PIC32单片机在气相色谱仪中应用方案，软硬件协同

用microsoft公司生产的32位单片机PIC32F460F作为系统的控制芯片。Microchip公司的PIC32MX4系列是高性能通用和USB的32位闪存微控制器(MCU),下面介绍下它们的主要功能[3]：

• 带5级流水线的MIPS32® M4K™ 32位内核

• 最高80 MHz的频率

• 零等待状态闪存访问时性能为 1.56 DMIPS/MHz(Dhrystone 2.1)

• 单周期乘法单元和高性能除法单元

• MIPS16e™模式可使代码压缩最多40%

• 两组各32个32位内核文件寄存器，可减少中断延时

• 预取高速缓存模块可加速从闪存的执行速度

• 工作电压范围为2.3V至3.6V

• 32 KB至512 KB的闪存(附加一个12 KB的引导闪存)

• 8 KB至32 KB的SRAM存储器

• 引脚与大部分PIC24/dsPIC® 器件兼容

• 多种功耗管理模式

• 多个具有独立可编程优先级的中断向量

• 故障保护时钟监视器模式

• 带有片内低功耗RC振荡器的可配置看门狗定时器，确保器件可靠工作

• 2个编程和调试接口：

- 双线接口，可与应用程序进行非抢占式访问和

实时数据交换

-4线 MIPS® 标准增强型JTAG 接口

• 基于硬件的非抢占式指令跟踪

• 符合IEEE标准1149.2(JTAG)的边界扫描特性

• 最多16路通道的10位模数转换器：

- 转换速率为1000 ksps

- 可在休眠和空闲模式下进行转换

PIC32MX460F引脚图如下：

3.2 595串转并模块控制模块设计

3.2.1 595串转并模块原理及作用

在本系统中，由于控制模块较多，单单三个检测模块(FID、ECD、TCD)就需要超过72个控制口，因此使用74HC595来进行串并转换，节省IO口的资源。使用一个IO口连续送出24位，由三个74HC595级联后控制各模块。

3.2.2 模块设计与实现

图2 74HC595控制模块电路图

如图所示，此为三个检测模块中的一部分，由三个595级联而成，单片机只提供三个IO引脚，就可以控制24位来完成FID模块的功能。

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。3.3电磁阀控制模块设计

3.3.1电磁阀原理及其作用

电磁阀是用电磁控制的工业设备，用在工业控制系统中调整介质的方向、流量、速度和其他的参数。电磁阀有很多种，不同的电磁阀在控制系统的不同位置发挥作用，最常用的是单向阀、安全阀、方向控制阀、速度调节阀等。电磁阀是用电磁效应进行控制，主要的控制方式由三极管、继电器控制。这样，电磁阀可以配合不同的电路来实现预期的控制，而控制的精度和灵活性都能够保证。

电磁阀从原理上分为三大类：直动式、分步直动式和先导式。本设计要控制的电磁阀为直动式电磁阀其原理如图2-4所示：通电时，电磁线圈产生电磁力把关闭件从阀座上提起，阀门打开;断电时，电磁力消失，弹簧把关闭件压在阀座上，阀门关闭。

图3 单电控直动式电磁阀动作原理图

1-电磁铁;2-阀芯

3.3.2模块设计与实现

本系统需要控制多个电磁阀，作为气相色谱仪灵敏度，极性，粗条细调等等一系列功能的实现。本模块的设计如图2-5所示，通过三极管共射放大电路放大驱动信号，共四路分别驱动四个电磁阀。本设计只需要定时控制电磁阀的开关，三极管驱动已经可以达到系统要求，故不必用继电器电路来控制。有电磁阀控制部分的电路图可以看出电磁阀的供电方式为正极为VCC2，但通过流经三极管后负极为GND，故不能形成回路，为了解决这一问题在GND和GND2之间加一个大电流二极管，如图2-6所示，这样既能使电磁阀正常工作，又保证了电磁阀工作对单片机系统供电的干扰。

图4 电磁阀控制电路图

图5 回路二极管电路图

3.4电机控制模块设计

3.4.1直流电机原理及其控制方式

直流电动机的工作原理[8]如下：如图2-7(a)所示，则有直流电流从电刷 A 流入，经过线圈abcd，从电刷 B 流出，根据电磁力定律，载流导体ab和cd收到电磁力的作用，其方向可由左手定则判定，两段导体受到的力形成了一个转矩，使得转子逆时针转动。如果转子转到如图2-7(b)所示的位置，电刷 A 和换向片2接触，电刷 B 和换向片1接触，直流电流从电刷 A 流入，在线圈中的流动方向是dcba，从电刷 B 流出