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磁致伸缩位移传感器单片机系统设计

  单片机最小系统是磁致伸缩位移传感器信号调理系统的控制中心,关系到传感器工作状态控制,外围芯片控制、数据处理,接口输出等功能的实现。首先,单片机最小系统需要与各程控芯片进行快速,可靠地通信,完成外围芯片的模式设置,数据读取等。其次,传感器还作为SPI从机,与ARM平台网络服务器通信。最后,处理器能快速地完成数据运算处理,以满足传感器快速更新的要求。

  综上所述,本设计拟选用Atmel公司产品AVR系列单片机,其价格低廉,广泛应用于各类工业控制场合。AVR单片机内部采用哈佛结构,具有独立的数据和程序存储器。程序存储器的指令通过一级流水线运行,实现了指令的单周期运行。综合考虑磁致伸缩位移传感器程序量和数据对存储空间的需求,拟选用Atmega32作为本设计的微控制器。Atmega32采用先进的精简指令集,具有单时钟周期运算的能力。其数据吞吐率高达1MIPS/MHz,且最高时钟频率可高达16MHz,一定程度上缓解了控制器数据运算和运行时间之间的矛盾。其次,ATmega32单片机还有着以下显著的优点:

  1)单片机时钟频率为16MHz时,其数据吞吐率达16MIPS

  2)内部集成SPI总线、USART总线硬件控制器

  3)具有一个16位和两个8位独立预分频的计数器/定时器

  4)具有低功耗空闲模式和省电模式,有效减小系统功耗

  5)具备串行下载程序的能力,不占用普通IO口

  6)具有硬件乘法器,仅需要两个时钟周期

  7) 32KB系统可编程Flash

  8)内含1024Byte EEPROM

  9) 32个可编程IO口

  以上优点足以满足本设计对微控制器的要求。Atmega32内带SPI控制器,可作为SPI从机与ARM控制平台进行数据通信。SPI时钟频率可达系统时钟的四分之一,即若系统时钟采用BMHz,则SPI最高时钟频率SCLK=FCLK/4=2MHz,足以满足磁致伸缩位移传感器信号调理子系统与控制平台子系统的通信要求。单片机采用+3.3V供电,外接IO最高电平为3.3V,可直接与ARM芯片的SPI端口相连,省去了电平转换的环节,减少了电路芯片数量,便于PCB布线和节约成本。单片机可选用内部8MHz的RC振荡器或外接晶振作为芯片的系统时钟。为更好的完成与外围控制芯片的通信,本设计采用I0口模拟SPI时序作为SPI主机与各程控芯片通信,此部分在第4章将详细阐述。

  ATmega32自带串行程序下载端口,通过SPI串行口和RESET端口完成程序的下载,便于磁致伸缩位移传感器的后续维护和产品更新。为了减少SPI外接芯片Io端口对程序串行下载的影响,减少下载失败的几率,在SPI总线通信端口外接l00欧姆电阻进行端口隔离。从芯片串行输出端口引出通信端口,连接到RS232电平转换芯片完成电平转换。然后与电脑进行通信,完成传感器基本参数设置、可变参数校正、数据读取等功能。系统用两个LED完成传感器正常工作、设定参数、超出量程、回波读取异常状态的显示。具体电路图如图1所示。

磁致伸缩位移传感器单片机系统

  磁致伸缩位移传感器单片机系统