嵌入式系统在大地电场岩性探测仪中的应用

　　1　系统硬件结构

　　本仪器以8位嵌入式系统AT89C55为核心,它具有地学仪器的便于携带、可靠性高、功耗低,抗恶劣环境等特点,由测量控制主电路、程控滤波组件、低频周期测量部件、2M字节SRAM存储区、高速EPP数据传送接口等硬件模块组成,见图1。

　　1.1　程控滤波组件

　　根据本仪器工作原理,通过滤波电路提取出不同深度的反射电磁波信号,图2是单元电路图。

　　其中A₂、W₁、C₁与A₃、W₂、C₂是两组一阶低通滤波器,其输出信号截止频率分别为f1=1/(2πC₁W₁)及f₂=1/(2πC2W2),固定电容C₁、C₂,改变电位器W₁、W₂阻值(用10倍率关系的电阻网络代替)则可改变输出信号的截止频率。

　　1.2　低频周期测量部件

　　反射电磁波信号是低频周期信号,可以用图3电路进行测量。ICL7226B是一通用单片频率计IC,其可测周期范围是0.5μs~10s,与本仪器低频反射电磁波信号的周期一致,因此可以直接利用ICL7226B进行周期信号测量,由仪器读入测量结果,其过程是:由8255-1的PB5读入ICL7226B的测试状态,如为“0”,则表明一次周期信号测试完成,此时ICL7226B把当前测试结果在D8~D1各位在其有效位为低时,以BCD码形式分时输出,即本仪器只要通过软件识别位标志为低时,读入的BCD码就是对应位的测量值。

　　1.3　2M字节SRAM存储区

　　本仪器在野外作业中每一测量点有近5千个测试数据量,占用15KB字节存储空间,每一工作日每台仪器可进行近10个测量点作业,因此设计了一2M字节SRAM存储区,以满足大容量数据存储要求,见图4。该存储模块采用地址复盖技术,选用4片HM628512 SRAM,每片SRAM容量为512KB。HM628512的片选信号由AT89C55的P2.6、P2.7及825521的PC5、PC6经译码器74HC138提供;当P2.6、P2.7均为低时,HM628512的A0~A13接AT89C55的P0.0~P0.7、P2.0~P2.4,占用AT89C55系统的0000H~3FFFH共16KB外部RAM地址;由825522的PC0~PC4接HM628512的A14~A18,把512KB字节SRAM分成32个16KB分区,其地址均为AT89C55系统的0000H~3FFFH。本仪器的SRAM存储区具有掉电保护功能,按图4设计, SRAM存储区电源由VCC1提供。当系统电源VCC加载时, 74HC138的G2使能端后于VCC为高;当系统电源VCC断开时, 74HC138的G2使能端先于VCC为低,以确保SRAM存储区不被错误读写和数据可靠保存。经实测该存储模块在掉电保护状态下工作电流仅为1μA,在备用电池电压1.8V时也能正常工作。

　　1.4　高速EPP数据传送接口

　　本仪器有大量测试数据送PC机处理,利用PC机打印口的EPP(增强并行口)模式,仅用简单硬件,设计了高速EPP数据传送接口,图5是实际电路图。其中的时序图给出了由本仪器向PC高速并行传输数据的过程:由AT89C55的P3.4提供PC的EPP所需等待数据信号Nwai,t经EPP内部反相电路后形成Nwait标志,EPP协议规定Nwait=1时, EPP口有待读入的有效数据,因此AT89C55输出数据前先置P3.4=0,接着输出数据,后再置P3.4=1,经EPP反相后Nwait=1,告知PC有待读入的有效数据;当PC读入AT89C55输出数据后,置Ndstb=0通知AT89C55它已读入一字节数据,当AT89C55自P3.5读入Ndstb=0状态后,接着按上述方法输出下一测试数据。如此循环直到结束。