單片機(jī)典型案例開發(fā)(六)

　　硬件設(shè)計(jì)

　　Atmega128屬于Atmel公司的AVR系列單片機(jī)，是一種高性能、低功耗的8位控制器，執(zhí)行大多數(shù)指令只需要一個(gè)時(shí)鐘周期。其最高主頻可達(dá)到16MHz;自帶128KB可在線編程的閃存、4KB的EEPROM、4KB的SRAM，程序可進(jìn)行加密;自帶JTAG接口，便于程序的調(diào)試;集成外設(shè)：兩個(gè)8位定時(shí)計(jì)數(shù)器、兩個(gè)16位定時(shí)計(jì)數(shù)器、兩個(gè)8位PWM通道、6個(gè)16位PWM通道、8個(gè)10位 ADC通道、一個(gè)I2C接口、兩個(gè)可編程異步串行接口、一個(gè)SPI接口、一個(gè)看門狗定時(shí)器和8個(gè)外部中斷源。

　　衛(wèi)星地面測(cè)控系統(tǒng)主要由電源模塊、電子機(jī)箱、測(cè)試箱、工控機(jī)以及紅外地球敏感器構(gòu)成，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。其中兩臺(tái)電源并聯(lián), 輸出串聯(lián)二極管。在整個(gè)測(cè)控系統(tǒng)中，測(cè)試箱的控制功能是通過Atmega128完成的。

　　測(cè)試箱的硬件原理如圖2所示。測(cè)試系統(tǒng)以AVR單片機(jī)為核心，外圍電路由串口通信、ADC采樣和DAC輸出等部分構(gòu)成。

　　單片機(jī)與工控機(jī)之間通過RS-232標(biāo)準(zhǔn)總線進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，在設(shè)計(jì)中采用電平轉(zhuǎn)換芯片MAX202來實(shí)現(xiàn)二者的電平兼容。為了能夠和測(cè)試系統(tǒng)的其它模塊進(jìn)行串口通信，采用Xicor公司的雙串口芯片ST16C2552外擴(kuò)了兩個(gè)串口，由于與外擴(kuò)串口通信的是-12V~+12V的信號(hào)，不是標(biāo)準(zhǔn)電平，因此，要另外設(shè)計(jì)電平轉(zhuǎn)換電路。使用Altera公司的可編程邏輯器件EPM7128實(shí)現(xiàn)對(duì)DAC和ADC的邏輯控制;使用BB公司的12位ADC實(shí)現(xiàn)對(duì)遙測(cè)信號(hào)的測(cè)量;采用BB公司的12位DAC芯片DAC7615產(chǎn)生電地球波信號(hào)。

　　具體功能如下：

　　ADC測(cè)量：將輸入的10路模擬信號(hào)經(jīng)過阻抗匹配后連接到通道選擇器，再接到ADC芯片ADS7835的信號(hào)輸入端，ADC的輸出信號(hào)以及控制信號(hào)經(jīng)過光隔離接到EPLD邏輯，在邏輯內(nèi)部實(shí)現(xiàn)對(duì)ADC啟動(dòng)信號(hào)、轉(zhuǎn)換通道的選擇，以及對(duì)時(shí)鐘信號(hào)、數(shù)據(jù)信號(hào)的控制。

　　DAC 輸出：?jiǎn)纹瑱C(jī)通過邏輯芯片實(shí)現(xiàn)對(duì)DAC的片選、時(shí)鐘、數(shù)據(jù)等信號(hào)的控制，DAC的輸出信號(hào)通過光隔離后，再經(jīng)過運(yùn)算放大器進(jìn)行阻抗匹配后才接到整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)的其它模塊。DAC參考電壓的穩(wěn)定性至關(guān)重要，如果參考電壓穩(wěn)定性差，將導(dǎo)致整個(gè)DAC的輸出波動(dòng)很大，達(dá)不到輸出精度要求，因此，通過一個(gè)穩(wěn)壓芯片 AD584給DAC提供參考電壓。

　　頻率測(cè)量：電測(cè)箱需要對(duì)2路基準(zhǔn)信號(hào)和2路光柵信號(hào)進(jìn)行測(cè)量，利用AVR單片機(jī)的外部中斷和計(jì)數(shù)器1、3實(shí)現(xiàn)測(cè)量。將2路基準(zhǔn)信號(hào)分別接到單片機(jī)的外中斷INT0和INT1，將光柵信號(hào)分別接到單片機(jī)的計(jì)數(shù)器1和3。在電測(cè)箱需要實(shí)現(xiàn)的各項(xiàng)功能中，電地球波的輸出是一個(gè)難點(diǎn)，因?yàn)樾枰姷厍虿ǖ妮敵雠c基準(zhǔn)信號(hào)具有相位關(guān)系，并且要求輸出具有可變相位、幅度和斜率的信號(hào)，本文通過計(jì)數(shù)器1和3的比較中斷實(shí)現(xiàn)電地球波的輸出。

　　串口通信：通過單片機(jī)自帶的兩個(gè)異步串口，并經(jīng)過電平轉(zhuǎn)換與上位工控機(jī)通信，通過雙串口芯片ST16C2552外擴(kuò)兩個(gè)串口與測(cè)試系統(tǒng)的其它模塊通信，此外，為保證系統(tǒng)的可靠性，所有的信號(hào)均經(jīng)過光隔離。

　　軟件實(shí)現(xiàn)

　　單片機(jī)軟件