PIC32单片机在气相色谱仪中应用方案，软硬件协同

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1 主要内容 1.1课题的目的及意义 气相色谱仪是一个精密仪器，其用途非常广泛。他广泛用于石油、化工、农药、公安、白酒、环境检测、卫生防疫以及高等院校、科研部门。自1952年世界上第一次创建实用气液色谱法以来，在短短几十年间，气相色谱仪作为现代分析检测仪器的代表，已发展成为一个有相当生产规模的产业， 并形成了具有相当丰富的检测技术知识的学科。通过研究气相色谱仪的发展规律，能给使用者有益的启迪，为有关专业人员的工作带来一定的帮助。 1.2国内的外研究现状 虽然我国的气相色谱仪在短短的二、三十年间得到了长足的发展，但是这个市场的大部分配额还是长期被欧美和日本占据，主要是因为我国的技术指标还没有达到一流国家的水平，还有很多空白等待填充。 1.3本文主要的研究工作 设计一种基于Microchip 的PIC32系列单片机，通过移植ucos嵌入式操作系统设计一个控温、恒温、线性升温等指标能达到国外先进产品水平的气相色谱仪方案。使该气相色谱仪能实现了8阶以上线性控温，升温曲线上冲小，小于200摄氏度时误差可低于+_0.1°C之内，大于200摄氏度时误差可在+_0.1°C范围内。该气相色谱仪控制系统采用PIC32处理器制，实现对按键的处理，液晶的显示及与上位机的通信，温度及各功能板的控制。 2 气相色谱仪控制系统概述 2.1系统各模块简介 本系统需要595串转并、直流电机、电磁继电器、压力流量传感器、AD转换芯片、上位机通信、键盘扫描芯片、EEPROM掉电保护及液晶字库存储、液晶显示、稳压芯片等进行驱动或控制，在此，简单对这些设备进行介绍： 2.1.1 74HC595串转并 74HC595是硅结构的CMOS器件， 兼容低电压TTL电路，遵守JEDEC标准。 74HC595是具有8位移位寄存器和一个存储器，三态输出功能。 移位寄存器和存储器是分别的时钟。 数据在SCHcp的上升沿输入，在STcp的上升沿进入的存储寄存器中去。如果两个时钟连在一起，则移位寄存器总是比存储寄存器早一个脉冲。 移位寄存器有一个串行移位输入（Ds），和一个串行输出（Q7’）,和一个异步的低电平复位，存储寄存器有一个并行8位的，具备三态的总线输出，当使能OE时（为低电平），存储寄存器的数据输出到总线。 2.1.2 直流电机 直流电机在稳定性方面比交流电机更具优势，因为其电流是稳定的，能够很平稳地调整转速，故多数精密仪器都是用直流电机的，同时直流电机还可用于测速。在本系统中采用四相直流步进电机，可以对后门的闭合进行精确的控制。 2.1.3 电磁继电器 本系统是将单片机用于控制系统，而所控制的设备多是大功率器件。但是，单片机是一个弱电器件，一般情况下工作在电压为5V甚至更低，驱动电流在mA级以下。而要把它用于一些大功率场合，就要有一个“功率驱动”环节来衔接，常用的功率驱动有晶体管驱动、继电器驱动等。其中继电器驱动就是一个典型的、简单的功率驱动环节。继电器驱动含有两层含义：一是对继电器进行驱动，因为继电器本身对于单片机来说就是一个功率器件；还有就是继电器去驱动中间继电器、接触器、电动机等其他负载。所以，继电器驱动是单片机与其他大功率负载的接口。 2.1.4 压力流量传感器 两路流量表模拟信号输入：流量1：（氮气/氢气）；流量2：（氮气/氢气）； 两路传感器采用霍尼韦尔AWM3100V，3PIN，工作电压10V，无气体输入时 Output voltage=1.00_+0.5VDC，输出电压和输入气体流量成线性正比例变化，氮气/氢气比例不同需要修正，空气=氮气=1.0；氢气=0.7； 两路压力表：霍尼韦尔26PCF，4PIN，工作电压10V，可测量压力范围0-100psi和输入气体流量成线性正比例变化，满量程是输出100mv,灵敏度1mv/psi。 2.1.5 AD转换芯片 AD转换芯片采用ADS1248 TI 公司的ADS1246, ADS1247和ADS1248是高度集成的24位精密ADC,自带参考电压、可编程恒流源、内部晶振、内部模拟开关切换、集成了低噪音可编程增益放大器(PGA),带单周期设定数字滤波器的精密Delta-Sigma ADC以及振荡器,组成了完整的温度/桥式传感器应用包括热耦合,电热调节器,RTD和应力测量的前端解决方案. 2.1.6 上位机通信 使用LabView做了一个操作界面，通过串口连接到电脑，使气相色谱仪系统的控制不仅可以通过真实的按键，也可通过电脑进行远程控制，方便用户。 2.1.7 键盘扫描芯片 由于气相色谱仪的控制系统较为复杂，按键较多，为节省CPU的IO口，使用了一个按键扫描芯片来ZLG7289接受按键值，ZLG7289B是广州周立功单片机发展有限公司自行设计的，具有SPI串行接口功能的可同时驱动8位共阴式数码管(或64只独立LED)的智能显示驱动芯片，该芯片同时还可连接多达64键的键盘矩阵，单片即可完成LED显示﹑键盘接口的全部功能。ZLG7289B内部含有译码器，可直接接受BCD码或16进制码，并同时具有2种译码方式，此外，还具有多种控制指令，如消隐﹑闪烁﹑左移﹑右移﹑段寻址等。ZLG7289B具有片选信号，可方便地实现多于8位的显示或多于64键的键盘接口。典型应用：仪器仪表，工业控制器，条形显示器，控制面板等。 2.1.8 EEPROM掉电保护及液晶字库存储 EEPROM模块分为两部分： 第一部分是液晶字库的存储，因为试用的液晶为320*240的大液晶，使用PIC自带的RAM肯定不够，因此在外围加了一个AT24C512 64K的EEROM存放字库，该AT24C512提供524,288位的串行电可擦除和可编程只读存储器（EEPROM）该器件的级联功能允许多达4个设备共享一个共同的两线总线。该器件适合用于必要用途在许多工业和商业应用需要低功耗和低电压操作。这些器件采用节省空间的8引脚PDIP，8引脚的SOIC EIAJ的8引脚JEDEC的SOIC封装，8引脚TSSOP封装，8引脚无铅阵列和8引脚封装的SAP。此外，整个家庭是利用，能够在2.7（2.7至5.5V）和1.8V（1.8V至3.6V）版本。 第二部分是掉电保护部分，采用PIC单片机内部自带的EEROM，来实现密码，温度设定值，检测参数等数据。数据EEPROM非易失性内存是一个数组，从数据存储器具有独立的RAM和程序，即数据用于长期项目的长期储存。无论是在映射的寄存器文件和程序存储空间，都是通过寄存器间接地解决特殊功能寄存器该EEPROM是在正常操作可读可写在整个VDD的范围 2.1.9 液晶显示 使用金鹏的OCM240*320液晶，它适用于中等规模的点阵液晶显示器。它能够提供液晶显示驱动器及外部显示存储器所需的全部控制信号，并且它还有一个内置的字符库，因此只需极少的外部器件就可以获得一个组织灵活的低功耗显示系统。