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C8051F350在工业仪器仪表中的应用

时间:2016-2-1 8:52:00 来源:中国船舶网

  C8051F350器件是完全集成的混合信号片上系统型MCU.具有片内上电复位、VDD监视器、看门狗定时器和时钟振荡器的C8051F350是真正能独立工作的片上系统。FLASH存储器还具有在系统重新编程能力,可用于非易失性数据存储,并允许现场更新8051固件。用户软件对所有外设具有完全的控制,可以关断任何一个或所有外设以节省功耗。C8051F350器件的内部振荡器在出厂时已经被校准为±2%.器件内还集成了外部振荡器驱动电路,允许使用晶体、陶瓷谐振器、电容、RC或外部CMOS时钟源产生系统时钟。

  利用PT1⑴将温度信号转换电压信号,再对其放大输入单片机。PT100温度传感器是一种以白金做成的电阻式温度检测器,属于正电阻系数。单片机使用自身的24位ADC进行模数转换,在对结果进行线性化处理后在数码管中显示。压力测量采用压力变送器直接输出4-20mA电流信号再用电阻采样输入单片机中,最后把结果在数码管中显示。

  2硬件设计21稳压电源设计系统电源为25V和5V两路直流电源输入。C8051F350单片机采用33V电压供电,模拟电源和数字电源分别供电。采33将+5V转换得到+33V电压。AMS1117-3.3为三端固定+3.3V稳压器,输出电压精度在±1%以内,还具有电流限制和热保护功能。使用时,其输出端接了100uF电解电容,改善瞬态响应和稳定性。同时在两个电源之间加一个隔离的电感,将模拟电源和数字电源分开,在模拟地与数字地之间也需加一个隔离的电感将模拟地与数字地分开,以避免它们之间的相互干扰,该设计的最大优点在于既满足了C8051F350单片机的供电要求,又具有抗干扰功能。压力变送器为24V电压供电,通过L7824将25V直流电源变为24V. 22基准电压电路为了保证测量结果的准确,需要有个稳定的基准电压。C8051F350有两个电压基准选项:内部2 5V电压和外部的带隙电压基准发生器和一个两倍增益的输出缓冲放大器,产生25V的电压基准。当内部电压基准被使用时,它被驱动输出到VREF+引脚,此时VREF-引脚被接到AGND由于内部电压稳定可靠,本系统采用内部电压而且还可以简化电路提高系统的可靠性。f350本身的基准电压很稳定,但绝对精度不高(不是准确的2 5V),这点不影响测量精度,可以乘以一个系数。

  23数据采集电路温度传感器采用PT10Q它是一种稳定性和线性都比较好的铂丝热电阻传感器。铂热电阻的线性较好,在0-100°C之间变化时,最大非线性偏差小于0.5°C.温度传感器采用测量电桥和放大电路两部分,温度测量电路如所示。

  压信号的稳定性,电桥的输入电压采用内部电压,并通过TLC272的一个放大器B输出给电桥。电桥中间两点电压差作为后续差动放大器的输入信号。分别为:V=25xPT100/(R4+PT100),V=25x(R6+W)/(R5+R6+W),则输入信号为vV=V-V.通过调节W可以调整输入到运放的差分电压信号的大小,通常用于调整零点。通过电桥测量的温度信号经过TLC272的另一个放大器A进行放大后输入单片机的模拟输入端口。当温度升高时,PT100的阻值变大,输入放大电路的差分信号变大,放大电路的输出电压对应升高。

  在放大器的选择上需要选一种线性度较好的放大器,否则会影响测量的精度。TLC272是一种高精度、双运算放大器具有低失调电压飘移、高输入阻抗、低噪声和速度达到通用B-FET器件速度的各种输入失调电压级别。

  20mA标准电流信号,直接采用电阻采样转成电压值,并将电压信号值输入单片机的模拟输入端口。

  4显示电路温度、压力的显示采用8位数码管实现动态显示。选通信号由74LS138译码器输出,译码器输入端A,UC分别接F350 4译码器输出端K1~K8接8个数码管从低位到高位的共阴极端。F350的P0口接数码管的aUcdefgh 3软件设计系统中ADC的模拟输入被连接到器件的外部引脚,模拟输入被配置为单端方式。信号采集采用通道扫描与中断相结合的方法实现。整个系统由初始化、数据处理、数码管显示等模块组成。系统上电启动后,首先进行初始化,对MCU的各寄存器和I/O端口进行设置,然后对AD模块进行采样,然后进入温度、压力的计算模块,将采样得到的数据进行非线性修正并滤波以得到较为精确的温度、压力值,送到显示模块显示。

  主程序流程图如所示。

  3.1端口初始化端口I/O初始化包括以下步骤:用端口输入方式寄存器(PnMDIN)选择所有端口引脚的输入方。

  用端口输出方式寄存器(PrMDOUT)选择所有端口引脚的输出方。

  用端口跳过寄存器(PnSKIP)选择应被交叉开关跳过的那些引脚。

  将引脚分配给要使用的外设。

  使能交叉开关(XBARE=‘1’)。

  欢迎订阅欢迎撰稿欢迎发布产品广告信息所有端口引脚都必须被配置为模拟或数字输入。被用作比较器或ADC输入的任何引脚都应被配置为模拟输入。此外,应将交叉开关配置为跳过所有被用作模拟输入的引脚。

  本系统初始化程序为32数据处理使用内部对ADC0的增益和偏移进行在系统校准。为保证校准精度,应先进行偏移校准,然后再进行增益校准。通过写ADC系统方式位(AD0SM)来选择校准选项并启动校准过程。校准结束后,校准结果被写入相应的校准寄存器。本系统采用全内部校准(偏移、斜率),寄存器设置为:在采样、放大、传输中会引入一定的误差,数据处理的一个重要任务就是要采取各种方法最大限度的消除这些误差。

  本系统采用C8051F350自带的滤波器。在单次转换方,ADC采集足够的信息为AD0LSEL位所选择的滤波器产生一个结果。系统启动单次转换为:3.3结果输出通常,所采集到的数据,是被测目标的某些物理量经过非电量到电量的转换,采集结果还需恢复成原来的物理量形式,以便观测到的结果具有实际的物理意义。

  4结束语温度、压力是各种工业应用中的重要参数。本设计采用C8051F350高度集成芯片简化了电路,缩小了仪器的体积,使整个系统更加稳定可靠,在测试中基本满足实际需要。口

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