2 系统硬件设计
2.1 系统设计分析
温度控制仪的硬件设计主要由电加热炉温度检测、环境温度检测、A/D转换、外部晶闸管调功、人机交互以及与PC机通信等部分组成。该系统仪表以单片机为核心,读取计算由测量输入通道进入的被测信号,再通过一定的算法计算控制量,送至控制输出通道至控制信号。同时,单片机通过通信模块与PC机数据通信,以及通过人机交互模块实现与操作者的信息交互。图1为该系统硬件设计框图。
4个通道先通过热电偶测到的电压值经CD405l的八选一模拟选择开关,再经MD转换电路送至单片机P89V5lRD2,将测得的温度值与由按键或RS-485接口通信接收的设定值相比较,计算控制量以控制晶闸管输出,调整电加热炉温度值。液晶显示模块FYDl2864则将单片机测得的4路温度与设定值予以显示。RS-485接口通信模块除由PC向单片机发送设定值外,还负责单片机通过MAX487向PC发送所测的温度值,再传输至上位机进行管理和绘图。
2.2 仪表控制系统
仪表控制系统主要包括单片机P89V51RD2和看门狗X5045,它是系统的核心,用于系统控制和计算。
图2中,振荡器电路中晶体振荡器频率为11.059 2 MHz,电容C1和C2都是30 pF。单片机P89V51RD2的PO.O~P0.7用于连接液晶模块的数据线,P2.0~P.3用于连接液晶模块的控制线。P89V51RD2型单片机的Flash程序存储器支持并行和串行在系统编程(ISP)。并行编程方式提供高速的分组编程方式,可节省编程花费和开发时间。ISP允许在软件控制下重复编程最终产品,其内存容量大,4路温控存取的数据较大,并具有较丰富的外设功能。X5045是一种在单片机系统中广泛应用的看门狗,内置上电复位、看门狗定时器、电压监控和EEPROM等4种常用功能。其看门狗定时器和电源电压监控功能可对系统起到保护作用;512x8位的EEPROM用于存储单片机系统的重要数据。X5045与MCU采用SPI总线接口,可与任意一款单片机的I/O端口直接连接。该器件内部含有一个位指令移位寄存器,该寄存器可通过SI进行访问。数据在SCK的上升沿由时钟同步输入,在其整个工作期间,西必须是低电平且丽必须是高电平。如果在看门狗定时器预置的溢出时间内无总线活动,说明西引脚电平发生变化,X5045将提供复位信号输出以保证系统可靠运行。X5045内部有一个“写使能”锁存器,在执行写操作之前该锁存器必须置位,在写周期完成后,该锁存器自动复位。X5045还有一个状态寄存器,用于提供其状态信息以及设置块保护和看门狗的定时周期。