PIC32單片機在氣相色譜儀中應用方案，軟硬件協同

2.1.9 液晶顯示

使用金鵬的OCM240*320液晶，它適用于中等規模的點陣液晶顯示器。它能夠提供液晶顯示驅動器及外部顯示存儲器所需的全部控制信號，并且它還有一個內置的字符庫，因此只需極少的外部器件就可以獲得一個組織靈活的低功耗顯示系統。

2.1.10 穩壓芯片

氣相色譜儀對電壓的穩定性要求較高，因此采用了兩款穩壓芯片TL431提供10V穩壓及AS1117提供3.3V穩壓。

德州儀器公司(TI)生產的TL431是一是一個有良好的熱穩定性能的三端可調分流基準源。它的輸出電壓用兩個電阻就可以任意地設置到從Vref(2.5V)到36V范圍內的任何值(如圖2)。該器件的典型動態阻抗為0.2Ω,在很多應用中可以用它代替齊納二極管,例如,數字電壓表,運放電路、可調壓電源,開關電源等等。

AS1117是一款低壓差的線性穩壓器，當輸出1A電流時，輸入輸出的電壓差典型值僅為1.2V。AS1117除了提供多種固定電壓版本外(輸出可以為1.8V，2,。5V，3.3.V，5V)，還提供可調端輸出版本，該版本能提供的輸出電壓范圍為1.25V-13.8V。

2.2系統總體框架

該系統是為滿足氣相色譜儀控制的要求，并充分考慮其經濟性和可靠性，能真正實現氣相色譜儀控制的要求來確定的。根據系統要達到的總體功能，系統主要負責按鍵的檢測，液晶的顯示及與上位機的通信;控制各個功能模塊的工作，溫度的采集計算和控制，壓力流量的采集等。

1、液晶，蜂鳴器，氣閥由CPU的IO口直接控制

2、鍵盤值由芯片ZLG7289B來采集。這款芯片最多能識別64個按鍵

3、電路擴展了一個串口，用于上位機控制，電平轉化芯片用max232.

4、擴展了一片EEPROM，每片容量為64K，由CUP的IO口控制，用了IIC總線控制

5、CPU芯片通過通過74HC595芯片，來擴展IO口，用74HC595擴展的IO口來控制FID，ECD，TCD;

6、采溫部分，用PT100作為溫度傳感器，用PT100組成橋式電路，把溫度轉化為電壓，在經過LM324放大，送給CPU的模擬輸入口。Pt100的恒壓電路有TL432組成;

7、壓力模擬量經過LM324放大后，傳給CPU模擬口。流量的模擬量直接送給CPU的IO口，這兩部分的恒壓電路用TL431組成;

8、電機部分用TL521光耦芯片來隔離CPU的IO口和步進電機的接口，未用CPU的IO口直接控制步進電機接口，這樣就起到了安全和抗干擾的作用。用ULN2803芯片來反相驅動電機;

3 系統的硬件設計方案

本章分節介紹了各個控制模塊的硬件設計與實現方案，系統硬件按功能劃分為以下幾個功能模塊： 595串轉并模塊、直流電機模塊、電磁繼電器模塊、壓力流量傳感器模塊、AD轉換芯片模塊、上位機通信模塊、鍵盤掃描芯片模塊、EEPROM掉電保護及液晶字庫存儲模塊、液晶顯示模塊、穩壓芯片模塊。在各個模塊設計中詳細敘述了其工作原理、設計思想以及實現方法。

3.1單片機模塊設計

單片機作為系統的微處理器，其性能對整個系統來說非常關鍵。現在，全球有很多公司能夠生產單片機，隨著超大規模集成電路的迅猛發展，單片機的功能也日漸強大，運算速度日益提高，相繼出現了32位和64位單片機，根據實際系統的需要和產品的性價比，本系統選用microsoft公司生產的32位單片機PIC32F460F作為系統的控制芯片。Microchip公司的PIC32MX4系列是高性能通用和USB的32位閃存微控制器(MCU),下面介紹下它們的主要功能[3]：

• 帶5級流水線的MIPS32® M4K™ 32位內核

• 最高80 MHz的頻率

• 零等待狀態閃存訪問時性能為 1.56 DMIPS/MHz(Dhrystone 2.1)

• 單周期乘法單元和高性能除法單元

• MIPS16e™模式可使代碼壓縮最多40%

• 兩組各32個32位內核文件寄存器，可減少中斷延時

• 預取高速緩存模塊可加速從閃存的執行速度

• 工作電壓范圍為2.3V至3.6V

• 32 KB至512 KB的閃存(附加一個12 KB的引導閃存)

• 8 KB至32 KB的SRAM存儲器

• 引腳與大部分PIC24/dsPIC® 器件兼容

• 多種功耗管理模式

• 多個具有獨立可編程優先級的中斷向量

• 故障保護時鐘監視器模式

• 帶有片內低功耗RC振蕩器的可配置看門狗定時器，確保器件可靠工作

• 2個編程和調試接口：

- 雙線接口，可與應用程序進行非搶占式訪問和

實時數據交換

-4線 MIPS® 標準增強型JTAG 接口

• 基于硬件的非搶占式指令跟蹤

• 符合IEEE標準1149.2(JTAG)的邊界掃描特性

• 最多16路通道的10位模數轉換器：

- 轉換速率為1000 ksps

- 可在休眠和空閑模式下進行轉換

PIC32MX460F引腳圖如下：

3.2 595串轉并模塊控制模塊設計

3.2.1 595串轉并模塊原理及作用

在本系統中，由于控制模塊較多，單單三個檢測模塊(FID、ECD、TCD)就需要超過72個控制口，因此使用74HC595來進行串并轉換，節省IO口的資源。使用一個IO口連續送出24位，由三個74HC595級聯后控制各模塊。

3.2.2 模塊設計與實現

圖2 74HC595控制模塊電路圖

如圖所示，此為三個檢測模塊中的一部分，由三個595級聯而成，單片機只提供三個IO引腳，就可以控制24位來完成FID模塊的功能。

74HC595是硅結構的CMOS器件， 兼容低電壓TTL電路，遵守JEDEC標準。 74HC595是具有8位移位寄存器和一個存儲器，三態輸出功能。 移位寄存器和存儲器是分別的時鐘。 數據在SCHcp的上升沿輸入，在STcp的上升沿進入的存儲寄存器中去。如果兩個時鐘連在一起，則移位寄存器總是比存儲寄存器早一個脈沖。 移位寄存器有一個串行移位輸入(Ds)，和一個串行輸出(Q7’),和一個異步的低電平復位，存儲寄存器有一個并行8位的，具備三態的總線輸出，當使能OE時(為低電平)，存儲寄存器的數據輸出到總線。3.3電磁閥控制模塊設計