智能工业双光柱数显表讲解课件.ppt

1、学年设计学年设计智能工业双光柱数显表智能工业双光柱数显表哈尔滨理工大学自动化系2010.1目录目录Ch1. Ch1. 任务描述任务描述Ch2. Ch2. 总体方案设计总体方案设计Ch3. Ch3. 硬件电路设计硬件电路设计Ch4. Ch4. 电路板焊接和测试电路板焊接和测试Ch5. Ch5. 软件设计软件设计Ch6. Ch6. 仪表组装仪表组装Ch7. Ch7. 综合调试综合调试Ch8. Ch8. 进度安排进度安排Ch1 任务描述任务描述n目的意义目的意义工业控制中，经常要对各类模拟量信号进工业控制中，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行采集和显示。工业现场大多数的模

2、拟量信号都经过变送器转变为信号都经过变送器转变为DDZDDZIIIIII型仪表型仪表的标准信号的标准信号4 420mA20mA，因此能够以多种方式，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显示模拟量的智能工业数显表具有普遍的需求。需求。Ch1 任务描述任务描述n技术指标技术指标1.1.四通道模拟信号输入，精度四通道模拟信号输入，精度0.50.5级；级；2.2.模拟量输入信号类型：模拟量输入信号类型：0 05V5V，1 15V5V，4 420mA20mA，0 010mA10mA；3.3.显示方式显示方式2 2种：双排数码管，双光柱种：双排数码管，双光柱4.4.带有按键，用户可以配置

3、必要的信息；带有按键，用户可以配置必要的信息；5.5.具有报警功能，报警输出方式为继电器触点；具有报警功能，报警输出方式为继电器触点；6.6.具有具有RS485RS485通讯接口；通讯接口；7.7.带有带有1 1路路4 420mA20mA的变送输出；的变送输出；8.8.配置可编程并保存，配置信息包括模拟量通道类型，模配置可编程并保存，配置信息包括模拟量通道类型，模拟量量程，报警上下限等；拟量量程，报警上下限等；9.9.仪表供电电源为仪表供电电源为220V/0.2A220V/0.2A10.10.标准工业仪表外壳，开孔尺寸标准工业仪表外壳，开孔尺寸7676152mm152mmCh2 总体方案设计总

4、体方案设计一、CPU选型l 分析技术指标可以看出，仪表的功能虽然很多，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，对但是工作并不复杂，都是常用的功能，对CPUCPU的要求的要求不高，而且对实时性要求也比较宽松，因此选择价不高，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格低廉、工作可靠、资源充足的单片机即可完成设计任务。计任务。l 可以选择的单片机包括：可以选择的单片机包括：AT89S52AT89S52：标准：标准5252系列单片机，内部有程序存储器系列单片机，内部有程序存储器STC89C52RCSTC89C52RC：增强型

5、：增强型5252系列单片机，支持系列单片机，支持ISPISP编程编程Ch2 总体方案设计总体方案设计二、多路模拟量选通和信号调理二、多路模拟量选通和信号调理l 仪表可以输入仪表可以输入4 4路模拟量信号，这路模拟量信号，这4 4路模拟量信号路模拟量信号都要进入都要进入ADAD转换器，因此要选用模拟开关。转换器，因此要选用模拟开关。l 选择双选择双4 4选选1 1的模拟开关的模拟开关CD4052CD4052，通过单片机的，通过单片机的IOIO引脚选择通道。引脚选择通道。l 模拟信号进入模拟信号进入CD4052CD4052之前要进行必要的处理：之前要进行必要的处理：低通滤波：低通滤波：RCRC低通

6、滤波器，滤除高频干扰低通滤波器，滤除高频干扰信号量程转换：转换为信号量程转换：转换为ADAD转换器的量程以内转换器的量程以内Ch2 总体方案设计总体方案设计三、三、AD转换器转换器l 仪表对实时性没有提出具体要求，因此显示刷新速度仪表对实时性没有提出具体要求，因此显示刷新速度200ms200ms一次即可。一次即可。l 显示仪表应该对干扰具有较强的抵抗能力。显示仪表应该对干扰具有较强的抵抗能力。l 可以选择双积分式的可以选择双积分式的ADAD转换器，这类转换器虽然转换速转换器，这类转换器虽然转换速度不快，但是抗干扰能力强。度不快，但是抗干扰能力强。l 可以根据双积分可以根据双积分ADAD转换器的

7、工作原理，仅使用其转换完转换器的工作原理，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。软件协调完成，从而简化电路设计。l 选择选择ICL7135ICL7135l 考虑考虑ADAD转换器的参考电源、供电电源、量程和时钟信号转换器的参考电源、供电电源、量程和时钟信号Ch2 总体方案设计总体方案设计四、显示方案四、显示方案l 共阳极光柱共阳极光柱2 2条，为条，为10101010点阵式，分左右显示。点阵式，分左右显示。l 共阳极数码管共共阳极数码管共8 8只，分上下只，分上下2 2排显示。排显示

8、。l 考虑到显示器件较多，如果选择静态显示方式，则需要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。扩展大量的元件，而且功耗增加很多。l 由于由于5252系列单片机内部有系列单片机内部有3 3个定时器，因此可以使用其中个定时器，因此可以使用其中一个作为动态显示的刷新定时用。一个作为动态显示的刷新定时用。l 动态显示的数据共动态显示的数据共101010108 82828位，需要位，需要4 4个锁存器进个锁存器进行数据锁存，并由行数据锁存，并由CPUCPU的的IOIO脚控制锁存信号。脚控制锁存信号。l 动态显示的位共动态显示的位共1010位，可以采用位，可以采用

9、4 41616译码器产生位选通译码器产生位选通信号；信号；l 考虑到单片机的负载能力较弱，因此选择用考虑到单片机的负载能力较弱，因此选择用IOIO引脚控制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；三极管的方式驱动发光器件，并且采用灌电流方式；Ch2 总体方案设计总体方案设计五、按键五、按键l 由于仪表面板较小，因此不宜采用过多的按键。由于仪表面板较小，因此不宜采用过多的按键。l 设置设置4 4个独立式按键，分别为增加，减小，回车，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，实现对仪表的配取消，用户通过不同的按键操作，实现对仪表的配置工作。置工作。l 为了简化

10、硬件设计，对按键的扫描采用显示单元为了简化硬件设计，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。完成对按键的读取。l 由于位选通信号是灌电流驱动，因此由于位选通信号是灌电流驱动，因此CPUCPU读入按键读入按键信息的引脚应该接下拉电阻。信息的引脚应该接下拉电阻。Ch2 总体方案设计总体方案设计六、六、420mA变送输出变送输出l 由于是变送输出，因此仪表必须直接输出电流信由于是变送输出，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

11、则其他测量仪表将无法使用该电流信号。流信号，否则其他测量仪表将无法使用该电流信号。 l 采用串行接口方式的采用串行接口方式的DADA转换器转换器MAX504MAX504先输出电压先输出电压信号，然后通过运放信号，然后通过运放LM324LM324将其转换为电流信号（将其转换为电流信号（VIVI变换）直接输出。变换）直接输出。 l 考虑运放的正负供电电源。考虑运放的正负供电电源。Ch2 总体方案设计总体方案设计七、非易失性存储器七、非易失性存储器l 用户的配置信息应该在仪表断电不会丢失，这些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、报警上下限以配置信息包括通道类型、

12、通道量程、报警上下限以及零点偏移和满度偏移等。及零点偏移和满度偏移等。l 采用线性非易失性存储器作为保存配置信息的元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。当前的用户配置。l 采用采用X25045X25045芯片，并利用其电源监视和看门狗功芯片，并利用其电源监视和看门狗功能加强仪表的可靠性。能加强仪表的可靠性。Ch2 总体方案设计总体方案设计八、电源设计八、电源设计l 仪表内的元件所需要的电源包括：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）：集成芯片工作电源（数字电源）：

13、5V5V 运放工作正电源：运放工作正电源：24V24V 模拟负电源：模拟负电源：5V5V AD AD转换器参考电源：转换器参考电源：1.25V1.25Vl 仪表的输入电源为仪表的输入电源为220V220V； l 采用开关电源模块由采用开关电源模块由220V220V输入产生输入产生5V5V和和24V24V电源，电源，5V5V为集成芯片的工作电源，为集成芯片的工作电源，24V24V为运放的正电源。为运放的正电源。l 采用采用76607660从从5V5V产生产生5V5V电源，给电源，给CD4052CD4052和和ICL7135ICL7135的负的负电源供电；电源供电；l 用用TL431TL431产生

14、产生ICL7135ICL7135的参考电压；的参考电压；Ch2 总体方案设计总体方案设计九、工艺设计九、工艺设计l 仪表壳体分为仪表壳体分为3 3部分：主壳体，面板，端子板部分：主壳体，面板，端子板l 根据仪表壳体和电路功能，将整个仪表的电路设计规划为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 5块印制电路板，各电路板之间通过接插件连接。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；及其驱动电路； 电源板：包含开关电源模块，负责产生电源板：包含开关电源模块，负责产生5V5V和和2

15、4V24V 主机板：包含主机板：包含CPUCPU、信号处理电路和、信号处理电路和ADAD转换电路转换电路 报警板：包含继电器及其驱动电路报警板：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刻度板：包含发光管，负责照亮仪表面板的刻度线l 前面板要加工前面膜，上面设有前面板要加工前面膜，上面设有4 4个薄膜按键个薄膜按键l 端子板也要加工后面膜，上面印刷各个端子的定义端子板也要加工后面膜，上面印刷各个端子的定义Ch3 硬件电路设计硬件电路设计一、电源板一、电源板Ch3 硬件电路设计硬件电路设计二、主机板二、主机板AD转换变送输出信号调理Ch3 硬件电路设计硬件电路设计三、显

16、示板三、显示板位位选选通通LED数码管LED数码管光柱Ch3 硬件电路设计硬件电路设计四、报警板四、报警板Ch3 硬件电路设计硬件电路设计五、刻度板五、刻度板Ch4 电路板焊接和测试电路板焊接和测试焊接注意事项焊接注意事项 按元件高度从低到高的次序依次焊接按元件高度从低到高的次序依次焊接 注意元件的方向，包括注意元件的方向，包括DIPDIP插座、电解电容、排阻、接插插座、电解电容、排阻、接插件、发光管、件、发光管、LEDLED数码管、三极管数码管、三极管90139013和和90159015等。等。 电阻元件要先读色环，然后用万用表测量阻值后再焊接，电阻元件要先读色环，然后用万用表测量阻值后再焊

17、接，还要注意电阻的功率，还要注意电阻的功率，1/8W1/8W的体积小，的体积小，1/41/4的体积大。的体积大。 每个焊点的焊接时间不宜过长，一般焊点不超过每个焊点的焊接时间不宜过长，一般焊点不超过3 3秒，粗秒，粗的焊盘可以适当延长焊接时间，直到焊锡渗入焊点为止。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。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。可以参照印制板的照片进行焊接。Ch8 进度安排进度安排 每个班级每个班级7 7天天 硬件设计讲解：硬件设计讲解：0.50.5天天 电路板焊接和测试：电路板焊接和测试：1.51.5天天 软件开发讲解：软件开发讲解：0.50.5天天 软件编程：软件编程：3.53.5天天 显示程序显示程序 键盘程序键盘程序 X25045X25045程序程序 ADAD转换程序转换程序 报警输出程序报警输出程序 变送输出程序变送输出程序 综合调试和组装：综合调试和组装：1 1天天