智能仪表原理与设计基础.pptx

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1、主要内容主要内容一、智能仪表原理一、智能仪表原理 二、二、设计基础设计基础三、三、设计原则与设计内容设计原则与设计内容第1页/共40页 一、一、智能仪表原理智能仪表原理仪器仪表概述仪器仪表概述 (Instrument)(Instrument).定义：对各种变量（参数）进行检测定义：对各种变量（参数）进行检测 (计量计量)、计录、调、计录、调节和节和 处理的各种装置的总称。（包含了自动化装置）处理的各种装置的总称。（包含了自动化装置）.传感器传感器 (Sensor)(Sensor)区别区别 (Transducer)(Transducer)是检测仪表的重要组成部分，是信息获取的前端。是检测仪表的重

2、要组成部分，是信息获取的前端。结构：结构：独立安装的，如热电偶、热电阻（温度传感器）；独立安装的，如热电偶、热电阻（温度传感器）；与仪表电路一体化的，如压力变送器；与仪表电路一体化的，如压力变送器；.分类分类 多种分法；如按作用分：多种分法；如按作用分：测量仪表（传感器、变送器，测量仪表（传感器、变送器，仪、仪、计、），计、），调节仪表，显示仪表，执行仪表；调节仪表，显示仪表，执行仪表；1.智能仪表原理第2页/共40页 一、一、智能仪表原理智能仪表原理 传统仪表：传统仪表：性能主要取决于仪表内部元器件的精性能主要取决于仪表内部元器件的精密性和稳定性，元器件的温度漂移（包括零点密性和稳定性，元器

3、件的温度漂移（包括零点和增益漂移）和时间漂移都会反应到测量结果和增益漂移）和时间漂移都会反应到测量结果和仪表输出中去。另外，传统仪表对其内部故和仪表输出中去。另外，传统仪表对其内部故障缺乏诊断和处置能力，往往在故障情况下给障缺乏诊断和处置能力，往往在故障情况下给出结果，显然这种结果是不可能正确的。出结果，显然这种结果是不可能正确的。智能仪表原理：智能仪表原理：应用新的采集技术、处理技术、应用新的采集技术、处理技术、硬件平台和人工智能技术，使仪表的性能（如硬件平台和人工智能技术，使仪表的性能（如精度）、功能、可靠性、可维护性和可测试性精度）、功能、可靠性、可维护性和可测试性都得到了提高。都得到了

4、提高。1.智能仪表原理第3页/共40页 一、一、智能仪表原理智能仪表原理 工业自动化仪表的发展过程工业自动化仪表的发展过程 机械式机械式(基地式基地式)-)-电动单元组合式电动单元组合式(模拟模拟)-)-微机微机化化(模、数模、数)-)-智能仪表（全数字）智能仪表（全数字）2智能仪表产生与发展模拟式示波器模拟式示波器弹簧压力表弹簧压力表数字式超声波探伤仪数字式超声波探伤仪第4页/共40页 一、智能仪表原理一、智能仪表原理各种智能仪表的硬、软件系统差别很大。各种智能仪表的硬、软件系统差别很大。简单的简单的只含几个芯片和少量程序，如井下压力计、温度显示调节器只含几个芯片和少量程序，如井下压力计、温

5、度显示调节器等；等；复杂的复杂的含大量芯片，丰富的软件含大量芯片，丰富的软件(操作系统操作系统)和齐全的外设，甚至和齐全的外设，甚至于使用多个单片机；有的智能仪表的复杂程度甚至超过通用型个人计于使用多个单片机；有的智能仪表的复杂程度甚至超过通用型个人计算机，如色谱质谱仪。算机，如色谱质谱仪。尽管如此，在结构上仍然存在着一些尽管如此，在结构上仍然存在着一些共同之处共同之处。3智能仪表的结构与特点井下压力计井下压力计温度显示调节器温度显示调节器井下压力计井下压力计第5页/共40页 一、智能仪表原理一、智能仪表原理精密色谱仪精密色谱仪 3智能仪表的结构与特点第6页/共40页 一、智能仪表原理一、智能

6、仪表原理如图为典型智能仪表结构，由三个层次构成如图为典型智能仪表结构，由三个层次构成 。3智能仪表的结构与特点第7页/共40页 一、智能仪表原理一、智能仪表原理 智能仪表的特点智能仪表的特点 可以可以自动自动进行量程转换、零点和增益误差补偿，测量特进行量程转换、零点和增益误差补偿，测量特性的自动校准，按照一定的规律自动寻找最优的算法参数，性的自动校准，按照一定的规律自动寻找最优的算法参数，从而极大的提高了仪表的性能。从而极大的提高了仪表的性能。按照事先的安排按照事先的安排(体现在编制的程序上体现在编制的程序上)可以对仪表的主可以对仪表的主要元器件进行自动检测，对故障进行定位，还可以对故障部要元

7、器件进行自动检测，对故障进行定位，还可以对故障部分进行隔离或对系统进行重组，大大提高了仪表的容错性和分进行隔离或对系统进行重组，大大提高了仪表的容错性和可靠性。可靠性。应用模糊识别与模糊控制、人工神经网络建模与识别、应用模糊识别与模糊控制、人工神经网络建模与识别、专家系统、多传感器信息融合处理方法专家系统、多传感器信息融合处理方法等智能技术等智能技术。新工艺，经串口或扫描口（新工艺，经串口或扫描口（JTAGJTAG）即可下载和仿真。）即可下载和仿真。如：贴片工艺；多层艺；如：贴片工艺；多层艺；屏蔽与防护工艺；屏蔽与防护工艺；ISPISP与与IAPIAP工艺工艺 3智能仪表的结构与特点第8页/共

8、40页主要内容主要内容一、智能仪表原理一、智能仪表原理 二、二、设计基础设计基础三、设计原则与设计内容第9页/共40页 二、设计基础二、设计基础需求分析需求分析:通过需求分析确定智能仪表任务要求应包括以下几通过需求分析确定智能仪表任务要求应包括以下几点点功能要求功能要求 测量功能：哪些量？有实时在线要求否？什么输出形式？测量功能：哪些量？有实时在线要求否？什么输出形式？（显示、打印、传输、通信显示、打印、传输、通信）；）；控制功能：什么对象？模型为何？哪些状态？需构成什么系控制功能：什么对象？模型为何？哪些状态？需构成什么系统？统？（随动、恒值、串级（随动、恒值、串级控制）；控制）；管理功能：

9、操作要求、数据库要求、打印报表、决策分析、管理功能：操作要求、数据库要求、打印报表、决策分析、统计统计 分析分析。1.需求分析与方案论证第10页/共40页 二、设计基础二、设计基础 性能要求性能要求 测量范围测量范围 测量精度测量精度 测量灵敏度（分辨率）测量灵敏度（分辨率）稳定性、可靠性要求（稳定性、可靠性要求（MTBFMTBF）响应速度响应速度 动态特性动态特性 数据库浏览（查询）方式、容量、安全性数据库浏览（查询）方式、容量、安全性1.需求分析与方案论证第11页/共40页 二、设计基础二、设计基础对象特性对象特性 输入输出关系（传递函数、用户以往的经验、作法、输入输出关系（传递函数、用户

10、以往的经验、作法、其它图纸资料）其它图纸资料）各变量的性质（幅度、变化率、分布性等）各变量的性质（幅度、变化率、分布性等）生产使用规律生产使用规律环境条件环境条件其它其它:用户长远发展规划、扩展、升级的计划用户长远发展规划、扩展、升级的计划调查研究的结果应形成需求分析报告，以便设计方调查研究的结果应形成需求分析报告，以便设计方 案。案。1.需求分析与方案论证第12页/共40页 二、设计基础二、设计基础.方案论证方案论证:总方案论证总方案论证包括测量（工作）原理分析、推导，包括测量（工作）原理分析、推导，智能仪表的系统组成说明，总体的硬、软件结构描智能仪表的系统组成说明，总体的硬、软件结构描述，

11、主要性能、功能的计算、分析和说明等内容。述，主要性能、功能的计算、分析和说明等内容。在进行总体方案设计时，既要仔细研究仪表的在进行总体方案设计时，既要仔细研究仪表的功能要求、技术指标、环境条件等因素，还要与可功能要求、技术指标、环境条件等因素，还要与可以达到的技术水平，设备、资金的拥有量，必要的以达到的技术水平，设备、资金的拥有量，必要的实验场地，必备的元器件来源，以及投入的人力和实验场地，必备的元器件来源，以及投入的人力和规定的完成时间等条件相比较，在此基础上确立总规定的完成时间等条件相比较，在此基础上确立总体方案的可行性。体方案的可行性。1.需求分析与方案论证第13页/共40页 二、设计基

12、础二、设计基础.机型的选择机型的选择 首先是指选择首先是指选择CPUCPU型号，相同型号，相同CPUCPU内核的单片机很多，根据性能、资源内核的单片机很多，根据性能、资源和熟悉程度选择和熟悉程度选择。下表列出几种。下表列出几种常用微处理器常用微处理器和和单片机单片机的的CPUCPU性能指标。性能指标。2.机型选择与嵌入式系统第14页/共40页 二、设计基础二、设计基础.嵌入式系统（嵌入式系统（Embedded systemEmbedded system）为了区别于原有的通用计算机系统，人们把嵌入到对象体为了区别于原有的通用计算机系统，人们把嵌入到对象体系中的专用计算机称为系中的专用计算机称为嵌

13、入式计算机系统嵌入式计算机系统，简称嵌入式系统。，简称嵌入式系统。嵌入性嵌入性、专用性专用性和计和计算机系统算机系统是嵌入式系统的三个基本要素。是嵌入式系统的三个基本要素。对象系统则是指嵌入式系统所嵌入的宿主系统，如内含嵌入对象系统则是指嵌入式系统所嵌入的宿主系统，如内含嵌入式系统的智能仪表。式系统的智能仪表。嵌入式系统按其外型分为嵌入式系统按其外型分为板级板级（如嵌入式（如嵌入式PC104PC104，PP级嵌级嵌入式入式SBCSBC）和）和芯片级芯片级（如单片机，（如单片机，MCUMCU，SOCSOC），前者主要应用），前者主要应用在计算量大，有网络应用或多媒体应用要求的情况，后者主在计算量

14、大，有网络应用或多媒体应用要求的情况，后者主要应用在要求体积小，功耗低，功能相对简单的情况。要应用在要求体积小，功耗低，功能相对简单的情况。嵌入式系统作为计算机技术的两大分支之一，其发展方向嵌入式系统作为计算机技术的两大分支之一，其发展方向是是更好的嵌入性更好的嵌入性，更高的可靠性和单芯片化结构，更高的可靠性和单芯片化结构，而不是总而不是总线速度的无限提升，存储容量的无限扩大。线速度的无限提升，存储容量的无限扩大。2.机型选择与嵌入式系统第15页/共40页 二、设计基础二、设计基础.微控制器与微控制器与SOCSOC 单片机单片机(SCM)(SCM)是寻求最佳单片形态嵌入式系统的最初体是寻求最佳

15、单片形态嵌入式系统的最初体系结构，走出了与通用计算机完全不同的发展与应用道路。系结构，走出了与通用计算机完全不同的发展与应用道路。为了满足嵌入式应用的进一步要求，为了满足嵌入式应用的进一步要求，微控制器（微控制器（MCUMCU）在单）在单片机基础上扩展了各种外围电路与接口电片机基础上扩展了各种外围电路与接口电（CTC,UART,RAM,ROM,I/OCTC,UART,RAM,ROM,I/O），），使其测控能力大幅上升。使其测控能力大幅上升。SOCSOC（system on chipsystem on chip）是单片机发展的又一趋势，是是单片机发展的又一趋势，是应用系统在芯片上的最大化解决应用

16、系统在芯片上的最大化解决(MCU+AMP+ADC+DAC(MCU+AMP+ADC+DAC+WDT+-)+WDT+-)。MCU:8031,89C51,89S51,SST89E;MCU:8031,89C51,89S51,SST89E;SOC:C8051F00*;SOC:C8051F00*;AD836(12,24);AD836(12,24);2.机型选择与嵌入式系统第16页/共40页 二、设计基础二、设计基础 总总线线是是智智能能仪仪表表中中单单片片机机与与外外围围芯芯片片、电电路路板板与与电电路路板板、智智能能仪仪表表与与其其它它设设备备之之间间相相互互连连接接的的桥桥梁梁与与纽带纽带。总线有自行

17、定义的总线有自行定义的非标准总线非标准总线与权威机构规定的与权威机构规定的标准总线标准总线之分。标准总线不只是一簇无源导线的简单之分。标准总线不只是一簇无源导线的简单汇集，它对于信号根数、排列方式、连接件形式、信汇集，它对于信号根数、排列方式、连接件形式、信号的名称、性质及传送方向、定时关系等都有明确而号的名称、性质及传送方向、定时关系等都有明确而严格的规定。通常某一标准总线规约需通过相应的逻严格的规定。通常某一标准总线规约需通过相应的逻辑电路或特定的接口芯片来实现。辑电路或特定的接口芯片来实现。3.总线结构第17页/共40页 二、设计基础二、设计基础.内总线内总线 用用于于计计算算机机设设备

18、备内内部部板板与与板板之之间间连连接接的的总总线线称称为为内内总总线线。智能仪表根据需要可采用如下三种内部连接形式。智能仪表根据需要可采用如下三种内部连接形式。(1)(1)单板结构单板结构 结构可以简化设计、降低成本、缩小占用的立体空间。结构可以简化设计、降低成本、缩小占用的立体空间。必须合理地布局和走线以减少有害的耦合与发热的影必须合理地布局和走线以减少有害的耦合与发热的影 响；响；(2)(2)多板非标准连接多板非标准连接 将仪表按功能划分为几种功能模块，每一模块分别设计将仪表按功能划分为几种功能模块，每一模块分别设计 制版，然后通过自定义总线装配连接。制版，然后通过自定义总线装配连接。(3

19、)(3)多板标准总线连接多板标准总线连接 STD,PXI,VXI,PCI,STD,PXI,VXI,PCI,当仪表功能复杂时，为了避免重复开发设计，宜选用标准总当仪表功能复杂时，为了避免重复开发设计，宜选用标准总线组线组 成的多板结构。成的多板结构。3.总线结构第18页/共40页 二、设计基础二、设计基础.I.I2 2C C总线总线 I I2 2C C总线（总线（Inter IC bus,Inter IC bus,集成电路芯片间总线）集成电路芯片间总线）I I2 2C C总线规范及传输协议总线规范及传输协议 I I2 2C C总线实际只有两根信号线，总线实际只有两根信号线，一根是串行数据线一根是

20、串行数据线SDASDA，由当时发送数据的器件使用，另外，由当时发送数据的器件使用，另外一根是串行时钟线一根是串行时钟线SCLSCL，由当时具有最高优先权的主器件占有。如图为，由当时具有最高优先权的主器件占有。如图为I I2 2C C总线数总线数据传送图。据传送图。3.总线结构第19页/共40页 二、设计基础二、设计基础.I.I2 2C C总线总线.I.I2 2C C总线应用总线应用 I I2 2C C总总线线的的出出现现对对减减少少连连线线，缩缩小小线线路路板板的的面面积积，实实现现硬硬件件电电路路的的模模块块化化等等具具有有重重大大的的意意义义，为为智智能能仪仪表表中中微微机机系系统统，特特

21、别别是是单单片片机机系系统统的的扩扩展展提提供供了了极极大大的的便便利利。如如图图为为I I2 2C C总线典型应用电路原理图。总线典型应用电路原理图。3.总线结构第20页/共40页 二、设计基础二、设计基础.I.I2 2C C总线总线 单片机应用系统中采用单片机应用系统中采用I I2 2C C总线技术将带来以下好处：总线技术将带来以下好处：最最大大限限度度的的简简化化了了系系统统结结构构。二二线线制制I I2 2C C串串行行总总线线使使各各电电路路单单元元之之间间只只需需最最简简单单的的连连接接，可可以以简简化化电电路路板板上上的的走走线线，减减少少电电路路板板面面积积，提提高可靠性并降低

22、系统成本。高可靠性并降低系统成本。便便于于实实现现电电路路的的标标准准化化、模模块块化化；各各标标准准化化模模块块之之间间采采用用I I2 2C C总总线线相互连接即可。相互连接即可。采用采用I I2 2C C总线标准模块的组合方式可以大大缩短新产品的开发周期。总线标准模块的组合方式可以大大缩短新产品的开发周期。I I2 2C C总总线线各各节节点点具具有有独独立立的的电电气气特特性性，各各节节点点单单元元电电路路可可以以在在相相互互不受影响的情况下，甚至在系统供电的情况下，接入或撤除。不受影响的情况下，甚至在系统供电的情况下，接入或撤除。I I2 2C C总总线线系系统统结结构构非非常常灵灵

23、活活，便便于于系系统统改改型型设设计计，或或对对已已加加工工好好的的电路板扩展功能。电路板扩展功能。I I2 2C C总总线线系系统统可可方方便便地地对对某某一一节节点点电电路路进进行行故故障障诊诊断断与与跟跟踪踪，有有极极好的可好的可 维护性。维护性。3.总线结构第21页/共40页 二、设计基础二、设计基础.SPI.SPI接口总线接口总线 串串行行外外设设接接口口总总线线 (SPI)(SPI)：是是一一种种同同步步串串行行接接口口,用用于于单单片片机机、MCU MCU 与与各各种种外外设设、接接口口以以串串行行方方式式进进行行高高速速通通信信、交交换信息。换信息。SPISPI串串行行外外设设

24、接接口口由由四四条条信信号号线线组组成成，这这四四根根信信号号线线分分别别为为：时时 钟钟 线线（CLKCLK）、数数 据据 输输 入入 线线（SDISDI）、数数 据据 输输 出出 线线（SDOSDO）、片片选选线线（/CS/CS），其其中中，/CS/CS的的有有效效与与否否完完全全由由主主控控制器决定，时钟信号也由主控制器发出。制器决定，时钟信号也由主控制器发出。SPI SPI 总总线线的的使使用用可可以以简简化化电电路路设设计计，省省掉掉了了很很多多常常规规电电路路中的接口器件，提高设计的可靠性。中的接口器件，提高设计的可靠性。3.总线结构第22页/共40页 二、设计基础二、设计基础.S

25、PI.SPI接口总线接口总线 一一般般通通过过SPI SPI 接接口口进进行行数数据据通通迅迅的的逻逻辑辑时时序序如如图图1.4 1.4 所示（数据读写应在上升沿）所示（数据读写应在上升沿）3.总线结构第23页/共40页 二、设计基础二、设计基础.SPI.SPI接口总线接口总线 在在某某些些情情况况，仅仅仅仅依依靠靠上上述述的的四四根根信信号号线线并并不不能能很很好好的的完完成成数数据据传传送送通通信信，还还可可在在某某些些含含有有SPI SPI 接接口口总总线线设设备备中中另另外外设设置置了了一一根根中中断断信信号号线线（INT INT 或或INTINT），其其主主要要功功能能是是：在在数数

26、据据信信息息发发送送或或接接收收完完成成、接接收收到到其其它它外外部部网网络络数数据据信信息息以以及及SPI SPI 字字节节发发送送或或接接收收完完成成时时通通知知主主控控制制器器，以以便便于于主主控控制器作下一步的处理工作。制器作下一步的处理工作。对对于于没没有有SPISPI接接口口的的单单片片机机或或MCUMCU（如如89C5189C51单单片片机机）,可可用用单单片片机机的的I/OI/O口口辅辅以以软软件件来来模模拟拟SPI SPI 的的操操作作,包包括括串串行行时时钟钟、数据输入和输出。数据输入和输出。3.总线结构第24页/共40页 二、设计基础二、设计基础.SPI.SPI接口总线接

27、口总线 对对于于在在SCK SCK 的的上上升升沿沿输输入入(接接收收)数数据据和和在在下下降降沿沿输输出出(发发送送)数数据据的的器器件件,模模拟拟串串行行时时钟钟输输出出的的I/OI/O口口的的初初始始状状态态为为1 1,在在允允许许接接口口芯芯片片后后,其其状状态态为为0 0。对对于于在在SCKSCK的的下下降降沿沿输输入入数数据据和和上上升升沿沿输输出出数数据据的的器器件件,则则模模拟拟串串行行时时钟钟输输出出的的I/OI/O口口的的初始状态为初始状态为0,0,在允许接口芯片后在允许接口芯片后,其状态为其状态为1 1。如如图图为为SPISPI接接口口芯芯片片分分别别与与含含有有和和不不

28、含含有有SPISPI接接口口的的两两种种微微处理器的连接方式处理器的连接方式。3.总线结构第25页/共40页 二、设计基础二、设计基础.SPI.SPI接口总线接口总线 SPI SPI 接接口口总总线线可可在在软软件件的的控控制制下下构构成成各各种种简简单单的的或或复复杂杂的的系系统统,如如:1 1个个主主MCUMCU和和几几个个从从MCUMCU；几几个个从从MCU MCU 相相互互连连接接构构成成多多主主机机系系统统(分分布布式式系系统统)；1 1个个主主MCU MCU 和和1 1 个个或或几几个个从从I/O I/O 设备。设备。在在大大多多数数应应用用场场合合中中,使使用用1 1个个 MCU

29、 MCU 作作为为主主机机,它它控控制制数数据据向向1 1 个个或或多多个个从从外外围围器器件件的的传传送送。从从外外围围器器件件只只能能在在主主机机发发命命令令时时才才能能接接收收或或向向主主机机传传送送数数据据。这这种种典典型型的的SPISPI接接口口总总线线系统结构如图系统结构如图 3.总线结构第26页/共40页 二、设计基础二、设计基础.SPI.SPI接口总线接口总线在把在把SPI SPI 与几种不同的串行与几种不同的串行I/O I/O 芯片相连时芯片相连时,必须用每个芯必须用每个芯片的允许控制端，可用片的允许控制端，可用MCU MCU 的的I/O I/O 端口输出线来实现。端口输出线

30、来实现。此时此时应特别注意这些串行应特别注意这些串行I/O I/O 芯片的输入输出特性。芯片的输入输出特性。.输入芯片的串行数据输出是否有三态控制端输入芯片的串行数据输出是否有三态控制端。平时未选。平时未选中芯片的输出端应处于高阻态。若没有三态控制端中芯片的输出端应处于高阻态。若没有三态控制端,应外加三应外加三态门。否则态门。否则MCU MCU 的的MISO MISO 端只能连接端只能连接1 1个输入芯片。个输入芯片。.输出芯片的串行数据输入是否有允许控制端输出芯片的串行数据输入是否有允许控制端。即应该只。即应该只有在这片芯片允许时有在这片芯片允许时,SCK,SCK 脉冲才把串行数据移入该芯片

31、脉冲才把串行数据移入该芯片;芯片禁止时芯片禁止时,SCK,SCK 对芯片无影响。若没有允许控制端对芯片无影响。若没有允许控制端,应在外应在外部用门电路对部用门电路对SCK SCK 进行控制后进行控制后,再加到芯片的时钟输入端再加到芯片的时钟输入端,或或者者SPISPI接口总线接口总线 只连接只连接1 1个芯片个芯片,不能再连接其它输入或输出不能再连接其它输入或输出芯片。芯片。3.总线结构第27页/共40页 二、设计基础二、设计基础.SPI.SPI接口总线接口总线 对具有对具有SPISPI接口类型的芯片进行编程时，设计人员接口类型的芯片进行编程时，设计人员一般应注意以下几个问题：一般应注意以下几

32、个问题：（时序问题）（时序问题）1.SPI1.SPI接口芯片读入或送出数据发生接口芯片读入或送出数据发生在时钟信号的上升沿在时钟信号的上升沿或是下降沿？在进行编程时应使数据保持稳定后再进行或是下降沿？在进行编程时应使数据保持稳定后再进行数据的读写操作；数据的读写操作；2.2.数据需保持的最低有效时间？数据需保持的最低有效时间？避免在避免在SPISPI接口芯片未完接口芯片未完成读写数据时即进行下一次的操作；成读写数据时即进行下一次的操作；3.3.对于从节点主动寻求主动节点服务的接口芯片对于从节点主动寻求主动节点服务的接口芯片，应注意，应注意SPISPI接口芯片发出中断数据请示信号后所需的响应时间

33、，接口芯片发出中断数据请示信号后所需的响应时间，以避免出现以避免出现SPI SPI 接口芯片发出请示服务信号后长时间处接口芯片发出请示服务信号后长时间处于等待状态而致使数据信息丢失等现象的出现。于等待状态而致使数据信息丢失等现象的出现。4.4.在进行数据通信时，通信字节位发出的顺序在进行数据通信时，通信字节位发出的顺序，确定出通，确定出通信方式时信方式时MSBMSBLSB LSB 方式还是以方式还是以LSBLSBMSB MSB 的方式进行。的方式进行。3.总线结构第28页/共40页 二、设计基础二、设计基础.外总线外总线 用用于于设设备备与与设设备备之之间间连连接接的的总总线线称称为为外外总总

34、线线。与与内内总总线线相相比比，外外总总线线的的标标准准化化尤尤为为重重要要。在在智智能能仪仪表领域最流行的外总线有如下几种：表领域最流行的外总线有如下几种：IEEE-488IEEE-488并行接口总线并行接口总线 IEEE-488IEEE-488总线与总线与IEC-625-IIIEC-625-II统称通用目的接口总线统称通用目的接口总线 EIA RS-232CEIA RS-232C串行接口总线串行接口总线 串行通信传送速度低，但数据线根数少，串行通信传送速度低，但数据线根数少，EIA RS-EIA RS-232C232C是早些年使是早些年使 用最广泛的串行通信总线，它的信号电压范围用最广泛的

35、串行通信总线，它的信号电压范围宽，抗干扰能力较强，联络线功能齐全，并可配用调制解调器，宽，抗干扰能力较强，联络线功能齐全，并可配用调制解调器，使传送距离达到数千公里。使传送距离达到数千公里。RS-422RS-422、RS-423RS-423、RS-485RS-485标准标准 RS-232RS-232传输距离短，而且最大数据传输率也受到限制，传输距离短，而且最大数据传输率也受到限制，因此，因此，EIAEIA公布了适应远距离传输的公布了适应远距离传输的RS-422RS-422（平衡传输）和（平衡传输）和RS-RS-423423（不平衡传输）标准。这两种标准的特点是采用差分接收器（不平衡传输）标准。

36、这两种标准的特点是采用差分接收器接收信号电压，从而提高了抗噪声干扰的能力，获得较长的传输接收信号电压，从而提高了抗噪声干扰的能力，获得较长的传输距离和较高的数据传输率。距离和较高的数据传输率。3.总线结构第29页/共40页主要内容主要内容一、智能仪表原理一、智能仪表原理 二、二、设计基础设计基础三、三、设计原则与设计内容设计原则与设计内容第30页/共40页 三、设计原则与设计内容三、设计原则与设计内容 设设计计智智能能仪仪表表与与设设计计传传统统仪仪表表存存在在许许多多差差别别，智智能能仪表内藏微处理器（嵌入式系统）是仪表内藏微处理器（嵌入式系统）是根本原因根本原因。1.1.根据设计对象的要求

37、和实际的约束条件列出详细根据设计对象的要求和实际的约束条件列出详细的设的设 计目标计目标 2.2.采用自上而下逐级分解的方法形成子任务采用自上而下逐级分解的方法形成子任务 3.3.硬、软件协调优化设计方案硬、软件协调优化设计方案 4.4.发挥技术与设备潜力提高设计质量与开发速度发挥技术与设备潜力提高设计质量与开发速度 5.5.依照产品化规模确定部件与器件的级别依照产品化规模确定部件与器件的级别 6.6.设计自诊断与异常处理功能提高产品的可维护性设计自诊断与异常处理功能提高产品的可维护性 7.7.针对现场极限条件的防范措施与试运行针对现场极限条件的防范措施与试运行1.设计原则第31页/共40页

38、三、设计原则与设计内容三、设计原则与设计内容智能仪表的智能仪表的设计内容设计内容主要包括以下几点：主要包括以下几点：硬件设计硬件设计 软件设计软件设计 工艺设计工艺设计 外观设计外观设计(面板面板,界面界面)可靠性设计可靠性设计 测试设计测试设计2.设计内容第32页/共40页 三、设计原则与设计内容三、设计原则与设计内容硬件设计硬件设计 .专用微机系统设计专用微机系统设计 .人机接口设计人机接口设计 （在第二章讨论）（在第二章讨论）.数据采集系统数据采集系统 （在第三章讨论）（在第三章讨论）.过程控制接口设计过程控制接口设计 .电源设计电源设计 2.设计内容 时钟电路设计时钟电路设计 复位电路

39、设计复位电路设计 存储器设计存储器设计 I/OI/O接口设计接口设计 总线驱动设计总线驱动设计 I/OI/O接口编址接口编址I/OI/O接接口口的的控控制制方方式式 I/OI/O接口芯片接口芯片 第33页/共40页 三、设计原则与设计内容三、设计原则与设计内容 软件设计软件设计 软软件件设设计计是是智智能能仪仪表表设设计计的的重重要要内内容容之之一一。软软件件设设计计中中，一一些些基基本本的的要要求求和和基基本本的的方方法法是是大大家家公公认认的的。这这里里就就几几个个主主要要方面加以说明。方面加以说明。应用程序的基本要求应用程序的基本要求 可靠性：可靠性：尽量把错误排除在样机试制阶段尽量把错

40、误排除在样机试制阶段 精度精度:分为算法的精度分为算法的精度,程序本身的精度程序本身的精度 速度：速度：提高程序执行速度的基本方法是改进程序设计提高程序执行速度的基本方法是改进程序设计 效率：效率：开发过程中投入的人力和时间的效率，开发过程中投入的人力和时间的效率，开发成果的程序的运行效率开发成果的程序的运行效率 用户界面：用户界面：从用户角度来考虑和安排各种操作与对话功能从用户角度来考虑和安排各种操作与对话功能 可读性和可扩展性：可读性和可扩展性：可读性是指程序结构合理、脉络清晰、易于阅读和可读性是指程序结构合理、脉络清晰、易于阅读和理解；理解；可扩展性则指程序结构标准化、便于修改和扩充。可

41、扩展性则指程序结构标准化、便于修改和扩充。2.设计内容第34页/共40页 三、设计原则与设计内容三、设计原则与设计内容软件设计软件设计 软件设计的基本方法软件设计的基本方法-结构化程序设计结构化程序设计 结构化编程方法的实施包括如下三个步骤：结构化编程方法的实施包括如下三个步骤：自上而下的分层设计自上而下的分层设计 模模块块化化编编程程：(如如下下图图为为同同一一程程序序的的两两种种结结构构形式形式)结构化编程：结构化编程：三种基本结构三种基本结构2.设计内容顺序结构顺序结构条件结构条件结构循环结构循环结构 第35页/共40页 三、设计原则与设计内容三、设计原则与设计内容软件设计软件设计 软件

42、设计的基本方法软件设计的基本方法-结构化程序设计结构化程序设计 结构化编程：三种基本结构结构化编程：三种基本结构(如下图如下图)2.设计内容第36页/共40页 三、设计原则与设计内容三、设计原则与设计内容 硬硬件件设设计计与与软软件件设设计计是是智智能能仪仪表表产产品品设设计计的的基基本本内内容容，其其大大致致设设计计步步骤骤如如下下图图所所示示。图图中中的的虚虚线所示为可能出现的循环设计过程。线所示为可能出现的循环设计过程。3.产品设计步骤第37页/共40页 三、设计原则与设计内容三、设计原则与设计内容3.3.产品设计步骤产品设计步骤第38页/共40页 谢 谢！第39页/共40页感谢您的观看。第40页/共40页