标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,,,*,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,,,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,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,,,目录Ch1. 任务描述,2,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 任务描述目的意义工业控制中，经常要对各类模拟量信号,3,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，0～10mA；,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76×152mm,,,Ch1 任务描述技术指标四通道模拟信号输入，精度0.5级；,4,Ch2 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 总体方案设计一、CPU选型 分析技术指标可以看出，仪,5,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 总体方案设计二、多路模拟量选通和信号调理 仪表可以输,6,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 总体方案设计三、AD转换器 仪表对实时性没有提出具体,7,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 总体方案设计四、显示方案 共阳极光柱2条，为10×1,8,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 总体方案设计五、按键 由于仪表面板较小，因此不宜采用,9,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 总体方案设计六、4～20mA变送输出 由于是变送输出,10,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 总体方案设计七、非易失性存储器 用户的配置信息应该在,11,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：－5V,AD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TL431产生ICL7135的参考电压；,,,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,12,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划为5块印制电路板，各电路板之间通过接插件连接。
显示板：安装在面板上，包含数码管、光柱、发光管以及其驱动电路；,电源板：包含开关电源模块，负责产生＋5V和＋24V,主机板：包含CPU、信号处理电路和AD转换电路,报警板：包含继电器及其驱动电路,刻度板：包含发光管，负责照亮仪表面板的刻度线,前面板要加工前面膜，上面设有4个薄膜按键,端子板也要加工后面膜，上面印刷各个端子的定义,,,Ch2 总体方案设计九、工艺设计 仪表壳体分为3部分：主壳体,13,Ch3 硬件电路设计,一、电源板,,,Ch3 硬件电路设计一、电源板,14,,,,智能工业双光柱数显表讲解课件,15,Ch3 硬件电路设计,二、主机板,,,Ch3 硬件电路设计二、主机板,16,,AD转换,,,AD转换,17,,变送输出,,,变送输出,18,,信号调理,,,信号调理,19,,,,智能工业双光柱数显表讲解课件,20,Ch3 硬件电路设计,三、显示板,位选通,,,Ch3 硬件电路设计三、显示板位选通,21,,LED数码管,,,LED数码管,22,,LED数码管,,,LED数码管,23,,光柱,,,光柱,24,,,,智能工业双光柱数显表讲解课件,25,,,,智能工业双光柱数显表讲解课件,26,Ch3 硬件电路设计,四、报警板,,,Ch3 硬件电路设计四、报警板,27,,,智能工业双光柱数显表讲解课件,28,Ch3 硬件电路设计,五、刻度板,,,Ch3 硬件电路设计五、刻度板,29,Ch4 电路板焊接和测试,焊接注意事项,按元件高度从低到高的次序依次焊接,注意元件的方向，包括DIP插座、电解电容、排阻、接插件、发光管、LED数码管、三极管9013和9015等。
电阻元件要先读色环，然后用万用表测量阻值后再焊接，还要注意电阻的功率，1/8W的体积小，1/4的体积大每个焊点的焊接时间不宜过长，一般焊点不超过3秒，粗的焊盘可以适当延长焊接时间，直到焊锡渗入焊点为止严格按印制板的丝网印刷的元件特征值取元件，相同类型的元件可以先插入焊盘后一起焊接可以参照印制板的照片进行焊接Ch4 电路板焊接和测试焊接注意事项 按元件高度从低到高的次,30,Ch8 进度安排,,每个班级7天,硬件设计讲解：0.5天,电路板焊接和测试：1.5天,软件开发讲解：0.5天,软件编程：3.5天,显示程序,键盘程序,X25045程序,AD转换程序,报警输出程序,变送输出程序,综合调试和组装：1天,,,Ch8 进度安排 每个班级7天,31,。