西安工程大学本科毕业设计(论文)摘 要4-20mA是标准电流信号，工业上一般用的仪器仪表的信号电流都是4-20mA，即指最小电流为4mA，最大电流为20mA在应用中若使用电压传输时，会有噪声、压降等影响，为了解决此类问题的影响，我们用电流来传输信号，因为电流对噪声并不敏感4～20mA的电流环便是用4mA表示零信号，用20mA表示信号的满刻度，而低于4mA高于20mA的信号用于其故障的报警本设计以AT89C52单片机为核心，通过ADC0832数模转换器进行采样，LED显示电路进行大小的显示，MAX517数模转换器进行输出，并通过放大电路对信号进行放大输出，以达到三路输出的目的同时有告警电路对使用者进行提醒为保证输出之间不受影响，三路输出之间为电气隔离的并设计软件以实现所需的功能经过调试，最后验证本设计实现了以上所提到的功能，具有一定的创新性和使用价值本设计系统可以实现对一路信号的输入转化为三路的输出，可实现对多路数据的采集可与各种工业传感器配合，取回参数信号，隔离变送传输已经实现了对多路信号的检测、监控 关键字：单片机，AD模数转化器，DA数模转换器，放大器ABSTRACT4-20mA standard current signal, industrial instrumentation on the general use of signal current is 4-20mA, referring to the minimum current of 4mA, a maximum current of 20mA. If used in the application of the voltage transfer, there will be noise, pressure drop and other effects, in order to solve such problems impact, we use electric current to transmit the signal, because the current is not sensitive to noise. 4-20mA current loop is to use that 4mA zero signal, the signal with a 20mA full-scale, higher and lower than 4mA 20mA signal for the failure of the police.The design AT89C52 microcontroller as the core, through the digital to analog converter ADC0808 sampling, LED display shows the size of the circuit, DAC0832 digital to analog converter for output, And in order to achieve the purpose of three outputs, through the amplifier circuit amplifies the signal output. At the same time there is an alarm to remind the user circuit. To ensure that between the output is not affected, for the three-way electrical isolation between the outputs. And the design software to achieve the desired functionality. After commissioning, the final validation of the design and implementation of the above mentioned features, with some innovative and value in use.The design of the system can be achieved on one way the input signal into a three-way output, can realize the multi-channel data acquisition. Match with a variety of industrial sensors, retrieve parameter signal isolation transmitter transmission. Has implemented the multi-channel signal detection, monitoring.KEY WORDS: microcontroller, AD digital to analog converter, DADigital to Analog Converter, Amplifier 目 录前 言 1第一章 绪 论 21.1 基本原理 21.1.1信号分配器基本原理 31.2 系统方案 31.2.1 系统功能 31.2.2 系统方案 41.2.2.1 系统构架 41.2.2.2 器件选择 41.2.3 相关软件工具 111.3 调试方案 121.4论文章节安排 12第二章 硬件设计 142.1 系统硬件实现功能 142.2 硬件的总体设计 152.3 硬件详细设计 162.3.1 单片机最小系统设计 162.3.1.1 时钟电路 162.3.1.2 复位电路 162.3.2 模数转换采样模块功能 182.3.3 数模转化模块电路功能 192.3.4 按键电路 202.3.5 报警电路 212.3.6 LED显示电路 222.3.7 电压电流转换输出电路 222.4 系统整体原理图设计 23第三章 软件设计 243.1 软件的功能 243.2 软件的总体设计 253.3 软件的详细设计 263.3.1 主程序设计 263.3.2 串行数据模块子程序设计 283.3.3 设置子程序设计 293.3.4 显示子程序设计 303.3.5 告警程序设计 303.3.6 数模转换子程序设计 313.3.7 数据处理程序设计 313.4 软件编程及代码 32第4章 仿真实现 334.1 仿真过程 334.2 仿真的实现 364.3 结果与分析 37第5章 结论与展望 395.1 结论 395.2 展望 39参考文献 41致 谢 43附录Ⅰ系统原理图 45附录Ⅱ 程序代码 46前 言电流信号分配器一般广泛应用于工业领域[1]。
一般仪器仪表的信号电流都为4-20mA，4-20mA信号制是国际电工委员会制定的过程控制系统用模拟信号标准在工业现场，如果采集的信号经调理后是电压信号并且长线传输，会产生这样的问题：一，由于传输的信号时电压信号，传输线很容易受到噪声的干扰；二，传输线的分布电阻会产生电压降；第三，在现场如何提供仪表放大器的工作电压也是问题因此，在现代的工业现场是大量采用电流来传输信号采用电流信号的原因是不容易受干扰，并且电流源内阻为无穷大，导线电阻在回路中不影响精度，在普通双绞线上可以传输达百米上限取20mA是因为防爆的要求：20mA的电流通断引起的火花能量不足以引燃瓦斯，而低于4mA高于20mA的信号用于各种故障的报警下限之所以没有取0mA是为了能检测断线：正常工作不会低于4mA，当传输线因故障断路，环流电流降为04-20mA产品的典型应用是传感和测量应用在工业现场有很多种类的传感器可以被转换成4-20mA的电流信号来进行传输返回等本文所述的设计正体现了上述思想，一入三出智能信号电流分配器设计，即一路输入，三路输出，为应用提供多输出端，同时配有LED显示电路，方便知道此刻输出电流或电压的大小，对信源输出做到心中有数。
本设计的核心设备为单片机，同时有模数转换器进行采样，配有显示电路和报警电路，数模转换器进行模拟输出，并有运放电路进行信号的放大和电压电流转换电路，进行最终的输出本设计的输出与输入基本上同步，实时变化本设计有比较好的应用特性 第一章 绪 论本章主要介绍此设计的基本原理及设计的整体方案，然后细化设计的模块方案选择最后根据方案的设计进行论文章节的安排1.1 基本原理本设计基本原理主要是：通过对输入的电流进行电压转换，使电流电压相对应，模数转换器对电压进行采样，单片机对输入电压进行处理，并对采样值进行显示，这种功能主要通过软件编程进行事先，然后经过数模转换器进行输出，并对输出的电流进行电流电压发达转换，然后在通过电压电流转换转为电流的三路输出，三路输出分别配有开关，可单独控制其中，单片机同时带有告警系统，以起到对电路的保护作用；按键电路实现对输入数据的控制操作其模拟图如下（图1-1）图1-1一入三出智能信号分配器模拟图1.1.1信号分配器基本原理信号分配器主要应用于需要将一路仪表信号转换成两路或多路输出的场合，并且输出信号可以微调[2]生产出的产品工作稳定可靠，安装方便，有多种规格可供选择。
有的是由基准电压模块、输入模块、DC/DC模块和信号输出模块组成，其特征在于基准电压模块产生的基准电压输出与输入缓冲模块连接，DC/DC模块将电压DC输入转换为DC输出与信号输出模块连接，输入缓冲模块将输入电流或电压信号流经一精密电阻变成电压信号并将其放大，再经信号输出模块将此电压信号转换回电流信号输出转换成多路相等的信号1.2 系统方案1.2.1 系统功能一入三出智能信号电流分配器设计主要作用是提供多路输出，可满足自动化领域多路控制的需要，实现方便管理1、实现数据采样与显示本设计通过对输入电压的采样，单片机系统对其进行处理，并通过显示电路显示出输入电压的大小，并与相应的电流进行比例转换其中，输入的电流需要通过电阻进行分压处理，使输入电压与原电流相对应显示电路的有效位取四位，小数部分是两位，所显示的数值与实际电流大小相等2、实现数据的上下限告警对所采样的数据，如果小于最低或大于最高门限，将会触动告警系统，告警，以提示使用者进行调整，以此来保护设备3、实现电压电流转化数模转换器输出小电流需要转化为相应的电压，再通过电路实现电压电流的转换以达到相应的目的其中，电压电流转换电路为三路，且彼此相互电气隔离，从而互不影响。
1.2.2 系统方案1.2.2.1 系统构架本设计由模数采样部分，处理部分，显示部分，告警部分，数模输出部分，电流放大转化部分，电压电流转化输出部分组成系统框架图如图1-2图1-2 系统框架图1.2.2.2 器件选择1、处理器选择本设计需要的程序不是很大，且对运行速度要求不高，因此，考虑单片机进行处理AT89C52（图1-2）是51单片机的一个型号，由ATMEL公司生产，是一个低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内由8k byt。