畢業(yè)論文鍋爐單片機(jī)基于單片機(jī)的鍋爐溫度控制畢業(yè)論文正文

1、引 言目前，國內(nèi)企業(yè)的熱處理車間，雖然有的已出現(xiàn)微機(jī)控制的全自動(dòng)連續(xù)滲碳爐，但其價(jià)格卻使很多中、小型阿企業(yè)望洋興嘆。本文是以單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)正是針對(duì)這一問題而設(shè)計(jì)完成的，同時(shí)其控制原理也適用于其他類型的電爐系統(tǒng)的控制。選用了MCS-51系列的AT89S51單片機(jī)的控制系統(tǒng)的核心，采用PID控制算法，使用雙向晶閘管AC-SSR作為執(zhí)行元件。工作人員可以從鍵盤設(shè)定被控溫度、時(shí)間、溫度上限及溫度下限等工藝參數(shù)，按下運(yùn)行鍵后，系統(tǒng)將進(jìn)入自動(dòng)工作狀態(tài)，工作結(jié)束后，有報(bào)警器提醒工作人員。隨著現(xiàn)代工業(yè)的逐步發(fā)展，在工業(yè)生產(chǎn)中，溫度、壓力、流量和液位是四種最常見的過程變量。其中，溫度是一個(gè)非常重要的過程變量

2、。例如：在冶金工業(yè)、化工工業(yè)、電力工業(yè)、機(jī)械加工和食品加工等許多領(lǐng)域，都需要對(duì)各種加熱爐、熱處理爐、反應(yīng)爐和鍋爐的溫度進(jìn)行控制。然而，用常規(guī)的控制方法，潛力是有限的，難以滿足較高的性能要求。采用單片機(jī)來對(duì)它們進(jìn)行控制不僅具有控制方便、簡單和靈活性大的優(yōu)點(diǎn)，而且可以大幅度提高被測溫度的技術(shù)指標(biāo)，從而能夠大大提高產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量。因此，單片機(jī)對(duì)溫度的控制問題是一個(gè)工業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常會(huì)遇到的控制問題在現(xiàn)代化的工業(yè)生產(chǎn)中，電流、電壓、溫度、壓力、流量、流速和開關(guān)量都是常用的主要被控參數(shù)。采用MCS-51單片機(jī)來對(duì)溫度進(jìn)行控制，不僅具有控制方便、組態(tài)簡單和靈活性大等優(yōu)點(diǎn)，而且可以大幅度提高被控溫度的技術(shù)指標(biāo)

3、，從而能夠大大提高產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量。因此，單片機(jī)對(duì)溫度的控制問題是一個(gè)工業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常會(huì)遇到的問題。工業(yè)生產(chǎn)過程中經(jīng)常遇到的溫度控制系統(tǒng)是具有大滯后特征的控制系統(tǒng), 單純采用PID 算法校正的溫度控制系統(tǒng)具有高頻擾動(dòng)大、調(diào)整時(shí)間長、PID 參數(shù)整定困難、有較大超調(diào)量等弊端。這里以Intel 公司的MCS-51系列的AT89S51單片機(jī)為核心, 引進(jìn)模糊控制思想來實(shí)現(xiàn)對(duì)PID 參數(shù)整定, 設(shè)計(jì)了一個(gè)簡單實(shí)用的溫度控制系統(tǒng)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明, 該系統(tǒng)具有控制參數(shù)整定方便、控制精度高、穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)。溫度是工業(yè)控制中主要的被控參數(shù)之一, 特別是在冶金、化工、建材、食品、機(jī)械、石油等工業(yè)中, 具有舉足重輕的

4、作用。對(duì)于不同場所、不同工藝、所需溫度高低范圍不同、精度不同,則采用的測溫元件、測溫方法以及對(duì)溫度的控制方法也將不同產(chǎn)品工藝不同、控制溫度的精度不同、時(shí)效不同, 則對(duì)數(shù)據(jù)采集的精度和采用的控制算法也不同, 因而, 對(duì)溫度的測控方法多種多樣。隨著電子技術(shù)和微型計(jì)算機(jī)的迅速發(fā)展,微機(jī)測量和控制技術(shù)也得到了迅速的發(fā)展和廣泛的應(yīng)用。利用微機(jī)對(duì)溫度進(jìn)行測控的技術(shù), 也便隨之而生, 并得到日益發(fā)展和完善, 越來越顯示出其優(yōu)越性。本設(shè)計(jì)即用微機(jī)對(duì)溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測與控制。第1章 緒 論1.1 問題的提出 在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，溫度是非常重要的技術(shù)參數(shù)，在冶金工業(yè)、化工生產(chǎn)、電力工程、機(jī)械制造和食品加工等工業(yè)領(lǐng)域，

5、對(duì)溫度參數(shù)都有不同程度的要求。在本系統(tǒng)中，溫度對(duì)的控制對(duì)象鍋爐來說，是主要的參數(shù)。如果鍋爐內(nèi)的溫度過高，那么將會(huì)有爆炸的危險(xiǎn)，國內(nèi)這樣的生產(chǎn)事故也是經(jīng)常發(fā)生的，這將給生產(chǎn)和人們的日常生活帶來無法估量的損失。如果溫度過低，根本就達(dá)不到產(chǎn)品的工藝要求。故而，對(duì)鍋爐的溫度控制十分重要，也是十分必要的。1.2 系統(tǒng)的功能 本系統(tǒng)的功能主要有數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、輸出控制。能對(duì)01000 ºc范圍內(nèi)的電加熱鍋爐的溫度進(jìn)行精密測量，同時(shí)，四位LED顯示器直接跟蹤顯示被控對(duì)象的溫度值，準(zhǔn)確度高，顯示清晰，穩(wěn)定可靠，使用方便。 數(shù)據(jù)采集部分能完成對(duì)被測信號(hào)的采樣，顯示分辨率0.25ºc，測量

6、精度0.25ºc，控制精度0.25ºc，可以實(shí)現(xiàn)采集信號(hào)的放大及A/D轉(zhuǎn)換，并自動(dòng)進(jìn)行零漂校正，同時(shí)按設(shè)定值、所測溫度值、溫度變化速率，自動(dòng)進(jìn)行PID參數(shù)自整定和運(yùn)算，并輸出010mA控制電流，配以主回路實(shí)現(xiàn)溫度的控制。數(shù)據(jù)處理分為預(yù)處理、功能性處理、抗干擾等子功能。輸出控制部分主要是數(shù)碼管顯示控制。工作流程是：當(dāng)由傳感器（由熱敏電阻來實(shí)現(xiàn)）傳來模擬信號(hào)，經(jīng)放大電路放大之后，送到AD574A A/D轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。此信號(hào)送到單片機(jī)里，由單片機(jī)發(fā)出的控制信號(hào)分別送到EPPROM X5045、顯示接口8155。程序指令由EPPROM X5045送到單片機(jī)。經(jīng)8155輸出

7、的信號(hào)送到LED數(shù)碼顯示器顯示。系統(tǒng)可通過四個(gè)按鍵來設(shè)置上下限溫度值等,存入EPPROM中。每當(dāng)鍋爐的實(shí)際溫度高于所設(shè)定的上限值或低于下限時(shí)，單片機(jī)會(huì)發(fā)出信號(hào)驅(qū)動(dòng)聲光報(bào)警。單片機(jī)數(shù)據(jù)采集控制電路傳感器電熱鍋爐顯示電路越限報(bào)警按鍵控制圖1-1 系統(tǒng)的原理框圖第2章 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)    本單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)結(jié)構(gòu)是以單片機(jī)為核心外部擴(kuò)展相關(guān)電路的形式。確定了系統(tǒng)中的單片機(jī)、存儲(chǔ)器分配及輸入/輸出方式就可大體確定出單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的基本組成。 2.1 單片機(jī)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)2.1.1 單片機(jī)的選擇 在本系統(tǒng)中，考慮到系統(tǒng)的功能需求和目前市場上的單片機(jī)應(yīng)用情況以及與

8、學(xué)習(xí)的8051單片機(jī)的兼容情況，選定MCS-51系統(tǒng)的AT89S51。AT89S51是一個(gè)低功耗，高性能CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含4k Bytes ISP(In-system programmable)的可反復(fù)擦寫1000次的Flash只讀程序存儲(chǔ)器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)制造，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)及80C51引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用8位中央處理器和ISP Flash存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大的微型計(jì)算機(jī)的AT89S51可為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高性價(jià)比的解決方案。    AT89S51具有如下特點(diǎn)：40個(gè)引腳，4k B

9、ytes Flash片內(nèi)程序存儲(chǔ)器，128 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM），32個(gè)外部雙向輸入/輸出（I/O）口，5個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)2層中斷嵌套中斷，2個(gè)16位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器,2個(gè)全雙工串行通信口，看門狗（WDT）電路，片內(nèi)時(shí)鐘振蕩器。其引腳圖如圖21所示。圖2-1 AT89S51引腳圖2.1.2 時(shí)鐘電路的設(shè)計(jì)單片機(jī)雖然有內(nèi)部振蕩電路，但要形成時(shí)鐘，必須外部附加電路。51系列單片機(jī)的時(shí)鐘產(chǎn)生方法有兩種。一種是內(nèi)部時(shí)鐘方式，另一種是外部時(shí)鐘方式。（1） 內(nèi)部時(shí)鐘方式利用芯片內(nèi)部的振蕩電路，在XTAL1、XTAL2引腳上外接定時(shí)元件，內(nèi)部的振蕩電路便產(chǎn)生自激振蕩，用示波器可以觀察到XTA

10、L2輸出的時(shí)鐘信號(hào)。最常用的內(nèi)部時(shí)鐘方式是采用外接晶體（在頻率穩(wěn)定性要求不高而希望盡可能廉價(jià)時(shí)，可選擇陶瓷諧振器）和電容組成的并聯(lián)諧振回路，不論是HMOS還是CHMOS型單片機(jī)其并聯(lián)諧振回路及參數(shù)相同，如圖2-2所示CX2CX1晶振AT89S51XTAL1 XTAL2VSS 圖2-2 使用片內(nèi)振蕩器的時(shí)鐘電路 振蕩晶體可在1.2MHz12MHz之間選擇，電容值無嚴(yán)格要求，但在電容值取值對(duì)振蕩頻率輸出的穩(wěn)定性、大小、振蕩電路起振速度有少許影響，CX1、CX2可在20pF100pF之間取值，但在60pF70pF時(shí)振蕩器有較高的頻率穩(wěn)定性。在設(shè)計(jì)印刷電路板時(shí)，晶體或陶瓷諧振器和電容應(yīng)盡可能靠盡單片機(jī)

11、芯片安裝，以減少寄生電容，更好是保證諧振器穩(wěn)定和可靠地工作。為了提高溫度穩(wěn)定性，應(yīng)采用NPO電容。（2）外部時(shí)鐘方式外部時(shí)鐘方式是利用外部振蕩信號(hào)源直接接入XTAL1、XTAL2。由于HMOS和CHMOS單片機(jī)內(nèi)部時(shí)鐘進(jìn)入的引腳不同（CHMOS型單片機(jī)由XTAL1進(jìn)入，HMOS型單片機(jī)由XTAL2進(jìn)入），其外部振蕩信號(hào)源接入的方式也不同。HMOS型單片機(jī)的外部振蕩信號(hào)源的接入方法：外部振蕩信號(hào)接至XTAL2，而內(nèi)部的反相放大器的輸入端XTAL1應(yīng)接地。由于XTAL2端的邏輯電平不是TTL的，故建議外接一個(gè)上拉電阻。在CHMOS電路中，因內(nèi)部時(shí)鐘引入端取反相放大器的輸入端（即與非門的一個(gè)輸入端）

12、，故采用外部與HMOS型有所不同，外部信號(hào)接至XTAL1，而XTAL2可不接地。外部振蕩信號(hào)通過一個(gè)2分頻的觸發(fā)器而成為內(nèi)部的時(shí)鐘信號(hào)。故對(duì)外部信號(hào)的占空比沒什么要求，但高電平持續(xù)時(shí)間和低電平持續(xù)時(shí)間應(yīng)大于20ns.(3)本設(shè)計(jì)方案由于對(duì)上述兩種方案的分析，在本設(shè)計(jì)中選擇內(nèi)部時(shí)鐘方式。電路如圖2-3所示。在外部晶體上選用晶體振蕩器，頻率為11.0592MHz，為提高頻率穩(wěn)定性，CX1、CX2都為30pF。C230pF11.0592MHzXTAL1XTAL2VSS30pFAT89S51C1 圖2-3 本設(shè)計(jì)的時(shí)鐘電路2.1.3 復(fù)位電路的設(shè)計(jì)51系列單片機(jī)通常采用上電自動(dòng)復(fù)位和按鈕復(fù)位兩種。本文

13、是采用按鈕復(fù)位，電路如圖24所示。當(dāng)按鈕按下后，RESET引腳端出現(xiàn)低電平，只要RESET端保持10ms以上低電平，就能使單片機(jī)有效地復(fù)位。 (a) 上電自動(dòng)復(fù)位 (b) 按鈕復(fù)位圖2-4 復(fù)位電路2.1.4 數(shù)碼顯示環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)最常用的顯示器是LED（發(fā)光二極管顯示器）和LCD（液晶顯示器），這兩種顯示器可顯示數(shù)字、字符及系統(tǒng)的狀態(tài)，它們的驅(qū)動(dòng)電路簡單、易于實(shí)現(xiàn)且價(jià)格低廉，因此，得到廣泛應(yīng)用。常用的LED顯示器有LED狀態(tài)顯示器（俗稱發(fā)光二極管）、LED七段顯示器（俗稱數(shù)碼管）和LED十六段顯示器。發(fā)光二極管可顯示兩種狀態(tài)，用于系統(tǒng)狀態(tài)顯示；數(shù)碼管用于數(shù)字顯示；LED十六段顯示器用

14、于字符顯示。由于本系統(tǒng)中沒有顯示字符，故而選擇數(shù)碼管就可以滿足要求了。1、8155簡介（1）8155各引腳功能說明如下：RST：復(fù)位信號(hào)輸入端，高電平有效。復(fù)位后，3個(gè)I/O口均為輸入方式。AD0AD7：三態(tài)的地址/數(shù)據(jù)總線。與單片機(jī)的低8位地址/數(shù)據(jù)總線（P0口）相連。單片機(jī)與8155之間的地址、數(shù)據(jù)、命令與狀態(tài)信息都是通過這個(gè)總線口傳送的。：讀選通信號(hào)，控制對(duì)8155的讀操作，低電平有效。：寫選通信號(hào)，控制對(duì)8155的寫操作，低電平有效。：片選信號(hào)線，低電平有效。IO/：8155的RAM存儲(chǔ)器或I/O口選擇線。當(dāng)IO/0時(shí)，則選擇8155的片內(nèi)RAM，AD0AD7上地址為8155中RAM單

15、元的地址（00HFFH）；當(dāng)IO/1時(shí)，選擇 8155的I/O口，AD0AD7上的地址為8155 I/O口的地址。ALE：地址鎖存信號(hào)。8155內(nèi)部設(shè)有地址鎖存器，在ALE的下降沿將單片機(jī)P0口輸出的低8位地址信息及，IO/的狀態(tài)都鎖存到8155內(nèi)部鎖存器。因此，P0口輸出的低8位地址信號(hào)不需外接鎖存器。PA0PA7：8位通用I/O口，其輸入、輸出的流向可由程序控制。PB0PB7：8位通用I/O口，功能同A口。PC0PC5：有兩個(gè)作用，既可作為通用的I/O口，也可作為PA口和PB口的控制信號(hào)線，這些可通過程序控制。TIMER IN：定時(shí)/計(jì)數(shù)器脈沖輸入端。TIMER OUT：定時(shí)/計(jì)數(shù)器輸出端

16、。VCC：5V電源。（2）8155的地址編碼及工作方式在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，8155是按外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器統(tǒng)一編址的，為16位地址，其高8位由片選線提供，0，選中該片。當(dāng)0，IO/0時(shí)，選中8155片內(nèi)RAM，這時(shí)8155只能作片外RAM使用，其RAM的低8位編址為00HFFH；當(dāng)0，IO/1時(shí)，選中8155的I/O口，其端口地址的低8位由AD7AD0確定，如表6-6所示。這時(shí)，A、B、C口的口地址低8位分別為01H、02H、03H（設(shè)地址無關(guān)位為0）。8155的A口、B口可工作于基本I/O方式或選通I/O方式。C口可工作于基本I/O方式，也可作為A口、B口在選通工作方式時(shí)的狀態(tài)控制信號(hào)線。當(dāng)C口作

17、為狀態(tài)控制信號(hào)時(shí)，其每位線的作用如下：PC0：AINTR（A口中斷請(qǐng)求線）PC1：ABF（A口緩沖器滿信號(hào)）PC2：（A口選通信號(hào)）PC3：BINTR（B口中斷請(qǐng)求線）PC4：BBF（B口緩沖器滿信號(hào)）PC5：（B口選通信號(hào)）表2-1 8155芯片的I/O口地址AD7AD0選擇I/O口A7A6A5A4A3A2A1A0×××××××××××××××××××××××

18、15;××××××000011001100010101命令/狀態(tài)寄存器A口B口C口定時(shí)器低8位定時(shí)器高6位及方式8155的I/O工作方式選擇是通過對(duì)8155內(nèi)部命令寄存器設(shè)定控制字實(shí)現(xiàn)的。命令寄存器只能寫入，不能讀出。在ALT1ALT4的不同方式下，A口、B口及C口的各位工作方式如下：ALT1：A口，B口為基本輸入/輸出，C口為輸入方式。ALT2：A口，B口為基本輸入/輸出，C口為輸出方式。ALT3：A口為選通輸入/輸出，B口為基本輸入/輸出。PC0為AINTR，PC1為ABF，PC2為，PC3PC5為輸出。ALT4：A口、B口為選通

19、輸入/輸出。PC0為AINTR，PC1為ABF，PC2為，PC3為BINTR，PC4為BBF，PC5為。2靜態(tài)顯示接口1）靜態(tài)顯示概念靜態(tài)顯示是指數(shù)碼管顯示某一字符時(shí)，相應(yīng)的發(fā)光二極管恒定導(dǎo)通或恒定截止。這種顯示方式的各位數(shù)碼管相互獨(dú)立，公共端恒定接地（共陰極）或接正電源（共陽極）。每個(gè)數(shù)碼管的8個(gè)字段分別與一個(gè)8位I/O口地址相連，I/O口只要有段碼輸出，相應(yīng)字符即顯示出來，并保持不變，直到I/O口輸出新的段碼。采用靜態(tài)顯示方式，較小的電流即可獲得較高的亮度，且占用CPU時(shí)間少，編程簡單，顯示便于監(jiān)測和控制，但其占用的口線多，硬件電路復(fù)雜，成本高，只適合于顯示位數(shù)較少的場合。3動(dòng)態(tài)顯示接口1

20、）動(dòng)態(tài)顯示概念動(dòng)態(tài)顯示是一位一位地輪流點(diǎn)亮各位數(shù)碼管，這種逐位點(diǎn)亮顯示器的方式稱為位掃描。通常，各位數(shù)碼管的段選線相應(yīng)并聯(lián)在一起，由一個(gè)8位的I/O口控制；各位的位選線（公共陰極或陽極）由另外的I/O口線控制。動(dòng)態(tài)方式顯示時(shí)，各數(shù)碼管分時(shí)輪流選通，要使其穩(wěn)定顯示必須采用掃描方式，即在某一時(shí)刻只選通一位數(shù)碼管，并送出相應(yīng)的段碼，在另一時(shí)刻選通另一位數(shù)碼管，并送出相應(yīng)的段碼，依此規(guī)律循環(huán)，即可使各位數(shù)碼管顯示將要顯示的字符，雖然這些字符是在不同的時(shí)刻分別顯示，但由于人眼存在視覺暫留效應(yīng)，只要每位顯示間隔足夠短就可以給人同時(shí)顯示的感覺。采用動(dòng)態(tài)顯示方式比較節(jié)省I/O口，硬件電路也較靜態(tài)顯示方式簡單，

21、但其亮度不如靜態(tài)顯示方式，而且在顯示位數(shù)較多時(shí)，CPU要依次掃描，占用CPU較多的時(shí)間。綜合靜態(tài)顯示和動(dòng)態(tài)顯示的優(yōu)缺點(diǎn),在本次設(shè)計(jì)中選擇動(dòng)態(tài)顯示。用MCS-51系列單片機(jī)構(gòu)建數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示系統(tǒng)時(shí)常采用8155可編程I/O擴(kuò)展接口。 2）多位動(dòng)態(tài)顯示接口應(yīng)用采用8051與8155接口，再采用8155的I/O口控制數(shù)碼管的段碼和位碼，同時(shí)，采用動(dòng)態(tài)掃描方式依次循環(huán)點(diǎn)亮各位數(shù)碼管，即可構(gòu)成多位動(dòng)態(tài)數(shù)碼管顯示電路。由8155的A口控制段碼輸出，C口控制位碼輸出，采用定時(shí)器中斷方式實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)掃描，每隔20ms掃描一次，每位數(shù)碼管點(diǎn)亮的時(shí)間為1ms。在單片機(jī)內(nèi)部RAM設(shè)置待顯示數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，由查表程序完成顯示

22、譯碼，將緩沖區(qū)內(nèi)待顯示數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的段碼，再將段碼通過8051的P0口送至8155的A口；位碼數(shù)據(jù)由累加器循環(huán)左移指令產(chǎn)生，再通過P0口送至8155的C口。以單片機(jī)內(nèi)部RAM的30H35H單元作為顯示數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，六位數(shù)碼管段碼的獲取及每位數(shù)碼管的顯示時(shí)間均由顯示子程序完成；采用定時(shí)器中斷方式實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)掃描，每隔20ms掃描一次，每位數(shù)碼管點(diǎn)亮的時(shí)間為1ms。單片機(jī)每接收一次按鍵信號(hào)（即模擬生產(chǎn)線計(jì)數(shù)信號(hào)），顯示緩沖區(qū)的待顯示數(shù)據(jù)被刷新一次，數(shù)碼管相應(yīng)的顯示數(shù)值也就隨之發(fā)生變化，如連續(xù)按鍵，即可產(chǎn)生計(jì)數(shù)數(shù)據(jù)從左至右循環(huán)移動(dòng)的效果。根據(jù)圖中IO/、與單片機(jī)的連接可知，可以確定命令/狀態(tài)字A口、B口

23、、C口、計(jì)數(shù)值低8位寄存器及高6位和方式寄存器地址分別為：0100H、0101H、0102H、0103H、0104H、0105H 。同樣都是動(dòng)態(tài)掃描顯示，如果是采用不斷調(diào)用子程序的方式實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)掃描顯示，亮度相對(duì)較高，CPU效率較低；但如果是采用定時(shí)器中斷（20ms中斷一次）的方式實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)掃描顯示，亮度較低，CPU效率相對(duì)較高；誰優(yōu)誰劣，各有千秋。針對(duì)數(shù)碼管顯示亮度偏低的情況，可采用提高掃描速度（如由20ms改為10ms）,或適當(dāng)延長單只數(shù)碼管導(dǎo)通的時(shí)間（如導(dǎo)通延時(shí)時(shí)間由1ms改為2ms）等措施來彌補(bǔ)，但其帶來的后果是顯示程序占用CPU的時(shí)間更多，導(dǎo)致CPU利用率更加下降。2.1.5 可編程鍵盤

24、的設(shè)計(jì)鍵盤是由一組規(guī)則排列的按鍵組成，一個(gè)按鍵實(shí)際上是一個(gè)開關(guān)元件，也就是說鍵盤是一組規(guī)則排列的開關(guān)。 1、按鍵的分類按鍵按照結(jié)構(gòu)原理可分為兩類，一類是觸點(diǎn)式開關(guān)按鍵，如機(jī)械式開關(guān)、導(dǎo)電橡膠式開關(guān)等；另一類是無觸點(diǎn)開關(guān)按鍵，如電氣式按鍵，磁感應(yīng)按鍵等。前者造價(jià)低，后者壽命長。目前，微機(jī)系統(tǒng)中最常見的是觸點(diǎn)式開關(guān)按鍵。按鍵按照接口原理可分為編碼鍵盤與非編碼鍵盤兩類，這兩類鍵盤的主要區(qū)別是識(shí)別鍵符及給出相應(yīng)鍵碼的方法。編碼鍵盤主要是用硬件來實(shí)現(xiàn)對(duì)鍵的識(shí)別，非編碼鍵盤主要是由軟件來實(shí)現(xiàn)鍵盤的定義與識(shí)別。全編碼鍵盤能夠由硬件邏輯自動(dòng)提供與鍵對(duì)應(yīng)的編碼，此外，一般還具有去抖動(dòng)和多鍵、竄鍵保護(hù)電路，這種鍵

25、盤使用方便，但需要較多的硬件，價(jià)格較貴，一般的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)較少采用。非編碼鍵盤只簡單地提供行和列的矩陣，其它工作均由軟件完成。由于其經(jīng)濟(jì)實(shí)用，較多地應(yīng)用于單片機(jī)系統(tǒng)中。下面將重點(diǎn)介紹非編碼鍵盤接口。 2、鍵輸入原理在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，除了復(fù)位按鍵有專門的復(fù)位電路及專一的復(fù)位功能外，其它按鍵都是以開關(guān)狀態(tài)來設(shè)置控制功能或輸入數(shù)據(jù)。當(dāng)所設(shè)置的功能鍵或數(shù)字鍵按下時(shí)，計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)應(yīng)完成該按鍵所設(shè)定的功能，鍵信息輸入是與軟件結(jié)構(gòu)密切相關(guān)的過程。對(duì)于一組鍵或一個(gè)鍵盤，總有一個(gè)接口電路與CPU相連。CPU可以采用查詢或中斷方式了解有無將鍵輸入并檢查是哪一個(gè)鍵按下，將該鍵號(hào)送入累加器ACC，然后通過跳轉(zhuǎn)指

26、令轉(zhuǎn)入執(zhí)行該鍵的功能程序，執(zhí)行完后再返回主程序。3、按鍵結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)微機(jī)鍵盤通常使用機(jī)械觸點(diǎn)式按鍵開關(guān)，其主要功能是把機(jī)械上的通斷轉(zhuǎn)換成為電氣上的邏輯關(guān)系。也就是說，它能提供標(biāo)準(zhǔn)的TTL邏輯電平，以便與通用數(shù)字系統(tǒng)的邏輯電平相容。機(jī)械式按鍵再按下或釋放時(shí)，由于機(jī)械彈性作用的影響，通常伴隨有一定時(shí)間的觸點(diǎn)機(jī)械抖動(dòng)，然后其觸點(diǎn)才穩(wěn)定下來。其抖動(dòng)過程如圖2-5所示，抖動(dòng)時(shí)間的長短與開關(guān)的機(jī)械特性有關(guān)，一般為510ms。閉合穩(wěn)定鍵按下前沿抖動(dòng)后沿抖動(dòng)圖2-5 按鍵觸點(diǎn)的機(jī)械抖動(dòng)在觸點(diǎn)抖動(dòng)期間檢測按鍵的通與斷狀態(tài)，可能導(dǎo)致判斷出錯(cuò)。即按鍵一次按下或釋放被錯(cuò)誤地認(rèn)為是多次操作，這種情況是不允許出現(xiàn)的。為了克

27、服按鍵觸點(diǎn)機(jī)械抖動(dòng)所致的檢測誤判，必須采取去抖動(dòng)措施，可從硬件、軟件兩方面予以考慮。在鍵數(shù)較少時(shí)，可采用硬件去抖，而當(dāng)鍵數(shù)較多時(shí)，采用軟件去抖。在本系統(tǒng)中，雖然只有四個(gè)按鍵，但考慮到系統(tǒng)外部電路已經(jīng)比較復(fù)雜了，采用軟件去抖方式。單片機(jī)控制系統(tǒng)中，往往只需要幾個(gè)功能鍵，此時(shí)，可采用獨(dú)立式按鍵結(jié)構(gòu)。獨(dú)立式按鍵是直接用I/O口線構(gòu)成的單個(gè)按鍵電路，其特點(diǎn)是每個(gè)按鍵單獨(dú)占用一根I/O口線，每個(gè)按鍵的工作不會(huì)影響其它I/O口線的狀態(tài)。獨(dú)立式按鍵的典型應(yīng)用如圖2-6所示。獨(dú)立式按鍵電路配置靈活，軟件結(jié)構(gòu)簡單，但每個(gè)按鍵必須占用一根I/O口線，因此，在按鍵較多時(shí)，I/O口線浪費(fèi)較大，不宜采用。圖2-6中按鍵

28、輸入均采用低電平有效，此外，上拉電阻保證了按鍵斷開時(shí)，I/O口線有確定的高電平。當(dāng)I/O口線內(nèi)部有上拉電阻時(shí)，外電路可不接上拉電阻。獨(dú)立式按鍵軟件常采用查詢式結(jié)構(gòu)。先逐位查詢每根I/O口線的輸入狀態(tài)，如某一根I/O口線輸入為低電平，則可確認(rèn)該I/O口線所對(duì)應(yīng)的按鍵已按下，然后，再轉(zhuǎn)向該鍵的功能處理程序。+5VAT89S51P1.0P1.1P1.2P1.3圖2-6 獨(dú)立式按鍵電路單片機(jī)系統(tǒng)中，若使按鍵較多時(shí)，通常采用矩陣式（也稱行列式）鍵盤。但在本次設(shè)計(jì)中，按鍵較少，故而選擇獨(dú)立式按鍵。而且通常情況下，為了節(jié)省單片機(jī)口線，把鍵盤和數(shù)碼顯示模塊設(shè)計(jì)在一起。具體設(shè)計(jì)如下：1K*48路驅(qū)動(dòng)4路驅(qū)動(dòng)PA

29、0PA7+5VPB4PB7PB0PB3接地圖2-7 鍵盤與顯示電路2.1.6  看門狗電路及外部程序存儲(chǔ)器看門狗對(duì)系統(tǒng)提供了保護(hù)功能。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障而超過設(shè)置時(shí)間時(shí)或者程序跑飛時(shí)，電路中的看門狗將通過RESET信號(hào)向CPU 做出反應(yīng)。為了系統(tǒng)有很好的掉電保護(hù)，擴(kuò)展了外部ROM。當(dāng)系統(tǒng)掉電時(shí)，開始設(shè)定的溫度值如果沒有存儲(chǔ)，那就會(huì)丟失，到上電時(shí)又要重新設(shè)置，這給的實(shí)際工作生活帶來了麻煩。所以，針對(duì)這個(gè)問題，在單片機(jī)系統(tǒng)之外設(shè)計(jì)了外部ROM，將設(shè)置的溫度值存入，那么掉電后就不會(huì)丟失，再次上電后也就不用再次設(shè)定了。X5045是一種集看門狗、電壓監(jiān)控和串行EEPROM 三種功能于一身

30、的可編程電路。這種組合設(shè)計(jì)減少了電路對(duì)電路板空間的需求。X5045提供了三個(gè)時(shí)間值供用戶選擇使用。它所具有的電壓監(jiān)控功能還可以保護(hù)系統(tǒng)免受低電壓的影響，當(dāng)電源電壓降到允許范圍以下時(shí)，系統(tǒng)將復(fù)位，直到電源電壓返回到穩(wěn)定值為止。X5045的存儲(chǔ)器與CPU 可通過串行通信方式接口，共有4096個(gè)位，可以按512×8個(gè)字節(jié)來放置數(shù)據(jù)。1、 引腳介紹X5045的管腳排列如圖2-8 所示，它共有8個(gè)引腳，各引腳的功能如下：CS 電路選擇端，低電平有效；            &

31、#160;        SO ：串行數(shù)據(jù)輸出端；    SI ：串行數(shù)據(jù)輸入端；     SCK：串行時(shí)鐘輸入端；    WP ：寫保護(hù)輸入端，低電平有效；    RESET ：復(fù)位輸出端； VCC ：電源端； VSS ：接地端。圖2-8 X5045引腳圖2、 工作原理 （1） 上電復(fù)位 向X5045加電時(shí)會(huì)激活其內(nèi)部的上電復(fù)位電路，從而使RESET 引腳有效。該信號(hào)可避免系統(tǒng)微處理器在電壓不足或振蕩器未穩(wěn)定的情況

32、下工作。當(dāng)VCC 超過器件的Vtrip門限值時(shí)，電路將在200ms（典型）延時(shí)后釋放RESET 以允許系統(tǒng)開始工作。（2） 低電壓監(jiān)視工作時(shí)， X5045對(duì)VCC 電平進(jìn)行監(jiān)測，若電源電壓跌落至預(yù)置的最小Vtrip以下時(shí)，系統(tǒng)即確認(rèn)RESET，從而避免微處理器在電源失效或斷開的情況下工作。當(dāng)RESET 被確認(rèn)后，該RESET 信號(hào)將一直保持有效，直到電壓跌到低于1V 。而當(dāng)VCC 返回并超過Vtrip達(dá)200ms時(shí)，系統(tǒng)重新開始工作。（3） 看門狗定時(shí)器看門狗定時(shí)器的作用是通過監(jiān)視WDI輸入來監(jiān)視微處理器是否激活。由于微處理器必須周期性的觸發(fā)CS/WDI引腳以避免RESET 信號(hào)激活而使電路復(fù)

33、位，所以CS/WDI引腳必須在看門狗超時(shí)時(shí)間終止之前受到由高至低信號(hào)的觸發(fā)。（4） 重新設(shè)置VCC 門限X5045/45出廠時(shí)設(shè)置的標(biāo)準(zhǔn)VCC 門限電壓為Vtrip，但在應(yīng)用時(shí)，如果標(biāo)準(zhǔn)值不恰當(dāng)，用戶可以重新調(diào)整。（5） SPI串行存儲(chǔ)器器件存儲(chǔ)器部分是帶塊鎖保護(hù)的CMOS串行EEPROM 陣列，陣列的內(nèi)部組織是×8 位。X5045可提供最少為1000,000次擦寫和100年的數(shù)據(jù)保存期，并具有串行外圍接口（SPI）和軟件協(xié)議的特點(diǎn)，允許工作在簡單的四總線上。X5045主要是通過一個(gè)8 位的指令寄存器來控制器件的工作，其指令代碼通過SI輸入端（MSB在前）寫入寄存器。表2-2所列為X

34、5045的指令格式及其操作。(6) 時(shí)鐘和數(shù)據(jù)時(shí)序當(dāng)CS變低以后，SI線上的輸入數(shù)據(jù)在SCK 的第一個(gè)上升沿時(shí)被鎖存。而SO 線上的數(shù)據(jù)則由SCK的下降沿輸出。用戶可以停止時(shí)鐘，然后再啟動(dòng)它, 以便在它停止的地方恢復(fù)操作。在整個(gè)工作期間，CS必須為低。表2-2 X5045的指令格式及其操作指令名稱指令格式操作WREN00000110設(shè)置寫使能鎖存器（使能寫操作）WRDI00000100復(fù)位寫使能鎖存器（禁止寫操作）RSDR00000101讀狀態(tài)寄存器WRSR00000001讀狀態(tài)寄存器（看門狗和塊鎖）READ0000A800從選定的地址開始讀存儲(chǔ)器陣列的數(shù)據(jù)WRITE0000A8010從選定的

35、地址開始寫入數(shù)據(jù)至存儲(chǔ)器陣列（1至16字節(jié)）(7) 狀態(tài)寄存器狀態(tài)寄存器包含四個(gè)非易失性狀態(tài)位和兩個(gè)易失性狀態(tài)位?？刂莆挥糜谠O(shè)置看門狗定時(shí)器的操作和存儲(chǔ)器的塊鎖保護(hù)。表2-3 狀態(tài)寄存器的格式7654321000WD1WD0BL1BL0WELWIP其中： WIP (Write-In-Progress) 位是易失性只讀位，用于指明器件是否忙于內(nèi)部非易失性寫操作。WIP 位可用RDSR指令讀出。當(dāng)該位為“1”時(shí)，表示非易失性寫操作正在進(jìn)行；為“0”時(shí)，表示沒有進(jìn)行寫操作。WEL（Write Enable Latch）位用于指出“寫使能”鎖存的狀態(tài)。WEL=1時(shí)，表示鎖存被設(shè)置；WEL=0 表示鎖存

36、已復(fù)位。WEL 位是易失性只讀位?？梢杂肳REN指令設(shè)置WEL 位；用WRDI指令復(fù)位WEL位。用BLO，BL1（Block Lock）位可設(shè)置塊鎖存保護(hù)的范圍。任何被塊鎖保護(hù)的存儲(chǔ)器都只能讀出不能寫入。這兩個(gè)非易失性位可用WRSR指令來編程，并允許用戶保護(hù)EEPROM 陣列的1/4 、1/2、全部或0。參見表2-4 。表2-4 受保護(hù)的EEPROM陳列地址狀態(tài)寄存器位受保護(hù)的陳列地址BL1BL0X504500無011801FF101001FF110001FF    WD0、WD1（ Watchdog Timer）位用于選擇看門狗的超時(shí)周期。見表2-5 。當(dāng)用CS

37、 選中器件后，送8 位RDSR指令，并由CLK 信號(hào)觸發(fā)即可將狀態(tài)寄存器的內(nèi)容從SO 線上讀出。而在寫狀態(tài)寄存器時(shí)，應(yīng)先將CS 拉低，然后送WREN指令，再拉高CS。然后再次拉低CS，最后送入WREN指令及對(duì)應(yīng)于狀態(tài)寄存器內(nèi)容的8 位數(shù)據(jù)即可。該操作由CS 變高結(jié)束。表2-5 看門狗超時(shí)周期選擇狀態(tài)寄存器看們狗超時(shí)周期（典型值）WD1WD0001.4秒01600毫秒10200毫秒11禁止WEL位及WP引腳的狀態(tài)對(duì)器件內(nèi)的存儲(chǔ)器及狀態(tài)寄存器各部分保護(hù)的影響如表2-6所列。表2-6 WREN命令和WP引 腳狀態(tài)對(duì)狀態(tài)寄存器的影響WREN命令（WEL） 器件引腳（WP）存儲(chǔ)器件狀態(tài)寄存器（BL0，B

38、L1，WD0，WD1）保護(hù)區(qū)不保護(hù)區(qū)0X保護(hù)保護(hù)保護(hù)X0保護(hù)保護(hù)保護(hù)11保護(hù)可寫入可寫入X5045與單片機(jī)的接口電路非常簡單，只要將X5045的引腳分別接到單片機(jī)的口線上即可。具體見下圖所示。圖2-9 X5045與單片機(jī)的接口電路2.1.7 限溫報(bào)警電路和抗干擾電路的設(shè)計(jì)1、 限溫報(bào)警電路的設(shè)計(jì)在本系統(tǒng)中，設(shè)計(jì)了能夠設(shè)定上下限溫度值的功能，當(dāng)溫度超過上限或下限的時(shí)候，系統(tǒng)將會(huì)報(bào)警。具體的電路如下：圖2-10 報(bào)警電路+12VNPN報(bào)警信號(hào)R2、抗干擾電路的設(shè)計(jì)針對(duì)可能出現(xiàn)的各種干擾，設(shè)計(jì)抗干擾電路?？垢蓴_電路就是在系統(tǒng)的弱電部分（以單片機(jī)為核心）的電源入口處對(duì)地跨接1個(gè)大電容（100µ

39、;f左右）與1個(gè)小電容（0.1µf左右），在系統(tǒng)內(nèi)部各芯片的電源端對(duì)地跨接1個(gè)小電容（0.01µf0.1µf）。 2.2 溫度傳感器的選擇及A/D轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)由于當(dāng)今市場上流行的數(shù)字式溫度傳感器例如AD7416等的測定溫度的范圍非常小,一般只能做到-50度到+125度之間,這遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足工業(yè)上的需要，故而選擇傳統(tǒng)的模擬式的傳感器，然后通過AD轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，送入單片機(jī)。2.2.1 傳感器的選擇本次系統(tǒng)的控制對(duì)象是需要工作在01000的溫度范圍內(nèi)，選擇熱電敏電阻傳感器，溫度檢測元件與變送器的類型選擇和被控溫度及精度等級(jí)有關(guān)，鎳鉻/鎳鋁熱電偶適用于

40、01000的溫度范圍，相應(yīng)輸出電壓為0mV41.32 mV。變送器由毫伏變送器和電流/電壓變送器組成：毫伏變送器用于把熱電敏電阻輸出的0mV41.32 mV變換成0mA10mA范圍內(nèi)的電流；電流/電壓變送器用于把毫伏變送器輸出的0mA10mA范圍內(nèi)的電流變換成0V5V的電壓。為了提高測量精度，變送器可以進(jìn)行零點(diǎn)遷移。例如：若溫度測量范圍為4001000度，則熱電敏電阻輸出為16.4mV41.3mV,毫伏變送器零點(diǎn)遷移后輸出0mA10mA范圍內(nèi)的電流，這樣，采用12位A/D轉(zhuǎn)換器就可以使量化溫度誤差達(dá)到±0.15以內(nèi)。2.2.2 A/D轉(zhuǎn)換原理 A/D轉(zhuǎn)換器把模擬量信號(hào)轉(zhuǎn)換成與其大小成

41、比例的數(shù)字量信號(hào)。A/D轉(zhuǎn)換電路的種類很多，根據(jù)轉(zhuǎn)換原理，目前常用的A/D轉(zhuǎn)換電路主要分逐次逼近式和雙積分式。A/D轉(zhuǎn)換的主要技術(shù)指標(biāo)有：（1）轉(zhuǎn)換時(shí)間和轉(zhuǎn)換速率轉(zhuǎn)換時(shí)間是A/D完成一次轉(zhuǎn)換所需要的時(shí)間。轉(zhuǎn)換時(shí)間的倒數(shù)是轉(zhuǎn)換速率。并行式A/D轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換時(shí)間最短約為2050ns，速率為2050Mb/s；雙極性逐次逼近式裝換器轉(zhuǎn)換時(shí)間約為0.4s，速率為2.5 Mb/s。（2）分辨率A/D轉(zhuǎn)換器的分辨率習(xí)慣上用輸出二進(jìn)制位數(shù)或BCD位數(shù)表示。量化過程引起的誤差為量化誤差。量化誤差是由于有限數(shù)字對(duì)模擬量進(jìn)行量化而引起的誤差。量化誤差理論上規(guī)定為一個(gè)單位分辨率的±1/2LSB，提高分辨率可

42、減少量化誤差。（3）轉(zhuǎn)換精度A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換精度定義為一個(gè)實(shí)際A/D轉(zhuǎn)換器與一個(gè)理想A/D轉(zhuǎn)換器在量化值上的差值?？捎媒^對(duì)誤差或相對(duì)誤差表示。逐次逼近式轉(zhuǎn)換的基本原理是用一個(gè)計(jì)量單位使連續(xù)量數(shù)量化（簡稱量化），即用計(jì)量單位與連續(xù)量比較，把連續(xù)量變成計(jì)量單位的整數(shù)倍，略去小于計(jì)量單位的連續(xù)量部分。這樣所得到的整數(shù)量即位數(shù)字量。顯然，計(jì)量單位越小，量化誤差也越小?？梢姡鸫伪平降霓D(zhuǎn)換原理即“逐位比較”。圖2-11為一個(gè)N位逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器原理圖。它由N位寄存器、D/A轉(zhuǎn)換器、比較器和控制邏輯等部分組成。N位寄存器用來存放N位二進(jìn)制數(shù)碼。當(dāng)模擬量VX送入比較器后，啟動(dòng)信號(hào)通過控制邏輯電路啟

43、動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換。首先，置N位寄存器最高位（DN-1）為“1”，其余位清“0”，N位寄存器的內(nèi)容經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換后得到整個(gè)量程一半的模擬電壓VN與輸入電壓VX比較。若VX>VN，則保留DN-1=1；若VX<VN 則DN-1 清“0”。然后，控制邏輯使下一位（DN-2）置“1”，與上一次的結(jié)果一起經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換后與VX比較，直到D0位取1還是0為止，此時(shí)控制邏輯電路發(fā)出轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)EOC。這樣，經(jīng)過N次比較后，N位寄存器的內(nèi)容就是轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量數(shù)據(jù)，在輸出允許信號(hào)OE有效的情況下，此值經(jīng)輸出緩沖器讀出。整個(gè)轉(zhuǎn)換過程就是一個(gè)逐次比較逼近的過程。雙積分式A/D轉(zhuǎn)換采用了間接測量原理,即將被測電壓值

44、VX轉(zhuǎn)換成時(shí)間常數(shù),通過測量時(shí)間常數(shù)得到未知的電壓值。它由電子開關(guān)、積分器、比較器、計(jì)數(shù)器、邏輯控制門等部件組成。 所謂雙積分就是進(jìn)行一次A/D轉(zhuǎn)換需要兩次積分。轉(zhuǎn)換時(shí)，控制門通過電子開關(guān)把被測電壓VX加到積分器的輸入端，積分器從零開始，在固定的時(shí)間T0內(nèi)對(duì)VX積分（稱為定時(shí)積分），積分輸出終值與VX成正比。接著控制門將電子開關(guān)切換到極性與VX相反的基準(zhǔn)電壓VR上，進(jìn)行反向積分，由于基準(zhǔn)電壓VR恒定，所以積分輸出將按T0期間積分的值以恒定的斜率下降，當(dāng)比較器檢測積分輸出過零時(shí)，積分器停止工作。反向積分時(shí)間T1與定值積分的初值成比例關(guān)系，故可以通過測量反向積分時(shí)間T1計(jì)算出VX，即：VX= VR

45、*T1/ T0。由于雙積分方法的二次積分時(shí)間比較長，因此A/D轉(zhuǎn)換速度慢，故在本次設(shè)計(jì)中選擇逐位逼近式。常用的逐次逼近式A/D器件有ADC0809、AD574A等。由于ADC0809是八位數(shù)字量輸出，故而轉(zhuǎn)換精度不能滿足要求，在次選擇12位的轉(zhuǎn)換芯片AD574A。比較器時(shí)序與控制邏輯電路D/A轉(zhuǎn)換器N位寄存器輸出緩沖器EOCVXOE時(shí)鐘啟動(dòng)VN   圖2-11逐次逼近A/D轉(zhuǎn)換器原理圖2.2.3 AD574A芯片功能介紹AD574A是美國模擬數(shù)字公司（Analog）推出的單片高速12位逐次比較型A/D轉(zhuǎn)換器，內(nèi)置雙極性電路構(gòu)成的混合集成轉(zhuǎn)換顯片，具有外接元件少，功耗低，精度

46、高等特點(diǎn)，并且具有自動(dòng)校零和自動(dòng)極性轉(zhuǎn)換功能，只需外接少量的阻容件即可構(gòu)成一個(gè)完整的A/D轉(zhuǎn)換器，其主要功能特性如下：    分辨率：12位非線性誤差：小于±1/2LBS或±1LBS轉(zhuǎn)換速率：25us模擬電壓輸入范圍：010V和020V，0±5V和0±10V兩檔四種電源電壓：±15V和5V數(shù)據(jù)輸出格式：12位/8位芯片工作模式：全速工作模式和單一工作模式AD574A的引腳說明：1. Pin1(+V)+5V電源輸入端。    2. Pin2()數(shù)據(jù)

47、模式選擇端，通過此引腳可選擇數(shù)據(jù)縱線是12位或8位輸出。    3. Pin3()片選端。    4. Pin4(A0)字節(jié)地址短周期控制端。與端用來控制啟動(dòng)轉(zhuǎn)換的方式和數(shù)據(jù)輸出格式。須注意的是，端TTL電平不能直接+5V或0V連接。 5. Pin5()讀轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)控制端。6. Pin6(CE)使能端。7. Pin7(V+)正電源輸入端，輸入+15V電源。8. Pin8(REF OUT)10V基準(zhǔn)電源電壓輸出端。9. Pin9(AGND)模擬地端。

48、10. Pin10(REF IN)基準(zhǔn)電源電壓輸入端。11. Pin(V-)負(fù)電源輸入端，輸入-15V電源。12. Pin1(V+)正電源輸入端，輸入+15V電源。13. Pin13(10V IN)10V量程模擬電壓輸入端。14. Pin14(20V IN)20V量程模擬電壓輸入端。15. Pin15(DGND)數(shù)字地端。圖2-12 AD574A的引腳圖  16. Pin16Pin27(DB0DB11)12條數(shù)據(jù)總線。通過這12條數(shù)據(jù)總線向外輸出A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)。17. Pin28(STS)工作狀態(tài)指示信號(hào)

49、端，當(dāng)STS=1時(shí)，表示轉(zhuǎn)換器正處于轉(zhuǎn)換狀態(tài)，當(dāng)STS=0時(shí)，聲明A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束，通過此信號(hào)可以判別A/D轉(zhuǎn)換器的工作狀態(tài)，作為單片機(jī)的中斷或查詢信號(hào)之用。AD574A的工作模式：以上所述的是AD574A的全控狀態(tài)，如果需AD574A工作于單一模式，只需將CE、端接至+5V電源端，和A0接至0V，僅用端來控制A/D轉(zhuǎn)換的啟動(dòng)和數(shù)據(jù)輸出。當(dāng)=0時(shí)，啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換器，經(jīng)25us后STS=1，表明A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束，此時(shí)將置1，即可從數(shù)據(jù)端讀取數(shù)據(jù)。表2-7 AD574A控制邏輯真值表CEA0工作狀態(tài)0XXXX禁止X1XXX禁止100X0啟動(dòng)12位轉(zhuǎn)換100X1啟動(dòng)8位轉(zhuǎn)換101接+5VX12位并行輸出

50、有效101接+5V0高8位并行輸出有效101接+5V1低4位并行輸出有效 圖2-13 單片機(jī)與AD574A的接口電路2.2.4 A/D轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)前文已經(jīng)詳細(xì)介紹了逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換原理，現(xiàn)在在此基礎(chǔ)上具體設(shè)計(jì)本系統(tǒng)中的A/D轉(zhuǎn)換電路。圖2-13是AT89S51單片機(jī)與AD574A的接口電路，其中還使用了三態(tài)鎖存器74LS373和74LS00與非門電路，邏輯控制信號(hào)由(、和A0)有AT89S51的數(shù)據(jù)口P0發(fā)出，并由三態(tài)鎖存器74LS373鎖存到輸出端Q0、Q1和Q2上，用于控制AD574A的工作過程。AD轉(zhuǎn)換器的數(shù)據(jù)輸出也通過P0數(shù)據(jù)總線連至AT89S51，由于只使用了8位數(shù)據(jù)口，12位

51、數(shù)據(jù)分兩次讀進(jìn)AT89S51，所以接地。當(dāng)AT89S51的p3.0查詢到STS端轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)后，先將轉(zhuǎn)換后的12位A/D數(shù)據(jù)的高8位讀進(jìn)AT89S51，然后再將低4位讀進(jìn)AT89S51。這里不管AD574A是處在啟動(dòng)、轉(zhuǎn)換和輸出結(jié)果，使能端CE都必須為1，因此將AT89S51的寫控制線和讀控制線通過與非門74LS00與AD574A的使能端CE相連。2.3 控制執(zhí)行電路的設(shè)計(jì)    固體繼電器（亦稱固態(tài)繼電器）英文名稱為Solid State Relay，簡稱SSR。它是用半導(dǎo)體器件代替?zhèn)鹘y(tǒng)電接點(diǎn)作為切換裝置的具有繼電器特性的無觸點(diǎn)開關(guān)器件，單相SSR為四端有源器件

52、，其中兩個(gè)輸入控制端，兩個(gè)輸出端，輸入輸出間為光隔離，輸入端加上直流或脈沖信號(hào)到一定電流值后，輸出端就能從斷態(tài)轉(zhuǎn)變成通態(tài)。  一般情況下，萬用表不能判別SSR的好壞，正確的方法采用圖2-15的測試電路：當(dāng)輸入電流為零時(shí)，電壓表測出的為電網(wǎng)電壓，電燈不亮（燈泡功率須25W以上）；當(dāng)輸入電流達(dá)到一定值以后，電燈亮，電壓表測出的SSR導(dǎo)通壓降（在3V以下）。（請(qǐng)初次使用者務(wù)必注意：因SSR內(nèi)部有RC回路而帶來漏電流，因此不能等同于普通觸點(diǎn)式的繼電器、接觸器，請(qǐng)參考后面的注意事項(xiàng)）。  輸入電路光電接收器控制電路 圖2-14普通交流SSR內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖100WVmASSR220V+_

53、圖2-15 交流SSR基本性能測試電路1、 SSR優(yōu)缺點(diǎn)  固體繼電器工作可靠，壽命長，無噪聲，無火花，無電磁干擾，開關(guān)速度快，抗干擾能力強(qiáng)，且體積小，耐沖擊，耐振蕩，防爆、防潮、防腐蝕、能與TTL、DTL、HTL等邏輯電路兼容，以微小的控制信號(hào)達(dá)到直接驅(qū)動(dòng)大電流負(fù)載。主要不足是存在通態(tài)壓降（需相應(yīng)散熱措施），有斷態(tài)漏電流，交直流不能通用，觸點(diǎn)組數(shù)少，另外過電流、過電壓及電壓上升率、電流上升率等指標(biāo)差。  2、 SSR的使用場合   固體繼電器目前已廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)外圍接口裝置，電爐加熱恒溫系統(tǒng)，數(shù)控機(jī)械，遙控系統(tǒng)、工業(yè)自動(dòng)化裝置；信號(hào)燈、閃爍器、照明舞

54、臺(tái)燈光控制系統(tǒng)；儀器儀表、醫(yī)療器械、復(fù)印機(jī)、自動(dòng)洗衣機(jī)；自動(dòng)消防，保安系統(tǒng)，以及作為電網(wǎng)功率因素補(bǔ)償?shù)碾娏﹄娙莸那袚Q開關(guān)等等，另外在化工、煤礦等需防爆、防潮、防腐蝕場合中都有大量使用。  3、 SSR的分類   交流固體繼電器按開關(guān)方式分有電壓過零導(dǎo)通型（簡稱過零型）和隨機(jī)導(dǎo)通型（簡稱隨機(jī)型）；按輸出開關(guān)元件分有雙向可控硅輸出型（普通型）和單向可控硅反并聯(lián)型（增強(qiáng)型）；按安裝方式分有印刷線路板上用的針插式（自然冷卻，不必帶散熱器）和固定在金屬底板上的裝置式（靠散熱器冷卻）；另外輸入端又有寬范圍輸入（DC332V）的恒流源型和串電阻限流型等。 4、 過零型和隨機(jī)型SSR的區(qū)別

55、  當(dāng)輸入端施加有效的控制信號(hào)時(shí)，隨機(jī)型SSR輸出端立即導(dǎo)通（速度為微秒級(jí)），而過零型SSR則要等到負(fù)載電壓過零區(qū)域(約±15V)時(shí)才開啟導(dǎo)通。當(dāng)輸入端撤消控制信號(hào)后，過零型和隨機(jī)型SSR均在小于維持電流時(shí)關(guān)斷。雖然過零型SSR有可能造成最大半個(gè)周期的延時(shí)，但卻減少了對(duì)負(fù)載的沖擊和產(chǎn)生的射頻干擾，成為理想的開關(guān)器件，在“單刀單擲”的開關(guān)場合中應(yīng)用最為廣泛。 隨機(jī)型SSR的特點(diǎn)是反應(yīng)速度快，它可以控制移相觸發(fā)脈沖達(dá)到方便地改變交流電網(wǎng)電壓，從而應(yīng)用于精確地調(diào)溫、調(diào)光等阻性負(fù)載及部分感性負(fù)載場合。 5、 雙向可控硅輸出的普通型和單向可控硅反并聯(lián)輸出的增強(qiáng)型的區(qū)別  在

56、感性負(fù)載的場合，當(dāng)SSR由通態(tài)關(guān)斷時(shí)，由于電流、電壓的相位不一致，將產(chǎn)生一個(gè)很大的電壓上升率dv/dt（換向dv/dt）加在雙向可控硅兩端，如此值超過雙向可控硅的換向dv/dt指標(biāo)(典型值為10V/µs)則將導(dǎo)致延時(shí)關(guān)斷，甚至失敗。而單向可控硅為單極性工作狀態(tài)，只受靜態(tài)電壓上升率dv/dt(典型值為100V/µs)影響，由兩只單向可控硅反并聯(lián)構(gòu)成的增強(qiáng)型SSR比由一只雙向可控硅構(gòu)成的普通型SSR的換向dv/dt有了很大提高，因此在感性或容性負(fù)載場合宜選取增強(qiáng)型SSR。  過零型輸入均為恒流型：DC3-32V(觸發(fā)電流大于等于5mA)  (立式3A除外，為I