1、C8051F020 單片機及其在埋地管道防腐層缺陷檢測儀中的應用胡曉莉靳世久吳剛（天津大學精密測試技術及儀器國家重點實驗室天津 300072摘 要 介紹 C8051F020 單片機及網絡控制器芯片 RT L8019AS 的主要性能 特點,并簡要闡述 C8051F020 單片機在埋地管道防腐層缺陷檢測儀中的應用,介紹該應用系 統的硬件結構和軟件結構，并給出現場實驗數據。該檢測儀不僅可以實現傳統的數 據采集,還嵌入以太網控制器，從而實現小型測控系統之間的通訊。關鍵詞 C8051F020 RTL8019AS 防腐層C8051F 系列單片機是集成的混合信號片上系統S OC（S ystem on chi

2、p，具有與 MCS -51 內核及指令集完全兼容的微控制器,除 具有標準 8051 的數字外設部件之外，片內還集成數據采集和控制系統中常用的模擬 部件和其它數字外設及功能部件 1。正是由于其體積小、集成度高、功能多、配置 容易、使用方便等特點，已被廣泛應用于智能儀表、數據采集、自動化控制等領 域。本文所討論的用于檢測埋地管道防腐層缺陷的便攜式檢測儀就是以該系列中的 C8051F020 為核心，并且嵌入以太網控制器，不僅體積小、可靠性高，還可以實現測 控系統間的數據交換，對于智能化、模塊化的嵌入式設備的實現提供一種途徑。1C8051F020 簡介 2C8051F020 是完全集成的混合信號系統級

3、 MC U芯片,有 64 個數字 I/O 引腳,主要特性有：高速流水線結構、與 8051 兼容的 CIP -51 內核（可達 25MIPS ;全速、非侵入式的在系統調試接口（片內；真正 12 位、lOOksps 的 8 通道ADC ,帶 PG A 和模擬多路開關；兩個 12 位 DAC ,可編程更新時序； 64K 字節可在系統編程的 F LASH 存儲器； 4352（4096+25 字節的片內RAM ;可尋址 64K 字節地址空間的外部數據存儲器接口；硬件實現的 SPI、S MBus/I 2C 和兩個 UART 串行接口；個通用的 16 位定時器；具有 5 個捕捉/比較模塊的可編程計數器/定時

4、器 陣列；片內看門狗定時器、VDD 監視器和溫度傳感器；擴展的 22 個中斷源,允許 大量數字和模擬外設中斷微控制器； 7 個復位源,每個復位源都可以由用戶軟件禁止；獨立運行的時鐘發生器，時 鐘源可在運行時切換到外部時鐘源。C8051F020 是真正能夠獨立工作的片上系統,每個 MC U 都能有效地管理模擬 和數字外設，可以關閉單個或全部外設以節省功耗 3。F LASH 存儲器還具有在系統 重新編程能力，可用于非易失性數據存儲，并允許現場更新 8051 固件。應用程序可 以使用 MOVC 和 M OVX 指令對 F LASH 進行讀或改寫,每次讀或寫一個字節。這 一特性允許將程序存儲器用于非易

5、失性數據存儲以及在軟件控制下更新程序代碼。片內 J TAG 調試支持功能允許使用安裝在最終應用系統上的產品MC U 進行非侵入（不占用片內資源、全速、在系統調試。該調試系統支持觀察和修改存儲器 和寄存器，支持斷點、單步、運行和停機命令。使用 J T AG 調試時，所有的模擬和 數字外設都可全功能運行 1。每個 MC U 都可在工業溫度范圍（-45T+85C內用 2. 73. 6V 的電壓工作。端口 I/O、RST 和 J T AG 引腳都容許 5V 的輸入信號電壓。2RT L8019AS 網絡控制芯片簡介 4臺灣 Realtek 公司推出的以太網控制芯片 RT L8019AS 以其優良的性能和

6、低廉的價格在 10Mbps 網卡市場上占有相當大的比例。RT L8019AS 是 8/16 位 IS A 總線的網卡，集成 M AC 和物理層的功能，可以方便地設計基于 IS A 總線的系統。它 的主要性能有:（1 符合 ETHERNET II 與 IEEE802. 3,（10BASE5,10BASE2,10BASET 標準；（2 全雙工，收發可同時達到 10M BPS 的速率；（3 內置 16K B 的 SRAM ,用于 收發緩沖，降低對主處理器的速度要求；（4 支持 8/16 位數據總線,8 個中斷申請線以 及 16 個I/O 基地址選擇；（5 支持 UTP ,AUI ,BNC ,自動檢1

7、3 二 0（四年？第六期新技術應用測,還支持對 10BASET 拓撲結構的自動極性修正；（6 允許 4 個診斷 LE D 弓|腳 可編程輸出；（7 100 腳的 PQFP 封裝，縮小 PC B 尺寸。內部可分為遠程 DM A 接口 ,本地 DM A 接口,M AC （介質訪問控制 邏輯,數 據編碼解碼邏輯和其他端口。 M AC （介質訪問控制 邏輯完成以下功能：當單片機向 網上發送數據時,先將一幀數據通過遠程 DM A 通道送到 RT L8019AS 中的發送緩 存區,然后發出傳送命令；當 RT L8019AS 完成上一幀的發送后,再開始此幀的發 送。 RT L8019AS接收到的數據通過 M

8、 AC 比較,CRC 校驗后,由 FIFO 存到接收緩 沖區:收滿一幀后，以中斷或寄存器標志的方式通知主處理器，FIFO 邏輯對收發數據 作 16 字節的緩沖,以減少對本地 DM A 請求的頻率。3C8051F020 在埋地管道防腐層檢測中的應用及時、準確的定位出埋地管道防腐層缺陷的位置可以防止管道事故的發生，從而避免巨大的經濟損失、人員傷亡和環境污染。 通過檢測沿管線的電位值，再經過一定的分析計算就可以確定缺陷發生的位置。本 儀器使用C8051F020 作為微處理器,可以精確、 穩定、 可靠的得到管線電位,滿足 系統設計的要求。311 系統的硬件結構本檢測儀的硬件結構（見如圖 1。其中,電源

9、模塊由鋰電池、DC -DC 轉換芯片 及充放電電路組成，為系統提供工作電壓；存儲器模塊使用 AT MEL 公司的 AT45DB081B FLASH 存儲器,存放現場采集到的大量的管地電位信息,里程輪記錄 各采樣點的距離信息；校時模塊使用 G PS 完成時間同步功能；網絡控制模塊以 RT L8019AS 為核心，完成網絡功能,實現多個測控系統之間的數據共享o圖 1 埋地管道防腐層缺陷檢測儀的硬件框圖312 系統的軟件設計軟件的主程序流程圖（見圖 2。其中,在每一個程序模塊中還包含有大量的子程 序,比如液晶顯示子程序、數據存儲子程序、網卡查詢子程序、地址解析子程序、 G PS 通信子程序等等圖 2

10、 主程序流程圖313 現場實驗結果對某地一段埋地管道進行現場檢測后，得到如圖 3 所示的實驗結果，故判斷圖 3中的 160m 到 320m 之間可能有三處大的缺陷，開挖以后,發現這部分管道防腐層確實有三處較嚴重缺陷，三處防腐層老化脫落，鋼管有在這三處暴露有明顯的腐蝕損害。圖 3 現場實驗數據4 結束語采用 C8051F020 單片機為核心,配合 RT L8019網卡控制器設計的本嵌入以太網式的埋地管道防腐層缺陷檢測儀，不僅體積小、 功能強大、 操作簡便，而且完全滿足性能和精度等各項指標。 通過前面對 C8051F020性能的介紹,我們也可以發現 C8051F020 單片機尤其適合于小型測控系

11、統及智能化、便攜式儀器中使用。參考文獻1 潘琢金（譯.C8051F020/1/2/3 混合信號 ISP F LASH 微控制器數據手冊.w w w. Laogu. com ,2004（上轉第 26 頁侍儲暑第一天第二天第三天第四天1#缸 （mg/kg 未檢出未檢出未檢出未檢出 2#缸（mg/kg 01370134013901413/缸（mg/kg1156116011481161 第五天第六天第七天第八天第九天第十天未檢出未檢出未檢出未檢出未檢出未檢出 01440123 未檢出未檢出未檢出未檢出 11740185未檢出未檢出未檢出未檢出212 討論經實驗得出，試驗用魚在喂養 15 天后,在食用含

12、喹乙醇飼料的魚體內已經殘留一定數量的喹乙醇。按照“材料與方法”進行測定,第二組、第三組結果分別為 014mg/kg、1150mg/kg 連續用相同數量的飼料 （含喹乙醇 喂養 5 天,且每天進行檢測，檢測結果非常接近，這說明同等魚類在個體 大小相近的體內殘留的喹乙醇含量相等。第六天2#、3#兩組魚缸都停止喂含喹乙醇飼料,而改喂 1#魚食用的飼料。同樣的方法測定魚體內的喹乙醇的殘留量,1#缸未檢出,2#、3#魚分別為 0123mg/kg、0185mg/kg。第七天再檢測,均未檢出。從以上 數據表明魚類食用喹乙醇后在體內殘留的時間是有限度的。在24h內,還有一些殘存,在 48h 就完全轉變為喹乙醇

13、的代謝物。由于喹乙醇在魚體內 的代謝物的結構還有待研究，標準品還沒有出售，因此本試驗只能測定喹乙醇在魚體 的殘存量及殘存時間，以便監查魚體食用喹乙醇情況。在測定魚體內喹乙醇時，要洗凈魚體表面，避免體表含有喹乙醇，在 2#缸停止喂 飼料時,要將魚缸原有的水全部換掉，以免水中有殘留影響測定。喹乙醇代謝物目前 尚未有效分析方法，有待進一步研究。參考文獻1 白琦等 1 喹乙醇在魚飼料和鯉魚組織中的殘留量1 水產科學,2001, (26 6:202 曾振靈 1 高效液相色譜法證實喹乙醇中毒 J ,中國畜牧獸醫學報,1994,14(4 :3943953 曾振靈等 1 喹乙醇在雞組織的消除及殘留研究 J ,

14、中國畜牧獸醫學報,1995, (26 4:3273334 農業部漁業局 1 中國水產標準匯編無公害食品卷，NY 5070 2002:140The prelim inary ana lysis of olaq uin dox residus in tilapia muscle tissuesZha ng Suqing Li Lia nqingLi Baohua Wang Y an huai Jiao Jia nhua(T ianjin fishe riesresearch in stitute ,T ian jin 300221Abstract Apply vaca nt tilapia to

15、trytoresidual of olaq uin dox in fish body 1Thesam pie tilapia is grouped into three in this experimentation 1G roup one is fed withfeedstu ff without olaq uin dox ,group tw o and group three are fed with feedstu ff con2ta ins of differe nt contents of olaq uin dox ,the content are 5010mg/kg and 250

16、10mg/kgseparately 1Having fed for 15days , we apply the method of HP LC to determine residualam ount of olaq uin dox in fish tissues 1The result is that group one does n t con tainolaquindox ,group tw o and group three both do ,als o there is a direct proportion betweenthe residual am ounts and the

17、content of olaquindox in feedstu ff 1A fter continuouslybeing determined for 5days ,the group tw o and group three are fed with the feedstu ffthat fed group one before ,at 24h the residual am ount of olaquindox decrease ,after 48hcan t be detunes 1K ey w ords Olaquindox T ilapia Muscle tissuesResidu

18、s(下接第 32 頁2 C8051F020/1/2/3Mixed -S ignal ISP F LASH MC U FamilyMan ual3 潘琢金,孫德龍,夏秀峰.C8051F 單片及應用解析,北京：北京航空航天大學出版社，20024 RT L8019Realtek Full -Duplex E thernetC on troller with Plug andPlayFu nction (RealPNP ADVANCE I NFORM ATI ONMCU C 8051F 020and its application in instrumentof coati ng defaults of buried pipeli nesHu X iaoli Jin Shi