智能仪表设计--褚光宇

目录

1、绪论 (2)

1.1设计目的 (2)

2、设计指标及任务 (3)

2.1题目 (3)

2.2仪表功能 (3)

2.3主要技术指标 (3)

3、硬件设计 (3)

3.1、主板硬件 (3)

3.1.1 主机模块的设计 (3)

3.1.2键盘和显示器模块设计 (4)

3.2、副板硬件设计 (6)

3.2.1 DAC0832 (6)

3.2.2 基准电源 (6)

3.2.3 ADC0809 (6)

3.2.4 D触发器 (7)

3.2.5 或非门 (7)

3.3、硬件调试及问题解决 (8)

3.3.1调试步骤 (8)

3.3.2 问题及解决方法 (8)

4、数据误差分析 (9)

5、总结 (9)

附录： (10)

附录一：A/D输入数据及对应曲线 (10)

附录二：D/A输出数据及对应曲线 (10)

附录三：主板原理图 (11)

附录四：副板原理图................................................................................................. - 11 -

附录五：主板PCB图 (12)

附录六：副板PCB图 (12)

附件七：元器件清单 (13)

1、绪论

单片微型计算机简称单片机，又称微控制器，是微型计算机的一个重要分支。单片机是20世纪七十年代中期发展起来的一种大规模集成电路芯片，是集CPU、RAM、ROM、I/O接口和终端系统与同一硅片的器件。20世纪八十年代以来单片机发展迅速各类新产品不断涌现出现许多新产品，出现了许多高性能新型机种现已成为工业控制和各控制领域的支柱产业之一。由于单片机功能强、体积小、可靠性好、价格便宜等独特优点因而受到人们的高度重视并取到了一系列的科研成果，成为传统工业技术改造和新产品更新换代的理想机种，并具有广阔的发展前景。单片机技术的应用是信息技术发展的一个方面，它为人们的生产和生活带来了极大的方便。今天人们生活中的消费电子产品、生产中的智能仪表等不乏应用单片机技术的产品，作为21世纪新时代的大学生，我们不能停留在理论上，更要通过实践来掌握单片机的使用方法。

随着智能仪表设计这门课程的深入学习，我们已经在理论上学习过了单片机的知识，而智能仪表色课程设计为了更好的掌握这门技术提供了平台。让我们将所学的基础理论知识和专业知识运用到具体的工程实践中去。以培养学生综合运用知识能力。实际动手能力和工程实践能力，为此后的毕业设计打下良好的基础，都为今后从事生产技术工作打下了必要的基础。

此次课程设计要求完成通用智能仪表的硬件设计，软件设计和相关元器件的选择。掌握计算机辅助设计技术。

1.1、设计目的

（1）熟练掌握AT89S52微处理器，HD7279芯片、X5045芯片以及A/D和D/A的原理及应用。

（2）掌握动态LED显示及键盘设计原理，对智能仪器中最基本的输入输出设备具有感性认识。

（3）通过一个相当对完整的程序编程，能够将单片机知识和智能仪器的设计融会贯通，同时掌握对智能仪器的软硬件构成及硬件软化方法。

（4）通过完成一个涉及MCS-51单片机多种资源应用并具有综合功能的最小系统目标板的设计与编程应用。

智能仪表课程设计

2、设计指标及任务

2.1、题目

通用智能仪表设计

2.2、仪表功能

本次设计的通用智能仪表是由主板和副板组成，五个按键、八位数码管显示。可见对场8路信号0~5VA/D采集处理，1路D/A输出。根据标准决定：安全值内，依次轮回显示8通道的当前测量值和设定值（实际只做1路信号0~5V）；安全值外，产生光提示报警（用发光二极管），并且轮回显示报警通道的设定值。另外系统无需每次开机重新设定标准值，同时具有看门狗定时器功能。

2.3、主要技术

（1）输入信号：0~5V 1路~8路；

（2）输出信号：0~5V或4~20mA 1路；

（3）精度：±0.5％；

（4）显示分辨率：0~255；

（5）供电：交流220V±10％，50Hz；

（6）工作温度：0~55℃;

3、硬件设计

3.1、主板硬件

主板有AT89S52、X5045、HD7279组成，是仪表的核心。

3.1.1主机模块的设计

主机模块由AT89S52作为中央处理器，X5045串行2E PROM用来存储测量值报警上下限量程上下限，并且具有看门狗定时器功能。根据两芯片的引脚功能设计AT89C52与X5045接线方式如图2.1所示：

图2.1 AT89S52与X5045接线图

智能仪表课程设计

单片机与X5045引脚的连接和相关地址分配如下：

（1）CS：片选端，低电平有效，与P1.0相连；

（2）SI：串行数据输出端，与P1.1相连；

（3）SCK：串行时钟输入端，与P1.2相连；

（4）SO：串行数据输入端，与.P1.3相连。

所需主要芯片：

（1）AT89S52

AT89S52是美国ATMEL公司生产的低功耗，高性能CMOS8位单片机，片内含4kbytes的可系统编程的Flash只读程序存储器,器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准8051 指令系统及引脚。它集Flash 程序存储器既可在线编程（ISP）也可用传统方法进行编程及通用8位微处理器于单片芯中。

（2）X5045：

作为单片机系统电路的一个辅助芯片，它将上电复位、低电压检测、看门狗定时器和块锁保护的串行E2PROM功能集合一个芯片内；采用SPI串行外设接口方式。本次设计采用了其中的复位，看门狗定时器及存储功能。当系统出现故障时，在设定的时间内如果没有对X5045进行访问，则看门狗定时器以RESET信号作为输出响应，将单片机复位。

3.1.2键盘和显示器模块设计

键盘和显示器实现人机交互，是智能仪表比较重要的一部分。本次设计的键盘和显示器由HD7279管理，实现五个按键的不同功能。前四位显示通道号，后四位显示测量值。

电路如图3.1所示：

图3.1 HD7279

单片机与HD7279引脚的连接和相关的地址分配如下：

（1） CS：片选端，低电平有效，与P1.4相连；

（2） CLK：串行时钟输入端，与P1.5相连

（3） DATA：串行数据输入/输出端，与P1.6相连

（4） KEY：按键有效信号端，与P1.7相连

7279的CS，DATA，CLK，KEY口与单片机P1.4、P1.5、P1.6、P1.7相连，当