畢業(yè)設計論文-數(shù)據采集電路PCB的設計與制作(含源程序代碼)

1、源程序代碼等全套設計聯(lián)系QQ 174320523 各專業(yè)都有分類號：TP315 U D C：D10621-408-(2007)6203-0密 級：公開 編 號：2003032184成都信息工程學院學位論文基于C51的數(shù)據采集電路PCB的設計與制作論文作者姓名：張茂申請學位專業(yè)：網絡工程申請學位類別：工學學士指導教師姓名職稱：李中志(講師)論文提交日期：2007年06月10日基于C51的數(shù)據采集電路PCB的設計與制作摘 要“基于C51的數(shù)據采集電路PCB的設計與制作是針對現(xiàn)代水利行業(yè)水情數(shù)據采集而設計制作的電路PCB。同時，也是為了響應國家提出的數(shù)字水利這樣一個大背景下，把水利信息化盡快的實現(xiàn)、

2、完善、壯大起來。本設計講述了電子電路設計軟件Protle99的根本功能，而后逐一介紹開發(fā)數(shù)據采集系統(tǒng)的步驟：需求分析、系統(tǒng)分析、系統(tǒng)設計、系統(tǒng)實現(xiàn)、系統(tǒng)維護。需求分析介紹了針對水利行業(yè)而進行了本系統(tǒng)的設計，在系統(tǒng)分析中分析了電子電路設計功能的各種元氣件功能和各種連線要完成的功能，以及整個要完成的功能。在系統(tǒng)的設計中，詳細的展現(xiàn)了系統(tǒng)的各個功能模塊、原理圖繪制、PCB的完成所需的準備步驟。在系統(tǒng)的實現(xiàn)中，給出了一個滿足系統(tǒng)功能的完整PCB。通過反復的測試，我們得出結果，整個系統(tǒng)的設計是成功的，可以應用到所有的水利行業(yè)，進行數(shù)據的采集。關鍵字：PCB；數(shù)據采集；電子電路；數(shù)字水利 The Desi

3、gn and Implementation of Data Acquisition Circuit Based on C51Abstract“The design and implementation of data acquisition circuit based on C51” is the circuit PCB designed and implemented according to data of water situation of modern conservancy industry. At the same time, in order to response to th

4、e digital conservancy raised by our country, it makes the conservancy informationization implement, perfect and grow. This paper discusses the basic function of electronic circuit design software-Protle99. It takes this system for example to introduce the development steps of this system one by one:

5、 demand analysis, system analysis, system design, system implementation and system maintenance. Demand analysis introduces the design of this system focusing on conservancy industry. It analyses functions of various components and various connections of electronic circuit design in system analysis,

6、as well as the function of completion. In the design of this system, it shows the preparing steps of every functional module, drawing of principle chart, and completion of PBC of this system. In the implementation of this system, it gives a complete PBC matched for the function of the system. After

7、repeated tests, the result is that the design of this system is successful and it can be applied to all conservancy industries to collect data.Key words：PCB; data collection; electronic circuit; digital conservancy目 錄論文總頁數(shù)：23頁 TOC h z t 1,1,2,2,3,3 HYPERLINK l _Toc168468920 1 引言1 HYPERLINK l _Toc168

8、468921 2 開發(fā)概述 PAGEREF _Toc168468921 h 1 HYPERLINK l _Toc168468922 2.1 數(shù)據采集系統(tǒng)概述 PAGEREF _Toc168468922 h 1 HYPERLINK l _Toc168468923 2.2 目前水利現(xiàn)狀分析 PAGEREF _Toc168468923 h 2 HYPERLINK l _Toc168468924 3 需求分析 PAGEREF _Toc168468924 h 3 HYPERLINK l _Toc168468925 3.1 需求調研 PAGEREF _Toc168468925 h 3 HYPERLINK

9、l _Toc168468926 3.2 組織結構的分析 PAGEREF _Toc168468926 h 3 HYPERLINK l _Toc168468927 3.3 系統(tǒng)功能特點 PAGEREF _Toc168468927 h 4 HYPERLINK l _Toc168468928 3.4 開發(fā)運行環(huán)境 PAGEREF _Toc168468928 h 4 HYPERLINK l _Toc168468929 3.5 新數(shù)據采集系統(tǒng)設計加防雷特性： PAGEREF _Toc168468929 h 5 HYPERLINK l _Toc168468930 4 系統(tǒng)設計 PAGEREF _Toc168

10、468930 h 5 HYPERLINK l _Toc168468931 4.1 Protel99 簡介 PAGEREF _Toc168468931 h 5 HYPERLINK l _Toc168468931 4.1.1 Protel99的組成 PAGEREF _Toc168468931 h 5 HYPERLINK l _Toc168468931 4.1.2 原理圖設計系統(tǒng) PAGEREF _Toc168468931 h 5 HYPERLINK l _Toc168468931 4.1.3 Protel99主要特色6 HYPERLINK l _Toc168468931 4.1.4 Protel9

11、9主要特性6 HYPERLINK l _Toc168468932 4.2 數(shù)據采集系統(tǒng)電路原理圖 PAGEREF _Toc168468932 h 7 HYPERLINK l _Toc168468933 4.3 原理圖工作過程及主要元氣件介紹 PAGEREF _Toc168468933 h 8 HYPERLINK l _Toc168468931 4.3.1 MAX813L芯片8 HYPERLINK l _Toc168468931 4.3.2 MC1403 芯片9 HYPERLINK l _Toc168468931 4.3.3 HCNR201 芯片10 HYPERLINK l _Toc168468

12、931 4.3.4 MAX1659 芯片11 HYPERLINK l _Toc168468931 4.3.5 AT89C51 芯片12 HYPERLINK l _Toc168468931 4.3.6 AD1705 芯片13 HYPERLINK l _Toc168468934 4.4 新特性防雷設計介紹 PAGEREF _Toc168468934 h 15 HYPERLINK l _Toc168468935 4.5 主要元氣件封裝形式 PAGEREF _Toc168468935 h 17 HYPERLINK l _Toc168468936 4.6 元件布局 PAGEREF _Toc1684689

13、36 h 18 HYPERLINK l _Toc168468937 4.7 元件布線 PAGEREF _Toc168468937 h 19 HYPERLINK l _Toc168468938 4.8 生成的PCB圖 PAGEREF _Toc168468938 h 19 HYPERLINK l _Toc168468940 5 系統(tǒng)測試20 HYPERLINK l _Toc168468937 5.1 搭建測試環(huán)境20 HYPERLINK l _Toc168468937 5.2 得到結果20 HYPERLINK l _Toc168468942 結 論 PAGEREF _Toc168468942 h

14、20 HYPERLINK l _Toc168468943 參考文獻 PAGEREF _Toc168468943 h 21 HYPERLINK l _Toc168468944 致 謝 PAGEREF _Toc168468944 h 22 HYPERLINK l _Toc168468945 聲 明 PAGEREF _Toc168468945 h 23引言水利行業(yè)在我國有著悠久的歷史，隨著國民經濟的迅猛開展，水利工程在國民經濟中所起的作用越來越大，防汛更是直接影響國民經濟開展的一個重要方面。目前，國家提出了建設“數(shù)字水利的目標。全面實施大型水庫遠程視頻實時監(jiān)控系統(tǒng)建設。防汛抗洪工作逐步從被動抗洪向主

15、動防汛轉變。為進一步提高防汛抗洪決策的有效性和可靠性，實施防汛遠程視頻實時監(jiān)控系統(tǒng)建設，可及時對可能或正在發(fā)生的汛情、險情、災情進行動態(tài)監(jiān)視，隨時了解現(xiàn)場情況，以便采取相應的預防和補救措施確保水庫平安運行。對領導決策和減少洪水災害，緩解城市的防洪壓力，保障人民生命財產的平安具有重要作用。信息化是當今世界經濟和社會開展的大趨勢。水利信息化是水利現(xiàn)代化的根底和重要標志。在水利現(xiàn)代化建設中，要大力推進水利信息化進程，利用水利信息化推動水利現(xiàn)代化。要充分利用科學技術開展創(chuàng)造的有利條件，堅持用高新技術對水利傳統(tǒng)行業(yè)進行技術改造，特別要注意采用計算機技術、微電子技術、現(xiàn)代通信技術、遙感技術、地理信息系統(tǒng)(

16、GIS)、全球定位系統(tǒng)及自動化技術等，實現(xiàn)水利信息化。小結:通過以上的背景意義,我們根據當今水利行業(yè)的現(xiàn)狀,認真分析了我們選題的重要性,所以我們力爭開發(fā)出一個最好的數(shù)據采集系統(tǒng),讓它為水利部門提供最好、最穩(wěn)定的系統(tǒng)。開發(fā)概述數(shù)據采集系統(tǒng)數(shù)據采集是“數(shù)字水利的重要根底。無論如何理解“數(shù)字水利，數(shù)據采集都是“數(shù)字水利得以實現(xiàn)的根底。水利工作的根底信息以十分復雜的方式分布在流域空間中，目前采集的數(shù)據無論在時空分布上，還是在要素類型上，都十分缺乏。因此，應用和開展以“高新技術為主體的數(shù)據采集技術，是十分重要和必要的。另外，流域內信息種類繁多，必須弄清相互關系，分清采集責任，進行多行業(yè)協(xié)作。水文信息、工

17、情信息、水環(huán)境信息等水利專業(yè)數(shù)據的采集是“數(shù)字水利的建設內容，而根底地理數(shù)據那么通過數(shù)據交換從測繪部門獲得。數(shù)據采集系統(tǒng)是一個連續(xù)工作的不間斷系統(tǒng)，其建設和運行維護費用均很高，但又是不可缺少的重要根底。因此，如何保障這一系統(tǒng)的可持續(xù)開展，將影響“數(shù)字水利的成敗。過去水利系統(tǒng)也建設過一些當時處于先進水平的信息系統(tǒng)，最終大多沒有發(fā)揮應有的作用，主要原因是信息的嚴重缺乏。近年來，在國家防汛指揮系統(tǒng)規(guī)劃設計和建設中，均優(yōu)先考慮了水情等信息采集系統(tǒng)的建設，并將極其有限的資金主要投入到水情采集示范區(qū)的建設中，說明數(shù)據采集的根底地位已經在水利行業(yè)得到應有的認識和足夠的重視。同樣，“數(shù)字水利建設必須將數(shù)據采集

18、系統(tǒng)的建設置于優(yōu)先考慮的根底地位。 目前水利現(xiàn)狀分析水利部委員會提出“數(shù)字水利，“數(shù)字水利是水利行業(yè)開展的戰(zhàn)略導向，充分反映了信息時代對水利行業(yè)開展的要求，也是水利行業(yè)開展現(xiàn)代化的必由之路，從空間方面看，“數(shù)字水利 涉及到水利行業(yè)工作的各個方面，從時間角度看，“數(shù)字水利是一個不斷開展的歷史過程。因此，不能用傳統(tǒng)水利工程建設的方法來規(guī)劃和設計“數(shù)字水利。鑒于“數(shù)字水利開展的戰(zhàn)略性和整體性，必須先行研究制定其開展的總體戰(zhàn)略及階段開展規(guī)劃，而不是總體建設規(guī)劃。在“數(shù)字水利開展規(guī)劃的根底上，再制定專項建設規(guī)劃，并采用“急用先建，根底先行，應用驅動，逐步開展的開展策略，把“數(shù)字水利與水利行業(yè)信息化有機地

19、結合起來。狹義地說，水利工作的任何方面應用了數(shù)字技術，其應用都是“數(shù)字水利的組成局部，如果在水利工作的所有方面或主要方面都廣泛而有效地應用了數(shù)字技術，那么標志著“數(shù)字水利這一歷史過程在技術層面的完成。“數(shù)字水利的開展結果是生產力的開展，必然引發(fā)與生產關系的矛盾，因此，協(xié)調生產力與生產關系的矛盾必然成為“數(shù)字水利的另一個重要方面，從某種意義上可認為是“數(shù)字水利成敗的關鍵。所以，“數(shù)字水利只能是開展戰(zhàn)略，是多方面高度關聯(lián)的系統(tǒng)工程，而不是單一的工程建設。從信息技術的角度看，應用是不斷開展變化的，而數(shù)據是相對穩(wěn)定的，因此，以應用為先導建設的種種信息系統(tǒng)，必須將數(shù)據從應用中剝離出來，才能保障系統(tǒng)的可持

20、續(xù)開展。所有水利信息系統(tǒng)應用所剝離出來的數(shù)據，構成“數(shù)字水利的數(shù)據根底，也是“數(shù)字水利存在的根本條件。 如果不站在開展戰(zhàn)略和系統(tǒng)工程的高度來理解和建設“數(shù)字水利，必然將“數(shù)字水利等同于基于目前信息技術的各類水利信息系統(tǒng)建設的組合，難免陷入難以把握、難以推進、難以協(xié)調，從而難以持續(xù)開展的境地。從技術層面看，“數(shù)字水利所面臨的主要問題包括數(shù)字化程度不高,導致的信息資源嚴重缺乏，非統(tǒng)一規(guī)劃和建設導致的有限的信息資源卻形成了一個個的“信息孤島，各式各樣的專業(yè)應用帶來大量的重復建設，并形成事實上的“資源壁壘，從而導致信息資源開發(fā)困難，系統(tǒng)整體水平不高。概括起來，主要是資源嚴重缺乏、資源共享困難和資源開發(fā)

21、利用水平不高。為了解決上述問題，需要盡快從根源做起，抓住規(guī)劃這一龍頭，盡快編制“數(shù)字水利開展規(guī)劃及“數(shù)字水利建設工程建議書。小結：先說明數(shù)據采集對當今水利行業(yè)的重要性，然后再把數(shù)字信息化采集在水利行業(yè)的重要性參加進去，最后分析目前我國的水利行業(yè)對信息化建設的迫切要求的現(xiàn)狀，更表達出有一套完善的水利行業(yè)信息化建設特別是信息化數(shù)據采集的重要性。3 需求分析3.1 需求調研假設以某某水利部門為例。該水利部門是一個大型的水電站，同時還有很多下屬的小水電站，這些水電站承當著這個地區(qū)的災情預報，關系著整個地區(qū)廣闊人民的切身利益，是人民生活中不可缺少的重要組成局部。下面簡單地介紹一下該水利部門的現(xiàn)狀：下列圖

22、是該水利部門的各個組成部門,一些系統(tǒng)未涉及的部門沒有包括在內水利部門中心站Internet水電站1水電站2水電站N水情工情水情工情水情工情圖3-1 水利部門組成略圖這個水利部門的工作主要是由各個水電站負責水情、雨量數(shù)據信息的采集，隨時關注數(shù)據信息的更新和當前數(shù)據最新數(shù)據的分析、處理，做到確保對數(shù)據采集、分析、整理、精確度方面更高質量的要求。3.2 組織結構的分析下列圖是水電站需完成任務組成結構：水 電 站W物業(yè)公司物業(yè)公司水電站1數(shù)據采集水電站2數(shù)據采集水電站3數(shù)據采集水電站N數(shù)據采集圖3-2 水電站組織圖3.3 系統(tǒng)功能特點分為以下幾個方面：采用485總線可同時支持兩路水位信號或其他信號的采

23、集，每路信號可單獨控制可支持雨量信號的采集 采用124大屏幕中文液晶顯示屏，中文菜單，獨特背光設計，直觀易讀，操著方便 可就地和遠程修正/設置水位流量對應關系、起始高程、采數(shù)間隔、北京時間等，并可顯示包括電池電壓在內的上述各種參數(shù)市電(或太陽能)和蓄電池雙備份供電功能。低功耗設計，無市電時6V12AH蓄電池可用3個月以上，休眠時工作電流可降至1mA以下 對系統(tǒng)的運行故障(如傳感器損壞)能自動向中心站和管理人員報警可存儲一年以上的水情或雨量數(shù)據。并具有掉電保護功能具有1路報警輸出接口采用uC/OS-II操作系統(tǒng)證采用64K的I2C存儲器，增加了數(shù)據的平安性金大局部元件改用貼片元件，增加了系統(tǒng)的可

24、靠性，降低了生產本錢 3.4 開發(fā)運行環(huán)境 開發(fā)此系統(tǒng)電腦所需的根本軟、硬件環(huán)境為：Windows9X、 Windows2000 或WindowsNT/2003/XPProtel99Pentium100及以上檔次的IBM PC及其兼容機128M以上內存5000M以上可用硬盤空間高密軟盤驅動器VGA顯示器此系統(tǒng)在WindowsXP操作系統(tǒng)下，以中文版(漢化版) Protel99為開發(fā)工具，進行電子電路設計、原理圖設計和PCB的生成。3.5 新數(shù)據采集系統(tǒng)設計加防雷特性為適應野外環(huán)境，特別是雷電產生的大磁場，對于一些元氣件容易產生損壞，我們參加了防雷電路即三級保護電路?？梢杂行Х乐估纂妿淼挠绊?。

25、小結：以一個水利部門為分析對象，確定該部門的組織結構和系統(tǒng)功能特點后，擬確定數(shù)據采集系統(tǒng)應該具備的功能，以確定系統(tǒng)的主要模塊，也簡單介紹了該系統(tǒng)的開發(fā)環(huán)境和運行條件。4 系統(tǒng)設計4.1 Protel99簡介4.1.1 Protel99的組成原理圖設計系統(tǒng)印刷電路板設計系統(tǒng)信號模擬仿真系統(tǒng)可編程邏輯設計系統(tǒng)Protel99內置編輯器4.1.2 原理圖設計系統(tǒng)原理圖設計系統(tǒng)是用于原理圖設計的Advanced Schematic系統(tǒng)。這局部包括用于設計原理圖的原理圖編輯器Sch以及用于修改、生成零件的零件庫編輯器SchLib。印刷電路板設計系統(tǒng)：印刷電路板設計系統(tǒng)是用于電路板設計的Advanced

26、PCB。這局部包括用于設計電路板的電路板編輯器PCB以及用于修改、生成零件封裝的零件封裝編輯器PCBLib。信號模擬仿真系統(tǒng)：信號模擬仿真系統(tǒng)是用于原理圖上進行信號模擬仿真的SPICE 3f5系統(tǒng)?？删幊踢壿嬙O計系統(tǒng)：可編程邏輯設計系統(tǒng)是基于CUPL的集成于原理圖設計系統(tǒng)的PLD設計系統(tǒng)。Protel99內置編輯器：這局部包括用于顯示、編輯文本的文本編輯器Text和用于顯示、編輯電子表格的電子表格編輯器Spread。4.1.3 Protel99主要特色Protel99是基于Win95/Win NT/Win98/Win2000的純32位電路設計制版系統(tǒng)。Protel99提供了一個集成的設計環(huán)境，

27、包括了原理圖設計和PCB布線工具，集成的設計文檔管理，支持通過網絡進行工作組協(xié)同設計功能。4.1.4 Protel99主要特性(1) Protel99系統(tǒng)針對Windows NT4/9X作了純32位代碼優(yōu)化，使Protel99設計系統(tǒng)運行穩(wěn)定而且高效。(2) SmartTool智能工具技術將所有的設計工具集成在單一的設計環(huán)境中。(3) SmartDoc智能文檔技術將所有的設計數(shù)據文件儲存在單一的設計數(shù)據庫中，用設計管理器來統(tǒng)一管理。設計數(shù)據庫以.ddb為后綴方式，在設計管理器中統(tǒng)一管理。使用設計管理器統(tǒng)一管理的文檔是在Protel99中新提出來的，以前版本中沒有。(4) SmartTeam智能

28、工作組技術能讓多個設計者通過網絡平安地對同一設計進行單獨設計，再通過工作組管理功能將各個局部集成到設計管理器中。(5) PCB自動布線規(guī)那么條件的復合選項極大的方便了布線規(guī)那么的設計。(6) 用在線規(guī)那么檢查功能支持集成的規(guī)那么驅動PCB布線。(7) 繼承的PCB自動布線系統(tǒng)最新的使用了人工智能技術，如人工神經網絡、模糊專家系統(tǒng)、模糊理論和模糊神經網絡等技術，即使對于很復雜的電路板其布線結果也能到達專家級的水平。(8) 對印刷電路板設計時的自動布局采用兩種不同的布局方式，即Cluster Placer組群式和基于統(tǒng)計方式Statistical Placer。在以前版本中只提供了基于統(tǒng)計方式的布

29、局。(9) Protel99新增加了自動布局規(guī)那么設計功能，Placement標簽頁是在Protel99中新增加的，用來設置自動布局規(guī)那么。(10) 增強的交互式布局和布線模式，包括“Push-and-shove推擠。(11) 電路板信號完整性規(guī)那么設計和檢查功能可以檢測出潛在的阻抗匹配、信號傳播延時和信號過載等問題。Signal Integrity標簽頁也是在Protel99中新增加的，用來進行信號完整性的有關規(guī)那么設計。(12) 零件封裝類生成器的引入改進了零件封裝的管理功能。(13) 廣泛的集成向導功能引導設計人員完成復雜的工作。(14) 原理圖到印刷電路板的更新功能加強了Sch和PCB

30、之間的聯(lián)系。(15) 完全支持制版輸出和電路板數(shù)控加工代碼文件生成。(16) 可以通過Protel Library Development Center升級廣泛的器件庫。(17) 可以用標準或者用戶自定義模板來生成新的原理圖文件。(18) 集成的原理圖設計系統(tǒng)收集了超過60000元器件。(19) 通過完整的SPICE 3f5仿真系統(tǒng)可以在原理圖中直接進行信號仿真。(20) 可以選擇超過60中工業(yè)標準計算機電路板布線模板或者用戶可以自己生成一個電路板模板。(21) Protel99開放的文檔功能使得用戶通過API調用方式進行三次開發(fā)。(22) 集成的Macro宏編程功能支持使用Client Ba

31、sic編程語言。4.2 數(shù)據采集系統(tǒng)電路原理圖圖4-1 電路原理圖4.3 原理圖工作過程及主要元氣件介紹水情終端數(shù)據采集傳感器采集420mA信號經過長距離傳輸后，由于在條件十分惡劣，容易受到外界，特別是雷電和雷電感應的襲擊，嚴重時會經常把傳感器和數(shù)據采集模塊擊毀，為了防止這種情況，在420mA信號轉換成電壓后用HCNR201進行隔離，這樣就防止了遭受雷擊的厄運。15V的電壓經過AD7705模數(shù)轉換后，由AT89S51處理和發(fā)送，而發(fā)送局部那么由485總線網絡傳輸。4.3.1 MAX813L芯片幾乎所有的單片機都需要復位電路，對復位電路的根本要求是：在單片機上電時可靠復位，在下電時能防止程序亂飛

32、導致EEPROM中的數(shù)據被修改；另外，單片機系統(tǒng)在工作時，由于干擾等各種因素的影響，有可能出現(xiàn)死機現(xiàn)象導致單片機系統(tǒng)無法正常工作，為了克服這一現(xiàn)象，除了充分利用單片機本身的看門狗定時器有些單片機無看門狗定時器外，還需另外加個看門狗電路；除此以外，有些單片機系統(tǒng)還要求在掉電瞬間單片機能將重要數(shù)據保存下來，因掉電的發(fā)生往往是很隨機的，因而此類單片機系統(tǒng)需要電源監(jiān)控電路，在掉電剛發(fā)生時能告知單片機。MAXIM公司推出的MAX813L剛好能滿足這些要求，下面具體介紹該芯片的性能特點及使用方法。 圖4-2 MAX813L芯片結構圖MAX813L有雙列直插和貼片兩種封裝形式，其雙列直插如圖4中的圖1所示，

33、引腳功能如下：第(1)腳為手動復位輸入，低電平有效；第(2)、(3)腳分別為電源和地；第(4)腳為電源故障輸入；第(5)腳為電源故障輸出；第(6)腳為看門狗輸入，第(7)腳為復位輸出，第(8)腳為看門狗輸出。MAX813L的內部結構框圖如圖4中的圖2所示，由圖可知該芯片具有以下主要性能特點：1復位輸出。系統(tǒng)上電、掉電以及供電電壓降低時，第(7)腳產生復位輸出，復位脈沖寬度的典型值為200ms，高電平有效，復位門限的典型值為4.65V。2看門狗電路輸出。如果在1.6s內沒有觸發(fā)該電路即第(6)腳無脈沖輸入，那么第(8)腳輸出一個低電平信號。3手動復位輸入，低電平有效，即第(1)腳輸入一個低電平，

34、那么第(7)腳產生復位輸出。41.25V時，第(5)腳輸出一個低電平信號。具有1.25V門限值檢測器，第4腳為輸入，第5腳為輸出。MAX813L的典型應用電路如圖4中的圖3所示。圖中單片機以AT89C51為例，MAX813L的第(1)腳與第(8)腳相連。第(7)腳接單片機的復位腳AT89C51的第(9)腳；第(6)腳與單片機制P1.0相連。在軟件設計中，P1.0不斷輸出脈沖信號，如果因某種原因單片機進入死循環(huán)，那么P1.0無脈沖輸出。于是1.6s后在MAX813L的第(8)腳輸出低電平，該低電平加到第(1)腳，使MAX813L產生復位輸出，使單片機有效復位，擺脫死循環(huán)的困境。另外，當電源電壓低

35、于限值4.65V時，MAX813L也產生復位輸出，使單片機處于復位狀態(tài)，不執(zhí)行任何指令，直至電源電壓恢復正常，可有效防止因電源電壓較低進單片機產生錯誤的動作。電源故障輸入PFI通過一個電阻分壓器監(jiān)測未穩(wěn)壓的直流電源。當PFI低于1.25V時，電源故障輸出腳第5腳PFO變低，可引起AT89C51中斷進行電源故障處理，或將重要數(shù)據保存下來。把分壓接到未穩(wěn)壓的直流電源是為了更早地對電源故障告警。結束語:MAX813L是一體積小、功耗低、性價比高的帶看門狗和電源監(jiān)控功能的復位芯片；它使用簡單、方便。它所提供的復位信號為高電平，因而是應用于復位信號為高電平場合的單片機系統(tǒng)的理想芯片。4.3.2 MC14

36、03芯片MC1403是美國摩托羅拉公司生產的高準確度、低溫漂、采用激光修正的帶隙基準電壓源。MC1403是低壓基準芯片。一般用作812bit的D/A芯片的基準電壓等一些需要根本精準的基準電壓的場合。 輸出電壓: 2.5 V /- 25 mV 輸入電壓范圍: 4.5 V to 40 V 輸出電流: 10 mA .Vin. |18|.NC.Vout |27|.NC.GND. |36|.NC.NC. |45|.NC圖 4-3 MC1403芯片引腳圖因為輸出是固定的，所以電路很簡單。就是Vin接電源輸入，GND接底，Vout加一個0.1uf1uf的電容就可以了。Vout一般用作812bit的D/A芯片

37、的基準電壓。4.3.3 HCNR201芯片圖 4-4 HCNR201芯片結構圖其中1、2引作為隔離信號的輸入，3、4引腳用于反應，5、6引腳用于輸出。1、2引腳之間的電流記作IF，3、4引腳之間和5、6引腳之間的電流分別記作IPD1和IPD2。輸入信號經過電壓-電流轉化，電壓的變化表達在電流IF上，IPD1和IPD2根本與IF成線性關系，線性系數(shù)分別記為K1和K2,即圖 4-5 線形系數(shù)計算公式K1與K2一般很小HCNR200是0.50%，并且隨溫度變化較大HCNR200的變化范圍在0.25%到0.75%之間，但芯片的設計使得K1和K2相等。在后面可以看到，在合理的外圍電路設計中，真正影響輸出

38、/輸入比值的是二者的比值K3,線性光耦正利用這種特性才能到達滿意的線性度的。采用HCNR201進行隔離的一些指標如下所示：* 線性度：HCNR201：0.05%；* 線性系數(shù)K3：HCNR201：5%；* 溫度系數(shù)： -65ppm/oC；* 隔離電壓：1414V；* 信號帶寬：直流到大于1MHz。4.3.4 MAX1659芯片MAX1659：低壓差線形穩(wěn)壓器low-dropout linear regulatorsLow-dropout：指穩(wěn)壓器輸入端和輸出端之間的電壓差圖 4-6 MAX1659芯片內部原理圖雙模式工作：1、穩(wěn)壓器：輸出3.3V1658；5V16592、調壓器：輸出1.2V1

39、6V輸入電壓范圍：2.7V16.5VWide Input Voltage Range: 2.7V to 16.5VLow, 490mV Dropout at 350mA Output Current(MAX1659)30A Supply Current1A Max Shutdown Current High-Power(1.2W) 8-Pin SO Package熱過載保護Thermal Overload Protection限流保護Current-Limit Protection反向電壓保護Reverse Battery Protection引腳：圖 4-7 MAX1659引腳圖1，SET：

40、外電壓輸入。SET接地選擇出廠預先設置的5V輸出電壓；調壓時SET連接到一個阻抗式電壓分配器OUT到GND。2，SHDN：關閉輸入。低電平時，裝置關閉并且供給0.1微安的典型電流。3，6，7，IN：輸入無規(guī)定的電壓。2.7V到16.5V輸入范圍?？勺錾醜eatsinks。4，5，OUT：穩(wěn)壓輸出。輸出固定3.3V1658、5V1659，或調壓從1.25V到16V。源電流達350微安。為穩(wěn)定工作，在OUT和GND之間加旁路用一個10微法，低阻0.2歐姆電容。為了改進的負荷-瞬時響應，用大的低阻電容。8，GND：接地。典型應用穩(wěn)壓、調壓：圖 4-8 MAX1659應用結構圖解4.3.5 AT89

41、C51芯片AT89C51是一款8位單片機，他完全兼容傳統(tǒng)的8051，8031的指令系統(tǒng)，也就是說程序可以直接移植過去而不用做任何修改，但是他的運行速度要比8051快，最高支持達33MHz的晶體震蕩器，比8051多一個定時器，而且價格廉價。簡介：4k字節(jié)Flash閃速存儲器，128字節(jié)內部RAM，32個I/O口線，看門狗(WDT)，兩個數(shù)據指針，兩個 16 位定時/計數(shù)器,一個5向量兩級中斷結構，一個全雙工串行通信口，片內振蕩器及時鐘電路。同時,S51可降至0Hz的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式?？臻e方式停止 CPU 的工作，但允許 RAM，定時/計數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)

42、工作。掉電方式保存 RAM 中的內容，但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一個硬件復位。圖 4-9 AT89C51芯片引腳圖4.3.6 AD7705芯片AD7705是AD公司新推出的16位-A/D轉換器。器件包括由緩沖器和增益可編程放大器(PGA)組成的前端模擬調節(jié)電路，-調制器，可編程數(shù)字濾波器等部件。能直接將傳感器測量到的多路微小信號進行A/D轉換。這種器件還具有高分辨率、寬動態(tài)范圍、自校準、優(yōu)良的抗噪聲性能以及低電壓低功耗等特點，非常適合儀表測量、工業(yè)控制等領域的應用。它采用三線串行接口,有兩個全差分輸入通道,能到達0.003%非線性的16位無誤碼數(shù)據輸出，其增益和數(shù)據輸出更新率

43、均可編程設定，還可選擇輸入模擬緩沖器，以及自校準和系統(tǒng)校準方式。工作電壓3V或5V。3V電壓時，最大功耗為1 mW，等待模式下電源電流僅為8A。 AD7705是完整的16位A/D轉換器。內部結構如圖1。假設外接晶體振蕩器、精密基準源和少量去耦電容，即可連續(xù)進行A/D轉換。它采用了本錢較低但能獲得極高分辨率的-轉換技術，可以獲得16位無誤碼數(shù)據輸出。這一點非常符合對分辨率要求較高但對轉換數(shù)字要求不高的應用，例如數(shù)字音頻產品和智能儀器儀表產品等。下面對該器件幾個重要局部和特性作簡要說明。 增益可編程放大器AD7705包括兩個全差分模擬輸入通道。片內的增益可編程放大器PGA可選擇1、2、4、8、16

44、、32、64、128八種增益之一，能將不同擺幅范圍的各類輸入信號放大到接近A/D轉換器的滿標度電壓再進行A/D轉換，這樣有利于提高轉換質量。當電源電壓為5 V，基準電壓為2.5 V時，器件可直接接受從020 mV至02.5 V擺幅范圍的單極性信號和從020 mV至02.5 V范圍的雙極性信號。必須指出：這里的負極性電壓是相對AIN()引腳而言的，這兩個引腳應偏置到恰當?shù)恼娢簧稀Ｔ谄骷娜魏我_施加相對于GND為負電壓的信號是不允許的。輸入的模擬信號被A/D轉換器連續(xù)采樣，采樣頻率fS由主時鐘頻率fCLK和選定的增益決定。增益16128是通過多重采樣并利用基準電容與輸入電容的比值共同得到的。圖

45、 4-10 AD7705內部結構圖數(shù)字濾波和輸出更新速率模擬信號由-調制器變換為占空比被模擬電壓調制(調寬)的數(shù)字脈沖串，然后在片內使用低通數(shù)字濾波器將其解釋成16位二進制數(shù)碼并濾去噪聲，以完成A/D轉換。采用一個(sinNx/sinx)3函數(shù)低通數(shù)字濾波器，其振幅頻率特性如下：圖 411 AD7705芯片頻率計算公式式中：N為調制速率與輸出更新速率之比。 需要指出器件產生的噪聲源主要來自半導體噪聲和量化噪聲，PGA放大量和濾波器第一凹口頻率越低，那么輸出的半導體噪聲和量化噪聲越小，A/D轉換器的實際分辨率越高。 校準和自校準為提高A/D轉換質量，AD7705提供自校準和系統(tǒng)校準兩種功能選擇。

46、每當環(huán)境溫度和工作電壓發(fā)生變化，或者器件的工作狀態(tài)改變如輸入通道切換、增益或數(shù)字濾波器第一凹口頻率變動、信號輸入范圍變化等任一項發(fā)生時，必須進行一次校準。對于自校準方式，校準過程在器件內部一次完成。AD7705內部設置AIN(+)端和AIN()端為相同的偏置電壓，以校準零標度；滿標度校準是在一內部產生的VREF電壓和選定的增益條件下進行的。系統(tǒng)校準那么是對整個系統(tǒng)增益誤差和偏移誤差，包括器件內部誤差進行校準。在選定的增益下，先后在外部給AIN(+)端施加零標度電壓和滿標度電壓，先校準零標度點，然后校準滿標度點。根據零標度和滿標度的校準數(shù)據，片內的微控制器計算出轉換器的輸入輸出轉換函數(shù)的偏移和增

47、益斜率，對誤差進行補償。 數(shù)字接口AD7705的串行數(shù)據接口包括5個接口，其中片選輸入CS、串行時鐘輸入SCLK、數(shù)據輸入DIN、轉換數(shù)據輸出口DOUT用于傳輸數(shù)據，狀態(tài)信號輸出口用于指示什么時候輸出數(shù)據存放器的數(shù)據準備就緒。當為低電平時，轉換數(shù)據可用；當為高電平時，輸出存放器正在更新數(shù)據，不能讀取數(shù)據。器件的A/D轉換過程是按設定的數(shù)據輸出更新速率連續(xù)進行的。任何操作都需要對相應片內存放器送入新的編程指令。片內存放器AD7705包括8個存放器，均通過器件串行口訪問。第一個是通信存放器，它的內容決定下一次操作是對哪一個存放器進行讀操作還是寫操作，并控制對哪一個輸入通道進行采樣。所有與器件的通信

48、都必須先寫通信存放器。上電或復位后，器件默認狀態(tài)為等待指令數(shù)據寫入通信存放器。它的存放器選擇位RS2RS0確定下次操作訪問哪一個存放器，而輸入通道選擇位CH1，CH0那么決定對哪一個輸入通道進行A/D轉換或訪問校準數(shù)據。第2個是設置存放器，它是一個可讀/寫8位存放器，用于設置工作模式、校準方式、增益等等。第3個是時鐘存放器，它也是一個可讀/寫的8位存放器，用于設置有關AD7705運行頻率參數(shù)和A/D轉換輸出更新速率。第4個是數(shù)據存放器，它是一個16位只讀存放器，它存放AD7705最新的轉換結果。值得注意的是，數(shù)據手冊上雖然說明它是一個16位的存放器，但實際上它是由兩個8位的存貯單元組成的，輸出

49、時MSB在前，如果接收微控制器需要LSB在前，例如8051系列，讀取的時候應該分兩次讀，每次讀出8位分別倒序，而不是整個16位倒序。其他的存放器分別是測試存放器、零標度校準存放器、滿標度校準存放器等，用于測試和存放校準數(shù)據，可用來分析噪聲和轉換誤差。4.4 新特性防雷設計介紹工作原理：水壓傳感器把采集的模擬信號通過AD轉換后，經過C51芯片處理后，把數(shù)據存貯起來，當計算機需要數(shù)據時，發(fā)出指令，得到所需的信號。圖412 系統(tǒng)工作流程圖我們工作的外部環(huán)境比擬復雜，可能會受到雷電，電磁干擾，和其它的物理的或化學方面的破壞和侵蝕。而自身工作電路狀態(tài)不穩(wěn)定，比方說電壓波動等，都可能造成通信的失敗，輕者會

50、使采集的數(shù)據不準確，重者可能造成電路器件的損壞，或者失火事件的發(fā)生，這給設計工作和維護造成很大不便，所以對電路進行優(yōu)化，是我們必須解決的問題。對于雷擊，雷電感應，或者電壓波動產生的瞬間高壓，會對器件和信號產生損壞，所以要對電路進行保護。我們所做的對硬件保護，主要包括：設計一個三級保護電路，讓瞬間高壓被限制在允許的范圍內；在傳感器回路線上接一個繼電器，在不工作的時候可將電路斷開，大大減少了雷電感應對電路器件損壞的機率；在傳感器回路加一個線性光耦器件，這樣防止感應，電熱等對下一級電路的影響。下面對以下電路進行詳細說明(一)繼電器 繼電器是一種自動和遠程距離操縱用的電器，廣泛地應用于自動控制系統(tǒng)，遙

51、控，遙測系統(tǒng)，電力保護系統(tǒng)以及通信系統(tǒng)中，起著控制，檢測，保護和調節(jié)的作用，是現(xiàn)代電氣裝置中最根本的器件之一。功能：繼電器是當輸入鼓勵量到達規(guī)定要求，在電氣輸出電路中，被控參量發(fā)生預定的階躍變化的一種自動電器。我們要用在傳感器回路中，對AD及后面的電路進行保護，可由PC操縱控制，當不需要采集信號時，可以讓C51芯片產生一個信號，使繼電器與后面的電路斷開，這樣不僅節(jié)省功耗，更重要的是，如果產生雷擊或感應時，繼電路后面的電路可以受到保護。當我們需要數(shù)據時，讓C51芯片產生一個信號，可讓繼電器把電路連接，這樣就可以收集數(shù)據了。這時雖然理論上電路損壞的機率還存在，但機率已經大大降低。選用的繼電器可以是

52、小型直流繼電器也可以是一種小型號的脈沖繼電器，額定電壓值在5V左右，吸收電壓在4.5v左右，釋放電壓在0.5V左右，這樣即能滿足電路要求也可以最大限度的降低功耗。還有一種可編程的繼電器，通過軟件編程烤入器件對電路進行控制，可以不用C51芯片，但增加了電路復雜度，和軟件編程。對簡單的電路來說有殺雞用牛刀的意味。(三)光電耦合隔離對于外部工作電路，難免要受到電氣，磁，熱等的一系列干擾，如何降低干擾，使電路處于一種穩(wěn)定的工作狀態(tài)， 必須采取一定的隔離措施。光耦器件，是當前較為流行的一種器件，它較之電磁等其它的隔離器件有著抗擾性強，不易受外界影響等優(yōu)點，所以它有一種替代其它同類產品成為主流的趨勢。我們

53、要用的光耦如下圖：圖 413 光藕隔離電路圖4.5 主要元氣件封裝形式表 41 主要元器件封裝表元氣件個數(shù)封裝內型電容C12RAD0.1電容CE11RB.2/.4電阻R16AXIAL0.4電阻R7、R8210K電阻R4、R5220K電阻R31100MAX813L1DIP8二極管7RB.1/.2J11CH2.54-4PAD7705BN1DIP1689C511DIP40SN75LBC1841DIP8L7805C1TO-220AMAX16592SO8HE77KM241HE77KM12 HEADER1SIP12SN74ALS573CDW (20)1S02OWSW-DIP81DIP16MC14031DI

54、P8HCNR2011DIP84.6 元件布局 通過了前期大量的準備工作，現(xiàn)在我們終于可以開始進行PCB的相關工作了，首先我們進入Protel99的PCB版面，我們首先應該確定我們制作的板子的物理大小，知道了物理大小后，我們可以在Mechanical層先固定板子實際大小，然后我們在固定電氣層大小，電氣層大小，就是我們把所有元氣件放在規(guī)定的大小內?，F(xiàn)在我們就可以把元氣件添加進來了，Protel99有元件自動布局功能，但是自動布局的效果不是很好，所以我們最好還是手動布局。手動布局我們應該注意以下問題： 1、元氣件的順序應該盡量按照流程圖，按流程來排版； 2、元氣件之間的距離，應盡量分布均勻； 3、不

55、要把散熱大的元氣件放在一起； 4、上下、左右之間的距離應該適中； 5、把連線較多，距離短的元氣件放在一起； 6、雙面板應盡量把元氣件放在一面上； 以上布局考前須知綜合考慮，是一個很難解決好的問題，要布局很好的效果圖來，是非常不容易的，但是只要我們肯花精力、時間、慢慢的、不焦不躁的認真去完成，相信我們必定會畫出一個比擬滿意的布局出來。4.7 元件布線 當我們把所有的元氣件布局布好以后，我們就可以開始我們的布線工作了，如果你想你制作的PCB板子能夠最穩(wěn)定、最快速、最好的效勞，那么你的布線工作就尤其重要了。當然我們可以利用Protel99的自動布線功能，但是自動布線的結果差強人意。所以，我們只能手動

56、布線，以求到達最好的效果。 手動布線我們可以先布電源線，因為電源是我們整個PCB板子工作的核心，所以我們可以從電源先布線，為了到達好的效果，電源線和地線都應該比其他元氣件的線更粗，各元氣件之間布線的距離盡可能的大，這要看我們板子的大小和元氣件的多少，總之要盡可能的大，且布線均勻，還有就是布線我們不應該用九十度的折線，我們要用四十五度的折線，防止噪音。 所有元氣件布線工作完成后，我們可以進行規(guī)那么檢查，看看是不是所有元氣件各個引腳都已連上，根據需要我們可以對板子覆銅，覆銅的大小，應該根據需要而定，不是一味的、憑想象的，電源發(fā)熱量大的地方可以不覆。到這里，我們的整個工作就根本上完成了，下面應該對板子的功能、性能、穩(wěn)定性進行測試了。4.8 生成的PCB圖圖414 生成的PCB圖通過以上步驟，我們最終看到了一個成品。5 系統(tǒng)測試5.1搭建測試環(huán)境有了PCB圖，我們就可以把板子制作出來了，制作好了以后，我們就開始對板子進行測試。我們現(xiàn)在實驗室測試，如果在實驗室測試功能良好，那么我們再到自然環(huán)境中去測試。實