远红外加热板辐射强度控制器设计Word文档下载推荐.docx
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（1）单片机的基本性能参数，例如指令执行速度、程序存储器容量、中断能力及I/O口引脚数量等；
（2）单片机的增强功能，例如看门狗、双串口、RTC（实时时钟）、EEPROM等。
（3）单片机存储介质，对于程序存储器来说，Flash存储器和OTP（一次性可编程）存储器相比较，最好选择Flash存储器。
（4）芯片的封装形式，如DIP封装、PLCC封装及表面粘贴封装等。
选择DIP封装在搭建电路时会更加方便一些；
（5）芯片工作温度范围符合工业级、军品级还是商业级，如果涉及户外产品必须选用工业级芯片；
（6）单片机的工作电压范围，例如设计电视遥控器时，使用2节干电池供电，至少选择单片机能够在1.8V～3.6V电压范围工作；
（7）单片机抗干扰性能好；
（8）编程器以及仿真器的价格、单片机的开发是否支持高级语言以及变成环境要好学易用；
（9）供货渠道是否通畅、价格是否低廉、是否具有良好的技术服务支持。
根据上述所属原则，结合本系统实际情况综合考虑，本论文中的单片机选用MCHP公司的8位微控制器PIC16F1829-E/ML。
2.1.2PIC16F1829-E/ML的特性
PIC16F1829-E/ML引脚图如图2-2所示，内部框图如图2-3所示，其具有以下特性：
图2-2PIC16F1829-E/ML引脚图
Fig.2-2thediagramofPIC16F1829-E/MLPinfigure
图2-3PIC16F1829-E/ML内部结构框图
Fig.2-3thediagramofPIC16F1829-E/MLTheinternalstructurediagram
（1）高性能RISC
CPU：
1）仅需学习49条指令。
2）
工作速度：
DC－32
MHz振荡器/时钟输入；
DC－125
ns指令周期。
3）可寻址最大8
KB的线性程序存储空间、最大1024字节的线性数据存储空间。
4）带有自动现场保护的中断功能。
5）带有可选上溢/下溢复位的16级深硬件堆栈。
6）有直接、间接和相对寻址模式。
（2）灵活的振荡器结构：
1）
精确的32MHz内部振荡器模块：
出厂时精度已校准到±
1%，典型值；
可通过软件选择频率范围：
31
kHz至32
MHz。
2）4种晶振模式，频率最高为32
3）三种外部时钟模式，频率最高为32
4）故障保护时钟监视器（Fail-Safe
Clock
Monitor，FSCM）：
当外设时钟停止时可使器件安全关闭。
5）参考时钟模块：
可编程时钟输出频率和占空比。
（3）单片机特性：
1）1.8V-5V工作电压。
2）可在软件控制下自编程。
3）上电复位（Power-on
Reset，POR）、上电延时定时器（Power-up
Timer，PWRT）和振荡器起振定时器（Oscillator
Start-up
Timer，OST）。
4）可编程欠压复位（Brown-out
Reset，BOR）。
5）扩展型看门狗定时器（Watchdog
Timer，WDT）。
6）通过两个引脚进行在线串行编程（In-Circuit
SerialProgramming™，ICSP™）。
7）通过两个引脚进行在线调试（In-Circuit
Debug，ICD）。
8）增强型低电压编程（Low-Voltage
Programming，LVP）。
9）可编程代码保护。
10）节能休眠模式。
（4）外设特性：
1）最多17个I/O引脚和1个仅用作输入的引脚：
高灌/拉电流：
25
mA/25
mA；
可编程弱上拉；
可编程电平变化中断引脚；
2）Timer0：
带有8位预分频器的8位定时器/计数器；
3）增强型Timer1：
带有预分频器的16位定时器/计数器；
外部门控输入模式
；
专用的低功耗32
kHz振荡器驱动器；
4）3个Timer2型模块：
带有8位周期寄存器、预分频器和后分频器的8位定时器/计数器；
5）两个捕捉/比较/PWM（Capture/Compare/PWM，CCP）模块；
6）两个增强型CCP（ECCP）模块：
可通过软件选择时基；
自动关闭和自动重启；
PWM转向；
7）最多两个带有SPI和I²
Cᵀᴹ的主同步串行端口（MasterSynchronousSerialport，MSSP）：
7位地址掩码；
SMBus/PMBusTM兼容；
8）增强型通用同步/异步收发器（EnhancedUniversalSynchronousAsynchrousReceiver
Transmitter
，EUSART）模块；
9）mTouch传感振荡器模块：
最多12路输入通道；
10）数据信号调制器模块：
可选择调制器和载波源；
11）SR锁存器：
多个置1/复位输入选项；
仿真555定时器应用；
2.1.3主控模块的设计
主控模块由PIC16F1829-E/ML单片机、外部时钟电路、复位电路组成[12]。
单片机的复位有上电复位（POR）、欠压复位（BOR）、
复位、WDT复位、RESET指令、堆栈上溢、堆栈下溢、编程模式退出8种复位模式，本设计采用
的是复位模式。
是可将器件复位的可选外部输入，
功能由配置字1的MCLRE位和配置字2的LVP位控制，具体控制模式见表2-1
配置所示。
当使能
并且引脚保持低电平时，器件会保持在复位状态。
MCLR引脚通过内部弱上拉与VDD连接。
复位不会将
引脚驱动为低电平。
表2-1
配置
Tab.2-1Tableof
configuration
MCLRE
LVP
0
禁止
1
使能
X
本设计中采用的单片机具有ECL——外部时钟低功耗模式（0MHz至0.5MHz）、ECM——外部时钟中等功耗模式（0.5MHz至4MHz）、ECH——外部时钟高功耗模式（4MHz至32MHz）、LP——32kHz低功耗晶振模式、XT——中等增益晶振或陶瓷谐振器模式（最高4MHz）、HS——高增益晶振或陶瓷谐振器模式（4MHz至20MHz）、RC——外部阻容（RC）和INTOSC——内部振荡器（31kHz至32MHz）8种时钟模式，时钟模式的选取由配置字1的FCOS2、FCOS1、FCOS0决定，其值与时钟模式的关系如表2-2所示，本设计中采用的是要求单片机在外部连接一个晶振或谐振器HS时钟模式，该模式支持使用连接到OSC1和OSC2的石英晶体谐振器或陶瓷谐振器，此时内部反相放大器的增益设定最高，最适合驱动需要高驱动设定的谐振器。
表2-2时钟模式配置字的设置
Tab.2-2tableofclockmodeconfigurationwordsset
FCOS2
FCOS1
FCOS0
时钟模式
1
ECH
ECM
ECL
INTOSC
EXTRC
RC
HS
LP
复位电路和时钟电路如图2-4所示。
图2-4复位电路和时钟电路
Fig.2-4thediagramofrestcircuitandclockcircuit
2.2人机模块的配置
2.2.1人机模块配置的选型
人机界面（HumanMachineInteraction，简称HMI），又称用户界面或使用者界面，是人与计算机之间传递、交换信息的媒介和对话接口，是计算机系统的重要组成部分。
是系统和用户之间进行交互和信息交换的媒介，它实现信息的内部形式与人类可以接受形式之间的转换。
凡参与人机信息交流的领域都存在着人机界面。
目前常用的人机模块有：
液晶显示、LED显示、键盘输入和显示、输入兼具的触摸屏。
本设计本着现代化、智能化、简约化的选型理念，以兼具显示、输入功能的mt6071ie触摸屏为人机模块。
2.2.2mt6071ie的特性
mt6071ie触摸屏的基本性能如下：
分辨率800x480；
亮度350；
对比度500:
1；
背光类型LED；
背光寿命>
30000小时；
显示色彩24bits；
触控面板类型四线电阻式；
存储器采用闪存（Flash）128MB、内存（RAM）128MB；
处理器CortexA832BitRISC600MHz；
I/O接口USBHostUSB2.0x1、USBClientUSB2.0x1；
串行接口Com1:
RS-232‘COM2：
RS-4852w/4w，Com3:
RS-4852w；
有内置万年历；
输入电源24±
20%VDC；
功耗为350mA@24V；
内置电源隔离
耐受电压为500VAC（1分钟）；
绝缘阻抗超过50MΩ@500VDC；
耐震动10~25Hz（X,Y,Z方向2G30分钟）；
其规格为：
外壳材质采用工程塑料；
外形尺寸为200.3x146.3x34mm开孔尺寸为192x138mm；
重量约为0.6kg；
其对操作环境的要求为：
防护等级为IP65其中前面板防护等级为存储环境温度-20~60℃，使用环境温度0~50℃，使用环境湿度10%~90%RH（无冷凝）认证符合CE认证标准。
另外其具有以下特点：
多连接：
三组独立串口，支持与三种不同协议的控制器同时通讯，一屏多机；
高配置：
搭载CortexA8600MHzCPU和128MB内存，运行快速；
视觉性：
业界最高1600万色的高彩度显示，完美呈现；
轻量化：
全新灰白双色外观与薄型轻量化机身，爱不释手；
兼容性：
工程文件、安装开孔、通讯连接可完好兼容旧有机型，升级无忧；
稳定性：
内置电源隔离，有效抑制电源浪涌和异常地电流，增强HMI现场运行稳定性；
易用性：
适用EasyBuilderPro组态软件，拥有流动块、分期付款、操作记录、配方数据库等新功能，简单易用。
2.2.3人机模块的设计
人机模块由mt6071ie触摸屏构成，其与单片机之间通过RS485串行通信完成数据交换。
主要作用是用于显示当前温度和设定温度。
触摸屏在使用前需要进行相关硬件设置，包括工作模式的设置和通信端口的设置。
（1）工作模式的设置
触摸屏第一次使用之前，需要选择它的工作模式，可通过设置它背后拨码开关来实现工作模式的选择。
工作模式的组合如表2-3所示。
第一次使用时，将拨码设置为1000模式，对屏幕进行触控的校正。
校正结束以后，将拨码设置为0000模式，此时为正常工作状态。
表2-3触摸屏的工作模式组合
Tab.2-3tableoftheoperationmodeofthetouchscreen
SW1
SW2
SW3
SW4
模式
屏幕触控矫正模式
隐藏系统设置列
Boot加载模式
开启前面板电源开关
正常模式
（2）通讯端口的设置
mt6071ie在硬件上具有三套物理异步串行通讯端口，可通过软件配置成多种通讯端口类型。
从抗干扰能力以及通讯模式的角度来考虑，本文选用的母头中的COM3[RS-485]2W（2线制RS485模式）来作为异步串行通讯的端口，即为9针插座中的第6针作为信号负，而第9针作为信号正。
如表2-4所示
表2-4母头通信端口配置
Table2-4FemalCommunicationPotConfiguration
引脚编号
COM3[RS-485]2W
NA
2
3
4
5
Signalground
6
Date-
7
8
9
Date+
注：
其中NA为未指定
2.3通信模块的配置
通信模块是指微控制器与触摸屏间实现通信、控制的通道接口。
远红外加热板辐射强度控制器在试验和调试阶段需要借助微控制器进行数据分析和处理，控制系统与触摸屏之间的相互通道的配置就显得尤为重要。
2.3.1通信模块的选型
目前，广泛使用的串行通信数据接口标准有RS-232、RS-422、RS-485三种。
RS-232在1962年发布，命名为EIA-232-E，作为工业标准，以保证不同厂家产品之间的兼容。
RS-422是由RS-232发展而来，它是为弥补RS-232之不足而提出的。
为改进RS-232通信距离短、速率低的缺点，RS-422定义了一种平衡通信接口，将传输速率提高到10Mbps，传输距离延长到4000英尺（速率低于100kbps时），并允许在一条平衡总线上连接最多10个接收器。
RS-422是一种单机发送、多机接收的单向、平衡传输规范，被命名为TIA/EIA-422-A标准。
为扩展应用范围，EIA又于1983年在RS-422基础上制定了RS-485标准，增加了多点、双向通信能力，即允许多个发送器连接到同一条总线上，同时增加了发送器的驱动能力和冲突保护特性，扩展了总线共模范围，后命名为TIA/EIA-485-A标准。
由于EIA提出的建议标准都是以“RS”作为前缀，所以在通讯工业领域，仍然习惯将上述标准以RS作前缀称谓[18]。
由以上对RS-232、RS-422、RS-485三种数据通信接口的介绍可知，RS-485各方面的性能较前两种都要好。
基于软件和硬件开发成本、运行可靠性以及微控制器PIC16F1829-E/ML的ISP功能对于串行通信的需求等考虑，本系统配备串行通信接口电路（采用RS-485标准接口）。
本设计选择具有RS-485数据通信接口特性的MAX13443EASA作为通信模块的主要器件。
2.3.2MAX13443EASA的特性
该RS-485收发器，包含一路驱动器和一个接收器。
这些器件包括失效防护电路，当接收器处于打开或断路状态时保证接收器高逻辑电平的输出。
如果终止总线上所有发送器被禁止（高阻抗），接收器输出逻辑高。
该芯片包括热插拔功能,可以消除总线上故障瞬变过程中电或热插入其还具有摆率限制驱动程序,允许传输速度高达10kbps。
在该芯片驱动器摆率没有限制,使传输速率高达16Mbps成为可能。
该芯片旨在用于半双工通信当驱动器故障并且空载和满载时吸收800µ
A的提供电流。
负载接收器输入阻抗,允许多达256个收发器总线上。
其具有5V工作电压，静电放电（ESD）防护、RS-485I/O引脚、±
15kV人体模式，真正失效防护接收器、EIA/TIA-485兼容性，在DE热插拔输入结构，增强摆率限制功能有助于错误、允许多达256个收发器接入总线，可提供工业标准8引脚SO封装的特征。
MAX13443EASA的引脚说明如图2-5所示，功能表如表2-5所示。
图2-5MAX13443EASA的引脚说明
Fig.2-5thediagramofMAX13443EASAdescriptionofthepin
表2-5MAX13443EASA引脚说明
Table2-5MAX13443EASAPindescription
引脚号
符号
功能
RO
TTL输出
TTL输入
DE
输出使能端
DI
输入使能端
GND
接地端
A
同向输入输出端
B
反向输入输出端
Vcc
电源端
2.3.3通信模块的设计
通信模块的连接电路图如图2-6所示，MAX13443EASA的1、4引脚与单片机的2、3引脚相连，此时2、3引脚的功能是USART异步输入、发送功能。
MAX13443EASA的2、3引脚均与单片机的4引脚相连，此时单片机的该引脚为通用I/O口，当引脚为低电平时2引脚有效，通信模块将触摸屏数据输入到单片机，当为高电平时3引脚有效，将单片机中的相应数据传输到触摸屏，从而实现了通讯模块的通讯功能，使单片机和触摸屏间得以进行数据转换。
图2-6MAX13443EASA的接线图
Fig.2-6thediagramofMAX13443EASAwiring
2.4温度测量模块的配置
温度传感器（temperaturetransducer）是指能感受温度并转换成可用输出信号的传感器。
温度传感器是温度测量仪表的核心部分，品种繁多。
按测量方式可分为接触式和非接触式两大类[17]。
2.4.1温度测量模块的选型
温度测量模块的核心器件时温度传感器，因此温度测量模块的选型就是温度传感器的选型。
温度传感器的种类比较繁多，各种不同的温度传感器由于其构成材料、构成方式、测温原理及输出信号的不同，使得测量温度范围、测量进度等也各不相同。
常见的温度传感器有以下几种：
热敏电阻温度传感器、热电偶温度传感器和集成型温度传感器。
由于集成型温度传感器具有测量精度高、分辨率高、输出接口已实现了规范化和标准化、抗干扰能力强等优点，因此集成型温度传感器得到了广泛的应用。
本设计中的温度传感器选用的是接触式集成型温度传感器LM75A，其具有输出即为数字信号的特点，使其与单片机的连接电路省去了A/D转换模块，简化电路，简化程序。
2.4.2LM75A的特性
LM75A功能框图如图2-7所示，LM75A是一款内置带隙温度传感器和Σ－Δ模数转换功能的温度-数字转换器，它也是温度检测器，可提供过热输出。
LM75A包含多个数据寄存器：
配置寄存器、温度寄存器和设定点寄存器。
LM75A还包含一个开漏输出管脚，当温度超过编程限制的值时该输出有效。
LM75A有3个可选的逻辑地址管脚，使得同一总线上可同时连接8个器件而不发生地址冲突。
图2-7LM75A功能框图
Fig.2-7thediagramofLM75Afunctionblock
LM75A可配置成不同的工作模式。
它可设置成在正常工作模式下周期性地对环境温度进行监控，或进入关断模式来将器件功耗降至最低。
OS输出有2种可选的工作模式：
OS比较器模式和OS中断模式。
OS输出可选择高电平有效或低电平有效。
错误队列和设定点限制可编程，可以激活OS输出。
正常工作模式下，当器件上电时，OS工作在比较器模式，温度阈值为80℃，滞后75℃，这时，LM75A就可用作独立的温度控制器，预定义温度设定点。
另外其具有I2C总线接口器件地址7位从机地址1001xxx，统一总线上可扩展8个器件；
供电范围2.8V~5.5V、测量温度范围-55℃~+125℃；
11位ADC提供温度分辨率达0.125℃；
当测量温度范围位-25℃~100℃时其测量的温度精度为±
2℃，测量范围为-55℃~125℃时其测量精度为±
3℃；
其温度阈值可滞后点可通过编程设定；
关断模式下消耗的电流仅为1.0μA有降低功耗的作用；
小型8脚封装：
SO8、TSSOP8和超小型封装XSON8U。
引脚说明如图2-8所示，引脚描述如表2-6所示。
图2-8LM75A引脚说明图
Fig.2-8thediagramofLM75Apinelucidation
表2-6LM75A引脚描述表
Table2-6Pindescription
符号
功能说明
SDA
串行数据线
2
SCL
串行始终线
3
OS
过热关断、开漏
4
GND
地
5
A2
用户定义地址1
6
升级会员 