AVR单片机AT90S8515及其应用

AVR单片机AT90S8515及其应用

OnAVRSCU2AT9OS8515anditsApplication张艳丽1,张绍楠2,高世伟3(1.佳木斯大学,黑龙江　佳木斯　154007;2.鹤岗发电有限责任公司,黑龙江　鹤岗　154109;3.天津电力公司,天津　300020)摘要:结合一种基于GPS的输电线路巡检系统的设计讨论了AT90S8515的应用。简要介绍了AT90S8515的主要特性以及系统的实现,着重给出了巡检机的硬件及其软件流程。关键词:AT90S8515;GPS(全球定位系统);巡检机[中图分类号]TP368.1[文献标识码]B[文章编号]1004-7913(2005)03-0023-03 AVR(AdvancedRISC)单片机是ATMEL公司继AT89系列之后推出的全新配置的精简指令集RISC的高性能8位单片机。设计上采用低功耗的CMOS技术,而且在软件上支持C高级语言及汇编语言。其中,AT90S8515是该系列中比较有代表性的一种,文中对其在基于GPS的输电线路巡检系统中的应用进行详实地说明。1　AT90S8515简介AT90S8515硬件应用Harward结构,具有预取指令功能,使得指令可以在一个时钟周期内执行;具有120条功能强大的指令,大多数执行为单周期,每MHz可实现IMIPS的处理能力,芯片外封装(PDIP)如图1所示。其主要特点如下。a.8K字节可下载的flash程序存储器。b.512字节在线可编程E

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PROM(可擦写10万次)和512字节的SRAM。c.32个通用I/O口线的64个I/O专用寄存器。d.32个通用寄存器,可直接与算术逻辑单元(ALU)相连,克服了单一累加器在数据处理的瓶颈现象。e.一个8位定时器/计数器T/CO,一个16位带预分频及比较模式、捕获模式及双工8位、9位或10

位的PWM输出的定时器/计数器T/C1。f.具有内外中断源。g.内含可编程看门狗定时器和片内晶振。h.具有可编程的串行异步通信UART接口和主从式SPI串行接口。i.具有2种通过软件选择的省电模式:空闲模式、掉电模式。j.供电电压在410～610V内可以全静态工作范围为0～8MHz。

图1　AT90S8515的引脚结构(PDIP)k.与MCS251系列的8752/89c52/8x51FA/FB引脚兼容,仅复位电平要求不同:MCS251高电平复位,AVR低电平复位。2　巡检系统的实现传统的输电线路巡检工作是巡检人员按计划进行巡检并将线路缺陷等巡检结果进行手工记录,再进行人工录入整理,形成巡检记录及缺陷管理等书面文件或电子文件。这种手工巡检记录和缺陷管理记录使得巡检管理工作困难、复杂,缺乏科学性。322005年第3期 东北电力技术

© 1994-2006 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net目前,借助IC钮和微机技术开发研制的巡检系统基本解决了上述问题,但是必须将IC钮安放于被巡检的设备上,而且巡检时手持识读器需与杆塔上的IC钮电接触。上述系统对于输电线路巡检不很实用,因为输电线路巡检人员在很多情况下到达接触IC钮的距离是不必要的,有时甚至是困难的。为此,在GPS(全球定位系统)基础上设计了一种技术领先、工作可靠、操作简便、管理科学、性能价格比较高的输电线路巡检系统,为电力线路的安全运行提供了一个可靠的技术手段。该巡检管理系统是导航定位技术、电子技术与计算机技术有效地结合,由巡检机、通讯座、上位机及软件构成。其应用的基本思路为:在便携式巡检机内部,GPS2OEM板根据收到的星历信息解算出巡检员当前所处输电线路位置的地理信息和时间信息,微控制器通过串行通讯接收上述信息,将其整理和保存。在需要录入某杆塔的缺陷时,可通过巡检机上的按键操作,将缺陷详细情况存入巡检机中,并在LCM显示屏上显示。巡检员巡检结束后(或定期)将巡检机交给微机管理员,插入与计算机串口相连的专用通讯座中,通过计算机内的软件将巡检机内的巡检数据读入到上位机的数据库中,由上位机完成对整个系统巡检数据的整理、存储、查询、分析、打印等。该系统简化了巡检人员的工作过程,做到了巡检数据的无纸化管理,提高了巡检数据的可靠性,实现了对巡检人员科学、准确的考核与监督管理。

图2　巡检机的硬件连接简图3　巡检机的设计311　硬件设计便携式巡检机硬件设计上考虑到成本、功耗、模块标准化等因素,并为二次开发留有余地。它以AVR微控制器AT90S8515为核心及GPS-OEM模块、5个轻触按键、LCM液晶显示模块、E2PROM(AT24C256),多路转换器(DPDT),RS232串行接口等组成,硬件连接简图见图2。AT90S8515的内部具有硬件看门狗电路。看门狗定时器和看门狗定时器的控制寄存器WDTCR相应的看门狗指令控制,用软件即可实现复位,选用体积小、功耗低、点阵多、带有背光控制且具有串行接口的液晶显示模块与AT90S8515的同步串行接口SPI相接,简化了硬件电路,用三个引脚即可实现巡检缺陷的写入与显示。由于巡检点较多,数据量大,因此外扩两线串行E2PROM(AT24C256),其中SDA与单片机的PA6相接,SCL连在PA7上,可通过软件模拟的方法对巡检数据进行读写操作,即使在断电的情况下,数据也不会丢。通过PAO～PA4组成5键键盘,分别执行开机/关机、确定、清除/返回、+(光标向上选择)、-(光标向下选择)的功能,使巡检机操作简便、快捷。在本设计中,AT90S8515需要两个串行通信接口,一个与GPS2OEM板相接,另一个与上位机PC通信,因此在UART接口处采用了多路转换器(DPDT),通过轻触按键来控制PB2、PB3的电平分别进行两路通信(当PB2=0,PB3=0时接收GPS导航数据;PB2=1,PB3=1时,发送巡检记录到上位机)。其中GPS2OEM板选用美国GARMIN公司的GPS2

25LP为高精度、高质量的12通道的OEM板,具有极强的抗遮挡能力,体积小、重量轻和低功耗,快速定位、迅速重捕捉、快速启动等特点。GPS225LP板和上位机配置的是RS232标准串行接口,而AT90S8515的输出为TTL电平,因此需经芯片MAX232E电平转换后连接。

图3　巡检机的主程序流程图312　软件设计42东北电力技术 2005年第3期

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　接收GPS导航信息的流程图 巡检机的软件采用汇编语言进行编写,主要有轻触按键接口、GPS导航信息的接收、巡检缺陷输入和与上位机通讯等程序模块,主程序流程图如图3所示。为了标准、方便地输入缺陷,在此设计为汉字提示(缺陷分为三级方位),打开缺陷库并选出相应的缺陷,便可在相应的杆塔下存入该缺陷。下面着重介绍AT90S8515片内UART在本设计的应用。UART是一个全双工的通用异步收发器,特征如下:a.波特率发生器可以生成任何波特率;b.在XTAL低频率下有高的波特率;c.8位和9位数据;d.噪声滤波;e.超越误差探测;f.帧错误探测;g.错误起始位的探测;h.3个独立的中断,即TX完成,TX数据寄存器空,RX完成。UART有4个寄存器:I/O数据寄存器UDR、波特率寄存器UBRR、控制寄存器UCR和状态寄存器USR。其中UDR是两个物理分离的寄存器分享相同的I/O地址,当写入UDR寄存器时,UART的发送寄存器被写入,当读UDR寄存器时,读的是UART的接收寄存器;UBRR是8位可读/写的寄存器,用以确定波特率,无需设置定时器。在GPS导航信息

的接收模块中,工作频率8MHz下令UBRR=103(波特率4800pbs),在控制寄存器UCR中设定接收使能,采用查询UART状态寄存器USR的RXC位来接收GPS225LP输出语句之一＄GPRMC的时间、纬度、经度、日期4个信息,运用分别所经历逗号个数的计数来判断当前所处理的是哪一种定位导航参数,并做出相应的处理。由于篇幅有限,现仅列出GPS导航信息的接收流程图(见图4)。4　结束语以上的应用程序模块已在AVR实时在线仿真器ICE200上进行了调试,效果良好。AT90系列单片机全功能的I/O结构使用户无需扩展太多的外部器件即可实现复杂的功能,从而简化了产品的设计。总之,AT90系列单片机作为嵌入式高效微控制器以代码效率高、速度快、功耗低、结构完善、性能价格比高等特性越来越多地应用在仪表、商业、工业及军事等各个领域。参考文献:[1]　耿德根等.AVR高速嵌入式单处原理与应用[M].北京:北京航空航天大学出版社,2001.作者简介:张艳丽(1974—),女,硕士,从事电气工程及其自动化专业的教学及科研工作。(收稿日期　2004-11-16)522005年第3期 东北电力技术

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