智能工业双光柱数显表

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1、学年设计智能工业双光柱数显表哈尔滨理工大学自动化系2010.1目录Ch1.任务描述Ch2.总体方案设计Ch3.硬件电路设计Ch4.电路板焊接和测试Ch5.软件设计Ch6.仪表组装Ch7.综合调试Ch8.进度安排Ch1任务描述目的意义工业控制中，经常要对各类模拟量信号进行采集和显示。工业现场大多数的模拟量信号都经过变送器转变为DDZ－III型仪表的标准信号4～20mA，因此能够以多种方式显示模拟量的智能工业数显表具有普遍的需求。Ch1任务描述技术指标四通道模拟信号输入，精度0.5级；模拟量输入信号类型：0～5V，1～5V，4～20mA，0～10m

2、A；显示方式2种：双排数码管，双光柱带有按键，用户可以配置必要的信息；具有报警功能，报警输出方式为继电器触点；具有RS485通讯接口；带有1路4～20mA的变送输出；配置可编程并保存，配置信息包括模拟量通道类型，模拟量量程，报警上下限等；仪表供电电源为～220V/0.2A标准工业仪表外壳，开孔尺寸76×152mmCh2总体方案设计一、CPU选型分析技术指标可以看出，仪表的功能虽然很多，但是工作并不复杂，都是常用的功能，对CPU的要求不高，而且对实时性要求也比较宽松，因此选择价格低廉、工作可靠、资源充足的单片机即可完成设计任务。可以选择的单片机包

3、括：AT89S52：标准52系列单片机，内部有程序存储器STC89C52RC：增强型52系列单片机，支持ISP编程Ch2总体方案设计二、多路模拟量选通和信号调理仪表可以输入4路模拟量信号，这4路模拟量信号都要进入AD转换器，因此要选用模拟开关。选择双4选1的模拟开关CD4052，通过单片机的IO引脚选择通道。模拟信号进入CD4052之前要进行必要的处理：低通滤波：RC低通滤波器，滤除高频干扰信号量程转换：转换为AD转换器的量程以内Ch2总体方案设计三、AD转换器仪表对实时性没有提出具体要求，因此显示刷新速度200ms一次即可。显示仪表应该对干扰

4、具有较强的抵抗能力。可以选择双积分式的AD转换器，这类转换器虽然转换速度不快，但是抗干扰能力强。可以根据双积分AD转换器的工作原理，仅使用其转换完成引脚的信号，具体的转换计数功能由单片机定时计数器和软件协调完成，从而简化电路设计。选择ICL7135考虑AD转换器的参考电源、供电电源、量程和时钟信号Ch2总体方案设计四、显示方案共阳极光柱2条，为10×10点阵式，分左右显示。共阳极数码管共8只，分上下2排显示。考虑到显示器件较多，如果选择静态显示方式，则需要扩展大量的元件，而且功耗增加很多。由于52系列单片机内部有3个定时器，因此可以使用其中一个

5、作为动态显示的刷新定时用。动态显示的数据共10＋10＋8＝28位，需要4个锁存器进行数据锁存，并由CPU的IO脚控制锁存信号。动态显示的位共10位，可以采用4－16译码器产生位选通信号；考虑到单片机的负载能力较弱，因此选择用IO引脚控制三极管的方式驱动发光器件，并且采用灌电流方式；Ch2总体方案设计五、按键由于仪表面板较小，因此不宜采用过多的按键。设置4个独立式按键，分别为增加，减小，回车，取消，用户通过不同的按键操作，实现对仪表的配置工作。为了简化硬件设计，对按键的扫描采用显示单元的位选通信号，在显示选通各个位置的时候，同时完成对按键的读取。

6、由于位选通信号是灌电流驱动，因此CPU读入按键信息的引脚应该接下拉电阻。Ch2总体方案设计六、4～20mA变送输出由于是变送输出，因此仪表必须直接输出电流信号，不能通过集电极开路方式借助外部电源产生电流信号，否则其他测量仪表将无法使用该电流信号。采用串行接口方式的DA转换器MAX504先输出电压信号，然后通过运放LM324将其转换为电流信号（VI变换）直接输出。考虑运放的正负供电电源。Ch2总体方案设计七、非易失性存储器用户的配置信息应该在仪表断电不会丢失，这些配置信息包括通道类型、通道量程、报警上下限以及零点偏移和满度偏移等。采用线性非易失性

7、存储器作为保存配置信息的元件，每次仪表启动后都从非易失性存储器内部读取当前的用户配置。采用X25045芯片，并利用其电源监视和看门狗功能加强仪表的可靠性。Ch2总体方案设计八、电源设计仪表内的元件所需要的电源包括：集成芯片工作电源（数字电源）：＋5V运放工作正电源：＋24V模拟负电源：－5VAD转换器参考电源：＋1.25V仪表的输入电源为～220V；采用开关电源模块由～220V输入产生＋5V和＋24V电源，＋5V为集成芯片的工作电源，＋24V为运放的正电源。采用7660从＋5V产生－5V电源，给CD4052和ICL7135的负电源供电；用TL4

8、31产生ICL7135的参考电压；Ch2总体方案设计九、工艺设计仪表壳体分为3部分：主壳体，面板，端子板根据仪表壳体和电路功能，将整个仪表的电路设计规