【導(dǎo)讀】據(jù)處理提出更高的要求。直流電信號(hào)的要求，設(shè)計(jì)了智能變送器系統(tǒng)。它實(shí)現(xiàn)了弱直流電信號(hào)放大，并。位機(jī)或同位機(jī)進(jìn)行數(shù)字通信。系統(tǒng)根據(jù)傳感器輸出的信號(hào)范圍通過(guò)編程設(shè)定由。集成測(cè)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(hào)輸出，或通過(guò)隔離后的RS—485總線將數(shù)據(jù)傳送給上位機(jī)。立的看門狗電路和EEPROM存儲(chǔ)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(diǎn)。片內(nèi)不含保持電容 CH,一般選擇電解電容，當(dāng)保持電容為 時(shí)，信號(hào)達(dá)到 ％精度所需要的獲取時(shí)間（采樣時(shí)間）為 25us，其下降速率為 3mv/s。即使輸入電壓等于電源電壓時(shí)，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(dāng) D/A 轉(zhuǎn)換器輸出為 0時(shí)，只有 +1 V 作用，經(jīng)過(guò) 250Ω的電阻產(chǎn)生 4mA 直流信號(hào)，當(dāng) D/A 轉(zhuǎn)換器輸出為 +5V 時(shí)，兩個(gè)電源為求和電路， 5V 信號(hào)經(jīng)過(guò) 16mA 信號(hào)，兩者疊加共產(chǎn)生 20mA 直流信號(hào)。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(yùn)行監(jiān)視電路設(shè)計(jì) 由于 80C52 單片機(jī)內(nèi)沒(méi)有 獨(dú)立的監(jiān)視定時(shí)器（ Watchdog Timer），所以需另 行設(shè)計(jì)監(jiān)視電路以提高系統(tǒng)的可靠性。設(shè)計(jì)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(jiàn)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(hào) SI 串行輸出 SO 串行輸出 SCK 串行時(shí)鐘信號(hào) WP 寫使能引腳 RES 復(fù)位 VSS 電源負(fù) VCC 電源正 X5045 與單片機(jī)接口見(jiàn)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(jī)接口原理圖 設(shè)計(jì)中應(yīng)用到以下幾方面功能： X5045 加電時(shí)會(huì)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(hào)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(dāng) Vcc 超過(guò)器件的 Vtrip 門限值時(shí)，電路將在 200ns(典型 )延時(shí)后釋放 RESET 以允許系統(tǒng) xx 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 18 開(kāi)始工作。 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(kāi)的情況下工作。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。而當(dāng) Vcc 返回并超過(guò) Vtrip 達(dá) 200ns 時(shí)，系統(tǒng)重新開(kāi)始工作。 看門狗定時(shí)器的作用是通過(guò)監(jiān)視 WDI 輸入來(lái)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(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)。 串行非易失數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 器件存儲(chǔ)部分是帶鎖保護(hù)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(wàn)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(diǎn)，允許工作在簡(jiǎn)單的四總線上。 X5045 主要是通過(guò)一個(gè) 8 位的指令寄存器來(lái)控制器件的工作，其指令代碼通過(guò) SI 輸入端（ MSB 在前）寫入寄存器。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。而 SO 線上的數(shù)據(jù)則由 SCK 的下降沿輸出。用戶可停止時(shí)鐘，然后再啟動(dòng)它，以便在它停止的地方恢復(fù)操作。在整個(gè)工作期間， CS 必須為低。 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?？刂莆挥糜谠O(shè)置看門狗 定時(shí)器的操作 和存儲(chǔ)器的塊鎖保護(hù)。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(hù)的范圍。任何被塊鎖存保護(hù)的存儲(chǔ)器都只能讀出不能寫入。 WD0， WD1 位用于選擇看門狗的超時(shí)周期。當(dāng) CS 選中器件后，送 8 位 RDSR 指令，并由 CLK 信號(hào)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(shí)，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(duì)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(chǔ)器屬于非易失存儲(chǔ)器，可用于系統(tǒng)重要參數(shù)的保存。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]。 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)。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(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。 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。 顯示器接口電路設(shè)計(jì) 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(hào) 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(jì) 電路圖如圖 213 所示。共設(shè)計(jì) 4 個(gè)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(jī)進(jìn)入通道設(shè)定畫面，進(jìn)行通道參數(shù)設(shè)定。 ：按下該鍵，說(shuō)明參數(shù)輸入完畢，將通道參數(shù)存入 X5045 存儲(chǔ)器中。 ：光標(biāo)移動(dòng)鍵。 電源 電源由 220V AC 供電，采用集成開(kāi)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。 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(jì)特點(diǎn)有以下幾方面： 。 ，無(wú)噪聲、壽命長(zhǎng)、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(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 。 顯示器 使信息顯示清晰易懂。 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。是單片機(jī)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?xiàng)l件觸發(fā)并完成顯示功能。在設(shè)計(jì)監(jiān)控程序時(shí)，在通信、定時(shí)采集數(shù)據(jù)、鍵盤掃描、數(shù)據(jù)顯示等功能中，為及時(shí)響應(yīng)其它儀 器通信要求，通信功能的優(yōu)先級(jí)別應(yīng)最高，次之為定時(shí)采集數(shù)據(jù)，優(yōu)先級(jí)別最低為數(shù)據(jù)顯示，各作業(yè)之間具有明顯優(yōu)先級(jí)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(jí)高者先運(yùn)行 [6]。程序框圖如圖 31 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)。將弱信號(hào)放大到 0～ 5V，即放大系數(shù)等于 5000 除以 VMAX。程序設(shè)計(jì)流程如圖 32 所示 。 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。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(shí)找出其中的最大值和最小值，再?gòu)睦奂雍椭袦p去最大值開(kāi)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(jìn)制數(shù)，并輸入下一個(gè) I/O 周期地址和控制字