基于單片機的角度測量儀的設計

　　1. 3 單片機與外圍器件的數(shù)據(jù)通信

　　單片機與光電編碼器：因為光電編碼器獲得角度值的速度遠大于單片機的工作速度，所以，單片機可以認為光電編碼器上的數(shù)據(jù)總是處于準備好狀態(tài)，單片機隨時可以讀取有效數(shù)據(jù)，16 位的角度值分成高8 位和低8 位兩次讀取，它們之間的數(shù)據(jù)是并行無條件傳送。

　　單片機與MAX7219 :從單片機和MAX7219的工作速度來看，CPU 兩次發(fā)送數(shù)據(jù)給MAX7219 的時間間隔，足以保證單片機訪問MAX7219 時，MAX7219 總是處于準備好狀態(tài)。而MAX7219 又是串行L ED 顯示驅動器，因此，單片機與MAX7219 的數(shù)據(jù)傳送是串行無條件傳送。

　　單片機與MAX813 :因為單片機向MAX813發(fā)送數(shù)據(jù)時，MAX813 只等待接收單片機的初始化數(shù)據(jù)而并無其它的工作其工作速度足夠快，可以認為MAX813 總是處于準備好狀態(tài)。因此，單片機與MAX813 的數(shù)據(jù)傳送也是串行無條件傳送。

　　2 軟件設計原理

　　角度測量儀啟動工作后，單片機的工作過程是：系統(tǒng)啟動后，初始化外部看門狗，初始化顯示驅動芯片MAX7219 ,給看門狗計數(shù)器賦初值，讀取光電編碼器獲取的角度值，當角度偏差值處在某一特定范圍時，單片機發(fā)出控制信號點亮與該范圍相對應的指示燈，將當前的角度值轉換成密位值顯示在數(shù)碼屏，又重新給看門狗計數(shù)器賦初值，進入下一個工作循環(huán)。主函數(shù)的工作流程如圖3 所示。

圖3 主函數(shù)流程圖

請注意，流程圖中，帶雙線邊的矩形框表示該部分為函數(shù)。在本課題的軟件設計中，采用了C51 編程語言，因為用C51 編程不僅效率高，而且可讀性很強。

　　下面給出主函數(shù)的源代碼。

　　void main （void）

　　{

　　WDI = 0 ; / / 初始化看門狗

　　InitMax7219 （） ; / / 初始化MAX7219 的函數(shù)

　　while （1） {

　　WDI = 1 ; / /喂狗

　　WDI = 0 ; / /喂狗

　　GetAngle （） ; / / 讀角度值的函數(shù)

　　MachView（） ; / / 指示燈匹配顯示的函數(shù)

　　GetMil （） ; / / 計算密位值的函數(shù)

　　DisplayMil （） ; / / 顯示密位的函數(shù)

　　}

　　}

　　在主函數(shù)調用的幾個函數(shù)中，InitMax7219（） 的功能是初始化L ED 顯示驅動器MAX7219 ,單片機向MAX7219 發(fā)送消影控制、亮度、掃描范圍、譯碼方式信息。

　　GetAngle （） 的功能是從光電編碼器讀角度值，先讀高8 位，再讀低8 位，然后將高8 位和低8 位合并，最后舍去最低位（光電編碼器的有效數(shù)據(jù)是15 位） .

　　MachView（） 的功能是角度偏差指示燈匹配顯示，將該角度值與系統(tǒng)預設的角度值比較，判斷瞄準的角度值是偏高、偏低還是適中。如果角度值偏高，那么單片機就發(fā)出控制命令，使偏高指示燈亮，如果偏低，則令偏低指示燈亮，否則令適中指示燈亮。

　　值得注意的是，計算密位值的函數(shù)GetMil（） 的代碼編寫，要考慮角度的轉換精度，在本課題中，采用了C51 中的long 型變量來分別存放密位的整數(shù)和小數(shù)部分，并將角度的小數(shù)部分放大十萬倍后參加運算，保證轉換精度。

　　DisplayMil（ ）的功能是驅動MAX7219 顯示密位。首先顯示密位，判斷此角度是否進入預設區(qū)，如果是，熄滅符號燈，各位顯示0;如果沒有，判斷角度值是否為負，如果是，顯示負號，如果是正，不顯示負號，然后將角度值顯示在L ED顯示屏上。

　　由于篇幅所限，程序的源代碼沒有給出。

　　3 結束語

　　為了使角度測量儀能在各種可能的惡劣環(huán)境下（如高溫、低溫、振動等環(huán)境） 正常工作，在整個設計過程中，要著重考慮的問題是硬件的可靠性和軟件的可靠性。設計時的注意事項如下： （1）電源芯片的額定功率選擇要留有余量。（2） 元器件選擇工業(yè)級或軍用級產品。（3） 采用硬件看門狗方案，防止單片機程序鎖死。本課題設計的樣機已處于測試階段，目前已通過了常溫和多種環(huán)境試驗的測試。