單片機典型案例開發(六)

　　硬件設計

　　Atmega128屬于Atmel公司的AVR系列單片機，是一種高性能、低功耗的8位控制器，執行大多數指令只需要一個時鐘周期。其最高主頻可達到16MHz;自帶128KB可在線編程的閃存、4KB的EEPROM、4KB的SRAM，程序可進行加密;自帶JTAG接口，便于程序的調試;集成外設：兩個8位定時計數器、兩個16位定時計數器、兩個8位PWM通道、6個16位PWM通道、8個10位 ADC通道、一個I2C接口、兩個可編程異步串行接口、一個SPI接口、一個看門狗定時器和8個外部中斷源。

　　衛星地面測控系統主要由電源模塊、電子機箱、測試箱、工控機以及紅外地球敏感器構成，系統結構如圖1所示。其中兩臺電源并聯, 輸出串聯二極管。在整個測控系統中，測試箱的控制功能是通過Atmega128完成的。

　　測試箱的硬件原理如圖2所示。測試系統以AVR單片機為核心，外圍電路由串口通信、ADC采樣和DAC輸出等部分構成。

　　單片機與工控機之間通過RS-232標準總線進行數據通信，在設計中采用電平轉換芯片MAX202來實現二者的電平兼容。為了能夠和測試系統的其它模塊進行串口通信，采用Xicor公司的雙串口芯片ST16C2552外擴了兩個串口，由于與外擴串口通信的是-12V~+12V的信號，不是標準電平，因此，要另外設計電平轉換電路。使用Altera公司的可編程邏輯器件EPM7128實現對DAC和ADC的邏輯控制;使用BB公司的12位ADC實現對遙測信號的測量;采用BB公司的12位DAC芯片DAC7615產生電地球波信號。

　　具體功能如下：

　　ADC測量：將輸入的10路模擬信號經過阻抗匹配后連接到通道選擇器，再接到ADC芯片ADS7835的信號輸入端，ADC的輸出信號以及控制信號經過光隔離接到EPLD邏輯，在邏輯內部實現對ADC啟動信號、轉換通道的選擇，以及對時鐘信號、數據信號的控制。

　　DAC 輸出：單片機通過邏輯芯片實現對DAC的片選、時鐘、數據等信號的控制，DAC的輸出信號通過光隔離后，再經過運算放大器進行阻抗匹配后才接到整個測試系統的其它模塊。DAC參考電壓的穩定性至關重要，如果參考電壓穩定性差，將導致整個DAC的輸出波動很大，達不到輸出精度要求，因此，通過一個穩壓芯片 AD584給DAC提供參考電壓。

　　頻率測量：電測箱需要對2路基準信號和2路光柵信號進行測量，利用AVR單片機的外部中斷和計數器1、3實現測量。將2路基準信號分別接到單片機的外中斷INT0和INT1，將光柵信號分別接到單片機的計數器1和3。在電測箱需要實現的各項功能中，電地球波的輸出是一個難點，因為需要電地球波的輸出與基準信號具有相位關系，并且要求輸出具有可變相位、幅度和斜率的信號，本文通過計數器1和3的比較中斷實現電地球波的輸出。

　　串口通信：通過單片機自帶的兩個異步串口，并經過電平轉換與上位工控機通信，通過雙串口芯片ST16C2552外擴兩個串口與測試系統的其它模塊通信，此外，為保證系統的可靠性，所有的信號均經過光隔離。

　　軟件實現

　　單片機軟件