基于P89C669的硬度计核心模块设计

　　0 引言

　　仪器的智能化、 高精度、 简便操作、 消除人为误差等领域， 是机械技术与电子技术、 计算机技术、 磁技术、 光学、 声学等学科相结合应用与发展的重要领域。本文设计了以具有大容量 ROM 的 P89C669 处理器为核心， 基于容栅传感器的硬度测量仪器的核心模块。 系统采用 320×240 像素的 LCD 液晶图形显示模块设计互动图形用户界面， 用于显示测量结果和测量过程。 符合人体工程学、 具有美感和满足功能要求的按键与易于操作的菜单， 实现了仪器 10 按键图形菜单操作。 同时设计了对测量数据进行分析处理、 保存、 查找、 打印、 转换的应用软件。

　　1 核心模块部分硬件设计

　　1.1 具有大容量 ROM 的 P89C669 单片机

　　P89C669 是基于 PHILIPS 半导体新 51MX 内核的首类 Flash 微控制器。 它有 96k 字节的 Flash 程序存储器、2k 字节的数据 SRAM、 1 个可编程计数器阵列 (PCA)、可配置成不同时间范围的看门狗定时器 (通过 SFR 的位设置)、 2 个增强型 UART 以及字节型 I2C 总线串行接口。 包括 1 个非易失性 Flash 程序存储器，可用于并行编程以及串行在系统编程和在应用中编程。 因此， 采用P89C669 可以编写规模较大 、功能较全的程序，更有利于系统软件远程更新和升级。 硬度计核心模块的硬件电路框图如图 1 所示。

　　1.2 容栅传感器

　　容栅传感器[2]是一种基于变面积工作原理，可测量大位移的电容式数字传感器，与其它数字式位移传感器，如光栅、 感应同步器等相比， 具有体积小、结构简单、 分辨率和准确度高、测量速度快、功耗小、成本低、 对使用环境要求不高等突出的特点，因此在电子测量技术中占有十分重要的地位。

　　在整个测量系统中，容栅传感器的主要作用是把机械位移量转变成电信号的相位变化量， 然后送给测量电路进行数据处理。容栅传感器每秒发八组数据，每组数据28 位，低位在前，时钟CLK 上升沿数据DA 有效，数据信号时序如图 2 所示。

　　1.3 Flash 数据存储器

　　由于系统要存放大量的初始化数据和测试数据， 因此需要大容量的存储芯片。 可选用的存储芯片主要有EEPROM、 Flash、 FRAM 等类型 。 FRAM 存储器虽然擦写次数无限制但其价格昂贵， EEPROM、 Flash 型存储芯片虽有擦写次数的限制但价格较低， 其中 Flash 存储容量大。 本文选用的 AT24C512 是 64KB 串行电可擦的可编程存储器， 内部有 512 页， 每一页为 128 字节， 任一单元的地址为 16 位， 地址范围为 0000-0FFFH。 本设计共可存储 500 条数据记录， 每条数据记录包含数据编号、测量日期、 硬度平均值、 最大值、 最小值、 硬度换算值、30 次测量数据、 上下限硬度值等信息; 存放用于上电恢复的硬度值、 系统自检参数和各项参数设置值等。