【正文】 程序設(shè)計(jì)流程如圖 32 所示 。 顯示器 使信息顯示清晰易懂。 ：按下該鍵，說明參數(shù)輸入完畢，將通道參數(shù)存入 X5045 存儲器中。電路原理如圖 211 所示。 WD0， WD1 位用于選擇看門狗的超時(shí)周期。用戶可停止時(shí)鐘，然后再啟動它，以便在它停止的地方恢復(fù)操作。而當(dāng) Vcc 返回并超過 Vtrip 達(dá) 200ns 時(shí)，系統(tǒng)重新開始工作。X5045 是一種集成看門狗、電壓監(jiān)控和串行 EPROM 三種功能于一身的可編程電路。地址譯碼具有禁止功能，可根據(jù)CPU 給出的地址信號，方便的選擇其輸入通道，從而使輸入與輸出相連通。輸出分為單極型輸出和雙極性輸出。在 DATA OUT 短串行輸出 12 或 16 為各數(shù)據(jù)，當(dāng)插入 /CS 高電平脈沖控 xx 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 14 表 21 TLC2543 真值表 PUNCTION SELECT INPUT DATA BYTE ADDRESS BITS L1 L0 LSBF BMP D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 (LSB) (MSB) Select input channel AIN0 0 0 0 0 AIN1 0 0 0 1 AIN2 0 0 1 0 AIN3 0 0 1 1 AIN4 0 1 0 0 AIN5 0 1 0 1 AIN6 0 1 1 0 AIN7 0 1 1 1 AIN8 1 0 0 0 AIN9 1 0 0 1 AIN10 1 0 1 0 Select voltage （ Vref+Vref） )/2 1 0 1 1 Vref） 1 1 0 0 Vref+ 1 1 0 1 Output data length 8 bits 0 1 12 bits X 0 16 bits 1 1 Output data format MSB first 0 LSB first 1 Unlpolar 0 Blpoar 1 制器 件工作時(shí)， 第一個(gè)數(shù)據(jù)出現(xiàn)在 /CS 下降沿；當(dāng) /CS 保持為低時(shí) ,第一個(gè)數(shù)據(jù)出現(xiàn)在 EOC 的上升沿，后續(xù)數(shù)據(jù)在 I/O CLOCK 下降沿依次輸出，這個(gè)數(shù)據(jù)串是前一次轉(zhuǎn)換的結(jié)果。 在 TLC2543 的 CS 變低時(shí)開始轉(zhuǎn)換和傳送過程， I/O CLOCK 的前 8 個(gè)上升沿將 8 個(gè)輸入數(shù)據(jù)位鍵入輸入數(shù)據(jù)寄存器，同時(shí)它將前一次轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)的其余11 位移出 DATA OUT 端，在 I/O CLOCK 下降沿時(shí)數(shù)據(jù)變化 。在最后的 I/O CLOCK 下降沿之后， EOC 由高電平變?yōu)榈碗娖讲⒈３值睫D(zhuǎn)換完成及數(shù)據(jù)準(zhǔn)備傳輸 。 AD 轉(zhuǎn)換時(shí)間為 10 微秒，采樣率為 66Kbps，具有單 +5V 電源工作的方式，且提供 3 路內(nèi)置自測方式。一九九八年以來開始在我國推廣使用?；瑒佣擞?jì)數(shù)寄存器的內(nèi)容控制滑動端在電阻陣列中的位置。 AD623 被設(shè)計(jì)為使用 %～1%容限的電阻提供精確的增益。差分輸入為： xx 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 11 =(1+ ) （ 2— 1） 然后差分電壓通過輸出放大器轉(zhuǎn)變?yōu)閱味穗妷?，該放大器也能抑制任何共模輸入電壓引起的輸出信號中的（共模）電壓?AD623 允許使用單個(gè)增益設(shè)置電阻進(jìn)行增益編程，以得到更好的用戶靈活性，且符合 8 引腳的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)配置。缺點(diǎn)是多路模擬開關(guān)的導(dǎo)通電阻影響放大器的增益。在多傳感器應(yīng)用系統(tǒng)中，給運(yùn)放電路設(shè)計(jì)、調(diào)試、維修帶來了很大困難。 圖 21 變送器工作原理圖 智能變送器采用 CPU 后，不僅可對溫度、濕度、流量、位移等物理 量進(jìn)行測量與變送，還能大大提高系統(tǒng)的可靠性與精度， 實(shí)現(xiàn)一機(jī)多用 。 本論文的主要工作 在充分了解國內(nèi)外變送器發(fā)展動態(tài)的前提下，結(jié)合現(xiàn)場控制系統(tǒng)的現(xiàn)狀，設(shè)計(jì)了現(xiàn)場總線通信協(xié)議，研制了相應(yīng)的硬件裝置，完成了軟件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，進(jìn)行了系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)。 盡管現(xiàn)場總線國際標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)展不如想象中快，但最終其標(biāo)準(zhǔn)是必將建成的。 HART 協(xié)議采用了 4～ 20mA DC 信號和數(shù)字信號進(jìn)行信息傳輸，與傳統(tǒng)的4～ 20mA DC 信號兼容，實(shí)現(xiàn)了雙向數(shù)字通信，可進(jìn)行總線式連接而節(jié)省電纜，比 4～ 20mA DC 信號傳輸方式的控制系統(tǒng)有了很大進(jìn)步。 HART 通信協(xié)議參照國際標(biāo)準(zhǔn)化組織 (ISO)制定的“開放系統(tǒng)互聯(lián)模型 (OSI)”，簡化使用了其第 7層，即物理層、 數(shù)據(jù)鏈路層及應(yīng)用層。由于其更高的性能價(jià)格比，智能變送器不僅在二十一世紀(jì)的數(shù)字化時(shí)代，而且在現(xiàn)場總線時(shí)期也是大有可為的，必定有美好的應(yīng)用前景 [1]。如上所述智能變送器具有很多優(yōu)點(diǎn)，因此它最適用于測量范圍變化較大、環(huán)境條件較差而要求測量精度高和采用數(shù)字通信的大型控制系統(tǒng)及特殊應(yīng)用場合。變更測量范圍時(shí)，不需要把變送器從過程線管線上拆下來，也不需要對變送器送入差壓信號或壓力信號，只需要通過SFC 鍵盤的簡單操作就可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程設(shè)定、變更和校準(zhǔn)，就像我們用遙控器對電視機(jī) 或錄像機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)距離操縱一樣。另外由于智能變送器有環(huán)境溫度 及靜壓補(bǔ)償，不受日夜、冬夏溫差變化的影響，具有很好的重復(fù)性。隨后美國的Rosemount， Foxboro 等一些公司在 1986 年美國儀表學(xué)會 (1SA)的會議上爭相推出了一些稱為 Smart 變送器的新型智能變送器系列。對自動化的依賴性越來越大，變送器用量不斷增多，要求不斷提高。這種控制系統(tǒng)的發(fā)展又使智能系統(tǒng)成 xx 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 2 為當(dāng)今控制系統(tǒng)發(fā)展的熱點(diǎn)。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與軟件技術(shù)的高速發(fā)展給開放系統(tǒng)帶來了曙光。控制系統(tǒng)的各功能環(huán)節(jié)在信息的傳送、管理和操作上緊密配合，形成了高度復(fù)雜的分散型過程控制系統(tǒng)。系統(tǒng)根 據(jù)傳感器輸出的信號范圍通過編程設(shè)定由集成測量放大器 AD623 和非易失性數(shù)控電位器 X9241 組成的放大環(huán)節(jié)的增益，將弱信號放大到 0～ 5V DC，通過多通道 12 位串行 A/D 轉(zhuǎn)換器 TLC2543 進(jìn)行A/D 轉(zhuǎn)換，將采集到的數(shù)據(jù)送給單片機(jī) 80C52，由單片機(jī)進(jìn)行濾波、標(biāo)度變換等數(shù)據(jù)處理后，通過 8 位并行 D/A 轉(zhuǎn)換器 DAC0832 將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成 4～ 20mA DC信號輸出，或通過隔離后的 RS— 485 總線將數(shù)據(jù)傳送給上位機(jī)。系統(tǒng)設(shè)計(jì)有獨(dú)立的看門狗電路和 EEPROM 存儲器電路，提高了系統(tǒng)可靠性。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，微機(jī)價(jià)格的大幅度下降， PC 機(jī)和各種單片機(jī)在工業(yè)和各行業(yè)應(yīng)用日益廣泛。 DI 公司 (Control System International Inc)推出一種 UCOS(用戶可配置開放系統(tǒng) )DCS，它采用冗余的以太網(wǎng)或光纖局域網(wǎng)將控制臺、各工作站計(jì)算 機(jī)及各現(xiàn)場控制單元 (FCU)連接起來，它采用可來自多方廠商的商用軟硬件和商用網(wǎng)絡(luò)，操作系統(tǒng)采用 Windows NT，非專利的現(xiàn)場控制單元可提供多任務(wù)和網(wǎng)絡(luò)直接訪問能力，與其連接的 I/O 子系統(tǒng)亦可來自多方廠商。由于控制系統(tǒng)的快速發(fā)展，而測量系統(tǒng)的進(jìn)展卻很小，使之難于滿足先進(jìn)的控制系統(tǒng)要求。目前普通使用的變送器是以 70 年代統(tǒng)一的 4～ 20mADC 模擬信號標(biāo)準(zhǔn)傳送信號的二線制變送器 (國內(nèi)還有少量四線制 0～ 10mA DC 信號變送器 )。這類變送器具有適合各種新應(yīng)用的能力，克服了以往模擬變送器準(zhǔn)確度不夠高、漂移過大、量程有限、維護(hù)和維修費(fèi)用大等一些不足。 ,智能變送器的遷移量可達(dá) 2020％ ~+1900％，而普通型壓力變送器為 600％ ~+500％ 。這種變更和校準(zhǔn)不需要電流電壓表參與，而且零點(diǎn)調(diào)整和量程調(diào)整互不干擾。具體應(yīng)用場合敘述如下： 根據(jù) ISA SP— 50 委員會定義的現(xiàn)場總線概念，智能變送器將在現(xiàn)場總線中扮演主要角色，具有 PID 調(diào)節(jié)功能的變送器可以進(jìn)一步將集中控制的危險(xiǎn)性分散到最小，同時(shí)采用數(shù)字通訊，節(jié)省了大量的模擬通訊電線。 現(xiàn)場信 號通信的發(fā)展概況 現(xiàn)場儀表信號的傳輸方式經(jīng)歷了模擬信號傳輸方式、模擬數(shù)字混合信號傳輸方式、全數(shù)字信號傳輸方式三個(gè)階段。在其物理層中， HART 協(xié)議采用了基于BELL202 通信標(biāo)準(zhǔn)的頻移鍵控技術(shù) (FSK)，使數(shù)字信號調(diào)制后疊加于 4～20mADC 信號上，數(shù)字信號使用 1200Hz 和 2200Hz 兩個(gè)不同的頻率分別對應(yīng)數(shù)字 1 和數(shù)字 0，通信時(shí)頻率變化的平均分量為 0，使數(shù)字信號和模擬信號互不影 xx 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 5 響。但它 有不足之處，一是速度慢，數(shù)字的通信波特率僅為 1200bps；二是 HART 協(xié)議智能儀表只能固定擔(dān)當(dāng)系統(tǒng)中“主”或“從”設(shè)備中一個(gè)，屬主從式通信，僅適用于那些對通信速度要求不高的場合 [16]。一旦現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)制訂完成，勢必引起控制系統(tǒng)一場革命，其影響將超過 50 年代末由舊式模擬儀表 向電動或氣動單元組合儀表轉(zhuǎn)換的影響，和超過 80 年代從電子模擬儀表轉(zhuǎn)到 DCS 那樣大的深度。具體內(nèi)容如下： ，設(shè)計(jì) 自適應(yīng)增益 模擬信號高精度放大電路； ADC 和 DAC 芯片，進(jìn)行接口設(shè)計(jì)，送入微處理器進(jìn)行數(shù) 據(jù)采集處理，輸出模擬 4～ 20mADC 標(biāo)準(zhǔn)信號，以達(dá)到與模擬變送器兼容； D/A CPU A/D 傳感器 4~20mA DC 信號 Field 接口 CPU A/D 傳感器 數(shù)字信號 模擬信號傳輸數(shù)字化變送器 數(shù)字化傳輸變送器 xx 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 7 RS— 485 總線接口，設(shè)計(jì)通信協(xié)議，實(shí)現(xiàn)信號的數(shù)字化傳輸； ； 、看門狗、存儲器電路設(shè)計(jì)； ； 。 本論文智能變送器的硬件電路設(shè)計(jì)主要包括單片機(jī)選擇、弱信號增益自 調(diào)節(jié)電路設(shè)計(jì)、 A/D 轉(zhuǎn)換器選擇及接口電路設(shè)計(jì)、 D/A 轉(zhuǎn)換器電路選擇及接口設(shè)計(jì)、看門狗電路、存儲器電路設(shè)計(jì)、 RS— 485 總線接口電路設(shè)計(jì)、 4～ 20mA 轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)、鍵盤和顯示器接口電路設(shè)計(jì)等。所以，論文對選用輸出不同幅值的弱信號的多傳感器應(yīng)用系統(tǒng)，設(shè)計(jì)一種通用的能夠根據(jù)傳感器輸出信號滿量程幅值自動調(diào)節(jié)增益的運(yùn)算放大電路。 本設(shè)計(jì)采用 第一種 方法，即用非易失性數(shù)控電位器和高精度運(yùn)放組成程控增益放大器。在無外接電阻的條件下， AD623 被設(shè)置為單位增益，在接入外界電阻后， AD623 可編程設(shè)置增益，且其增益最高可達(dá) 1000 倍。 而 6 腳的輸出電壓以 5 腳的電位為基準(zhǔn)進(jìn)行測量。對于任意的增益值， RG 可用以下的公式計(jì)算： = （ 2— 2） 式中 G 為放大器的增益。數(shù)據(jù)寄存器可以由用戶 讀出和寫入。就 12 位 A/D 轉(zhuǎn)換器來說， TLC2543 具有轉(zhuǎn)換快、穩(wěn)定性好、與微處理器接口簡捷、價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)在我國單片機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域得到很好的推廣了。通過對該芯片內(nèi)數(shù)據(jù)輸入寄存器的編程，可實(shí)現(xiàn) 12位或 8 位串行數(shù)據(jù)輸出、數(shù)據(jù)輸出的格式為二進(jìn)制數(shù)無符號數(shù)或有符號數(shù)、是最高有效位 MSB 輸出還是最低有效位 LSB 輸出。 VCC、 GND：電源正端、地 。 當(dāng) CS 為高時(shí)， I/O CLOCK 和 DATA INPUT 被禁止， DATA OUT 為高阻態(tài) [4]。 :I/O 周期的最后一個(gè) I/O CLOCK 下降沿之后， EOC 變低，采樣值保持不變，轉(zhuǎn)換周期開始，片內(nèi)轉(zhuǎn)換器對采樣值進(jìn)行逐次逼近式 A/D 轉(zhuǎn)換，其工作由 I/OCLOCK 同步了的內(nèi)部時(shí)鐘控制，轉(zhuǎn)換完成后 EOC 變高，轉(zhuǎn)換結(jié)果鎖存在輸出數(shù)據(jù)寄存器中，待下一個(gè) I/O 周期輸出， I/O 周期和轉(zhuǎn)換周期交替進(jìn)行，從而可減小外部的數(shù)字噪聲對轉(zhuǎn)換精度的影響。設(shè)計(jì)采用單緩沖輸入和單極性輸出。采樣保持集成電路 LF398 為國家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的。其引腳如圖 29 所示。 看門狗定時(shí)器的作用是通過監(jiān)視 WDI 輸入來監(jiān)視微處理器是否激活。在整個(gè)工作期間， CS 必須為低。當(dāng) CS 選中器件后，送 8 位 RDSR 指令，并由 CLK 信號觸發(fā)即可將狀態(tài)寄存器的內(nèi)容 從 SO 線上讀出。 xx 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 19 N / CV F +V F N / CV c cVeVoGND6 N 13 7N / CV F +V F N / CV c cVeVoGND6N137R?C O M P O N E N T _2N / CV F +V F N / CV c cVeVoGND6 N 13 7R?V C CV C C162738495V C CV C CV C CV C C 圖 211