对挂接各类传感器的输入通道进行连续,不间断数据采集时,来自传感器的频率或电流信号在经过相应的变换后进入施密特整形及分频电路进行二次处理,最后送P89C60定时器T0口供单片机进行采集、运算、分析、判断。地面中心站与分站间的通讯是由地面中心站呼叫井下分站应答进行的,分站每次应答,将当时分站采集的数据和状态传送给地面中心站。
井下分站电路组成方框图
3、各电路的功能及原理 3、1 分站中央处理单元
该单元包括:单片机(P89C60)、数据锁存器(74HC373)、可编程外围扩展并行接口芯片(81C55-5)、64K静态RAM存储器(62256)、看门狗及E2PROM芯片(X5045)等重要的电路组成。
为了便于以后维修,我们对分站电路中的一些重要芯片进行较详细的介绍。 P89C60单片机芯片
P89C60单片机包括:①一个16位的微处理器CPU;②片内数据存储器RAM(256B)用以存放可以读/写的数据,如运算的中间结果、最终结果以及要显示的数据等;③片内程序存接口P0~P3,每个口可以用作输入,也可以用作输出;⑤两个定时/计数器,每个定时/计数器都可以设置成计数方式,用以对外部事件进行计数,也可以设置成定时方式,并可以根据计数或定时的结果实现计算机控制;⑥无个中断源的中断控制系统;⑦一个全双工UART(通用异步接收发送器)的串行I/O口,可实现单片机和单片机或其它微机之间串行通讯;⑧片
P89C60芯片引脚图如下所示:
储器ROM(4KB)用以存放程序、一些原始数据和表格等;④四个8位并行I/O(输入/输出)
内振荡器和时钟产生电路,但石英晶体和微调电容需要外接,最高允许振荡频率为24MHz。
P89C60
图2-1-2:P89C60引脚图
引脚功能简要说明:
1~8脚:P1口(P1.0~P1.7),P1口是一个内部上拉电阻的8位准双向I/O端口。 9脚:RST/VPD ,RST是复位信号输入端,高电平有效。RST引脚的第二功能是VPD ,即备用电为RAM提供备用电源,以保证存储在RAM中的信息不丢失,以使复电后能继续正常运行。 10脚:P3.0/RXD, P3.0的第一功能与P1.0一样。第二功能 RXD,串行口输入。 11脚:P3.1/TXD,P3.1的第一功能与P1.1一样。第二功能TXD,串行口输出。 12脚:P3.2/(/INT0),P3.2的第一功能与P1.2一样。第二功能/INT0,外部中断0。 13脚:P3.3/(/INT1),P3。3的第一功能与P1.3一样。第二功能/INT1,外部中断1。 14脚:P3.4/T0,P3.4的第一功能与P1.4一样。第二功能T0,定时器0外部输入。 15脚:P3.5/T1,P3.5的第一功能与P1.5一样。第二功能T1,定时器1外部输入。 16脚:P3.6/(/WR),P3.6的第一功能与P1.6一样。第二功能/WR,片外数据存储器写选通控制输出。
17脚:P3.7/(/RD),P3.7的第一功能与P1.7一样。第二功能/RD,片外数据存储器读选通控制输出。
18、19脚:时钟电路引脚,XTAL2(18脚),XTAL1(19脚)。 20脚:接地端,GND。
21~28脚:P2口(P2.0~P2.8), P2口是一个内部上拉电阻的8位准双向I/O端口。 29脚:/PSEN,程序存储允许输出信号端,在访问片外程序存储器时,,此端定时输出负脉冲作为读片外存储器的选通信号。
30脚:ALE/(/PROG),地址锁存器允许信号端。当89C52上电正常工作后,ALE引脚不断向输出正信号。CPU访问外部存储器时,ALE输出信号作为锁存低8为地址的控制信号。此引脚的第二功能/PROG是对片内带有4K EPROM的编程写入(固化程序)时,作为编程脉冲输入
源的输入端。当主电源Vcc发生故障,降低到低电平规定值时,将+5V电源自动接入RST端,
端。
31脚:(/EA)/VPP ,外部程序存储器地址允许输入端/固化编程电压输入端。
32~39脚:P0口(P0.7~P0.0),P0口是一个漏极开路的8位准双向I/O端口。作为漏极开路的输出端口,每位能驱动8个LS型TTL负载。 40脚:Vcc,电源端,4.5V≤Vcc≤5.5V。 81C55-5可编程外围扩展并行接口芯片
该芯片内包括:有三个通用I/O接口,一个14位二进制可编程定时/计数器,一个256字节静态RAM。
81C55引脚图如下图所示:
图2-1-3 81C55引脚图
81C55引脚功能说明: RESET,4脚,复位信号输入端
AD0~AD7,12~19脚,这是一个三态地址/数据总线,它与89C52地址/数据总线相连接。 C:8脚,片选输入端,低电平有效。
输入端为低电平,RAM中的内容读出到AD总线,否则被选中的接口内容读出到AD总线。 WR:10脚,在/CE有效时,这条线输入为低电平时,按照IO/(/M)的极性,AD线上的数据写入RAM或I/O接口。
ALE:11脚,输入,地址锁存允许信号,在ALE的下降沿将AD0~AD7地址和IO/(/M)的状态锁存在芯片内。
IO/(/M):7脚,输入,IO接口和存储器选择信号,这条线为低电平时选中存储器,否则选中I/O接口寄存器。
RD:9脚,在/CE有效时,这条线为低电平时,AD0~AD7D的缓冲器能动作。如果IO/(/M)
PA0~PA7:21~28脚,这8条引脚为8位的通用I/O接口,输入/输出的流向可由程序控制。 PC0~PC5:这6条引脚为6位的通用I/O接口,输入/输出的流向可由程序控制。 PC0:37脚,A INTR(A口中断申请线) PC1,38脚,A BF(A口缓冲器满) PC2:39脚,A STB(A口选通) PC3:1脚, B INTR(B口申请线) PC4:2脚, B BF(B口缓冲器满) PC5:5脚, BSTB(B口选通) TIMER IN:3脚,定时器输入端
TIMER OUT:6脚,定时器输出端,此输出按定时的方式既可输出方波,又可输出脉冲。 Vcc:40脚,+5V电源端。 GND:20脚,接地端。
74HC373是D型锁存器,主要起数据缓冲寄存器、I/O通道、总线驱动器及工作寄存器等作用。
62256是32K的低功耗静态RAM存储器. 用P0和P2来扩展外部ram(就是用P0和P2与62256对应的管脚相连接),假设P2.7接WR,P2.6接RD,P2.5接CS,那么就可以确定个外其中WR,CS为低,RD为高,那就是高位的4(0100 也就是P2.7和P2.5输出了低电平,而P2.6输出了高电平,目的当然是要选通62256并且向62256写入数据),其它位的可以根据情况自己定(也就是其它位是什么不打紧,关键就是控制wr,cs,rd的那几个位要符合选通,读写的规定就可以了)。
62256芯片在分站电路中用来存储分站采集到的各传感器的实时数据,当数据存满后,又冲掉旧的数据存储新的数据。
PB0~PB7:29~36脚,这8条引脚为8位的通用I/O接口,输入/输出的流向可由程序控制。
部RAM的一个地址,想往外部RAM的一个地址写一个字节时,地址可以定为XBYTE [0x4000],
图2-1-4:6264引脚图
3.2看门狗自动复位电路及参数保存单元
以大规模集成电路X5045为主体的看门狗电路单元,在工作中的主要功能是看护分站的电源及程序运行情况,当出现电源电压过低或因意外造成分站程序出错时,及时向单片机输出复位信号使之自动恢复正常工作。
本单元主要用于设置参数和保存初始化参数,由存储量512字节,擦写次数100000次P1.7提供,掉电后,数据可保存时间2年。
X5045
的带电可擦除芯片X5045构成。所需的输入输出数据及时钟皆由单片机的P1.0,P1.1,P1.6,
芯片
单片机系统的抗干扰和数据长期可靠保存是设计人员在设计中面临的两个重要问题。根据专家统计,目前在单片机测控系统中,电源的接通和关断、瞬时的电源电压不稳是造成系统死机、数据丢失和误动作的主要原因,占90%以上。X5045芯片可以较好和较简单地解决抗干扰和数据长期保存的难题,该芯片将单片机测控系统中常用的功能:看门狗定时器、电源电压监控、上电复位、串行E2PROM集成在一块8只引脚的集成芯片内。这种组合大大减少了对电路板的空间要求,简化了硬件设计,提高了系统的可靠性,降低了成本和功耗。
X5045的引脚图如下所示:
图2-1-5:5045引脚图 引脚功能说明:
1脚,引脚名“/CS”芯片选择输入(低电平有效) 2脚,引脚名“SO”串行输出 3脚,引脚名“WP”E2PROM写保护输入 4脚,引脚名“VSS”地 5脚,引脚名“SI”串行输入 6脚,引脚名“SCK”串行时钟输入 7脚,引脚名“RESET”复位信号输出 8脚,引脚名“Vcc”电源电压
芯片的看门狗定时器和Vcc电压监视器都对单片机提供独立的保护。当系统故障时,只