ＡＴ８９Ｓ５２在多功能測量儀表中的應用

摘要:介紹AT89S52在多功能測量儀表中的使用，同時還介紹了AT89S52和A/D 采樣芯片TLC2543，和EEPROM芯片及RS485通訊芯片MAX487之間的應用。

關鍵詞:AT89S52;A/D采樣;TLC2543;EEPROM數據保存;RS485;通訊輸出

中圖分類號:TP393 文獻標識碼:A 文章編號:1009-3044(2009)15-4072-03

AT89S52 Measuring Instruments in the Multi-application

JING Yao-feng， JIA You-qun

(Suzhou Industrial Park Kejia Automation Co.，Ltd.，Suzhou 215001，China)

Abstract: AT89S52 introduced in the multi-purpose measuring instruments in use，but also introduced the AT89S52 and A/D sampling chip TLC2543，and EEPROM chip，and RS485 communication between the MAX487 chip applications.

Key words: AT89S52;A/Dsampling;TLC2543;EEPROM;data retention;RS485;communication output

1 引言

隨著電子技術、通訊技術的更深一步發展，就出現了近兩年市面上被大家廣泛推廣的多功能測量儀表。多功能測量儀表在硬件平臺上采用了DSP或者單片機的處理單元，實現了單個表計測量全電量電參數。如一臺全電量的智能配電儀表可以測量: 單相和三相電流、電壓、有功功率、無功功率、頻率、功率因數、有功電度、無功電度等。同時在測量功能增大的情況下，融入了通訊功能，通過通訊方式可以將測量的電氣參數傳送給監控中心，以便構成配電自動化監控網絡或者完成抄表系統。常見的通訊方式有RS485、Profibus等。本設計就是采用89S52單片機設計的多功能測量儀表，其中儀表功能方面有，A/D數據采集、EEPROM數據保存、LED數碼顯示、RS485通訊功能(如框圖1)等;下面我們對這幾部分功能逐個介紹給大家。

2 A/D數據采樣

本次采用的A/D 芯片是TI公司的TLC2543，該芯片是12位串行模數轉換器，使用開關電容逐次逼近技術完成A/D轉換過程。由于89S52本身I/O資源不是很豐富，所以采用串行輸入結構，可以節省單片機很多I/O資源。此外TLC2543還有以下特點:

1)12位分辯率A/D轉換器;

2)在工作溫度范圍內10μs轉換時間;

3)11個模擬輸入通道;

4)3路內置自測試方式;

5)采樣率為66kbps;

6)線性誤差±1LSBmax;

7)有轉換結束輸出EOC;

8)具有單、雙極性輸出;

9)可編程的MSB或LSB前導;

10)可編程輸出數據長度

硬件接口見圖2。

在設計制作時要注意如下三個問題:

1)電源去耦

當使用TLC2543這種12位A/D器件時，每個模擬IC的電源端必須用一個0.1μF的陶瓷電容連接到地，用作去耦電容。在噪聲影響較大的環境中，建議每個電源和陶瓷電容端并一個10μF的鉭電容，這樣能夠減小噪聲的影響。

2)接地

對模擬器件和數字器件，電源的地線回路必須分開，以防止數字部分的噪聲電流通過模擬地回路引入，產生噪聲電壓，從而對模擬信號產生干擾。所有的地線回路都有一定的阻抗，因此地線要盡可能寬或用地線平面，以減小阻抗，連線應當盡可能短，如果使用開關電源，則開關電源要遠離模擬器件。

3)電路板布線

使用TLC2543時一定要注意電路板的布線，電路板的布線要確保數字信號和模擬信號隔開，模擬線和數字線特別是時鐘信號線不能互相平行，也不能在TLC2543芯片下面布數字信號線。

軟件:

AD12:NOP

NOP

NOP

CLR P1.1

開始一個工作周期

MOV DPTR，#0FBFFH

MOV A，#0FDH

MOVX@DPTR，A

MOVA，R1

SWAPA

MOV R2， #08H

AD1: MOV C，P1.3

RLC A

MOV P1.0，C

SETB P1.1

CLRP1.1

DJNZ R2，AD1

MOV @R0，A

MOV A，R1

SWAP A

MOV R2， #04H

AD2: MOV C，P1.3

RLC A

MOV P1.0，C

SETB P1.1

CLR P1.1

DJNZ R2，AD2

INC R0

MOV @R0，A

MOV DPTR，#0FBFFH

MOV A，#0FFH

MOVX@DPTR，A

RET

3 EEPROM數據保存

本次采用的串行EEPROM是ATMEL公司的AT24C02，又稱I2C總線式串行器件。由于AT24C02占用的資源和I/O線少，而且體積很小，同時具有工作電源寬、抗干擾能力強、功耗低、數據不易丟失和支持在線編程等特點，所以在許多的數據存儲方面得到使用。

I2C總線是一種用于IC器件之間連接的二線制總線。它通過SDA(串行數據線)及SCL(串行時鐘線)兩根線在連到總線上的器件之間傳送信息，并根據地址識別每個器件。

硬件接口見圖3。

軟件:

;START_IIC

;SEND_BYTE

;STOP_IIC

Write:LCALL INI_DATA_1

LCALL START_IIC

MOVA，#10100000B

LCALL SEND_BYTE

JC NO_ASK

MOVA，#00H

LCALL SEND_BYTE

JC NO_ASK

MOV R7，#08H

MOV R1，#30H

SEND_BYTE_LOOP: MOV A，@R1

LCALL SEND_BYTE

JC NO_ASK

INC R1

DJNZ R7，SEND_BYTE_LOOP

LCALL STOP_IIC

RET

4 LED顯示

儀表采集出來的數據，經過運算和處理后，通過LED數碼管直觀的顯示出來，這是很多現場儀表都具備的。因此LED顯示技術已經是大家比較熟悉的技術，此處設計采用8155擴展I/O資源，來驅動LED數碼管顯示，因此就不做詳細說明。

5 通訊輸出

本項目儀表設計采用Modbus通訊規約，以便于和其他工業產品之間互相通訊。設計連接如圖4，在整個設計過程中，有以下兩個問題需要特別注意。

485芯片DE控制端的設計:

由于應用系統中，主機與子機相隔較遠，通信線路的總長度往往超數百米，而子機系 統上電或復位又常常不能同步。如果在此時某個MAX487的DE端電位為“1”，那么它的485總線輸出將會處于發送狀態，也就是占用了通信總線，這樣其它的子機就無法與主機進行通信。這種情況尤其表現在某個分機出現異常情況下(如死機)，會使整個系統通信崩潰。因此在電路設計時，應保證系統上電復位時MAX487的DE端電位為“0”。由于89S52在復位期間，I/O口輸出高電平，上圖電路的設計可以有效地解決復位期間子機吊死整個系統的的問題。

485總線輸出電路部分的設計:

考慮到輸出電路的上的各種干擾及線路特性阻抗的匹配的問題，所以485總線的傳輸端一定要加有保護措施。由于工業環境的復雜性，可能存在各種干擾源或浪涌電壓，所以在電路設計中采用穩壓管D1、D2組成的吸收回路，來保護485總線。

考慮到線路的特殊情況(如某一臺子機的485芯片被擊穿短路)，為防止總線中其它分機的通信受到影響，在MAX487的485信號輸出端串聯了兩個20Ω的電阻R18、R19。這樣本機的硬件故障就不會使整個總線的通信受到影響。

在應用系統工程的現場施工中，由于通信載體是雙絞線，它的特性阻抗為120Ω左右，

所以線路設計時，在RS-485網絡傳輸線的始端和末端各應接1只120Ω的匹配電阻R30，以減少線路上傳輸信號的反射。

6 總結

AT89S52芯片這種低功耗、高性能的CMOS8位微控制器，與工業80C51產品指令和引腳完全兼容。在單芯片上，擁有靈巧的8位CPU和在系統可編程Flash，使得AT89S52為眾多嵌入式控制應用系統提供高靈活、超有效的解決方案。

參考文獻:

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