針對某型航行器自沉系統(tǒng)中,，需要掌握某合金材料在海水中因不同溫度條件下的受腐蝕時(shí)間長短。采用模塊化硬件設(shè)計(jì),，使用浸水傳感器為檢測單元,、時(shí)鐘芯片DS12887為計(jì)時(shí)模塊,；以C8051F040為微處理器和串行M25P80為存儲模塊設(shè)計(jì)浸水時(shí)間記錄系統(tǒng)。外部數(shù)據(jù)通信采用CAN總線,。通過實(shí)踐證明,，DS12887時(shí)鐘能在掉電后正常運(yùn)行，但時(shí)間長,，需要新設(shè)定時(shí)間,，以便準(zhǔn)時(shí)記錄。

　　在某型水下航行器自沉系統(tǒng)中,，某合金材料在海水中一定時(shí)間內(nèi)能正常工作,，但正常時(shí)間過后會被海水腐蝕；從而實(shí)現(xiàn)該航行器的自沉功能,。為此設(shè)計(jì)了該電路,，用以測試鋁鉻合金材料在不同溫度的多組時(shí)間信息。

　　1系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

　　基于C8051F040多路浸水時(shí)刻記錄電路硬件部分由6個(gè)主要模塊組成：浸水傳感器,、信號電平轉(zhuǎn)換電路,、達(dá)接斯時(shí)鐘模塊、串行存儲器M25P80模塊,、單片機(jī)C8051F040模塊和CAN通訊模塊,。系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

　　1.1單片機(jī)08051F040

　　C8051F040由美國Silicon Labs公司設(shè)計(jì),，對原51單片機(jī)內(nèi)核進(jìn)行了較大改造,，由原來12個(gè)時(shí)鐘執(zhí)行一條指令，改進(jìn)為一個(gè)時(shí)鐘執(zhí)行一條單周期指令,，多數(shù)指令執(zhí)行的時(shí)鐘周期數(shù)與指令的Byte數(shù)相同,，使得該款單片機(jī)的運(yùn)行速度大幅提高。C8051F040具有64個(gè)數(shù)字I/O引腳,，片內(nèi)集成了一個(gè)CAN2.0B控制器,。主要特性如下：（1）高速、流水線結(jié)構(gòu)的8051兼容的CIP-51內(nèi)核（可達(dá)25 MI.s-1）,。（2）控制器局域網(wǎng)（CAN 2.0B）控制器,，具有32個(gè)消息對象，每個(gè)消息對象有其自己的標(biāo)識,。（3）硬件實(shí)現(xiàn)的SPI,、SMBus/I2C和兩個(gè)UART串行接口,。（4）5個(gè)通用16位定時(shí)器,。（5）具有6個(gè)捕捉/比較模塊的可編程計(jì)數(shù)器/定時(shí)器陣列,。

　　1.2浸水傳感器及電平轉(zhuǎn)換電路

　　浸水傳感器采用自行研制的浸水模塊，該模塊接口簡單,，只需5根線分別為：浸水傳感器測試點(diǎn)A,、浸水傳感器測試點(diǎn)B、供電電源24V,、供電電源地,、感應(yīng)輸出OUT24V.當(dāng)浸水傳感器測試點(diǎn)A和浸水傳感器測試點(diǎn)B接觸或之間有水使A、B導(dǎo)通,，這樣A,、B間的電阻由無窮大變?yōu)閹爪干踔亮恪Ｍㄟ^比較電路從而輸出供電電壓24 V,，而單片機(jī)C8051F040I/O口能夠承受的電壓僅為5 V.電平轉(zhuǎn)換電路采用光電隔離芯片TLP28 1-4電路圖如圖2所示,。

　　1.3時(shí)鐘芯片DS12887

　　DS12887是美國達(dá)拉斯半導(dǎo)體公司推出的時(shí)鐘芯片，采用CMOS技術(shù)制成,，把時(shí)鐘芯片所需的晶振和外部鋰電池相關(guān)電路集于芯片內(nèi)部,。采用DS12887芯片設(shè)計(jì)的時(shí)鐘電路無需外圍電路并具有良好的微機(jī)接口。DS12887芯片具有微耗,、外圍接口簡單,、精度高、工作穩(wěn)定可靠等優(yōu)點(diǎn),，可廣泛用于各種需要較高精度的實(shí)時(shí)時(shí)鐘場合中,。其主要功能如下：（1）內(nèi)含一個(gè)鋰電池，斷電后運(yùn)行10年以上不丟失數(shù)據(jù),。（2）計(jì)秒,、分、時(shí),、天,、星期、日,、月,、年，并有閏年補(bǔ)償功能,。（3）二進(jìn)制數(shù)碼或BCD碼表示時(shí)間,、日歷和定鬧。（4）12小時(shí)或24小時(shí)制,，12小時(shí)時(shí)鐘模式帶有PWM和AM指導(dǎo),，有夏令時(shí)功能,。（5）Motorola5和Inatael總線時(shí)序選擇。

　　DS12887有4個(gè)狀態(tài)控制寄存器,，它們在任何時(shí)間都可訪問,，即使更新周期也不例外。具體電路連接圖如圖3所示,。

　　1.4串行存儲器

　　M25P80存儲器M25P80存儲容量為8 MByte,，它采用SPI數(shù)據(jù)總線的方式進(jìn)行通信。該存儲器有16個(gè)扇區(qū),，每個(gè)扇區(qū)有256頁,，每頁256 Byte.工作電壓范圍2.7～3.6 V，工作溫度范圍-40～+85℃,，最大時(shí)鐘75 MHz.能進(jìn)行10萬次的擦寫,，數(shù)據(jù)保存20年，體積小巧,，是一款通用存儲器,。M25P80支持的操作指令共有12條，指令格式為如圖4所示,。

　　其中,，8位的命令是必需，地址,、啞元以及數(shù)據(jù)字節(jié)的有無和長度會因指令的不同而有所差異,，詳情如表1所列。所有的命令碼,、地址,、串行輸入/輸出的數(shù)據(jù)，均是高位在前,。

　　由于單片機(jī)C8051F040的工作電源3.3 V,，M25P80的工作電壓范圍為2.7～3.6 V故二者可以直接相連接。具體電路圖如圖5所示,。

　　2軟件設(shè)計(jì)

　　由于整個(gè)浸水腐蝕的時(shí)間不確定,，需要一個(gè)開始記錄的時(shí)間。這個(gè)開始記錄時(shí)間是以系統(tǒng)通電正常工作的時(shí)刻為準(zhǔn),。系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)主要包括浸水傳感器數(shù)據(jù)的檢測程序,、DS12887時(shí)鐘數(shù)據(jù)存儲程序和CAN通信程序3部分。

　　2.1浸水傳感器數(shù)據(jù)的檢測程序設(shè)計(jì)

　　浸水傳感器數(shù)據(jù)的檢測程序設(shè)計(jì)采用定時(shí)器檢測的方式,；當(dāng)持續(xù)檢測到浸水輸出信號3 s,，則認(rèn)為此刻浸水。具體設(shè)計(jì)框圖如圖6所示,。

　　浸水傳感器數(shù)據(jù)的檢測程序初始化后,，記錄開始時(shí)間,；在100 ms定時(shí)中斷中，檢測多路的浸水輸出信號,。針對不同的浸水傳感器采用記錄對應(yīng)的編號同時(shí)記錄該時(shí)刻的時(shí)間,。

　　2.2 DS12887時(shí)鐘數(shù)據(jù)存儲程序時(shí)間

　　讀取程序設(shè)計(jì)就是對DS12887芯片的內(nèi)部的4個(gè)內(nèi)部寄存器A、B,、C,、D進(jìn)行相應(yīng)的初始化和對其它寄存器數(shù)據(jù)的讀取。

　　時(shí)間數(shù)據(jù)儲存程序設(shè)計(jì)是通過SPI總線,，將時(shí)間數(shù)據(jù)存入M25P80當(dāng)中。C8051F040中有SPI總線模式,。

　　2.3 CAN通信程序設(shè)計(jì)

　　由于C8051F040器件內(nèi)部集成了Bosch CAN控制器,，只需要對該控制器進(jìn)行初始化和配置便可以實(shí)現(xiàn)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CAN控制寄存器,。

　　3結(jié)束語

　　設(shè)計(jì)的時(shí)間記錄系統(tǒng)能應(yīng)用其他場合的時(shí)刻記錄,。該設(shè)計(jì)具有結(jié)構(gòu)簡單、功能齊全,、系統(tǒng)運(yùn)行可靠的特點(diǎn),。需要注意的是，DS12887時(shí)鐘芯片啟動后需要設(shè)定時(shí)間,，這樣才能與標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間一致,。實(shí)踐證明，雖然DS12887時(shí)鐘能夠掉電后正常運(yùn)行,，但時(shí)間長（約3個(gè)月）,，需要重新設(shè)定時(shí)間以便準(zhǔn)時(shí)記錄。