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        C8051F350在工業儀器儀表中的應用

        時間:2016-2-1 8:52:00 來源:中國船舶網

          C8051F350器件是完全集成的混合信號片上系統型MCU.具有片內上電復位、VDD監視器、看門狗定時器和時鐘振蕩器的C8051F350是真正能獨立工作的片上系統。FLASH存儲器還具有在系統重新編程能力,可用于非易失性數據存儲,并允許現場更新8051固件。用戶軟件對所有外設具有完全的控制,可以關斷任何一個或所有外設以節省功耗。C8051F350器件的內部振蕩器在出廠時已經被校準為±2.器件內還集成了外部振蕩器驅動電路,允許使用晶體、陶瓷諧振器、電容、RC或外部CMOS時鐘源產生系統時鐘。

          利用PT1⑴將溫度信號轉換電壓信號,再對其放大輸入單片機。PT100溫度傳感器是一種以白金做成的電阻式溫度檢測器,屬于正電阻系數。單片機使用自身的24位ADC進行模數轉換,在對結果進行線性化處理后在數碼管中顯示。壓力測量采用壓力變送器直接輸出4-20mA電流信號再用電阻采樣輸入單片機中,后把結果在數碼管中顯示。

          2硬件設計21穩壓電源設計系統電源為25V和5V兩路直流電源輸入。C8051F350單片機采用33V電壓供電,模擬電源和數字電源分別供電。采33將+5V轉換得到+33V電壓。AMS1117-3.3為三端固定+3.3V穩壓器,輸出電壓精度在±1以內,還具有電流限制和熱保護功能。使用時,其輸出端接了100uF電解電容,改善瞬態響應和穩定性。同時在兩個電源之間加一個隔離的電感,將模擬電源和數字電源分開,在模擬地與數字地之間也需加一個隔離的電感將模擬地與數字地分開,以避免它們之間的相互干擾,該設計的大優點在于既滿足了C8051F350單片機的供電要求,又具有抗干擾功能。壓力變送器為24V電壓供電,通過L7824將25V直流電源變為24V. 22基準電壓電路為了保證測量結果的準確,需要有個穩定的基準電壓。C8051F350有兩個電壓基準選項:內部2 5V電壓和外部的帶隙電壓基準發生器和一個兩倍增益的輸出緩沖放大器,產生25V的電壓基準。當內部電壓基準被使用時,它被驅動輸出到VREF+引腳,此時VREF-引腳被接到AGND由于內部電壓穩定可靠,本系統采用內部電壓而且還可以簡化電路提高系統的可靠性。f350本身的基準電壓很穩定,但精度不高(不是準確的2 5V),這點不影響測量精度,可以乘以一個系數。

          23數據采集電路溫度傳感器采用PT10Q它是一種穩定性和線性都比較好的鉑絲熱電阻傳感器。鉑熱電阻的線性較好,在0-100°C之間變化時,大非線性偏差小于0.5°C.溫度傳感器采用測量電橋和放大電路兩部分,溫度測量電路如所示。

          壓信號的穩定性,電橋的輸入電壓采用內部電壓,并通過TLC272的一個放大器B輸出給電橋。電橋中間兩點電壓差作為后續差動放大器的輸入信號。分別為:V=25xPT100/(R4+PT100),V=25x(R6+W)/(R5+R6+W),則輸入信號為vV=V-V.通過調節W可以調整輸入到運放的差分電壓信號的大小,通常用于調整零點。通過電橋測量的溫度信號經過TLC272的另一個放大器A進行放大后輸入單片機的模擬輸入端口。當溫度升高時,PT100的阻值變大,輸入放大電路的差分信號變大,放大電路的輸出電壓對應升高。

          在放大器的選擇上需要選一種線性度較好的放大器,否則會影響測量的精度。TLC272是一種高精度、雙運算放大器具有低失調電壓飄移、高輸入阻抗、低噪聲和速度達到通用B-FET器件速度的各種輸入失調電壓級別。

          20mA標準電流信號,直接采用電阻采樣轉成電壓值,并將電壓信號值輸入單片機的模擬輸入端口。

          4顯示電路溫度、壓力的顯示采用8位數碼管實現動態顯示。選通信號由74LS138譯碼器輸出,譯碼器輸入端A,UC分別接F350 4譯碼器輸出端K1~K8接8個數碼管從低位到高位的共陰極端。F350的P0口接數碼管的aUcdefgh 3軟件設計系統中ADC的模擬輸入被連接到器件的外部引腳,模擬輸入被配置為單端方式。信號采集采用通道掃描與中斷相結合的方法實現。整個系統由初始化、數據處理、數碼管顯示等模塊組成。系統上電啟動后,首先進行初始化,對MCU的各寄存器和I/O端口進行設置,然后對AD模塊進行采樣,然后進入溫度、壓力的計算模塊,將采樣得到的數據進行非線性修正并濾波以得到較為的溫度、壓力值,送到顯示模塊顯示。

          主程序流程圖如所示。

          3.1端口初始化端口I/O初始化包括以下步驟:用端口輸入方式寄存器(PnMDIN)選擇所有端口引腳的輸入方。

          用端口輸出方式寄存器(PrMDOUT)選擇所有端口引腳的輸出方。

          用端口跳過寄存器(PnSKIP)選擇應被交叉開關跳過的那些引腳。

          將引腳分配給要使用的外設。

          使能交叉開關(XBARE=‘1’)。

          歡迎訂閱歡迎撰稿歡迎發布產品廣告信息所有端口引腳都必須被配置為模擬或數字輸入。被用作比較器或ADC輸入的任何引腳都應被配置為模擬輸入。此外,應將交叉開關配置為跳過所有被用作模擬輸入的引腳。

          本系統初始化程序為32數據處理使用內部對ADC0的增益和偏移進行在系統校準。為保證校準精度,應先進行偏移校準,然后再進行增益校準。通過寫ADC系統方式位(AD0SM)來選擇校準選項并啟動校準過程。校準結束后,校準結果被寫入相應的校準寄存器。本系統采用全內部校準(偏移、斜率),寄存器設置為:在采樣、放大、傳輸中會引入一定的誤差,數據處理的一個重要任務就是要采取各種方法大限度的消除這些誤差。

          本系統采用C8051F350自帶的濾波器。在單次轉換方,ADC采集足夠的信息為AD0LSEL位所選擇的濾波器產生一個結果。系統啟動單次轉換為:3.3結果輸出通常,所采集到的數據,是被測目標的某些物理量經過非電量到電量的轉換,采集結果還需恢復成原來的物理量形式,以便觀測到的結果具有實際的物理意義。

          4結束語溫度、壓力是各種工業應用中的重要參數。本設計采用C8051F350高度集成芯片簡化了電路,縮小了儀器的體積,使整個系統更加穩定可靠,在測試中基本滿足實際需要。口

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