随着微电子技术和计算机技术的不断发展,引起了仪器仪表结构的根本性变革。由于传统仪器仪表存在着功能单一、可靠性差、操作繁琐、维护量大、灵活性差、适用范围窄等不足,逐渐被智能仪表取代。智能仪表是以微处理器为中央控制单元,能实现物理信号的输入输出、信号转换和计算控制等功能,并可与外界通讯的仪器仪表。本论文围绕着新一代智能仪表——综合仪表SunyVPR202SE/SF展开。 本文的第一部分介绍仪器仪表的概念、发展历史和起的重要作用,主要介绍了传统仪表和智能仪表的定义、结构、国内外研究现状和发展趋势。基于常规智能仪表在功能方面的不足,提出了新一代智能仪表——综合仪表的概念。 本文的第二部分给出了综合仪表SunyVPR202SE的软、硬件结构,对CPU模块的结构、I/O模块、实时数据库、基于IEC61131-3的算法组态、人机界面(HMI)、嵌入式实时操作系统uC/OS Ⅱ的实时内核以及在AT91上的移植进行详细地研究和分析,最后整理出综合仪表的思路,提出了总体设计,给出了综合仪表的定义。 本文的第三部分阐述了在综合仪表SunyVPR202SE的总体架构下,它的“精简版”——SunyVPR202SF灵巧型综合仪表的研究和开发。从SunyVPR202SF硬件方面的通用信号调理、基于PWM的DAC的实现、点阵液晶显示、按键处理、串行FLASH存储、实时时钟、RS485通讯以及软件方面的数字滤波、数据处理、数字PID控制、系统运行显示、系统组态、数据存储追忆、实时时钟等等方面的技术要点进行了具体、详尽地剖析。特别的,在控制算法上提出了预定义控制模板,提高了友好性和适用性;在热电偶、热电阻的采样数据转换成工程量处理和非线性校正中,抛弃了传统需占用大量程序空间的查表法,利用MSP430F149强大的计算能力对热电偶的T-E公式和热电阻的R-T公式使用牛顿迭代法进行3轮迭代,实现了热电偶的冷端补偿和热电阻的工程量快速高精度的转换,只需记录几个多项式的系数,节省了95%程序空间;在模拟电流4～20mA的输出上,放弃了通过DA芯片来得到模拟电压的做法,使用MSP430F149自带的PWM输出,经过精密电压基准和两级低通滤波来得到模拟电压输出,此方法不但电路设计简单,线性度好,精度达到预定要求,并且大大降低了设计成本。