基于单片机的模拟信号测控电路设计

李晓宇

摘要：如今，我国科技水平不断提高，单片机自动控制技术也更加成熟，其集成了计算机技术、通信技术等，有效提高了单片机自动控制系统的性能。单片机也因为其良好的性能，被逐渐的应用到电力、化工、以及交通等各个领域中，发挥着非常重要的作用。然而在单片机自动控制系统中，抗干扰性还存在着一定的问题，影响着单片机的发展，因此本文研究了基于单片机的模拟信号测控电路设计。

关键词：单片机;模拟信号;测控电路设计

引言

传统仪器仪表采用纯机械结构或者模拟电路、逻辑门电路进行设计，在自动校准、自动检测、数据处理方面有很大不足。随着大规模集成电子技术的发展，仪器仪表发展进入了一个智能仪器阶段，自动测量、远程监控成为智能化的体现。目前，基于单片机的集中数据采集和控制技术已经得到了很好的发展和广泛的应用。但在恶劣环境下以及多地域分布的生产环境下，一方面人力难以到达现场进行集中测量，另一方面，分布式的测量需要进行联网采集，因此需要设计远程测控系统，实现远程和多地点分布式的数据采集与控制系统。

1基于单片机的模拟信号测控电路设计策略

1.1核心硬件构成

1.1.1AT89C52单片机

采用功能稳定的AT89C52实施中心控制，主要采集各种模拟量信号，以实现不同的增益，其输出控制也针对输入信号不同而使用不同的控制算法运行。工作时利用其网络通讯串行口，在上位机及其他智能电路单元间传送模拟量信号、接收各种数据和命令，以控制LED的显示。

1.1.2精密差动放大电路

采用三片集成运放OP07组装构成两级精密差动放大电路。正常工作时，设置其输入电压为零或为正，以保证放大电路的输出与后级转换器的输入相互匹配;当进行零漂测试时，应调节调零电位器，以实现正常环境温度内其输出为负或为零。另外，为尽量克服干扰影响，最好将二阶低通滤波器装在该电路前端，以最大限度保证放大精度。

1.1.3程控增益放大电路

采用DAC0832和单片机组成程控增益放大电路，来保证测控信号的宽泛性和测量数据的精确性，同时实现自动切换量程。此种程控增益放大电路和软件判别功能相互配合，即可实现采集数据时量程自动切换。

1.1.4A/D转换电路

采用外圍电路简单、功耗低的LM331集成电路实现V/F和F/V转换。LM331适用场合多，并且其内部新的温度补偿电路能给整个工作温度范围内的转换精度提供极大保障，为模拟信号测量和控制电路模块提供技术支持。

1.2其他硬件构成

1.2.1数据传输和控制量输出

数据传输电路是模拟量测控电路与计算机通信的接口部分，采用RS-485串行接口总线构成数据采集与控制网络。通信由其差分接收和平衡发送的模式完成，上位机完成控制量的计算。采用选定单片机的串行口，通过6N136及半双工串行通讯的总线驱动器DS75176连接到总线上，再通过总线模块与计算机进行数据通信。控制输出电路用ULN2803功率驱动芯片，其输出能够保证控制外设的工作状态和发出报警信号。

1.2.2键显电路和看门狗电路

按键电路采用充分节省I/O口的矩阵式键盘，合理利用资源节省开支;显示电路采用74tEl64驱动数码管，能驱动发光二极管作为工作状态的各种指示;采用25045看门狗电路，当系统出现故障或异常时自动复位。

1.2.3电源和多路开关

供电实施多个稳压电源分开供电方式，采用12V和5V稳压电源分别对运算放大器及CPU等相关部件各自供电。多路开关采用两片CD4052模拟开关，它具有双通道四路结构，可进行八路模拟量的测量，满足测控模拟量数目需求。采集信号时可将其模拟开关接地，以补偿放大器零漂、提升测量精度。

2单片机自动控制抗干扰技术

2.1抗干扰硬件技术

2.1.1消除电源干扰的技术措施

在消除电源干扰方面，首先做好电源和设备的选择，要尽可能的选择具有抗电磁、静电屏蔽等功能的电源变压器，并且将其分离出去，独自供电，这样就会让单片机的输入电源跟强电设备的动力电源分离，从而消除电源的干扰。并且系统中的电源线、控制线、以及动力线等，除了选择导电性比较强的的外，还需要各自配线，以此来提高抗干扰能力。其次保证电源电压的稳定。可以将电源设置成多级的滤波处理器，以此来避免电压发生畸变现象，并且电源线在布线过程中要保持平行，如配置集成稳压块，以此来降低电源噪声，避免信号干扰。此外，隔离电源变频器，通过对其隔离来降低电源传导的干扰，从而消除电源干扰。

2.1.2优化布线结构

首先要注意强弱电的分离。当在布线过程中，可以通过分槽走线的方式，将直流线和交流线独立的进行捆绑，以此来拉大直流线和交流线的距离，从而提高抗干扰。并且将信号地和模拟地分离。在进行接地线处理中，要保持单点接地，而且选择粗一点的地线，在屏蔽线时，尽可能选择覆盖范围比较大的电路板，以此来降低信号的干扰。

2.1.3提升接地抗干扰

模拟地跟电网相连接会产生电网干扰，影响着系统的安全性，为了避免这种现象，可以通过完善接地系统的方式，来提升接地的抗干扰。鉴于根据信号频率来选择不同的接地形式，如如果信号频率在小于1MHz和1-10MHz左右时，选择单点接地，并且将地线端子跟接地点进行就近连接，如果小于1MHz还需要采用电阻要小于100Ω的专用地线，如果信号超过了10MHz，那么需要采用多点接地的方式，以此来提高接地的抗干扰。

2.2抗干扰软件技术

在提高单片机的自动控制系统抗干扰能力时，除了通过硬件提高外，还可以通过软件的方式来提高抗干扰能力。

2.2.1软件数字滤波技术

在单片机自动控制系统中，其输入通达有着非常多的干扰源，通过软件数字滤波技术可以有效的将一些错误的信号过滤出去，从而提高信号传输的准确性。其应用的原理在于，软件数字滤波技术可以通过运算的方式来将输入的信号转换成输出数字的蓄力装置，以此来控制输出错误的信号。

2.2.2软件陷阱技术

软件陷阱技术主要是指拦截技术，就是将一些错误的信号和程序进行拦截处理，以此来提高系统的抗干扰能力。如可以在ROM空间、程序的中裂点等处，设置软件陷阱技术，这样其就会接受到的失控程序传输到技术中的容错程序中来进行处理，以此来保证输出的信号质量。

2.2.3其他技术

如果单片机自动控制系统出现中断情况，还可以通过如下方式来进行补救。首先重复读取信号。如果外部信号被中断时，就会产生干扰问题，如果不进行及时处理，可能会中断程序，因此可以通过重复读取信号的方式，来避免执行错误的中断指令。其次及时的关闭未使用的空间，当外部信号被中断时，还可以及时的关闭未使用的空间，以此来将一些错误的程序、信号及时的进行控制，以此来提高系统的抗干扰能力。

结语

本设计配以上位机软件和下位机软件支持，通过连接不同的传感器，即可轻松实现对流量、温度、压力等常见模拟信号量的测量与智能控制，用户通过显示屏能够直接观察到被测控量的变化，测量和控制精度极高，具有实际使用价值。

参考文献

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