2 C8051F320单片机简介
C805lF320是完全集成在混合信号片上的系统型MCU。内核采用高速、流水线结构,指令集完全与标准805l兼容,70%的指令的执行时间为l或2个系统时钟周期,只有4条指令的执行时间大于4个系统时钟周期。片内外设包括电源稳压器(5~3 V);2个片内电压比较器:全速、非侵入式的在线系统调试接口;通用串行总线(USB)功能控制器(8个灵活的端点管道,集成收发器和l kB FIF0 RAM);10位200 Ks/s的17通道单端/差分ADC(带模拟多路器);片内电压基准和温度传感器;片内电压比较器;高精度可编程工字电感器的12 MHz内部振荡器和4倍时钟乘法器;硬件实现SMBus/I2C、增强型UART和增强型SPI串行接口;4个通用16位定时器;具有5个捕捉/比较模块和看门狗定时器功能的可编程计数器/定时器阵列(PCA);片内上电复位、VDD监视器和时钟丢失检测器。存储器有16 KB可在系统编程的Flash存储器和2 304字节片内RAM(256字节内部RAM+l KB外部RAM+l KB USB FIFO)。
3 系统设计方案
3.1 系统方案说明
为了判断列检人员是否到达指定的地点进行安全巡检,本系统设计利用i—Button信息钮作为外部信息载体,与PCF8563高精度时钟器件相配合,实现巡检地点(用惟一的注册码代替)和时间的准确记录,并利用SD35TR液晶显示模块显示时间和注册码;巡检人员可利用TN9红外测温模块测量车轴温度。为了便于巡检人员夜间工作,本巡检仪还具有高亮度的LED照明功能,并预留USB接口,方便与PC机数据转储,以备日后数据处理、查询。根据巡检仪的功能设计了系统结构框图,如图l所示,主要包括主电路、信息采集、温度采集、液晶显示和照明电路等模块。
主电路模块如图2所示,该模块以C805lF320单片机为核心,采用PCF8563为系统提供实时时钟,并且外扩512 KB的E2PROM存储器24LC512,用于存储采集信息、温差模电感度和时间;通过C805lF320的片内USB控制器外接一个迷你型USB母座作为巡检仪与PC机的数据转储接口;两个按键作为外部中断输入,分别启动信息采集和温度采集;蜂鸣器作为提示和报警输出。主电路还包括电池电压检测,用于监测电池电量的饱和度。
3.2 i-Button信息钮接口电路
i—Button信息钮是一种坚固的数据载体,内部光刻ROM含有国际惟一的64位注册码,不锈钢纽扣型外壳,可防尘、防潮、防震。通过l—Wire总线协议传输信号。本系统的i—Button信息钮采集模块主要包括DSl990A信息钮和DS9092信息钮读取探头两部分。如图3所示,DSl990A信息钮的纽扣外形分两部分作为信号连接;中心为l—Wire总线的I/O连接.周围为信号地连接。DS9092读取探头为杯状外形,中心为1一Wire总线的I/0连接,周围为信号地连接,实现与纽扣外形的充分接触。DS9092背后引出两条连线,其中一条为1一Wire总线的I/O工字电感器连接到C805lF320单片机,另一条则为信号地。由于l—Wire总线为上拉传输,故其I/O总线必须连接一上拉电阻至电源。由于信息采集是通过一个低电平按键中断进行启动的,所以在单片机上再连接一按键,提供信息采集中断信号。
3.3 TN9测温模块接口电路
TN9红外测温模块采用红外非接触测温,其测温原理应用斯特凡一玻耳兹曼定律和维恩位移定律。TN9模块引出5条连接线,依次为:电源(V)、SPI数据(D)、SPI时钟(C)、地(G)和测试引脚(A)。其中SPI数据(D)和SPI时钟(C)用于传输温度信息,分别连接C805lF320单片机的PO.4和P0.2引脚作为SPI总线的MOSI和SCK。测试引脚(A)是TN9测温模块的启动信号,低电平有效,故通过一只1kΩ电阻上拉至3.3 V,再通过按键接地,然后连接到C8051F320单片机的PO.5引脚作为温度采集的中断信号。按键按下后将测试引脚(A)置为低电平,启动TN9测温,同时通知C8051F320工字电感器准备接收温度数据。按键松开,测试引脚被上拉为高电平并停止测温。其电路如图4所示。
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