基于AVR32的仪表电路设计

【摘要】以工业手持式仪表应用为前提，以新型32位AVR单片机AT32UC3A0512最小系统为基础，设计了主要电路，包括flash存储器、A/D转换器、串口通信，给出了具体的连接电路，并进行了分析。

【关键词】AT32UC3A0512；最小系统；电路

1.引言

工业化仪表是集信息获取、转换、处理、存储、传输于一体的重要技术工具，包括分析仪表、检测仪表、执行与控制仪表等几大类，也有将几部分功能集成在一起的仪表，是工业控制领域的基础和核心之一[1]。21世纪以来，仪表制造迅速发展，规模也越来越大，成为我国制造业发展最快的行业之一[2]；现在，仪表的发展水平已经成了显示国家综合国力的标志之一，各发达国家都在大力发展仪表的科技水平。

UC32A0512是一款先进的32位的AVR单片机，采用单电源3.3V供电，最高运行频率66MHz，可独立设置CPU和外设的时钟频率，支持支持全速USB2.0协议以及On-The-Go(OTG)全速及低速协议，支持10M/100M以太网介质访问控制子层协议接口(MAC)，片内自带高速FLASH和SRAM，集成了SPI、USART、TWI通信接口。其丰富的片上资源为仪表功能的扩展提供了巨大的便利条件。

2.电路总体框图

仪表电路总体框图如图1所示，时钟源及复位电路、电源、JTAG接口组成了单片机的最小系统，保证系统的正常启动运行。键盘和显示屏作为人机交互的接口，其余三部分为本文重点介绍的电路。

3.电路设计

3.1 flash存储器设计

该模块主要用来存储仪表采集的电压值和其他扩展电路的采集信息，这些信息要供给操作人员以后查看，或传至上位机，所以要保证信息在仪表掉电后不丢失。UC32A0512单片机自带512KB的flash存储和64KB的SRAM存储：flash用来存储单片机程序，单片机运行时，只能从中读取指令和固定的数据，不能进行写操作；SRAM用来存放单片机运行过程中的临时数据，虽然可随时读写，但不具备掉电保护功能。所以仪表系统必须外接一个主存储器，保证采集到的各种数据不会掉电丢失。

AT45DB161D是ATMEL公司的16M bytes的flash存储器，与单片机采用SPI接口进行连接，如图2所示。CS为SPI片选信号，低电平有效，SCK、SI、SO为SPI的时钟、数据输入输出管脚[3]。RESET管脚连接单片机的复位管脚，当出现低电平时，flash芯片停止所有读写操作，直到RESET管脚出现高电平为止。WP管脚为存储器写保护使能端，为低电平时，对存储器内受保护区域的所有操作都将被忽视，本设计将其连接到高电平，必要时可以软件控制对受保护区域的操作。

3.2 数据采集电路设计

该模块由A/D转换器TLC3548对模拟电压进行采集。与单片机采用SPI接口，如图3所示，PA15～PA18分别为单片机SPI1接口的SCK、MOSI、MISO、CS1引脚。EOC/INT引脚为A/D转换完成标志位，使能为EOC功能时，转换结束后输出高电平，使能为INT功能时，转换结束后输出低电平。CSTART和FS分别为外部采样触发信号、用于DSP接口的帧同步输入信号，本设计用不到这些功能，故将其连接到固定的高电平。

芯片参考电压为引脚REFP与REFM电压之差，其参考类型由BGAP引脚和模拟地之间的补偿电容决定：接0.1u电容时为外部参考，电压由REFP引脚输入；接0.1u和10u并联时为内部4V基准电压[4]。为了提高参考电压的稳定性，本设计采用内部基准作为参考电压。

3.3 串口通信电路设计

手持仪表在测量完信号后，需要把测量结果以数据包的形式发送给计算机，方便操作人员对测量数据进行保存和分析，因此，需要为仪表和计算机选择一个合适的通信接口。UC3A0512单片机集成有全双工的串行通用收发机，能够实现异步串行数据的接收和发送。同时，考虑到一般仪表系统传输的数据量都不大，速度要求也不高，所以选择RS-232C标准异步串行接口作为通信接口。

计算机的串口使用RS-232C电平标准，在数据接收端和发送端，逻辑“1”电平在-3～-15V，逻辑“0”电平在+3～+15V。而单片机使用的是TTL电平，所以为了保证正常通信，必须在计算机和单片机间进行电平转换[5]。本设计选择了MAXIM公司的MAX3232CSE芯片，并采用常用的9针串口（DB9），使用三线制接法，即DB9的2脚接单片机数据输出脚，3脚接计算机数据输出脚，5脚接公共地，具体电路如图4所示。

4.总结

针对新型32位AVR单片机，本文给出了部分具体的电路，为新型单片机在工业仪表中的应用提供了参考，具有较大的实用价值。

参考文献

[1]吴小平.智能仪表的发展现状研究[J].常州职业信息技术学院学报,2008,7(1):19-23.

[2]赵阳华.我国仪器仪表产业发展现状、问题及政策研究[J].中国仪器仪表,2009,3:29-33.

[3]徐春生,王太勇,邓辉等.串行DataFlash在便携式片上数采系统中的应用[J].机械与电子,2005,7:74-76.

[4]丁海松,张道信,马良川.基于DSP与TLC3548的多通道数据采集系统的设计与实现[J].工业控制计算机,2010,12(23):68-70.

[5]孙建华,赵晓典,高永飞.PC机与单片机的串口通信系统设计[J].软件导刊,2010,9:47-48.

作者简介：

周国华（1986—），河南人，电子科技大学硕士，主要从事电路与系统方面的研究。