題t目：基于單片機的通用智能測控系統--下位機部分-資料下載頁

【導讀】由于智能測控系統面向不同的應用領域，采用不同的實現途徑，使用不。同的開發環境，因此其設計調試過程往往是復雜而且痛苦的。本設計主要介紹了基于單。和開關量，并將數據實時地傳回上位機等功能。用了RS485總線實現上位機和下位機的通信。本系統是和上位機聯機調試的,由于缺乏硬。件不能進行在線調試，但是結果經過論證符合實際要求。該系統能夠應用于一般工業測。控要求的場合，系統具有低耗能、結構簡單、可靠性高、速度快、連接方便等特點。控制功能進一步加強的必要條件，因此本次設計就更具有了討論和研究的現實意義。

　　

【正文】 ng s \ A d m i ni s t r a t or \桌面 \ M yD e s i g bD r a w n B y :I C 1R5R6R3R4V+VI n+I nR1R2WYR8 R9R 11W R 3W R 2R 10V++I C 2 V o utW R 1V1V2 圖 由運放和電阻等組成的 I/V轉換電路 轉換原理：由熱工儀表送來的 0～ 10mA 或 4～ 20mA 的電流信號經 R1 電阻將其轉換為 0～ 5V或 1～ 5V， 為了使 Vout 能輸出正向信號，前邊加了一級反向比例放大電路 (即IC1 部分 )，同時也具有阻抗變換等作用 ，第二級是一個加法器， 它的作用是當變送器送來的是 4～ 20mA 電流信號時，第一級放大電路輸出為 1～ 5V，而不是 0～ 5V，為了使1～ 5V變成 0～ 5V，而加了第二級的加法器調解 WR2 電位器使 V2 端電壓為 1V，經 過調解加法器的 WR3 電位器 (即放大倍數 )即可使輸出為 0～ 5V。 其計算公式為 : 6219 /)(*)3( RVVWRRV out ??? （ 41） 其中 86 RR? 。 因為 1V 總為負值 (即 1～ 5V)， 2V 總為正值 (即 +1V)， 適當調解 3WR ，可使 IC2的輸出為 0～ 5V，即將 0到 1V去掉。 內蒙古科技大學畢業設計說明書（畢業論文） 23 該電路的優點：①當變送器送來的信號為 0～ 10mA時 ， 使 V2為 0V， 即可使輸出為 0～5V；當變送器送來的信號為 4～ 20mA時 ， 使 V2端為 +1V，調解 WR3即可使輸出為 0～ 5V。②該電路所帶來的最大好處是提高了 4～ 20mA信號的檢測精度。 該電路的缺點：①需要一個高精度、較大功率的 R1電阻 ， 當變送器送來的信號為20mA時 ， R1為 250時 ， R1上消耗的功率為 。由于使用環境溫度不同最少得 1W以上。如果這里的精度不夠 ， 那么后面的轉換精度也無從說起。②穩壓二極管 WY， 剛加電時 ， 隨著時間的變化 ， 它的穩壓值也隨著變化 ， 開始變化比較大 ， 隨時間的增加 ， 變化逐漸減少 ， 大約需要二個月左右才能穩定下來。它帶來的最大壞處是 V2端的值不是穩定的+1V， 為了使系統檢測值比較精確 ， 總得調整 WR2。如果該系統用于“熱力系統”，則每年都需要二個月左右的調整才能穩定。帶來了很大的麻煩。③由于 WR2等經常需要調整 ， 因此會常常產生接觸不良的現象 ， 帶來了系統的不可靠。④由于 該轉換電路元器件太多 ， 焊點過多也會造成系統不可靠。 單片機的復位電路以及看門狗電路 看門狗電路 （ Watchdog），簡稱 WD。其作用是檢測單片機的運行，一旦發現死機或程序跑飛現象，將發出復位信號恢復程序的正常運行。 由硬件連接圖所示， X25045 芯片內包含有一個看門狗定時器，可通過軟件預置系統的監控時間。在看門狗定時器預置的時間內若沒有總線活動，則 X25045 將從 RESET 輸出一個高電平信號，經過微分電路 C R6 輸出一個正脈沖，使 CPU復位。圖 電路中， CPU的復位信號共有 3 個：上電復位 (C R4)，人工復位 (S、 R R5)和 Watchdog復位 (C R6)，通過或門綜合后加到 RESET 端。 C R6 的時間常數不必太大，有數百微秒即可，因為這時 CPU 的振蕩器已經在工作。 該電路為 AT89C51 擴展了上電復位、手動復位、電源電壓監控、可編程看門狗定時器、串行 E2PROM 等功能。同時，由圖 可得，對看門狗的復位由 CS 輸入電平的下降沿完成， SCK 是外部輸入的同步時鐘信內蒙古科技大學畢業設計說明書（畢業論文） 24 號 ； 在對芯片發出指令或寫入數據時，時鐘前沿將 SI 引腳信號輸入 ； 在讀數據時，時鐘后沿將數據位輸出到 SO 引腳上。數據不管輸入 /輸出都 是高位在先。 1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t l eN u m be r R e v i s i o nS i z eBD a t e : 2 0 J u n 2 0 08 S he e t o f F i l e : C : \ D o c u m e n t s a n d S e t t i n gs \ A d m i n i s t r a t o r \桌面 \新建文件夾 \ M y D e s i g n .d dbD r a w n B y:C1123ANDC2R4R6R5V C CS1V C C8R E S E T7S C K6SI5CS1SO2WP3V S S4V5X 2 40 4 5P 1. 6P 1. 5P 1. 7P 1. 4P 1. 01P 1. 12P 1. 23P 1. 34P 1. 45P 1. 56P 1. 67P 1. 78R S T / V P D9P 3. 0 / R x D10P 3. 1 / T xD11P 3. 2 / I N T 012P 3. 3 / I N T 113P 3. 4 / T 014P 3. 5 / T 115P 3. 6 / W R16P 3. 7 / R D17X T A L 218X T A L 119GND20P 2. 021P 2. 122P 2. 223P 2. 324P 2. 425P 2. 526P 2. 627P 2. 728P S E N29A L E / P R O G30E A / V p p31P 0. 732P 0. 633P 0. 534P 0. 435P 0. 336P 0. 237P 0. 138P 0. 039V C C40I C 28 9C 5 1V C CV C C1 0K2 0μ F1 0K1K0 .1 μ F 圖 復位電路及看門狗 開關量光隔離電路 工業生產過程中各種干擾來自電源、強電、磁場等居多。它們對微機系統的影響 ,最終是通過傳輸導線、地線等施加于微機控制系統，而大部分是以電壓的形式表現出來。就其硬件處理方法不外乎兩類：其一是選用帶有隔離作用的專用集成芯片，但其價格就目前看昂貴，不利于推廣應用；其二就是采用各種光電耦合器件，將現場信息通過電─光─電方式與控制系統聯系起來，進而達到抑制干擾的一種簡便易行的隔離方法。本設計是應用 TIL113 光電耦合器來實現的開關量輸入，電路圖如圖 所 示：采用光 — 電隔離技術，不但可以最大限度地防止現場強電磁干擾的竄入，而且可以防止工頻電源中高次諧波的干擾，也可以有效地切斷電路當中級與級之間的電的聯系，從而保證各級電路內蒙古科技大學畢業設計說明書（畢業論文） 25 能獨立可靠地工作。 1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t leN u m be r R e v i s i onS i z eBD a t e : 17 J un 2 00 8 S he e t o f F i l e : C : \ D o c um e nt s a n d S e tt i ng s \ A d m i ni s t r a t or \桌面 \ M yD e s i g bD r a w n B y :R1Ki+5I N T 0D0 R2+5 圖 開關量輸入電路原理圖 圖中 Ki─代表系統外部任何某一種開關信息。 使用光電隔離器時必須注意的事項有： (1)被隔離的單元電路之間必須單獨使用自備的電源； (2)用于驅動發光管的電源和用于驅動光敏管的電源不應是共地的電源； (3)隔離后的輸出通道必須單獨供電，以防外部干擾信號竄到系統中來。單獨供電時，可以單獨使用不 同的電源，也可以用 DC— DC 變換的方法往輸出端提供的與光隔輸入端相互隔離的電源。 光電隔離器的作用有：第一，它有隔離開關的作用，因為它具有通斷功能；第二，它具有電平轉換的功能，因為相互隔離的前后級之間的電源是單獨的，電源電壓的等級也可以是不同的。 A/D 轉換電路 A/D 轉換模塊任務為采樣由熱工儀表的輸出的模擬信號，然后轉換成微處理器能夠處理的數字信號。兩路輸入信號中一路信號 (熱工儀表輸出的控制信號 )為標準的大電流信號 (4~20mA)，經 I/V轉換器 (精密電阻 )轉換成模擬電壓信號后送入 A/D 轉換器，通過內蒙古科技大學畢業設計說明書（畢業論文） 26 A/D 變換后送入單片機；另一路信號為 +5V的模擬信號，也送入 A/D 轉換器，通過 A/D變換后送入單片機。 TLC0832 與單片機的接口電路如圖 所示： 1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t leN u m be r R e v i s i onS i z eBD a t e : 18 J un 2 00 8 S he e t o f F i l e : C : \ D o c um e nt s a n d S e tt i ng s \ A d m i ni s t r a t or \桌面 \ M yD e s i g bD r a w n B y :P 1. 01P 1. 12P 1. 23P 1. 34P 1. 45P 1. 56P 1. 67P 1. 78R S T / V P D9P 3. 0/ R xD10P 3. 1/ T xD11P 3. 2/ I N T 012P 3. 3/ I N T 113P 3. 4/ T 014P 3. 5/ T 115P 3. 6/ W R16P 3. 7/ R D17X T A L 218X T A L 119G N D20P 2. 021P 2. 122P 2. 223P 2. 324P 2. 425P 2. 526P 2. 627P 2. 728P S E N29A L E / P R O G30E A / V pp31P 0. 732P 0. 633P 0. 534P 0. 435P 0. 336P 0. 237P 0. 138P 0. 039V C C40I C 289 C 51V C C / R E F8C L K7DO6DI5CS1C H 02C H 13G N D4V1T L C 08 32P 2. 0V C CV C CP 2. 0P 2. 1P 2. 2P 2. 2P 2. 1V C C+ 5V30 P F30 P F12 M H Z 圖 TLC0832 與單片機的接口電路 電壓電流變換電路 V/I 變換電路的作用是將電壓信號轉換成電流信號，它不僅要求輸出電流與輸入電壓有線性關系，而且要求輸出電流隨負載電阻變化所引起的變化量不超過允許值，即轉換器具有恒流性能。把從 D/A 轉換裝置 及反向器 輸出的 0~5V 電壓信號轉換成 4~20mA的輸出。 本文選用的 V/I 轉換電路是 由運算放大器 N 及晶體管 V V2 組成。 V1 構成倒相放大級， V2 構成電流輸出級。 Ub 為偏置電壓，用以進行零位平移。由于電路采用電流并聯負反饋，因此具有較好的恒流性能。 電路如圖 所示： 內蒙古科技大學畢業設計說明書（畢業論文） 27 1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t l eN u m be r R e v i s i o nS i z eBD a t e : 2 0 J u n 2 0 08 S he e t o f F i l e : C : \ D o c u m e n t s a n d S e t t i n gs \ A d m i n i s t r a t o r \桌面 \ M y D e s i g n .d dbD r a w n B y:+_+△ ∞NR1R2R5R4R3R7RLR6V1N P NV2N P NUiUb+EIo 圖 V/I 變換電路 分析如下： 利用疊加原理，可求出在 iu ， bu ，及輸出電流 oI 作用下，運算放大器 N 的 同相及反