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揭秘AVR單片機高性能便攜式儀表電路 —電路圖天天讀(75)

作者: 時間:2017-10-31 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

  隨著計算機技術(shù)。微電子技術(shù)的發(fā)展,工業(yè)化儀表已逐漸發(fā)展成為具有微處理器系統(tǒng)的智能化儀表。便攜式智能儀表因其攜帶方便。操作方便。界面友好。人機接口豐富。功耗低等特性,使得其在當(dāng)今生活中越來越普及。本文以ATMEL 公司生產(chǎn)的高性能AVR 單片機ATXmega128A1為核心,設(shè)計了一種高可靠、低功耗、多用途的便攜式儀表電路,并對其硬件進行了分析。

本文引用地址:http://www.bjwjmy.cn/article/201710/369382.htm

  無線通信電路設(shè)計

  在儀表使用過程中,當(dāng)兩臺儀表需要相互通信或者不便于與PC 機進行有線連接的情況下,需要將數(shù)據(jù)進行無線傳輸。而能夠進行無線傳輸也成為諸多儀器儀表適應(yīng)多條件。多功能的體現(xiàn).Zigbee 是近年新興的無線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),功耗小。成本低,在應(yīng)用中有著突出優(yōu)勢。其連接時間短,大大降低了通信數(shù)據(jù)的碰撞概率;最大可達到65535個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點,使得其具有優(yōu)越的組網(wǎng)能力;其數(shù)據(jù)傳輸進行加密處理,因而具有較高的網(wǎng)絡(luò)安全性能。

  Zigbee 無線傳輸技術(shù)具有較廣泛的應(yīng)用前景。設(shè)計使用了AT86RF212芯片,它是一款低功耗。低電壓700/800/900 MHz 頻段無線收發(fā)器,提供了天線和MCU 之間的完整無線電接口,支持ZigBee 技術(shù)IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn),支持6LoW PAN 技術(shù)與高數(shù)據(jù)傳輸速率的ISM 的應(yīng)用,其外圍電路連接如圖2所示。

  信號采集電路設(shè)計

  本模塊使用TLV2543作為電壓幅值的采集,在采集數(shù)據(jù)之前需進行必要的電壓變換。芯片接口連接如圖3所示。多路數(shù)據(jù)采集通道擴展了MCU 的不足,在進行控制中可使用單路或多路通道信號采集,其具有11路轉(zhuǎn)換通道,12bits 的電壓轉(zhuǎn)換精度,最高可達10靤的轉(zhuǎn)換速率.AD 芯片使用單片機SPI1接口進行數(shù)據(jù)傳輸,其基準(zhǔn)電壓由REF3030芯片提供。
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  擴展字庫電路設(shè)計

  為了使儀表的應(yīng)用范圍更加廣泛,設(shè)計加入了集通數(shù)碼科技公司生產(chǎn)的GT23L16M2Y字符芯片, 以滿足顯示時界面中的較多字符需要。其內(nèi)部包含11&TImes;12點陣與15&TImes;16點陣,有對于多種制式漢字及字符的支持。單片機利用漢字源碼的函數(shù)計算,得到漢字點陣在芯片中的地址,讀取到點陣數(shù)據(jù)后,通過口線傳輸給單片機以供顯示。芯片可選PLII 與SPI 接口,為了節(jié)約口線,本儀表使用SPI 接口模式,與CPU 的連接如圖4所示。

  數(shù)據(jù)存儲電路設(shè)計

  儀表在野外操作時,當(dāng)需要采集數(shù)據(jù)較多而又無法將數(shù)據(jù)及時傳輸至上位機時,就需要大容量。掉電非易失的存儲設(shè)備。在長期數(shù)據(jù)對比分析時,也需要保存較大批量的數(shù)據(jù)記錄,單片機本身自帶128K 字節(jié)的flash 存儲和8K 字節(jié)的SRAM 存儲以及2K 字節(jié)的EEPROM存儲單元。但在掉電之后,F(xiàn)LASH 存儲無法保存數(shù)據(jù),需要一個大容量的存儲空間開保留已經(jīng)記錄的批量數(shù)據(jù)。

  本設(shè)計采用了Atmel 公司生產(chǎn)的ATDB011D 存儲器,內(nèi)部集成了1M 字節(jié)的Flash 存儲,有最高達66MHz 的數(shù)據(jù)存取速度,其使用SPI 接口與單片機進行數(shù)據(jù)傳輸。與單片機的連接電路如圖5所示。

  USB 通信接口設(shè)計

  USB 接口在儀器儀表的使用中以相當(dāng)普遍,在與計算機進行直接數(shù)據(jù)傳輸過程中,其端口小巧。支持熱插拔操作等特性,使得其成為眾多便攜儀表的首選。本設(shè)計使用CP2102芯片,將單片機串行端口轉(zhuǎn)換為USB 端口,作為一個虛擬端口使用,簡化了通訊連接方式和單片機的程序設(shè)計。其與CP2101完全引腳兼容,其符合USB 2.0規(guī)范:最高全速(12Mbps);支持USB 的掛起狀態(tài),可以和支持COM 口的PC 機連接通訊使用。集成的USB 收發(fā)器無需外部電阻,外圍電路簡單,連接電路如圖6所示。

  顯示接口電路

  儀表的顯示質(zhì)量直接關(guān)乎用戶的使用體驗,傳統(tǒng)儀表的屏幕多為單色或者尺寸較小,彩色屏幕可以在界面中對重要內(nèi)容進行突出顯示,增強用戶的人機交互視覺效果。儀表使用了型號HY32B 彩色顯示器,兼顧了顯示速率。電量消耗和用戶視覺效果。其搭載了3.2英寸TFT LCD 彩色顯示屏和驅(qū)動電路,顯示分辨率為320&TImes;240,其接口有多種選擇,包括3-線.4-線SPI 和6/9/16-bits6800/8080并行接口以及6/16/18-bit RGB 接口。為了提高數(shù)據(jù)傳輸速度,數(shù)據(jù)信號使用16位并行傳輸。接口如圖7所示。

電子發(fā)燒友網(wǎng)技術(shù)編輯點評分析:

  Xmega 作為一款較新型的高性能單片機,其應(yīng)用和開發(fā)還有待進一步的挖掘。本文以實際項目應(yīng)用為基礎(chǔ),給出了具體的外圍電路設(shè)計及軟件流程,為其在工業(yè)中的應(yīng)用提供了一種參考。采用Atmel picoPower 技術(shù),所有器件均可使用1.6V 工作電壓,其內(nèi)部增加集成了全速USB高速高精度模擬系統(tǒng),并有效減輕了處理器負(fù)載。其集成度更高,更有效的降低了系統(tǒng)總功耗和成本。特別適宜計量。工業(yè)。醫(yī)療和消費領(lǐng)域的儀器儀表設(shè)備應(yīng)用。
大家如有問題,歡迎在評論處討論。

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