多路信號(hào)采集板卡硬件電路設(shè)計(jì)

多路信號(hào)采集板卡硬件電路設(shè)計(jì)1緒論1.1課題的背景現(xiàn)代工業(yè)控制、自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)及信號(hào)處理中數(shù)據(jù)是指現(xiàn)場(chǎng)采集來(lái)的電壓、電流、壓力、流量、液位、溫度和角度等信號(hào)，此外還包括一些開(kāi)關(guān)量信號(hào)。在微型計(jì)算機(jī)應(yīng)用于智能化儀器儀表、信號(hào)處理和工業(yè)自動(dòng)化等過(guò)程中，都存在著模擬量的測(cè)量與控制問(wèn)題，即將溫度、壓力、流量、位移及角度等模擬量轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)，再收集到微型機(jī)上進(jìn)一步予以顯示、處理、記錄和傳輸，這個(gè)過(guò)程即稱“數(shù)據(jù)采集〞，相應(yīng)的系統(tǒng)即為微機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)一般由信號(hào)調(diào)理電路，多路切換電路，采樣保持電路，A/D，單片機(jī)組成。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速開(kāi)展和普及，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)在多個(gè)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。它是計(jì)算機(jī)與外部物理世界連接的橋梁。它在現(xiàn)代信息領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用，是信息產(chǎn)品不可或缺的重要組成局部。因此選擇基于單片機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)是很有意義也是很有必要的。在計(jì)算機(jī)廣泛應(yīng)用的今天，數(shù)據(jù)采集的重要性是十分顯著的。它是計(jì)算機(jī)與外部物理世界連接的橋梁。各種類型信號(hào)采集的難易程度差異很大。實(shí)際采集時(shí)，噪聲也可能帶來(lái)一些麻煩。數(shù)據(jù)采集時(shí)，有一些根本原理要注意，還有更多的實(shí)際的問(wèn)題要解決。在日常的工程設(shè)備檢測(cè)過(guò)程中，如果采用傳統(tǒng)的面板表顯示，不僅占用設(shè)備多、實(shí)時(shí)性差，而且測(cè)量過(guò)程也十分繁瑣，效率十分低下。而近年來(lái)，隨著控制技術(shù)、微電子技術(shù)、通信技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的高速開(kāi)展，不僅促進(jìn)了工程檢測(cè)技術(shù)和儀器本身的變革，而且使它們?cè)黾恿撕芏嘈碌纳L(zhǎng)點(diǎn)。檢測(cè)系統(tǒng)與通信及計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的結(jié)合，儀器和測(cè)試系統(tǒng)軟硬件平臺(tái)結(jié)構(gòu)的新變化，都正在改變著測(cè)試和儀器的面貌。就新出現(xiàn)的虛擬儀器系統(tǒng)而言，它將計(jì)算機(jī)資源(處理器、存儲(chǔ)器、顯示器等)和儀器硬件—插件卡(信號(hào)調(diào)理、定時(shí)、A/D、變換器、高速緩存、數(shù)字輸入輸出電路等)以及用于數(shù)據(jù)采集、通訊、系統(tǒng)仿真、數(shù)據(jù)分析以及圖形用戶界面的應(yīng)用軟件有效結(jié)合起來(lái)，用戶不必了解電子線路及系統(tǒng)軟件的細(xì)節(jié)，只要應(yīng)用虛擬儀器系統(tǒng)提供的“用戶軟件接口〞和“用戶硬件接口〞，再經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的二次開(kāi)發(fā)，就可在較短的周期內(nèi)開(kāi)發(fā)出適用不同測(cè)控對(duì)象需要的儀器。無(wú)疑這種新型測(cè)試儀不僅智能化程度高，且易于更新升級(jí)，靈活性強(qiáng)，但是對(duì)測(cè)試技術(shù)和測(cè)試設(shè)備要求的提高，無(wú)疑使測(cè)試本錢也大幅增長(zhǎng)。顯然，對(duì)于一般設(shè)備檢測(cè)來(lái)講，大可不必付出這樣的消耗?？紤]單片機(jī)的特性，由于它可以提供A/D輸入通道，因此非常適用于模擬量(溫度、壓力、流量)輸入采樣系統(tǒng)，而其超微型化的特點(diǎn)，無(wú)可比較的價(jià)格性能比，無(wú)疑為儀器儀表的智能化提供了可能?；诖饲闆r，本課題擬在設(shè)計(jì)一種多路信號(hào)采集設(shè)備，這點(diǎn)與時(shí)下國(guó)際流行的“測(cè)試集成〞思想不謀而合，因此它不僅是單片機(jī)在智能儀器儀表領(lǐng)域應(yīng)用的又一實(shí)現(xiàn)，且因其功能完善與總體價(jià)格的優(yōu)越性又使它具有實(shí)用價(jià)值。在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，我們會(huì)安裝很多的各種類型的傳感器，如壓力的溫度的流量的聲音的電參數(shù)的等等，受現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的限制傳感器信號(hào)如壓力傳感器輸出的電壓或者電流信號(hào)不能遠(yuǎn)傳或者因?yàn)閭鞲衅魈嗖季€復(fù)雜，我們就會(huì)選用分布式或者遠(yuǎn)程的采集卡〔模塊〕在現(xiàn)場(chǎng)把信號(hào)較高精度地轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，然后通過(guò)各種遠(yuǎn)傳通信技術(shù)〔如485、232、以太網(wǎng)、各種無(wú)線網(wǎng)絡(luò)〕把數(shù)據(jù)傳到計(jì)算機(jī)或者其他控制器中進(jìn)行處理。這種也算作數(shù)據(jù)采集卡的一種，只是它對(duì)環(huán)境的適應(yīng)能力更強(qiáng)，可以應(yīng)對(duì)各種惡劣的工業(yè)環(huán)境。如果是在比較好的現(xiàn)場(chǎng)或者實(shí)驗(yàn)室，如學(xué)校的實(shí)驗(yàn)室，就可以使用USB/PCI這種采集卡。和常見(jiàn)的內(nèi)置采集卡不同，外置數(shù)據(jù)采集卡一般采用USB接口和1394接口，因此，外置數(shù)據(jù)采集卡主要指USB采集卡和1394采集卡，T510-數(shù)據(jù)采集卡。1.2數(shù)據(jù)采集卡的開(kāi)展及研究現(xiàn)狀數(shù)據(jù)采集(DAQ)，是指從傳感器和其它待測(cè)設(shè)備等模擬和數(shù)字被測(cè)單元中自動(dòng)采非電量或者電量信號(hào),送到上位機(jī)中進(jìn)行分析,處理。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是結(jié)合基于計(jì)算機(jī)或者其他專用測(cè)試平臺(tái)的測(cè)量軟硬件產(chǎn)品來(lái)實(shí)現(xiàn)靈活的、用戶自定義的測(cè)量系統(tǒng)。數(shù)據(jù)采集卡，即實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集(DAQ)功能的計(jì)算機(jī)擴(kuò)展卡，可以通過(guò)USB、PXI、PCI、PCIExpress、火線(1394)、PCMCIA、ISA、CompactFlash、485、232、以太網(wǎng)、各種無(wú)線網(wǎng)絡(luò)等總線接入個(gè)人計(jì)算機(jī)。早在五十年代末期，就出現(xiàn)了一種集中式的半自動(dòng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，其主要的功能是對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、處理和間接測(cè)量的計(jì)算等等。到了六十年代末和七十年代初，隨著檢測(cè)技術(shù)和計(jì)算機(jī)的進(jìn)一步結(jié)合，出現(xiàn)了所謂第一代計(jì)算機(jī)檢測(cè)系統(tǒng)，即采用計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、數(shù)據(jù)自動(dòng)分析系統(tǒng)和綜合自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)。這些系統(tǒng)的檢測(cè)過(guò)程主要通過(guò)模擬/數(shù)字(A/D)轉(zhuǎn)換器，把檢測(cè)儀表與計(jì)算機(jī)連接在一起，組成以小型機(jī)為根底的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。其特點(diǎn)是檢測(cè)過(guò)程可以對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并將結(jié)果貯存、顯示、打印或生成報(bào)表。到了七十年代中期，又產(chǎn)生了第二代計(jì)算機(jī)自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)。由于通用標(biāo)準(zhǔn)接口總線(IEEE-488,RS-232C等)的出現(xiàn)，解決了儀器儀表相互之間和儀器儀表同計(jì)算機(jī)之間的連接問(wèn)題，這樣就形成了以計(jì)算機(jī)為核心，有多臺(tái)可程控的儀表按積木方式組合成成套裝置。這種檢測(cè)系統(tǒng)占領(lǐng)了儀器儀表市場(chǎng)，而且還在不斷的完善和開(kāi)展。微型計(jì)算機(jī)的誕生，使測(cè)試技術(shù)發(fā)生了深刻的變革，目前正在開(kāi)展的以微處理器為根底的智能儀表和檢測(cè)系統(tǒng)是屬于第三代計(jì)算機(jī)自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)。這種智能化檢測(cè)系統(tǒng)的突出特點(diǎn)是把微處理器和儀表結(jié)合在一起并構(gòu)成一個(gè)整體，其特點(diǎn)是許多儀表中的硬件功能可以由軟件代替，這樣不僅使系統(tǒng)大大簡(jiǎn)化，降低本錢、減小體積和重量及提高系統(tǒng)的可靠性，而且由于軟件編程工作具有很大的靈活性，因此可以使系統(tǒng)的功能大大增強(qiáng)。通過(guò)微型計(jì)算機(jī)可以對(duì)電壓、電流、壓力、溫度等物理量進(jìn)行直接采樣和計(jì)算，經(jīng)過(guò)計(jì)算處理后，能立即得出試驗(yàn)設(shè)備的各種參數(shù)和性能，從而大大減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度，使勞動(dòng)生產(chǎn)率得到成倍增長(zhǎng)，測(cè)試數(shù)據(jù)和計(jì)算結(jié)果能自動(dòng)打印，克服和消除了人為因素造成的誤差，最終使系統(tǒng)的可靠性和測(cè)試精度及測(cè)試效率大大提高。而且這種智能化儀表一般都具有與計(jì)算機(jī)相連接的標(biāo)準(zhǔn)接口，作為一臺(tái)智能控制儀表單元接入系統(tǒng)，從而可以組成功能更強(qiáng)、規(guī)模更大的自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)，通過(guò)軟件編程將各種數(shù)據(jù)處理技術(shù)應(yīng)用于檢測(cè)系統(tǒng)中，使系統(tǒng)精確度提高。除此之外，還可以采用程控人－機(jī)對(duì)話功能、故障診斷功能、記錄顯示功能、量程切換功能和結(jié)果判斷功能，使檢測(cè)系統(tǒng)的自動(dòng)化水平及智能化程度大大提高。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速開(kāi)展和普及，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)也迅速地得到應(yīng)用。在生產(chǎn)過(guò)程中，應(yīng)用這一系統(tǒng)可對(duì)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的工藝參數(shù)進(jìn)行采集，監(jiān)視和記錄，為提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低本錢提供信息和手段。在科學(xué)研究中，應(yīng)用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可獲得大量的動(dòng)態(tài)信息，是研究瞬間物理過(guò)程的有力工具，也是獲取科學(xué)奧秘的重要手段之一?？傊还茉谀膫€(gè)應(yīng)用領(lǐng)域中，數(shù)據(jù)采集與處理越及時(shí)，工作效率就越高，取得的經(jīng)濟(jì)效益也越高。數(shù)據(jù)采集卡，絕大多數(shù)集中在采集模擬量、數(shù)字量、熱電阻、熱電偶，其中熱電阻可以認(rèn)為是非電量〔其實(shí)本質(zhì)上還是要用電流驅(qū)動(dòng)來(lái)采集〕其中模擬量采集卡和數(shù)字量采集卡用得是最廣泛的?，F(xiàn)在市場(chǎng)上有一種二合一采集卡，二合一，指的是數(shù)字模擬采集卡，AV+DV采集卡，數(shù)字、模擬二合一，數(shù)字輸入輸出，模擬接口輸入(DV/AV/S-video)。最后雖然說(shuō)是采集卡，但實(shí)際應(yīng)用中經(jīng)常需要它輸出控制信號(hào)。采集卡廣泛應(yīng)用于安防監(jiān)控、教育課件錄制、大屏拼接、多媒體錄播錄像、會(huì)議錄制、虛擬演播室、虛擬現(xiàn)實(shí)、安檢X光機(jī)、雷達(dá)圖像信號(hào)、VDR紀(jì)錄儀、醫(yī)療X光機(jī)、CT機(jī)、胃腸機(jī)、陰道鏡、工業(yè)檢測(cè)、智能交通、醫(yī)學(xué)影像、工業(yè)監(jiān)控、儀器儀表、機(jī)器視覺(jué)等領(lǐng)域。2信號(hào)采集板卡總體方案設(shè)計(jì)2.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)的根本原那么1〕確保性能指標(biāo)的完全實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的根本依據(jù)是所到達(dá)的性能指標(biāo)，它必須首先得到保證，如采樣速率、系統(tǒng)分辨率、系統(tǒng)精度等等。要保證系統(tǒng)性能指標(biāo)，主要應(yīng)考慮輸入信號(hào)的特性，如輸入信號(hào)的通道數(shù)、是模擬量還是數(shù)字量、信號(hào)的強(qiáng)弱及動(dòng)態(tài)范圍、信號(hào)的輸入方式〔單端輸入還是差動(dòng)輸入，單極性還是雙極性，信號(hào)源接地還是浮地等〕、是周期信號(hào)還是瞬態(tài)信號(hào)、信號(hào)的頻帶寬度、信號(hào)中的噪聲及其共模電壓大小、信號(hào)源的阻抗等。2〕系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)合理選擇系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的合理與否，對(duì)系統(tǒng)的可靠性、性價(jià)比等有直接影響。首先是硬件軟件功能的合理分配。原那么上要盡可能“以軟代硬〞，只要軟件能做到的就不要用硬件。其次要考慮系統(tǒng)的布局以及接口性。接口特性包括采用什么樣的總線、采樣數(shù)據(jù)的輸出形式〔串行還是并行〕、數(shù)據(jù)的編碼格式等。3〕對(duì)于較大型的應(yīng)用軟件，應(yīng)參考軟件工程學(xué)的方法進(jìn)行設(shè)計(jì)。軟件工程是建立在科學(xué)根底上的一整套開(kāi)發(fā)方法，它強(qiáng)調(diào)結(jié)構(gòu)化分析、結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)化編程。按著軟件工程學(xué)的方法進(jìn)行設(shè)計(jì)，可以保證有較高的軟件開(kāi)發(fā)效率，保證所開(kāi)發(fā)的軟件有較長(zhǎng)的生存周期，才能取得較高的經(jīng)濟(jì)效益。4〕平安可靠，有足夠的抗干擾能力。要保證在規(guī)定的工作環(huán)境下，系統(tǒng)能穩(wěn)定、可靠的工作，保證系統(tǒng)精度能符合要求，同時(shí)也要保證系統(tǒng)應(yīng)用人員的人身平安。這方面要充分利用各種標(biāo)準(zhǔn)，盡可能按法律法規(guī)辦事。這里要指出，標(biāo)準(zhǔn)儀器的總線為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供了很多方便。這些標(biāo)準(zhǔn)總線已經(jīng)對(duì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、通行方式及接口、可靠性甚至于機(jī)箱結(jié)構(gòu)尺寸等都做了充分的考慮，設(shè)計(jì)人員需按著標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定設(shè)計(jì)自己要開(kāi)發(fā)的局部即可。2.2硬件設(shè)計(jì)的根本原那么1〕良好的性價(jià)比系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)中，一定要注意在滿足性能指標(biāo)的前提下，盡可能地降低價(jià)格，以便得到高的性能價(jià)格比，這是硬件設(shè)計(jì)中優(yōu)先考慮的一個(gè)主要因素。因?yàn)橄到y(tǒng)在設(shè)計(jì)完成后，主要的本錢便集中在硬件方面，當(dāng)然也成為產(chǎn)品爭(zhēng)取市場(chǎng)關(guān)鍵因素之一。2〕平安性和可靠性選購(gòu)設(shè)備要考慮環(huán)境的溫度、濕度、壓力、振動(dòng)、粉塵等要求，以保證在規(guī)定的工作環(huán)境下，系統(tǒng)性能穩(wěn)定、工作可靠。要有超量程和過(guò)載保護(hù)，保證輸人、輸出通道正常工作。要注意對(duì)交流市電以及電火花等的隔離。3〕較強(qiáng)抗干擾能力有完善的抗干擾措施，是保證系統(tǒng)精度、工作正常和不產(chǎn)生錯(cuò)誤的必要條件。例如強(qiáng)電與弱電之間的隔離措施，對(duì)電磁干擾的屏蔽，正確接地、高輸人阻抗下的防止漏電等。2.3系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求在工控系統(tǒng)設(shè)計(jì)中,通常涉及到多路傳感器輸出的模擬信號(hào)采集、開(kāi)關(guān)量采集、頻率量采集、顯示輸出、模擬信號(hào)輸出、PWM信號(hào)輸出、和上位機(jī)進(jìn)行通信的應(yīng)用。本設(shè)計(jì)采用Siliconlabs公司的C8051F020芯片設(shè)計(jì)通用的開(kāi)發(fā)板，可以滿足上述功能應(yīng)用。本設(shè)計(jì)只要求硬件設(shè)計(jì)，采用功能較強(qiáng)的芯片以簡(jiǎn)化電路，增強(qiáng)可靠性；冗余設(shè)計(jì)(考慮以后的擴(kuò)展及修改)。設(shè)計(jì)高性能的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),需要對(duì)系統(tǒng)的每一局部都要周密考慮、精心設(shè)計(jì),否那么難以實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)目標(biāo)。應(yīng)該首先給出數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮的問(wèn)題,并針對(duì)這些問(wèn)題,從信號(hào)源開(kāi)始到信號(hào)的調(diào)理、直至多路信號(hào)選擇、數(shù)字化器件及其與微計(jì)算機(jī)接口,最后到計(jì)算機(jī),即從數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)始端到末端逐個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行問(wèn)題分析,根據(jù)分析結(jié)果以及經(jīng)驗(yàn)給出解決問(wèn)題的實(shí)用技術(shù)。2.4系統(tǒng)功能概述本課題正是針對(duì)市場(chǎng)的趨勢(shì)，通過(guò)充分運(yùn)用單片機(jī)內(nèi)部資源，對(duì)多種參數(shù)測(cè)量、顯示和傳輸?shù)冗M(jìn)行了研究，設(shè)計(jì)了一套多路信號(hào)采集卡。基于C8051F020單片機(jī)的多路信號(hào)采集板卡，為信號(hào)采集提供了多種功能，以適應(yīng)可能遇到的不同測(cè)試條件。充分利用了C8051F020單片機(jī)豐富的硬件資源，使得進(jìn)一步擴(kuò)展功能而不改變硬件電路成為了可能，硬件設(shè)計(jì)包括了單片機(jī)接口電路的設(shè)計(jì)和單片機(jī)作用對(duì)象的設(shè)計(jì)，在硬件電路的根底上，高質(zhì)量的軟件可使儀器的性能大為提高，其中包含如：中斷控制、定時(shí)、顯示、碼制轉(zhuǎn)換、自動(dòng)量程轉(zhuǎn)換以及信號(hào)的采集、處理、輸出等程序。在設(shè)計(jì)時(shí)，軟硬件的配比問(wèn)題得到了重視，較多的使用硬件來(lái)完成了一些功能，充分提高了工作速度，減少了軟件工作量。整個(gè)系統(tǒng)由單片機(jī)監(jiān)控電路、包括電源電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、I/O驅(qū)動(dòng)電路、D/A輸出電路、串口電路、程序下載電路、鍵盤(pán)電路、液晶顯示電路、日歷時(shí)鐘電路、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路和串口通訊等組成，系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖2.1所示。本系統(tǒng)執(zhí)行的過(guò)程如下：傳感器把采集的非電量信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓〔0-5V〕或電流〔4-20mA〕的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，通過(guò)信號(hào)放大調(diào)理電路把模擬信號(hào)送到單片機(jī)內(nèi)部的A/D轉(zhuǎn)換器，CPU根據(jù)設(shè)定的采樣周期，對(duì)多路通道信號(hào)進(jìn)行循環(huán)采集，并讀取A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換的數(shù)字信號(hào)，進(jìn)行分析計(jì)算后將實(shí)測(cè)值送到液晶上指定的位置顯示，同時(shí)通過(guò)鍵盤(pán)控制把有用的數(shù)據(jù)及采樣時(shí)間存儲(chǔ)在E2PROM中，同時(shí)PWM輸出，D/A輸出驅(qū)動(dòng)外部電路，最后通過(guò)串行通訊把E2PROM中的數(shù)據(jù)傳送到PC機(jī)。信號(hào)放大電路信號(hào)放大電路傳感器采集的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)信號(hào)調(diào)整電路E2PROM存儲(chǔ)鍵盤(pán)電路光電隔離液晶顯示數(shù)碼管顯示串行通信時(shí)鐘電路A/D轉(zhuǎn)換CPU處理PWM輸出驅(qū)動(dòng)電路D/A輸出PC機(jī)信號(hào)處理線性隔離開(kāi)關(guān)量信號(hào)圖2.1系統(tǒng)功能圖2.5系統(tǒng)主要模塊的選擇2.5.1單片機(jī)的選型單片機(jī)是數(shù)據(jù)采集器的核心，因此單片機(jī)的選型很重要。本系統(tǒng)要求具有高可靠性，防震、防水、防塵、寬范圍的工作溫度；各種信息的采集與存貯必須準(zhǔn)確可靠，不易喪失、破壞。因此選用的單片機(jī)應(yīng)具有集成度高、穩(wěn)定性可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、控制靈活、易于開(kāi)發(fā)等特點(diǎn)。C8051Fxxx系列單片機(jī)是美國(guó)CYGNAL集成產(chǎn)品公司最近推出的功能強(qiáng)大的混合信號(hào)系統(tǒng)級(jí)(SOC)高速芯片。它共有4個(gè)子系列：C8051F0xx系列、C8051F02x系列、C8051F2xx系列和C8051F3xx系列。本系統(tǒng)選用C8051F02x系列的C805IF020單片機(jī)作為核心部件。C8051F02x系列單片機(jī)是集成在一塊芯片上的混合信號(hào)系統(tǒng)級(jí)單片機(jī)。芯片上有64位數(shù)字I/O口〔C8051F020/2〕或32位數(shù)字I/O口〔C8051F021/3〕。在本系統(tǒng)中，選擇美國(guó)CYGNAL公司新推出的一種兼容MCS-51內(nèi)核的C8051F020單片機(jī)作為整個(gè)系統(tǒng)控制的核心控制單元。之所以選擇該款單片機(jī)，是因?yàn)榈谝?、二代單片機(jī)芯片構(gòu)成控制系統(tǒng)時(shí)，由于片內(nèi)存儲(chǔ)器品種單一、容量有限，常需要通過(guò)外部存儲(chǔ)器芯片以及隨機(jī)讀寫(xiě)靜態(tài)存儲(chǔ)器芯片來(lái)擴(kuò)展存儲(chǔ)器的容量。此外，為了擴(kuò)展靜態(tài)存儲(chǔ)器容量，有時(shí)還必須增加地址鎖存器芯片，用以鎖存地址/數(shù)據(jù)分時(shí)復(fù)用引腳的地址信息，失去了使用單片機(jī)芯片的意義。另外，由于本系統(tǒng)至少需要6個(gè)I/O端口作為數(shù)據(jù)通訊的控制接口，而普通單片機(jī)一般只有4個(gè)I/O端口，難以滿足實(shí)際控制要求。因此我們選擇了C8051F020作為整個(gè)系統(tǒng)的控制部件，它具有以下特點(diǎn)：1〕指令運(yùn)行速度高由于C8051F020單片機(jī)采用流水線機(jī)構(gòu)，廢除了機(jī)器周期的概念，指令以時(shí)鐘周期為運(yùn)行單位，由標(biāo)準(zhǔn)的12個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘周期降到1個(gè)時(shí)鐘周期，處理能力大大提高，一般型號(hào)單片機(jī)的峰值速度可到達(dá)25兆/秒(MIPS)，在相同的時(shí)鐘下，指令運(yùn)算速度比一般的80C51系列單片機(jī)提高大約10倍。70％的指令執(zhí)行時(shí)問(wèn)為1個(gè)或2個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘周期，只有4條指令的執(zhí)行時(shí)間大于4個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘周期。2〕I/O端口功能采用軟件配置實(shí)現(xiàn)多數(shù)單片機(jī)的FO端口都是某個(gè)單功能或多功能的固定輸入輸出引腳，而在C8051F020單片機(jī)中，雖然耽I端口的通用根本輸入、輸出特性與標(biāo)準(zhǔn)8051是兼容的，但I(xiàn)/O端口的其他特殊功能那么是由軟件配置實(shí)現(xiàn)的，這樣極大地提高了端口配置的靈活性。用軟件配置的方法是引入了功能選擇開(kāi)關(guān)(也稱交叉開(kāi)關(guān))。這是一個(gè)數(shù)字開(kāi)關(guān)網(wǎng)絡(luò)，允許將內(nèi)部數(shù)字系統(tǒng)資源分配給端口I/O引腳，這種結(jié)構(gòu)可支持所有的功能組合，可通過(guò)設(shè)置交叉開(kāi)關(guān)存放器，將片內(nèi)的計(jì)數(shù)器/定時(shí)器、串行接口總線等數(shù)字信號(hào)配置到I/0引腳。用戶可以根據(jù)需要選擇通道和所需的數(shù)字資源組合。每個(gè)端口引腳都可以被配置為推挽或漏極開(kāi)路輸出，內(nèi)部“弱上拉〞可以通過(guò)軟件設(shè)置禁止，這樣可以進(jìn)一步降低功耗。3〕時(shí)鐘系統(tǒng)更加完美C8051F020單片機(jī)可以采用多種時(shí)鐘源。MCU內(nèi)部有一個(gè)能獨(dú)立工作的時(shí)鐘發(fā)生器，在復(fù)位后被默認(rèn)為系統(tǒng)時(shí)鐘，其時(shí)鐘振蕩頻率是可編程的，還可同時(shí)選擇外部時(shí)鐘源產(chǎn)生的時(shí)鐘。外部振蕩器可以使用晶體、陶瓷諧振器、電容、RC或外部時(shí)鐘源產(chǎn)生系統(tǒng)時(shí)鐘，并可實(shí)時(shí)切換。4〕可實(shí)現(xiàn)通過(guò)JTAG接口的在系統(tǒng)調(diào)試C8051F020單片機(jī)中配置了片內(nèi)JTAG接口和調(diào)試電路，完全符合IEEEll49．1標(biāo)準(zhǔn)，可為生產(chǎn)和測(cè)試提供完全的邊界掃描功能，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)器件所有引腳及相應(yīng)引線的控制和觀察。JTAG接口使8位單片機(jī)傳統(tǒng)的仿真調(diào)試產(chǎn)生質(zhì)的變化(標(biāo)準(zhǔn)的MCU仿真器要使用在板仿真芯片和目標(biāo)電纜，還需要在應(yīng)用板上有MCU的插座，而C8051F020具有片內(nèi)JTAG和調(diào)試電路，通過(guò)4腳JTAG接口TCK、TMS、TDI、TDO并使用安裝在最終應(yīng)用系統(tǒng)中的器件就可以進(jìn)行非侵入式、全速的在系統(tǒng)調(diào)試，不需要額外的目標(biāo)RAM、程序存儲(chǔ)器和存放器)，在PC機(jī)軟件的支持下，通過(guò)片內(nèi)JTAG接口可直接對(duì)安裝在最終應(yīng)用系統(tǒng)上的產(chǎn)品MCU進(jìn)行非侵入式(不占用片內(nèi)資源)、實(shí)時(shí)在系統(tǒng)仿真調(diào)試。在調(diào)試時(shí)，所有的模擬和數(shù)字外設(shè)都可全功能運(yùn)行。5〕多種復(fù)位方式傳統(tǒng)的80C51系列單片機(jī)通常只有通過(guò)RST引腳進(jìn)行復(fù)位這樣一種復(fù)位方法，而C8051F020提供了多達(dá)7個(gè)復(fù)位源：1個(gè)VDD片內(nèi)監(jiān)視器、一個(gè)看門狗定時(shí)器、1個(gè)時(shí)鐘失效監(jiān)測(cè)器、1個(gè)由比較器0提供的電壓監(jiān)測(cè)器、1個(gè)軟件強(qiáng)制復(fù)位、CNVSTR引腳及/RST引腳。除了VDD監(jiān)視器和復(fù)位輸入引腳以外，每個(gè)復(fù)位源都可以用軟件禁止。多復(fù)位源提高了系統(tǒng)的平安性、靈活性，并有利于零功耗設(shè)計(jì)。6〕進(jìn)一步降低了系統(tǒng)功耗C8051F020單片機(jī)采用了可降低系統(tǒng)功耗的多種方法，例如，采用3V(電壓范圍2．7v-3．6V)供電，完善的時(shí)鐘系統(tǒng)可在滿足響應(yīng)速度的要求下，使系統(tǒng)的平均時(shí)鐘頻率最低。由于功耗與電壓和頻率成正比，因而可方便地降低功耗：多種復(fù)位源可使系統(tǒng)在掉電方式下，方便、靈活地重新復(fù)位；片上外設(shè)都能單個(gè)關(guān)閉或全部關(guān)閉以節(jié)省功耗。具有片內(nèi)VDD監(jiān)視器、看門狗定時(shí)器和時(shí)鐘振蕩器的C8051F020是真正能獨(dú)立工作的片上系統(tǒng)。所有模擬和數(shù)字外設(shè)均可由用戶固件使能/禁止和配置。FLASH存儲(chǔ)器還具有在系統(tǒng)重新編程能力，可用于非易失性數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，并允許現(xiàn)場(chǎng)更新8051固件片內(nèi)JTAG調(diào)試電路允許使用安裝在最終應(yīng)用系統(tǒng)上的產(chǎn)品MCU進(jìn)行非侵入式〔不占用片內(nèi)資源〕、全速、在系統(tǒng)調(diào)試。該調(diào)試系統(tǒng)支持觀察和修改存儲(chǔ)器和存放器，支持?jǐn)帱c(diǎn)、觀察點(diǎn)、單步及運(yùn)行和停機(jī)命令。在使用JTAG調(diào)試時(shí)，所有的模擬和數(shù)字外設(shè)都可全功能運(yùn)行。每個(gè)MCU都可在工業(yè)溫度范圍〔-45℃到+85℃〕內(nèi)用2.7V-3.6V的電壓工作。端口I/O、/RST和JTAG引腳都容許5V的輸入電壓信號(hào)。由于C8051F020的高集成度，防止了外擴(kuò)ROM、RAM、A/D、D/A、Watchdog、可編程I/O口、E2PROM，簡(jiǎn)化了硬件電路，為形成以C8051F020為核心的單片機(jī)系統(tǒng)創(chuàng)造了條件，從而可提高系統(tǒng)的可靠性?？梢?jiàn)C8051F020單片機(jī)片內(nèi)功能強(qiáng)大，功耗和體積都很小，而且具備靈活的擴(kuò)展能力，同時(shí)由于該芯片采用TQFP100貼片封裝，所以大大地節(jié)省了電路板的面積，采用高速8051作為整個(gè)系統(tǒng)的微控制器，提升了系統(tǒng)的整體性能。2.5.2液晶模塊的選擇作為人機(jī)接口重要環(huán)節(jié)之一的顯示器件近年來(lái)開(kāi)展非?？?，目前有發(fā)光二極管、數(shù)碼管、平板顯示器、陰極射線管(CRT)及液晶顯示器系列。液壓挖掘機(jī)早期使用發(fā)光二極管或數(shù)碼管顯示，由于顯示信息單調(diào)而有被液晶顯示器取代的趨勢(shì)。液晶顯示器在儀器儀表中得到廣泛應(yīng)用，它體積小、耗電低、顯示信息豐富，隨著批量的增大，價(jià)格也越來(lái)越低。由于本課題所設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)應(yīng)用在比較廣泛，為了使用方便簡(jiǎn)捷，所以選用了DMF12864J單色液晶顯示模塊，該模塊每屏可以顯示四行字，假設(shè)顯示更多內(nèi)容需要翻頁(yè)顯示。2.5.3時(shí)鐘芯片的選擇在信號(hào)采集系統(tǒng)中，特別是長(zhǎng)時(shí)間無(wú)人職守的測(cè)控系統(tǒng)中，經(jīng)常需要記錄某些具有特殊意義的數(shù)據(jù)及其出現(xiàn)的時(shí)間。記錄及分析這些特殊意義的數(shù)據(jù)，對(duì)測(cè)控系統(tǒng)的性能分析及正常運(yùn)行具有重要的意義。傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)記錄方式是隔時(shí)采樣或定時(shí)采樣，沒(méi)有具體的時(shí)間記錄，因此只能記錄數(shù)據(jù)而無(wú)法準(zhǔn)確記錄其出現(xiàn)的時(shí)間；假設(shè)采用單片機(jī)計(jì)時(shí)，一方面需要采用計(jì)數(shù)器，占用硬件資源，另一方面需要設(shè)置中斷、查詢等，同樣消耗單片機(jī)的資源，而且某些測(cè)控系統(tǒng)可能不允許。而在系統(tǒng)中采用DS1302那么能很好地解決這個(gè)問(wèn)題。采用DS1302作為記錄測(cè)控系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)記錄，其軟硬件設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，時(shí)間記錄準(zhǔn)確，既防止了連續(xù)記錄的大工作量，又防止了定時(shí)記錄的盲目性，給連續(xù)長(zhǎng)時(shí)間的測(cè)量、控制系統(tǒng)的正常運(yùn)行及檢查都來(lái)了很大的方便，可廣泛應(yīng)用于長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)的測(cè)控系統(tǒng)中。2.5.4外擴(kuò)存儲(chǔ)器模塊的選擇作為信號(hào)采集卡需要有許多數(shù)據(jù)〔如時(shí)鐘顯示的時(shí)間，電壓、電流、機(jī)車功率、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速等〕是變動(dòng)的或可以通過(guò)正常手段修改的，但不能因系統(tǒng)中的干擾而改寫(xiě)，更不能因停電等事件而喪失。串行E2PROM是當(dāng)前信號(hào)采集設(shè)計(jì)中最適宜的器件。不像EPROM芯片，EEPROM不需從計(jì)算機(jī)中取出即可修改。在一個(gè)EEPROM中，當(dāng)計(jì)算機(jī)在使用的時(shí)候是可頻繁地重編程的，EEPROM的壽命是一個(gè)很重要的設(shè)計(jì)考慮參數(shù)。EEPROM的一種特殊形式是閃存，其應(yīng)用通常是個(gè)人電腦中的電壓來(lái)擦寫(xiě)和重編程。本系統(tǒng)選用Microchip公司生產(chǎn)的24LC16B來(lái)實(shí)現(xiàn)這種功能。24LC16B是具有I2C接口的E2PROM。其容量為2048×8位，分為8個(gè)頁(yè)面，每頁(yè)256字節(jié)。3信號(hào)采集系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)3.1C8051F020單片機(jī)介紹整個(gè)信號(hào)采集卡系統(tǒng)采用C8051F020單片機(jī)進(jìn)行控制。C8051F020是由SiliconLaboratories公司生產(chǎn)具有與MCS-51完全兼容的指令內(nèi)核的單片機(jī)。該系列單片機(jī)采用流水線處理技術(shù)，不再區(qū)分時(shí)鐘周期和機(jī)器周期，能在執(zhí)行指令期間預(yù)處理下一條指令，提高了指令執(zhí)行效率。而且型號(hào)單片機(jī)具備控制系統(tǒng)所需的模擬和數(shù)字外設(shè)，包括看門狗、ADC、DAC、電壓比較器、電壓基準(zhǔn)、定時(shí)器、PWM、定時(shí)器捕捉和方波輸出等，并具備多種總線接口，包括UART、SPI、SMBUS〔與IIC兼容〕等總線。C8051F系列單片機(jī)采用FlashROM技術(shù)，集成JTAG，支技在線編程，使系統(tǒng)軟件開(kāi)發(fā)時(shí)間大大縮短。3.1.1C8051F020主要技術(shù)特點(diǎn)：高速、流水線結(jié)構(gòu)的8051兼容的CIP-51內(nèi)核〔可達(dá)25MIPS〕；全速、非侵入式的在系統(tǒng)調(diào)試接口〔片內(nèi)〕；12位、100ksps的8通道ADC，帶PGA和模擬多路開(kāi)關(guān)；8位、500ksps的ADC，帶PGA和8通道模擬多路開(kāi)關(guān)；兩個(gè)12位DAC，具有可編程數(shù)據(jù)更新方式；64KB可在系統(tǒng)編程的Flash存儲(chǔ)器；4352〔4096+256〕B的片內(nèi)RAM；可尋址64KB地址空間的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器接口；硬件實(shí)現(xiàn)的SPI、SMBus/IIC和兩個(gè)UART串行接口；5個(gè)通用的16位定時(shí)器；具有5個(gè)捕捉/比較模塊的可編程計(jì)數(shù)器/定時(shí)器陣列；片內(nèi)看門狗定時(shí)器、VDD監(jiān)視器和溫度傳感器；兩種可軟件編程的電源管理方式------空閑方式〔等待方式〕和停機(jī)方式〔掉電方式〕；C8051F020工作電壓2.7V-3.6V，端口I/O、/RST和JTAG引腳都容許5V的輸入信號(hào)電壓；與其它8位單片機(jī)相比，有更高的程序平安性；64個(gè)IO口，TQFP100封裝。引腳封裝如圖3.1所示。圖3.1C8051F020引腳圖3.1.2C8051F020主要組成及功能：1〕CIP-51微控制器內(nèi)核C8051F020單片機(jī)是完全集成的混合信號(hào)系統(tǒng)級(jí)芯片(SOC)，具有與8051兼容的高速ClP-51內(nèi)核，與MCS-51指令集完全兼容，片內(nèi)集成了數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)中常用的模擬、數(shù)字外設(shè)及其他功能部件；內(nèi)置FLASH程序存儲(chǔ)器、內(nèi)部RAM，大局部器件內(nèi)部還有位于外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器空聞的RAM，即XRAM。C8051F020單片機(jī)具有片內(nèi)調(diào)試電路，通過(guò)4腳的JTAG接口可以進(jìn)行非侵入式、全速的在系統(tǒng)調(diào)試。C8051F020的MCU與標(biāo)準(zhǔn)的8051相比，在CPU內(nèi)核的內(nèi)部和外部有幾項(xiàng)關(guān)鍵性的改良，提高了整體性能，更易于應(yīng)用。2〕中斷系統(tǒng)擴(kuò)展的中斷系統(tǒng)可響應(yīng)22個(gè)中斷源(標(biāo)準(zhǔn)8051只有5個(gè)中斷源)的中斷，在設(shè)計(jì)多任務(wù)實(shí)時(shí)系統(tǒng)時(shí)，這些增加的中斷源大大增加了單片機(jī)對(duì)外界復(fù)雜、多變情況的反響能力。3〕存儲(chǔ)器C8051F020單片機(jī)具有標(biāo)準(zhǔn)的8052的程序和數(shù)據(jù)地址配置。包括256B的核內(nèi)數(shù)據(jù)RAM，還有位于外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器地址空間的4KB的RAM存儲(chǔ)區(qū)。C8051F020單片機(jī)中還有可用于訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的外部存儲(chǔ)器接口(EMIF)。外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器地址空間包括：片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，或兩者的組合，其中4KB以下的地址指向片內(nèi)，4KB以上的地址指向EMIF。EMIF可以被配置為地址／數(shù)據(jù)線復(fù)用方式或非復(fù)用方式。C8051F020的程序存儲(chǔ)器為64KB(不同型號(hào)容量不同)的FLASH存儲(chǔ)器，稱為閃存。該存儲(chǔ)器以512B作為一個(gè)扇區(qū)，可以在系統(tǒng)編程，且無(wú)需在片外提供編程電壓．4〕模數(shù)和數(shù)模轉(zhuǎn)張塊C8051F020單片機(jī)內(nèi)部有A/D轉(zhuǎn)換模塊，它們由逐次逼近型ADC、多通道模擬輸入選擇器和可編程增益放大器組成。采樣速率有100Ksps、500Ksps兩種種。轉(zhuǎn)換位數(shù)有8位、12位兩種。外部輸入通道數(shù)有8路，可被配置為單端輸入或差分輸入。所有A／D轉(zhuǎn)換模塊內(nèi)部都配了可以用軟件改變放大倍數(shù)的可編程增益放大器。C8051F020單片機(jī)內(nèi)部有兩個(gè)12位數(shù)模轉(zhuǎn)換器，MCU可以將任何一個(gè)DAC置于低功耗關(guān)斷方式。有靈活的輸出更新機(jī)制，允許用軟件命令和定時(shí)器2、定時(shí)器3及其定時(shí)器4的溢出信號(hào)更新DAC的輸出。5〕并行接口C8051F020單片機(jī)的并行接口(即是一般單片機(jī)的通用I/O端口)的引腳數(shù)有64個(gè)，這些加端口的局部引腳可以通過(guò)軟件配置成不同的特殊功能。6〕串行接口C8051F020單片機(jī)除了具有全雙工UART串口之外，還增加了SPI總線和SMBus/I2C總線。每種串行總線口能向CIP-51發(fā)出中斷申請(qǐng)，因此很少需要CPU的干預(yù)。這些串行總線不“共享〞定時(shí)器、中斷或端口I/O，所以可以使用任何一個(gè)或全部同時(shí)使用。C8051F020MCU內(nèi)部有2個(gè)UART，這是增強(qiáng)型的全雙工UART，具有硬件地址識(shí)別和錯(cuò)誤檢測(cè)功能。7〕定時(shí)器和可編程計(jì)數(shù)器陣列在C8051F020單片機(jī)中具有5個(gè)通用計(jì)數(shù)器/定時(shí)器，還具有一個(gè)片內(nèi)可編程計(jì)數(shù)器/定時(shí)器陣列PCA。PCA包括1個(gè)專用的16位計(jì)數(shù)器/定時(shí)器時(shí)間基準(zhǔn)和5個(gè)可編程的捕捉比較模塊。時(shí)間基準(zhǔn)的時(shí)鐘可以選擇6種時(shí)鐘源。每個(gè)捕捉/比較模塊都有6種工作方式：邊沿觸發(fā)捕捉、軟件定時(shí)器、高速輸出、8位脈沖寬度調(diào)制器、頻率輸出、16位脈沖寬度調(diào)制器。其芯片示意圖如圖3.2所示，C8051F020原理框圖如3.3所示。圖3.2C8051F020芯片示意圖圖3.3C8051F020原理框圖由于其運(yùn)行速度快，且集成了A/D等功能，完全滿足系統(tǒng)采樣與控制的速度要求，而且可減少外圍電路的數(shù)量、提高可靠性、減少重量，是構(gòu)本錢采集系統(tǒng)的理想CPU。3.2時(shí)鐘電路DS1302是美國(guó)DALLAS公司推出的一種高性能、低功耗、帶RAM的實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路，它可以對(duì)年、月、日、周日、時(shí)、分、秒進(jìn)行計(jì)時(shí)，具有閏年補(bǔ)償功能，工作電壓為2.5V～5.5V。采用三線接口與CPU進(jìn)行同步通信，并可采用突發(fā)方式一次傳送多個(gè)字節(jié)的時(shí)鐘信號(hào)或RAM數(shù)據(jù)。DS1302內(nèi)部有一個(gè)31×8的用于臨時(shí)性存放數(shù)據(jù)的RAM存放器。DS1302是DS1202的升級(jí)產(chǎn)品，與DS1202兼容，但增加了主電源/后備電源雙電源引腳，同時(shí)提供了對(duì)后備電源進(jìn)行涓細(xì)電流充電的能力。DS1302存在時(shí)鐘精度不高，易受環(huán)境影響，出現(xiàn)時(shí)鐘混亂等缺點(diǎn)。DS1302可以用于數(shù)據(jù)記錄，特別是對(duì)某些具有特殊意義的數(shù)據(jù)點(diǎn)的記錄，能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)與出現(xiàn)該數(shù)據(jù)的時(shí)間同時(shí)記錄。這種記錄對(duì)長(zhǎng)時(shí)間的連續(xù)采集系統(tǒng)結(jié)果的分析及對(duì)異常數(shù)據(jù)出現(xiàn)的原因的查找具有重要意義。傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)記錄方式是隔時(shí)采樣或定時(shí)采樣，沒(méi)有具體的時(shí)間記錄，因此，只能記錄數(shù)據(jù)而無(wú)法準(zhǔn)確記錄其出現(xiàn)的時(shí)間；假設(shè)采用單片機(jī)計(jì)時(shí)，一方面需要采用計(jì)數(shù)器，占用硬件資源，另一方面需要設(shè)置中斷、查詢等，同樣消耗單片機(jī)的資源，而且，某些采集系統(tǒng)可能不允許。但是，如果在系統(tǒng)中采用時(shí)鐘芯片DS1302，那么能很好地解決這個(gè)問(wèn)題，時(shí)鐘電路如圖3.4所示。圖3.4時(shí)鐘電路DS1302的引腳排列,其中VCC1為后備電源，VCC2為主電源。在主電源關(guān)閉的情況下，也能保持時(shí)鐘的連續(xù)運(yùn)行。DS1302由Vcc1或Vcc2兩者中的較大者供電。當(dāng)Vcc2大于Vcc1+0.2V時(shí)，Vcc2給DS1302供電。當(dāng)Vcc2小于Vcc1時(shí)，DS1302由Vcc1供電。X1和X2是振蕩源，外接32.768kHz晶振。RST是復(fù)位/片選線，通過(guò)把RST輸入驅(qū)動(dòng)置高電平來(lái)啟動(dòng)所有的數(shù)據(jù)傳送。RST輸入有兩種功能：首先，RST接通控制邏輯，允許地址/命令序列送入移位存放器；其次，RST提供終止單字節(jié)或多字節(jié)數(shù)據(jù)的傳送手段。當(dāng)RST為高電平時(shí)，所有的數(shù)據(jù)傳送被初始化，允許對(duì)DS1302進(jìn)行操作。如果在傳送過(guò)程中RST置為低電平，那么會(huì)終止此次數(shù)據(jù)傳送，I/O引腳變?yōu)楦咦钁B(tài)。上電運(yùn)行時(shí)，在VCC>2.0V之前，RST必須保持低電平。只有在SCLK為低電平時(shí)，才能將RST置為高電平。I/O為串行數(shù)據(jù)輸入輸出端(雙向)，后面有詳細(xì)說(shuō)明。SCLK為時(shí)鐘輸入端。3.3復(fù)位電路復(fù)位電路允許很容易地將控制器置于一個(gè)預(yù)定的缺省狀態(tài)。在進(jìn)入復(fù)位狀態(tài)時(shí)，將發(fā)生以下過(guò)程：1〕CIP-51停止程序執(zhí)行；2〕特殊功能存放器〔SFR〕被初始化為所定義的復(fù)位值；3〕外部端口引腳被置于一個(gè)狀態(tài)；4〕中斷和定時(shí)器被禁止。所有的SFR都被初始化為預(yù)定值，SFR中各位的復(fù)位值在SFR的詳細(xì)說(shuō)明中定義。在復(fù)位期間內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的內(nèi)容不發(fā)生改變，復(fù)位前存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)保持不變。但由于堆棧指針SFR被復(fù)位，堆棧實(shí)際上已喪失，盡管堆棧中的數(shù)據(jù)未發(fā)生變化。I/O端口鎖存器的復(fù)位值為0xFF〔全部為邏輯‘1’〕，內(nèi)部弱上拉有效，使外部I/O引腳處于高電平狀態(tài)。外部I/O引腳并不立即進(jìn)入高電平狀態(tài)，而是在進(jìn)入復(fù)位狀態(tài)后的四個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘之內(nèi)。注意：在復(fù)位期間弱上拉是被禁止的，在器件退出復(fù)位狀態(tài)時(shí)弱上拉被使能。這就使得在器件保持在復(fù)位狀態(tài)期間可以節(jié)省功耗。對(duì)于VDD監(jiān)視器復(fù)位，/RST引腳被驅(qū)動(dòng)為低電平，直到VDD復(fù)位超時(shí)結(jié)束。在退出復(fù)位狀態(tài)時(shí)，程序計(jì)數(shù)器〔PC〕被復(fù)位，MCU使用內(nèi)部振蕩器運(yùn)行在2MHz作為默認(rèn)的系統(tǒng)時(shí)鐘?？撮T狗定時(shí)器被使能，使用其最長(zhǎng)的超時(shí)時(shí)間。一旦系統(tǒng)時(shí)鐘源穩(wěn)定，程序從地址0x0000開(kāi)始執(zhí)行。有7個(gè)能使MCU進(jìn)入復(fù)位狀態(tài)的復(fù)位源：上電/掉電、外部/RST引腳、CNVSTR信號(hào)、軟件命令、比較器0、時(shí)鐘喪失檢測(cè)器及看門狗定時(shí)器。本系統(tǒng)采用外部/RST引腳提供了使用外部電路強(qiáng)制MCU進(jìn)入復(fù)位狀態(tài)的手段，復(fù)位電路示意圖如圖3.5所示。圖3.5復(fù)位電路當(dāng)電源剛開(kāi)始送電瞬間，電容C9相當(dāng)于短路，RST端輸入高電平，C8051F020復(fù)位。短路瞬間之后，C9充電，RST端低電平。C8051F020需要復(fù)位時(shí)，按下手動(dòng)復(fù)位鍵K2，電容C9通過(guò)R22放電，當(dāng)電容C9放電結(jié)束后，C8051F020進(jìn)入復(fù)位狀態(tài)，松手后，電容C9充電，RST端高電位下降，CPU脫離復(fù)位狀態(tài)。R22的作用在于限制K2按下瞬間電容C9放電電流，防止產(chǎn)生火花，以保護(hù)K2的觸點(diǎn)。3.4運(yùn)算放大電路傳感器送來(lái)的信號(hào)一般都是比較微弱或具有交流噪音等干擾信號(hào)，在本系統(tǒng)中，來(lái)自傳感器的模擬信號(hào)都需要進(jìn)行放大處理，為了防止各種干擾信號(hào)進(jìn)入單片機(jī)和偶爾出現(xiàn)的電壓、電流強(qiáng)沖擊信號(hào)直接進(jìn)入單片機(jī)，在本系統(tǒng)的模擬輸入端口設(shè)計(jì)了防止干擾信號(hào)和沖擊信號(hào)進(jìn)入單片機(jī)的接口電路。在接口電路中采用了兩片LM324芯片，每個(gè)LM324芯片中含有4個(gè)運(yùn)算放大器，每個(gè)運(yùn)算放大器組成一個(gè)接口電路，具體電路如圖3.6所示。圖3.6運(yùn)算放大電路3.5電壓比例調(diào)整電路一般來(lái)說(shuō)進(jìn)入單片機(jī)的狀態(tài)參數(shù)(模擬量和開(kāi)關(guān)量)信號(hào)均需通過(guò)各自相應(yīng)的傳感器采集和處理后才能輸入單片機(jī)。主發(fā)電壓、主發(fā)電流、6路勵(lì)磁電流等8個(gè)模擬量由相應(yīng)傳感器根據(jù)工作參數(shù)的變化采集到連續(xù)0-5V的直流電壓。由于本系統(tǒng)采用的ADC的電壓轉(zhuǎn)換范圍為0－VREFV，其中VREF=2.4V(VREF為內(nèi)部基準(zhǔn)電壓)，所以這些0-5V的電壓信號(hào)經(jīng)過(guò)運(yùn)放電路、放大濾波輸入ADC之前必須加一個(gè)電壓比例調(diào)整電路，調(diào)整為0-2.4V的模擬電壓后再送到A/D轉(zhuǎn)換器的輸入端，進(jìn)而轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制碼數(shù)字供應(yīng)單片機(jī)的中央處理單元進(jìn)行數(shù)字和邏輯運(yùn)算，電壓比例調(diào)整電路如圖3.7所示。圖3.7電壓比例調(diào)整與單片機(jī)接口電路3.6A/D轉(zhuǎn)換電路隨著數(shù)字技術(shù)，特別是信息技術(shù)的飛速開(kāi)展與普及，在現(xiàn)代控制、通信及檢測(cè)等領(lǐng)域，為了提高系統(tǒng)的性能指標(biāo)，對(duì)信號(hào)的處理廣泛采用了數(shù)字計(jì)算機(jī)技術(shù)。由于系統(tǒng)的實(shí)際對(duì)象往往都是一些模擬量〔如溫度、壓力、位移、圖像等〕，要使計(jì)算機(jī)或數(shù)字儀表能識(shí)別、處理這些信號(hào)，必須首先將這些模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)；而經(jīng)計(jì)算機(jī)分析、處理后輸出的數(shù)字量也往往需要將其轉(zhuǎn)換為相應(yīng)模擬信號(hào)才能為執(zhí)行機(jī)構(gòu)所接受。這樣，就需要一種能在模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)之間起橋梁作用的電路--模數(shù)和數(shù)模轉(zhuǎn)換器。本系統(tǒng)采用的C8051F020主芯片自身帶有A/D轉(zhuǎn)換單元，可以用來(lái)對(duì)前端模擬電路采集到的模擬信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，原理框圖如圖3.8所示。圖3.8ADC原理框圖AMUX0、PGA0、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換方式及窗口檢測(cè)器都可用軟件通過(guò)圖3-8所示的特殊功能存放器來(lái)控制。只有當(dāng)ADC0控制存放器中的AD0EN位被置‘1’時(shí)ADC0子系統(tǒng)〔ADC0、跟蹤保持器和PGA0〕才被允許工作。當(dāng)AD0EN位為‘0’時(shí)，ADC0子系統(tǒng)處于低功耗關(guān)斷方式。3.7D/A輸出電路數(shù)字量是用代碼按數(shù)位組合起來(lái)表示的，對(duì)于有權(quán)碼，每位代碼都有一定的位權(quán)。為了將數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量，必須將每1位的代碼按其位權(quán)的大小轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的模擬量，然后將這些模擬量相加，即可得到與數(shù)字量成正比的總模擬量，從而實(shí)現(xiàn)了數(shù)字—模擬轉(zhuǎn)換。本系統(tǒng)采用的C8051F020主芯片有兩個(gè)片內(nèi)12位電壓方式數(shù)/模轉(zhuǎn)換器〔DAC〕，DAC0和DAC1的功能圖如圖3.9、3.10所示。圖3.9DAC0功能框圖圖3.10DAC1功能框圖圖3.11D/A輸出電路DAC輸出電路如圖3.11所示，每個(gè)DAC的輸出擺幅均為0V到〔VREF-1LSB〕，對(duì)應(yīng)的輸入碼范圍是0x000到0xFFF。每個(gè)DAC的電壓基準(zhǔn)在VREFD〔C8051F020〕引腳提供。為了使DAC輸出有效，使用內(nèi)部電壓基準(zhǔn)。DAC輸出的信號(hào)經(jīng)過(guò)LM324運(yùn)算放大，再到光隔芯片HCNR200，HCNR200是由發(fā)光二極管D1、反響光電二極管D2、輸出光電二極管D3組成。當(dāng)D1通過(guò)驅(qū)動(dòng)電流If時(shí)，發(fā)出紅外光(伺服光通量)。該光分別照射在D2、D3上，反響光電二極管吸收D2光通量的一局部，從而產(chǎn)生控制電流I1(I1=0.005If)。該電流用來(lái)調(diào)節(jié)If以補(bǔ)償D1的非線性。輸出光電二極管D3產(chǎn)生的輸出電流I2與D1發(fā)出的伺服光通量成線性比例。令伺服電流增益K1=I1/If，正向增益K2=I2/If；那么傳輸增益K3=K2/K1=I2/I1，K3的典型值為1，Uout/Uin=R78/R80。3.8電源電路電源〔VCC〕是整個(gè)開(kāi)發(fā)板正常工作的動(dòng)力源泉。電源電壓過(guò)大會(huì)大大縮短芯片的工作壽命，嚴(yán)重的會(huì)燒毀芯片及其它元器件；過(guò)小將不能驅(qū)動(dòng)實(shí)驗(yàn)板工作電路。因此設(shè)定適宜的電源電壓值非常重要。本系統(tǒng)主要芯片工作電壓均+3.3V左右。電壓基準(zhǔn)電路為控制ADC和DAC模塊工作提供了靈活性。有三個(gè)電壓基準(zhǔn)輸入引腳，允許每個(gè)ADC和兩個(gè)DAC使用外部電壓基準(zhǔn)或片內(nèi)電壓基準(zhǔn)輸出。通過(guò)配置VREF模擬開(kāi)關(guān)，ADC0還可以使用DAC0的輸出作為內(nèi)部基準(zhǔn)，ADC1可以使用模擬電源電壓作為基準(zhǔn)，本系統(tǒng)電源由外部直流變壓器提供，變壓器輸出+5V，該電壓被直接提供應(yīng)液晶顯示器及其背光電路所需的逆變器作為工作電壓。另外，該直流輸出電壓經(jīng)過(guò)電源調(diào)整芯片產(chǎn)生系統(tǒng)所需要的電壓+3.3V，該+3.3V為微處理器C8051F020提供電壓，電源調(diào)整芯片采用SPX29302T5型，電源電路如圖3.12所示。圖3.12電源電路3.9液晶接口電路本系統(tǒng)采用了液晶顯示，DM12864J是一種圖形點(diǎn)陣液晶顯示器，它采用的控制器是KS0107型，主要采用動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)原理由行驅(qū)動(dòng)控制器和列驅(qū)動(dòng)控制器兩局部組成了128〔列〕×64〔行〕的全點(diǎn)陣液晶顯示。它的主要特性有以下幾點(diǎn)：1〕工作電壓為+5V，可自帶驅(qū)動(dòng)LCD所需的負(fù)電壓。2〕全屏幕點(diǎn)陣，點(diǎn)陣數(shù)是128〔列〕×64〔行〕個(gè)〔16×16點(diǎn)陣〕漢字，也可完成字符、圖形的顯示。3〕與CPU接口采用5條位控制總線和8位并行數(shù)據(jù)總線輸入輸出。4〕內(nèi)部有顯示數(shù)據(jù)鎖存器。5〕簡(jiǎn)單的操作指令顯示開(kāi)關(guān)設(shè)置，顯示起始行設(shè)置，地址指針設(shè)置和數(shù)據(jù)讀/寫(xiě)等指令。液晶模塊的引腳說(shuō)明見(jiàn)表3-1所示。表3-1DM12864J液晶模塊的引腳特性引腳號(hào)引腳名稱級(jí)別引腳功能描述1VSS0V電源地2VDD+5V電源電壓3VLCD0～-10VLCD驅(qū)動(dòng)負(fù)電壓，要求VDD-VLCD=13V4RSH/L存放器選擇信號(hào)5R/WH/L讀/寫(xiě)操作選擇信號(hào)6EH/L使能信號(hào)7DB0H/L八位三態(tài)并行數(shù)據(jù)總線8DB19DB210DB311DB412DB513DB614DB715CS1H/L片選信號(hào)，當(dāng)CS1=H時(shí),液晶左半屏顯示16CS2H/L片選信號(hào)，當(dāng)CS2=H時(shí),液晶右半屏顯示17/RESH/L復(fù)位信號(hào),低有效18VEE-10V輸出-10V的負(fù)電壓(單電源供電)19LED+(EL)+5V背光電源,Idd≤200mA20LED-(EL0V單片機(jī)與該液晶顯示模塊的連接方法有兩種，一種是直接訪問(wèn)方式，另一種是間接控制方式。本系統(tǒng)采用間接控制，8位數(shù)據(jù)接口方式，DMF12864J顯示模塊與單片機(jī)的間接接口電路如圖3.13所示。圖3.13液晶顯示接口電路雖然C8051F020器件的數(shù)字輸入是5V兼容的，但輸出的最大電壓值為VDD(2.7V-3.6V)。液晶顯示器是一個(gè)5V器件，需要一個(gè)高于該VDD的輸入電壓才能工作，所以需要一個(gè)接口電路來(lái)驅(qū)動(dòng)液晶顯示器。為了提供一個(gè)比VDD高的輸入電壓，將端口引腳的輸出設(shè)置為漏極開(kāi)路方式，并將輸出端通過(guò)上拉電阻接到5V電源。這樣C8051F020的邏輯“1〞輸出將被提升到5V，而邏輯“0〞為地。另外，本系統(tǒng)要求液晶顯示器工作在寬溫條件下，所以需要連接負(fù)電源，圖中的電位器為V0提供了可調(diào)的驅(qū)動(dòng)電壓，用以實(shí)現(xiàn)顯示比照度的調(diào)節(jié)。3.10數(shù)碼管顯示電路本系統(tǒng)還運(yùn)用了數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示，數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示接口是單片機(jī)中應(yīng)用最為廣泛的一種顯示方式之一，動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)是將所有數(shù)碼管的8個(gè)顯示筆劃"a,b,c,d,e,f,g,dp"的同名端連在一起，另外為每個(gè)數(shù)碼管的公共極COM增加位選通控制電路，位選通由各自獨(dú)立的I/O線控制，當(dāng)單片機(jī)輸出字形碼時(shí)，所有數(shù)碼管都接收到相同的字形碼，但究竟是那個(gè)數(shù)碼管會(huì)顯示出字形，取決于單片機(jī)對(duì)位選通COM端電路的控制，所以我們只要將需要顯示的數(shù)碼管的選通控制翻開(kāi)，該位就顯示出字形，沒(méi)有選通的數(shù)碼管就不會(huì)亮。通過(guò)分時(shí)輪流控制各個(gè)數(shù)碼管的的COM端，就使各個(gè)數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)，數(shù)碼管顯示電路如圖3.14所示。圖3.14數(shù)碼管電路在輪流顯示過(guò)程中，每位數(shù)碼管的點(diǎn)亮?xí)r間為1～2ms，由于人的視覺(jué)暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余輝效應(yīng)，盡管實(shí)際上各位數(shù)碼管并非同時(shí)點(diǎn)亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)，不會(huì)有閃爍感，動(dòng)態(tài)顯示的效果和靜態(tài)顯示是一樣的，能夠節(jié)省大量的I/O端口，而且功耗更低。本設(shè)計(jì)用4個(gè)8550三極管作為驅(qū)動(dòng)，它是一種低電壓,大電流,小信號(hào)的PNP型硅三極管。3.11鍵盤(pán)電路鍵盤(pán)是人與信號(hào)采集系統(tǒng)聯(lián)系的重要手段，用于向CPU輸入運(yùn)行參數(shù)，控制系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)。本系統(tǒng)采用4×4鍵盤(pán)，使用一個(gè)8位的接口，外接16個(gè)按鍵，其與單片機(jī)接口電路如圖3.15所示。當(dāng)用手按下一個(gè)鍵時(shí)，往往會(huì)出現(xiàn)所按鍵在閉合位置和斷開(kāi)位置之間跳幾下才穩(wěn)定到閉合狀態(tài)的情況，在釋放一個(gè)鍵時(shí)，也會(huì)出現(xiàn)類似的情況。這就是鍵抖動(dòng)，抖動(dòng)時(shí)間持續(xù)不一，與開(kāi)關(guān)的機(jī)械特性有關(guān)，通常不會(huì)大于l0ms。假設(shè)抖動(dòng)問(wèn)題不解決，就會(huì)引起對(duì)閉合鍵的屢次讀入。為保證鍵掃描的正確，需進(jìn)行去抖動(dòng)處理。去抖動(dòng)有硬件和軟件兩種方法。硬件方法就是在鍵盤(pán)中附加去抖動(dòng)電路，如R-S觸發(fā)器或單穩(wěn)態(tài)電路，從根本上消除抖動(dòng)產(chǎn)生的可能性。本系統(tǒng)中采用硬件方法消除抖動(dòng)影響。圖3.15鍵盤(pán)電路3.12流水燈電路對(duì)于開(kāi)關(guān)量的采集，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)了一款簡(jiǎn)易的流水燈，它是由8個(gè)發(fā)光二極管組成，流水燈電路圖如圖3.16所示。圖3.16流水燈電路從流水燈電路圖中可以看出，如果要讓接在P7.0口的LED1亮起來(lái)，那么只要把P7.0口的電平變?yōu)榈碗娖骄涂梢粤?；相反，如果要接在P7.0口的LED1熄滅，就要把P7.0口的電平變?yōu)楦唠娖?；同理，接在P7.1～P7.7口的其他7個(gè)LED的點(diǎn)亮和熄滅的方法同LED1。因此，要實(shí)現(xiàn)流水燈功能，只要將發(fā)光二極管LED1～LED8依次點(diǎn)亮、熄滅，8只LED燈便會(huì)一亮一暗的做流水燈了。在此還應(yīng)注意一點(diǎn)，由于人眼的視覺(jué)暫留效應(yīng)以及單片機(jī)執(zhí)行每條指令的時(shí)間很短，在控制二極管亮滅的時(shí)候應(yīng)該延時(shí)一段時(shí)間，否那么我們就看不到“流水〞效果了。3.13存儲(chǔ)電路EEPROM--一種掉電后數(shù)據(jù)不喪失的存儲(chǔ)芯片,EEPROM可以在電腦上或?qū)Ｓ迷O(shè)備上擦除已有信息，重新編程，一般用在即插即用。本系統(tǒng)選用24LC16B芯片實(shí)現(xiàn)這種功能，24LC16B芯片的電氣特性：工作電壓范圍：2.5-5.5V；最大時(shí)鐘頻率：400kHz；2線串行接口總線，兼容I2C；擦寫(xiě)次數(shù)可達(dá)1,000,000次；數(shù)據(jù)保存超過(guò)200年；靜電保護(hù)電壓>4,000V，24LC16B與單片機(jī)具體的接口電路如圖3.17所示。圖3.17存儲(chǔ)電路芯片引腳的功能介紹：1〕A0，A1，A2芯片地址輸入引腳在對(duì)不同的片選位進(jìn)行組合之后，連接到同一條總線上的器件最多可達(dá)八個(gè)，大局部應(yīng)用中，片選地址輸入引腳A0、A1和A2直接連到邏輯‘0’或邏輯‘1’。對(duì)于這些引腳由微控制器或其他的可編程器件控制的應(yīng)用，片選地址輸入引腳必須在器件能夠繼續(xù)正常工作之前驅(qū)動(dòng)為邏輯‘0’或邏輯‘1’。2〕串行數(shù)據(jù)〔SDA〕引腳串行數(shù)據(jù)引腳為雙向引腳，用于把地址和數(shù)據(jù)輸入/輸出器件。該引腳為漏極開(kāi)路。因此，SDA總線要求在該引腳與VCC之間接入上拉電阻〔通常頻率為100kHz時(shí)該電阻阻值為10KΩ，頻率為400kHz和1MHz時(shí)，阻值為2kΩ〕。對(duì)于正常的數(shù)據(jù)傳輸，只允許在SCL為低電平期間改變SDA電平。而SDA電平在SCL高電平期間假設(shè)發(fā)生變化，說(shuō)明起始和停止條件產(chǎn)生。3〕串行時(shí)鐘〔SCL〕該輸入引腳用于數(shù)據(jù)傳輸同步。4〕寫(xiě)保護(hù)〔WP〕引腳該引腳必須連接到VSS或者VCC。如果連接到VSS，寫(xiě)操作使能。如果連接到VCC，寫(xiě)操作被禁止，但讀操作不受影響。5〕電源輸入〔VCC〕引腳標(biāo)稱條件下，如果VCC低于1.5V，那么VCC閾值檢測(cè)電路會(huì)禁止內(nèi)部的擦寫(xiě)邏輯。3.14串口通信電路3.14.1RS-232C通信電路RS-232C標(biāo)準(zhǔn)時(shí)美國(guó)電子工業(yè)協(xié)會(huì)〔EIA〕與BELL等公司一起開(kāi)發(fā)的1969年公布的通信協(xié)議。本系統(tǒng)采用的是MAX232芯片，MAX232芯片是美信公司專門為電腦的RS-232C標(biāo)準(zhǔn)串口設(shè)計(jì)的單電源電平轉(zhuǎn)換芯片,它的內(nèi)部有電壓倍增電路和轉(zhuǎn)換電路，只需+5V電源便可實(shí)現(xiàn)RS-232C與TTL電平轉(zhuǎn)換，使用起來(lái)方便，一個(gè)芯片可連接兩對(duì)收/發(fā)信號(hào)線連接圖如圖3.18所示。使用+5v單電源供電，TXD和RXD與C8051F020的串行通訊引腳相連接，而PCTXD和PCRXD與一個(gè)9針插頭插座相連接，具體連接為PCRXD(2),PCTXD(3)。同時(shí)，9針插頭插座的第5管腳接地，形成一個(gè)最簡(jiǎn)單的串行異步通訊的連接方式。這個(gè)串口就是單片機(jī)與PC進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊的通信接口。圖3.18RS-232C通信電路第一局部是電荷泵電路。由1、2、3、4、5、6腳和4只電容構(gòu)成。功能是產(chǎn)生+12v和-12v兩個(gè)電源，提供應(yīng)RS-232串口電平的需要。第二局部是數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換通道。由7、8、9、10、11、12、13、14腳構(gòu)成兩個(gè)數(shù)據(jù)通道。其中13腳〔R1IN〕、12腳〔R1OUT〕、11腳〔T1IN〕、14腳〔T1OUT〕為第一數(shù)據(jù)通道。8腳〔R2IN〕、9腳〔R2OUT〕、10腳〔T2IN〕、7腳〔T2OUT〕為第二數(shù)據(jù)通道。TTL/CMOS數(shù)據(jù)從T1IN、T2IN輸入轉(zhuǎn)換成RS-232數(shù)據(jù)從T1OUT、T2OUT送到電腦DB9插頭；DB9插頭的RS-232數(shù)據(jù)從R1IN、R2IN輸入轉(zhuǎn)換成TTL/CMOS數(shù)據(jù)后從R1OUT、R2OUT輸出。第三局部是供電。15腳GND、16腳VCC〔+5v〕。RS-485通信電路RS-485接口具有良好的抗噪聲干擾性，長(zhǎng)的傳輸距離和多站能力等上述優(yōu)點(diǎn)就使其成為首選的串行接口。不用MODEM的情況下，在100kbit/s的速率時(shí)，可傳送的距離為1.2km,假設(shè)速率降到9600bit/s,那么傳送距離可達(dá)15km.它允許的最大速率可達(dá)10Mbit/s。RS485允許平衡電纜上連接32個(gè)發(fā)送器/接收器對(duì)，因此RS485適用于多點(diǎn)通信系統(tǒng)中。RS-485的電氣特性：邏輯"1"以兩線間的電壓差為+〔2-6〕V表示；邏輯"0"以兩線間的電壓差為-〔2-6〕V表示。接口信號(hào)電平比RS-232-C降低了，就不易損壞接口電路的芯片，且該電平與TTL電平兼容，可方便與TTL電路連接。本系統(tǒng)采用的是SP485ee芯片，SP485ee芯片與流行的標(biāo)準(zhǔn)RS-485芯片管腳對(duì)應(yīng)相同，而且包含更高的ESD保護(hù)和高接收器輸入阻抗等性能。接收器輸入高阻抗可以使400個(gè)收發(fā)器接到同一條傳輸線上，又不會(huì)引起RS-485驅(qū)動(dòng)器信號(hào)的衰減，RS-485通信電路如圖3.19所示圖3.19RS-485通信電路微處理器的標(biāo)準(zhǔn)串行口通過(guò)RXD直接連接SP485ee芯片的RO引腳，通過(guò)TXD直接連接SP485R芯片的DI引腳。由微處理器輸出的R/D信號(hào)直接控制SP485R芯片的發(fā)送器/接收器使能：R/D信號(hào)為"1"，那么SP485R芯片的接送器有效，接收器禁止，此時(shí)微處理器可以向RS-485總線發(fā)送數(shù)據(jù)字節(jié)；R/D信號(hào)為"0"，那么SP485R芯片的接送器禁止，接收器有效，此時(shí)微處理器可以接收來(lái)自RS-485總線的數(shù)據(jù)字節(jié)。3.14.3SPI通信電路SPI總線系統(tǒng)是一種同步串行外設(shè)接口，它可以使MCU與各種外圍設(shè)備以串行方式進(jìn)行通信以交換信息。SPI，是一種高速的，全雙工，同步的通信總線，并且在芯片的管腳上只占用四根線，節(jié)約了芯片的管腳，同時(shí)為PCB的布局上節(jié)省空間，提供方便，正是出于這種簡(jiǎn)單易用的特性，現(xiàn)在越來(lái)越多的芯片集成了這種通信協(xié)議，SPI模式采用主從方式配置，包括一個(gè)主設(shè)備和一個(gè)或多個(gè)從設(shè)備。SPI的接口相對(duì)簡(jiǎn)單．只需四條連接線就可以完成數(shù)據(jù)的發(fā)進(jìn)和接收。這4條數(shù)據(jù)線分別是：MOSI〔數(shù)據(jù)輸入〕，MISO〔數(shù)據(jù)輸出〕，SCLK〔時(shí)鐘〕，CS〔片選〕。本系統(tǒng)采用M25P10芯片串行閃存容量為512Kb～128Mb可選擇，具有先進(jìn)的寫(xiě)保護(hù)機(jī)制，支持速度高達(dá)50MHz的SPI兼容總線的存取操作。這一系列閃存IC的工作電壓范圍為2．7～3．6V，工作溫度范圍為一40℃～+85℃。芯片可以采川2.7V-3.6V單電源供電，進(jìn)行編鞲與讀取操作。它可以通過(guò)CS引腳米進(jìn)行使能．并通過(guò)二線接口(SI、SO、SCK)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。SPI接口FLASH電路如圖3.20所示。圖3.20SPI接口FLASH其引卻及功能為：CS片選信號(hào)：用以選中芯片。當(dāng)忙s被設(shè)置為無(wú)效狀志時(shí)，芯片那么不被選中，并且處于閑置狀態(tài)(不是深度睡眠狀態(tài))。輸出引腳SO處丁高阻態(tài)。當(dāng)芯片未被選中時(shí)，從輸入引腳SI輸入的數(shù)據(jù)將不被接受。SCK串行時(shí)鐘：此引腳川來(lái)向芯片提供時(shí)鐘信號(hào)，用來(lái)控制數(shù)據(jù)流的出入。SI引腳上的命令、地址與輸入數(shù)據(jù)在時(shí)鐘SCK的上升沿被寫(xiě)入，而SO引腳上的輸出數(shù)據(jù)那么在時(shí)鐘的下降沿變化，SI串行輸入：SI引腳用來(lái)向芯片以移位方式寫(xiě)入數(shù)據(jù)。SI引腳上的所有數(shù)據(jù)輸入包括命令與地址。SI上的數(shù)據(jù)在時(shí)鐘的上升沿寫(xiě)入芯片。SO串行輸出：SO引腳用米從芯片以移位方式輸出數(shù)據(jù)。SI上的數(shù)據(jù)在時(shí)鐘的下降沿變化。3.15光電隔離電路為減少采集系統(tǒng)工作時(shí)對(duì)控制器CPU產(chǎn)生噪聲干擾，本系統(tǒng)使用了HCPL-M601高速數(shù)字光電隔離器進(jìn)行信號(hào)隔離。光耦合器一般由三局部組成：光的發(fā)射、光的接收及信號(hào)放大，對(duì)輸入、輸出電信號(hào)起隔離作用，輸入的電信號(hào)驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管〔LED〕，使之發(fā)出一定波長(zhǎng)的光，被光探測(cè)器接收而產(chǎn)生光電流，再經(jīng)過(guò)進(jìn)一步放大后輸出。這就完成了電—光—電的轉(zhuǎn)換，從而起到輸入、輸出、隔離的作用。由于光耦合器輸入輸出間互相隔離，電信號(hào)傳輸具有單向性等特點(diǎn)，因而具有良好的電絕緣能力和抗干擾能力。又由于光耦合器的輸入端屬于電流型工作的低阻組件，因而具有很強(qiáng)的共模抑制能力。HCPL-M601具有高共模抑制比：10000V/usatVCM=50V，高速：10Mbd，低輸入電流：5mA，工作溫度：-40℃～85℃，光電隔離局部電路模塊如圖3.21所示。圖3.21光電隔離3.16驅(qū)動(dòng)電路主電路和控制電路之間，用來(lái)對(duì)控制電路的信號(hào)進(jìn)行放大的中間電路，稱為驅(qū)動(dòng)電路。開(kāi)關(guān)電源一般都采用脈沖寬度調(diào)制〔PWM〕技術(shù)，其特點(diǎn)是頻率高，效率高，功率密度高，可靠性高。驅(qū)動(dòng)電路是控制電路與主電路的接口，同開(kāi)關(guān)電源的可靠性、效率等性能密切相關(guān)。驅(qū)動(dòng)電路需要有很高的快速性，能提供一定的驅(qū)動(dòng)功率，并具有較高的抗干擾和隔離噪聲能力。驅(qū)動(dòng)信號(hào)施加在開(kāi)關(guān)器件的柵極-源極(MOSFET)間，在全橋電路中，不同開(kāi)關(guān)器件的源極問(wèn)的電位差很大，而且在高速變化，因此，驅(qū)動(dòng)電路還要具備隔離功能。驅(qū)動(dòng)控制模塊的設(shè)計(jì)思想是利用C8051F020定時(shí)器產(chǎn)生的PWM信號(hào)，經(jīng)過(guò)工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)下的場(chǎng)效應(yīng)管，產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)能力很強(qiáng)的信號(hào)，來(lái)控制電機(jī)。晶體管BC846作為二級(jí)驅(qū)動(dòng)，起到功率放大作用，PWM輸出電路模塊如圖3.22所示。圖3.22驅(qū)動(dòng)電路功率管IRF540開(kāi)啟電壓20V，所以加20V穩(wěn)壓管進(jìn)行穩(wěn)壓。兩個(gè)肖特基二極管起保護(hù)作用。肖特基二極管反向恢復(fù)時(shí)間很短，小于7nS，即在做整流時(shí)，假設(shè)從正電壓變?yōu)樨?fù)電壓，它從導(dǎo)通變?yōu)榻刂恋臅r(shí)間不會(huì)超過(guò)7nS。工作過(guò)程為：PWM為正，HCPL-M600導(dǎo)通，BC846截止，穩(wěn)壓管導(dǎo)通，場(chǎng)效應(yīng)管導(dǎo)通。反之那么反。功率管IRF540的主要特性參數(shù)有：漏極與源極之間電壓VDS=100V，柵極與源極之間電壓VGS=±20V，漏極電流ID=23A〔TC=100℃〕或ID=33A〔TC=55℃，TC是器件工作的環(huán)境溫度〕，器件開(kāi)啟時(shí)間ton=100ns,關(guān)斷時(shí)間toff=145ns?？梢?jiàn)該器件響應(yīng)快，工作范圍廣〔工作環(huán)境溫度從室溫到100℃〕，功率大，滿足輸出電路的功率要求。因此，通過(guò)原理分析及設(shè)計(jì)計(jì)算，這種PWM輸出及驅(qū)動(dòng)電路和開(kāi)關(guān)電源選擇是滿足要求的。3.17JTAG調(diào)試電路每個(gè)MCU都有一個(gè)片內(nèi)JTAG接口和邏輯，提供生產(chǎn)和在系統(tǒng)測(cè)試所需要的邊界掃描功能，支持閃存的讀和寫(xiě)操作以及非侵入式在系統(tǒng)調(diào)試。在PC機(jī)軟件的支持下，通過(guò)片內(nèi)JTAG接口可直接對(duì)安裝在最終應(yīng)用系統(tǒng)上的產(chǎn)品MCU進(jìn)行非侵入式(不占用片內(nèi)資源)、實(shí)時(shí)在系統(tǒng)仿真調(diào)試。在調(diào)試時(shí)，所有的模擬和數(shù)字外設(shè)都可全功能運(yùn)行。JTAG接口使用MCU上的四個(gè)專用引腳，它們是：TCK、TMS、TDI和TDO。通過(guò)16位JTAG指令存放器〔IR〕可以發(fā)出8種指令，MCU中有三個(gè)與JTAG邊界掃描相關(guān)的數(shù)據(jù)存放器和四個(gè)與FLASH讀/寫(xiě)操作相關(guān)的存放器，JTAG電路如圖3.23所示。圖3.23JTAG電路TMS:帶內(nèi)部上拉的JTAG測(cè)試模式選擇;TCK:帶內(nèi)部上拉的JTAG測(cè)試時(shí)鐘;TDI:帶內(nèi)部上拉的JTAG測(cè)試數(shù)據(jù)輸入，TDI在TCK上升沿被鎖存;TDO:帶內(nèi)部上拉的JTAG測(cè)試數(shù)據(jù)輸出，數(shù)據(jù)在TCK的下降沿從TDO引腳輸出,TDO輸出是一個(gè)三態(tài)驅(qū)動(dòng)器。4電路PCB的制作在任何開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)中，PCB板的物理設(shè)計(jì)都是最后一個(gè)環(huán)節(jié)，如果設(shè)計(jì)方法不當(dāng)，PCB可能會(huì)輻射過(guò)多的電磁干擾，造成電源工作不穩(wěn)定，以下針對(duì)各個(gè)步驟中所需注意的事項(xiàng)進(jìn)行分析。4.1硬件抗干擾技術(shù)4.1.1硬件干擾來(lái)源干擾源是指產(chǎn)生干擾的元件、設(shè)備或信號(hào)，用數(shù)學(xué)語(yǔ)言描述如下：du/dt，di/dt大的地方就是干擾源。如：雷電、繼電器、可控硅、電機(jī)、高頻時(shí)鐘等都可能成為干擾源。溫度控制系統(tǒng)控制器的干擾來(lái)源主要有三條途徑：電磁感應(yīng)、傳輸通道和電源線。其中電磁感應(yīng)干擾來(lái)源比較復(fù)雜，但在一般情況下，其干擾的強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于從傳輸通道和電源線上進(jìn)入的干擾。對(duì)于電磁干擾可用屏蔽和正確的接地加以解決。考慮到控制器的屏蔽條件良好，所以電磁干擾對(duì)系統(tǒng)的影響比另兩者要小得多?？刂破骺垢蓴_的措施主要是盡量切斷來(lái)自傳輸通道和電源的干擾。傳輸通道和電源線的干擾對(duì)于系統(tǒng)而言從電氣性能上分為串模干擾和共模干擾。串模干擾是指干擾信號(hào)與有效信號(hào)串聯(lián)疊加后作用于通道中，主要來(lái)源于高壓電源線、與信號(hào)線平行的電源線及大電流控制線產(chǎn)生的空間電磁場(chǎng)。由傳感器來(lái)的信號(hào)有時(shí)長(zhǎng)達(dá)一兩百米，干擾源通過(guò)電磁感應(yīng)和靜電耦合作用在長(zhǎng)信號(hào)線上的電壓可達(dá)毫伏級(jí)。除了信號(hào)線的引入外，信號(hào)源本身固有的漂移、紋波和噪聲以及電源濾波效果不良等也會(huì)引入串模干擾。共模干擾是指輸入通道兩個(gè)輸入端上共有的干擾電壓。這種干擾可能是直流電壓，也可能是交流信號(hào)，其幅值可達(dá)幾伏甚至更高，取決于現(xiàn)場(chǎng)產(chǎn)生干擾的環(huán)境和控制器的接地情況。因?yàn)楸粶y(cè)信號(hào)的參考接地點(diǎn)和儀表輸入信號(hào)的參考接地點(diǎn)之間往往存在著一定的電位差對(duì)于輸入通道上的兩根引線均存在對(duì)某一基準(zhǔn)的電壓差，所以稱共模干擾。在測(cè)量電路中，被測(cè)信號(hào)有單端對(duì)地輸入和雙端不對(duì)地輸入方式。對(duì)于存在共模干擾的場(chǎng)合，不能采用單端對(duì)地輸入方式，因?yàn)榇藭r(shí)的共模干擾電壓將全部成為串模干擾。除了共模干擾和串模干擾之外，還有一些干擾是從電源引入的，電源干擾一般有以下幾種：電源線中的高頻干擾，電源系統(tǒng)中的可控硅等器件通斷時(shí)產(chǎn)生的尖峰，環(huán)境中設(shè)備接通或斷開(kāi)產(chǎn)生的干擾。在數(shù)字電路中的組件與組件之間，導(dǎo)線與導(dǎo)線之間，導(dǎo)線與組件之間都存在著分部電容。如果某一導(dǎo)體上的信號(hào)電壓〔或噪聲電壓〕通過(guò)分布電容使其它導(dǎo)體上的電位受到影響這種現(xiàn)象稱為電容耦合。4.1.2系統(tǒng)硬件抗干擾設(shè)計(jì)本系統(tǒng)的硬件抗干擾技術(shù)主要進(jìn)行了以下幾方面的設(shè)計(jì)：1〕對(duì)于電源接口采用隔離技術(shù)。電源電壓波動(dòng)引起的干擾是控制器的一個(gè)干擾之一。為了減小由于電源電壓波動(dòng)對(duì)其它電路產(chǎn)生干擾，控制器的電源選用開(kāi)關(guān)電源，并在其電壓輸出引腳加電解電容和普通電容，以濾去低頻和高頻噪聲，穩(wěn)定電壓輸出。2〕濾波與緩沖技術(shù)。本文在所有芯片的電源引腳上都加接普通電容濾波，在重要電源引腳上還要加接電解電容濾波。重要輸入、輸出電路中還考慮設(shè)計(jì)濾波電路。重要的信號(hào)先經(jīng)過(guò)緩沖電路后再傳輸給下一級(jí)電路，這樣可以使信號(hào)傳輸更加穩(wěn)定、準(zhǔn)確。3〕數(shù)字電路和模擬電路分開(kāi)。數(shù)字電路與模擬電路分開(kāi)的原因是數(shù)字信號(hào)與模擬信號(hào)傳輸?shù)男问讲煌?，信?hào)變化的快慢不一樣，數(shù)字信號(hào)變化快，模擬信號(hào)變化慢。本文的數(shù)字電路局部主要有C8051F020系統(tǒng)電路局部，這局部電路是控制器的核心，要保證這局部電路穩(wěn)定運(yùn)行且不受外界干擾。模擬電路主要有傳感器輸入電路，控制輸出電路等，這些電路直接與現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境相連，會(huì)引入一定的干擾，必須與數(shù)字電路分開(kāi)。4〕妥善接地。接地技術(shù)是抗干擾技術(shù)中一個(gè)非常重要的組成局部。本文的地主要有三種：數(shù)字電路地、模擬電路地以及功率電路地。設(shè)計(jì)時(shí)采取數(shù)字電路地和模擬電路地分開(kāi)，只在+5V電源地與+3.3V電源地一處共地；將功率電路地與數(shù)字電路地及模擬電路地分開(kāi)。另外還采用大面積鋪銅覆地技術(shù)以減小公共地阻抗寄生耦合，提高抗干擾能力。5〕合理布局與走線。整塊電路板上布線密度大體平衡以防止串?dāng)_。保持整個(gè)電路板上功耗的大體平衡，防止板材區(qū)域冷熱差異過(guò)大。同一布線層的線寬一般不改變，以保證電路板上互連線的阻抗一致。在同一層走線，使高速信號(hào)線與其它平行信號(hào)線間距拉大；低速信號(hào)的布線密度相對(duì)較大，高速信號(hào)的布線密度盡量小。電路設(shè)計(jì)中將大功率發(fā)熱器件〔如開(kāi)關(guān)電源、功率管等器件〕遠(yuǎn)離敏感組件。輸入、輸出電路設(shè)計(jì)在電路板的兩邊。布線時(shí)，電源線路特別加粗，重要信號(hào)線路采用地線包圍的方法防止干擾。在電路板的設(shè)計(jì)中盡可能減少過(guò)孔的使用量。因?yàn)檫^(guò)孔的使用，不但增加了信號(hào)的延遲，而且在一定程度上破壞了信號(hào)線的阻抗連續(xù)性。6〕加強(qiáng)組件的可靠性。選擇高可靠性的元器件，在對(duì)電路參數(shù)計(jì)算時(shí)，留出足夠的穩(wěn)定裕度。組件焊接時(shí)對(duì)于焊錫做到既光滑又飽滿，保證焊接引腳與電路板線路接觸良好，同時(shí)防止虛焊；并且注意大器件的安裝定位以防止大器件松動(dòng)。4.2電路原理圖設(shè)計(jì)在本系統(tǒng)中的電路原理圖設(shè)計(jì)本著連線簡(jiǎn)潔各功能模塊清晰的設(shè)計(jì)思路設(shè)計(jì)。因?yàn)楹笃谝O(shè)計(jì)PCB電路板，因此本系統(tǒng)為每一個(gè)元件選擇和設(shè)計(jì)適宜的封裝，必要的時(shí)候還添加了自己特有元件的封裝庫(kù)。4.3PCB電路板元件布局與走線設(shè)計(jì)在硬件電路原理圖設(shè)計(jì)完成之后可以說(shuō)最關(guān)鍵的應(yīng)該是PCB板的設(shè)計(jì)，因?yàn)槔碚摰臇|西無(wú)論講解的多詳細(xì)，指導(dǎo)的多全面，也不及實(shí)物擺放出來(lái)更具說(shuō)服力。要完成從理論到實(shí)際的升華就要設(shè)計(jì)PCB印制幅員。PCB設(shè)計(jì)考前須知：由于開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源工作在高頻開(kāi)關(guān)狀態(tài)，而且高頻變壓器初級(jí)側(cè)有高達(dá)300V的直流電壓，在功率開(kāi)關(guān)管的集電極甚至有700V的瞬間高電壓，因此在設(shè)計(jì)PCB板時(shí)要考慮電磁干擾問(wèn)題和平安問(wèn)題，主要應(yīng)該注意PCB引線盡量短，功率輸出局部引線盡量寬，甚至要加焊錫條，高壓元件應(yīng)該有足夠的間距保證平安，在這套電路中既有模擬電路又有數(shù)字電路，這兩局部電路地線要分開(kāi)連接，最后再接到一起，防止出現(xiàn)共地干擾。對(duì)于數(shù)字電路來(lái)說(shuō)，時(shí)鐘晶振應(yīng)該盡量靠近單片機(jī)時(shí)鐘脈沖輸入引腳，防止引入干擾。最后就是要注意各個(gè)模塊電路元件盡量集中，在放置元件時(shí)應(yīng)遵守先放置單元電路中的主要元件，一般是集成電路或體積較大，對(duì)整體電路影響較大的元件，然后根據(jù)小單元電路放置外圍元件，以保證對(duì)其它電路影響盡量小，引線盡量短的原那么。因此本系統(tǒng)在進(jìn)行PCB板設(shè)計(jì)之前檢查了每個(gè)元件是否都有封裝，封裝是否正確，是否符合要求，對(duì)于沒(méi)有封裝的元件和封裝不符合要求的元件要重新繪制封裝，直到所有元件封裝都正確為止。4.4PCB板整體設(shè)計(jì)1〕本系統(tǒng)從原理圖到PCB的設(shè)計(jì)流程：建立組件參數(shù)→輸入原理網(wǎng)表→設(shè)計(jì)參數(shù)設(shè)置→手動(dòng)布局→手動(dòng)布線→檢查錯(cuò)誤→輸出。2〕參數(shù)設(shè)置相鄰導(dǎo)線間距必須能滿足電氣平安要求，而且為了便于操作和生產(chǎn)，間距也應(yīng)盡量寬些。最小間距至少要能適合承受的電壓，在布線密度較低時(shí)，信號(hào)線的間距可適當(dāng)?shù)丶哟螅瑢?duì)高、低電平懸殊的信號(hào)線應(yīng)盡可能地短且加大間距，一般情況下將走線間距設(shè)為8mil。焊盤(pán)內(nèi)孔邊緣到印制板邊的距離要大于1mm，這樣可以防止加工時(shí)導(dǎo)致焊盤(pán)缺損。當(dāng)與焊盤(pán)連接的走線較細(xì)時(shí)，要將焊盤(pán)與走線之間的連接設(shè)計(jì)成水滴狀，這樣的好處是焊盤(pán)不容易起皮，而且走線與焊盤(pán)不易斷開(kāi)。3〕元器件布局實(shí)踐證明，即使電路原理圖設(shè)計(jì)正確，印制電路板設(shè)計(jì)不當(dāng)，也會(huì)對(duì)電子設(shè)備的可靠性產(chǎn)生不利影響。例如，如果印制板兩條細(xì)并行線靠得很近，那么會(huì)形成信號(hào)波形的延遲，在傳輸線的終端形成反射噪聲；由于電源、地線的考慮不周到而引起的干擾，會(huì)使產(chǎn)品的性能下降，因此，在設(shè)計(jì)印制電路板的時(shí)候，應(yīng)注意采用正確的方法。4〕設(shè)計(jì)布線圖時(shí)走線盡量少拐彎，印刷弧上的線寬不要突變，導(dǎo)線拐角應(yīng)≥90度,力求線條簡(jiǎn)單明了。印刷電路中不允許有交叉電路，對(duì)于可能交叉的線條，可以用“鉆〞、“繞〞兩種方法解決。即讓某引線從別的電阻、電容、三極管腳下的空隙處“鉆〞過(guò)去，或從可能交叉的某條引線的一端“繞〞過(guò)去，在特殊情況下如果電路很復(fù)雜，為簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)也允許用導(dǎo)線跨接，解決交叉電路問(wèn)題。因采用單面板，直插組件位于top面，表貼器件位于bottom面，所以在布局的時(shí)候直插器件可與表貼器件交迭，但要防止焊盤(pán)重迭。5〕檢查布線設(shè)計(jì)完成后，需認(rèn)真檢查布線設(shè)計(jì)是否符合開(kāi)始所制定的規(guī)那么，同時(shí)也需確認(rèn)所制定的規(guī)那么是否符合印制板生產(chǎn)工藝的需求，一般檢查線與線、線與組件焊盤(pán)、線與貫穿孔、組件焊盤(pán)與貫穿孔、貫穿孔與貫穿孔之間的距離是否合理，是否滿足生產(chǎn)要求。電源線和地線的寬度是否適宜，在PCB中是否還有能讓地線加寬的地方。6〕復(fù)查根據(jù)“PCB檢查表〞，內(nèi)容包括設(shè)計(jì)規(guī)那么，層定義、線寬、間