一种新型SOC单片机在水平仪温度补偿的应用实用资料.doc

一种新型SOC单片机在水平仪温度补偿的应用（完整版）实用资料(可以直接使用，可编辑 完整版实用资料，欢迎下载）第28卷第2期2006年4月压电与声光PIEZOELECTECTRICS&ACOUSTOOPTICSVol.28No.2Apr.2006文章编号:100422474(2006)0120219202一种新型SOC单片机在水平仪温度补偿的应用芶志平,刘勇,刘华,田先宝(四川压电与声光技术研究所,重庆400060)摘要:在CW系列型水平仪的研制中,采用SOC单片机C8051F023为水平仪作温度曲线补偿。SOC单片机C8051F023具有与MCS251内核及指令集完全兼容的微控制器,片内还集成了12位高速A/D转换器、12位D/A转换器和温度传感器等模拟部件。利用C8051F023片内集成的A/D转换器采集水平仪的输出信号,通过FIR数字滤波器滤出噪音和干扰信号,再根据温度传感器数据与标定的水平仪温度逐次漂移进行多点分段线性补偿,从而消除水平仪温度逐次漂移误差。SOC单片机进行温度曲线补偿的方法,在硬件成本增加很少的情况下,提高了水平仪的精度及可靠性,减少了实验成本、实验周期,有较好的社会效益和经济效益。关键词:水平仪;SOC单片机;温度补偿中图分类号:V241文献标识码:ATheApplicationofaNewGOULua,TIANXian2bao(SichuanTechnology,Chongqing400060,China)Abstract:InoflevellerofCWseries,C8051F023typeSOCMCUisadoptedforcom2pensatingofcurveThemicrocontrolunionofSOCMCUonwhichsimulationunitslike12bithigh2speedA/converter,12bitD/Aconverterandtemperaturesensorsareintegrated,istotallycompatibletothecoreandcommandsofMCS251.ThesignaloflevelmeterispickedoutfromA/DconverterinC8051F023be2forethenoiseandtheinterferingsignalisfilteredinFIRdigitalfilter,thusthetemperaturesequentialdrifterrorisremovedthroughlinearcompensationinresponsetothedataoftemperatureconverterandcalibrationtemperatureoftheleveller.ThemethodoftemperaturecompensationusingSOCMCUraisedtheprecisionandstabilizationofthelevellerwithouttoomanyraiseofhardwarecosts.Italsoreducedthecostsandtheperiodofthetest.Keywords:leveller;SOCMCU;temperaturecompensation在CW系列型水平仪的研制中,采用了Cygnal公司的新型SOC单片机C8051F023,利用SOC单片机片上的温度传感器感应温度、片上D/A输出偏移电压补偿水平仪零位,以较低的成本完全取代了水平仪上传统的热敏电阻补偿方法。因单片机的可编程性,当水平仪的加速度计状态发生改变时,只需调整软件参数而无须硬件改动,相对于传统的热敏电阻补偿法,它更具有可控性与可靠性。度比标准的8051有了大幅提高,在同样的系统时钟频率下,C8051F系列处理速度是标准的8051的510倍。1C8051F系列单片机简介C8051F系列单片机是美国Cygnal公司开发的集成混合信号片上系统SOC,具有与MCS251内核及指令集完全兼容的微控制器,除了具有标准8051的数字外设部件之外,片内还集成了数据采集和控制系统中常用的模拟部件和其他数字外设及功能部件(见图1)。C8051F系列单片机CIP251内核,与标准的8051指令完全兼容。与标准的8051相比,C8051F系列指令处理用流水线结构,70%的指令执行是在一个或两个系统时钟周期内完成,因此速图1C8051F系列单片机原理图2系统设计2.1硬件设计单片微机系统硬件主要由C8051F023单片机收稿日期:2005203210作者简介:芶志平(19762),男,四川省蓬安县人,工程师,主要从事惯性器件与系统的研究。160压电与声光2006年和求和电路组成(见图2)。的值,采用热敏电阻补偿在每一次改变都要调试硬件电路,消耗大量的人力物力。在研制的生产中,这个问题不太突出;在批量生产中,每一套产品调试都需改变硬件参数,大量的人力资源消耗在硬件调试上,在短时间内不可能完成批量产品。而采用SOC单片机进行温度补偿,在水平仪温度逐次漂移误差改变时,只需修改软件参数,不做任何硬件调试,节省了人力和时间,缩短了生产周期,提高了产品的精度和可靠性。图2硬件框图2.2软件设计本系统的软件主要由主程序、定时子程序、多路数据采集子程序、多路数据输出子程序及数据解算子程序5部分组成。图3为主程序运行流程图。在数据解算子程序中,多路数据采集子程序采集通过FIR数字滤波器滤出噪音和干扰信号,再根据温度传感器数据与标定的水平仪温度逐次漂移进行多点分段线性补偿,从而消除水平仪温度逐次漂移误差。4与传统补偿方法的比较在传统的热敏电阻补偿网络补偿法中,因热敏,制约了水平仪在,大大降低了补偿带来的离散性及非线形。由于水平仪输出随温度、时间及实验前后在一定时间内出现不重复性的特征,因此,在用热敏电阻补偿网络进行补偿时,需要对补偿网络元件进行更换,需花费很多的时间和精力,同时再次焊接容易出现虚焊和短路现象,大大降低了产品的可靠性。并且由于热敏电阻的不一致性,使理论补偿量与实际补偿量存在很大误差,因而调整次数增加,实验次数也相应增加,实验成本也会大幅增加。又因为水平仪在进行高低温实验后,需图3软件流程图3先进性在传统的热敏电阻补偿法中,因热敏电阻自身存在离散性,在全温度范围补偿效果难如人意;采用SOC单片机进行温度补偿可根据温度传感器数据与标定的水平仪温度逐次漂移进行多点分段线性补偿,完全没有离散性。水平仪温度逐次漂移误差随时间与实验前后而发生改变,并不是一个完全固定要较长时间的恢复才能稳定,在增加实验次数的同时,实验周期将成倍增加。而采用SOC单片机进行温度曲线补偿,只需要改变软件补偿参数,进行在线输入,不需要改变硬件,并且理论补偿量与实际补偿量会非常一致,从而提高了产品的精度。所以,SOC单片机进行温度曲线补偿方法,在元器件成本增加很少的情况下,提高了产品的精度及可靠性,减少了实验成本、实验周期,有较好的社会效益和经济效益。表1为新型SOC单片机温度曲线补偿与传统热敏电阻补偿网络的对比。表1新型SOC单片机温度曲线补偿与传统热敏电阻补偿网络的对比补偿方法热敏电阻补偿法SOC温度曲线补偿法精度可靠性实验成本实验周期大于15天小于7天元器件成本硬件调整需要调整补偿网络不需要软件在线补偿提高40%以上提高20%以上减少60%以上增加100元左右5结束语在研制的CW型系列水平仪中,由于采用了SOC单片机片上系统进行温度补偿,在成本增加很少的情况下,水平仪的精度在全温度范围内达到小于2,完全满足用户要求。所设计的SOC单片机补偿方法对提高水平仪的精度和可靠性以及缩短水平仪的生产周期均有很重要的作用。用单片机控制的干电池充电器附程序+中英文翻译e, high accuracy A/ D conversion, and super-speed PWM etc. function make use ofing refreshing in the control, detailedly relating its hardware with software of single slice. Key Words: Alkaline dry battery The charger The A/D convertsSingle chip microcomputer of PIC12F683 PWM control前 言3第1章 绪 论41.1 PIC单片机41.1.1PIC系列单片机的优点51.1.2 所用的PIC12F683单片机61.1.3 PIC12F683的一些主要功能模块71.2 所用PIC12F683的合理性与必要性111.3 充电技术概述11第2章 MPLAB集成开发环境软件包122.1 MPLAB软件介绍132.2 MPLAB-ICD在线调试工具套件及其应用142.3 MPLAB-ICD套件中包含以下几种部件：15n结构的高性价比嵌入式控制器，其高速度，低电压工作，低功耗，强大驱动能力，低价OTP技术，体积小巧等都体现了单片机工业的新趋势。PIC单片机从覆盖市场的角度出发，发展出三个层次系列多种型号的产品来满足不同的产品设计需求。PIC单片机总线结构采取数据总线和指令线分离独立的哈佛（Harvard）结构，具有很高的流水处理速度。它的精简指令集结构(RISC)基本上使它所有得知另都是单字节，因此其程序空间的效率比一般单片机高很多。PIC单片机已经是世界上最具有影响力的嵌入式微控制器之一。 第1章 绪 论1.1 PIC单片机 提到单片机，有人这样说，凡是能想到到的地方，单片机都可以用得上这并不夸张。全世界单片机的年产量已亿计，应用范围很广，花样也很多。如应用于电信，家用电器，计算机外围设备，办公自动化，工业控制，商用电子，n下，TMR0在每个GP2/TOCK1的上生/下降沿递增。上升/下降沿选择由TOSE位（OPTION4）来确定。TOSE位为0则选择上升沿，1则选择下降沿。TIMER0中断当TIMER0从FFH到00H溢出时将产生中断。这是相应的中断请求标志位TOIF（INTCON2）被置1。清零TOIF位（INTCON5）可屏蔽这一中断，在重新允许中断之前，TOIF位必须由TMR0中断服务子程序用软件清零。由于在睡眠状态下TMR0不工作，所以TMR0中断不能将芯片从睡眠状态唤醒。（2）外部时钟用于TIMER0当外部时钟用于TMR0时，它要与内部时钟同步，所以，/*/本文档为3A学习网宣传资料，如需全套资料，请上网站-3A学习网-选择，打开百度首页，输入“3A学习网”字样即可。/*/收稿日期:2005203210作者简介:芶志平(19762,男,四川省蓬安县人,工程师,主要从事惯性器件与系统的研究。文章编号:100422474(20060120219202一种新型SOC 单片机在水平仪温度补偿的应用芶志平,刘勇,刘华,田先宝(四川压电与声光技术研究所,重庆400060摘要:在CW 系列型水平仪的研制中,采用SOC 单片机C8051F023为水平仪作温度曲线补偿。SOC 单片机C8051F023具有与MCS 251内核及指令集完全兼容的微控制器,片内还集成了12位高速A/D 转换器、12位D/A 转换器和温度传感器等模拟部件。利用C8051F023片内集成的A/D 转换器采集水平仪的输出信号,通过FIR 数字滤波器滤出噪音和干扰信号,再根据温度传感器数据与标定的水平仪温度逐次漂移进行多点分段线性补偿,从而消除水平仪温度逐次漂移误差。SOC 单片机进行温度曲线补偿的方法,在硬件成本增加很少的情况下,提高了水平仪的精度及可靠性,减少了实验成本、实验周期,有较好的社会效益和经济效益。关键词:水平仪;SOC 单片机;温度补偿中图分类号:V241文献标识码:AThe Application of a N e w SOC MCU in T emperatureCompensation of a LevellerG OU Zhi 2ping ,L IU Yong ,L IU H ua ,TIAN Xian 2bao(Sichuan Institute of Piezoelectric and Acoustooptics Technology ,Chongqing 400060,China Abstract :In research and manufacture of leveller of CW series ,C8051F023type SOC MCU is adopted for com 2pensating of temperature curve of leveller.The micro control union of SOC MCU on which simulation units like 12bit high 2speed A/D converter ,12bit D/A converter and temperature sensors are integrated ,is totally compatible to the core and commands of MCS 251.The signal of level meter is picked out f rom A/D converter inC8051F023be 2fore the noise and the interfering signal is filtered in FIR digital filter ,thus the temperature sequential drift error is removed through linear compensation in response to the data of temperature converter and calibration temperature of the leveller.The method of temperature compensation using SOC MCU raised the precision and stabilization of the leveller without too many raise of hardware costs.It also reduced the costs and the period of the test.K ey w ords :leveller ;SOC MCU ;temperature compensation 在CW 系列型水平仪的研制中,采用了Cygnal 公司的新型SOC 单片机C8051F023,利用SOC 单片机片上的温度传感器感应温度、片上D/A 输出偏移电压补偿水平仪零位,以较低的成本完全取代了水平仪上传统的热敏电阻补偿方法。因单片机的可编程性,当水平仪的加速度计状态发生改变时,只需调整软件参数而无须硬件改动,相对于传统的热敏电阻补偿法,它更具有可控性与可靠性。1C8051F 系列单片机简介C8051F 系列单片机是美国Cygnal 公司开发的集成混合信号片上系统SOC ,具有与MCS 251内核及指令集完全兼容的微控制器,除了具有标准8051的数字外设部件之外,片内还集成了数据采集和控制系统中常用的模拟部件和其他数字外设及功能部件(见图1。C8051F 系列单片机CIP 251内核,与标准的8051指令完全兼容。与标准的8051相比,C8051F 系列指令处理用流水线结构,70%的指令执行是在一个或两个系统时钟周期内完成,因此速度比标准的8051有了大幅提高,在同样的系统时钟频率下,C8051F 系列处理速度是标准的8051的510倍 。图1C8051F 系列单片机原理图2系统设计2.1硬件设计单片微机系统硬件主要由C8051F023单片机第28卷第2期压电与声光Vol.28No.22006年4月PIEZO EL ECTECTRICS &ACOUSTOOPTICSApr.2006和求和电路组成(见图2 。图2硬件框图2.2软件设计本系统的软件主要由主程序、定时子程序、多路数据采集子程序、多路数据输出子程序及数据解算子程序5部分组成。图3为主程序运行流程图。在数据解算子程序中,多路数据采集子程序采集通过FIR 数字滤波器滤出噪音和干扰信号,再根据温度传感器数据与标定的水平仪温度逐次漂移进行多点分段线性补偿, 从而消除水平仪温度逐次漂移误差。图3软件流程图3先进性在传统的热敏电阻补偿法中,因热敏电阻自身存在离散性,在全温度范围补偿效果难如人意;采用SOC 单片机进行温度补偿可根据温度传感器数据与标定的水平仪温度逐次漂移进行多点分段线性补偿,完全没有离散性。水平仪温度逐次漂移误差随时间与实验前后而发生改变,并不是一个完全固定的值,采用热敏电阻补偿在每一次改变都要调试硬件电路,消耗大量的人力物力。在研制的生产中,这个问题不太突出;在批量生产中,每一套产品调试都需改变硬件参数,大量的人力资源消耗在硬件调试上,在短时间内不可能完成批量产品。而采用SOC 单片机进行温度补偿,在水平仪温度逐次漂移误差改变时,只需修改软件参数,不做任何硬件调试,节省了人力和时间,缩短了生产周期,提高了产品的精度和可靠性。4与传统补偿方法的比较在传统的热敏电阻补偿网络补偿法中,因热敏电阻自身存在的离散性及非线形,制约了水平仪在全温度范围内的精度,对精度要求特别高的水平仪有很大的制约。采用SOC 单片机进行温度曲线补偿,根据温度传感器数据与水平仪随温度变化的输出数据进行逐次漂移多点线性补偿,大大降低了补偿带来的离散性及非线形。由于水平仪输出随温度、时间及实验前后在一定时间内出现不重复性的特征,因此,在用热敏电阻补偿网络进行补偿时,需要对补偿网络元件进行更换,需花费很多的时间和精力,同时再次焊接容易出现虚焊和短路现象,大大降低了产品的可靠性。并且由于热敏电阻的不一致性,使理论补偿量与实际补偿量存在很大误差,因而调整次数增加,实验次数也相应增加,实验成本也会大幅增加。又因为水平仪在进行高低温实验后,需要较长时间的恢复才能稳定,在增加实验次数的同时,实验周期将成倍增加。而采用SOC 单片机进行温度曲线补偿,只需要改变软件补偿参数,进行在线输入,不需要改变硬件,并且理论补偿量与实际补偿量会非常一致,从而提高了产品的精度。所以,SOC 单片机进行温度曲线补偿方法,在元器件成本增加很少的情况下,提高了产品的精度及可靠性,减少了实验成本、实验周期,有较好的社会效益和经济效益。表1为新型SOC 单片机温度曲线补偿与传统热敏电阻补偿网络的对比。表1新型SOC 单片机温度曲线补偿与传统热敏电阻补偿网络的对比补偿方法精度可靠性实验成本实验周期元器件成本硬件调整热敏电阻补偿法大于15天需要调整补偿网络SOC 温度曲线补偿法提高40%以上提高20%以上减少60%以上小于7天增加100元左右不需要软件在线补偿5结束语在研制的CW 型系列水平仪中,由于采用了SOC 单片机片上系统进行温度补偿,在成本增加很少的情况下,水平仪的精度在全温度范围内达到小于2,完全满足用户要求。所设计的SOC 单片机补偿方法对提高水平仪的精度和可靠性以及缩短水平仪的生产周期均有很重要的作用。160压电与声光2006年