单片集成智能仪表中的设计

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1、单片集成智能仪表的设计杨皓[1]古天祥[1]胡学海[1][2][1]电子科技大学自动化工程学院[2]成都飞机设计研究所第十三研究室摘要：本文介绍了采用单片ADμC812高精度数据采集片上系统芯片设计智能工控仪表的基本原理，并简介了一种智能温控仪的软、硬件设计方案。讨论了关键技术问题：线性化处理、标度变换、数字滤波、PID控制的实现方法。对于单片集成智能工控仪表的设计具有一定的参考价值。关键词：智能工控仪表、线性化处理、标度变换、数字滤波、PID控制的实现方法Abstract：Thisthesisintroducedtheprincipleabou

2、tthedesignofintelligentindustrialcontrollinginstrumentbyusingsingleADμC812highaccuracydatacollectiononslicesystem.Atthesametime，italsointroducedbrieflyakindofSoft,hardwaredesignprojectoftemperaturecontrollinginstrument.Discussedthekeytechniqueproblem:therealizemethodoftheLine

3、arizationDispose、MarkDegreeTransformation、DigitalFilter、PIDControlArithmetic.Ithavesomereferencedvaluetodesigningofintelligentindustrialcontrollinginstrument.Keywords:IntelligentIndustrialControllingInstrument、LinearizationDispose、MarkDegreeTransformation、DigitalFilter、PIDCon

4、trollingArithmetic1引言随着工业自动化程度的不断提高，对工业仪表的要求也不断提高。多功能、小型化、智能化的智能工控仪表成为了工控仪表发展的主流。智能工控仪表一般采用微处理器为核心，配以多路A/D、D/A、RAM、ROM等外围器件构成。现场的模拟信号通过A/D转换成单片机能处理的数字信号，再经过单片机数字处理后转换成模拟信号输出。这种常规设计具有电路复杂、调试困难、成本高、抗干扰能力差、体积大，难以小型化等困难。选用ADI公司的ADμC812高精度数据采集片上系统芯片设计智能工控仪表，可以用一片芯片实现A/D、D/A、单片机系统的

5、全部功能，具有可靠性高、综合成本低、精度高、调试方便、抗干扰能力强、系统结构简单等特点，能很好的解决以上问题。2基本原理ADI公司的高精度，全集成片上采集系统ADμC812包含8通道12-bitSARA/D，无噪声≥14位，速度220KHz；2通道12位D/A，速度15μS；8KE2PROM程序存储器；640字节FlashRAM数据存储器；工业标准8052核；440ppm/℃精密基准电压源；ADCDMA控制器；看门狗电路；电源监视器；32条I/O线；I2C兼容的SPI串行口；UART串行口；时钟频率最高16MHz，其功能结构框图如图1所示：图1A

6、DμC812的功能结构框图ADμC812有正常、空闲、掉电三种工作模式，3V、5V两种电源规格，其外部引脚定义如图2所示：图2ADμC812的外部引脚定义图ADμC812集成度高，单片即可实现一个完整的嵌入式片上采集、控制系统的全部功能，且内带看门狗电路、电源监视器，提高了可靠性、减低了综合成本、同时由于系统结构简单，使得系统调试方便、抗干扰能力强，ADμC812设计智能工控仪表的系统结构如图3所示。图3基于ADμC812的智能温控仪表的硬件结构图2应用实例下面介绍一种采用该方案设计的多路智能温控仪表。该温控仪表具有测温、设置目标温度、输出控制电

7、压、键盘输入、显示、系统监控等功能。系统设计如下:3.1智能温控仪硬件设计系统的硬件结构设计如图3,主系统采用ADμC812,单片实现A/D、D/A、单片机系统的全部功能。信号调理电路采用AD公司仪表放大器AD625，带宽400KHz，10KHz时失调误差仅7mV，增益范围1~1000，可编程。放大增益F可由下式求得：F=0.9×Umax/umax(1)式中：Umax：满幅度输出，Vumax：取样电压，V数据传送选用485串行总线标准。该总线标准具有高速、高可靠性、远距离等特点，最高传送速率10Mbit/s，最大距离1200m，信息接口选用RS4

8、85标准接口电路ADM483E，它有15KV抗雷击保护电路，非常适合工业场合。3.2测温程序设计智能温控仪表的测温程序应具有A/D采样、