第10章80C51应用系统设计方法

2020/1/311第10章80C51应用系统设计方法单片机应用系统设计过程10.1提高系统可靠性的一般方法10.2数据采集系统的设计10.3智能二线制温度变送器设计实例10.42020/1/312可靠性高10.1.1系统设计的基本要求处于前端数据采集、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使用方便设计观念：注重使用和维修功能设置：开关简洁、顺序明了、符号直观性价比高2020/1/313确定任务10.1.2系统设计的步骤前提：市场需求目标：克服旧缺点、开发新功能规划：系统功能、技术指标、系统构成方案设计单片机型号选择硬件与软件的功能划分应采取的可靠性措施2020/1/314硬件设计单片机基本系统设计扩展电路和输入/输出通道设计人机界面设计软件设计功能模块化：信号采集、控制算法、人机交互设计方法：模块化设计、自顶向下设计开发流程见下图2020/1/315总体论证●任务分析●确定功能、性能要求●制定总体方案总体设计●系统功能分配●确定软硬件功能关系●拟定调试方案硬件设计●绘制硬件原理图●绘制印制板图●配置元器件●硬件功能分调软件设计●确定算法与数据结构●程序模块划分●绘制程序流程图●程序编写与仿真调试样机联调●在样机中运行软件●软硬件修改与完善●反复调试以达设计要求考机定型●现场运行样机●组装定型、软件固化●编写技术报告及说明书2020/1/31610.2提高系统可靠性的一般方法10.2.1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tV持续时间：几个纳秒幅度约在50V～4000V使系统的程序“跑飞”2020/1/317抑制措施电源滤波器～220V使系统尽量远离干扰源采用交流电源滤波器采用交流稳压器采用1:1隔离变压器电源滤波器交流稳压器直流稳压器～220VU1:1隔离变压器电源变压器+-2020/1/318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直流开关电源采用DC－DC变换器2020/1/31910.2.2地线干扰及其抑制一点接地和多点接地的应用数字地与模拟地的连接原则印刷电路板的地线分布原则信号电缆屏蔽层的接地2020/1/311010.2.3其他提高系统可靠性的方法使用微处理器监控电路上电复位监控电压变化Watchdog功能片使能备份电池切换开关等软件抗干扰措施输入/输出抗干扰避免系统“死机”的方法2020/1/311110.3数据采集系统的设计10.3.1模拟输入通道的组成+-+-放大器采样保持器A/D转换器多路开关传感器传感器多路开关放大器采样保持器A/D转换器2020/1/3112工作方式设置及状态字格式方式设置76543210TM2TM1IEBIEAPC2PC1PBPA地址：000PA：A口方向。0--输入；1--输出PB：B口方向。0--输入；1--输出2020/1/311310.3.2设计示例设计要求温度数据采集系统，被测温度范围是0～500℃，被测点为4个。要求测量的温度分辨率为0.5℃，每2秒测量一次。器件选择镍铬-镍硅热电偶，分度号为K（500℃→20.64mV）A/D转换器：5G14433，分辨率1/2048放大器：增益为2000/20.64＝96.9多路开关选用CD40522020/1/3114硬件电路EOCMC14433P1.080C51P1.71C01DUQ0INT1Q3DS1DS4C02VEEVSSVDD-5V+5VMC1403VRVAGVXCLK0CLK1VXR1/C1C1R10.047μF0.02μF0.1μF0.1μF470KΩ300KΩ1KΩCD4052数据放大器74LS273≥1WRP2.7INHABYXP0.0P0.1X0Y0X3Y32020/1/3115软件流程开始分配数据存储地址设置采样通道数设置采样次数开中断显示程序保护现场通道号加1数据采集送采集通道号恢复现场中断服务程序中断返回主程序2020/1/311610.4智能二线制温度变送器设计实例10.4.1智能温度变送器简介信号采集信号处理数据运算V/I变换电源管理RL(250Ω）3.0V+（17～28）V-(4～20）mAR信号2020/1/3117电源管理模块10.4.2硬件设计MAX1616+24V→+5V外围器件供电MAX619+5V→+3V微处理器供电A/D参考电压2020/1/3118信号处理模块2个TLC27L2信号放大数字电位器X9c104和X9c504调零及满量程调整△V=V1-V2经放大输出非线性由软件补偿2020/1/3119数据运算模块单片机：C8051F017与80C51完全兼容4路10位A/D32K片内Flash2304字节RAM2路12位D/A等四个操作键LCD显示器SMS04082020/1/3120V/I变换模块ILC7660提供运放电源R3RfR5ViI02020/1/3121系统功耗MAX1616的静态电流为80μAMAX619的静态电流为100μAX9c104静态电流为500μAX9c504静态电流为500μATLC27L2的静态电流为120μAC8051F017的静态电流近似为1mATLE2021的静态电流为230μAICL7660的静态电流近似为200μA其他部分散件的静态电流大约为500μA总体静态电流IA=3.23mA2020/1/312210.4.3软件设计开始初始化A/D转换模块显示输出模块D/A转换模块键处理有键按下？YN2020/1/3123线性化处理TNTK+1TiTkNkNiNK+1BK+1BkA/D转换(程序略）k1kkik1kkiNN)N(N)T(TTT2020/1/3124D/A转换voidDAC_SET(unsignedintda_data){DAC12CTL0=REF2_5+REFON；//选择内部2.5V参考源DAC12_0CTL=DAC12IR+DAC12AMP_5+DAC12ENC；}2020/1/3125LCD显示（程序略）二线式串行接口的LCD液晶显示器测试结果温度℃电流mA温度℃电流mA温度℃电流mA04.0001059.59821015.200154.80412010.40322515.996305.60113511.19924016.803456.39915012.00525517.598607.19716512.79827018.404758.00018013.60228519.201908.79619514.40330020.000