【正文】 串口隔離及介質(zhì)驅(qū)動(dòng)電路 其中 6N137 是高速光 電藕合器，以適應(yīng)高速串行數(shù)據(jù)通信要求 ，提高通信電路的抗干擾能力。 ：光標(biāo)移動(dòng)鍵。 刪除 確認(rèn) ← → xx 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 21 第 3章 應(yīng)用軟件設(shè)計(jì) 監(jiān)控程序模塊 系統(tǒng)監(jiān)控程序是控制單片機(jī)系統(tǒng)按預(yù)定操作方式運(yùn)轉(zhuǎn)的程序。 圖 32 輸入信號(hào)增益自調(diào)節(jié)模塊 數(shù)據(jù)采集和處理模塊 該部分模塊主要包括 A/D 轉(zhuǎn)換子程序、去脈沖干擾平均值濾波子程序、標(biāo)度轉(zhuǎn)換子程序等。將弱信號(hào)放大到 0～ 5V，即放大系數(shù)等于 5000 除以 VMAX。 — 485 通信 總線接口電路設(shè)計(jì) 接口采用光電隔離電路及獨(dú)立的看門狗電路，提高系統(tǒng)抗擾能力 。 xx 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 20 V C C 圖 213 鍵盤接口電路 圖 214 鍵盤排列 各鍵含義： ：按下該鍵，單片機(jī)進(jìn)入通道設(shè)定畫面，進(jìn)行通道參數(shù)設(shè)定。 RS—485 總線接口電路設(shè)計(jì) 該部分電路為通信協(xié)議物理層硬件設(shè)計(jì)。任何被塊鎖存保護(hù)的存儲(chǔ)器都只能讀出不能寫入。而 SO 線上的數(shù)據(jù)則由 SCK 的下降沿輸出。當(dāng) RESET 被確認(rèn)后，該 RESET 信號(hào)將一直保持有效，直到電壓跌到低于1V。設(shè)計(jì)中采用了專用集成電路 X5045。其中電平轉(zhuǎn)換電路可完成 CMOS 到 TTL 的電平轉(zhuǎn)換功能，因此輸入電平范圍寬，數(shù)字量信號(hào)電平幅度為 3～ 15V，模擬信號(hào)峰 — 峰值可達(dá) 15V。其輸入端可分為單緩沖型接口方法，雙緩沖型接口方法和直通型的接口方法。 I/O 周期的時(shí)鐘脈沖個(gè)數(shù)與輸出數(shù)據(jù)長(zhǎng)度同時(shí)由輸入數(shù)據(jù)的 D3D2 位選擇 1 16 位時(shí)， 在前 8 個(gè)時(shí)鐘脈沖之后， DATA INPUT 便無(wú)效。 V C CE O CI / O C L O C KD A T A I N P U TD A T A O U TCSR E F +R E F A I N 1 0A I N 9A I N 0A I N 1A I N 2A I N 3A I N 4A I N 5A I N 6A I N 7A I N 8GNDU?T L C 2 5 43E A / V P31X119X218R E S E T9RD17WR16I N T 012I N T 113T014T115P 10 / T1P 11 / T2P 123P 134P 145P 156P 167P 178P 0039P 0138P 0237P 0336P 0435P 0534P 0633P 0732P 2021P 2122P 2223P 2324P 2425P 2526P 2627P 2728P S E N29A L E / P30T X D11R X D10U?8 05 2OUTV C CV C CC A P C A P2 1 圖 25 與 CPU 的接口原理 TLC2543C 的轉(zhuǎn)換過(guò)程 TLC2543 每次轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)傳送使用 16 個(gè)時(shí)鐘周期，且在每次傳送周期之間插入 CS 的時(shí)序。 EOC：轉(zhuǎn)換結(jié)束端。在本芯片工作溫度 (0℃ ～ 70℃ )范圍內(nèi) 。在產(chǎn)品型號(hào)、規(guī)格、封裝形式、適用范圍等方面，已形成一個(gè)系 列。每個(gè)電阻陣列，與一個(gè)滑動(dòng)端計(jì)數(shù)寄存器（ WCR）和四個(gè) 8 位數(shù)據(jù)寄存器聯(lián)系在一起，這四個(gè)數(shù)據(jù)寄存器可以由用戶直接寫入和讀出。 AD623 的增益由 RG 進(jìn)行電阻編程，或更準(zhǔn)確的說(shuō)，由 1 腳與 8 腳之間的阻抗來(lái)決定。每個(gè)放大器接入一個(gè)精確的 50kΩ的 反饋以保證增益可編程。 AD623 是一個(gè)集成單電源儀表放大器，該芯片內(nèi)含 3 個(gè)運(yùn)算放大器，它能在單電源下提供滿電源幅度的輸出。 用不同阻值的固定電阻 ，將其分別接入運(yùn)放的輸入回路，以此來(lái)達(dá)到改變輸入電阻的目的，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)的放大或衰減，即改變放大器的增益。 情況下，信號(hào)幅值不一致，如同批次某應(yīng)變片式壓力傳感器，在同一 +5VDC 電壓供電情況下，滿量程時(shí)輸出信號(hào)在 ～ 之間變化；不同作用的傳感器同樣存在輸出信號(hào)不一致的問題。智能變送器都是以 CPU 為核心構(gòu)成的數(shù)字化儀表，工作原理如圖 21 所示。盡管 CAN 總線有許多優(yōu)點(diǎn)，但CAN 總線開發(fā)、使用費(fèi)用要高于 RS— 485 總線，從經(jīng)濟(jì)性考慮，設(shè)計(jì)采用RS—485 總線。開放性是現(xiàn)場(chǎng)總線的主要標(biāo)志之一。據(jù) 1994 年統(tǒng)計(jì)，世界上遵守 HART 協(xié)議的產(chǎn)品市場(chǎng)占有率約為 70%左右。 1986 年 ,Rosemount 公司提出了 HART 通信協(xié)議 (Highway Addressable Remote Transducer)即可尋址數(shù)據(jù)通道遠(yuǎn)傳傳感器。智能變送器具有 40： 1 的量程比，很容易克服上述困難。微機(jī)技術(shù)和通訊技術(shù)將會(huì)進(jìn)入越來(lái)越多的儀表。 另外智能變送器組態(tài)的內(nèi)容包括遠(yuǎn)程設(shè)定變送器標(biāo)號(hào)，線性輸出或是方根輸出，測(cè)量范圍，阻尼時(shí)間常數(shù)等。 ,一般智能變送器精度為士 ％，如工作在數(shù)字方式下則更高。 1983 年，美國(guó) Honeywell 公司將第一個(gè)稱為 Smart 變送器的 STJ— 3000D壓力變送器推入了美國(guó)國(guó)內(nèi)市場(chǎng)，使智能變送器進(jìn)入了商品化。隨著高參數(shù)、大容量設(shè)備的增加和過(guò)程工藝的復(fù)雜化。由于智能儀表和現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的發(fā)展，過(guò)程控制的主流系統(tǒng) DCS 的結(jié)構(gòu)將發(fā)生轉(zhuǎn)折性變化，控制功能向現(xiàn)場(chǎng)轉(zhuǎn)移和分散，專利系統(tǒng)將向用戶可配置 (集成 )的開放系統(tǒng)過(guò)渡。 開放系統(tǒng)要求互連性和互操作性，即不同廠家生產(chǎn)的儀表、裝置應(yīng)能在一個(gè)系統(tǒng)中協(xié)同工作。由于計(jì)算機(jī)技術(shù)的高度發(fā)展和廣 泛應(yīng)用，近 10 年來(lái)在控制系統(tǒng)方面有了很大進(jìn)展。它實(shí)現(xiàn)了弱直流電信號(hào)放大，并能根據(jù)信號(hào)的幅值大小來(lái)自動(dòng)改變放大系數(shù)，提高測(cè)量靈敏度，對(duì)采樣數(shù)據(jù)處理后，既能輸出 4～ 20mA DC 標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)，又能通過(guò) RS— 485 總線與其他上位機(jī)或同位機(jī)進(jìn)行數(shù)字通信。系統(tǒng)軟件采用MCS— 51 單片機(jī)匯編 語(yǔ)言，模塊化程序設(shè)計(jì)方法，設(shè)計(jì)了儀表監(jiān)控主程序、放大器增益設(shè)定程序、 ADC 轉(zhuǎn)換和處理子程序、 DAC 轉(zhuǎn)換等子模塊，并設(shè)計(jì)了相應(yīng)的通信協(xié)議。在控制網(wǎng)絡(luò)中，各種測(cè)量?jī)x表往往用單片機(jī)作數(shù)據(jù)處理單元，而在主控室，有微機(jī)對(duì)整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一的顯示、存儲(chǔ)和匯總。毫無(wú)疑問，這種系統(tǒng)將成為真正的開放系統(tǒng)。隨著微電子技術(shù)的飛速發(fā)展，尤其是近年來(lái)由于低功耗、多功能 單 片微處理器 、 A/D 與 D/A 變換器件的面世，為研制通用型高精度智能變送器打下了扎實(shí)的物質(zhì)基礎(chǔ)。它們?cè)趥魉托盘?hào)時(shí)，模擬信號(hào)不能簡(jiǎn)單迭加，信道為一對(duì)一，即一 (或二 )對(duì)導(dǎo)線上只能傳輸一個(gè)變送器輸出信號(hào)，且只能單向傳輸。由于這類變送器內(nèi)部有微處理機(jī)，采用了數(shù)字集成化測(cè)量方式，不僅能輸出 4～ 20mA 的模擬信號(hào)，而且還能輸出數(shù)字信號(hào)，實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場(chǎng)和控制室之間進(jìn)行雙向數(shù)字通信。 40： 1 以上，而普通型變送器一般為 l0： 1。這樣一來(lái)就大大減少了工廠檢修停工期和縮短維修時(shí)間。目前智能變送器的價(jià)格已經(jīng)接近普通變送器的水平 。 本世紀(jì) 40 年代， 過(guò)程控制儀表基于氣動(dòng)信號(hào) ， 60 年代先后引入 0～ 10mA和 4～ 20mA 模擬電流信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)，這兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)儀表工業(yè)發(fā)展發(fā)揮了巨大作用。 HART 協(xié)議的智能變送器輸出信號(hào)波形如圖 11 所示。 自 80 年代起，微處理器、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和通信技術(shù)取得了長(zhǎng)足進(jìn)展?，F(xiàn)場(chǎng)總線產(chǎn)品的應(yīng)用勢(shì)必開辟控制領(lǐng)域新紀(jì)元，并對(duì)自動(dòng)化產(chǎn)品市場(chǎng)及控制系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)方法產(chǎn)生很大的沖擊。 xx 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 8 第 2章 硬件電路設(shè)計(jì) 變送器是工業(yè)過(guò)程重要的基礎(chǔ)自動(dòng)化設(shè)備之一。硬件設(shè)計(jì)原理框圖如圖 22 所示。設(shè)計(jì)思路為：在變送器工作現(xiàn)場(chǎng)利用鍵盤輸入所使用的傳感器輸出信號(hào)的滿量程幅值或由上位機(jī)通過(guò)遠(yuǎn)程通信方式將傳感器輸出信號(hào)的滿量程幅值下載到變 送器中，變送器CPU 根據(jù)該幅值大小，自動(dòng)計(jì)算所需運(yùn)放增益，達(dá)到增益自動(dòng)調(diào)節(jié)目的。由新型的集成儀表放大器 AD623 和非易失性數(shù)控電位器 X9241 組成。 AD623 通過(guò)提供極好的隨增益增大而增大的交流共模抑制比而保持最小的誤差?；鶞?zhǔn)端（ 5 腳）的阻抗是 100kΩ。 X9241 是把四個(gè)非易失性數(shù)控電位器 集成在一個(gè)單片的 CMOS 微電路中。數(shù)據(jù)寄存器的內(nèi)容可以傳輸?shù)交瑒?dòng)端計(jì)數(shù)寄存器以設(shè)置滑動(dòng)端的位置。TLC2543C 的引腳如圖 24 所示。 芯片 TLC2543C 引腳功能 特別強(qiáng)大其引腳 說(shuō)明如下： AIN0～ AIN10： 模擬輸入端，由內(nèi)部多路器選擇。 REF＋、 REF－： 正、負(fù)基準(zhǔn)電壓端。 其工作過(guò)程分為兩個(gè)周期： I/O 周期和實(shí)際轉(zhuǎn)換周期， 具體詳細(xì)周期情況 見表 21。輸出及其 具體的轉(zhuǎn)換編程設(shè)計(jì)請(qǐng)見下章應(yīng)用軟件設(shè)計(jì)。接口電路如圖 27 所示。它具有采樣速度快，保持下 xx 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 16 V C CR F BI O U T 1V R E FI O U T 2AGNDDGNDD0D1D2D3D4D5D6D7I L ECSW R IX F E RW R 2D A C 08 3 2E A / V P31X119X218R E S E T9RD17WR16I N T 012I N T 113T014T115P 10 / T1P 11 / T2P 123P 134P 145P 156P 167P 178P 0039P 0138P 0237P 0336P 0435P 0534P 0633P 0732P 2021P 2122P 2223P 2324P 2425P 2526P 2627P 2728P S E N29A L E / P30T X D11R X D10U?8 05 2V C CV C C V E R E ( 5 )L M 7 41Vo 1 2 V+ 12 V4 1 523 6 圖 27 DAC0832 單極性輸出接口電路 降率低及精度高等特點(diǎn)。 X5045 引腳含義見表 22。由于微處理器必須周期性的觸發(fā) CS/WDI 引腳以避免 RESET 信號(hào)激活而使電路復(fù)位，所以 CS/WDI 引腳必須在看門狗超時(shí)時(shí)間終止之前受到由高至低信號(hào)的觸發(fā)。 X5045 內(nèi)部狀態(tài)寄存器包含四個(gè)非易失性狀態(tài)位和兩個(gè)易失性狀態(tài)位。而在寫狀態(tài)寄存器時(shí)，應(yīng)先將 CS 拉低，然后送 WREN 指令，再拉高 CS。 本模塊實(shí)際作用就是將數(shù)字信號(hào)遠(yuǎn)距離傳輸?shù)浇邮斩?，后續(xù)轉(zhuǎn)變和前文所述的原理相同。 電源 電源由 220V AC 供電，采用集成開關(guān)電源，分別供出 +5V 和 2A（單片機(jī)系統(tǒng)使用）、 +5V 和 1A（ RS— 485 接口隔離使用）、177。是單片機(jī)系統(tǒng)程序的框架。如圖 33 所示 。 圖 31 監(jiān)控程序設(shè)計(jì)框圖 單片機(jī)中斷、定時(shí)器、內(nèi)部 RAM 等初始化 自 X5045 中讀出儀表地址、采樣周期等信息 RS485 切換到接受方式 是否有通信請(qǐng)求 采樣周期定時(shí)到 調(diào)通信處理子程序 調(diào)數(shù)據(jù)采集處理子程序 顯示刷新時(shí)間 N N N N Y Y Y 掃描鍵盤 Y 上電運(yùn)行程序 調(diào)顯示刷新處理子程序 調(diào)鍵盤處理子程序 xx 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 22 輸入信號(hào)增益自調(diào)節(jié)模塊 此模塊根據(jù)上位機(jī)傳送過(guò)來(lái)的弱信號(hào)的最大值 VMAX 來(lái)設(shè)定放大環(huán)節(jié)的放大系數(shù)。 、串行接口、具有自診斷功能的 A/D 轉(zhuǎn)換器 TLC2543。鍵盤排列如圖 214 所示。包括系統(tǒng)采樣時(shí)間、儀表網(wǎng)絡(luò)地址、每通道傳感器滿量程輸出值等 [5]。用 BL0， BL1 位可設(shè)置塊鎖存保護(hù)的范圍。存儲(chǔ)器操作時(shí)序，當(dāng) CS 變低后， SI 線上的輸入數(shù)據(jù)在 SCK 的第一個(gè)上升沿時(shí)被鎖存。 工作時(shí)， X5045 對(duì) Vcc 電平進(jìn)行監(jiān)測(cè)，若電源電壓跌落至預(yù)置的最小 Vtrip以下時(shí)，系統(tǒng)即確認(rèn) RESET，從而避免微處理器在電源失效或斷開的情況下工作。其電路連接如圖 28 所示 ： V d dV s sV g gI N / O U TI N HABI N / O U TI N / O U TI N