基于PIC单片机的便携式测试记录仪设计

以追求高可靠、低功耗、小体积设计思想的本记录仪具有如下功能：对现场物理量进行实时采集、保存、处理与显示；自动识别现场安装的传感器数量、传感器号和量程；自动和手动两种采集方式，自动采集适用于长期无人值班的固定场合，手动采集便于对分布在不同区域的物理量进行测试；与ＰＣ机通讯，可根据需要将采集数据下载至ＰＣ数据库；实时打印；自检功能，避免了系统运行过程中可能遇到本身无法容错处理的异常事件而导致的死机现象。

１ 硬件设计

１．１ 总体设计原则

根据高可靠、低功耗、小体积的设计思想及应用对象几乎对采集速度无要求（此处指系统本身的采集速度已远远超过实际应用要求）的特性，总体设计原则是： 元器件采用低功耗、宽范围工作电源的ＣＭＯＳ集成电路；总线采用口线少的串行总线；允许情况下，尽量用软件实现硬件功能，用中断代替查询工作方式；一旦系统空闲则立即使其进入低功耗休眠状态，当需要时再用外部中断予以唤醒。

１．２ 硬件组成

根据总体设计原则，硬件组成如图１所示。其中：单片机为美国ＭｉｃｒｏＣｈｉｐ公司的中档产品ＰＩＣ１６Ｃ７４，＋５Ｖ供电、４ＭＨｚ主频时功耗低于２ｍＡ；Ｅ２ＰＲＯＭ存储阵列由超低工作电压（＋２．５Ｖ～＋５．５Ｖ）、具有可编程选择多种特性的８ＫＢ智能化电可擦除存贮器２４ＬＣ６５芯片组成。其中，０＃为传感器识别片（以下简称识别片），保存现场实际安装的传感器数量、传感器号及量程。该芯片被设计在放大器板上，永久安装于现场。传感器号由４位数字组成，前２位表示组号，后２位表示传感器组内号。１＃ 为字典片，分为三个存储区：第一存储区被设置成高寿命写入区，保存表头参数，如疵点单元计数器、记录计数器、记录指针、自动采集时间等；第二存贮区为字典区，保存传感器修正系数、实时打印所涉及的汉字国标码等，查找时以传感器号为关键字进行指针定位；第三存储区被定义为疵点单元地址队列，保存在写过程中遇到的疵点单元地址。２＃～７＃ 为数据片，保存实时采集的数据。ＲＳ２３２口为最简单的零调制３线经济型，具有双重功能，接上ＴＰμＰ＿Ｔ微型打印机，则进行实时打印；接上ＰＣ机，则与ＰＣ进行全双工通讯。Ａ／Ｄ转换器ＭＡＸ１８９为串行、１２位逐次逼近型，功耗７５ｍＷ，最大转换时间８．５μｓ。实时时钟ＤＳ１３０２具有可编程涓流充电功能，能够提供秒、分、时、日、月、星期、年至２１００年，并且对闰年和小于３１天的月份进行自动调节。键盘由手动、自动、通讯、打印、清零等五个触摸按键组成，通过按键产生外部中断唤醒单片机完成相应功能。液晶显示器（ＬＣＤ）采用４位半静态方式驱动，用来显示处理后的结果以及系统运行过程中检错的代码。３２．７６８ｋＨｚ晶振用于自动采集时产生定时中断。

本记录仪基本工作原理是：一旦系统完成某项工作后，立即进入低功耗休眠状态，当需要时再由外部中断予以唤醒。

１．３．１ 加电初始化

加电后，首先初始化有关寄存器和接口，然后自检各功能部件。测试结果无论正常或错误均以代码形式显示在ＬＣＤ上，进入休眠状态。

１．３．２ 采 集

本记录仪有自动和手动两种采集方式。

休眠状态下，当按手动键时则进入手动采集过程。首先读识别片和字典片，以确立现场中实际安装的传感器数量、量程及数据片可写空间。若数据片未写满，则从组内０通道传感器开始，循环对现场中实际安装的所有传感器进行采集、处理、显示，直至当再按一次手动键时，方将传感器号、量程、最近一次采集值（注意煵皇鞘凳贝理后结果，而是原始Ａ／Ｄ转换码值）以及采集时刻的日历信息─年、月、日、时、分、秒等组成的记录写入记录指针指向的数据片中，接着对表头参数进行修改，进入休眠状态。