攀枝花学院本科毕业设计（论文） 3 硬件设计方案 进而选择当前与主机通信的从机，传输格式是高电位（MSB）在前，低位（LSB）在后。当 CS=0时，选通该从机，当CS=1时，其SPICLK，MOSI，MISO端输出将保持高组态，对其他从机的通信无影响。通信单元，计量单元和MCU之间的通信采用隔离技术，提升整个系统的抗干扰能力。

CS5460A有四条串行接口线：CS、SDI、SDO和SCLK。其中CS为片选控制线，是允许访问串口的控制线，低电平有效;SDI为串行数据输入线，是用来把数据传输到转换器的数据信号线;SDO为串行数据输出线。用于从转换器输出数据信号，当 CS为高电平时，SDO端呈高阻状态;SCLK为串行时钟，用于控制CS5460A与微控制器之间数据传输的同步; RESET为外部复位接口，单片机可通过它来控制CS5460A的复位。CS5460A与单片机C8051F310的通信接口连接方式如图3.4所示。

图3.4 芯片与单片机串口连接示意图

3.2.5 抗干扰设计

为了适应于恶劣环境的工业现场应用，在硬件和软件两个方面都应该采取相应的措施。在硬件方面，为提高抗尖峰脉冲干扰测试能力，必须在MCU和数模转换模块之间用光耦进行隔离，模数转换器（DSP）和数据处理器件(MCU)之间也用互感器进行隔离，因此直流电源应是多路输出的，能提供模数转换器工作电源、数据处理器件工作电源，数模转换模块电源，多路输出电源各路之间隔离能力应大于2.5KV以上，PCB布板相应也需达到耐压2.5KV以上。电感电路抗射频干扰电路原理如图3.5所示。光耦抗扰电路原理如图3.6所示。

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图3.5 电感抗干扰

图3.6 光耦抗干扰

3.2.6 检测电路设计

本设计的检测电路主要组成分为四部分：电源电路，电压信号采集电路，电流采集电路和数据处理芯片。七种关键元件为电源电路中的整流二极管，信号采集电路中的电感，电容及双向二极管，以及芯片CS5460A。检测电路原理图如图3.7所示。

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图3.7 检测电路图

3.2.7 元件清单

生成元件清单如下表所示：

表3.1 元件清单 数Comment Cap Description Capacitor Designator C6, C11, C2, C4, C5, C8, C9, Cap Cap Cap Cap Component_1 Capacitor Capacitor Capacitor Capacitor chip High Conductance Diode 1N914 D Zener Inductor Header 2 Header 6 Fast Diode Zener Diode Inductor Header, 2-Pin Header, 6-Pin D1, D3, D4, D5, D6, D7 D2 L1, L2, L3, L4 P1, P2, P4, P8 P3 DO-35 DIODE-0.7 cap13 HDR1X2 HDR1X6 Diode 1N914 D Zener Inductor Header 2 Header 6 6 1 4 4 1 C12, C13 C1 C3 C7,C10, CS5460A RAD-0.3 RAD-0.3 RAD-0.3 RAD-0.3 DIP24 Cap Cap Cap Cap Component_1 7 1 1 2 1 Footprint RAD-0.3 LibRef Cap 量 2 大小 1uF

0.1uF 470nF 100uF 10nF

1mH

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攀枝花学院本科毕业设计（论文） 3 硬件设计方案 Header 4 Header 7 Header 10 Header 8 Res1 Res1 Res1 Res1 Res1 Res1 Res1 Header, 4-Pin Header, 7-Pin Header, 10-Pin Header, 8-Pin Resistor Resistor Resistor Resistor Resistor Resistor Resistor P5 P6 P7 P9 R1 R2, R10, R11,R20, R3, R5 R4,R14, R15, R6, R7 R8, R9 R12, R13 R17, R18,R19, R21,R23, R24, R25, Res1 Res1 Optoisolator1 XTAL Resistor Resistor Optoisolator1 Crystal Oscillator R26 R16, U1, U2, U3, U4, U5, U6 Y1 AXIAL-0.3 AXIAL-0.3 DIP-4 R38 Res1 Res1 Optoisolator1 XTAL 8 1 6 1 HDR1X4 HDR1X7 HDR1X10 HDR1X8 AXIAL-0.3 AXIAL-0.3 AXIAL-0.3 AXIAL-0.3 AXIAL-0.3 AXIAL-0.3 AXIAL-0.3 Header 4 Header 7 Header 10 Header 8 Res1 Res1 Res1 Res1 Res1 Res1 Res1 1 1 1 1 1 4 2 3 2 2 2 5k 10k 500 10 50 20k 47k

1k 2

3.2.8生成PCB图

由检测电路原理图生成的PCB如图3.8所示：

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图3.8 PCB图

3.3 档位控制按键设计

3.3.1 档位控制按键功能

在实际的测量当中，由于测量信号大小的不确定性，难免有超量程信号和微信号的存在，为防止大信号对仪表元器件的损坏以及提高微信号测量时的精度，故在此设置档位控制按键。数字电压表的档位分为三档：000.00~009.99V，010.00~099.99V，100.00~399.99V。测量信号时，应从高档位调至抵挡位，依次尝试。当测量值高于电压表设计量程时，电压表显示为399.99V并报警，若未超量程，则依次调至低档位，以打到提高测量精度与保护仪表元器件的目的。

3.3.2 档位控制按键电路设计

在一些智能化仪表中, 人机接口通常是LED 显示器和小型键盘。常见的按键工作方式有两种: 一是直接使用系统中的CPU 对显示器进行动态扫描和键盘检测, 为保证显示的稳定和键盘的及时响应, CPU 需要频繁地执行动态扫描程序, 显然在CPU 工作比较繁忙的情况下不太适用;二是专用的键盘芯片, 这些芯片由于种种原因在实际应用中总有不便之处, 例如价格较高等。本设计介绍了由STC89C52单片机作为芯片组成的按键电路。 其体积小、功能强、价格低廉, 有很高的性价比, 且具有一定通用性。

独立按键可直接连接到STC89C52 的P3口, 这样其电路结构最为简单, 工作时可使用中断方式, 如需要的按键数目较多, 可以使用扫描式键盘。键盘部分和

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