第八章智能儀器設(shè)計(jì)方法第八章智能儀器設(shè)計(jì)方法1一、智能儀器設(shè)計(jì)的基本要求1、功能及技術(shù)指標(biāo)應(yīng)滿足要求主要技術(shù)指標(biāo)：精度、測量范圍、工作環(huán)境條件、穩(wěn)定性。應(yīng)具備的功能：輸出、人機(jī)對話、通信、報(bào)警提示、儀器狀態(tài)的自動調(diào)整等功能。一、智能儀器設(shè)計(jì)的基本要求1、功能及技術(shù)指標(biāo)應(yīng)滿足要求22．可靠性要求硬件儀器所用器件的質(zhì)量和儀器結(jié)構(gòu)工藝是影響可靠性的重要因素，故應(yīng)合理選擇元器件和采用在極限情況下進(jìn)行試驗(yàn)的方法。

合理選擇元器件是指在設(shè)計(jì)時(shí)對元器件的負(fù)載、速度、功耗、工作環(huán)境等技術(shù)參數(shù)應(yīng)留有一定的余量，并對元器件進(jìn)行老化和篩選。

2．可靠性要求硬件3老化試驗(yàn):

完工的電子產(chǎn)品，出貨前故意放在高溫中，置放一段時(shí)問(如7天)，并不斷進(jìn)行仿真工作以測試其功能的變化情形，是一種加速老化試驗(yàn)(AgingTest)，也稱為壽命試驗(yàn)。是具可靠度耐用型電子產(chǎn)品出貨前必須要進(jìn)行的工作。老化試驗(yàn):4極限情況下的試驗(yàn)是指在研制過程中，一臺樣機(jī)要承受低溫、高溫、沖擊、振動、干擾、煙霧等試驗(yàn)，以保證其對環(huán)境的適應(yīng)性。極限情況下的試驗(yàn)是指在研制過程中，一臺樣機(jī)要承受低溫、高溫、5軟件采用模塊化設(shè)計(jì)方法，不僅易于編程和調(diào)試，也可減小軟件故障率和提高軟件的可靠性。同時(shí)，對軟件進(jìn)行全面測試也是檢驗(yàn)錯(cuò)誤排除故障的重要手段。軟件6

在儀器設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)考慮操作方便，盡量降低對操作人員的專業(yè)知識的要求，以便產(chǎn)品的推廣應(yīng)用。智能儀器還應(yīng)有很好的可維護(hù)性，為此，儀器結(jié)構(gòu)要規(guī)范化、模塊化，并配有現(xiàn)場故障診斷程序。3．便于操作和維護(hù)在儀器設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)考慮操作方便，盡量降低對操作人員74．儀器工藝結(jié)構(gòu)與造型設(shè)計(jì)要求首先要依據(jù)儀器工作環(huán)境條件，是否需要防水、防塵、防爆密封，是否需要抗沖擊、抗振動、抗腐蝕等要求，設(shè)計(jì)工藝結(jié)構(gòu)；儀器的造型設(shè)計(jì)亦極為重要。總體結(jié)構(gòu)的安排、部件間的連接關(guān)系、面板的美化等都必須認(rèn)真考慮。4．儀器工藝結(jié)構(gòu)與造型設(shè)計(jì)要求首先要依據(jù)8二、智能儀器的設(shè)計(jì)原則

1、從整體到局部(自頂向下)的設(shè)計(jì)原則提出儀器設(shè)計(jì)的總?cè)蝿?wù)，并繪制硬件和軟件總框圖(總體設(shè)計(jì))。將任務(wù)分解成一批可獨(dú)立表征的子任務(wù)

這些低級子任務(wù)可采用某些通用模塊，并可作為單獨(dú)的實(shí)體進(jìn)行設(shè)計(jì)和調(diào)試，從而能夠以最低的難度和最高的可靠性組成高一級的模塊。二、智能儀器的設(shè)計(jì)原則1、從整體到局部(自頂向92.較高的性能價(jià)格比原則

智能儀器的造價(jià)，取決于研制成本、生產(chǎn)成本、使用成本。樣機(jī)開發(fā)主要的花費(fèi)在于系統(tǒng)設(shè)計(jì)、調(diào)試和軟件開發(fā)。樣機(jī)投入生產(chǎn)時(shí)，生產(chǎn)數(shù)量越大，每臺產(chǎn)品的平均研制費(fèi)就越低，生產(chǎn)成本就成為儀器造價(jià)的主要因素。顯然，儀器硬件成本對產(chǎn)品的生產(chǎn)成本有很大影響。使用成本，即儀器使用期間的維護(hù)費(fèi)、備件費(fèi)、運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)、管理費(fèi)、培訓(xùn)費(fèi)等。設(shè)計(jì)時(shí)不應(yīng)盲目追求復(fù)雜、高級的方案。在滿足性能指標(biāo)的前提下，應(yīng)盡可能采用簡單成熟的方案，意味著元器件少，開發(fā)、調(diào)試、生產(chǎn)方便，可靠性高。2.較高的性能價(jià)格比原則智能儀103．組合化與開放式設(shè)計(jì)原則在科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展的今天，設(shè)計(jì)智能儀器系統(tǒng)面臨三個(gè)突出的問題：(1)產(chǎn)品更新?lián)Q代太快；(2)市場競爭日趨激烈；(3)如何滿足用戶不同層次和不斷變化的要求。

在電子工業(yè)和計(jì)算機(jī)工業(yè)中推行一種不同于傳統(tǒng)設(shè)計(jì)思想的所謂“開放系統(tǒng)”的設(shè)計(jì)思想。3．組合化與開放式設(shè)計(jì)原則在科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展的今11“開放系統(tǒng)”的設(shè)計(jì)思想在技術(shù)上兼顧今天和明天，既從當(dāng)前實(shí)際可能出發(fā)，又留下容納未來新技術(shù)機(jī)會的余地；向系統(tǒng)的不同配套檔次開放，在經(jīng)營上兼顧設(shè)計(jì)周期和產(chǎn)品設(shè)計(jì)，并著眼于社會的公共參與，為發(fā)揮各方面廠商的積極性創(chuàng)造條件；向用戶不斷變化的特殊要求開放，在服務(wù)上兼顧通用的基本設(shè)計(jì)和用戶的專用要求等等。“開放系統(tǒng)”的設(shè)計(jì)思想在技術(shù)上兼顧今天和明天，既從當(dāng)前實(shí)際可12開放式系統(tǒng)設(shè)計(jì)的具體方法基于國際上流行的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)微機(jī)總線結(jié)構(gòu)，針對不同的用戶系統(tǒng)要求，選用相應(yīng)的有關(guān)功能模塊組合成最終用戶的應(yīng)用系統(tǒng)。開放式系統(tǒng)設(shè)計(jì)的具體方法基于國際上流行的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)微機(jī)總線結(jié)構(gòu)13三、智能儀器的研制步驟

確定設(shè)計(jì)任務(wù)并擬定設(shè)計(jì)方案硬件和軟件研制

軟硬件綜合調(diào)試整機(jī)性能測試和評估

三個(gè)階段

三、智能儀器的研制步驟確定設(shè)計(jì)任務(wù)并擬定設(shè)計(jì)硬件和軟件研制141、確定設(shè)計(jì)任務(wù)、擬定設(shè)計(jì)方案項(xiàng)目調(diào)研了解現(xiàn)狀和動向，明確任務(wù)、確定指標(biāo)功能

寫出設(shè)計(jì)任務(wù)書

擬定設(shè)計(jì)方案

1、確定設(shè)計(jì)任務(wù)、擬定設(shè)計(jì)方案項(xiàng)目調(diào)研了解現(xiàn)狀和動向，寫出設(shè)15《儀器設(shè)計(jì)任務(wù)書》

●主要內(nèi)容：a.儀器名稱、用途、特點(diǎn)b.主要技術(shù)指標(biāo);c.儀器應(yīng)具備的功能；d．儀器的成本預(yù)算；e．完成期限等。

如果是自主開發(fā)產(chǎn)品，應(yīng)附有市場調(diào)研和可行性論證；如果是委托開發(fā)，則應(yīng)與委托方討論擬制的需求任務(wù)書是否滿足對方需求。

《儀器設(shè)計(jì)任務(wù)書》16擬定設(shè)計(jì)方案

主要內(nèi)容：1.技術(shù)路線或設(shè)計(jì)途徑；2.系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)或系統(tǒng)的構(gòu)成；3.核心器件選型和加工技術(shù)4.軟件平臺和開發(fā)語言5.測試條件和測試方法6.驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)等擬定設(shè)計(jì)方案主要內(nèi)容：172．硬件、軟件研制階段

硬件研制：采用功能強(qiáng)的芯片以簡化電路（選型設(shè)計(jì)）修改和擴(kuò)展，硬件資源需留有足夠的余地自診斷功能，需附加設(shè)計(jì)有關(guān)的監(jiān)測報(bào)警電路硬件抗于擾措施線路板注意與機(jī)箱、面板的配合，接插件安排等問題，必須考慮到安裝、調(diào)試和維修的方便。

2．硬件、軟件研制階段硬件研制：18如單片機(jī)選型：1.可靠性和抗干擾能力強(qiáng)：Motorola的MC68XX/MC68XXX系列2.功耗或工作電源有要求：microchip的PIC系列3.技術(shù)支持較好的：MCS-51、PCI系列和MSP4304.基于性價(jià)比選擇：ADI公司的ADuc8xx等CYGNAL公司的C8051系列、TI公司的MSC121X系列如單片機(jī)選型：19外擴(kuò)存儲器選型設(shè)計(jì)：一般不考慮外擴(kuò)，采用集成了存儲器的單片機(jī)；如果一定要選用，堅(jiān)持寧大勿小的原則，一般程序存儲器選擇28C256/29C256/29C512等FLASHROM數(shù)據(jù)SRAM一般選62256，數(shù)據(jù)E2PROM選24C01/02/04/……./256系列外擴(kuò)存儲器選型設(shè)計(jì)：20外擴(kuò)ADC選型設(shè)計(jì)：一般選用帶SPI/I2C總線的ADC芯片，如TI公司的TLC2543，TLV2543/4/8，ADI公司的AD770X/771X系列，MAXIM公司的MAX1245/6/7,MAX1270/1等。外擴(kuò)ADC選型設(shè)計(jì)：21輸入、輸出線的擴(kuò)展使用74LS244/245擴(kuò)展輸入接口，74LS377/373擴(kuò)展輸出接口；還可以用8155、8255等；較流行的是CPLD器件實(shí)現(xiàn)。輸入、輸出線的擴(kuò)展22最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)：1）基于8031的最小系統(tǒng)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)：23基于89C51的最小系統(tǒng)基于89C51的最小系統(tǒng)24基于ADuC812的最小系統(tǒng)內(nèi)部集成了RAM、ROM、片上SRAM、ADC、DAC等，再通過擴(kuò)展基本的人機(jī)接口，可以作為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、多路數(shù)據(jù)巡檢儀、溫度控制器、工業(yè)順序控制器、電腦時(shí)鐘、家電控制器等基于ADuC812的最小系統(tǒng)25第8章+++智能儀器設(shè)計(jì)方法課件26典型單元電路1)譯碼電路譯碼器主要有74LS138、74LS139、74LS154、CD4028等，譯碼器輸出一般用作IO接口芯片的片選信號典型單元電路27圖中Y0-Y7對應(yīng)的地址空間是：Y0：B800～B8FFH；Y1：B900～B9FFH； Y2：BA00～BAFFH；Y3：BB00～BBFFH；Y4：BC00～BCFFH；Y5：BD00～BDFFH；Y6：BE00～BEFFH；Y7：BF00～BFFFH；圖中Y0-Y7對應(yīng)的地址空間是：Y0：B800～B8FFH；28通過74LS164每次輸出一個(gè)字形碼，同時(shí)控制74LS138的譯碼器輸入端A，B，C的電平狀態(tài)，即從P1．0，P1．1，P1．2送出相應(yīng)的電平，譯碼后使得要顯示的對應(yīng)位數(shù)碼管共陰極端依次為低電平，即依次選中要顯示的位。 通過74LS164每次輸出一個(gè)字形碼，同時(shí)控制74LS13829典型單元電路2)簡單輸入接口擴(kuò)展電路常采用74LS244、74LS245、74LS645等進(jìn)行擴(kuò)展

典型單元電路303）簡單輸出接口擴(kuò)展電路

常采用74LS273、74LS373、74LS573等進(jìn)行擴(kuò)展3）簡單輸出接口擴(kuò)展電路314）模擬輸入濾波電路a)單級RC濾波電路，適于單端輸入方式，R2適于電流/電壓轉(zhuǎn)換b)兩級RC濾波電路，適于差動輸入方式4）模擬輸入濾波電路325）開關(guān)量輸入抖動消除電路利用阻容器件和施密特門電路實(shí)現(xiàn)，消除抖動時(shí)間由阻容參數(shù)決定，對于一般的按鍵或觸點(diǎn)信號，取100K歐和0.1uF即可5）開關(guān)量輸入抖動消除電路336）繼電器接口電路6）繼電器接口電路347）SSR接口電路

7）SSR接口電路

358）可控硅移相觸發(fā)接口電路多用移相觸發(fā)模塊實(shí)現(xiàn)，模塊以電網(wǎng)相位為同步信號，當(dāng)改變控制電壓大小時(shí)，內(nèi)部產(chǎn)生相對電網(wǎng)180-0度的觸發(fā)脈沖，通過光電隔離，其輸出觸發(fā)可控硅導(dǎo)通。8）可控硅移相觸發(fā)接口電路369）RS232接口驅(qū)動電路常用芯片有ADM02、MAX232等9）RS232接口驅(qū)動電路3710）RS485接口驅(qū)動電路半雙工通信，可以在一條串行總線上構(gòu)成多點(diǎn)通信網(wǎng)絡(luò)，常用芯片有MAX485、ADM485。當(dāng)P20為“1“，發(fā)送數(shù)據(jù)；當(dāng)P20為“0“，接收數(shù)據(jù)。10）RS485接口驅(qū)動電路38軟件設(shè)計(jì)研制：軟件設(shè)計(jì)作一個(gè)總體規(guī)劃程序功能塊劃分確定算法分配系統(tǒng)資源和設(shè)計(jì)流程圖編寫程序程序調(diào)試和糾錯(cuò)以及各部分程序連接及系統(tǒng)總調(diào)軟件設(shè)計(jì)研制：39程序功能塊劃分：1.硬件接口程序：所有與硬件有關(guān)的子程序；2.數(shù)據(jù)采集程序：直接調(diào)用硬件接口子程序?qū)δM輸入、開關(guān)量輸入、脈沖量、輸入等信號進(jìn)行采集，將結(jié)果存儲在公共變量，供其他程序存取。3.數(shù)字濾波程序：4.數(shù)據(jù)處理程序：標(biāo)度變換、傳感器信號的線性化處理、測量信號的越線報(bào)警。5.實(shí)時(shí)控制程序：實(shí)現(xiàn)PID或其他控制算法、死區(qū)控制、輸出限幅、控制方式的自動切換。6.數(shù)據(jù)輸出程序：將算法輸出結(jié)果送給輸出通道，將調(diào)用相應(yīng)硬件接口程序。程序功能塊劃分：407.鍵值處理程序8.數(shù)據(jù)通信程序7.鍵值處理程序413．儀器調(diào)試及整機(jī)性能測試系統(tǒng)調(diào)試，以排除硬件故障和糾正軟件錯(cuò)誤，并解決硬件和軟件之間的協(xié)調(diào)問題。

硬件調(diào)試動態(tài)調(diào)試靜態(tài)調(diào)試測試軟件查板、電源、芯片3．儀器調(diào)試及整機(jī)性能測試系統(tǒng)調(diào)試，以排除硬件故障和糾正軟件42軟件調(diào)試模塊程序調(diào)試初級子程序調(diào)試測試軟件不需要調(diào)用其它子程序監(jiān)控程序調(diào)試軟件調(diào)試模塊程序調(diào)試初級子程序調(diào)試測試軟件不需要調(diào)用其它子程431）功能子函數(shù)的調(diào)試通過KEILC51等模擬調(diào)試器，設(shè)置相應(yīng)的入口參數(shù)，觀測輸出參數(shù)來進(jìn)行調(diào)試。已有的子函數(shù)或直接引用的子程序不需調(diào)試，但需要測試。2）中斷服務(wù)程序類似子函數(shù)的調(diào)試，不同的是要檢查中斷的產(chǎn)生，將斷點(diǎn)設(shè)在中斷入口，全速運(yùn)行程序觀察是否產(chǎn)生中斷。按鍵和顯示一般由定時(shí)器中斷服務(wù)子程序完成，如果先調(diào)試好按鍵和顯示，可以輔助其他程序的調(diào)試，特別是接口的調(diào)試，借此可以顯示其他程序或接口存在的問題1）功能子函數(shù)的調(diào)試443）主程序的調(diào)試

主程序一般完成單片機(jī)的初始化以及循環(huán)執(zhí)行的任務(wù)。循環(huán)執(zhí)行的部分任務(wù)一般無實(shí)時(shí)性要求，如鍵盤鍵值分析、顯示緩存區(qū)刷新等，一般通過調(diào)用子程序來實(shí)現(xiàn)。

3）主程序的調(diào)試45性能測試整機(jī)性能測試，需按照設(shè)計(jì)任務(wù)書規(guī)定的設(shè)計(jì)要求擬定一個(gè)測試方案，對各項(xiàng)功能和指標(biāo)進(jìn)行逐項(xiàng)測試。如果某項(xiàng)指標(biāo)不符合要求，還得查明原因，作相應(yīng)調(diào)整；直至完全達(dá)到設(shè)計(jì)要求為止?；趩纹瑱C(jī)與PC機(jī)之間的通信調(diào)試要注意在主從多機(jī)系統(tǒng)中，每個(gè)從機(jī)都有惟一的地址和站號，調(diào)試通信前，應(yīng)設(shè)置每個(gè)系統(tǒng)的地址和通信格式，確保地址惟一，各站的波特率、字符幀格式、數(shù)據(jù)幀格式和校驗(yàn)格式應(yīng)完全相同性能測試46小結(jié)：1.了解智能儀表設(shè)計(jì)的基本要求有哪些？2.“開放系統(tǒng)”的設(shè)計(jì)思想3.智能儀器的研制步驟，硬件調(diào)試、軟件調(diào)試步驟。4.常用程序模塊的劃分5.典型單元電路設(shè)計(jì)小結(jié)：47第八章智能儀器設(shè)計(jì)方法第八章智能儀器設(shè)計(jì)方法48一、智能儀器設(shè)計(jì)的基本要求1、功能及技術(shù)指標(biāo)應(yīng)滿足要求主要技術(shù)指標(biāo)：精度、測量范圍、工作環(huán)境條件、穩(wěn)定性。應(yīng)具備的功能：輸出、人機(jī)對話、通信、報(bào)警提示、儀器狀態(tài)的自動調(diào)整等功能。一、智能儀器設(shè)計(jì)的基本要求1、功能及技術(shù)指標(biāo)應(yīng)滿足要求492．可靠性要求硬件儀器所用器件的質(zhì)量和儀器結(jié)構(gòu)工藝是影響可靠性的重要因素，故應(yīng)合理選擇元器件和采用在極限情況下進(jìn)行試驗(yàn)的方法。

合理選擇元器件是指在設(shè)計(jì)時(shí)對元器件的負(fù)載、速度、功耗、工作環(huán)境等技術(shù)參數(shù)應(yīng)留有一定的余量，并對元器件進(jìn)行老化和篩選。

2．可靠性要求硬件50老化試驗(yàn):

完工的電子產(chǎn)品，出貨前故意放在高溫中，置放一段時(shí)問(如7天)，并不斷進(jìn)行仿真工作以測試其功能的變化情形，是一種加速老化試驗(yàn)(AgingTest)，也稱為壽命試驗(yàn)。是具可靠度耐用型電子產(chǎn)品出貨前必須要進(jìn)行的工作。老化試驗(yàn):51極限情況下的試驗(yàn)是指在研制過程中，一臺樣機(jī)要承受低溫、高溫、沖擊、振動、干擾、煙霧等試驗(yàn)，以保證其對環(huán)境的適應(yīng)性。極限情況下的試驗(yàn)是指在研制過程中，一臺樣機(jī)要承受低溫、高溫、52軟件采用模塊化設(shè)計(jì)方法，不僅易于編程和調(diào)試，也可減小軟件故障率和提高軟件的可靠性。同時(shí)，對軟件進(jìn)行全面測試也是檢驗(yàn)錯(cuò)誤排除故障的重要手段。軟件53

在儀器設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)考慮操作方便，盡量降低對操作人員的專業(yè)知識的要求，以便產(chǎn)品的推廣應(yīng)用。智能儀器還應(yīng)有很好的可維護(hù)性，為此，儀器結(jié)構(gòu)要規(guī)范化、模塊化，并配有現(xiàn)場故障診斷程序。3．便于操作和維護(hù)在儀器設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)考慮操作方便，盡量降低對操作人員544．儀器工藝結(jié)構(gòu)與造型設(shè)計(jì)要求首先要依據(jù)儀器工作環(huán)境條件，是否需要防水、防塵、防爆密封，是否需要抗沖擊、抗振動、抗腐蝕等要求，設(shè)計(jì)工藝結(jié)構(gòu)；儀器的造型設(shè)計(jì)亦極為重要?？傮w結(jié)構(gòu)的安排、部件間的連接關(guān)系、面板的美化等都必須認(rèn)真考慮。4．儀器工藝結(jié)構(gòu)與造型設(shè)計(jì)要求首先要依據(jù)55二、智能儀器的設(shè)計(jì)原則

1、從整體到局部(自頂向下)的設(shè)計(jì)原則提出儀器設(shè)計(jì)的總?cè)蝿?wù)，并繪制硬件和軟件總框圖(總體設(shè)計(jì))。將任務(wù)分解成一批可獨(dú)立表征的子任務(wù)

這些低級子任務(wù)可采用某些通用模塊，并可作為單獨(dú)的實(shí)體進(jìn)行設(shè)計(jì)和調(diào)試，從而能夠以最低的難度和最高的可靠性組成高一級的模塊。二、智能儀器的設(shè)計(jì)原則1、從整體到局部(自頂向562.較高的性能價(jià)格比原則

智能儀器的造價(jià)，取決于研制成本、生產(chǎn)成本、使用成本。樣機(jī)開發(fā)主要的花費(fèi)在于系統(tǒng)設(shè)計(jì)、調(diào)試和軟件開發(fā)。樣機(jī)投入生產(chǎn)時(shí)，生產(chǎn)數(shù)量越大，每臺產(chǎn)品的平均研制費(fèi)就越低，生產(chǎn)成本就成為儀器造價(jià)的主要因素。顯然，儀器硬件成本對產(chǎn)品的生產(chǎn)成本有很大影響。使用成本，即儀器使用期間的維護(hù)費(fèi)、備件費(fèi)、運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)、管理費(fèi)、培訓(xùn)費(fèi)等。設(shè)計(jì)時(shí)不應(yīng)盲目追求復(fù)雜、高級的方案。在滿足性能指標(biāo)的前提下，應(yīng)盡可能采用簡單成熟的方案，意味著元器件少，開發(fā)、調(diào)試、生產(chǎn)方便，可靠性高。2.較高的性能價(jià)格比原則智能儀573．組合化與開放式設(shè)計(jì)原則在科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展的今天，設(shè)計(jì)智能儀器系統(tǒng)面臨三個(gè)突出的問題：(1)產(chǎn)品更新?lián)Q代太快；(2)市場競爭日趨激烈；(3)如何滿足用戶不同層次和不斷變化的要求。

在電子工業(yè)和計(jì)算機(jī)工業(yè)中推行一種不同于傳統(tǒng)設(shè)計(jì)思想的所謂“開放系統(tǒng)”的設(shè)計(jì)思想。3．組合化與開放式設(shè)計(jì)原則在科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展的今58“開放系統(tǒng)”的設(shè)計(jì)思想在技術(shù)上兼顧今天和明天，既從當(dāng)前實(shí)際可能出發(fā)，又留下容納未來新技術(shù)機(jī)會的余地；向系統(tǒng)的不同配套檔次開放，在經(jīng)營上兼顧設(shè)計(jì)周期和產(chǎn)品設(shè)計(jì)，并著眼于社會的公共參與，為發(fā)揮各方面廠商的積極性創(chuàng)造條件；向用戶不斷變化的特殊要求開放，在服務(wù)上兼顧通用的基本設(shè)計(jì)和用戶的專用要求等等。“開放系統(tǒng)”的設(shè)計(jì)思想在技術(shù)上兼顧今天和明天，既從當(dāng)前實(shí)際可59開放式系統(tǒng)設(shè)計(jì)的具體方法基于國際上流行的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)微機(jī)總線結(jié)構(gòu)，針對不同的用戶系統(tǒng)要求，選用相應(yīng)的有關(guān)功能模塊組合成最終用戶的應(yīng)用系統(tǒng)。開放式系統(tǒng)設(shè)計(jì)的具體方法基于國際上流行的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)微機(jī)總線結(jié)構(gòu)60三、智能儀器的研制步驟

確定設(shè)計(jì)任務(wù)并擬定設(shè)計(jì)方案硬件和軟件研制

軟硬件綜合調(diào)試整機(jī)性能測試和評估

三個(gè)階段

三、智能儀器的研制步驟確定設(shè)計(jì)任務(wù)并擬定設(shè)計(jì)硬件和軟件研制611、確定設(shè)計(jì)任務(wù)、擬定設(shè)計(jì)方案項(xiàng)目調(diào)研了解現(xiàn)狀和動向，明確任務(wù)、確定指標(biāo)功能

寫出設(shè)計(jì)任務(wù)書

擬定設(shè)計(jì)方案

1、確定設(shè)計(jì)任務(wù)、擬定設(shè)計(jì)方案項(xiàng)目調(diào)研了解現(xiàn)狀和動向，寫出設(shè)62《儀器設(shè)計(jì)任務(wù)書》

●主要內(nèi)容：a.儀器名稱、用途、特點(diǎn)b.主要技術(shù)指標(biāo);c.儀器應(yīng)具備的功能；d．儀器的成本預(yù)算；e．完成期限等。

如果是自主開發(fā)產(chǎn)品，應(yīng)附有市場調(diào)研和可行性論證；如果是委托開發(fā)，則應(yīng)與委托方討論擬制的需求任務(wù)書是否滿足對方需求。

《儀器設(shè)計(jì)任務(wù)書》63擬定設(shè)計(jì)方案

主要內(nèi)容：1.技術(shù)路線或設(shè)計(jì)途徑；2.系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)或系統(tǒng)的構(gòu)成；3.核心器件選型和加工技術(shù)4.軟件平臺和開發(fā)語言5.測試條件和測試方法6.驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)等擬定設(shè)計(jì)方案主要內(nèi)容：642．硬件、軟件研制階段

硬件研制：采用功能強(qiáng)的芯片以簡化電路（選型設(shè)計(jì)）修改和擴(kuò)展，硬件資源需留有足夠的余地自診斷功能，需附加設(shè)計(jì)有關(guān)的監(jiān)測報(bào)警電路硬件抗于擾措施線路板注意與機(jī)箱、面板的配合，接插件安排等問題，必須考慮到安裝、調(diào)試和維修的方便。

2．硬件、軟件研制階段硬件研制：65如單片機(jī)選型：1.可靠性和抗干擾能力強(qiáng)：Motorola的MC68XX/MC68XXX系列2.功耗或工作電源有要求：microchip的PIC系列3.技術(shù)支持較好的：MCS-51、PCI系列和MSP4304.基于性價(jià)比選擇：ADI公司的ADuc8xx等CYGNAL公司的C8051系列、TI公司的MSC121X系列如單片機(jī)選型：66外擴(kuò)存儲器選型設(shè)計(jì)：一般不考慮外擴(kuò)，采用集成了存儲器的單片機(jī)；如果一定要選用，堅(jiān)持寧大勿小的原則，一般程序存儲器選擇28C256/29C256/29C512等FLASHROM數(shù)據(jù)SRAM一般選62256，數(shù)據(jù)E2PROM選24C01/02/04/……./256系列外擴(kuò)存儲器選型設(shè)計(jì)：67外擴(kuò)ADC選型設(shè)計(jì)：一般選用帶SPI/I2C總線的ADC芯片，如TI公司的TLC2543，TLV2543/4/8，ADI公司的AD770X/771X系列，MAXIM公司的MAX1245/6/7,MAX1270/1等。外擴(kuò)ADC選型設(shè)計(jì)：68輸入、輸出線的擴(kuò)展使用74LS244/245擴(kuò)展輸入接口，74LS377/373擴(kuò)展輸出接口；還可以用8155、8255等；較流行的是CPLD器件實(shí)現(xiàn)。輸入、輸出線的擴(kuò)展69最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)：1）基于8031的最小系統(tǒng)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)：70基于89C51的最小系統(tǒng)基于89C51的最小系統(tǒng)71基于ADuC812的最小系統(tǒng)內(nèi)部集成了RAM、ROM、片上SRAM、ADC、DAC等，再通過擴(kuò)展基本的人機(jī)接口，可以作為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、多路數(shù)據(jù)巡檢儀、溫度控制器、工業(yè)順序控制器、電腦時(shí)鐘、家電控制器等基于ADuC812的最小系統(tǒng)72第8章+++智能儀器設(shè)計(jì)方法課件73典型單元電路1)譯碼電路譯碼器主要有74LS138、74LS139、74LS154、CD4028等，譯碼器輸出一般用作IO接口芯片的片選信號典型單元電路74圖中Y0-Y7對應(yīng)的地址空間是：Y0：B800～B8FFH；Y1：B900～B9FFH； Y2：BA00～BAFFH；Y3：BB00～BBFFH；Y4：BC00～BCFFH；Y5：BD00～BDFFH；Y6：BE00～BEFFH；Y7：BF00～BFFFH；圖中Y0-Y7對應(yīng)的地址空間是：Y0：B800～B8FFH；75通過74LS164每次輸出一個(gè)字形碼，同時(shí)控制74LS138的譯碼器輸入端A，B，C的電平狀態(tài)，即從P1．0，P1．1，P1．2送出相應(yīng)的電平，譯碼后使得要顯示的對應(yīng)位數(shù)碼管共陰極端依次為低電平，即依次選中要顯示的位。 通過74LS164每次輸出一個(gè)字形碼，同時(shí)控制74LS13876典型單元電路2)簡單輸入接口擴(kuò)展電路常采用74LS244、74LS245、74LS645等進(jìn)行擴(kuò)展

典型單元電路773）簡單輸出接口擴(kuò)展電路

常采用74LS273、74LS373、74LS573等進(jìn)行擴(kuò)展3）簡單輸出接口擴(kuò)展電路784）模擬輸入濾波電路a)單級RC濾波電路，適于單端輸入方式，R2適于電流/電壓轉(zhuǎn)換b)兩級RC濾波電路，適于差動輸入方式4）模擬輸入濾波電路795）開關(guān)量輸入抖動消除電路利用阻容器件和施密特門電路實(shí)現(xiàn)，消除抖動時(shí)間由阻容參數(shù)決定，對于一般的按鍵或觸點(diǎn)信號，取100K歐和0.1uF即可5）開關(guān)量輸入抖動消除電路806）繼電器接口電路6）繼電器接口電路817）SSR接口電路

7）SSR接口電路

828）可控硅移相觸發(fā)接口電路多用移相觸發(fā)模塊實(shí)現(xiàn)，模塊以電網(wǎng)相位為同步信號，當(dāng)改變控制電壓大小時(shí)，內(nèi)部產(chǎn)生相對電網(wǎng)180-0度的觸發(fā)脈沖，通過光電隔離，其輸出觸發(fā)可控硅導(dǎo)通。8）可控硅移相觸發(fā)接口電路839）RS232接口驅(qū)動電路常用芯片有ADM02、MAX232等9）RS232接口驅(qū)動電路8410）RS485接口驅(qū)動電路半雙工通信，可以在一條串行總線上構(gòu)成多點(diǎn)通信網(wǎng)絡(luò)，常用芯片有MAX485、ADM485。當(dāng)P20為“1“，發(fā)送數(shù)據(jù)；當(dāng)P20為“0“，接收數(shù)據(jù)。10）RS485接口驅(qū)動電路85軟件設(shè)計(jì)研制：軟件設(shè)計(jì)作一個(gè)總體規(guī)劃程序功能塊劃分確定算法分配系統(tǒng)資源和設(shè)計(jì)流程圖編寫程序程序調(diào)試和糾錯(cuò)以及各部分程序連接及系統(tǒng)總調(diào)軟件設(shè)計(jì)研制：86