PIC32单片机在气相色谱仪中应用方案，软硬件协同

2.1.9 液晶显示

使用金鹏的OCM240*320液晶，它适用于中等规模的点阵液晶显示器。它能够提供液晶显示驱动器及外部显示存储器所需的全部控制信号，并且它还有一个内置的字符库，因此只需极少的外部器件就可以获得一个组织灵活的低功耗显示系统。

2.1.10 稳压芯片

气相色谱仪对电压的稳定性要求较高，因此采用了两款稳压芯片TL431提供10V稳压及AS1117提供3.3V稳压。

德州仪器公司(TI)生产的TL431是一是一个有良好的热稳定性能的三端可调分流基准源。它的输出电压用两个电阻就可以任意地设置到从Vref(2.5V)到36V范围内的任何值(如图2)。该器件的典型动态阻抗为0.2Ω,在很多应用中可以用它代替齐纳二极管,例如,数字电压表,运放电路、可调压电源,开关电源等等。

AS1117是一款低压差的线性稳压器，当输出1A电流时，输入输出的电压差典型值仅为1.2V。AS1117除了提供多种固定电压版本外(输出可以为1.8V，2,。5V，3.3.V，5V)，还提供可调端输出版本，该版本能提供的输出电压范围为1.25V-13.8V。

2.2系统总体框架

该系统是为满足气相色谱仪控制的要求，并充分考虑其经济性和可靠性，能真正实现气相色谱仪控制的要求来确定的。根据系统要达到的总体功能，系统主要负责按键的检测，液晶的显示及与上位机的通信;控制各个功能模块的工作，温度的采集计算和控制，压力流量的采集等。

1、液晶，蜂鸣器，气阀由CPU的IO口直接控制

2、键盘值由芯片ZLG7289B来采集。这款芯片最多能识别64个按键

3、电路扩展了一个串口，用于上位机控制，电平转化芯片用max232.

4、扩展了一片EEPROM，每片容量为64K，由CUP的IO口控制，用了IIC总线控制

5、CPU芯片通过通过74HC595芯片，来扩展IO口，用74HC595扩展的IO口来控制FID，ECD，TCD;

6、采温部分，用PT100作为温度传感器，用PT100组成桥式电路，把温度转化为电压，在经过LM324放大，送给CPU的模拟输入口。Pt100的恒压电路有TL432组成;

7、压力模拟量经过LM324放大后，传给CPU模拟口。流量的模拟量直接送给CPU的IO口，这两部分的恒压电路用TL431组成;

8、电机部分用TL521光耦芯片来隔离CPU的IO口和步进电机的接口，未用CPU的IO口直接控制步进电机接口，这样就起到了安全和抗干扰的作用。用ULN2803芯片来反相驱动电机;

3 系统的硬件设计方案

本章分节介绍了各个控制模块的硬件设计与实现方案，系统硬件按功能划分为以下几个功能模块： 595串转并模块、直流电机模块、电磁继电器模块、压力流量传感器模块、AD转换芯片模块、上位机通信模块、键盘扫描芯片模块、EEPROM掉电保护及液晶字库存储模块、液晶显示模块、稳压芯片模块。在各个模块设计中详细叙述了其工作原理、设计思想以及实现方法。

3.1单片机模块设计

单片机作为系统的微处理器，其性能对整个系统来说非常关键。现在，全球有很多公司能够生产单片机，随着超大规模集成电路的迅猛发展，单片机的功能也日渐强大，运算速度日益提高，相继出现了32位和64位单片机，根据实际系统的需要和产品的性价比，本系统选用microsoft公司生产的32位单片机PIC32F460F作为系统的控制芯片。Microchip公司的PIC32MX4系列是高性能通用和USB的32位闪存微控制器(MCU),下面介绍下它们的主要功能[3]：

• 带5级流水线的MIPS32® M4K™ 32位内核

• 最高80 MHz的频率

• 零等待状态闪存访问时性能为 1.56 DMIPS/MHz(Dhrystone 2.1)

• 单周期乘法单元和高性能除法单元

• MIPS16e™模式可使代码压缩最多40%

• 两组各32个32位内核文件寄存器，可减少中断延时

• 预取高速缓存模块可加速从闪存的执行速度

• 工作电压范围为2.3V至3.6V

• 32 KB至512 KB的闪存(附加一个12 KB的引导闪存)

• 8 KB至32 KB的SRAM存储器

• 引脚与大部分PIC24/dsPIC® 器件兼容

• 多种功耗管理模式

• 多个具有独立可编程优先级的中断向量

• 故障保护时钟监视器模式

• 带有片内低功耗RC振荡器的可配置看门狗定时器，确保器件可靠工作

• 2个编程和调试接口：

- 双线接口，可与应用程序进行非抢占式访问和

实时数据交换

-4线 MIPS® 标准增强型JTAG 接口

• 基于硬件的非抢占式指令跟踪

• 符合IEEE标准1149.2(JTAG)的边界扫描特性

• 最多16路通道的10位模数转换器：

- 转换速率为1000 ksps

- 可在休眠和空闲模式下进行转换

PIC32MX460F引脚图如下：

3.2 595串转并模块控制模块设计

3.2.1 595串转并模块原理及作用

在本系统中，由于控制模块较多，单单三个检测模块(FID、ECD、TCD)就需要超过72个控制口，因此使用74HC595来进行串并转换，节省IO口的资源。使用一个IO口连续送出24位，由三个74HC595级联后控制各模块。

3.2.2 模块设计与实现

图2 74HC595控制模块电路图

如图所示，此为三个检测模块中的一部分，由三个595级联而成，单片机只提供三个IO引脚，就可以控制24位来完成FID模块的功能。

74HC595是硅结构的CMOS器件， 兼容低电压TTL电路，遵守JEDEC标准。 74HC595是具有8位移位寄存器和一个存储器，三态输出功能。 移位寄存器和存储器是分别的时钟。 数据在SCHcp的上升沿输入，在STcp的上升沿进入的存储寄存器中去。如果两个时钟连在一起，则移位寄存器总是比存储寄存器早一个脉冲。 移位寄存器有一个串行移位输入(Ds)，和一个串行输出(Q7’),和一个异步的低电平复位，存储寄存器有一个并行8位的，具备三态的总线输出，当使能OE时(为低电平)，存储寄存器的数据输出到总线。3.3电磁阀控制模块设计