武汉理工大学毕业设计（论文）
图3-1 输入/输出接口方框图
芯片82C55具有与CPU直接交换数据的8位数据口，该芯片有3个（A、B、C）输入输出口，每个口都是8位；A、B口可设定输入或输出，C除了可作为8位输入或输出口功能外，每一位都可以单独设置，并能单独进行读入或输出；该芯片有多个可写入的存储器，该芯片被上电复位后，按照写入存储器的控制字进行工作。由于该芯片的集成度高，使得数据采集处理器几乎所有控制功能集中在这一芯片上。图中，单片机的低位地址线接到芯片82C55地址口，通过地址变化选择芯片82C55内不同的命令寄存器和数据存储器，8位数据线直接到其数据口，进行命令字的写入和数据读写操作。芯片的输入/输出A口连接风向传感器的七位并行格雷码输出口，进行风向数据的读取，利用该芯片C口每一位都可以单独设置，并能单独进行读入或输出的特性，系统所设计的三行四列键盘共七位扫描线接口接在C口，方便键盘的按键输入信息读取。
3.6地面自动气象监测仪显示电路设计
本检测仪器显示电路采用共阴极LED数码管和驱动模块ICM7218芯片，该芯片是MAXIM公司生产的7段共阴极LED数码管的驱动芯片，每一片ICM7218最多可以驱动8位LED数码管。它集BCD译码器、多路扫描器、段驱动和位驱动于一体，内含8X8位SRAM，可保存8位LED数据：还有一个控制逻辑单元，写入控制字协调整个芯片正常运作。并可多个ICM7218并联使用。外围接口电路简单，使用方便。常规静态LED驱动芯片只能驱动单一位LED数码管，使得硬件电路复杂，线路板设计成本高等缺陷。若采用ICM7218驱动LED数码管，则可克服上述缺点，可大大简化硬件电路和减少软件的工作量，如图3-2所示。
ICM7218芯片具有典型的8位并行数据接口，显示数据和控制字都是8位的字节。控制寄储器与8X8位SRAM之间与数据总线转换由MODE控制，MODE=“1”,选择控制寄储器；MODE=“0”，选择8X8位SRAM.当要更改显示数据时，一定先要写入控制字节，接着按顺序写入8位要显示的数据即可。控制非常方便，程序简单。要
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写入控制字，先将MODE信号置“1”，CPU将控制字送到数据线上，然后CPU送出一写入信号到ICM7218WR脚上，即可将控制字节写控制寄存器。写入显示数据一定要紧接着控制字后写入，将MODE信号置“0”，CPU将数据送到数据线上，然后CPU送出一写入信号WR到ICM7218的WR脚上，即可将第一个显示数据写入8X8位SRAM中。这样连续重复8位就完成SRAM中的显示数据。ICM7218芯片有两种译码方式：十六进制译码和BCD译码，由控制字决定。
图3-2 显示硬件电路设计
3.7地面自动气象监测仪CAN总线电路设计
CAN总线作为一种功能完善性价比高的网络通讯控制技术，已被广泛应用于自动控制各个领域。CAN总线采用多主方式工作，所有节点都以平等地位挂接到总线上。本文CAN总线电路设计采用SJA1000和82C250芯片，SJA1000是Philips公司提供的高性价比的CAN总线独立控制器，用于移动目标和工业环境下的区域网络
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控制。SJA1000的控制分复位模式和操作模式两种模式，复位模式用于初始化控制器，而操作模式即工作模式，有两种模式：BasicCAN和PeliCAN。BasicCAN只支持CAN2.0A,而PeliCAN可支持CAN2.0A与CAN2.0B，并且具有很多扩展功能，特别是在支持错误诊断方面，单片机80C320控制SJA1000实现数据接收和发送，所有其他智能分系统或部分智能传感器都挂接在CAN总线上，他们之间实现CAN总线方式实现双工通信，其硬件电路设计如图3-3所示。
图中,CAN总线数据收发电路由CAN总线控制器SJA1000和高速驱动器82C250两部分组成，SJA1000负责数据链路层以上的工作，而82C250负责物理层的工作，即将待发送数据报文转换为CAN总线的物理信号。本电路中将微处理器的P2.0脚作为SJA1000的片选信号，而将P0口作为SJA1000的数据/地址分时复用总线，可知SJA1000的片选基址为0x0000，其内部寄存器地址为片选基址与寄存器相应偏移量的和。另外，将SJA1000中断引脚接到主控制器的P3.3引脚上，以便于当SJA1000接收到数据，或数据发送完成，或总线传输错误时通知主控制器。需注意的是：MODE引脚用于模式选择，接高电平表现Intel模式，接低电平表示Motorola模式，这里微处理器80C320使用的是Intel模式。
82C250为高速CAN总线驱动器，最高可支持1M的波特率，但对低速支持并不佳，所以设置波特率不要小于60K，否则会出现总线出错的情况。输出端的CANH与CANL之间需要接一个120欧姆的终端电阻，以消除通信电缆中的信号反射，保证通讯正常。82C250的引脚下CANL和CANH通过一只5欧姆的电阻与CAN总线相连，该电阻具有限流保护作用，使82C250免受过流冲击。为了消除总线上的高频干扰和电磁辐射，在引脚CANH和CANL与地之间并联两只30pF的电容。考虑雷击的情况，在引脚CAN总线和地之间还接有防雷击管，当输入端与地之间出现瞬变干扰时，防雷击管的放点具有一定的保护作用。
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3.8地面自动气象监测仪模数转换电路设计
模数转换即A/D转换，或简称ADC，通常是指一个将模拟信号转变为数字信号。通常的模数转换是将一个输入电压信号转换为一个输出的数字信号。由于数字信号本身不具有实际意义，仅仅表示一个相对大小。故任何模数转换都需要一个参考模拟量作为转换的标准，比较常见的参考标准为最大的可转换信号大小。而输出的数字量则表示输入信号相对于参考信号的大小。随着数字电子技术的迅速发展，各种数字设备，特别是数字电子计算机的应用日益广泛，几乎渗透到国民经济的所有领域之中。数字计算机只能够对数字信号进行处理，处理的结果还是数字量，它在用于生产过程自动控制的时候，所要处理的变量往往是连续变化的物理量，如温度、压力、速度等都是模拟量，这些非电子信号的模拟量先要经过传感器变成电压或者电流信号， 然后再转换成数字量，才能够送往计算机进行处理。 模数转换过程包括量化和编码。量化是将模拟信号量程分成许多离散量级，并确定输入信号所属的量级。编码是对每一量级分配唯一的数字码，并确定与输入信号相对应的代码。最普通的码制是二进制，它有2的n次方个量级（n为位数）,可依次逐个编号。模数转换的方法很多，从转换原理来分可分为直接法和间接法两大类。 直接法是直接将电压转换成数字量。它用数模网络输出的一套基准电压，从高位起逐位与被测电压反复比较，直到二者达到或接近平衡（见图）。控制逻辑能实现对分搜索的控制，其比较方法如同天平称重。先使二进位制数的最高位
Dn-1=1，经数模转换后得到量程一半的模拟电压VS，与输入电压Vin相比较，若Vin>VS,则保留这一位；若Vin XXVII 武汉理工大学毕业设计（论文） 图3-5 电路原理图 图中R1和C1组成上电复位电路，在加点过程中，确保芯片正常启动运行。AD780芯片为其提供问稳定的参考电压，保证模拟信息转换的正确性。芯片AD7714的串行接口包含5个信号：DOUT、DIN、SCLK、DRDY和CS，通常直接连接到80C320单片 XXVIII