采用多单片机的液位监控仪

2007-03-09 19:03:27来源: 互联网
摘要:介绍把多个单片机用于一个多路液位监控系统的方法。说明用多个单片机的原因及用单片机取代I/O接口的理由,并对系统的软硬件设计、调试也做了说明。 关键词:多单片机 液位 监控 采用单片机设计液位监控仪是很通用的做法。如果要测量的液位有很多路(16路以上),每路要求能滚动显示1年内每班、每日、每月的输入输出总量(1日3班),正常或意外停电数据不丢失,人机交互能力要强(要设置适当数量的按键及采用LCD显示),并且每路液位要求对应2路控制输出信号(液罐液体输入控制和输出控制),配置微型打印机端口,设置声音报警,所有这些无疑需要很多的I/O端口来支持,单凭一个单片机是办不到的,需要扩展I/O端口。在此设计中,笔者认为采用专用I/O扩展芯片有较多的弊端,权衡利弊,选择了用单片机来代替专用I/O接口芯片的方法。 1 专用 I/O芯片与单片机用作I/O芯片的对比 ①专用I/O接口芯片的I/O口数量不比单片机多(笔者采用单片机型号为89C52); ②专用I/O接口芯片使用不灵活,几种使用方式已被芯片设计者设定,不能超出此范围变化,而单片机则受限制较小,使用起来较灵活; ③专用I/O接口芯片独立性差、智能性差,无论是接收输入信号还是输出控制信号,I/O专用芯片对信号的输入输出增色不能做出决定,必须要由单片机来做决定,仅起接力或过渡信号作用,没有监控能力,不能独立处理问题,而单片机则不然,可采用多种方式灵活处理问题; ④使用I/O扩展专用芯片就必须要熟悉它,工程技术人员一般对单片机的熟悉程度要比对它强很多,相比之下,使用它要浪费时间,再一个I/O扩展专用芯片的价格均要比单片机高,从成本核算上考虑不经济; ⑤专用I/O芯片实时性差,由于I/O扩展专用芯片仅起收发信号的作用,本身没有加工处理信号的能力,这样信号经过它来回的传递势必造成延迟,因而会出现实时性差的问题; ⑥使用单片机作I/O接口,便于软硬件设计模块化,分工清晰,给设计、调试、维护带来极大方便; ⑦使用单片机作I/O接口加强了对接口的监管力度,减轻了主单片机的负担。 2 硬件结构及分工 硬件设计共分如下几部分:单片机;A/D转换部分;控制信号输出部分;非易失性存储器(作RAM扩展);按键部分;显示部分;打印I/O端口部分;模拟开关部分。硬件结构框图如图1所示。 硬件设计中: ①单片机选用89C52,其特点是片内含有8KB ROM,不需片外扩展ROM; ②A/D转换器选用MC14433,其特点是转换精度高,抗干扰能力强,每秒可转换20次左右,因为液位变化不是很快,所以可满足监测液位变化的需要; ③控制信号输出采用单片机控制74LS373锁存器的方式,这样可通过增减锁存器个数的方式来增减控制输出端口数量; ④因每路要求能滚动显示1年内每班、每日、每月的输入输出量总量(1日3班),正常或意外停电数据不丢失,所以采用了AT29LV040A(512KB)的闪速存储器(也可采用FRAM),因89C52最多可外扩展64KB的RAM,为了保证有足够的存储空间可将AT29LV040A的A16、A17和A18地址线与1#单片机的某个端口连接,这样通过控制这3个地址线的变化就可达到使用AT29LV040A的512KB空间的目的。 ⑤按键部分采用常规的非编码键盘方式即可; ⑥为了提高人机的交互能力,显示部分采用了GXM12864SL大屏幕LCD,这样屏幕上可显示自编的汉字、数字、等式及简单的图案; ⑦打印I/O端口,可根据要求进行相应的连接配置即可; ⑧模拟开关选用多片CD4051,它们与单片机配合,用于选择多路液位模拟量中的1路液位的模拟量,然后进行A/D转换。 由于选用了3个单片机,有效地解决了I/O端口不够用的问题,也使得在设计上简化了许多,只要按照常规的连接芯片方式即可,省去了很多的过渡芯片,如74LS244、74LS245、74LS73等,也使得软件设计变得简单容易。因硬件连接变得简单而且均为常规连接,所以本文没有提供详细的线路连接图。3个单片机之间的数据交换采用了串行口通信方式,如图1所示。本设计中,3个单片机采用同时复位,当然也可采用分开复位方式,但按键要增加,此种情况视要求而定。 3 软件结构设计 由于3个单片机同时复位,所以复位后3个单片机是处于并行工作状态的。1#单片机的主要工作是将所有路液位模拟量转换成数字量保存起来。它可根据键盘命令或系统默认格式将采集加工后的结果传送给2#单片机显示及3#单片机输出控制,也可根据命令只监测指定的某1路或某几路的液位变化。2#单片机的主要工作是读入键盘命令,加工处理后,向1#和3#发布命令,然后根据反馈结果在LCD上显示出来。也可根据1#单片要同采集到的数据,不断更新其显示内容。LCD显示方式可多种多样,可循环显示指定的某几路液位,或固定显示某1路液位,或循环显示某1个月的每天或某天的每班输入输出量等。每1路液体的比重、计算修正值、液位上下限高度设定等都可通过键盘输入并保存起来。也可通过键盘设定密码,防止别人或误操作破坏设定内容,键入方式应设计成无须看说明书,只要按照LCD显示上的提示进行选择即可。3#单片机的主要工作是根据键盘命令或1#单片机及时采集到的数据,发出控制信号或打印输出结果,打印输出格式可根据键盘命令进行选择。3个单片机的工作流程框图分别如图2、图3和图4所示。 3个单片机之间通过串行口,除传送正常的数据、命令外,3者之间还要进行互相监督(这是I/O扩展芯片很难做到的)。 ①相互之间传送信息后一定要进行印证,也就是发送者要及时收到接收者的回执; ②3者之间定时互访,确保相安无事; ③每次上电复位除自检外,还要互检。 互相监督的目的是为提高整个系统的性能,为系统维护提供方便。1#和3#单片机上都配有2个发送二极管,用于监测指示另外两个单片机工作是否正常。2#单片机本身有LCD显示,无需发光二极管。串行通信中断服务程序、发送程序流程图及定时互访程序流程图等因比较简单没有给出。 4 调试 在一个系统中,使用多个单片机对整个系统调试确实会带来一些不便。系统中有多少个单片机最好就有多少个单片机开发装置,这对调试是有极大帮助的,因为在调试中可随时查看每个单片机的状态,但实际当中往往不会有多个,只有1个。 每个单片机的程序基本上是由两部分组成的,一部分是与其它单片机没有任何联系的独立部分,另一部分是单片机之间相互通信联系的部分(这部分程序量较小)。调试时先把单片机各自独立部分调试出来,这部分对单片机应用人员来说不会有问题。然后调试单片机相互之间的串行通信程序,先把相互之间的简单通信建立起来,相互之间能识别传递数据后,再逐步把完整的程序一步一步添加进去。在设计、编制程序时要想到如何调试,这样在编制程序时就会有意识地程序分成有效的块,调试时就可以一块一块地调试。多单片机调试方法较多,此是一孔之见。 结语 在一个液位监控系统中采用多个单片机是一种尝试,但它确实简化了系统设计,便于分工和多人投入协作,也便于产品改进更新。其最显著的效果是缩短了产品的设计、调试和生产的周期。
编辑: 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/designarticles/mcu/200703/11298.html
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