基于16位單片機的智能儀器監控平臺設計

　　由于便攜式分析儀器采用蓄電池供電，減少整機電流和待機電流、降低損耗變得極為重要。傳感器部分的工作電壓為12V，而單片系統采用5V供電，因此，控制平臺選用了直-交-直變換模塊完成電源轉換。選用XR031電壓轉換模塊，其轉換效率達80%。啟動電路采用CMOS芯片，組成帶施密特整形的flip-flop電路，由儀器鍵盤上的啟動鍵控制開、關機。關機狀態下電池仍對該部分電路供電，其電流極小，約為4～8微安，工作狀態下CPU內部A/D采樣模塊對其進行電壓檢測，當電壓低于設定時，置輸出端口為有效電平，該電平經微分電路產生+12V尖脈沖觸發flip-flop電路翻轉，實現強行關機。本監控系統正常工作時功耗電流為50～60mA（LCD背光關閉，不包括泵電流），整機電流最大為140mA（LCD背光開啟）。電源轉換及啟動硬件設計如圖4。

　　3.6 時鐘模塊

　　本次設計采用了一塊實時鐘芯片DS12C887，它是微機中常用的時鐘芯片。該芯片是24腳雙列直插封裝的一個集成組件，組件中包含石英晶體、鋰電池、實時時鐘、日歷時鐘、報警時鐘、和128個字節的RAM，其中15個字節用作實時鐘的控制寄存器，其余113個字節可作普通RAM使用，其中數據也可以十年不丟失，DS12C887的年月日、時分秒等信息都放在內部寄存器中。

4 監控平臺的軟件設計

　　監控平臺的軟件系統采用C程序設計，使用C96編譯器，版本為5.3版。盡管該編譯器占用程序空間比匯編語言編譯器大，但程序開發周期大大減少，調試效率及可讀性均明顯優于匯編語言，且原程序可更加方便地移植于其他型號芯片中，便于產品的更新換代。

　　本監控平臺軟件系統為多任務實時操作系統，主要分為人機界面、串口通訊、數據處理、紅外打印、操作控制五大功能模塊，軟件結構框圖如圖5所示。由于系統采用模塊化設計，各模塊自成體系，可獨立調試，有利于系統集成也便于形成其他分析儀器的監控程序。本軟件系統支持中英文兩種版本的界面供用戶操作選擇，其LCD顯示頁面達60多個，字庫漢字超過250個，編譯后程序代碼約為52Kb。

圖5 軟件系統設計

　　整個軟件系統使用超循環系統（Super-Loops）結構，應用程序是一個無限循環，循環中調用相應的函數完成規定的操作，程序依次檢查系統的每一個輸入條件，一旦條件成立就進行相應的處理，這部分可以看成任務級處理。中斷服務程序處理異步事件，這部分看成中斷級處理。本系統包括A/D采樣、HSO實時中斷、HSO事件中斷、串行通訊等模塊，為保證實時性，中斷服務程序只包含標志處理，其隱含功能如采樣值的濾波，HSO事件排隊均由任務級處理。實時多任務按任務級別分類處理，在各界面處理模塊中均包含時間事件處理模塊，以確保定時事件處理。

本文作者創新點：

　　強大的CPU和良好的模塊性使本監控平臺的研究為智能分析儀器提供了具有ARC功能的設計平臺，通過軟硬件模塊的選擇可基本實現各種不同需求的組合式分析儀。系統提高了分析儀器本身的自動化水平，分析儀器的自動校準和診斷。