智能工業(yè)雙光柱數(shù)顯表.ppt

學(xué)年設(shè)計(jì) 智能工業(yè)雙光柱數(shù)顯表,哈爾濱理工大學(xué)自動(dòng)化系 2010.1,目錄,Ch1. 任務(wù)描述 Ch2. 總體方案設(shè)計(jì) Ch3. 硬件電路設(shè)計(jì) Ch4. 電路板焊接和測(cè)試 Ch5. 軟件設(shè)計(jì) Ch6. 儀表組裝 Ch7. 綜合調(diào)試 Ch8. 進(jìn)度安排,Ch1 任務(wù)描述,目的意義,工業(yè)控制中，經(jīng)常要對(duì)各類模擬量信號(hào)進(jìn)行采集和顯示。工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)大多數(shù)的模擬量信號(hào)都經(jīng)過(guò)變送器轉(zhuǎn)變?yōu)镈DZIII型儀表的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)420mA，因此能夠以多種方式顯示模擬量的智能工業(yè)數(shù)顯表具有普遍的需求。,Ch1 任務(wù)描述,技術(shù)指標(biāo),四通道模擬信號(hào)輸入，精度0.5級(jí)； 模擬量輸入信號(hào)類型：05V，15V，420mA，010mA； 顯示方式2種：雙排數(shù)碼管，雙光柱 帶有按鍵，用戶可以配置必要的信息； 具有報(bào)警功能，報(bào)警輸出方式為繼電器觸點(diǎn)； 具有RS485通訊接口； 帶有1路420mA的變送輸出； 配置可編程并保存，配置信息包括模擬量通道類型，模擬量量程，報(bào)警上下限等； 儀表供電電源為220V/0.2A 標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)儀表外殼，開孔尺寸76152mm,Ch2 總體方案設(shè)計(jì),一、CPU選型,分析技術(shù)指標(biāo)可以看出，儀表的功能雖然很多，但是工作并不復(fù)雜，都是常用的功能，對(duì)CPU的要求不高，而且對(duì)實(shí)時(shí)性要求也比較寬松，因此選擇價(jià)格低廉、工作可靠、資源充足的單片機(jī)即可完成設(shè)計(jì)任務(wù)。 可以選擇的單片機(jī)包括： AT89S52：標(biāo)準(zhǔn)52系列單片機(jī)，內(nèi)部有程序存儲(chǔ)器 STC89C52RC：增強(qiáng)型52系列單片機(jī)，支持ISP編程,Ch2 總體方案設(shè)計(jì),二、多路模擬量選通和信號(hào)調(diào)理,儀表可以輸入4路模擬量信號(hào)，這4路模擬量信號(hào)都要進(jìn)入AD轉(zhuǎn)換器，因此要選用模擬開關(guān)。 選擇雙4選1的模擬開關(guān)CD4052，通過(guò)單片機(jī)的IO引腳選擇通道。 模擬信號(hào)進(jìn)入CD4052之前要進(jìn)行必要的處理： 低通濾波：RC低通濾波器，濾除高頻干擾 信號(hào)量程轉(zhuǎn)換：轉(zhuǎn)換為AD轉(zhuǎn)換器的量程以內(nèi),Ch2 總體方案設(shè)計(jì),三、AD轉(zhuǎn)換器,儀表對(duì)實(shí)時(shí)性沒(méi)有提出具體要求，因此顯示刷新速度200ms一次即可。 顯示儀表應(yīng)該對(duì)干擾具有較強(qiáng)的抵抗能力。 可以選擇雙積分式的AD轉(zhuǎn)換器，這類轉(zhuǎn)換器雖然轉(zhuǎn)換速度不快，但是抗干擾能力強(qiáng)。 可以根據(jù)雙積分AD轉(zhuǎn)換器的工作原理，僅使用其轉(zhuǎn)換完成引腳的信號(hào)，具體的轉(zhuǎn)換計(jì)數(shù)功能由單片機(jī)定時(shí)計(jì)數(shù)器和軟件協(xié)調(diào)完成，從而簡(jiǎn)化電路設(shè)計(jì)。 選擇ICL7135 考慮AD轉(zhuǎn)換器的參考電源、供電電源、量程和時(shí)鐘信號(hào),Ch2 總體方案設(shè)計(jì),四、顯示方案,共陽(yáng)極光柱2條，為1010點(diǎn)陣式，分左右顯示。 共陽(yáng)極數(shù)碼管共8只，分上下2排顯示。 考慮到顯示器件較多，如果選擇靜態(tài)顯示方式，則需要擴(kuò)展大量的元件，而且功耗增加很多。 由于52系列單片機(jī)內(nèi)部有3個(gè)定時(shí)器，因此可以使用其中一個(gè)作為動(dòng)態(tài)顯示的刷新定時(shí)用。 動(dòng)態(tài)顯示的數(shù)據(jù)共1010828位，需要4個(gè)鎖存器進(jìn)行數(shù)據(jù)鎖存，并由CPU的IO腳控制鎖存信號(hào)。 動(dòng)態(tài)顯示的位共10位，可以采用416譯碼器產(chǎn)生位選通信號(hào)； 考慮到單片機(jī)的負(fù)載能力較弱，因此選擇用IO引腳控制三極管的方式驅(qū)動(dòng)發(fā)光器件，并且采用灌電流方式；,Ch2 總體方案設(shè)計(jì),五、按鍵,由于儀表面板較小，因此不宜采用過(guò)多的按鍵。 設(shè)置4個(gè)獨(dú)立式按鍵，分別為增加，減小，回車，取消，用戶通過(guò)不同的按鍵操作，實(shí)現(xiàn)對(duì)儀表的配置工作。 為了簡(jiǎn)化硬件設(shè)計(jì)，對(duì)按鍵的掃描采用顯示單元的位選通信號(hào)，在顯示選通各個(gè)位置的時(shí)候，同時(shí)完成對(duì)按鍵的讀取。 由于位選通信號(hào)是灌電流驅(qū)動(dòng)，因此CPU讀入按鍵信息的引腳應(yīng)該接下拉電阻。,Ch2 總體方案設(shè)計(jì),六、420mA變送輸出,由于是變送輸出，因此儀表必須直接輸出電流信號(hào)，不能通過(guò)集電極開路方式借助外部電源產(chǎn)生電流信號(hào)，否則其他測(cè)量?jī)x表將無(wú)法使用該電流信號(hào)。 采用串行接口方式的DA轉(zhuǎn)換器MAX504先輸出電壓信號(hào)，然后通過(guò)運(yùn)放LM324將其轉(zhuǎn)換為電流信號(hào)（VI變換）直接輸出。 考慮運(yùn)放的正負(fù)供電電源。,Ch2 總體方案設(shè)計(jì),七、非易失性存儲(chǔ)器,用戶的配置信息應(yīng)該在儀表斷電不會(huì)丟失，這些配置信息包括通道類型、通道量程、報(bào)警上下限以及零點(diǎn)偏移和滿度偏移等。 采用線性非易失性存儲(chǔ)器作為保存配置信息的元件，每次儀表啟動(dòng)后都從非易失性存儲(chǔ)器內(nèi)部讀取當(dāng)前的用戶配置。 采用X25045芯片，并利用其電源監(jiān)視和看門狗功能加強(qiáng)儀表的可靠性。,Ch2 總體方案設(shè)計(jì),八、電源設(shè)計(jì),儀表內(nèi)的元件所需要的電源包括： 集成芯片工作電源（數(shù)字電源）：5V 運(yùn)放工作正電源：24V 模擬負(fù)電源：5V AD轉(zhuǎn)換器參考電源：1.25V 儀表的輸入電源為220V； 采用開關(guān)電源模塊由220V輸入產(chǎn)生5V和24V電源，5V為集成芯片的工作電源，24V為運(yùn)放的正電源。 采用7660從5V產(chǎn)生5V電源，給CD4052和ICL7135的負(fù)電源供電； 用TL431產(chǎn)生ICL7135的參考電壓；,Ch2 總體方案設(shè)計(jì),九、工藝設(shè)計(jì),儀表殼體分為3部分：主殼體，面板，端子板 根據(jù)儀表殼體和電路功能，將整個(gè)儀表的電路設(shè)計(jì)規(guī)劃為5塊印制電路板，各電路板之間通過(guò)接插件連接。 顯示板：安裝在面板上，包含數(shù)碼管、光柱、發(fā)光管以及其驅(qū)動(dòng)電路； 電源板：包含開關(guān)電源模塊，負(fù)責(zé)產(chǎn)生5V和24V 主機(jī)板：包含CPU、信號(hào)處理電路和AD轉(zhuǎn)換電路 報(bào)警板：包含繼電器及其驅(qū)動(dòng)電路 刻度板：包含發(fā)光管，負(fù)責(zé)照亮儀表面板的刻度線 前面板要加工前面膜，上面設(shè)有4個(gè)薄膜按鍵 端子板也要加工后面膜，上面印刷各個(gè)端子的定義,Ch3 硬件電路設(shè)計(jì),一、電源板,Ch3 硬件電路設(shè)計(jì),二、主機(jī)板,AD轉(zhuǎn)換,變送輸出,信號(hào)調(diào)理,Ch3 硬件電路設(shè)計(jì),三、顯示板,位選通,LED數(shù)碼管,LED數(shù)碼管,光柱,Ch3 硬件電路設(shè)計(jì),四、報(bào)警板,Ch3 硬件電路設(shè)計(jì),五、刻度板,Ch4 電路板焊接和測(cè)試,焊接注意事項(xiàng),按元件高度從低到高的次序依次焊接 注意元件的方向，包括DIP插座、電解電容、排阻、接插件、發(fā)光管、LED數(shù)碼管、三極管9013和9015等。 電阻元件要先讀色環(huán)，然后用萬(wàn)用表測(cè)量阻值后再焊接，還要注意電阻的功率，1/8W的體積小，1/4的體積大。 每個(gè)焊點(diǎn)的焊接時(shí)間不宜過(guò)長(zhǎng)，一般焊點(diǎn)不超過(guò)3秒，粗的焊盤可以適當(dāng)延長(zhǎng)焊接時(shí)間，直到焊錫滲入焊點(diǎn)為止。 嚴(yán)格按印制板的絲網(wǎng)印刷的元件特征值取元件，相同類型的元件可以先插入焊盤后