电气测试技术第4版万频林德杰李学聪电子课件5.12数字化测量仪表设计.pptVIP

5.12 数字化测量仪表设计 5.12.1 智能温度变送器设计 5.12.2 单片机电子称重系统的电路设计 5.12.3 单相电能计量系统设计 智能温度变送器简介 智能温度变送器在系统结构上分为电源管理模块、信号处理模块、数据运算模块、V/I变换模块，电路结构如图5-129所示。 硬件设计 1. 电源管理模块 普通的二线制变送器采用模拟器件来实现，因此对电源的功耗要求比较低，一般采78系列稳压模块，工作电流一般在1~2mA之间，但对于智能变动器来说相对较大。这里我们采用Maxim公司的高电压低功耗线性变换器MAX1616作为电压变换，如图5-130所示。 硬件设计 2. 信号处理模块 图5-131所示为信号处理模块电路，采用TI公司的TLC27L2完成信号的放大，TLC27L2是低功耗精密运算放大器，单电源供电，超低功耗（25℃，5V时，电流为19μA）。采用数字电位器X9c104和X9c504进行信号的调零及满量程调整。 硬件设计 3. 数据运算模块 数据运算模块是变送器的关键部件，它完成A/D转换、被测信号转换、键盘扫描、电压输出、信号分析处理及信息显示等功能。 4. V/I变换模块 V/I变换部分采用负载共地方式，由TI公司的高速低功耗精密运算放大器TLE2021、精密电阻R3、R4、R5、R6、Rf、T1组成。Vi为输入电压，Io为输出电流，Rf为采样反馈电阻，R5限流电阻，RL为负载电阻，R8为限流电阻。Rf采样电流信号以电压的形式加到运算放大器的输入端，而且极性与输入电压信号反相，形成一个电流并联负反馈电路。 硬件设计 5. 系统功耗 由于要求智能变送器系统的整体静态电流小于4mA，所以必须保证所选器件为低功耗或超低功耗的芯片。经过实例，其中电源管理部分，主要器件MAX1616的静态电流为80μA、500μA、TLC2712的静态电流为120μA；数据运算部分主要器件C8051F017的静态电流近似为1mA；V/I转换部分主要器件TLE2021的静态电流为230μA、ICL7660的静态电流近似为200μA；其他部分散件的静态电流大约为500μA。 软件设计 1. A-D转换 为了A/D转换器满足一定的转换精度，就必须让采样电路的保持电容有足够的充电时间，因此必须正确选择A/D转换的时钟源。系统采用1MHz晶振，A/D转换时钟周期选择16个系统时钟周期。 2. 线性化处理 热电阻的输出电压与被测温度之间也是非线性关系，对非线性的补偿，采用查表法和计算法结合的插值法。 首先通过精密电阻箱模拟铂电阻的分度表，每隔5℃获取其10位A/D转换结果显示在LCD上，得到关于被测温度与A/D转换数值对应表。 表5-15所示为温度在0~300℃时，C8051F017内部10位A/D转换器对应的数值。 3. D-A转换 C8051F单片机的DAC（数模转换模块），可以将CPU运算处理的数字量转换为模拟量。C8051F DAC模块是12位、R阶、电压输出地数模转换模块。在使用的过程中可以被置成8位或12位转换模式，并能够与DMA控制器结合使用。当CPU内部有多个DAC模块时，CPU可以对他们统一管理，并能够做到同步更新。 4. LCD显示 由于该智能温度变送器具有现场显示功能，这里采用二线式串行接口的LCD液晶显示器进行显示 。 5. 测试结果 5.12.2 单片机电子称重系统的电路设计 最近，国内相继开发出一批技术先进、功能强大的电子称重专用集成电路，典型产品有重庆中易电测技术研究所生产的ZEM系列、S8和S9系列专用IC，为实现电子称重系统的优化设计创造了有利条件。 ZEM系列包括ZEM207、ZEM301、和ZEM303共3种型号，他们均属于多功能电子称重集成电路。其外围电路简单，成本低廉，无须配A/D转换器芯片。其运算精度可达16位以上，适合设计从最大称量为1g（分辨力为0.0002g）到最大称量500t（分辨力为0.1t）的全系列、几百个品种的电子称重系统，符合国际法制计量组织（OLML）No76-1规范中Ⅲ级电子秤的标准。 1. ZEM207型多量程电子称重成电路 ZEM207支持6位共阳极LED数显和7个符号位、4×4键盘扫描、键盘标定、按键蜂鸣（即按下键时蜂鸣器发声）。具有自动清零、自动去皮（直接去皮或采用预置数的方法来去皮），清除、累计次数、累计重量、自动零位调整、零位自动跟踪等先进功能。 2. ZEM301型定量称重集成电路 ZEM301除保留ZEM207的功能外，还增加了定量称重的新颖功能，可满足工业现场定量测控的需求。其静态设定精度为0.2%～0.02%，适用于液体定量灌装或固体的定量包装。 3. ZEM303型计价/称重集成电路 ZEM303增加了七