LU-906M智能调节仪MCU主板电路优化设计

（见图3-23）

MCU主板电路，包含MCU基本工作电路、电源（含基准电压源）电路、4～20mA电流信号输出电路和检测信号输入电路。

【MCU基本电路】 U1（SM8952AC25PP）几个重要引脚：电源供电端、时钟脉冲形成端（时钟引脚）、复位控制输入端及与外挂存储器（AT24C512B）引脚的相关状态，形成MCU工作的基本条件，也是仪表故障时检测的重点所在。高电平复位信号由双可触发单稳多谐振荡器LS123产生，并输入至U1的9脚。

【电源（含基准电压源）电路】 ＋5V、－5.3V供电电源进入MCU主板电路后，经U11、U8（431）基准稳压源电路，取得＋4.8V、－4.8V的正负电源，供输入信号处理电路中数字IC和模拟IC的供电；经R28和U10得到＋2.5V的基准电压，用作数模转换电路TLC7135C的2脚RFE基准电压输入，用于V/F转换的参考；－7V电源，经79L05稳压IC稳压再由二极管降压，得到－4.2V供电，与23.7V电源一起，为4～20mA电流信号输出电路提供工作电源。

【4～20mA电流信号输出电路】 U1输出的PWM脉冲信号，经光耦合器P521、LM358组成的两级放大器，驱动晶体管S9014，与外部电路构成4～20mA电流输出回路。P521隔离传输后的PWM信号，经RC网络滤波成直流电压，经运算放大器反相放大后，输入第2级放大器的5脚，该级放大器组成电压负反馈电路，晶体管发射极输出电压是稳定的，当晶体管发射极所接负载电路的电阻值为稳定值时，流过晶体管发射极电阻——负载电阻的电流又是恒定的。电路同时具有恒流特性。调整负载电阻的阻值，使电流整定范围为4～20mA。

【检测信号输入电路】 检测信号输入电路，由两只8选1模拟开关电路CD4051和精密运算放大器OP07构成，输出信号经A-D芯片TLC7135C送往MCU。将CD4051内部模拟开关等效为K0～K7序号标注的8只开关，检测信号输入电路可绘制成如图3-24所示电路。

图3-23 LU-906M智能调节仪的MCU主板电路

图3-24 检测信号输入电路

MCU输出的3位二进制信号控制着K0～K7开关的通断，用户设置和选择输入信号的类型，决定着MCU的输出控制信号，进而决定了OP07放大器的电压放大倍数，整个电路可看作对输入信号有选择放大作用的可编程放大器。

对于通用型仪表来说，能适应多种输入信号，本例电路可选择4种输入信号：①进行恒温控制时，测温传感器为热电偶元件；②进行恒温控制时，测温传感器为热电阻元件。两者电阻变化范围差距极大，故需后续放大器能有不同的放大倍数。测温（电阻变化）信号经信号的9、10、11和13、14、11端子输入（输入两路测温信号时用于温差控制）。测量信号和测温传感器的补偿导线信号均经过L、C、R滤波电路处理后，滤除线路干扰，进入后续信号放大电路；③进行恒温或压力、流量等其他控制时，可接现场传感器输出的0～5V电压信号或0/4～20mA电流信号。输入信号切换端子JP1为电流/电压信号输入选择端子，当JP1的1、2端子为短接片所短接时，输入4～20mA电流信号在负载电阻R36上先转化为0～5V电压信号，再输入后续电路；④进行恒温或压力、流量等其他控制时，可接现场传感器输出的0～5V电压信号或0～10V电压信号。当JP1的2、3端子为短路片短接时，为0～5V或0～10电压信号（可由参数设置决定）输入模式。③、④项信号选择，是由改变参数设置和JP1输入信号切换端子的短接位置，两方面操作与切换来完成的。输入信号进入仪表的11、12两输入端子。

下面以0～5V电压输入信号传输为例，说明（试分析）一下信号输入电路的工作过程。

当用户选择输入信号0～5V电压信号时：

1）进行参数设置，选择输入信号为0～5V电压信号；

2）用短路片短接信号选择端子JP1的2、3端；(www.xing528.com)

输入0～5V电压经11、12端子引入，先经R13、R24作约10倍的分压衰减，再输入由8选1模拟开关。此时MCU的控制信号，使K4处于接通状态，其他开关处于断开状态。放大器输出侧8选1模拟开关中的K0、K5两只开关一齐接通，其他开关处于断开状态，此为OP07放大器构成一个由R30、R36决定电压放大倍数的3倍压放大器，将3脚输入的0～0.5V输入电压信号放大为6脚输出的0～1.5V的电压信号，由电阻R16输入至A-D转换电路，转换为对应的频率信号后，送入CPU。

这样，MCU通过对两组8选1开关的控制，使之对应输入信号类型自动改变放大量，将类型不同的输入信号转换为同一比例信号，输送于后级电路。

图3-25 LU-906M智能调节仪的操作显示面板电路

【操作显示面板电路】 电路如图3-25所示。双4位红色数码管用于显示测量值和设定值，用于温差控制时，分别显示基准通路测量值和温差值；20只绿色发光管显示信号输出（如4～20mA输出电流）百分比。由MCU来的含有显示信息的4位二进制信号，输入74HC154D（4～16线译码器/多路分配器），转变为显示器的位驱动信号，经晶体管T1～T0放大后，与J2的3～10端子来的MCU输出开关量信号相配合，驱动数码显示器，显示相应的数字值或字母（参数代码等）。指示灯L1～L4，用于指示控制继电器及电流信号输出端的工作状态。晶体管T11为指示灯的开关控制管。按键输入信号也经显示器电路，由J2的2端子及其他端子返回MCU，使MCU执行特定程序的运行——如存储修改参数，显示参数值等。J2的3～10端子信号，可以实现双向传输，既可以接收从MCU来的显示信号，驱动显示器显示相关内容，也可将键入信号由面板传输给MCU。

【故障实例7】 LU-906M智能调节仪，上电后上显示窗显示Sb，不能正常工作。查说明书，Sb为故障代码，意义之一：没接入传感器，即没有检测信号输入；意义之二：传感器型号与输入信号选择参数值不对应。

本例应用是取自现场仪表的0～5V电压信号，先查看参数设置，是设置正确的。在仪表的输入端子12，输入5V电压信号，在8选1模拟开关CD4051的1脚测得约0.5V的输入信号（见图3-23），但在CD4051公共输出端3脚所测电压为0，CD4051内部“开关K4”没有接通。CD4051内部开关状态受控于A、B、C三个引脚输入的二进制数字信号，和6脚（禁止端）的电平状态，本例电路中6脚接地，处于允许内部开关接通状态。查CD4051的功能表，当11、10、9脚（A、B、C信号输入端）信号电平为“001”时，内部K4应处于接通状态。测此3脚电平状态，11、10脚为0V，9脚为＋5V，说明MCU输出的控制信号正常。判断为CD4051损坏，更换CD4051后，显示窗上显示测量值与输入信号相对应。仪表恢复正常。

【故障实例8】 LU-906M智能调节仪，上电后上显示窗显示Sb，不能正常工作。询问用户，该仪表输入信号取用现场仪表输入的4～20mA电流信号，应从仪表端子12接入。先操作面板上的按键，查看相关信号输入选择的参数值是否正常。如与输入信号不对应，重新设置使之与输入信号类型相对应。再进一步检测信号输入电路。

可以由一个简易4～20mA生成电路（见图3-26），取得4～20mA电流信号，输入仪表的11、12端子，便于进行故障检测。由外部24V直流电源，串1kΩ电阻和5kΩ电位器，与仪表端子内部电阻R2（250Ω）形成4～20mA的可调电流通路，当RP1调至电阻值最大时，回路电流约为4mA，当PR1阻值调整为0时，回路最大电流约为20mA。

从仪表的11、12端子输入可调电流信号时，测量11、12端子间电压，因仪表端子内部250Ω电阻的I-V转换作用，正常时应能测得1～5V的电压变化。但现在的测量结果是11、12端子间电压在20V以上，且调整RP1，该电压值变化较小。由此判断仪表端子11、12端子内部的250Ω电阻（实际电路中为R36，249Ω）未接入电路，或已有开路性损坏。

图3-26 4～20mA生成电路

停电，测量两端子之间的电阻，为几百千欧以上，随之检查输入电流/电压信号切换端子JP1，发现短路片连接于JP1的2、3端子！该仪表虽已在参数中设置为电流信号模式，但JP1的端子却设置成电压信号输入模式，使输入信号电压大大超高。致使MCU的检测信号与软件所设置信号类型不能对应，显示器显示出Sb故障提示，仪表不能正常工作。

拔下JP1的短路片，短接JP1的1、2端子，再从11、12端子送入4～20mA电流信号试验，显示正常，“故障”排除了。