该文提出了 一种以ATMEGA32单片机为控制核心的新型精密数字压力表的设计方法。介绍了该系统整体结构和利用单片机 实现多机通信的工作原理及软硬件设计。

1.引言

在科技飞速发展的今天，新技术、新产品层出不穷，尤其是电子技术的发展给我们的生活带来了巨大的变化，计算机微处理器 技术的发展使人类许多梦想变成现实。在仪器、仪表行业，从前单功能的模拟仪器仪表正向着数字化、多功能、智能化方向发展。当 前，在许多需要长时期工作的仪表设计中，仪表的功耗与精度是设计者首先面临的问题，在精度满足要求的前提下，选择低功耗、微 功耗元件及处理器，并在设计时应用低功耗思想成为必然的选择。下面就笔者在设计数字式压力表中应用的技术简要予以介绍。

2.压力表构成

在压力表的整个设计过程中，我们始终围绕微功耗、高性能这一核心来完成项目指标。

所采用的硅压阳式压力传感器抗过载和抗冲击能力强、温度漂移小、稳定性高，具有很高的测量精度，由于其具有体积小、安装 使用方便、灵敏度高、性能稳定等特点，所以在各种正负压力测量中得到广泛应用。

MCU采用ATMEGA32，ATMEG32大多数指令执行时间为单个时钟周期，硬件乘法器只需两个时钟周期，32K字节的系统内可 编程Flash及1024字节的EEPROM，其擦写寿命分别可达10,000次与100,000次。多达6种睡眠模式：空闲模式、ADC噪声抑制模 式、省电模式、掉电模式、Standby模式以及扩展的Standby模式，速度可达16MHz，是一款名副其实的高性能、低功耗的微处理器。

MCP4921是一款带串行接口的12位D/A转换芯片，其设定时间快至4.5us,精度可达±0.2 LSB DNL，±2 LSB INL，两种增益输 出模式，多用于一些要求高精度的工业场合。

HT1621是128点内存映象和多功能的LCD驱动器，HT1621 的软件配置特性使它适用于多种LCD应用场合包括LCD模块和 显示子系统，用于连接主控制器和HT1621的管脚只有4或5条，

重要的是HT1621还有一个节电命令用于降低系统功耗。

美信公司的MAX232收发器所具有的低电源、多通道特点又 为实现低功耗、多机通讯提供了条件。系统框图如图1。

3.V/I转换电路

将一个电压源信号线性地转换为电流源信号，在仪器仪表及 自动化系统设计中经常会遇到。对这种电路的基本要求是：

1）输出电流与输入电压成正比；

2）输出电流为恒流源。即当负载电阻在规定范围内变化时，

输出电流保持不变；

3）输出电流对电源变化、环境温度等的变化不敏感。

一般地，还要附加一个要求，即输入电压与输出电流共地。

一种典型的V/I变换器要求将1~5V输入电压线性地转换为4~

20mA电流源输出，基本精度在0.3%以内；当负载在0~300D变化 时，输出电流变化应在规定精度之内。

依此要求我们设计了一种实用化电路（框图如图2)，其电路 原理在此不再做详细介绍，经过按照此电路设计的产品验证，其 精度在要求范围内，有很好的性价比。

4.多机通信实现

随着计算机技术和通讯技术的发展，目前在工业过程控制、数据采集、办公自动化等方面，都出现了利用计算机和单片机组成 主从式系统，以实现集中监控和无纸办公.在这些系统中，单片机一般是充当从机，用于执行数据采集、处理和控制，而计算机则用于 人机接口管理和系统资源的高层抠制(数据的存储和检索、显示界面的更新、从机的调度等)。这类系统中计算机与单片机的数据通 讯技术是决定整个系统性能的关键。

4.1 RS-232串行总线接口

目前RS-232是PC机及通信工业中应用最广泛的一种串行接口。RS-232被定义为一种在低速率串行通信中增加通信距离的 单端标准。RS 一 232采取不平衡传输方式，即所谓单端通信。典型的RS-232信号在正负电平之间摆动，在发送数据时，发送端驱动 器输出正电平在+5V~+15V之间，负电平在-5V—15V之间。当无数据传输时，线上为TTL电平，从开始传送数据到结束，线上电平 从TTL电平到RS-232电平再返回TTL电平。接收器典型的工作电平在+3V~+12V与-3V—12V之间。经典RS-232接口是为点对 点(即一对收、发设备)通信而设计的。

4.2计算机和单片机通讯接口硬件电路

由于计算机的串行口是采用RS-232C标准，其电器特性与单片机的TTL电平不同，如要互连，必须进行电平转换。这种电平的 转换有多种方式，可以采用标准的RS-232C电平转换器MC1488和MC1489来完成，也可以采用三极管等分立件组成电路进行电 平转换，还可以利用集成的RS232接口芯片进行电平转换，本设计就采用了 MAXIM公司的MAX232。综合各种方式，利用标准的 1488和1489需要正负12V电源；利用分立件组成电路，故障点较多；因此，利用集成的接口芯片是最好的选择。

4.3 一对多RS-232串口电路的实现

为了实现1台PC机与多个从机进行数据通信，将各主、从系统的RS-232通信电路按下图所示进行设计。每个从机使用1个 驱动器作为回送主机驱动电路(图中驱动器1)，使用另一驱动器作为驱动下一从机的驱动电路(图中驱动器2)只使用1个接收器作 为接收转换电路。具体方案如下：

主机发送回路TXD:将主机发送TXD及第3脚连接到第1个从机MAX232的接收器。接收器的输出分为2路，其中l路输 入到从机的CPU，而另l路再输人到其MAX232的驱动器2，再将驱动器2的输出输入到下一从机接收器。如此将所有从机串联起 来。这样主机的负载与点对点时是一样的，从而大大地减轻了主机的负载；并且传送距离由主机和各从机共同承担，相对而言缩短 了传输线路的长度，减小了线路上的分布电容，增强了驱动能力，可靠性也得到了提高。

主机接收回路RXD:因各从机在待机时驱动器输出都处于 低电平，若将它们直接并接到主机的RXD，则当某一从机收到命 令要向主机回送数据时，其驱动器输出因被其它从机驱动器输出 拉死在低电平而不能送出高电平。因此，各从机MAX232的驱动 器l输出需经二极管隔离后再并联在一起，连接到主机的第2脚 RXD。这样，各从机驱动器输出之间的电平互不干扰，且每个从机 回送数据的负载与点对点时也相同。

4.4通讯软件设计

1）计算机通讯软件的设计

计算机上通讯软件可以使用Windows的API函数来实现。其 中用到的函数有：GreatFile，ReadFile，WriteFile，PurgeComm，Get- CommState，SetCommState.这些函数的使用可以参考编程语言的相关资料，设计时主要是对串口参数的设定需要根据与单片机通讯的特点，设置波特率、每帧信息为II位(8位数据位，I位起始位，I 位结束位，还I位第9位)，注意这里的第9位是用奇偶校验位来区分地址帧还是数据命令帧。这种通讯方式可以采用累加和的校验 方法进行数据的可靠性校验。

2）单片机通讯软件的设计

单片机的通讯软件设计中，使用了串口中断方式来完成通讯的收发。定时器I(T1)作为波特率发生器，串行口设置为方式2或方 式3，由第9位区分地址帧还是命令帧。当某台单片机的地址与计算机发出的地址一致时，这台单片机就发出应答信号给计算机，这 样就可以实现计算机和多台单片机的通讯了。

本电路设计为一对多通信方式，每个从机分配一个不同的地址，地址码和通信数据中的字符不能相同或冲突。主机可呼叫每 一个从机，从机不能呼叫主机，从机之间不能通信。

4.总结

本系统以ATMEGA32为核心，对压力传感器发送过来的信号进行处理。可利用液晶和按键或PC机界面实现人机交互。主要功 能包括压力检测、量程设置、峰值设置、报警设置、与PC机通讯等。通过RS-232总线实现了单片机和PC机的多机通信，具有很高 的测量精度；且系统的硬件电路简单，软件编程可靠，具有较高的实用价值。