基于溫度器件檢定的高精度溫度控制系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)

1、 東南大學(xué)碩士學(xué)位論文基于溫度器件檢定的高精度溫度控制系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)姓名:陳偉申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別:碩士專業(yè):檢測(cè)技術(shù)與自動(dòng)化裝置指導(dǎo)教師:戴義保20060227摘要摘要隨著現(xiàn)代化生產(chǎn)和科學(xué)研究的發(fā)展,人們對(duì)溫度過(guò)程控制的要求越來(lái)越高。這就要求計(jì)量部門具有能建立具有更高的精度、穩(wěn)定性和可靠性的恒定的溫度場(chǎng)環(huán)境的溫度控制系統(tǒng)。本文首先簡(jiǎn)要介紹了測(cè)溫的方法、特點(diǎn)及測(cè)溫鉑電阻的特性。在此基礎(chǔ)上結(jié)合系統(tǒng)的實(shí)際指標(biāo)和要求設(shè)計(jì)開發(fā)了以單片機(jī)為核心的低成本高精度溫度控制系統(tǒng)。在硬件上,采用增強(qiáng)型.單片機(jī)作為控制儀的核心控制器件,并選用為系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換器,通過(guò)該器件完成了測(cè)溫通道的自調(diào)零與自校正,使儀表的測(cè)溫精度及準(zhǔn)確

2、度基本上不依賴于零點(diǎn)失調(diào)和增益等因素;同時(shí)采用鎖相環(huán)與分頻器相結(jié)合,跟蹤電網(wǎng)頻率,從硬件上消除了電網(wǎng)頻率變化對(duì)電阻爐輸出的影響:采用顯示器件,使人機(jī)交互更加的友好。在軟件上,溫度控制采用傳統(tǒng)的控制算法實(shí)現(xiàn),由于系列的單片機(jī)運(yùn)算能力、運(yùn)算速度較低。在計(jì)算程序設(shè)計(jì)中,全部采用了分段線性插值的方法來(lái)代替復(fù)雜的數(shù)據(jù)運(yùn)算,以程序代碼空間來(lái)?yè)Q取運(yùn)算的速度以及精度。溫度控制儀表通過(guò)總線把數(shù)據(jù)傳送到機(jī)上,上位機(jī)可以彌補(bǔ)下位機(jī)由于單片機(jī)內(nèi)部資源的限制,不能保存大量的數(shù)據(jù)的缺陷。系統(tǒng)的上位機(jī)軟件除了可以實(shí)現(xiàn)歷史數(shù)據(jù)保存的功能之夕卜,還有查看數(shù)據(jù)和打印等功能。關(guān)鍵詞:溫度控制,單片機(jī),線性插值東南大學(xué)碩士學(xué)位論文山

3、廿也 , .,婦啦印出】守 如。. . 血廿.廿 恤 ,工弓 乜. 髓咖. , “ . 血 街乜. 療. ?.,臺(tái). , ., 洶 , 鋤 曲 . . 脅廿 廿 .:廿,東南大學(xué)學(xué)位論文獨(dú)創(chuàng)性聲明本人聲明所呈交的學(xué)位論文是我個(gè)人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的研究成果。盡我所知,除了文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外,論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過(guò)的研究成果,也不包含為獲得東南大學(xué)或其他教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書而使用過(guò)的材料。與我一同工作的同志對(duì)本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中作了明確的說(shuō)明并表示了謝意。研究生簽名: 日期:盈叢:竺孤壘東南大學(xué)學(xué)位論文使用受權(quán)聲明東南大學(xué)、中國(guó)科學(xué)技術(shù)信息研究所

4、、國(guó)家圖書館有權(quán)保留本人所送交學(xué)位論文的復(fù)印件和電子文檔,可以采用影印、縮印或其他復(fù)制手段保存論文。本人電子文檔的內(nèi)容和紙質(zhì)論文的內(nèi)容相一致。除在保密期內(nèi)的保密論文外,允許論文被查閱和借閱,可以公布包括刊登論文的全部或部分內(nèi)容。論文的公布包括刊登授權(quán)東南大學(xué)研究生院辦理。期:“.絲一躲址新徽尜學(xué)第一章概述第一章 概述.測(cè)溫方法分類及其特點(diǎn)九根據(jù)傳感器的測(cè)溫方式,溫度基本測(cè)量方法通常可分成接觸式和非接觸式兩大類。接觸式溫度測(cè)量的特點(diǎn)是感溫元件直接與被測(cè)對(duì)象相接觸,兩者進(jìn)行充分的熱交換,最后達(dá)到熱平衡,此時(shí)感溫元件的溫度與被測(cè)對(duì)象的溫度必然相等,溫度計(jì)就可據(jù)此測(cè)出被測(cè)對(duì)象的溫度。因此,接觸式測(cè)溫一

5、方面有測(cè)溫精度相對(duì)較高,直觀可靠及測(cè)溫儀表價(jià)格相對(duì)較低等優(yōu)點(diǎn),另一方面也存在由于感溫元件與被測(cè)介質(zhì)直接接觸,從而影響被測(cè)介質(zhì)熱平衡狀態(tài),而接觸不良則會(huì)增加測(cè)溫誤差;被測(cè)介質(zhì)具有腐蝕性及溫度太高亦將嚴(yán)重影響感溫元件性能和壽命等缺點(diǎn)。根據(jù)測(cè)溫轉(zhuǎn)換的原理,接觸式測(cè)溫又可分為膨脹式、熱阻式、熱電式等多種形式。非接觸式溫度測(cè)量特點(diǎn)是感溫元件不與被測(cè)對(duì)象直接接觸,而是通過(guò)接受被測(cè)物體的熱輻射能實(shí)現(xiàn)熱交換,據(jù)此測(cè)出被測(cè)對(duì)象的溫度。因此,非接觸式測(cè)溫具有不改變被測(cè)物體的溫度分布,熱慣性小,測(cè)溫上限可設(shè)計(jì)的很高,便于測(cè)量運(yùn)動(dòng)物體的溫度和快速變化的溫度等優(yōu)點(diǎn)。兩類測(cè)溫方法的主要特點(diǎn)如下表.所示。方式 接觸式非接觸

6、式測(cè)量 感溫元件要與被測(cè)對(duì)象良好接觸:感溫元件的加 需準(zhǔn)確知道被測(cè)對(duì)象表面發(fā)射率:被測(cè)對(duì)條件 入幾乎不改變對(duì)象的溫度;被測(cè)溫度不超過(guò)感溫 象的輻射能充分照射到檢測(cè)元件上元件能承受的上限溫度:被測(cè)對(duì)象不對(duì)感溫元件產(chǎn)生腐蝕測(cè)量 特別適合以下、熱容大、無(wú)腐蝕性對(duì)象的 原理上測(cè)量范圍可以從超低溫到極高溫,但范圍連續(xù)在線測(cè)溫,對(duì)高于 以上的溫度測(cè)量較 以下,測(cè)量誤差大,能測(cè)運(yùn)動(dòng)物體和困難 熱容小的物體溫度精度 工業(yè)用表通常為 通常為.、 、 級(jí)用表可達(dá) 級(jí)響應(yīng) 慢,通常為幾十秒到幾分鐘 快,通常為秒鐘速度其它 整個(gè)測(cè)溫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、可靠、維護(hù)方 整個(gè)測(cè)溫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積大、調(diào)整麻煩、特點(diǎn) 便、

7、價(jià)格低廉,儀表讀數(shù)直接反映被測(cè)物體實(shí)際 價(jià)格昂貴;儀表讀數(shù)通常只反映被測(cè)物體表溫度;可方便地組成多路集中測(cè)量與控制系統(tǒng) 現(xiàn)溫度需進(jìn)一步轉(zhuǎn)換;不易組成測(cè)溫、控溫一體化的溫度控制裝置熱阻式測(cè)溫方法基于熱電阻測(cè)溫原理是根據(jù)金屬導(dǎo)體或半導(dǎo)體的電阻值隨溫度變化的性質(zhì),將電阻值的變化轉(zhuǎn)換為電信號(hào),從而達(dá)到測(cè)溫的目的。用于制造熱電阻的材料,要求電阻率、電阻溫度系數(shù)要大,熱容量、熱慣性要小,電阻與溫度的關(guān)系最好近于線性;另外,材料的物理、化學(xué)性質(zhì)要穩(wěn)定,復(fù)現(xiàn)性好,易提純,同時(shí)價(jià)格盡可能便宜。熱電阻測(cè)溫的優(yōu)點(diǎn)是信號(hào)靈敏度高、易于連續(xù)測(cè)量、可以遠(yuǎn)傳與熱電偶相比、無(wú)需參比溫度;東南大學(xué)碩士學(xué)位論文金屬熱電阻穩(wěn)定性高

8、、互換性好、準(zhǔn)確度高,可以用作基準(zhǔn)儀表。熱電阻主要缺點(diǎn)是需要電源激勵(lì)、有自熱現(xiàn)象以及測(cè)量溫度不能太高。常用鉑電阻傳感器。鉑電阻的電阻率較大,電阻一溫度關(guān)系呈非線性,但測(cè)溫范圍廣,精度高,且材料易提純,復(fù)現(xiàn)性好;在氧化性介質(zhì)中,甚至高溫下,其物理、化學(xué)性質(zhì)都很穩(wěn)定。國(guó)標(biāo)一規(guī)定,在一.溫度范圍內(nèi),以鉑電阻溫度計(jì)作為基準(zhǔn)溫度儀器。目前工業(yè)用鉑電阻分度號(hào)為和,其中更為常用;鉑電阻范圍通常最大為.。鉑電阻與溫度的關(guān)系:當(dāng) 一時(shí)五。 爿一當(dāng)時(shí)爿四.×一/ 一.×一/ 一.×一/。式中民為溫度為零時(shí)鉑熱電阻的電阻值為,為為溫度為時(shí)鉑熱電阻的電阻值;顯然鉑電阻適合用于高精度、較寬

9、溫度范圍的測(cè)量。課題背景、意義及任務(wù)內(nèi)容.課題背景及意義吲隨著工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研究的發(fā)展,人們對(duì)溫度測(cè)量及控制的要求越來(lái)越高,具體表現(xiàn)在溫度測(cè)量控制的精度、穩(wěn)定性、可靠生等方面。特別是在尚陛能、高精度的器件的生產(chǎn)、標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)領(lǐng)域的應(yīng)用、高要求的實(shí)驗(yàn)環(huán)境的建立等方面,都有高精度溫度控制儀表的需求。高精度的溫度控制儀表實(shí)現(xiàn)就必然離不開前端電路中高質(zhì)量的溫度傳感器的使用。然而即使是同種條件、工藝下生產(chǎn)出來(lái)的傳感器件,它們的性能指標(biāo)也不盡相同。這就要通過(guò)對(duì)溫度傳感器的檢定來(lái)實(shí)現(xiàn)。我國(guó)從年月日起開始對(duì)各級(jí)標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)進(jìn)行改值,整個(gè)工業(yè)測(cè)溫儀表的改值在年年底前全部完成,并從年元旦開始全面推行一新溫標(biāo)。對(duì)溫度計(jì)或

10、傳感器的檢定,有標(biāo)準(zhǔn)值法和標(biāo)準(zhǔn)表法兩種方法。標(biāo)準(zhǔn)值法就是用適當(dāng)?shù)姆椒ń⑵鹨幌盗袊?guó)際溫標(biāo)定義的固定溫度點(diǎn)恒溫作標(biāo)準(zhǔn)值,把被標(biāo)定溫度計(jì)或傳感器依次置于這些標(biāo)準(zhǔn)溫度值之下,記錄下溫度計(jì)的相應(yīng)示值或傳感器的輸出,并根據(jù)國(guó)際溫標(biāo)規(guī)定的內(nèi)插公式對(duì)溫度計(jì)傳感器的分度進(jìn)行對(duì)比記錄,從而完成對(duì)溫度計(jì)的檢定;被檢定后的溫度計(jì)可作為標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)來(lái)測(cè)溫度。常用的另一種檢定方法是把被檢定溫度計(jì)傳感器與已被檢定好的更高一級(jí)精度的溫度計(jì)傳感器,緊靠在一起,共同置于可調(diào)節(jié)的恒溫槽中,分別把槽溫調(diào)節(jié)到所選擇的若干溫度點(diǎn),比較和記錄兩者的讀數(shù),獲得一系列對(duì)應(yīng)差值,經(jīng)多次重復(fù)測(cè)試,若這些差值穩(wěn)定,就成了對(duì)被檢定溫度計(jì)的檢定。本論文

11、主要討論高精度的恒溫槽的溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì),該系統(tǒng)能用于熱電阻溫度器件的檢定。.溫度控制系統(tǒng)的功能要求:溫度控制系統(tǒng)主要分為兩大部分:現(xiàn)場(chǎng)溫度控制儀表和上位機(jī)程序?，F(xiàn)場(chǎng)溫度控制儀表主要用蔓二蘭塑墮于建立標(biāo)準(zhǔn)的高精度溫度場(chǎng),并在標(biāo)準(zhǔn)溫度下測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)熱電阻和被檢定熱電阻的阻值然后傳送到上位機(jī)。上位機(jī)程序負(fù)責(zé)接受下位機(jī)的數(shù)據(jù)并以文件形式保存以供其它熱電阻分析軟件使用。、現(xiàn)場(chǎng)溫度控制儀表:溫度的測(cè)量和顯示功能:對(duì)于恒溫槽的溫度的實(shí)時(shí)測(cè)量,顯示實(shí)際的測(cè)量溫度以及目標(biāo)控制溫度的值。工作參數(shù)的設(shè)定功能:溫度控制現(xiàn)場(chǎng)儀表的工作參數(shù)可以重新設(shè)定,方便根據(jù)實(shí)際的工作環(huán)境選擇最佳的工作參數(shù)。溫度控制功能:輸出控制采用

12、可控硅調(diào)相調(diào)功方式,確保恒溫槽建立的溫度精度能滿足要求的指標(biāo);遠(yuǎn)程通信功能:現(xiàn)場(chǎng)溫度控制儀表可以把測(cè)得的溫度的值、工作參數(shù)、被測(cè)鉑電阻的電阻值傳送給上位機(jī)?，F(xiàn)場(chǎng)故障診斷及故障顯示功能:傳感器和被測(cè)鉑電阻開路或其它故障時(shí),溫度控制儀表能診斷出實(shí)際故障并顯示出來(lái)。、上位機(jī)程序:串口通信功能:從機(jī)串口讀取現(xiàn)場(chǎng)儀表傳送上來(lái)的各項(xiàng)數(shù)據(jù)。界面顯示:顯示每臺(tái)表的工作狀態(tài)以及每臺(tái)表所測(cè)量得到的溫度值。歷史數(shù)據(jù)的保存:把下位機(jī)傳送上來(lái)的數(shù)據(jù)按年、月、日保存在機(jī)中可以供以后調(diào)檔查看打印功能:可以打印歷史數(shù)據(jù),溫度曲線。.溫度控制系統(tǒng)的主要性能指標(biāo):輸入種類:標(biāo)準(zhǔn)熱電阻輸入點(diǎn)數(shù):個(gè)測(cè)點(diǎn)、個(gè)被測(cè)點(diǎn)溫度控制范圍:.測(cè)量

13、誤差:±.溫控穩(wěn)定性:±.顯示:顯示通信接口:.論文的總體結(jié)構(gòu)論文的總體章節(jié)安排如下:首先簡(jiǎn)要的介紹相關(guān)的背景以及論文的主要內(nèi)容;第二章介紹了系統(tǒng)的總體方案;第三章介紹現(xiàn)場(chǎng)溫度控制儀表的硬件電路;第四章介紹了現(xiàn)場(chǎng)溫度控制儀表的軟件設(shè)計(jì):第五章介紹了上位機(jī)軟件的設(shè)計(jì);第六章介紹了系統(tǒng)抗干擾設(shè)計(jì)東南大學(xué)碩士學(xué)位論文第二章溫度控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì).系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)系統(tǒng)可以分為兩個(gè)部分:上位機(jī)軟件以及現(xiàn)場(chǎng)溫度控制儀表?，F(xiàn)場(chǎng)溫度控制儀表主要功能是測(cè)量控制恒溫槽的溫度、測(cè)量待檢定熱電阻的阻值并可以通過(guò)總線傳送到上位機(jī)上。上位機(jī)實(shí)現(xiàn)的主要功能是接收下位機(jī)的數(shù)據(jù),并在機(jī)上顯示和保存,同時(shí)還能

14、提供歷史數(shù)據(jù)顯示以及數(shù)據(jù)圖表的打印等功能。.現(xiàn)場(chǎng)溫度控制儀表的方案設(shè)計(jì)現(xiàn)場(chǎng)溫度控制儀表的總體設(shè)計(jì)框圖如圖.所示,主要可以分為五個(gè)模塊:前端測(cè)量模塊、按鍵的人機(jī)交互模塊、后端可控硅輸出控制模塊、電源主處理器模塊、通信模塊。、測(cè)量模塊方案的選擇】常用的鉑電阻測(cè)量的方法主要有種:利用單電橋來(lái)測(cè)量電阻的阻值的變化;利用高精度的恒流源電位壓將法來(lái)測(cè)量電阻的變化。利用電橋測(cè)量可以實(shí)現(xiàn)較高準(zhǔn)確度的溫度的測(cè)量,但是在實(shí)現(xiàn)±.以上的精度的話,電橋本身的非線性,以及被測(cè)電阻接入單電橋作為一個(gè)橋臂以后,該橋臂中的接線電阻和接觸電阻的數(shù)值可能與引起最小溫度變化所對(duì)應(yīng)的阻值在同一數(shù)量級(jí),甚至還要大些。因此,如

15、果采用單電橋的測(cè)量方法得到的測(cè)量結(jié)果將是極不可信的。恒流源壓降法是一個(gè)恒流源與一個(gè)被測(cè)電阻相串聯(lián),通過(guò)測(cè)量電阻兩端的壓降就可以計(jì)算出被測(cè)電阻的阻值。這個(gè)測(cè)量的精度主要決定于電流源的精度。現(xiàn)在的帶隙電壓源以及齊納穩(wěn)壓二極管都能生成很高精度的電壓源能夠滿足實(shí)際的測(cè)量要求的精度,所以前端測(cè)量模塊電路采用選用恒流第二章溫度控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)源壓降法。薹二?/顯示調(diào)/、理/電廠/路 按鍵輸入待 檢寶?、。定/的傳感匕器二刊輸出控廣叫電 、件網(wǎng) ?/制電路 裂電路號(hào)?/輸 /”入、人機(jī)交互模塊的選擇準(zhǔn)確、清晰、可靠的參數(shù)顯示對(duì)于任何一種儀器來(lái)說(shuō)都非常重要。一般來(lái)講,常用的顯示器件有:發(fā)光二極管顯示器和液晶

16、顯示器。發(fā)光二極管顯示器是全固態(tài)型顯示器件,具有極高的可靠性和極長(zhǎng)的壽命,在智能化測(cè)量與控制儀表中普遍使用。它又可分為數(shù)碼管顯示器和點(diǎn)陣顯示器兩種。數(shù)碼管顯示器常用的一般為字型,通常主要用來(lái)顯示數(shù)字。點(diǎn)陣顯示器常用×點(diǎn)陣圖形來(lái)顯示字符,可顯示的內(nèi)容比數(shù)碼管顯示器豐富。而點(diǎn)陣顯示器雖然可以實(shí)現(xiàn)各種字符的顯示,但其體積過(guò)大,功耗太高。液晶顯示器是利用液晶的物理特性來(lái)實(shí)現(xiàn)顯示的。在通電時(shí)導(dǎo)通,使液晶排列變的有秩序,光線容易通過(guò);不通電時(shí),排列變的混亂,阻止光線通過(guò)。按照顯示性能,液晶顯示器可分為段行顯示、點(diǎn)陣顯示、字符顯示等。段行顯示依靠長(zhǎng)條形像素進(jìn)行顯示,只能顯示數(shù)字和個(gè)別字符;點(diǎn)陣顯示

17、依靠矩形點(diǎn)像素進(jìn)行顯示,可以顯示任何字符、數(shù)字、圖形;字符顯示是只能顯示分割開的字符的點(diǎn)陣式產(chǎn)品。與其他顯示器件相比較,液晶顯示器有以下特點(diǎn):由于液晶的像素可以做的很小、很精細(xì),因此顯示同樣的參數(shù),液晶顯示器的體積更小、更薄:工作電壓低,功耗小。有些液晶顯示器只要即可工作,而工作電流僅幾個(gè)毫安,這是其它任何顯示器件無(wú)法比擬的:壽命長(zhǎng)。液晶材料是有機(jī)高分子合成材料,具有極高的純度,而且其他材料也都是高純物質(zhì),在極凈化的條件下制造而成。而且液晶的驅(qū)動(dòng)電壓又低,驅(qū)動(dòng)電流更是微乎其微,因此,其劣化效應(yīng)幾乎沒有,壽命很長(zhǎng);無(wú)輻射、無(wú)污染,對(duì)于人身安全和信息保密都非常理想。由于液晶顯示器,顯示比較靈活,與

18、相比能夠?qū)崿F(xiàn)更加友好的人機(jī)對(duì)話,而且液晶顯示器的功耗更小所以在現(xiàn)場(chǎng)溫控儀表中選用作為人機(jī)交互的界面顯示。、可控硅輸出控制模塊輸出控制接口電路要求具有弱電控制、強(qiáng)電輸出的特點(diǎn),只需要較小的電流、電壓就可以控制較大的電流。滿足這個(gè)要求的常用的是機(jī)械繼電器輸出控制電路和可控硅輸出控制電路。機(jī)械繼電器輸出控制接口電路簡(jiǎn)單,但是機(jī)械繼電器的開關(guān)響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng),觸點(diǎn)的壽命較短,不適合用于頻繁開關(guān)的場(chǎng)合?？煽毓栎敵隹刂平涌陔娐废鄬?duì)復(fù)雜,其優(yōu)點(diǎn)就是開關(guān)無(wú)觸點(diǎn),壽命長(zhǎng)、開關(guān)響應(yīng)時(shí)間短,控制方式靈活,可以根據(jù)不同的情況選用不同的觸發(fā)方式來(lái)進(jìn)行控制。在溫度控制系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用。東南大學(xué)碩士學(xué)位論文、電源主處理器模塊根據(jù)各

19、模塊的電壓需求,一共需要組直流電源:,¨。其中的一組用于前端的測(cè)量模塊的穩(wěn)壓芯片供電電源,另一組為可控硅控制模塊供電。電源中的一組為測(cè)量模塊供電,另一組用于其他各個(gè)模塊。電源設(shè)計(jì)方案是常用的設(shè)計(jì)方案:先將交流電通過(guò)變壓器分別變壓二線,三線:在分別通過(guò)整流橋和二級(jí)管對(duì)降壓后的交流信號(hào)整流;最后經(jīng)過(guò)電容和穩(wěn)壓芯片,后輸出所需的路直流信號(hào)。單片機(jī)是目前國(guó)內(nèi)外工業(yè)測(cè)量控制領(lǐng)域內(nèi)使用極為廣泛的一類位微控制器,它的特點(diǎn)是、使用方便靈活,外圍硬件支持十分豐富,世界上許多大半導(dǎo)體廠商,如:、訂、等公司都推出了具有各自特點(diǎn)的增強(qiáng)型系列單片機(jī),現(xiàn)共有多種的型號(hào)可供選擇?，F(xiàn)場(chǎng)溫度控制儀表的處理器選用的是飛

20、利浦的增強(qiáng)型單片機(jī),該單片機(jī)片內(nèi)資源豐富這就無(wú)需再進(jìn)行片外擴(kuò)展就可以滿足系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需要。而且片內(nèi)自帶了看門狗,這不僅節(jié)約了芯片的外部接口,而且還提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。.編譯調(diào)試軟件的選擇、下位機(jī)軟件編譯調(diào)試環(huán)境的選擇現(xiàn)場(chǎng)溫度控制儀表的單片機(jī)軟件采用語(yǔ)言開發(fā)。實(shí)際調(diào)試采用的仿真頭,所以調(diào)試軟件只能選用 ,但是 軟件僅能較好的支持匯編語(yǔ)言的編譯調(diào)試,對(duì)于語(yǔ)言的編洋則相當(dāng)?shù)牟?而且效率低。公司的訂是絕大部分系列單片機(jī)開發(fā)者的首選,它將項(xiàng)目管理器、編譯器、匯編器、幾連接定位器、實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)、模擬器以及目標(biāo)調(diào)試器的功能全部集成在單一而靈活的 中,為用戶提供了極為簡(jiǎn)便的操作環(huán)境。 具有強(qiáng)大的項(xiàng)目管理功能,項(xiàng)

21、目中包括源程序文件、開發(fā)工具選項(xiàng)以及編程說(shuō)明等。 內(nèi)部還集成了一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)文件 ,其中存儲(chǔ)了各種型號(hào)單片機(jī)的片上存儲(chǔ)器和集成外圍功能信息,通過(guò)器件數(shù)據(jù)庫(kù)可以自動(dòng)設(shè)置編譯器、匯編器、兒連接定位器、調(diào)試器等開發(fā)工具的功能選項(xiàng),充分滿足用戶使用特定的起始地址及代碼大小規(guī)模。編譯器具有如下優(yōu)越性:.源程序經(jīng)過(guò)優(yōu)化后生成的代碼,其效率接近于匯編語(yǔ)言生成的代碼。.支持所有的系列單片機(jī),提供對(duì)所有外圍硬件部件的操作。.無(wú)論在有無(wú)工作寄存器區(qū)轉(zhuǎn)換的情況下,編譯器都能產(chǎn)生快速中斷代碼。.能夠在整個(gè)應(yīng)用程序中執(zhí)行全局寄存器優(yōu)化。.支持再入功能和寄存器區(qū)的獨(dú)立代碼.便于中斷服務(wù)程序和多任務(wù)應(yīng)用程序的執(zhí)行。在進(jìn)行調(diào)試時(shí)

22、,先選用 編譯環(huán)境生成文件,然后在 中調(diào)用文件進(jìn)行調(diào)試。下位機(jī)的調(diào)試軟件選用訂與 相配合使用。、上位機(jī)軟件編程調(diào)試軟件的選擇等。是機(jī)的編程軟件較多,在環(huán)境下常用的有、微軟推出的在操作系統(tǒng)上建立應(yīng)用程序的編程軟件。使用方便,可以借助于其生成代碼的向?qū)?就能在數(shù)秒內(nèi)生成可運(yùn)行的應(yīng)用程序的基本外殼。自帶的類庫(kù),即已經(jīng)成為許多編譯器進(jìn)行軟件開發(fā)的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。選用能夠很好的利用 對(duì)底層硬件操作,所以上位機(jī)的編程軟件選用.。?笪三皇里塹墨墮墼垡壅塑皇墮堡生第三章現(xiàn)場(chǎng)溫度控制儀表的電路設(shè)計(jì)本章主要介紹現(xiàn)場(chǎng)溫度控制儀表的硬件電路設(shè)計(jì),現(xiàn)場(chǎng)溫度控制儀表的硬件電路共分為個(gè)模塊:前端測(cè)量模塊、十按鍵的人機(jī)交互模塊、后

23、端可控硅輸出控制模塊、電源主處理器模塊和通信模塊。測(cè)量模塊電路設(shè)計(jì)測(cè)量模塊在整個(gè)溫度控制儀表甚至整個(gè)溫度控制系統(tǒng)中處于最基礎(chǔ)的地位。測(cè)量模塊的測(cè)溫精度決定了整個(gè)系統(tǒng)的精度;測(cè)量的結(jié)果又是溫度控制系統(tǒng)進(jìn)行控制的依據(jù),也是檢驗(yàn)溫度控制效果的依據(jù)。這個(gè)模塊設(shè)計(jì)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)起著決定性的作用。.精密直流電流源電路的設(shè)計(jì).精密直流電流源電路】測(cè)量電路首先的任務(wù)就是把前端熱電阻變化線性的轉(zhuǎn)換成電壓的變化。即¨衄,?由式一可以看出當(dāng)為常數(shù)時(shí),電壓的變化,只與電阻變化相關(guān),所以這就需要一個(gè)高精度的、穩(wěn)定性好的恒流源,。圖精密直流電流源電路恒流源基本實(shí)現(xiàn)是:由電壓基準(zhǔn)芯片生成恒定電壓。,經(jīng)過(guò)運(yùn)放跟隨輸出。

24、們,此時(shí)惋;當(dāng)電壓和都為恒定值時(shí)輸出時(shí);瓜也一定為固定不變的值。電阻,采用高精度、低溫漂的標(biāo)準(zhǔn)電阻,其阻值基本固定,所以的輸出質(zhì)量的優(yōu)劣基本上取決于.。選用溝道場(chǎng)效應(yīng)管。電壓基準(zhǔn)芯片的精度是整個(gè)系統(tǒng)東南大學(xué)碩士學(xué)位論文.電壓基準(zhǔn)芯片簡(jiǎn)介】電壓芯片選用公司的.電壓基準(zhǔn)芯片封裝見圖?。炳幾項(xiàng)重要技術(shù)指標(biāo):.低溫漂,/ .低噪聲,. 的噪聲.卜赫茲見圖?.長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定性好,/.低功耗,功耗剮.初始化精度±.% 響淞箱.協(xié)搬疆斗、;譬、喜、¨蠹。言,毫非邶鄔笛鐘佰伯?電容,對(duì)輸出電壓噪聲的影響在這個(gè)系統(tǒng)中既是恒流源的生成參考電壓也是芯片的參考電壓。所以的精度是這個(gè)測(cè)量系統(tǒng)精度的保證。

25、而的溫漂小,紋波噪聲小見圖?,精度高,所以穩(wěn)壓芯片選用。當(dāng)工作在頻率?區(qū)間時(shí),腳接電容。與否直接影響了輸出電壓的輸出噪聲見圖所示。在后,在時(shí)輸出噪聲與未接電容。接電容。時(shí)相差不大,但是到了處,。 的輸出噪聲為礦/瓦而,的輸出噪聲是礦/瓦:當(dāng)頻率時(shí),“ 的輸出噪聲為竹礦/瓦而產(chǎn)圖.噪;赫制電容電路的輸出噪聲是礦/月,顯然當(dāng)在腳接上 的電容。能很好的改善【的輸出噪聲。眥噪聲抑制電容參考電路如圖?所示。實(shí)際使用時(shí),的電路見圖?所示。在實(shí)際電路中,用六位半電壓表在運(yùn)放輸出端測(cè)量所得的電壓值為.穩(wěn)定不變:通過(guò)示波器測(cè)量得到的電壓的紋波為.,滿足實(shí)際應(yīng)用的要求精度。第三章現(xiàn)場(chǎng)溫度控制儀表的電路設(shè)計(jì).斬波穩(wěn)

26、零低漂移運(yùn)放妣【】在微弱信號(hào)的測(cè)量時(shí),常常需要放大微伏級(jí)的電信號(hào)。這時(shí),普通的運(yùn)算放大器已無(wú)法使用了,因?yàn)樗鼈兊妮斎胧д{(diào)電壓一般在數(shù)百微伏以上,而失調(diào)電壓的溫度系數(shù)在零點(diǎn)幾微伏以上。固然輸入失調(diào)電壓可以被調(diào)零,但其漂移則是難以消除的。江公司生產(chǎn)的斬波穩(wěn)零型運(yùn)算放大器提供了一種解決微信號(hào)放大問(wèn)題的方案。斬波穩(wěn)零的工作方式使具有優(yōu)異的直流特性,失調(diào)電壓及其漂移、共模電壓、低頻噪聲、電源電壓變化等對(duì)運(yùn)算放大器的影響被降低到了最小,非常適合用于微信號(hào)的放大。內(nèi)部主要的功能單元有:主放大器、校零放大器、時(shí)鐘開關(guān)電路、補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)、校零記憶電容、箝位電路。的內(nèi)部簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)如圖?所示。斬波穩(wěn)零運(yùn)放可以分為兩個(gè)主要

27、的時(shí)鐘周期:校零周期和放大周期。主放大器一直與電路的輸入端和輸出端相連,而校零放大器則在兩個(gè)周期內(nèi)分別對(duì)自己和主放大器校零。在校零周期內(nèi),開關(guān)閉合、開關(guān)閉合,使校零放大器的口盯仉一舞圖. 的內(nèi)部簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)兩個(gè)輸入端短路,通過(guò)自身的反饋,校零放大器的失調(diào)電壓被減到最小。同時(shí),外接記憶電容中儲(chǔ)存了這一失調(diào)電壓,使校零放大器在放大周期內(nèi)仍保持校零。在放大周期內(nèi),開關(guān)打開、開關(guān)閉合,把校零放大器的輸出與主放大器的同相輸入端連接起來(lái),使主放大器被校零。同時(shí),外接記憶電容中儲(chǔ)存了校零電壓,使主放大器在下一個(gè)校零周期內(nèi)仍保持校零。在中,內(nèi)部時(shí)鐘使放大器以的固定頻率校零。在這種連續(xù)校零的機(jī)制下,失調(diào)電壓及其漂移

28、、共模電壓、低頻噪聲、電源電壓變化等對(duì)運(yùn)算放大器的影響被降低到了最小。由于片內(nèi)自帶有記憶電容和內(nèi)部時(shí)鐘,所以實(shí)際應(yīng)用電路較為簡(jiǎn)單見圖.。通過(guò)六位半的電壓表測(cè)量等到的輸出電壓等于的輸出參考電壓。.模數(shù)轉(zhuǎn)換/模塊電路模數(shù)轉(zhuǎn)換器是前向通道中的關(guān)鍵器件。它實(shí)現(xiàn)了被測(cè)控對(duì)象的模擬信號(hào)溫度、壓力、流量等轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)可以接受處理的數(shù)字量信號(hào)。目前,仍轉(zhuǎn)換技術(shù)在不斷的更新發(fā)展,功能越來(lái)越強(qiáng),精度越來(lái)越高,只有對(duì)他轉(zhuǎn)換芯片的工作原理和各項(xiàng)性能有一個(gè)綜合的了解,才能在實(shí)用中選擇正確的仍轉(zhuǎn)換器滿足設(shè)計(jì)指標(biāo)。仍轉(zhuǎn)換器的種類很多,目前常用的仍轉(zhuǎn)換器有四種類型:并行式轉(zhuǎn)換型、雙積分型,轉(zhuǎn)換器、逐次比較型仍轉(zhuǎn)換器和新型一巾

29、轉(zhuǎn)換器。./轉(zhuǎn)換器的基本原理【】并行式轉(zhuǎn)換型亦稱為瞬時(shí)比較.編碼式仍轉(zhuǎn)換技術(shù),是一種轉(zhuǎn)換速度最快、轉(zhuǎn)換原理最直觀的他轉(zhuǎn)換技術(shù)。并行式,所有位的數(shù)據(jù)理論上在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)全部轉(zhuǎn)換完成。并行式,轉(zhuǎn)換東南大學(xué)碩士學(xué)位論文需要大量的低漂移電壓比較器,工程上較難實(shí)現(xiàn)。它的特點(diǎn)是:轉(zhuǎn)換速度最快,但轉(zhuǎn)換精度低,價(jià)格高,它一般用于待轉(zhuǎn)換量是高速變化的模擬量的場(chǎng)合如:瞬態(tài)信號(hào)分析、高速數(shù)據(jù)采集以及視頻信號(hào)量化等。雙積分型仍轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速率最慢轉(zhuǎn)換時(shí)間為毫秒級(jí),但是轉(zhuǎn)換精度高,而且具有抗周期干擾能力,價(jià)格便宜。適用于模擬信號(hào)變化緩慢,采樣速率要求比較低,而且對(duì)精度要求比較高,或現(xiàn)場(chǎng)干擾比較嚴(yán)重的場(chǎng)合。常見應(yīng)用于非

30、實(shí)時(shí)控制的高精度數(shù)字儀器儀表中。逐次比較型皿轉(zhuǎn)換器主要由逐次逼近寄存器、/轉(zhuǎn)換器、比較器以及時(shí)序和控制邏輯等部分組成。它的實(shí)質(zhì)是逐次把設(shè)定的寄存器中的數(shù)字量經(jīng)/轉(zhuǎn)換后得到電壓,與待轉(zhuǎn)換電壓進(jìn)行比較。比較時(shí),先從的最高位開始,逐次確定各位的數(shù)碼是“”還是“”。逐次比較型轉(zhuǎn)換速度雖然不及并行轉(zhuǎn)換型,屬于中速,但具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的價(jià)格優(yōu)勢(shì),在精度一般為位/上可以達(dá)到一般工業(yè)控制要求,應(yīng)用比較廣泛。新型一/轉(zhuǎn)換器具有抗干擾能力強(qiáng)、量化噪聲小、分辨率高和線性度好的優(yōu)點(diǎn),轉(zhuǎn)換速度也高于雙積分型。一/轉(zhuǎn)換器適用于音頻信號(hào)處理和低頻模擬測(cè)量中。一/轉(zhuǎn)換器主要有三個(gè)處理:過(guò)采樣、量化噪聲整形、數(shù)字濾波和采樣抽取。.

31、過(guò)采樣如果對(duì)理想輸入恒定直流電壓,多次采樣得到的數(shù)字輸出量總是相同的,而且分辨率受到量化誤差的限制。如果在這個(gè)輸入直流電壓上疊加一個(gè)交流信號(hào),并用比這個(gè)交流信號(hào)頻率高的多的采樣頻率進(jìn)行采樣,此時(shí)得到的輸出數(shù)字是變化的,用這些采樣結(jié)果的平均值表示轉(zhuǎn)換結(jié)果,便可得到比用同樣高的多的分辨率,這種方法稱作過(guò)采樣。即使模擬輸入本身就是一個(gè)交流信號(hào),采用過(guò)采樣的方法即采樣頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于輸入信號(hào)頻率也同樣可以提高的分辨率。假設(shè)噪聲的能量為口/,當(dāng)采樣頻率為 時(shí),由于采樣頻率遠(yuǎn)小于噪聲的頻率,所以會(huì)在采樣出的信號(hào)中含有有大量的由于欠采樣引起的混疊噪聲見圖?。而當(dāng)提高采樣頻率為蝦時(shí),在頻率范圍為/到/的范圍內(nèi)的量

32、化噪聲在頻譜上能真實(shí)地反映出來(lái)見圈?,再通過(guò)數(shù)字低頻濾波器后,在到/的頻率上的量化噪聲明顯降低見圖?。當(dāng)過(guò)采樣比例因子為時(shí),就能提高信噪比。只要選擇合適的比例因子,就能使實(shí)際得到的信號(hào)上只含有頻率從到/范圍內(nèi)的噪聲。這就大大提高了的分辨率。雌聲 嘴聲,蘆爪隧眥.量化噪聲整形可以通過(guò)一調(diào)制器對(duì)量化噪聲的頻譜整形使得大部分噪聲位于/到蝦/的范圍內(nèi),噪聲頻譜在經(jīng)一調(diào)制器整形后,通過(guò)后接的數(shù)字濾波器可以去除大部分量化噪聲能量,可以極大地提高信噪比。圖?給出了一階一的原理結(jié)構(gòu)圖。虛線框內(nèi)的是一調(diào)制器,它以的采樣速率將輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換成和構(gòu)成的連續(xù)串行位流。一路數(shù)據(jù)串行進(jìn)入數(shù)字濾波器,一路以負(fù)反饋形式與輸入信

33、號(hào)求和。第三章現(xiàn)場(chǎng)溫度控制儀表的電路設(shè)計(jì);?一?菌矗?圖一階一的原理結(jié)構(gòu)圖根據(jù)反饋理論,具有積分環(huán)節(jié)的反饋環(huán)路的靜態(tài)誤差等于零,因此的輸出平均值串行位流接近輸入信號(hào)的平均值見圖?。顯然當(dāng)被采樣的信號(hào)的頻率過(guò)高接近采樣頻率時(shí),位的輸出的位流是沒有意義的。只有當(dāng)大量的采樣數(shù)據(jù)取平均所得到的值才是有實(shí)際有效的值。棒曹“玎?躺,橢 廠廠廠玎玎 嘲基月開。?筍口塒計(jì):今;蚋習(xí)廠?.?廠客黑? ,圖?積分器輸出和比較器輸出的位流一調(diào)制器可作進(jìn)一步的分析。其中積分器模擬一個(gè)傳遞函數(shù)為的濾波器,量化模擬放大器的輸出與量化噪聲疊加。輸入信號(hào)為,輸出信號(hào)為。己知/,則有:一】,/?/由上式?可以看出,當(dāng)頻率接近于

34、零時(shí)?,輸出接近于,噪聲分量接近于零。對(duì)于高頻分量,輸出的主要是噪聲。而積分器對(duì)輸入信號(hào)具有低通濾波作用,對(duì)噪聲分量有高通濾波作用。因此,調(diào)制器能實(shí)現(xiàn)噪聲整形濾波器的作用。量化噪聲.數(shù)字濾波和采樣抽取一調(diào)制器對(duì)量化噪聲整形后,將量化噪聲移到/之外,然后應(yīng)對(duì)整形后的噪聲進(jìn)行數(shù)字濾波。數(shù)字濾波器的作用有兩個(gè):一是相對(duì)于最終的頻率,它必須起到濾波器的作用,二是將一東南大學(xué)碩士學(xué)位論文調(diào)制器整形過(guò)程中產(chǎn)生的高頻噪聲濾除。由于采取了過(guò)采樣,采樣過(guò)程中產(chǎn)生了許多多余的信號(hào)。數(shù)字濾波器通過(guò)每輸出個(gè)數(shù)據(jù)抽取一個(gè)數(shù)據(jù)的重采樣方法,實(shí)現(xiàn)了使輸出數(shù)據(jù)低于原來(lái)的過(guò)采樣速率,直到使關(guān)心的頻帶滿足采樣定理。.位/轉(zhuǎn)換器仰

35、【是 “公司生產(chǎn)的位高精度.模/數(shù)轉(zhuǎn)換器件。的主要優(yōu)點(diǎn)是:片內(nèi)自帶有可編程的差分放大器,這就使得能直接獲得來(lái)自于鉑電阻的電壓信號(hào)可以在片內(nèi)調(diào)整到適當(dāng)?shù)姆秶?帶有控制寄存器它能夠控制濾波器的截止頻率、輸入增益、選擇通道、信號(hào)極性和校準(zhǔn)模式,這使得易于與微控制器相配合使用:精確度高,在位動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)的誤差僅為.%,而且它的內(nèi)部自校正能夠消除溫漂影響,它還能消除零量程和滿量程誤差。非常適合用于需高分辨率但速度要求不太高的場(chǎng)合。、的引腳和功能 一。羆篇篇意 籌罷羆:采用腳雙列直插式封裝,如圖.所示。各引腳的應(yīng)用特性說(shuō)明如下。 圖? 封裝引腳圖表 各引腳的應(yīng)用特性說(shuō)明腳號(hào) 腳名 功能說(shuō)明串行時(shí)鐘。當(dāng)為高,

36、芯片進(jìn)入自時(shí)鐘模式,腳提供串行時(shí)鐘的輸出。當(dāng)?shù)?將進(jìn)入外部時(shí)鐘模式,腳作為輸入腳。在這種模式下,數(shù)據(jù)將以串行脈沖的形式輸出連續(xù)時(shí)鐘脈沖。地址輸入端。當(dāng)?shù)刂份斎攵藶榈碗娖綍r(shí),可讀寫元件的控制寄存器。當(dāng)?shù)刂份斎攵藶楦唠娖綍r(shí),可讀寫數(shù)據(jù)寄存器或校準(zhǔn)寄存器。邏輯輸入端。當(dāng),元件將進(jìn)入自時(shí)鐘模式。當(dāng),將進(jìn)入外部計(jì)時(shí)模式。.兩路可編程差分模擬輸入端.基準(zhǔn)電壓源輸入端十幀同步傳輸端。在輸入低電平時(shí),可用于將串行數(shù)據(jù)寫入元器件通過(guò)脈沖的下降邊沿讀取信號(hào)。幀同步接收端。在低電平時(shí),芯片的數(shù)據(jù)通道選通。邏輯輸出端。低電平表明新的輸出數(shù)據(jù)可傳輸。當(dāng)將數(shù)據(jù)完全傳送后,該引腳將轉(zhuǎn)為高電平。當(dāng)完成校準(zhǔn)程序后,該引腳將輸出

37、確認(rèn)信號(hào)。串行數(shù)據(jù)端。串行數(shù)據(jù)可輸入給控制寄存器和校準(zhǔn)寄存器,串行數(shù)據(jù)可輸出給控制寄存器,校準(zhǔn)寄存器和數(shù)據(jù)寄存器。、控制寄存器及芯片的工作狀態(tài)的參數(shù)的設(shè)定第三章現(xiàn)場(chǎng)溫度控制儀表的電路設(shè)計(jì)&匝帕 曰 粥王圖. 的位控制寄存器、操作模式的選擇:標(biāo)準(zhǔn)模式。這是芯片運(yùn)行的標(biāo)準(zhǔn)模式,將置,可對(duì)數(shù)字寄存器進(jìn)行讀操作。內(nèi)部電源復(fù)位后寄存器的這幾位將進(jìn)入這一默認(rèn)狀態(tài)。零刻度系統(tǒng)校正。在校正期間,輸入電壓應(yīng)保持穩(wěn)定。開始校正時(shí)高電平,校正完成后回到低電平。校正結(jié)束,回到標(biāo)準(zhǔn)模式。滿刻度系統(tǒng)校正。過(guò)程與零刻度系統(tǒng)校正相同。校正結(jié)束后回復(fù)到標(biāo)準(zhǔn)模式。激活系統(tǒng)補(bǔ)償校準(zhǔn)模式。這種校準(zhǔn)模式由控制。這是一步校準(zhǔn),當(dāng)

38、校準(zhǔn)完成,將回到標(biāo)準(zhǔn)模式,同時(shí)由/輸出確認(rèn)信號(hào)。在這種模式下,零量程對(duì)選定的通道進(jìn)行校準(zhǔn),滿量程可通過(guò)內(nèi)部的校準(zhǔn)。激活背景校準(zhǔn)模式。這種校準(zhǔn)模式由控制。如果這種模式打開,將不斷的對(duì)參考輸入和零點(diǎn)平輸入進(jìn)行自校準(zhǔn)。在轉(zhuǎn)化過(guò)程將進(jìn)入這種模式,它會(huì)延長(zhǎng)轉(zhuǎn)化時(shí)間和降低傳輸速率。它的優(yōu)勢(shì)是當(dāng)外界溫度發(fā)生很大變化時(shí),用戶不用擔(dān)心對(duì)芯片進(jìn)行重校準(zhǔn)。在這種模式中,零電平輸入和以及模擬輸入電壓都將受到監(jiān)視,并且,芯片的校準(zhǔn)寄存器將能夠自動(dòng)更新。、增益系數(shù)選擇:控制字.對(duì)應(yīng)增益.:控制字增益為為上電默認(rèn)狀態(tài)。.為濾波器頻率設(shè)置:濾波器頻率的選擇關(guān)系到采樣的速度,它與增益系數(shù)共同決定了仍芯片的輸出噪聲和輸出的有效位

39、數(shù)。濾波器頻率代碼與實(shí)際頻率的關(guān)系為:廳“鈔廠/如式中為.相等的十進(jìn)制數(shù)字,范圍為至。由于】。等于,因此濾波器的頻率的范圍是.到.。同時(shí)它也指出了新數(shù)據(jù)到達(dá)的有效時(shí)間。當(dāng)設(shè)定濾波器頻率為,則新數(shù)據(jù)在后才有效;當(dāng)設(shè)定濾波器頻率為是,則新數(shù)據(jù)在后有效。芯片的輸出噪聲主要取決于頻率。當(dāng)頻率設(shè)置比較低時(shí),元器件本身是使產(chǎn)生噪聲的主要因素,當(dāng)頻率越來(lái)越大時(shí),產(chǎn)生噪聲的主要因素變成了頻率。所以改變?yōu)V波器的頻率當(dāng)頻率產(chǎn)生的噪聲占優(yōu)勢(shì)時(shí)對(duì)噪聲的影響遠(yuǎn)大于改變內(nèi)部半導(dǎo)體元件結(jié)構(gòu)。濾波器的頻率設(shè)置的越低低于,芯片以位接受數(shù)據(jù)時(shí)丟碼越少。當(dāng)濾波器的頻率設(shè)為時(shí),只能實(shí)現(xiàn)位的無(wú)誤碼。在這個(gè)系統(tǒng)中選用濾波頻率為,輸入增益

40、為時(shí),輸出的有效位數(shù)為.位。、的校準(zhǔn)提供了多種校準(zhǔn)選擇,這些可以通過(guò)控制寄存器選擇。只要將信號(hào)寫入控制寄存器,校準(zhǔn)模式可以在任意時(shí)候啟動(dòng)。芯片有白校準(zhǔn)模式,這種模式可以通過(guò)使用校準(zhǔn)寄存器和保存校準(zhǔn)參數(shù)實(shí)現(xiàn)。通過(guò)使用系統(tǒng)校準(zhǔn)模式,芯片的其他部分也可消除補(bǔ)償和增益誤差。在背景校準(zhǔn)模式,芯片可不斷的進(jìn)行自校準(zhǔn),同時(shí)還可不斷的更新校準(zhǔn)參數(shù)。一旦芯片進(jìn)入這種模式,用戶不用周期性的發(fā)送校準(zhǔn)命令給芯片或要求系統(tǒng)重校準(zhǔn)當(dāng)環(huán)境溫度或電源供電壓變化時(shí)。允許微處理器讀取校準(zhǔn)系數(shù),還允許用戶將預(yù)先存入的數(shù)據(jù)寫進(jìn)校準(zhǔn)寄存器以改變校準(zhǔn)參數(shù)。這使得微處理器對(duì)的校準(zhǔn)過(guò)程具有更強(qiáng)的控制能力。這意味著用戶能夠檢驗(yàn)所進(jìn)行的校準(zhǔn)是否

41、正確同時(shí)可以糾正它通過(guò)將校準(zhǔn)寄存器中的參數(shù)與預(yù)先存入的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。東南大學(xué)碩士學(xué)位論文、應(yīng)用電路以及與單片機(jī)的接口電路的實(shí)際應(yīng)用以及接口電路圖如圖.所示。在實(shí)際的使用時(shí),工作狀態(tài)設(shè)定為:外部時(shí)鐘計(jì)數(shù)模式、外部信號(hào)差分輸入、濾波器頻率設(shè)置為選擇自校正模式,差分可編程放大器增益為,輸入通道為,輸出位字長(zhǎng),單極性輸入。時(shí)鐘計(jì)數(shù)模式需要通過(guò)硬件設(shè)置選擇,腳接低,選擇外部時(shí)鐘計(jì)數(shù)模式。其它狀態(tài)的設(shè)定通過(guò)寫狀態(tài)控制寄存器來(lái)選定。懈眥?腳隅?一咖 刪贏衄礎(chǔ)飛圖. 的實(shí)際應(yīng)用以及接口電路圖、的讀寫操作的讀取:可以從寄存器、控制寄存器或校準(zhǔn)寄存器中讀數(shù)據(jù)。確定是從控制寄存器讀數(shù)還是從輸出/校準(zhǔn)寄存器讀數(shù)。在進(jìn)

42、行讀操作時(shí),必須保持有效。,可對(duì)輸出寄存器或校準(zhǔn)寄存器進(jìn)行讀操作。,可對(duì)控制寄存器進(jìn)行讀操作。的作用取決于芯片輸出數(shù)據(jù)的更新速率和輸出寄存器輸出數(shù)據(jù)的速率。當(dāng)輸出寄存器中有新的數(shù)據(jù)可輸出時(shí),變成低電平。當(dāng)輸出寄存器中的數(shù)據(jù)輸出完畢后,將復(fù)位為高電平。如果數(shù)據(jù)沒有從輸出寄存器讀出,將一直保持低電平。輸出寄存器將不斷的更新數(shù)據(jù),而不會(huì)輸出確認(rèn)信號(hào)。在這種情況下,讀操作所讀取得數(shù)據(jù)是輸出寄存器中最新的數(shù)據(jù),如果新的數(shù)據(jù)已經(jīng)到齊,并且希望能保存在輸出寄存器,而此時(shí)的輸出寄存器沒有將數(shù)據(jù)輸出完畢,將不會(huì)輸出確認(rèn)信號(hào),這些新的數(shù)據(jù)將會(huì)丟失。在對(duì)控制寄存器和校準(zhǔn)寄存器進(jìn)行讀操作時(shí),豫不會(huì)受到影響。只有當(dāng)為低

43、電平時(shí),輸出數(shù)據(jù)寄存器才能輸出數(shù)據(jù)。如果當(dāng)為高電平,而此時(shí)的變成低電平,仍然無(wú)法傳送數(shù)據(jù)。在對(duì)控制寄存器或校準(zhǔn)寄存器進(jìn)行讀操作時(shí),不能施加任何影響。在外部時(shí)鐘模式下的讀操作時(shí)序圖如圖.所示。的寫操作:可以對(duì)控制寄存器和校準(zhǔn)寄存器進(jìn)行寫操作。在任何情況下,寫操作都不會(huì)受的影響,同時(shí)寫操作也不對(duì)的狀態(tài)有任何影響。對(duì)控制寄存器和校準(zhǔn)寄存器進(jìn)行寫操作時(shí),寫入的數(shù)據(jù)必須是位的。圖?是寫操作的時(shí)序圖。決定是對(duì)控制寄存器還是對(duì)校準(zhǔn)寄存器進(jìn)行寫操作。在對(duì)寄存器進(jìn)行寫操作時(shí),必須一直有效。的下降沿啟動(dòng)輸出。在的上升沿,輸入的數(shù)據(jù)必須是有效的。數(shù)據(jù)是在的上升沿寫入的,在最蔓三里翌墊塑墾笙堡至墮皇墮堂笪后一個(gè)高電平

44、處,最后一位數(shù)據(jù)寫入寄存器。因此在這個(gè)高電平的下降沿,的輸出端將被關(guān)閉。刪斥二二二二習(xí).卜 卜卜叫二:二元爵元趔 一§ 門一門門根據(jù)外部時(shí)鐘模式的讀寫時(shí)序,讀寫操作的流程圖如圖.所示。進(jìn)行讀操作時(shí),所有數(shù)據(jù)位在下降沿且在下一個(gè)上升沿有效,因此應(yīng)該在置低后檢測(cè)引腳電平。而寫操作時(shí),數(shù)據(jù)位必須先于的上升沿有效,且在高電平期間必須保持有效,因此應(yīng)該先發(fā)送電平,然后再產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)。?而、廠面孬訂墮.作流程圖圖. 讀寫操作的流程圖.人機(jī)交互模塊現(xiàn)場(chǎng)溫度控制儀表可以實(shí)時(shí)顯示恒溫槽的實(shí)際溫度值;用戶可以通過(guò)按鍵設(shè)定現(xiàn)場(chǎng)溫度控制儀表的各種參數(shù),因而現(xiàn)場(chǎng)溫度控制儀表應(yīng)具有鍵盤顯示接口,可以方便的實(shí)現(xiàn)人

45、機(jī)交互的功能。.液晶顯示模塊電路設(shè)計(jì)四顯示模塊選用致意電子技術(shù)的艤顯示模塊。是的單色、字符、圖形顯示模塊,該模塊內(nèi)置液晶顯示驅(qū)動(dòng)模塊,所以實(shí)際使用方便,與控制器的接口電末南大學(xué)碩士學(xué)位論文路簡(jiǎn)單。顯示模塊的顯示屏為列,行結(jié)構(gòu)。使用兩片驅(qū)動(dòng)控制器,每片有路輸出,分別驅(qū)動(dòng)列和.列;模塊內(nèi)部使用一片行輸出及一片列輸出驅(qū)動(dòng)器。的液晶被分為相同的兩塊每塊為;每塊分為頁(yè):顯示存儲(chǔ)器用于存儲(chǔ)顯示數(shù)據(jù),顯示屏上各像素點(diǎn)的顯示狀態(tài)與顯示存儲(chǔ)器的各位數(shù)據(jù)一一對(duì)應(yīng),顯示存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)直接作為圖形顯示的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。數(shù)據(jù)為“”,則相應(yīng)的像素點(diǎn)顯示;數(shù)據(jù)為“”,則相應(yīng)的像素點(diǎn)不顯示。液晶顯示模塊的邏輯電路和接口電路框圖如圖.

46、所示,其外部引腳說(shuō)明如表.所示。引腳編號(hào) 引腳定義功能說(shuō)明地供電電壓驅(qū)動(dòng)電源/ 數(shù)據(jù),命令字控制九讀,寫片選使能.數(shù)據(jù)總線顯示屏左半邊使能顯示屏右半邊使能/復(fù)位信號(hào)負(fù)壓輸出腳背光電壓.背光電壓.液晶模塊內(nèi)部驅(qū)動(dòng)器只要提供電源就能產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)信號(hào)和各種同步信號(hào),所以只要了解了驅(qū)動(dòng)器的輸入特性以及幾個(gè)簡(jiǎn)單的操作命令就能方便的使用顯示模塊。液晶顯示模塊與單片機(jī)的接口電路有兩種:、間接訪問(wèn)方式接口電路間接訪問(wèn)方式是計(jì)算機(jī)通過(guò)自身的或系統(tǒng)中的并行接口與顯示模塊連接,如的口和口,等并行接口芯片以及像類的鎖存器等。計(jì)算機(jī)通過(guò)對(duì)這些接口的操作,以實(shí)現(xiàn)對(duì)第三章現(xiàn)場(chǎng)溫度控制儀表的電路設(shè)計(jì)液晶顯示模塊的讀/寫操作和相關(guān)

47、的顯示控制。圖?是實(shí)用電路圖。圖中單片機(jī)的口作為數(shù)據(jù)口,為讀寫信號(hào),為寄存器選擇信號(hào),為使能信號(hào),作為復(fù)位控制信號(hào)。片選信號(hào)?和一高電平有效,分別控制顯示屏的左半部?列和右半部一列。這種方法的特點(diǎn)是電路簡(jiǎn)單,可以實(shí)現(xiàn)高速計(jì)算機(jī)與模塊的接口,但是液晶模塊的讀/寫操作的控制時(shí)序需要通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn),增加了在軟件上的開銷,也增加了液晶顯示模塊調(diào)試的時(shí)間。所以在實(shí)際電路的設(shè)計(jì)中選用了另一種直接訪問(wèn)方式接口電路,在原有的電路上只增加了一個(gè)與非門,就大大的簡(jiǎn)化了調(diào)試以及程序的編寫。/ 卜/. /“? ,、直接訪問(wèn)方式接口電路直接訪問(wèn)方式就是將模塊的接口作為存儲(chǔ)器或/設(shè)備直接掛在計(jì)算機(jī)總線上,計(jì)算機(jī)以訪問(wèn)存儲(chǔ)器

48、或/設(shè)備的方式對(duì)模塊操作。圖?是直接訪問(wèn)方式的接口實(shí)用電路圖。片選信號(hào)一和一高電平有效,分別控制顯示屏的左半部?列和右半部一列;信號(hào)由單片機(jī)的讀信號(hào)/和寫信號(hào)/合成產(chǎn)生;為控制寄存器選擇信號(hào):/控制數(shù)據(jù)總線的數(shù)據(jù)流向。同過(guò)電位器可以調(diào)節(jié)液晶屏的顯示亮度。/ ., 一/,、§,系統(tǒng)采用了直接訪問(wèn)接口電路,通過(guò)這種接口方式,單片機(jī)向液晶進(jìn)行讀寫操作時(shí)不需要通過(guò)軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的時(shí)序控制,只是把它當(dāng)成普通的,進(jìn)行操作,實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單有效。在實(shí)際使用時(shí),與不同。顯示需要單片機(jī)一次傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量較小,所以不會(huì)占用太多的處理器時(shí)間,但是顯示內(nèi)容豐富,所以需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量較大,但是實(shí)際上每次變化的內(nèi)容并不多

49、,所以可以針對(duì)不同情況來(lái)對(duì)液晶屏更新可以節(jié)約處理器在顯示上所花的時(shí)間。具體見軟件部分的介紹。東南大學(xué)碩士學(xué)位論文.按鍵電路設(shè)計(jì)四在設(shè)計(jì)按鍵時(shí),根據(jù)按鍵多少有不同的設(shè)計(jì)方法:獨(dú)立式按鍵結(jié)構(gòu)和矩陣式按鍵結(jié)構(gòu)。獨(dú)立式按鍵是指直接用/口線構(gòu)建成的單個(gè)按鍵電路。每個(gè)獨(dú)立式按鍵單獨(dú)占有一根/口線,每根/口線上的按鍵工作狀態(tài)不會(huì)影響其它“口線的工作狀態(tài)。獨(dú)立式按鍵電路配置靈活,軟件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,但是每個(gè)按鍵必須占用一根/口線,在按鍵較多時(shí),/口線浪費(fèi)較大。故在按鍵數(shù)量不多時(shí),常采用這種按鍵電路。矩陣式按鍵結(jié)構(gòu)是用/口線組成行、列結(jié)構(gòu),按鍵設(shè)置在行列的交點(diǎn)上。在按鍵較多時(shí),可以節(jié)省/口線。在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中,鍵盤

50、掃描只是在工作的一個(gè)內(nèi)容而已。在忙于各項(xiàng)工作任務(wù)時(shí),如何兼顧鍵盤掃描;即保證不失時(shí)機(jī)地響應(yīng)鍵操作,又不過(guò)多占用的時(shí)間。因此,要根據(jù)應(yīng)用系統(tǒng)中的忙、閑情況,選擇好的鍵盤工作方式。鍵盤工作方式有編程掃描方式、定時(shí)掃描方式和中斷掃描方式。編程掃描工作方式是利用在完成其它工作的空余,調(diào)用鍵盤掃描子程序,來(lái)響應(yīng)鍵輸入要求。在執(zhí)行鍵功能程序時(shí),不再響應(yīng)鍵輸入要求。選用這種方案時(shí)要考慮這種鍵盤掃描子程序的編程調(diào)用應(yīng)能滿足鍵盤響應(yīng)的要求。定時(shí)掃描方式是利用單片機(jī)內(nèi)部定時(shí)期產(chǎn)生定時(shí)中斷,響應(yīng)中斷后對(duì)鍵盤進(jìn)行掃描、并在有鍵按下時(shí)轉(zhuǎn)入鍵功能處理程序。中斷工作方式主要用于不經(jīng)常需要鍵輸入的場(chǎng)合,在這種情況下無(wú)論是編程工作或定時(shí)工作,經(jīng)常處于空掃描狀態(tài)。為了進(jìn)一步提高效率,則可以采用中斷工作方式,即只有在有鍵按下時(shí),才執(zhí)行鍵盤掃描,執(zhí)行該鍵功能程序。由于單片機(jī)的/口線的限制,所以系統(tǒng)只用了四個(gè)按鍵,接口電路采用鍵盤掃描工作方式。電路如圖