单片机的普及应用使得许多常规仪表被改造 成为了微机化仪表,功能及操作特性都有了较大 提高,但是仪表的造价也都普遍提高了. 对于要求 低成本自动化的场合以及生产商对降低成本的需 要,许多半导体厂商都不断积极地推出各种功能 完善、价格低廉的单片机. PhilipS 公司针对Atmel 、Microchip、NS、ST 等公司的系列单片机及时 推出了51 LPC 系列OTP 单片机,P87 LPC762 是 其中的一员,它具有操作电压范围宽、抗干扰性能 强、功耗低、使用倍速8051 内核、内置复位电路、 内置电源监控和看门狗、具有内置RC 振荡器、带 I2C 总线、最多18 条I / O 口线、保证不可破译、价 格低廉等特点. 与其它单片机比较,51 LPC 系列 单片机的性能价格比是相当高的.
八点闪光报警器是工业控制中常用的仪表, 它可以接受8 个报警开关量输入,同时用声音及 八个闪光灯进行报警. 从原理和结构上讲,它属于 比较简单的仪表,不过它要求能够实现在报警时 清除铃声和把闪光转为平光,保留报警状态,并且 最好在屏上允许已消音变平光的报警与闪光的新 报警同时存在,还要求它可以设定输入常开或者 常闭报警等功能. 使用分立元件电路设计,功能单 调、电路复杂. 用单片机来设计控制核心,完成上 面的功能则很容易. 而使用早期8051 系列单片机 设计需要配置晶振、CPU 复位、监控等芯片,占用 线路板面积大,相对成本高. 采用P87 LPC762 单 片机进行设计,能够做到系统精简、功能完善、成 本低廉、工作可靠.
1 硬件设计
硬件设计的原则是追求系统精简、成本低廉、 工作可靠. 系统具体由电源、CPU、LED 发光块驱 动及显示、声音报警电路、EEPROM 设定值存储 器、隔离的输入电路六部分组成.
系统电源采用市场上极易采购的隔离5 W 双9 V 的220 V 交流电源变压器,经过整流滤波 得到一组系统电源和另外一组隔离的输入供电电 源. 单片机P87 LPC762 使用了典型的单片方式, 即使用了内部复位、内部RC 时钟振荡器及内置 看门狗,无外围辅助电路. LED 显示块为组合发 光块,共8 路,它需要8 V 以上的驱动电压,由5 V 系统供电未稳压前的约10 V 电压供电,由单片机 通过达林顿阵列UL2803 A 来驱动,需要8 根I / O 口线. 声音报警可以通过用继电器驱动电铃或者 直接驱动直流高音报警器完成,需要1 根I / O 口 线. 对系统的设置存放在EEPROM 中,使用24 C01,需要使用2 根I / O 口线,设定使用测试、清 除两键组合完成. 报警输入、测试输入、清除输入 共计10 个,通过光电耦合器与系统隔离,由于单 片机最多可以提供l8 根I / O 口线,并且已经用去 了ll 根,对于这些输入,采取了4 > 3 扫描的方法 读取输入信号,正好使用了余下的7 根,对I / O 资 源做到了物尽其用.
仪表结构上采用标准的76 > l52 壳体,壳体 是在专业仪表壳体生产厂家直接采购的流行的廉 价塑料壳体. 电气结构上设计有前面板和主板两 块线路板,前面板是8 个LED 发光显示器,还有 与后端子并联的测试、清除两个功能键,主板是系 统的其他部分,二块线路板采用边缘垂直焊接方 法连接. 由于系统精简,线路板的尺寸作到了最 小,并且全部使用单面线路板,这些设计结果都充 分体现了以上设计原则.
2 软件设计
可靠的软件设计是保证整体系统可靠性的重 要组成部分. 考虑到P87 LPC762 单片机程序存 储器空间较小,仅有2 K,同时报警器的软件又要 求较多的逻辑处理. 采用较新的KieI V6 . 02 版本 的C5l 编译器,用C5l 编制了闪光报警器的控制 程序,它的代码效率可以与汇编高手媲美,同时C 语言又可以保证程序的可读性及可靠性,使编程 变得很容易.
软件由T0 定时中断服务程序及主程序两部 分组成. T0 中断产生闪光和间断报警声音的频率 信号. 主程序包括设定处理、检测和报警处理及看 门狗处理三部分. 设定的功能是对输入开关量的 类型进行设定,在开机上电前按住测试键即进入 设定,在8 个LED 显示块的配合下,使用测试、清 除两键组合完成. 检测和报警处理是主程序的主 要工作内容,它反复扫描输入,然后通过各种保留 的和当前的状态处理闪光或平光显示及声音输 出. 对看门狗的处理比较重要,因为报警器处理的 是现场来的开关信号,同时可能用输出继电器控 制交流电感负载电铃,本身承受的干扰较大. 在主 程序里采用了路标跟踪、RAM 区校验和超时判断 等方法对主程序的运行进行了监控,然后通过看 门狗进行相应处理,从而保证了系统运行的可靠 性.
3 设计应用
SXB - l 型通用八点闪光报警器于200l 年 设计并定型,由某自动化仪表公司投产,至目前已 经生产销售数百台,用户反映使用情况良好.