摘要 為記錄某航行體航行是否正常，采用監測有無重要電路電壓和存儲通訊CAN信息的方式。將被監測電路的電壓通過TPL281-4光耦轉換直接與微處理器C8051F040的I/O引腳連接，若相應I/O無電，則將此刻時間和信息存儲到AM29F160DT芯片內。應用結果表明，該監測電路達到了設計要求，具有一定的應用價值。

　　航行體內部控制器和相關重要信號需被監測和記錄，作為正常航行及故障判斷的重要依據。當航行體內部重要信號缺失時，該電路仍能進行一些相關處理，以確保航行體能有效結束航行。

　　1 系統硬件結構

　　基于C8051F040狀態監測電路硬件部分由7個主要功能模塊組成：監測信號、電子轉換電路、達拉斯DS12887時鐘模塊、并行存儲器AM29F 160DT、單片機C8051F040模塊、CAN/RS232通訊模塊以及驅動輸出模塊。系統硬件結構框圖如圖1所示。

　　電路工作原理是將被監測電路的電壓通過TPL2814光耦轉換直接與微處理器C8051F040的I/O引腳連接，若相應I/O無電，則將此刻時間和信息存儲到AM29F160DT芯片中，同時發送給相關控制器，并給出相應驅動輸出。此外將通訊過程中的CAN信息也進行存儲，以便航行結束后對相關數據進行分析、處理。

　　1.1 單片機C8051F040介紹

　　C8051F040由美國Silicon Labs公司設計，對原51單片機內核進行了較大改造，由原來12個時鐘執行一條指令改進為一個時鐘執行一條單周期指令，多數指令執行的時鐘周期數與指令的字節數相同，使該款單片機的運行速度大幅提高。C8051F040具有64個數字I/O引腳，片內集成了一個CAN2.0B控制器。其主要特性有：(1)高速、流水線結構的8051兼容CIP-51內核(可達25 MI·s-1)。(2)局域網(CAN2.0B)控制器，具有32個消息對象，每個消息對象有其獨有的標識。(3)硬件實現的SPI、SMBus/I2C和兩個UART串行接口。(4)5個通用的16位定時器。(5)具有6個捕捉/比較模塊的可編程計數器/定時器陣列。

　　1.2 檢測信號及電平轉換電路

　　由于檢測信號的電壓為24 V，但單片機C8051F040I/O口能夠承受的電壓為5 V。因此，需將這些電路的電壓進行轉換以便給單片機的I/O識別。該電路電平轉換采用光電隔離芯片TLP281-4，其電路如圖2所示。

　　1.3 時鐘芯片DS12887

　　DS12887是美國達拉斯半導體公司推出的時鐘芯片，采用CMOS技術制成，將時鐘芯片所需的晶振和外部鋰電池相關電路集于芯片內部。其主要功能如下：(1)內含一個鋰電池，斷電后運行10年以上不丟失數據。(2)計秒、分、時、天、星期、日、月、年，并有閏年補償功能。(3)二進制數碼或BCD碼表示時間、日歷和定鬧。(4)有Motorola5和Inatael的總線時序選擇。

　　將DS12887的MOT引腳接地，表明該電路的數據總線方式為Inatael總線時序，這樣讀寫使能獨立。數據操作需先將地址信息鎖存，再進行相應讀寫，具體電路如圖3所示。

　　1.4 并行存儲器AM29F160DT模塊

　　存儲器AM29F160DT模塊是2 MB的CMOS型5 V供電的Flash存儲芯片，存取速度可高達70 ns，每個扇區至少滿足100萬次的擦除，數據一次保存時間長達20年，內部扇區數據結構是頂部數據形式。

　　將AM29F160DT的BYTE引腳下拉接地，表明是8位數據傳輸，并將RY/BY、WP、RESET上拉到電源。然后對應的讀、寫、片選信號接到微處理相應的引腳即可。具體電路如圖4所示。

　　1.5 驅動輸出模塊

　　考慮到要有足夠的驅動能力，故在驅動芯片上使用BTS712N1。而在該驅動芯片之前增加一個光耦進行隔離，以保護單片機相應的I/O。具體驅動電路如圖5所示。

　　2 軟件設計

　　整個軟件設計是以相應CAN信息為基礎進行的，記錄相應電路狀態信息以及當時的時間信息;一部分電路信號檢測是全程監控，另一部分電路信號檢測則有時段要求。為此信號檢測軟件采用100 ms為周期的中斷檢測。

　　系統的軟件設計主要包括軟件初始化配置程序、電路狀態檢測程序、DS12887時鐘數據讀取、數據存儲程序、CAN通信程序以及串口通訊6部分。

　　2.1 電路狀態的檢測程序設計

　　電路狀態的檢測程序設計采用定時器檢測的方式，持續檢測相應電路狀態3 s并未認定此電路信號出現故障。具體設計流程如圖6所示。

　　2.2 DS12887時鐘數據存儲程序

　　時間讀取程序設計就是對DS12887芯片內部4個寄存器進行相應的初始化和對其他寄存器數據的讀取。

　　時間數據儲存程序設計就是通過I/O按照存儲器AM29F160DT控制時序寫入對應控制字，完成對應數據寫入、讀取以及擦除。

　　2.3 CAN及RS232通信程序設計

　　由于C8051F040器件內部集成了Bosch CAN控制器，只需對該控制器進行初始化和配置便可實現CAN通信。操作通過特殊功能寄存器直接或間接訪問CAN控制器中的相關寄存器。

　　串行通訊設置是用來向界發送一些內部數據，從而顯示整個電路工作狀態。

　　3 結束語

　　該電路設計已成功應用于某航行體航行監測中，在實際使用中對相關控制器監測起到了較好的數據記錄和問題分析。本文設計實現了狀態監測電路能應用其他場合的相關狀態監測及時刻記錄，由于AM29F160DT存儲器具有2 MB的存儲空間，因而能夠長時間地進行監測。該設計具有結構簡單、功能齊全且系統運行可靠的特點。