具有便于实时控制,系统便于扩展的双单片机信号处理系统.doc
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1、具有便于实时控制,系统便于扩展的双单片机信号处理系统当检测与控制系统处理大量数据和多路信息时,只用一片单片机往往无法满足系统实时性和扩展性要求,且处理时间较长。例如在液面信息采集过程中,单片机要在相等的时间间隔进行AD转换以及数据处理。由于要实现高通量的液体操作,液体操作平台通常配置多根移液针同时进行液体操作工作,采集多路液面信息。因此这里提出一种基于双单片机的信号处理系统设计方案,该系统采用单片机(AT89S51)作为核心器件,2片AT89S51型单片机作为双核心分担整个检测单元的任务。1 系统硬件电路设计该信号处理系统的总体设计方案为:单片机1定时进行AD转换,并且将转换结果存入外部数据存
2、储器:单片机2读取数据存储器中的转换结果并且通过串口传递给计算机,同时还负责在系统接收到开始或停止命令之后相应开始或停止单片机1的AD转换工作。图1为该信号处理系统的硬件结构框图。根据上述设计方案,该系统硬件分为以下模块:11 AD转换模块设计由于AT89S51单片机并没有AD转换模块,因此在采集系统中需要使用具有AD转换功能的器件,这里采用ADC0832。ADC0832是美国国家半导体公司生产的一种8位分辨率、双通道AD转换器。其主要特点如下:输入输出电平与TTLCMOS相兼容;5 V电源供电时输入电压在05 V之间;工作频率为250 kHz,转换时间为32s;一般功耗仅为15 mW。AD转
3、换模块设计采用了ADC0832的以下引脚:引脚1(CS)是片选使能信号端,接单片机AT89S51的P34引脚。引脚2(CH0)、引脚3(CH1)是2个模拟量输入通道,由于检测器只使用了一个电容传感器,因此,这里只采用引脚3作为模拟量输入。引脚5(DI)是数据信号输入端,负责选择通道控制。引脚6(DO)是数据信号输出端,负责输出转换后的数据。引脚5和引脚6由于在通信时并不是同时有效,而且与单片机是双向接口,所以在使用过程中将这两引脚连在一起使用,并连接至单片机的P11引脚;引脚7(CLK)是芯片时钟输入,接至单片机的P10引脚,如图2所示。12 存储模块设计通过对存储器性能、价格、购买情况等因素
4、的综合考虑,该系统设计采用Cypress公司的CY7C132。该器件是2 Kx8位高速双端口静态读写存储器。两个端口可独立访问存储器内的任意存储单元。该CY7C132有两组对称的信号线,即每个端口都有独立的地址线、数据线和控制线以及通信联络信号位。存取时间为2555 ns,在非选通时自动处于低功耗状态,异步操作,输入和输出三态,与TTL电平兼容。CY7C132允许两个CPU同时读取任何存储单元(包括同时读同一地址单元),但不允许同时写或一读一写同一地址单元。双端口RAM中引入了仲裁逻辑(忙逻辑)电路来解决这个问题:当左右两端处理器同时写入或一读一写同一地址单元时,先稳定的地址端口通过仲裁逻辑电
5、路优先读写,同时内部电路使另一个端口的BUSY信号有效,并在内部禁止对方访问,直到本端口操作结束。BUSY信号可以作为中断源指明本次操作非法。需要注意的是:这种方法当CPU发生插入等待时,可能会降低程序效率,不可应用于频繁产生插入中断的场合。该系统设计采用存取时间为55 ns的CY7C132,从单片机工作速度在s级,主单片机工作速度在ms级,双方同时读取双口RAM的概率较小,上述冲突解决方案可以满足实际需求。在主从单片机启动工作后,为了防止主单片机的空读,即从单片机的首次写入时间晚于主单片机的首次读入时间,将存储器的首地址设置为起始标志位,通过主单片机读写该为状态决定是否将读取下一位的存储位。
6、2 具体电路设计根据上述系统总体结构框图和功能设计,绘制信号处理系统的电路原理图,如图2所示。单片机的控制或检测工作是通过IO引脚实现的。单片机1(U1)中,PO和P2引脚以及P36与P37引脚用来与外部数据存储器CY7C132交换数据;P10、P11和P34引脚是与AD转换器ADC0832连接,控制AD转换操作以及读取转换结果:P32(外部中断0)引脚与单片机2(V2)的引脚P10相互通信。单片机2的IO引脚的使用情况与单片机1类似。其中特别需要指出的是:单片机2的P12引脚连接至CY7C132的BUSY引脚;而P30与P31是串口通信引脚,连接至MAX232。CY7C132是双口RAM,但
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