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1、2024/7/311 可靠性高可靠性高10.1.1 10.1.1 系统设计的基本要求系统设计的基本要求 处于前端数据采集、控制输出处于前端数据采集、控制输出系统规划时要考虑可靠性措施系统规划时要考虑可靠性措施设计时要考虑故障自动检测和处理环节设计时要考虑故障自动检测和处理环节10.1 单片机应用系统设计过程单片机应用系统设计过程 使用方便使用方便设计观念：注重使用和维修设计观念：注重使用和维修功能设置：开关简洁、顺序明了、符号直观功能设置：开关简洁、顺序明了、符号直观 性价比高性价比高2024/7/312 确定任务确定任务10.1.2 10.1.2 系统设计的步骤系统设计的步骤 前提：市场需求
2、前提：市场需求 目标：克服旧缺点、开发新功能目标：克服旧缺点、开发新功能 规划：系统功能、技术指标、系统构成规划：系统功能、技术指标、系统构成 方案设计方案设计单片机型号选择单片机型号选择 硬件与软件的功能划分硬件与软件的功能划分 应采取的可靠性措施应采取的可靠性措施 2024/7/313 硬件设计硬件设计单片机基本系统设计单片机基本系统设计 扩展电路和输入扩展电路和输入/ /输出通道设计输出通道设计 人机界面设计人机界面设计 软件设计软件设计功能模块化：信号采集、控制算法、人机交互功能模块化：信号采集、控制算法、人机交互 设计方法：模块化设计、自顶向下设计设计方法：模块化设计、自顶向下设计
3、开发流程见下图开发流程见下图2024/7/3142024/7/31510.2 提高系统可靠性的一般方法提高系统可靠性的一般方法 10.2.1 10.2.1 电源干扰及其抑制电源干扰及其抑制 交流电源干扰及其抑制交流电源干扰及其抑制电网上的尖峰干扰现象电网上的尖峰干扰现象持续时间：几个纳秒持续时间：几个纳秒幅度约在幅度约在50V50V4000V4000V使系统的程序使系统的程序“跑飞跑飞” 2024/7/316抑制措施抑制措施使系统尽量远离干扰源使系统尽量远离干扰源采用交流电源滤波器采用交流电源滤波器采用交流稳压器采用交流稳压器采用采用1:11:1隔离变压器隔离变压器 2024/7/317直流电
4、源抗干扰措施直流电源抗干扰措施采用高质量集成稳压电路单独供电采用高质量集成稳压电路单独供电采用直流开关电源采用直流开关电源采用采用DCDCDCDC变换器变换器 2024/7/31810.2.2 10.2.2 地线干扰及其抑制地线干扰及其抑制 一点接地和多点接地的应用一点接地和多点接地的应用 数字地与模拟地的连接原则数字地与模拟地的连接原则 印刷电路板的地线分布原则印刷电路板的地线分布原则 信号电缆屏蔽层的接地信号电缆屏蔽层的接地 2024/7/31910.2.3 10.2.3 其他提高系统可靠性的方法其他提高系统可靠性的方法 使用微处理器监控电路使用微处理器监控电路 上电复位上电复位监控电压变
5、化监控电压变化WatchdogWatchdog功能功能片使能片使能备份电池切换开关等备份电池切换开关等 软件抗干扰措施软件抗干扰措施 输入输入/ /输出抗干扰输出抗干扰 避免系统避免系统“死机死机”的方法的方法 2024/7/311010.3 数据采集系统的设计数据采集系统的设计 10.3.1 10.3.1 模拟输入通道的组成模拟输入通道的组成 传感器传感器多路开关多路开关 放大器放大器采样保持器采样保持器A/DA/D转换器转换器2024/7/3111 工作方式设置及状态字格式工作方式设置及状态字格式方式设置方式设置76543210TM2TM1IEBIEAPC2PC1PBPA地址：地址：000
6、PAPA：A A口方向。口方向。0-0-输入；输入；1-1-输出输出PBPB：B B口方向。口方向。0-0-输入；输入；1-1-输出输出 2024/7/311210.3.2 10.3.2 设计示例设计示例 设计要求设计要求 温度数据采集系统，被测温度范围是温度数据采集系统，被测温度范围是0 0500500，被测点为，被测点为4 4个。要求测量的温度分辨率为个。要求测量的温度分辨率为0.50.5，每，每2 2秒测量一次。秒测量一次。 器件选择器件选择 镍铬镍铬- -镍硅热电偶，分度号为镍硅热电偶，分度号为K K（50020.64 mV50020.64 mV） A/DA/D转换器：转换器：5G14
7、4335G14433，分辨率，分辨率1/20481/2048放大器：增益为放大器：增益为2000/20.642000/20.6496.9 96.9 多路开关选用多路开关选用CD4052CD40522024/7/3113 硬件电路硬件电路 2024/7/3114 软件流程软件流程2024/7/311510.4 智能二线制温度变送器设计实例智能二线制温度变送器设计实例10.4.1 10.4.1 智能温度变送器简介智能温度变送器简介 2024/7/3116电源管理模块电源管理模块 10.4.2 10.4.2 硬件设计硬件设计 MAX1616MAX1616+24V+5V+24V+5V外围器件供电外围器
8、件供电MAX619 MAX619 +5V+3V+5V+3V微处理器供电微处理器供电A/DA/D参考电压参考电压 2024/7/3117信号处理模块信号处理模块 2 2个个TLC27L2 TLC27L2 信号放大信号放大数字电位器数字电位器X9c104X9c104和和X9c504 X9c504 调零及满量程调整调零及满量程调整V=V1-V2V=V1-V2经放大输出经放大输出非线性由软件补偿非线性由软件补偿 2024/7/3118数据运算模块数据运算模块 单片机：单片机：C8051F017 C8051F017 与与80C5180C51完全兼容完全兼容4 4路路1010位位A/DA/D32K32K片
9、内片内Flash Flash 23042304字节字节RAMRAM2 2路路1212位位D/A D/A 等等 四个操作键四个操作键 LCDLCD显示器显示器SMS0408 SMS0408 2024/7/3119V/IV/I变换模块变换模块 ILC7660 ILC7660 提供运放电源提供运放电源 2024/7/3120系统功耗系统功耗 MAX1616MAX1616的静态电流为的静态电流为80A80AMAX619MAX619的静态电流为的静态电流为100A 100A X9c104X9c104静态电流为静态电流为500A500AX9c504X9c504静态电流为静态电流为500A 500A TLC
10、27L2TLC27L2的静态电流为的静态电流为120A 120A C8051F017C8051F017的静态电流近似为的静态电流近似为1mA 1mA TLE2021TLE2021的静态电流为的静态电流为230A 230A ICL7660ICL7660的静态电流近似为的静态电流近似为200A 200A 其他部分散件的静态电流大约为其他部分散件的静态电流大约为500A 500A 总体静态电流总体静态电流 I IA A=3.23mA =3.23mA 2024/7/312110.4.3 10.4.3 软件设计软件设计 2024/7/3122线性化处理线性化处理 A/DA/D转换转换 ( (程序略程序略
11、） 2024/7/3123D/AD/A转换转换 void DAC_SET(unsigned int da_data)void DAC_SET(unsigned int da_data) DAC12CTL0=REF2_5 + REFON DAC12CTL0=REF2_5 + REFON； / / 选择内部选择内部2.5V2.5V参考源参考源 DAC12_0CTL=DAC12IR + DAC12AMP_5 + DAC12ENCDAC12_0CTL=DAC12IR + DAC12AMP_5 + DAC12ENC； 2024/7/3124LCDLCD显示（显示（程序略程序略） 二线式串行接口的二线式串
12、行接口的LCDLCD液晶显示器液晶显示器 测试结果测试结果 温度温度电流电流mA温度温度电流电流mA温度温度电流电流mA04. .0001059.5989.59821015.215.200154.804.80412010.410.40322515.99615.996305.6015.60113511.19911.19924016.80316.803456.3996.39915012. .00525517.59817.598607.1977.19716512.79812.79827018.418.404758.8.00018013.613.60228519.20119.201908.7968.79619514.4.40330020.20.000
