第11章80C51應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法

1、2021-11-201第第1111章章 80C5180C51應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程設(shè)計(jì)過程11.1提高系統(tǒng)提高系統(tǒng)可靠性可靠性的一般方法的一般方法11.2數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)11.3智能二線制溫度變送器智能二線制溫度變送器設(shè)計(jì)實(shí)例設(shè)計(jì)實(shí)例11.42021-11-202 可靠性高可靠性高11.1.1 11.1.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本要求系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本要求 處于前端數(shù)據(jù)采集、控制輸出處于前端數(shù)據(jù)采集、控制輸出系統(tǒng)規(guī)劃時要考慮可靠性措施系統(tǒng)規(guī)劃時要考慮可靠性措施設(shè)計(jì)時要考慮故障自動檢測和處理環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)時要考慮故障自動檢測和處理環(huán)節(jié)11.1 單片

2、機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程 使用方便使用方便設(shè)計(jì)觀念：注重使用和維修設(shè)計(jì)觀念：注重使用和維修功能設(shè)置：開關(guān)簡潔、順序明了、符號直觀功能設(shè)置：開關(guān)簡潔、順序明了、符號直觀 性價比高性價比高2021-11-203 確定任務(wù)確定任務(wù)11.1.2 11.1.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的步驟系統(tǒng)設(shè)計(jì)的步驟 前提：市場需求前提：市場需求 目標(biāo)：克服舊缺點(diǎn)、開發(fā)新功能目標(biāo)：克服舊缺點(diǎn)、開發(fā)新功能 規(guī)劃：系統(tǒng)功能、技術(shù)指標(biāo)、系統(tǒng)構(gòu)成規(guī)劃：系統(tǒng)功能、技術(shù)指標(biāo)、系統(tǒng)構(gòu)成 方案設(shè)計(jì)方案設(shè)計(jì)單片機(jī)型號選擇單片機(jī)型號選擇 硬件與軟件的功能劃分硬件與軟件的功能劃分 應(yīng)采取的可靠性措施應(yīng)采取的可靠性措施 2021-11-2

3、04 硬件設(shè)計(jì)硬件設(shè)計(jì)單片機(jī)基本系統(tǒng)設(shè)計(jì)單片機(jī)基本系統(tǒng)設(shè)計(jì) 擴(kuò)展電路和輸入擴(kuò)展電路和輸入/ /輸出通道設(shè)計(jì)輸出通道設(shè)計(jì) 人機(jī)界面設(shè)計(jì)人機(jī)界面設(shè)計(jì) 軟件設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)功能模塊化：信號采集、控制算法、人機(jī)交互功能模塊化：信號采集、控制算法、人機(jī)交互 設(shè)計(jì)方法：模塊化設(shè)計(jì)、自頂向下設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)方法：模塊化設(shè)計(jì)、自頂向下設(shè)計(jì) 開發(fā)流程見下圖開發(fā)流程見下圖2021-11-2052021-11-20611.2 提高系統(tǒng)可靠性的一般方法提高系統(tǒng)可靠性的一般方法 11.2.1 11.2.1 電源干擾及其抑制電源干擾及其抑制 交流電源干擾及其抑制交流電源干擾及其抑制電網(wǎng)上的尖峰干擾現(xiàn)象電網(wǎng)上的尖峰干擾現(xiàn)象持續(xù)時間：幾

4、個納秒持續(xù)時間：幾個納秒幅度約在幅度約在50V50V4000V4000V使系統(tǒng)的程序使系統(tǒng)的程序“跑飛跑飛” 2021-11-207抑制措施抑制措施使系統(tǒng)盡量遠(yuǎn)離干擾源使系統(tǒng)盡量遠(yuǎn)離干擾源采用交流電源濾波器采用交流電源濾波器采用交流穩(wěn)壓器采用交流穩(wěn)壓器采用采用1:11:1隔離變壓器隔離變壓器 2021-11-208直流電源抗干擾措施直流電源抗干擾措施采用高質(zhì)量集成穩(wěn)壓電路單獨(dú)供電采用高質(zhì)量集成穩(wěn)壓電路單獨(dú)供電采用直流開關(guān)電源采用直流開關(guān)電源采用采用DCDCDCDC變換器變換器 2021-11-20911.2.2 11.2.2 地線干擾及其抑制地線干擾及其抑制 一點(diǎn)接地和多點(diǎn)接地的應(yīng)用一點(diǎn)接地和

5、多點(diǎn)接地的應(yīng)用 數(shù)字地與模擬地的連接原則數(shù)字地與模擬地的連接原則 印刷電路板的地線分布原則印刷電路板的地線分布原則 信號電纜屏蔽層的接地信號電纜屏蔽層的接地 2021-11-201011.2.3 11.2.3 其他提高系統(tǒng)可靠性的方法其他提高系統(tǒng)可靠性的方法 使用微處理器監(jiān)控電路使用微處理器監(jiān)控電路 上電復(fù)位上電復(fù)位監(jiān)控電壓變化監(jiān)控電壓變化WatchdogWatchdog功能功能片使能片使能備份電池切換開關(guān)等備份電池切換開關(guān)等 軟件抗干擾措施軟件抗干擾措施 輸入輸入/ /輸出抗干擾輸出抗干擾 避免系統(tǒng)避免系統(tǒng)“死機(jī)死機(jī)”的方的方法法 2021-11-201111.3 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)采集

6、系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 11.3.1 11.3.1 模擬輸入通道的組成模擬輸入通道的組成 傳感器傳感器多路開關(guān)多路開關(guān) 放大器放大器采樣保持器采樣保持器A/DA/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器2021-11-2012 工作方式設(shè)置及狀態(tài)字格式工作方式設(shè)置及狀態(tài)字格式方式設(shè)置方式設(shè)置76543210TM2TM1IEBIEAPC2PC1PBPA地址：地址：000PAPA：A A口方向?？诜较颉?-0-輸入；輸入；1-1-輸出輸出PBPB：B B口方向?？诜较颉?-0-輸入；輸入；1-1-輸出輸出 2021-11-201311.3.2 11.3.2 設(shè)計(jì)示例設(shè)計(jì)示例 設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)要求 溫度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，被測溫度范圍是溫度數(shù)據(jù)采

7、集系統(tǒng)，被測溫度范圍是0 0500500，被測點(diǎn)為，被測點(diǎn)為4 4個。要求測量的溫度分辨率為個。要求測量的溫度分辨率為0.50.5，每，每2 2秒測量一次。秒測量一次。 器件選擇器件選擇 鎳鉻鎳鉻- -鎳硅熱電偶，分度號為鎳硅熱電偶，分度號為K K（50020.64 mV50020.64 mV） A/DA/D轉(zhuǎn)換器：轉(zhuǎn)換器：5G144335G14433，分辨率，分辨率1/20481/2048放大器：增益為放大器：增益為2000/20.642000/20.6496.9 96.9 多路開關(guān)選用多路開關(guān)選用CD4052CD40522021-11-2014 硬件電路硬件電路 2021-11-2015

8、軟件流程軟件流程2021-11-201611.4 智能二線制溫度變送器設(shè)計(jì)實(shí)例智能二線制溫度變送器設(shè)計(jì)實(shí)例11.4.1 11.4.1 智能溫度變送器簡介智能溫度變送器簡介 2021-11-2017電源管理模塊電源管理模塊 11.4.2 11.4.2 硬件設(shè)計(jì)硬件設(shè)計(jì) MAX1616MAX1616+24V+5V+24V+5V外圍器件供電外圍器件供電MAX619 MAX619 +5V+3V+5V+3V微處理器供電微處理器供電A/DA/D參考電壓參考電壓 2021-11-2018信號處理模塊信號處理模塊 2 2個個TLC27L2 TLC27L2 信號放大信號放大數(shù)字電位器數(shù)字電位器X9c104X9c

9、104和和X9c504 X9c504 調(diào)零及滿量程調(diào)整調(diào)零及滿量程調(diào)整V=V1-V2V=V1-V2經(jīng)放大輸出經(jīng)放大輸出非線性由軟件補(bǔ)償非線性由軟件補(bǔ)償 2021-11-2019數(shù)據(jù)運(yùn)算模塊數(shù)據(jù)運(yùn)算模塊 單片機(jī)：單片機(jī)：C8051F017 C8051F017 與與80C5180C51完全兼容完全兼容4 4路路1010位位A/DA/D32K32K片內(nèi)片內(nèi)Flash Flash 23042304字節(jié)字節(jié)RAMRAM2 2路路1212位位D/A D/A 等等 四個操作鍵四個操作鍵 LCDLCD顯示器顯示器SMS0408 SMS0408 2021-11-2020V/IV/I變換模塊變換模塊 ILC766

10、0 ILC7660 提供運(yùn)放電源提供運(yùn)放電源 R3RfR5ViI02021-11-2021系統(tǒng)功耗系統(tǒng)功耗 MAX1616MAX1616的靜態(tài)電流為的靜態(tài)電流為80A80AMAX619MAX619的靜態(tài)電流為的靜態(tài)電流為100A 100A X9c104X9c104靜態(tài)電流為靜態(tài)電流為500A500AX9c504X9c504靜態(tài)電流為靜態(tài)電流為500A 500A TLC27L2TLC27L2的靜態(tài)電流為的靜態(tài)電流為120A 120A C8051F017C8051F017的靜態(tài)電流近似為的靜態(tài)電流近似為1mA 1mA TLE2021TLE2021的靜態(tài)電流為的靜態(tài)電流為230A 230A ICL7

11、660ICL7660的靜態(tài)電流近似為的靜態(tài)電流近似為200A 200A 其他部分散件的靜態(tài)電流大約為其他部分散件的靜態(tài)電流大約為500A 500A 總體靜態(tài)電流總體靜態(tài)電流 I IA A=3.23mA =3.23mA 2021-11-202211.4.3 11.4.3 軟件設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì) 2021-11-2023線性化處理線性化處理 A/DA/D轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換 ( (程序略程序略） k1kkik1kkiNN)N(N)T(TTT2021-11-2024D/AD/A轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換 void void DAC_SET(unsignedDAC_SET(unsigned intint da_datada_data)

12、) DAC12CTL0=REF2_5 + REFON DAC12CTL0=REF2_5 + REFON； / / 選擇內(nèi)部選擇內(nèi)部2.5V2.5V參考源參考源 DAC12_0CTL=DAC12IR + DAC12AMP_5 + DAC12ENCDAC12_0CTL=DAC12IR + DAC12AMP_5 + DAC12ENC； 2021-11-2025LCDLCD顯示（顯示（程序略程序略） 二線式串行接口的二線式串行接口的LCDLCD液晶顯示器液晶顯示器 測試結(jié)果測試結(jié)果 溫度溫度電流電流mA溫度溫度電流電流mA溫度溫度電流電流mA04. .0001059.5989.59821015.215.200154.804.80412010.410.40322515.99615.9963