【導(dǎo)讀】據(jù)處理提出更高的要求。直流電信號的要求，設(shè)計了智能變送器系統(tǒng)。它實現(xiàn)了弱直流電信號放大，并。位機或同位機進行數(shù)字通信。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，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。立的看門狗電路和EEPROM存儲器電路，提高了系統(tǒng)可靠性。

　　

【正文】 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。片內(nèi)不含保持電容 CH,一般選擇電解電容，當保持電容為 時，信號達到 ％精度所需要的獲取時間（采樣時間）為 25us，其下降速率為 3mv/s。即使輸入電壓等于電源電壓時，也可以將輸入直接耦合到輸出端。 V/I 變換則采用放大器構(gòu)成反向輸出求和電路，當 D/A 轉(zhuǎn)換器輸出為 0時，只有 +1 V 作用，經(jīng)過 250Ω的電阻產(chǎn)生 4mA 直流信號，當 D/A 轉(zhuǎn)換器輸出為 +5V 時，兩個電源為求和電路， 5V 信號經(jīng)過 16mA 信號，兩者疊加共產(chǎn)生 20mA 直流信號。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 / O U TI N / O U TI N / O U TI N / O U TI N / O U TI N / O U TCR?C D 4 0 5 1A+1 圖 28 4~20mA 輸出電路 復(fù)位及運行監(jiān)視電路設(shè)計 由于 80C52 單片機內(nèi)沒有 獨立的監(jiān)視定時器（ Watchdog Timer），所以需另 行設(shè)計監(jiān)視電路以提高系統(tǒng)的可靠性。設(shè)計中采用了專用集成電路 X5045。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。其引腳如圖 29 所示。 X5045 引腳含義見表 22。 采樣保持放大器 xx 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 17 CSSOWPV s sV c cR ES / R E SS C KSIX 5 0 4 5 圖 29 X5045 引腳圖 表 22 X5045 引腳含義 CS 片選信號 SI 串行輸出 SO 串行輸出 SCK 串行時鐘信號 WP 寫使能引腳 RES 復(fù)位 VSS 電源負 VCC 電源正 X5045 與單片機接口見圖 210 所示： CSSOWPV s sV c cR E S / R E SS C KSIU?X 5 04 5E 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 C1 0K1 00 u F 圖 210 X5045 與單片機接口原理圖 設(shè)計中應(yīng)用到以下幾方面功能： X5045 加電時會激活其內(nèi)部的上電復(fù)位電路，從而使 RESET 引腳有效。該信號可避免系統(tǒng)微處理器在電壓不足或振蕩器未穩(wěn)定的情況下工作。當 Vcc 超過器件的 Vtrip 門限值時，電路將在 200ns(典型 )延時后釋放 RESET 以允許系統(tǒng) xx 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 18 開始工作。 工作時， X5045 對 Vcc 電平進行監(jiān)測，若電源電壓跌落至預(yù)置的最小 Vtrip以下時，系統(tǒng)即確認 RESET，從而避免微處理器在電源失效或斷開的情況下工作。當 RESET 被確認后，該 RESET 信號將一直保持有效，直到電壓跌到低于1V。而當 Vcc 返回并超過 Vtrip 達 200ns 時，系統(tǒng)重新開始工作。 看門狗定時器的作用是通過監(jiān)視 WDI 輸入來監(jiān)視微處理器是否激活。由于微處理器必須周期性的觸發(fā) CS/WDI 引腳以避免 RESET 信號激活而使電路復(fù)位，所以 CS/WDI 引腳必須在看門狗超時時間終止之前受到由高至低信號的觸發(fā)。 串行非易失數(shù)據(jù)存儲器 器件存儲部分是帶鎖保護的 CMOS 串行 EPROM 陣列，陣列的內(nèi)部組織是512*8 位。 X5045 可提供最少為 10 萬次擦 寫和 100 年的數(shù)據(jù)保存期，并具有串行外圍接口（ SPI）和軟件協(xié)議的特點，允許工作在簡單的四總線上。 X5045 主要是通過一個 8 位的指令寄存器來控制器件的工作，其指令代碼通過 SI 輸入端（ MSB 在前）寫入寄存器。存儲器操作時序，當 CS 變低后， SI 線上的輸入數(shù)據(jù)在 SCK 的第一個上升沿時被鎖存。而 SO 線上的數(shù)據(jù)則由 SCK 的下降沿輸出。用戶可停止時鐘，然后再啟動它，以便在它停止的地方恢復(fù)操作。在整個工作期間， CS 必須為低。 X5045 內(nèi)部狀態(tài)寄存器包含四個非易失性狀態(tài)位和兩個易失性狀態(tài)位。控制位用于設(shè)置看門狗 定時器的操作 和存儲器的塊鎖保護。狀態(tài)寄存器的格式如下： 表 23 Status Register(Default = 00H) 7 6 5 4 3 2 1 0 0 0 WD1 WD0 BL1 BL0 WEL WIP WIP 是易失性只讀位，用于聲明器件是否忙于內(nèi)部易失性寫操作。 WEL 位用于指出“寫使能”鎖存的狀態(tài)。用 BL0， BL1 位可設(shè)置塊鎖存保護的范圍。任何被塊鎖存保護的存儲器都只能讀出不能寫入。 WD0， WD1 位用于選擇看門狗的超時周期。當 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。而在寫狀態(tài)寄存器時，應(yīng)先將 CS 拉低，然后送 WREN 指令，再拉高 CS。然后再次拉低 CS，最后送入 WRSR 指令及對應(yīng)于狀態(tài)寄存器內(nèi)容的 8 位數(shù)據(jù)即可。該操作由 CS 變高結(jié)束。 X5045 所含存儲器屬于非易失存儲器，可用于系統(tǒng)重要參數(shù)的保存。包括系統(tǒng)采樣時間、儀表網(wǎng)絡(luò)地址、每通道傳感器滿量程輸出值等 [5]。 RS—485 總線接口電路設(shè)計 該部分電路為通信協(xié)議物理層硬件設(shè)計。電路原理如圖 211 所示。 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 串口隔離及介質(zhì)驅(qū)動電路 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。 本模塊實際作用就是將數(shù)字信號遠距離傳輸?shù)浇邮斩?，后續(xù)轉(zhuǎn)變和前文所述的原理相同。 顯示器接口電路設(shè)計 LCD 的顯示分為顯示區(qū)與信息區(qū)兩部分，其中信息區(qū)顯 示固定信息（如哈爾濱理工大學(xué)等），顯示區(qū)包括通道號 和通道 信息 。 顯示器模塊如圖 212 所示： VDD+ 3. 3V0WR22V s sGNDRD24CS25RS26R E T27D B 028D B 129V E E+ 3. 3 VB L AI N TB U S Y35D B 736D B 637D B 538D B 439D B 340D B 241C O M P O N E N T _ 1V C C 圖 212 顯示器接口電路 鍵盤接口電路設(shè)計 電路圖如圖 213 所示。共設(shè)計 4 個按鍵。鍵盤排列如圖 214 所示。 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，單片機進入通道設(shè)定畫面，進行通道參數(shù)設(shè)定。 ：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。 ：光標移動鍵。 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（單片機系統(tǒng)使用）、 +5V 和 1A（ RS— 485 接口隔離使用）、177。 12V（放大電路使用）三種規(guī)格的值 。 本章小結(jié) 綜上所述，硬件設(shè)計特點有以下幾方面： 。 ，無噪聲、壽命長、阻值可程控改變、可 設(shè)定阻值掉電記憶 。 、串行接口、具有自診斷功能的 A/D 轉(zhuǎn)換器 TLC2543。 — 485 通信 總線接口電路設(shè)計 接口采用光電隔離電路及獨立的看門狗電路，提高系統(tǒng)抗擾能力 。 顯示器 使信息顯示清晰易懂。 刪除 確認 ← → xx 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 21 第 3章 應(yīng)用軟件設(shè)計 監(jiān)控程序模塊 系統(tǒng)監(jiān)控程序是控制單片機系統(tǒng)按預(yù)定操作方式運轉(zhuǎn)的程序。是單片機系統(tǒng)程序的框架。其主要任務(wù)完成系統(tǒng)自檢、初始化、處理鍵盤命令、處理接口命令、處理條件觸發(fā)并完成顯示功能。在設(shè)計監(jiān)控程序時，在通信、定時采集數(shù)據(jù)、鍵盤掃描、數(shù)據(jù)顯示等功能中，為及時響應(yīng)其它儀 器通信要求，通信功能的優(yōu)先級別應(yīng)最高，次之為定時采集數(shù)據(jù)，優(yōu)先級別最低為數(shù)據(jù)顯示，各作業(yè)之間具有明顯優(yōu)先級的差別，所以監(jiān)控程序采用作業(yè)優(yōu)先調(diào)度型，優(yōu)先級高者先運行 [6]。程序框圖如圖 31 所示。 圖 31 監(jiān)控程序設(shè)計框圖 單片機中斷、定時器、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 是否有通信請求 采樣周期定時到 調(diào)通信處理子程序 調(diào)數(shù)據(jù)采集處理子程序 顯示刷新時間 N N N N Y Y Y 掃描鍵盤 Y 上電運行程序 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 輸入信號增益自調(diào)節(jié)模塊 此模塊根據(jù)上位機傳送過來的弱信號的最大值 VMAX 來設(shè)定放大環(huán)節(jié)的放大系數(shù)。將弱信號放大到 0～ 5V，即放大系數(shù)等于 5000 除以 VMAX。程序設(shè)計流程如圖 32 所示 。 圖 32 輸入信號增益自調(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、標度轉(zhuǎn)換子程序等。如圖 33 所示 。 圖 33 A/D 轉(zhuǎn)換子程序框圖 為更好的消除脈沖干擾的影響，系統(tǒng)采用去極值平均濾波。即連續(xù)采樣 7次，將其累加求和同時找出其中的最大值和最小值，再從累加和中減去最大值開始 A=5 K=5000/A Rf=100KΩ /(K1) 送入 A,串行送出 結(jié)束 K=1000 Y N 讀高 四 位二進制數(shù)，并輸入下一個 I/O 周期地址和控制字