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本章内容：. 9.2 提高系统可靠性的一般方法. 第 9 章 80C51 应用系统设计方法. 9.1 单片机应用系统设计过程. 9.3 数据采集系统设计. 9.4 智能二线制温度变送器设计实例. 9.1 单片机应用系统设计过程. 一、可靠性要高. 9.1.1 基本要求. 分析影响系统可靠性的因素 设计时，考虑故障自动检测和处理功能 运行时，定时进行各功能模块自诊断 难解决的问题，应及时切换到后备装置或报警 。. 二、使用和维修要方便 尽量降低对操作人员专业知识的要求 控制开关不能太多，不能太复杂

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  1. 本章内容： 9.2 提高系统可靠性的一般方法 第9章 80C51应用系统设计方法 9.1 单片机应用系统设计过程 9.3 数据采集系统设计 9.4 智能二线制温度变送器设计实例

  2. 9.1 单片机应用系统设计过程 一、可靠性要高 9.1.1 基本要求 • 分析影响系统可靠性的因素 • 设计时，考虑故障自动检测和处理功能 • 运行时，定时进行各功能模块自诊断 难解决的问题，应及时切换到后备装置或报警。

  3. 二、使用和维修要方便 • 尽量降低对操作人员专业知识的要求 • 控制开关不能太多，不能太复杂 • 参数输入/输出应采用十进制，符号要简明直观。 三、性能价格比要高

  4. 9.1.2 系统设计的步骤 一、确定任务 • 市场调研：克服缺点、增强功能。 • 系统规划：采集信号的种类、数量、范围，输出信号的匹配和转换，控制算法的选择，技术指标的确定等。 二、方案设计 • 单片机选型 • 硬件与软件的功能划分

  5. 三、硬件设计 • 单片机电路设计 • 扩展电路设计 • 输入/输出通道设计 • 控制面板设计

  6. 四、软件设计 • 系统软件 • 数据采集 • 数据处理 • 控制算法实现 • 人机联系 • 数据管理 • 设计方法 • 模块化设计 • 自顶向下设计

  7. 设计开发过程 ：

  8. 9.2 提高系统可靠性的一般方法 9.2.1 电源干扰及其抑制 一、交流电源干扰及其抑制

  9. 交流电源综合配置 ：

  10. 集成稳压路单独供电 采用低纹波高质量集成稳压电路。每个稳压电路单独对电压过载进行保护。 二、直流电源抗干扰措施 • 直流开关电源 无工频变压器，体积小、重量轻、效率高、电网电压范围宽、变化时不易输出过电压和欠电压，同时还具有较好的初、次级隔离作用。 • DC－DC变换器 输入电压范围大、输出电压稳定且可调整、效率高、体积小、有多种封装形式。

  11. 9.2.2 地线干扰及其抑制 一、一点接地和多点接地的应用 • 低频电路，采用一点接地 寄生电感影响小，一点接地可以减少地线造成的地环路。 • 高频电路，采用多点接地 寄生电感及分布电容将造成各接地线间的耦合，影响突出。 频率小于1MHz时，采用一点接地；频率高于10MHz时，采用多点接地；频率处于1至10MHz时，若采用一点接地，其地线长度不应超过波长的二十分之一。否则，应采用多点接地。

  12. 二、数字地与模拟地的连接原则 • 数字地是数字逻辑电路的接地端，以及A/D、D/A转换器的数字地。 • 模拟地是指放大器、采样保持器和A/D、D/A中模拟信号的接地端。 • 数字地和模拟地应分别接地。 避免数字回路通过模拟电路的地线再返回到数字电源对模拟信号产生影响。

  13. 三、印刷电路板的地线分布原则 • 逻辑器件接地线呈辐射网状，避免环形 • 地线尽量加宽。最好不小于3mm • 旁路电容地线不要太长 • 功率地应较宽，必须与小信号地分开 四、信号电缆 • 双绞线，有抑制电磁干扰的作用 • 屏蔽线，有抑制静电感应干扰的作用。 屏蔽层最佳的接地点在信号源侧（一点接地）。

  14. 9.2.3 其它提高系统可靠性的方法 • 基本功能： • 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 一、使用微处理器监控电路 • 典型产品 MAX703～MAX709/813L，MAX791等 。

  15. 输入/输出抗干扰 • 开关量输入，多次读入，比较无误再确认。 • 开关量输出，进行回读，比较无误再输出。 • 按钮、开关，软件延时避免抖动误读 • 条件控制：循环采样、处理、控制输出。 二、软件抗干扰措施 可能酿成重大事故的输出，要设置人工干预。

  16. （2）避免系统“死机”的方法 • 硬件Watchdog • 软件陷阱 办法是在未用到的中断矢量区及其它未使用的EPROM区设置如下指令： … NOP NOP LJMP 0000H

  17. 9.3 数据采集系统设计 9.3.1 模拟输入通道的组成 模拟输入通道的一般构成 ：

  18. 9.3.2 设计示例 • 设计要求 温度范围：0～500℃；点数：4个，分辨率：0.5℃，每2秒测量一次。 • 器件选择 • 热电偶:镍铬-镍硅。分度号为K（旧分度号为EU-2）。当温度为500℃时热电动势为20.64 mV。 • A/D转换器: 5G14433。满量程500℃，对于0.5℃的分辨，要具有0.5/500＝1/1000的分辨能力。 • 放大器：TCL27L2。单电源，低功耗。 • 差动多路转换器：CD4052。提高放大器的抑制共模干扰的能力。

  19. 三、硬件电路

  20. 四、软件流程

  21. 9.4 智能二线制温度变送器设计实例 9.4.1 智能温度变送器简介

  22. 9.4.2 硬件设计 一、电源管理模块

  23. 二、信号处理模块

  24. 三、数据运算模块

  25. 四、V/I变换模块

  26. 五、系统功耗 总体静态电流： 3.73mA< 4mA • 电源管理部分 • MAX1615：80μA • MAX619： 100μA • 数据运算部分 • C8051F007：1mA • V/I转换部分 • TLE2021：230μA • ICL7660：200μA • 信号处理部分 • X9c104：500μA • X9c504：500μA • TLC27L2：120μA • 其他部分：500μA。

  27. 9.4.3 软件设计 一、A/D转换 AD_Change（） { AXM0CF=0x00； ADCS2=1；ADCS1=0；ADCS0=0； AMPGN2=0；AMPGN1=1；AMPGN0=0；//增益为4 ADM0SL=0x00；//选择A/D通道0 ADCEN=1； for（i=0；i<=100；i++）；//启动A/D转换 ADCBUSY=1； while（ADCBUSY==1）；//等待转换结束 ad_result1=（ADC0H&0x03）*256+ADC0L；//读结果 ADBUSY=0；//清A/D转换标志 }

  28. 二、线性化处理 对非线性的补偿，采用查表法和计算法结合的插值法。先建立被测温度与A/D转换数值之间的对应曲线。

  29. 将温度被分成30个均匀的区间，每个区间的端点A/D转换值N k都对应一个T k。当A/D转换值为N i 时，实际测量温度值Ti一定会落在某个区间（T k，T k+1），采用线性插值法进行插值，用通过（N k，T k）和（N k+1，Tk+1）两点的直线近似代替原特性。

  30. unsigned long Count_Tem（unsigned int ad_counter） { unsigned long js1，js2； unsigned char js=0 ； while（1） { js1=counter[js]； js2=counter[js+1]； if（ad_counter>=js1 && ad_counter<=js2） {temp1=tempture[js]；2=tempture[js+1]； temp=temp1+（ad_counter-js1）*500/（js2-js1）； return temp； //返回温度值 } js=js+1； if（js>61）{break；} } }

  31. 思考题及习题 1、单片机应用系统的设计有那些要求？ 2、单片机应用系统的设计有那些步骤？ 3、提高单片机应用系统的可靠性有那些措施？ 4、数据采集系统的模拟通道有那些环节，各环节的功能是什么？ 5、什么情况下可以不用采样保持器？ 6、模拟信号的放大应注意哪些问题？ 7、多路模拟开关的选择要注意什么？ 8、与80C51兼容的单片机主流产品有哪些？各有何特点？ 9、单片机汇编语言与C51语言在单片机应用系统的开发上有何特点？

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