基于单片机的光纤高温计的研究与设计

与温度的对应值，列表存入存储器内，实际测量时根据计算出的比值进行查表，就可以得到相应的温度。显示器输出测量温度，现场总线接口设备用于实现测温仪表与控制网络的通信。

图2为显示与通信系统硬件结构图。

图2显示与通信系统结构图

单片机是信号处理的核心，完成控制、计算、查表、输出和通信等功能。ATMEL公司的AT89C55具有256字节RAM，32线I/O，3个16 位定时器/计数器，6向量两级中断，一个全双工串行口。支持软件选择的两种节电运行方式，空闲方式下，使CPU停止工作，而允许RAM、定时器/计数器、串行口和中断系统继续工作。掉电方式下，片内振荡器停止工作，由于时钟被冻结，一切功能停止，只有片内RAM的内容被保存，直到硬件复位才恢复正常工作，以最大的程度降低单片机本身的功耗。此外，AT89C55设有静态逻辑，用于运行到零频率。片内集成的20K字节的程序存储器空间，使用户无须再进行程序存储器的扩展。由单片机计算并查表得到的温度值存放在RAM显示缓冲区，由LED显示器输出。

现场总线是一种全数字的双向多站点通信系统，每个节点在网络拓扑上都具有平等的地位，只是职能不同。执行测控任务的节点将采集到的数据和所执行的操作等信息转换为数字信号向网上发送，执行管理任务的节点以数字形式向网上发送命令。现场总线产品主要有 LONWORKS，CAN，PROFIBUS，HART，FF等。其中CAN总线是一种有效支持分布式控制或实时控制的串行通信网络。由于其通信速率高，可靠性好，价格低廉等特点，特别适用于工业过程监控设备的互连。

CAN是一种多主总线，采用OSI底层的3层网络结构——物理层、数据链路层和应用层。虽然通信协议比较复杂，但在开发应用系统时可以将繁杂的协议撇开，因为专用的CAN控制器芯片能够完成物理层和数据链路层的全部功能，现场仪表只需进行简单的设计和编程，完成数据传送和处理工作即可。

Philips公司的SJA1000是适用于控制器局域网的高集成度独立控制器，具有完成CAN总线通信协议所要求的全部必要特性，可以完成物理层和数据链路层的所有功能。SJA1000内部配备42B的寄存器，使用了32个地址。这些地址可分为控制段、发送缓冲段和接收缓冲段。单片机与 SJA1000之间的状态、控制和命令信号的交换在控制段中完成。单片机在初始化时将SJA1000设置为复位模式，通过对控制段编程以配置通信参数。在运行期间，单片机通过读状态寄存器了解网络的状态。

SJA1000由单片机通过8位地址数据复用总线和基本读写控制信号进行控制。SJA1000的中断请求信号INT连至单片机的外部中断输入端，CAN控制器可通过中断进行数据通信。图3为采用SJA1000的CAN总线接口。

图3 CAN总线接口电路图

SJA1000的发送输出端TX0与接收输入端RX0、RX1分别经高速集成光电耦合器6N137隔离后与CAN总线接口驱动芯片82C250相连，82C250直接与物理总线相连。82C250是CAN控制器和物理总线之间的接口，可驱动110个同样采用82C250作为总线接口的节点。普通光电耦合器中的光敏三极管不能达到1MB/s的响应速度，因此，必须采用高速光电耦合器6N137进行光电隔离。6N137中采用了光敏二极管和门电路，可以满足高速数字信号的传输。6N137的应用实现了CAN总线与节点弱电智能部分间的隔离，有助于提高节点装置的安全性和可靠性。

7 主程序设计

主程序对系统的运行起着调动和监控的作用，主要功能为启动两路A/D转换、读取两路电压数据、计算比值、查表求温度值、送LED显示、与CAN总线通信等。