第10章-计算机控制系统设计PPT.ppt

⑵ 采用32位ARM Cortex M3微控制器，提高了板卡设计的集成度、运算速度和可靠性； ⑶ 采用高性能、高精度、内置PGA的具有24位分辨率的Σ-Δ模数转换器进行测量转换，传感器或变送器信号可直接接入； ⑷ 同时测量8通道电压信号或电流信号，各采样通道之间采用PhotoMOS继电器，实现点点隔离的技术； ⑸ 通过主控站模块的组态命令可配置通道信息，每一通道可选择输入信号范围和类型等，并将配置信息存储于铁电存储器中，掉电重启时，自动恢复到正常工作状态； ⑹ 板卡设计具有低通滤波、过压保护及信号断线检测功能，ARM与现场模拟信号测量之间采用光电隔离措施，以提高抗干扰能力。 2．8通道模拟量输入板卡的硬件组成 8通道模拟量输入板卡用于完成对工业现场信号的采集、转换、处理，其硬件组成框图如图10-18所示。 硬件电路主要由ARM Cortex M3微控制器、信号处理电路（滤波、放大）、通道选择电路、A/D转换电路、故障检测电路、DIP开关、铁电存储器FRAM、LED状态指示灯和CAN通信接口电路组成。 图10-18 8通道模拟量输入板卡硬件组成框图 该板卡采用ST公司的32位ARM控制器STM32F103VBT6、高精度24位Σ-Δ模数转换器ADS1213 、LinCMOS工艺的高精度斩波稳零运算放大器TLC2652CN、PhotoMOS继电器AQW214EH、CAN收发器TJA1051T/3等器件设计而成。 现场仪表层的电流信号或电压信号经过端子板的滤波处理，由多路模拟开关选通一个通道送入A/D转换器ADS1213，由ARM读取AD转换结果，A/D转换结果经过软件滤波和量程变换以后经CAN总线发送给控制卡。 板卡故障检测中的一个重要的工作就是断线检测。除此以外，故障检测还包括超量程检测、欠量程检测、信号跳变检测等。 3．8通道模拟量输入板卡的程序设计 8通道模拟量输入板卡的程序主要包括ARM控制器的初始化程序、A/D采样程序、数字滤波程序、量程变换程序、故障检测程序、CAN通信程序、WDT程序等。 10.1.8 8通道热电偶输入板卡（8TC）的设计 1．8通道热电偶输入板卡的功能概述 8通道热电偶输入板卡是一种高精度、智能型的、带有模拟量信号调理的8路热电偶信号采集卡。该板卡可对7种毫伏级热电偶信号进行采集，检测温度最低为-200℃，最高可达1800℃。 通过外部配电板可允许接入各种热电偶信号和毫伏电压信号。该板卡的设计技术指标如下： ⑴ 热电偶板卡可允许8通道热电偶信号输入，支持的热电偶类型为K、E、B、S、J、R、T，并带有热电偶冷端补偿； ⑵ 采用32位ARM Cortex M3微控制器，提高了板卡设计的集成度、运算速度和可靠性； ⑶ 采用高性能、高精度、内置PGA的具有24位分辨率的Σ-Δ模数转换器进行测量转换，传感器或变送器信号可直接接入； ⑷ 同时测量8通道电压信号或电流信号，各采样通道之间采用PhotoMOS继电器，实现点点隔离的技术； ⑸ 通过主控站模块的组态命令可配置通道信息，每一通道可选择输入信号范围和类型等，并将配置信息存储于铁电存储器中，掉电重启时，自动恢复到正常工作状态； ⑹ 板卡设计具有低通滤波、过压保护及热电偶断线检测功能，ARM与现场模拟信号测量之间采用光电隔离措施，以提高抗干扰能力。 2．8通道热电偶输入板卡的硬件组成 8通道热电偶输入板卡用于完成对工业现场热电偶和毫伏信号的采集、转换、处理，其硬件组成框图如图10-20所示。 硬件电路主要由ARM Cortex M3微控制器、信号处理电路（滤波、放大）、通道选择电路、A/D转换电路、断偶检测电路、热电偶冷端补偿电路、DIP开关、铁电存储器FRAM、LED状态指示灯和CAN通信接口电路组成。 图10-20 8通道热电偶输入板卡硬件组成框图 该板卡采用ST公司的32位ARM控制器STM32F103VBT6、高精度24位Σ-Δ模数转换器ADS1213 、LinCMOS工艺的高精度斩波稳零运算放大器TLC2652CN、PhotoMOS继电器AQW214EH、CAN收发器TJA1051T/3等器件设计而成。 现场仪表层的热电偶和毫伏信号经过端子板的低通滤波处理，由多路模拟开关选通一个通道送入A/D转换器ADS1213，由ARM读取AD转换结果，A/D转换结果经过软件滤波和量程变换以后经CAN总线发送给控制卡。 3．8通道热电偶输入板卡的程序设计 8通道热电偶输入板卡的程序主要包括ARM控制器的初始化程序、A/D采样程序、数字滤波程序、热电偶线性化程序、冷端补偿程序、量程变换程序、断偶检测程序、CAN通信程序、WDT程序等。 10.1.9 8通道热电阻输入板卡（8RTD）的设计 8通道热电阻输入板卡是一种高精度、智能型的、带有