jī)3.1 嵌入式系統(tǒng)簡介嵌入式系統(tǒng)最初的應(yīng)用是基于單片機(jī)的。嵌入式系統(tǒng)是一種將底層硬件、實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件相結(jié)合的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)是對對象進(jìn)行自動化控制，而使其具有智能化并可嵌入對象體系

27、中的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，“嵌入性”、“專用性”與“計(jì)算機(jī)系統(tǒng)”是嵌入式系統(tǒng)的三個(gè)基本要素。嵌入式系統(tǒng)通常由嵌入式處理器、嵌入式外圍設(shè)備、嵌入式操作系統(tǒng)和嵌入式應(yīng)用軟件等幾大部分組成。1嵌入式處理器嵌入式處理器是嵌入式系統(tǒng)的核心部件。嵌入式處理器與通用的處理器的最大不同點(diǎn)在于嵌入式cpu大多工作在為特定用戶群設(shè)計(jì)的系統(tǒng)中。它通常把通用cpu中許多由板卡完成的任務(wù)集成在芯片內(nèi)部，從而有利于嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)趨于小型化，并具有高效率、高可靠性等特征。嵌入式處理器可分為低端的嵌入式微控制器、中高端的嵌入式微處理器、嵌入式處理器和高度集成的嵌入式片上系統(tǒng)。幾乎每個(gè)大的硬件廠商都推出了自己的嵌入式處理器，其中以f

28、reescale、arm、powerpc、mc68000、mips等使用得最為廣泛。2. 嵌入式外圍設(shè)備嵌入式外圍設(shè)備是指在一個(gè)嵌入式硬件系統(tǒng)中，除了嵌入式處理器以外的完成存儲、通信、保護(hù)、調(diào)試、顯示等輔助功能的其他部件。根據(jù)外圍設(shè)備的功能可分為以下3類：(l)存儲器類型:靜態(tài)易失型存儲器(ram，sram)、動態(tài)存儲器(dram)、非易失型存儲器(rom，eprom，eeprom，flash)。其中，flash(閃存)以可擦寫次數(shù)多，存儲速度快，容量大及價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)在嵌入式領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用；(2)接口類型:目前存在的所有接口在嵌入式領(lǐng)域中都有廣泛的應(yīng)用，但是以下幾種接口，其應(yīng)用最為廣泛，

29、包括rs一232接口(串口)、irda(紅外線接口)、spi(串行外設(shè)接口)、i2c(現(xiàn)場總線)、usb(通用串行接口)，enternet(以太網(wǎng)接口)和并口；(3)顯示類型：ctr，lcd和觸摸屏等外圍顯示設(shè)備。3嵌入式操作系統(tǒng)在嵌入式應(yīng)用中，為了使嵌入式開發(fā)更方便、快捷，就需要具備相應(yīng)的管理存儲器分配，中斷處理，任務(wù)間通信和定時(shí)器響應(yīng)，以及提供多任務(wù)處理等功能的軟件模塊集合，即嵌入式操作系統(tǒng)。嵌入式操作系統(tǒng)的引入大大提高了嵌入式系統(tǒng)的性能，方便了嵌入式應(yīng)用軟件的開發(fā)設(shè)計(jì)。當(dāng)今流行的嵌入式操作系統(tǒng)包括vxworks，linux，c/os-，deltaus，psos等。每一種嵌入式操作系統(tǒng)都有

30、自身的優(yōu)越性，我們需要根據(jù)自己的實(shí)際應(yīng)用來合理選擇。4嵌入式應(yīng)用軟件嵌入式系統(tǒng)的軟件開發(fā)的特點(diǎn)是:以面向過程為主，代碼的利用率高，代碼的規(guī)模小，實(shí)時(shí)性強(qiáng)。過去的嵌入式系統(tǒng)軟件開發(fā)，大多從匯編開始，并以匯編語言開發(fā)為主。這樣的開發(fā)只能做簡單的控制和算法，而應(yīng)用需求復(fù)雜時(shí)，開發(fā)周期將大大增加，不利于新產(chǎn)品的快速面市。隨著嵌入式系統(tǒng)硬件的不斷發(fā)展，如處理器主頻提高，存儲器容量擴(kuò)大，硬件體積減小等特點(diǎn)，嵌入式系統(tǒng)的軟件開發(fā)也發(fā)生了一些變革。嵌入式應(yīng)用軟件是針對特定的實(shí)際專業(yè)領(lǐng)域的，基于相應(yīng)的嵌入式硬件平臺的，并能完成用戶預(yù)期任務(wù)的計(jì)算機(jī)軟件。用戶的任務(wù)可能有時(shí)間和精度的要求。嵌入式應(yīng)用軟件和普通的應(yīng)用

31、軟件有一定的區(qū)別。由于嵌入式應(yīng)用對成本十分敏感，因此為減少系統(tǒng)成本，除了精減每個(gè)硬件單元的成本外，盡可能地減少嵌入式應(yīng)用軟件的資源消耗也是不可忽視的重要因素。這就要求嵌入式應(yīng)用軟件不但保證準(zhǔn)確性、安全性、穩(wěn)定性以滿足應(yīng)用要求，還要盡可能地優(yōu)化。3.2 freescale單片機(jī)3.2.1 freescale單片機(jī)freescale系列單片機(jī)采用哈佛結(jié)構(gòu)和流水線指令結(jié)構(gòu)，在許多領(lǐng)域內(nèi)都表現(xiàn)出低成本，高性能的的特點(diǎn)，它的體系結(jié)構(gòu)為產(chǎn)品的開發(fā)節(jié)省了大量時(shí)間。此外freescale提供了多種集成模塊和總線接口，可以在不同的系統(tǒng)中更靈活的發(fā)揮作用。飛思卡爾（freescale）半導(dǎo)體公司，就是原來的mot

32、orola公司半導(dǎo)體產(chǎn)品部。于2004年從motorola分離出來，更名為freescale。 freescale提供了多種集成模塊和總線接口，可以在不同的系統(tǒng)中更靈活的發(fā)揮作用。freescale單片機(jī)的特有的特點(diǎn)如下：（1）全系列：從低端到高端，從8位到32位全系列應(yīng)有盡有，最近還新推出8位/32位管腳兼容的qe128，可以從8位直接移植到32位,彌補(bǔ)單片機(jī)業(yè)界8/32 位兼容架構(gòu)中缺失的一環(huán)?。?）多種系統(tǒng)時(shí)鐘模塊：三種模塊，七種工作模式多種時(shí)鐘源輸入選項(xiàng)，不同的mcu具有不同的時(shí)鐘產(chǎn)生機(jī)制，可以是rc振蕩器，外部時(shí)鐘或晶振，也可以是內(nèi)部時(shí)鐘，多數(shù)cpu同時(shí)具有上述三種模塊！可以運(yùn)行在f

33、ei，fee，fbi，fbilp，fbe，fbelp，stop這七種工作模式。（3）多種通訊模塊接口：與其它系列的單片機(jī)不同，freescale單片機(jī)幾乎在內(nèi)部集成各種通信接口模塊：包括串行通信接口模塊sci，多主i2c總線模塊,串行外圍接口模塊spi，mscan08控制器模塊，通用串行總線模塊（usb/ps2）。（4）具有更多的可選模塊：某些mcu具有l(wèi)cd驅(qū)動模塊，某些mcu帶有溫度傳感器，某些mcu具有超高頻發(fā)送模塊，部分mcu含有同步處理器模塊，某些含有同步處理器的mcu還具有屏幕顯示模塊，還有少數(shù)的mcu具有響鈴檢測模塊和雙音多頻/音調(diào)發(fā)生器模塊。（5）可靠性高，抗干擾性強(qiáng)（6）低功

34、耗也許freescale系列的單片機(jī)具有全靜態(tài)的“等待”和“停止”兩種模式，從總體上降低了功耗。（7）多種引腳數(shù)和封裝選擇 可以說freescale系列單片機(jī)具有的mcu種類是最多的了，有些mcu本身就有幾種不同的引腳數(shù)和封裝形式，這樣就可以滿足用戶的各種需求。圖3.1 freescale單片機(jī)結(jié)構(gòu)框圖freescale 系列中都包含了一個(gè)mcu（微控制器），它的基本含義是：在一塊芯片上集成了中央處理器、存儲器（ram/rom等）、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器以及多種輸入/輸出接口的比較完整的數(shù)字處理系統(tǒng)。具體框圖如圖3.1。3.2.2 freescale hcs12系列單片機(jī)freescale公司的hcs

35、12系列mcu型號有很多種，其工作電壓一般為5v，時(shí)鐘頻率最高可達(dá)25mhz。在這些不同型號的mcu中，資源各有不同，即使是同一種型號的mcu，也有多種封裝形式，其中i/o口數(shù)目也不盡相同，mc9s12dg128就有80引腳的qfp、112引腳的lqef兩種封裝形式。freescale hcs12系列mcu的型號數(shù)量龐大，為了方便實(shí)際應(yīng)用選型，需要了解freescale hcs12系列mcu的命名方法。下面是mc9s12dx128b為例介紹起基本命名規(guī)則：mc 9 s12 dx 128b xxx e 為產(chǎn)品狀態(tài)。mcfully qualified，在實(shí)際應(yīng)用中，通常都選用mc類型的產(chǎn)品。 為存

36、儲器類型標(biāo)志。無表示內(nèi)帶rom或者片內(nèi)沒有程序存儲器；7表示片內(nèi)帶有eprom或者一次可編程rom；8表示片內(nèi)帶eprom；9表示片內(nèi)帶flash eprom。 為cpu標(biāo)志。hcs12表示其中央處理器使用cpu12核。 為系列標(biāo)志。dx表示為d系列產(chǎn)品。 為存儲空間的大小及版本。256為flash版本，表示256kb的flash存儲空間。 為工作溫度范圍標(biāo)志。“無”表示商用溫度范圍070；c表示-4085；v表示-40105；m表示-40125。 為封裝標(biāo)志位。它表示芯片的封裝形式：fu表示80引腳的qep封裝，pv表示112引腳的lqfp封裝。 為無鉛組裝標(biāo)志。e表示芯片生產(chǎn)過程無鉛化，是

37、綠色電子組裝技術(shù)的發(fā)展方向。第四章 硬件設(shè)計(jì)4.1 整體電路設(shè)計(jì)結(jié)晶器振動控制系統(tǒng)主要可分為6大部分：數(shù)字量輸入/輸出模塊、a/d轉(zhuǎn)換模塊、閥芯反饋拉速、d/a轉(zhuǎn)換模塊、電源模塊、can總線模塊。本次設(shè)計(jì)四人主要負(fù)責(zé)d/a轉(zhuǎn)換模塊、a/d轉(zhuǎn)換模塊、pid控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和can總線模塊。本文主要討論a/d轉(zhuǎn)換模塊的設(shè)計(jì)和調(diào)試，其它部分有其他同學(xué)分工完成。圖4.1 總體設(shè)計(jì)框圖圖4.2 a/d采集模塊原理圖a/d轉(zhuǎn)換模塊主要完成位移數(shù)據(jù)的采集功能，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行初步的整理運(yùn)算。硬件選擇mc9sdg128型單片機(jī)，ad7367作為ad轉(zhuǎn)換芯片。傳感器發(fā)出的電流信號轉(zhuǎn)換為010v電壓信號，a/d轉(zhuǎn)換器件

38、ad7367接收此電壓信號（本設(shè)計(jì)中由于設(shè)備的原因，采用模擬的電壓信號作為輸入信號），轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量在freescale hcs12系列單片機(jī)hc9s12dg128進(jìn)行處理后，重新變?yōu)槲灰屏浚⑼ㄟ^串口傳輸?shù)缴衔粰C(jī)，上位機(jī)顯示所接收到的位移量?？傮w設(shè)計(jì)框圖如圖4.1。為了實(shí)現(xiàn)這些功能，硬件設(shè)計(jì)原理圖如圖4.2。4.2 mc9s12dg128單片機(jī)簡介mc9s12dg128微控制器采用增強(qiáng)型16位s12cpu，片內(nèi)總線時(shí)鐘頻率最高可達(dá)25mhz；片內(nèi)資源包括8kb ram、128kb flash、2kb eeprom；sci、spi、pwm串行接口模塊；pwm模塊可設(shè)置成4路8位或2路16位，可

39、寬范圍選擇邏輯時(shí)鐘頻率；它還提供2個(gè)8路10位精度a/d轉(zhuǎn)換器、控制器局域網(wǎng)模塊can和增強(qiáng)型捕捉定時(shí)器，并支持背景調(diào)試模式（bdm）。具體s12微控制器特點(diǎn)如下：*s12的核心：16位s12cpu：20位alu，指令隊(duì)列，增強(qiáng)型索引地址；多種外部總線接口（mebi）；模塊映射控制機(jī)制（mmc）；斷點(diǎn)（bkp）；背景調(diào)試模塊（bdm）。*crg時(shí)鐘和復(fù)位發(fā)生器：鎖相環(huán)（pll）；看門狗（cop watchdog）；實(shí)時(shí)中斷（rti）；時(shí)鐘監(jiān)視器（cm）。*帶中斷功能的8位和4位端口：可編程的上升沿或下降沿觸發(fā)。*存儲器：128kb flash；2kb eeprom；8kb ram。*2個(gè)8通道

40、模/數(shù)轉(zhuǎn)換器：10位精度；外部觸發(fā)轉(zhuǎn)變功能。*3個(gè)1mbps的can總線模塊，兼容can2.0a/b：5個(gè)接收緩沖器，3個(gè)發(fā)送緩沖器；4個(gè)獨(dú)立的中斷通道，分別是發(fā)送中斷、接收中斷、錯(cuò)誤中斷和喚醒中斷；低通濾波器喚醒功能。*增強(qiáng)型捕捉定時(shí)器：16位計(jì)數(shù)器，7位預(yù)分頻功能；8個(gè)可編程輸入捕捉或輸出比較通道；4個(gè)8位或2個(gè)16位脈沖累加器。*8個(gè)pwm通道：每個(gè)通道的周期和占空比由程序決定；8位8通道或16位4通道；各通道獨(dú)立控制；脈沖在周期內(nèi)中心對稱或左對齊輸出；可編程時(shí)鐘選擇邏輯；緊急事件關(guān)斷輸入；可作為中斷輸入。*串行口：2個(gè)異步串行通信接口（sci）；2個(gè)同步串行設(shè)備接口（spi0；byte

41、flight模塊。*i2c總線：兼容i2c總線標(biāo)準(zhǔn)；多主i2c總線模塊。*lqfp112和qfp80封裝選擇：5v輸入和帶驅(qū)動能力i/o；5va/d轉(zhuǎn)換器輸入；50mhz系統(tǒng)頻率；單線背景調(diào)試模塊；片上硬件斷點(diǎn)。4.2.1 mc9s12dg128單片機(jī)的封裝結(jié)構(gòu)和引腳功能mc9s12dg128 mcu具有兩種封裝形式，分別是80引腳和112引腳，本文給出112引腳，如圖：圖4.3 mc9sdg128引腳圖可以把全部引腳分為i/o引腳及mcu最小系統(tǒng)支撐引腳兩大類：（1）i/o口引腳:模擬量輸入：atd1引腳號為68、70、72、74、76、78、80、82作為第一功能時(shí)普通輸入口，第二功能是a

42、dt1輸入引腳，第三功能82引腳是adt1外部觸發(fā)輸入引腳；atd0引腳號為67、69、71、73、75、77、79、81作為第一功能也是普通的輸入口，第二功能是adt0輸入引腳，第三功能81引腳是adt0外部觸發(fā)輸入引腳。a口：引腳號5764，作為第二功能，寬總線模式下，多路復(fù)用外部地址和數(shù)據(jù)。b口：引腳號2431，作為第二功能，寬總線模式下，多路復(fù)用外部地址和數(shù)據(jù)。e口：36號引腳，作為第二功能，總線模式下當(dāng)前總線是否處于空閑周期，作為第三功能，晶振選擇；37、38號引腳，作為第二功能，mcu工作模式的選擇，作為第三功能，指令隊(duì)列跟蹤信號引腳，并且內(nèi)部下拉；39號引腳，作為第二功能，非正常

43、單片模式，內(nèi)總線時(shí)鐘外部鏈接引腳；53號引腳，作為第二功能，低字節(jié)選通，作為第三功能，的引腳；54號引腳，作為第二功能，外部讀寫功能引腳且內(nèi)部上拉；55、56號引腳，作為第二功能，外部中斷輸入引腳且內(nèi)部上拉。h口：引腳號3235，作為第三功能，中斷輸入引腳；引腳號4952，作為第二功能，串行外圍接口（spi1），作為第三功能，中斷輸入引腳。j口：98、99號引腳，作為第二功能，can4的發(fā)送數(shù)據(jù)的輸出引腳；作為第三功能，i2c模塊的串行時(shí)鐘引腳；21、22號引腳，作為第二功能，kwj1、kwj0；作為第三功能，pj1、pj0。k口：108號引腳，作為第二功能，仿真芯片選擇輸出引腳；作為第三功能

44、，決定misc寄存器的romon位值且內(nèi)部上拉；19、20、58號引腳，作為第二功能，總線模式下外部總線擴(kuò)展地址且內(nèi)部上拉。m口：87、88號引腳，作為第二功能，byteflight；100、101號引腳，作為第二功能，byteflight；作為第三功能，spi0；102105號引腳，作為can/bdlc。p口：109112號引腳，作為第二功能，中斷輸入引腳；作為第三功能，pwm模塊；14號引腳，作為第二功能，中斷輸入引腳；作為第三功能，pwm模塊且作為spi1。s口：9396號引腳，作為第二功能，spi0；8992號引腳，作為第二功能，sci。 t口：1518、912號引腳，作為第二功能，定

45、時(shí)器模塊。（2） mcu最小系統(tǒng)支撐引腳電源：vddx、vssx分別是107、106號引腳作為i/o的外部電源。 vddr、vssr分別是41、40號引腳作為i/o和內(nèi)部電壓調(diào)節(jié)模塊的外部電源。 vdd1、vss1、vdd2、vss2分別是13、14、65、66號引腳作為mcu的電源。 vdda、vssa分別是83、86號引腳作為電壓調(diào)節(jié)及內(nèi)部a/d轉(zhuǎn)換的電源。 vrh、vrl分別是84、85號引腳作為a/d轉(zhuǎn)換的參考電壓端。 vddpll、vsspll分別是43、45號引腳作為pll的電源供給端。 vregen是97號引腳作為片內(nèi)電壓調(diào)節(jié)模塊的使能端。控制： reset是42號引腳作為復(fù)位引

46、腳（有內(nèi)部上拉）。 bkgd/modc/是23號引腳作為背景調(diào)試（有內(nèi)部上拉）。其他： xfc是44號引腳作為pll的外部濾波電容連接引腳。 extal、xtal分別是46、47號引腳作為片內(nèi)振蕩器引腳。4.2.2 mc9s12dg128 mcu最小系統(tǒng)mcu最小系統(tǒng)是指可使內(nèi)部程序運(yùn)行所需要的外圍電路。dg128芯片的最小系統(tǒng)包括電源電路、pll電路、復(fù)位電路、晶振電路、bdm調(diào)試接口電路等，具體介紹如下：（1）電源電路hcs12mcu的芯片內(nèi)部使用3v電壓，i/o端口和外部供電電壓為5v。在圖4.4給出的dg128最小系統(tǒng)電路中，電源電路部分的cd和cs構(gòu)成濾波電路，可以改善系統(tǒng)的電磁兼容

47、性，降低電源波動對系統(tǒng)的影響，增強(qiáng)電路工作穩(wěn)定性。另外，為標(biāo)識系統(tǒng)通電與否，可以增加一個(gè)電源指示燈。圖4.4電源電路(2)pll電路片內(nèi)的pll電路兼有頻率放大和信號提純的功能，因此，系統(tǒng)可以以較低的外部時(shí)鐘信號獲得較高的工作頻率，以降低因高速開關(guān)時(shí)鐘所造成的高頻噪聲。圖4.5 pll電路在圖所示的pll電路中，vddpll引腳由片內(nèi)提供2.5v電壓；c1、c2和r5的取值與晶振、refdv寄存器和synr寄存器有關(guān)。mcu系統(tǒng)時(shí)鐘電路和電源電路在布pcb板時(shí)，要按照以下規(guī)則布線，才能使系統(tǒng)的電磁兼容性得到保證：1.盡量讓時(shí)鐘信號回路周圍電場趨近于零。用地線將時(shí)鐘區(qū)圈起來，時(shí)鐘線要盡量短。2.

48、石英晶振下面及噪聲特別敏感的器件下面不要走線。3.pll的濾波電路要盡可能靠近mcu，每個(gè)電源端和接地端都要接一個(gè)去耦電容，去耦電容要盡可能靠近mcu。（3）復(fù)位電路hcs12系列mcu在響應(yīng)各種外部或偵測到的內(nèi)部系統(tǒng)故障時(shí)可進(jìn)行系統(tǒng)復(fù)位。當(dāng)mcu檢測到需要復(fù)位時(shí)，它將寄存器和控制位設(shè)置成已知的起始默認(rèn)值。系統(tǒng)復(fù)位的用途時(shí)錯(cuò)誤復(fù)位，即當(dāng)mcu檢測到內(nèi)部故障時(shí)，它嘗試回到一個(gè)已知的、明確的狀態(tài)而從故障中恢復(fù)。具體電路圖如下： 圖4.6復(fù)位電路 圖4.7晶振電路（4）晶振電路晶體振蕩器分為無源晶振和有源晶振兩種類型。需要外接電源的晶振稱為有源晶振。相反無需外接電源的稱為無源晶振。本設(shè)計(jì)用無源晶振，

49、引腳xtal和extal分別接該單片機(jī)的輸入端和輸出端。這個(gè)單片機(jī)與作為反饋元件的片外石英晶體或陶瓷諧振器一起構(gòu)成自激振蕩器。具體電路圖如圖4.7。外接石英晶體（或陶瓷諧振器）及電容c9、c10接在放大器的反饋回路中構(gòu)成并聯(lián)振蕩電路。對外接電容c9、c10雖然沒有十分嚴(yán)格的要求，但電容容量的大小會輕微影響振蕩頻率的高低、振蕩器工作的穩(wěn)定性、起振的難易程度及溫度穩(wěn)定性，如果使用石英晶體，推薦電容使用30pf10pf，而如使用陶瓷諧振器建議選擇40pf10pf。（5）bdm接口電路圖4.8 bdm接口電路背景調(diào)試模式bdm（background ddbug mode）是由freescale半導(dǎo)體公

50、司自定義的偏上調(diào)試規(guī)范。bdm調(diào)試方式為開發(fā)人員提供了基層的調(diào)試手段。開發(fā)人員可通過它初次向目標(biāo)板下載程序，同時(shí)也可通過bdm調(diào)試器對目標(biāo)板mcu的flash存儲器進(jìn)行寫入、擦除等操作。用戶也可通過它進(jìn)行應(yīng)用程序的下載和在線更新，在線動態(tài)調(diào)試和編程，讀取cpu各個(gè)存儲器的內(nèi)容，mcu內(nèi)部資源的配置與修復(fù)，程序的加密處理等操作。而這些僅需要向cpu發(fā)送幾個(gè)簡單的指令就可以實(shí)現(xiàn)，從而使調(diào)試軟件的編寫變的非常簡單。bdm硬件調(diào)試的插頭制作的設(shè)計(jì)也非常的簡單，關(guān)鍵是滿足通信時(shí)序關(guān)系和電平轉(zhuǎn)換的要求。4.3 模數(shù)轉(zhuǎn)換器件ad7367ad7367是一款雙極性、14-bit、高速、低功耗、逐次逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換

51、器，采樣速率高達(dá) 1 msps。它采用 adi公司的工業(yè) cmos工藝 icmos制作，icmos工藝結(jié)合了低電壓與高電壓 cmos、雙極性以及高電壓 dmos 工藝的優(yōu)勢，該工藝允許 ad7367接收高電壓雙極性信號，而且降低功耗與封裝尺寸。ad7367內(nèi)部功能圖如圖4-8所示，它包括兩個(gè) adc，每個(gè) adc的前面都有一個(gè)雙通道多路復(fù)用器，以及一個(gè)低噪聲、寬帶、跟蹤與保持放大器，可以處理超過 10 mhz的輸入頻率。ad7367內(nèi)置 2.5 v基準(zhǔn)電壓源，但是可使用外部基準(zhǔn)電壓。如表 4.1模擬通道輸入?yún)?shù)所示，ad7367可以接收10 v、5 v以及 0- 10 v范圍的真雙極性模擬輸入

52、信號。圖4.9 ad7367內(nèi)部功能圖ad7367通過 spi串行通訊方式與 dsp通訊，節(jié)省了使用 i/o口的數(shù)量。表4.1 ad7367模擬通道輸入?yún)?shù)輸入電壓范圍(v)輸入電壓范圍(v)最小測量值(mv)1020163841.22510163840.610-1010163840.61如圖4.10為ad7367的接線圖，3.3v電壓經(jīng)過10f/10v旁路電容和0.1f耦合電容后接2腳(vdrive)，選擇ad7367接口邏輯電源為3.3v。3腳(dvcc)和8腳(avcc)分別為ad7367的數(shù)字和模擬電源，它們要盡可能的短接在一起。4腳(rang1)、5腳(rang0)決定了輸入模擬量的

53、范圍，為了保證最大靈敏度，選擇了0-10v的模擬量輸入范圍。利用9腳(dcapa)、16腳(dcapb)分別接0.1f電容，可以對ad轉(zhuǎn)換器基準(zhǔn)電壓去藕，提高基準(zhǔn)電壓的質(zhì)量。10腳(vss)、15腳(vdd)分別為ad7367的正負(fù)電源，必須有外部提供干凈的12v電源。11腳(va1)、12腳(va2)、13腳(vb1)、14腳(vb2)分別為ad轉(zhuǎn)換器的模擬量輸入腳。18腳(refsel)用于選擇基準(zhǔn)電壓，圖4.10中接高電平，使用內(nèi)部2.5v基準(zhǔn)電壓。19腳(cs)、20腳(sclk)、1腳(douta)為spi通訊接口，因?yàn)榻涌谶壿嬰娖竭x擇3.3v，dsp可以直接和它通訊。21腳(cnv

54、st)用來控制ad轉(zhuǎn)換的開始，當(dāng)該引腳出現(xiàn)一個(gè)下降沿后，ad轉(zhuǎn)換開始，低電平其間進(jìn)行ad轉(zhuǎn)換，此時(shí)22腳(busy)為高電平指示ad轉(zhuǎn)換器正忙，轉(zhuǎn)換結(jié)束后22腳(busy)為低電平，如果21腳(cnvst)變高，轉(zhuǎn)換器將重新上電，若21腳(cnvst)仍然保持低電平，ad7367進(jìn)入低功耗模式。圖4.10 ad7367接線圖4.4 系統(tǒng)串口通信串行通信使mcu與外部設(shè)備之間進(jìn)行通信的一種簡單而有效的硬件方法。串行通信接口可以將終端或者個(gè)人計(jì)算機(jī)連接到mcu，也可以將幾個(gè)分散的mcu連接成通信網(wǎng)絡(luò)。如圖4.11為串口硬件接線圖，本系統(tǒng)了選用最常用的標(biāo)準(zhǔn)接口rs232，采用max202作為串口的電

55、平轉(zhuǎn)換芯片。圖4.11 串口硬件接線圖4.4.1 串行通信的基本概念“位”（bit）單個(gè)二進(jìn)制數(shù)字的簡稱，是有兩種狀態(tài)的最小二進(jìn)制值，分別用0和1表示。在計(jì)算機(jī)中，通常一個(gè)信息單位用8位二進(jìn)制表示，稱為1字節(jié)（byte）。串行通信的特點(diǎn)是：數(shù)據(jù)以字節(jié)為單位，按位的順序從一條傳輸線上發(fā)送出去。串行通信分為異步通信和同步通信兩種方式。4.4.1.1異步串行通信的格式在mcu的應(yīng)為芯片手冊上，通常說sci采用的是nrz數(shù)據(jù)格式，英文全稱是standard non-return-zero mart/space data format，可以譯為“標(biāo)準(zhǔn)不歸零傳號/空號數(shù)據(jù)格式”。這是一個(gè)通信術(shù)語?！安粴w零

56、”的最初含義是：用負(fù)電平表示一種二進(jìn)制值，正電平表示另一種二進(jìn)制值，不使用零電平。mark/space即“傳號/空號”，分別表示兩種狀態(tài)的物理名稱，邏輯名稱記為1/0。表中給出了8位數(shù)據(jù)、無校驗(yàn)位的傳送格式。表4.2串行通信的幀格式開始位第0位第1位第2位第3位第4位第5位第6位第7位停止位這種格式下的空閑狀態(tài)為1，發(fā)送器通過發(fā)送一個(gè)0表示一字節(jié)傳輸?shù)拈_始，隨后是數(shù)據(jù)位（在mcu中一般是8或者9位，可以包含校驗(yàn)位）。最后，發(fā)送器發(fā)送12位的停止位，表示一字節(jié)傳送結(jié)束。若繼續(xù)發(fā)送下一字節(jié)，則重新發(fā)送開始位。若不發(fā)送新的字節(jié)，則維持1的狀態(tài)，使發(fā)送數(shù)據(jù)線處于空閑。從開始位到停止位結(jié)束的時(shí)間間隔稱為1幀。因此，也稱格式為幀格式。通過這段內(nèi)容可以知道，在異步串行通信中，是通過開始位和停止位來區(qū)分每個(gè)傳送字節(jié)的。因此，沒發(fā)送一個(gè)字節(jié)，都要發(fā)送開始位和停止位，這是影響一部串行通信傳送速度的因素之一。同時(shí)，因?yàn)闆]發(fā)送一字節(jié)，不許首先發(fā)送開始位，所以稱之為“異步”通信。4.4.1.2串行通信的波特率“位長”（bit length）也稱為位的持續(xù)時(shí)間。其倒數(shù)就是單位時(shí)間內(nèi)傳送的位數(shù)。人們把每秒內(nèi)傳送的為數(shù)稱為“波特率”（baud rate）。波特率的單位是位/秒，記為b/s或bps。bps是英文bit per second的縮寫，習(xí)慣上這個(gè)縮寫不用大寫，而用小寫。通