碩士研究生非筆試課程考核報告（以論文或調研報告等形式考核用） 2011 至 2012 學年 第 1 學期考核課程： 計算機測控網絡系統(tǒng) 提交日期： 2011 年 12 月 29 日報告題目：面粉廠自動排風除塵防爆系統(tǒng)設計考核成績考核人姓 名 學 號 年 級 專 業(yè) 所在學院 目 錄1 前言31.1 國內面粉廠粉塵防爆的現(xiàn)狀及存在的問題31.1.1 國內面粉廠除塵防爆的現(xiàn)狀現(xiàn)狀3 1.1.2 國內面粉廠除塵防爆的現(xiàn)狀存在的問題31.2 面粉廠粉塵爆炸的起因及爆炸條件4 1.2.1 面粉廠粉塵爆炸的起因4 1.2.2面粉廠粉塵爆炸的條件41.3 面粉廠自動排風除塵防爆系統(tǒng)的提出及設計意義51.3.1 面粉廠自動排風除塵防爆系統(tǒng)的提出51.3.2 面粉廠自動排風除塵防爆系統(tǒng)的設計意義51.3.3 粉塵傳感器原理介紹52 面粉廠自動排風除塵防爆系統(tǒng)的總體設計7 2.1 自動排風除塵防爆系統(tǒng)的設計要求72.2 自動排風除塵防爆系統(tǒng)的的整體設計73 面粉廠自動排風除塵防爆系統(tǒng)的硬件設計93.1 CPU模塊設計93.1.1 CPU芯片的選擇93.1.2 CPU部分電路原理圖設計113.2 粉塵檢測模塊設計133.3 控制模塊設計153.3.1數(shù)模轉換芯片的選擇153.3.2控制電路設計 163.4 CAN總線模塊設計17 3.4.1 CAN總線模塊芯片的選擇17 3.4.2 CAN總線模塊電路原理圖設計183.5液晶顯示與鍵盤模塊設計18 3.5.1 液晶顯示模塊設計18 3.5.2 鍵盤模塊設計193.6 看門狗電路設計20 3.6.1 看門狗芯片的選擇20 3.6.2 看門狗電路原理圖設計223.7 電源電路設計23 3.7.1 電源穩(wěn)壓芯片選擇23 3.7.2 電源原理圖設計234 面粉廠自動排風除塵防爆系統(tǒng)的軟件設計254.1 主程序設計254.2 鍵盤掃描程序設計264.3 顯示子程序設計274.4 CAN總線通信中斷服務子程序設計284.4.1 CAN總線發(fā)送子程序設計284.4.2 CAN總線接收子程序設計295 總結30謝詞31參考文獻321前 言1.1 國內面粉廠粉塵防爆的現(xiàn)狀及存在的問題 目前，國內的面粉廠在防止粉塵爆炸方面比以前有所改進。但是，在很多私人小面粉廠甚至是中小型面粉廠，防止粉塵爆炸的工作并不是很理想。1.1.1 國內面粉廠粉塵防爆的現(xiàn)狀在比較正規(guī)的面粉廠，根據(jù)國家的有關規(guī)定，在廠房建設等都采取了相應的除塵防爆措施。國家有關部門制定了很多規(guī)范性的條文，例如：合理布局做好防火防爆的隔離，易于發(fā)生粉塵爆炸的車間、設備，應合理布局 考慮設計生產流向的同時，要考慮設計防火防爆隔離，易于散發(fā)粉塵的車間、部門要遠離有明火作業(yè)的場所。在車間、部門內部易于引起粉塵爆炸的機器設備要選擇適當?shù)陌踩恢?。設置一定的泄壓面積。各種機器，如：提升機，封閉式輸送機，筒倉頂蓋等都應有泄爆口 蛔有可能泄爆口可通向室外在不影響建筑物的強度前提下可盡量加大泄爆面積。泄爆出口應選擇在易于散發(fā)粉塵的部位。配置先進的消防、報警器材，保證足夠的水源。要安裝先進的自動報警和滅火裝鼉，如粉塵濃度報警，自動噴霧等。適量噴霧，可燃粉塵與空氣混合物中含有水分，使粉塵凝聚沉降增加，濃度降低，吸收熱能，稀釋含氧量，降低燃燒速度，影響粉塵爆炸的最小點燃能量。消防水源的管道設計一定要保證雙水源和環(huán)狀鋪設。此外，在一些比較正規(guī)的面粉廠還是用了分岑檢測儀來檢測粉塵的濃度。當粉塵達到一定濃度的時候，會有報警燈提示。雖然如此，我國的面粉廠在十幾家運作中還存在一些安全措施有待改進和在很多中小型面粉廠落實不到位的情況。1.1.2國內面粉廠粉塵防爆存在的問題雖然正規(guī)的面粉廠在很多方面采取了相應的措施，但是在節(jié)約電能和智能化方面還存在一定的缺陷。比如，很逗面粉廠的排風機等除塵設備會一直處在高速的工作過程中，造成相當?shù)碾娔芾速M。智能化方面，雖然有粉塵檢儀器能提供粉塵濃度檢測，并發(fā)出報警信號。但是只能是通過人為的方式去進行降低粉塵濃度的操作。在人員不能做出及時處理時依舊可能造成粉塵爆炸的重大事故。此外，也不能完成對粉塵濃度的實時檢測與控制，并且無法把廠房內的粉塵情況有效地發(fā)送給控制人員。此外，并不是所有的面粉廠都能夠有比較好的經濟條件采取像大型面粉廠那樣的安全措施。在全國范圍內，安全有效、智能化、節(jié)約能源的排風除塵系統(tǒng)有待推廣。1.2 面粉廠粉塵爆炸的起因及爆炸條件1.2.1 智面粉廠粉塵爆炸的起因粉塵爆炸是指與空氣混臺的可燃物粉塵，經著火燃而引起的一種具有巨大破壞力的化學反應。當懸浮在空氣中的粉塵與空氣均勻混合達到一定濃度時，遇到一定點火能量的火源，便息劇地氧化燃燒，燃燒時放出的熱量以熱傳導和熱輻射的方式傳遞給周圍懸浮粉塵或剛被吹揚起來的粉塵，在瞬間內放出大量的熱能，并產生大量的氣體，在封閉或來不及擴散時，使壓力驟然增強，從而引起強烈爆炸。粉塵爆炸不同于一般的物質燃燒，燃燒往往有一個較長的過程，是逐步蔓延開的。粉塵爆炸則發(fā)生在瞬間，其反應速度極快，具有巨大的破壞性。一旦發(fā)生粉塵爆炸，人們則無法加以控制。爆炸時產生的氣浪，又可將沉積粉塵掀起，形成連鎖反應的爆炸，哪里有粉塵燃燒就蔓延到那里 爆炸是在相對封閉的狀態(tài)下發(fā)生的，粉塵燃燒時產生的氣體和壓力以1000米秒的超音速傳播擴散，強大的沖擊波將沉積粉塵掀起，造成破壞力更強的第二次，第三次連續(xù)性爆炸。1.2.2 智面粉廠粉塵爆炸的的條件根據(jù)粉塵爆炸的機理，爆炸的條件，以及國內外有關粉塵爆炸的案例分析，將粉塵爆炸的具體條件可歸納為以下幾點：（1） 粉塵必須是可燃性的，可燃性越大越易發(fā)生爆炸（2）引爆處有高濃度的粉塵云，即達到足以引起爆炸的粉塵濃度值；（3）有一定能量的火源；（4）引爆處為相對密閉體。一旦粉塵燃燒，氣體膨脹，壓力便迅速上升。氣體來不及排放與外界形成巨大的壓力差，就會發(fā)生爆炸。（5）爆炸呈連鎖反應，一旦爆炸不管粉塵濃度多少，哪里有粉塵，就燃燒爆炸到那里。（6）引爆時，空氣中的含氧量為一定值，谷物類粉塵一般在10 左右。1.3 面粉廠自動排風除塵防爆系統(tǒng)的提出及設計意義1.3.1 面粉廠自動排風除塵防爆系統(tǒng)的提出針對國內面粉廠排風除塵存在的上述問題，我認為設計一種比較經濟的用單片機作為底層控制器的粉塵自動檢測及控制系統(tǒng)很重要。這種自動檢測控制系統(tǒng)可以自動地實時地檢測粉塵信號，并且可以實現(xiàn)自動控制風機等設備進行排風除塵。此外，此系統(tǒng)可以通過總線把粉塵濃度的數(shù)據(jù)上傳到控制室，工作人員可以在控制室看到粉塵的濃度數(shù)據(jù)，并且，可以在控制室發(fā)送命令，控制命直接控制排風除塵設備。1.3.2 面粉廠自動排風除塵防爆系統(tǒng)的設計意義通過這種經濟的自動化排風除塵系統(tǒng)，面粉廠可以實現(xiàn)對粉塵的自動檢測及控制，可以有效地排出因為人不能夠及時檢測粉塵濃度并采取及時的措施而造成的不必要的損失。這種自動監(jiān)測系統(tǒng)比較經濟，一般的面粉廠都可以通過此系統(tǒng)來提高面粉廠的除塵安全性。1.3.3 粉塵傳感器原理介紹 光通過介質時會發(fā)生介質對光的散射和吸收作用：一部分光被介質散射，偏離入射的傳播方向，另一部分光被介質吸收轉化為熱能，其余的光傳播方向不變通過介質。當平行光通過均勻介質時，根據(jù)Lambert-Beer 定律，透射光強與入射光強的關系為： IOUTIINexp(cL)，式中：IOUT、IIN 分別為透射、入射光強；c 為介質濃度；L 為光與介質相互作用的距離；為介質對光波的衰減系數(shù)。由介質對光的吸收和散射作用共同決定，只與光波的波長和介質的性質有關，如粉塵顆粒的粒徑、折射率、氣體的種類等，與介質的濃度無關。由公式IOUTIINexp(cL)可知，在和L 確定的情況下，通過測量入射和透射光強即可得到介質濃度。 粉塵感器的設計選擇開放式氣室，如圖1.1，采用石英玻璃做腔片，兩腔片平行放置，在腔片的外表面鍍全反射膜。光源和探測器之間的空間完全敞開，光經多次折射后射出，增加了有效作用距離，在實現(xiàn)小型化的同時，提高了傳感器的靈敏度。圖1.1 開放式氣室設計光通過氣室后，探測器將檢測到的透射光強信號，轉化為微弱電信號，但同時伴有很強的背景噪聲。為了有效地提取有用電信號，必須設計高精度、高放大倍數(shù)的放大電路，同時考慮信號的濾波和抗干擾調理。2面粉廠自動排風除塵防爆系統(tǒng)的整體設計2.1 面粉廠自動排風除塵防爆系統(tǒng)的設計要求粉塵爆炸的歷史由來已久，并且，因為除塵設施不理想及存在很多可以再粉塵濃度達到一定程度時可以引發(fā)爆炸的因素有很多，粉塵爆炸問題依然存在。面粉廠自動排風除塵系統(tǒng)要具有嚴格的設計要求。（1）防止漏電，不能產生電火花。（2）可以自動檢測粉塵濃度。（3）可以自動控制風機等設備自動除塵。（4）現(xiàn)場顯示及鍵盤操作。（5）可以把數(shù)據(jù)通過總線產送給控制室。（6）；控制室可以通過總線人為控制除塵設備。（7）供電狀態(tài)指示。2. 2 面粉廠自動排風除塵防爆系統(tǒng)的整體設計硬件主要包括MCU電路模塊、粉塵檢測模塊、數(shù)模轉換及驅動模塊、CAN總線模塊、液晶顯示與鍵盤模塊、看門狗模塊、電源模塊。（1）單片機部分單片機選用低功耗、高性能的ATmega64單片機。ATmega64單片機是基于增強的AVR RISC結構的低功耗8位CMOS微控制器。由于其先進的指令集以及單時鐘周期指令執(zhí)行時間，ATmega64 的數(shù)據(jù)吞吐率高達1 MIPS/MHz，從而可以緩減系統(tǒng)在功耗和處理速度之間的矛盾。（2）粉塵檢測部分 系統(tǒng)的粉塵檢測部分探測器采用基于紅外光熱效應的熱電堆探測器。（3）數(shù)模轉換及驅動模塊 DA轉換芯片采用DAC0832芯片。 DAC0832是采樣頻率為八位的D/A轉換芯片，集成電路內有兩級輸入寄存器，使DAC0832芯片具備雙緩沖、單緩沖和直通三種輸入方式，以便適于各種電路的需要(如要求多路D/A異步輸入、同步轉換等)。所以這個芯片的應用很廣泛（4）CAN總線模塊本設計的CAN總線部分充分利用CPU的片內資源，簡化了電路的設計，降低了成本，提高了可靠性。通過CAN總線，可實與上位機的遠程通信。上位機可以遠程監(jiān)控各現(xiàn)現(xiàn)場檢測與控制模塊的狀態(tài)。 （5）液晶顯示與鍵盤模塊液晶顯示可以現(xiàn)場顯示粉塵的當前濃度值，供在現(xiàn)場的人員查看?？梢酝ㄟ^鍵盤按鍵對檢測及控制系統(tǒng)的參數(shù)進行設定及校準。 （6）看門狗模塊。X5045是一種集看門狗、電壓監(jiān)控和串行EEPROM 三種功能于一身的可編程控制電路。X5045中的看門狗對系統(tǒng)提供了保護功能。（7）電源模塊。7805穩(wěn)壓芯片電路，用來產生5V穩(wěn)壓電源，為智能IC卡節(jié)電開關提供穩(wěn)定的能量來源。面粉廠自動排風除塵防爆系統(tǒng)的框圖，如圖2.1。圖2.1 面粉廠自動排風除塵防爆系統(tǒng)的框圖3智能建筑節(jié)電開關的硬件設計3.1 CPU電路設計3.1.1 CPU芯片的選擇本次面粉廠自動排風除塵防爆系統(tǒng)選擇的芯片是ATmega64，相比于51芯片而言，ATmega芯片的價格稍貴一點，但是它的運算速度卻遠遠比51系列單片機快。此外，ATmega64單片機是基于增強的AVR RISC結構的低功耗8位CMOS微控制器。由于其先進的指令集以及單時鐘周期指令執(zhí)行時間，ATmega64 的數(shù)據(jù)吞吐率高達1 MIPS/MHz，從而可以緩減系統(tǒng)在功耗和處理速度之間的矛盾。ATmega64單片機管腳圖如圖3.1。圖3.1 ATmega64管腳圖ATmega64主要性能參數(shù)如下：（1）高性能、低功耗的 8 位AVR 微處理器。先進的RISC 結構：130 條指令 大多數(shù)指令執(zhí)行時間為單個時鐘周期；32個8 位通用工作寄存器；全靜態(tài)工作；工作于16 MHz 時性能高達16 MIPS；只需兩個時鐘周期的硬件乘法器。（2）非易失性程序和數(shù)據(jù)存儲器：64K 字節(jié)的系統(tǒng)內可編程 Flash；擦寫壽命10000 次；具有獨立鎖定位的可選Boot 代碼區(qū)；通過片上Boot 程序實現(xiàn)系統(tǒng)內編程；真正的同時讀寫操作；2K字節(jié)的EEPROM；4K字節(jié)片內SRAM；64K 字節(jié)可選外部存儲空間；可以對鎖定位進行編程以實現(xiàn)用戶程序的加密；通過SPI 接口進行系統(tǒng)內編程。（3）JTAG 接口( 與IEEE 1149.1 標準兼容)：符合JTAG 標準的邊界掃描功能；支持擴展的片內調試功能；通過JTAG 接口實現(xiàn)對Flash、EEPROM、熔絲位和鎖定位的編程。（4）外設特點：兩個具有獨立預分頻器和比較器功能的8 位定時器/ 計數(shù)器；兩個具有預分頻器、比較功能和捕捉功能的擴展16 位定時器/ 計數(shù)器；具有獨立振蕩器的實時計數(shù)器RTC；兩路8 位PWM 通道；6路編程分辨率從1 到 16 位可變的PWM 通道；8路10 位ADC；8 個單端通道；7 個差分通道；2 個具有可編程增益（1x, 10x, 或200x）的差分通道；面向字節(jié)的兩線接口；可編程的串行USART；可工作于主機/ 從機模式的SPI 串行接口；具有獨立片內振蕩器的可編程看門狗定時器；片內模擬比較器。（5）特殊的處理器特點：上電復位以及可編程的掉電檢測；片內經過標定的RC 振蕩器；片內/ 片外中斷源；6種睡眠模式: 空閑模式、ADC 噪聲抑制模式、省電模式、掉電模式、Standby 模式以及擴展的Standby 模式；軟件選擇時鐘頻率；熔絲位選擇的ATmega103 兼容模式；全局上拉禁止。（6）I/O：53個可編程的I/O 口。3.1.2 ATmega64單片機的電路設計ATmega64單片機部分的電路連接如圖3.2。圖3.2 STC59C52單片機部分（1）時鐘電路。 XTAL1 和XTAL2 分別為用作片內振蕩器的反向放大器的輸入和輸出，這個振蕩器可以使用石英晶體，也可以使用陶瓷諧振器。熔絲位CKOPT 用來選擇這兩種放大器模式的其中之一。當CKOPT 被編程時振蕩器在輸出引腳產生滿幅度的振蕩。這種模式適合于噪聲環(huán)境，以及需要通過XTAL2 驅動第二個時鐘緩沖器的情況。而且這種模式的頻率范圍比較寬。當保持CKOPT 為未編程狀態(tài)時，振蕩器的輸出信號幅度比較小。其優(yōu)點是大大降低了功耗，但是頻率范圍比較窄，而且不能驅動其他時鐘緩沖器。對于諧振器， CKOPT 未編程時的最大頻率為8 MHz， CKOPT 編程時為16 MHz。C1和C2 的數(shù)值要一樣，不管使用的是晶體還是諧振器。最佳的數(shù)值與使用的晶體或諧振器有關，還與雜散電容和環(huán)境的電磁噪聲有關。時鐘電路如圖3.3。圖3.3 時鐘電路 （2）復位及復位電路。ATmega64芯片采用的是低電平復位，因此本次設計采用了上電時的低電平給單片機復位。同時，為了防止系統(tǒng)死機，還設計了看門狗復位電路。上電復位電路如圖3.4.圖3.4 上電復位電路X5045看門狗復位輸出電路如圖3.5。圖 3.5 看門狗復位輸出電路（3）電源和接地。（4）PF4PF7為JTAG程序下載器接入口。3.2 粉塵檢測模塊設計ATmega64有一個10位的逐次逼近型ADC。ADC與一個8通道的模擬多路復用器連接，能對來自端口A的8路單端輸入電壓進行采樣。單端電壓輸入以0V (GND) 為基準。因此，本次設計采用的就是ATmega64自帶的模數(shù)轉換功能。由粉塵傳感器而來的電信號經調理電路送到ATmega64的AD轉換引腳，進行粉塵濃度的檢測。光通過氣室后，探測器將檢測到的透射光強信號，轉化為微弱電信號，但同時伴有很強的背景噪聲。為了有效地提取有用電信號，必須設計高精度、高放大倍數(shù)的放大電路，同時考慮信號的濾波和抗干擾調理。圖3.6是設計的探測器信號檢測電路。探測器輸出信號先通過低通RC 濾波電路，除去高頻噪聲。由于信號需要放大的倍數(shù)很大，設計采用兩級放大電路。第一級高精密放大電路設計放大倍數(shù)為100 倍。為了使得放大輸出的電壓滿足A/D 轉換的要求，輸出電壓充分位于A/D 轉換的電壓范圍（2.5 V2.5V）之內，可通過調節(jié)二級放大電路的反饋電阻阻值來實現(xiàn)。對放大濾波后的信號進行A/D 轉換，單片機通過CAN總線與上位機進行通訊，將數(shù)據(jù)進一步處理。圖3.6 探測器信號檢測電路3.3控制模塊設計3.3.1數(shù)模轉換芯片的選擇本次智能建筑節(jié)電開關設計所選用的數(shù)模轉換芯片是DAC0832。 DAC0832是8分辨率的D/A轉換集成芯片。與微處理器完全兼容。這個DA芯片以其價格低廉、接口簡單、轉換控制容易等優(yōu)點，在單片機應用系統(tǒng)中得到廣泛的應用。D/A轉換器由8位輸入鎖存器、8位DAC寄存器、8位D/A轉換電路及轉換控制電路構成。DAC0832芯片的管腳排列如圖3.7。圖3.7 DAC0832DAC0832的主要特性參數(shù)如下：（1）分辨率為8位；（2）電流穩(wěn)定時間1us；（3）可單緩沖、雙緩沖或直接數(shù)字輸入；（4）只需在滿量程下調整其線性度；（5）單一電源供電（+5V+15V）；（6）低功耗，200mW。3.3.2控制電路設計ATmega64單片機通過DAC0832將控制信息轉換成模擬信號，并通過一定的外圍電路完成對風機等的控制。連接電路如圖3.8。圖3.8 控制電路連接圖3.4 CAN總線模塊設計3.4.1 CAN總線模塊芯片的選擇CAN總線(Controller Area Network，控制器局域網)具有高性能、高可靠性、高性價比、連接方便、實時性好及其獨特的設計等突出優(yōu)點應用于許多工業(yè)部門，目前已成為比較流行的一種現(xiàn)場總線。CAN總線與其它幾種現(xiàn)場總線比較而言，是最容易實現(xiàn)、價格最為低廉的的一種，但其性能并不比其它現(xiàn)場總線差，這也是目前CAN總線在眾多領域被廣泛采用的原因。由于本設計選用的CPU內置CAN功能，所以只需在選用一款合適的CAN收發(fā)器就能完成設計要求。本設計選用高速CAN隔離收發(fā)器CTM1050，該芯片是一款帶隔離的高速CAN收發(fā)器芯片，該芯片內部集成了所有必需的CAN隔離及CAN收、發(fā)器件，這些都被集成在不到3平方厘米的芯片上。芯片的主要功能是將CAN控制器的邏輯電平轉換為CAN總線的差分電平并且具有DC2500V的隔離功能及ESD保護作用。CTM1050是用于CAN控制器與CAN總線之間的接口芯片，CAN總線波特率應用范圍：40kbps1Mbps，完全符合ISO11898標準。CTM1050主要特性：(1)具有隔離、ESD保護功能。(2)完全符合ISO11898標準的CAN 收發(fā)器。(3)通訊速率最高達1Mbps。(4)隔離電壓：DC2500V。(5)電磁輻射EME極低。(6)電磁抗干擾EMI性極高。(7)無需外加元件可直接使用。(8)至少可連接110個節(jié)點。(9)高低溫特性好，能滿足工業(yè)級產品技術要求。CTM1050的管腳排列如圖3.9。圖3.9 CTM1050引腳圖3.4.2 CAN總線模塊電路原理圖設計CAN總線模塊電路設計原理圖如圖3.10。圖3.10 CAN總線模塊電路設計原理圖發(fā)送端TXD與接收端RXD分別與CPU的CAN控制器發(fā)送端與接收端相連，即CPU的PA6和PA5引腳。信號連接端CANH和CANL與CAN總線相連。該芯片由5V電源供電，電源地GND端接數(shù)字地，隔離電源輸出地CANG端接模擬地。3.5液晶顯示與鍵盤模塊設計3.5.1 液晶顯示模塊設計本設計液晶顯示部分選用12864液晶模塊。該液晶顯示模塊可顯示漢字及圖形，內置8192個中文漢字(16X16點陣)、128個字符(8X16點陣)及64256點陣顯示RAM(GDRAM)。主要技術參數(shù)和顯示特性:(1)電源：VDD3.3V+5V(內置升壓電路，無需負壓)。(2)顯示內容：128列64行。(3)顯示顏色：黃綠。(4)顯示角度：6：00鐘直視。(5)LCD類型：STN。(6)與MCU接口：8位或4位并行/3位串行。(7)配置LED背光。(8)多種軟件功能：光標顯示、畫面移位、自定義字符、睡眠模式等。本設計液晶顯示硬件電路設計原理圖如圖3.11所示。圖3.11 液晶顯示硬件電路設計原理圖3.5.2鍵盤模塊設計 本設計采用23矩陣式鍵盤，共六個鍵。矩陣式鍵盤適用于按鍵數(shù)較多的場合，它由行線和列線組成，按鍵位于行、列的交叉點上。矩陣式鍵盤與獨立式鍵盤相比，要節(jié)省很多的I/O口。矩陣式鍵盤接口電路原理圖如圖3.12所示。按鍵設置在行、列線的交點上，行、列線分別連接到按鍵開關的兩端，行線通過CPU通用I/O口連接到PA0，PA1。列線一端接到CPU通用I/O口PA2，PA2，PA3。通過對行和列的掃描實現(xiàn)鍵盤按鍵的識別。圖3.2 矩陣式鍵盤接口電路原理圖3.6 看門狗電路設計3.6.1 看門狗芯片的選擇 X5045是一種集看門狗、電壓監(jiān)控和串行EEPROM 三種功能于一身的可編程控制電路，在實際產品的設計中有著非常重要的作用。它是一個帶4K SPI EEPROM的監(jiān)控器，具有上電復位，看門狗定時器，電源電壓監(jiān)控和塊保護四種功能。這種組合設計減少了電路對電路板空間的需求，增加了可靠性，常用于智能建筑節(jié)電開關、公交報站器、考勤機、稅控電子產品中。X5045中的看門狗對系統(tǒng)提供了保護功能。當系統(tǒng)發(fā)生故障而超過設置時間時，電路中的看門狗將通過RESET信號向CPU 做出反應。X5045提供了三個時間值供用戶選擇使用。它所具有的電壓監(jiān)控功能還可以保護系統(tǒng)免受低電壓的影響，當電源電壓降到允許范圍以下時，系統(tǒng)將復位，直到電源電壓返回到穩(wěn)定值為止。X5045的內存與CPU 可通過串行通信方式接口，共有4096個位，可以按512 x 8個字節(jié)來放置數(shù)據(jù)。X5045的管腳排列如圖3.15所示。圖3.15 X5045引腳圖（1）各引腳的功能如下。CS ：電路選擇端，低電平有效。SO ：串行數(shù)據(jù)輸出端。SI ：串行數(shù)據(jù)輸入端。SCK：串行時鐘輸入端。WP ：寫保護輸入端，低電平有效。RESET ：復位輸出端。VCC：電源端。VSS：接地端。（2）X5045的工作原理。上電復位：向X5045加電時會啟動其內部的上電復位電路，從而使RESET 引腳有效。該信號可避免系統(tǒng)微處理器在電壓不足或振蕩器未穩(wěn)定的情況下工作。當VCC 超過器件設定的最低門限值時，電路將在200ms（典型）延時后釋放RESET 以允許系統(tǒng)開始工作。低電壓監(jiān)視：工作時， X5045對VCC 電平進行監(jiān)測，若電源電壓跌落至預置的最小值以下時，系統(tǒng)即確認RESET，從而避免微處理器在電源失效或斷開的情況下工作。當RESET 被確認后，該RESET 信號將一直保持有效，直到電壓跌到低于1V 。而當 VCC返回并超過最小設定值達200ms時，系統(tǒng)重新開始工作?？撮T狗定時器：看門狗定時器的作用是通過監(jiān)視WDI輸入來監(jiān)視微處理器是否啟動。由于微處理器必須周期性的觸發(fā)CS/WDI引腳以避免RESET 信號啟動而使電路復位，所以，CS/WDI引腳在看門狗超時時間終止之前必有由高至低信號的觸發(fā)。3.6.2 看門狗電路原理圖設計看門狗芯片X5045的電路連接如圖3.16。圖3.16 X5045部分電路連接圖SI接ATmega64單片機的PD4, 為串行數(shù)據(jù)輸入端。SO接ATmega64單片機的PD5，為串行數(shù)據(jù)輸出端。SCK接ATmega64單片機的PD6，為串行時鐘輸入端。CS/WDI接ATmega64單片機的PD7，看門狗定時器X5045是通過監(jiān)視WDI輸入來監(jiān)視微處理器是否啟動。由于單片機必須周期性的觸發(fā)CS/WDI引腳以避免RESET 信號啟動而使電路復位，所以CS/WDI引腳必須在看門狗超時時間終止之前受到由高至低信號的觸發(fā)。VSS接電源地。 X5045的RST通過上拉電阻接STC89C52單片機的RST，用于對X5045芯片進行復位操作。VCC接電源。工作時，X5045對VCC 電平進行監(jiān)測，若電源電壓跌落至預置的最小設定值以下時，系統(tǒng)即確認復位操作，從而避免微處理器在電源失效或斷開的情況下工作。復位操作開始后，該復位信號將一直保持有效，直到電壓跌到低于1V 。當VCC 返回并超過最小設定值一段時間后，系統(tǒng)重新開始工作。WP為寫保護輸入端，低電平有效。接5V高電平，可以寫入信息。RST接ATmega64單片機的RESET。向X5045加電會啟動其內部的上電復位電路，使RESET 引腳有效，可避免系統(tǒng)微處理器在電壓不足或振蕩器未穩(wěn)定的情況下工作。當VCC 超過器件設定門限值時，電路將在一定時間的延時后釋放RESET 以允許系統(tǒng)開始工作。3.7 電源電路設計3.7.1 電源穩(wěn)壓芯片的選擇 本次智能建筑節(jié)電開關電源部分的穩(wěn)壓芯片選擇的是7805芯片。7805為三端穩(wěn)壓器電路,能提供多種固定的輸出電壓，應用范圍廣。內含過流、過熱和超載保護電路。由于內部電流的限制，以及過熱保護和安全工作區(qū)的保護，使7805芯片基本上不會損壞。如果能夠提供足夠的散熱片，它們就能夠提供大于1.5A輸出電流。雖然是招安照固定電壓值來設計的，但是當接入適當?shù)耐獠科骷?，就能獲得各種不同的電壓和電流。3.7.2 電源原理圖設計 電源電路的設計連接如圖3.17。圖3.17 電源部分電路連接圖7805為三端正穩(wěn)壓器電路,能提供多種固定的輸出電壓，應用范圍廣。內含過流、過熱和超載保護電路。帶散熱片時，輸出電流可達1A。雖然是固定穩(wěn)壓電路，但使用外接組件，可獲得不同的電壓和電流。采用7805三端穩(wěn)壓芯片來組成穩(wěn)壓電源所需的外圍組件極少，電路內部還有過流、過熱及調整管的保護電路，使用起來可靠、方便，而且價格便宜。在實際應用中，應在三端集成穩(wěn)壓電路上安裝足夠大的散熱器（當然小功率的條件下不用）。當穩(wěn)壓管溫度過高時，穩(wěn)壓性能將變差，甚至損壞。7805的特點如下：輸輸出電流較大。輸出電壓為5V。有熱超載保護。有短路保護。有輸出晶體管安全工作區(qū)保護。