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1、Unit 1 Electric Devices單元1 電子設(shè)備1.1 Resistors電阻器電阻阻礙電流的流動。例如，一個發(fā)光二極管串聯(lián)一個電阻，以限制通過二極管的電流。1.1.1 Resistor Values電阻值電阻色碼 電阻的單位是歐姆，符號是。1很小，電阻值常常用K和M1K= 1000； 1M= 1000 000.電阻值通常使用色碼帶表示。每種顏色代表一個數(shù)，如表1.1所示。表1.1電阻器的顏色代碼黑，棕，紅，橙，黃，綠，藍(lán)，紫，灰 白大多數(shù)電阻有4個色環(huán)：第一個色環(huán)給出阻值第一個數(shù)字。第二個色環(huán)給出阻值第二個數(shù)字。第三個色環(huán)表示零的數(shù)目。第四個色環(huán)用來表示電阻的精度絕大部分電路都

2、會忽略這一點，但進(jìn)一步的細(xì)節(jié)會在后面給出。圖1.1中的電阻有紅色環(huán)、紫色環(huán)、黃色環(huán)和金色環(huán)，這里的red (2)指紅色代表有效數(shù)字第一位數(shù)，數(shù)值為2， violet (7)指紫色代表有效數(shù)字第二位數(shù)，數(shù)值為7， yellow (4 zeros)指黃色代表倍乘數(shù)104所以它的值是270，0000 = 270 KQ。在電路圖上，阻值通常省略， 被寫成270 K。標(biāo)準(zhǔn)顏色代碼不能顯示碼值小于10的值。要顯示這些小于10的值，2個特殊的顏色被用于第三色環(huán)：黃金表示乘0.1和銀表示乘0.01。第一和第二色環(huán)和平常一樣。例如：紅，紫，金帶代表270.1 = 2.7。藍(lán)色，綠色，銀帶代表65x0.01 =

3、0。65q。電阻誤差（第四色環(huán)）一個電阻的誤差通過第四個色環(huán)被表示出來。誤差表示電阻的精度，它是作為一個百分比被給出的。例如，一個有10%的390電阻，它的值將在390的10%之間，在390-39=351和390 + 39 = 429之間（390的10%是39）。表示誤差的第四色環(huán)常常用一種特殊的色環(huán)表示：銀10 %，金5%，紅2%，棕1%。如果沒有第四個色環(huán)，那么誤差默認(rèn)為20%。幾乎所有的電路都會忽略誤差，因為精密電阻很少被使用。電阻速記。電阻器的電阻值通常是用一個色環(huán)代碼系統(tǒng)標(biāo)注在電路圖上，避免使用小數(shù)點，因為很容易丟失這個小圓點。反之用字母R，K和M代替小數(shù)點。為了讀取電阻值，用小數(shù)點

4、代替字母， 然后，如果字母是K，就用電阻上標(biāo)識的值乘上1000；如果字母是M，就用電阻上標(biāo)識的值乘上10000。如果字母是R，就用電阻上標(biāo)識的值乘上1.例如；560R 表示 560 2K7 表示2.7 k=2 700 39K 表示 39 k1M0表示 1.0 M=1000 k1.1.2 Real Resistor Values實際電阻值你可能已經(jīng)注意到，不是每一鐘常用的阻值都可以很容易被找到，例如，22 K和47 K是很容易能找到的，但25 K和50 K卻不容易能找到。為什么會這樣？想象一下，如果你決定去制造電阻，每個10產(chǎn)生一個，10、20、30、40、50甚至更多。這樣看上去很好，但是當(dāng)你

5、達(dá)到1000時會發(fā)生什么？1000、1010、1020、1030甚至更多將會是無意義的，因為10的差別太小，在大部分的電路中差別太小了不太會被注意到。事實上，要把電阻制造的足夠精確是很困難的。要產(chǎn)生一個合理的電阻值范圍，你需要隨著阻值的增加而增加臺階的大小。標(biāo)準(zhǔn)的電阻值是基于這個理念，他們遵循同樣的每隔10的倍數(shù)產(chǎn)生一種的模式并建立一個系列。E6系列有6個值，每隔10倍產(chǎn)生一種，有20的誤差。例如10, 15, 22, 33, 47, 68,然后繼續(xù)，100, 150，220, 330, 470, 680, 1 000等。要注意阻值增加時臺階是怎樣增加的。對于這一系列的臺階（到下一個值）大約是

6、阻值的一半。E12系列有12個值，每隔10倍產(chǎn)生一種，有10的誤差。例如10, 12, 15, 18, 22, 27, 33, 39, 47, 56, 68, 82,然后繼續(xù)，100,120,150等。E12系列是一種最常用的電阻器。它允許你選擇一個你所需的精確值的10以內(nèi)的阻值。這是足夠精確對幾乎所有的項目來說，這是明智的，因為大多數(shù)電阻只能準(zhǔn)確到10%（稱為他們的“誤差”）。例如一個390 電阻會有10% x 390 = 39 的不同，因此它的阻值可能會是351到429 之間的任何值1.1.3Power Ratings of Resistors電阻器的功率額定值當(dāng)電流流過一個電阻時，電能被

7、轉(zhuǎn)換為熱能。通常這種影響可以忽略不計，但如果電阻值很?。ɑ蛘唠娮枭系碾妷汉芨撸箅娏骺赡芡ㄟ^電阻器使的發(fā)熱變得明顯。電阻器必須能夠承受這種熱量的影響和電阻器上需要標(biāo)注額定功率。電阻的額定功率很少在器件列表中被給出，是因為標(biāo)準(zhǔn)額定功率0.25W或者0.5W的電阻適合絕大多數(shù)的電路。在需要高壓的特殊場合，額定功率必須在器件列表中被明確標(biāo)注，這將確定電路使用低阻值電阻（大約小于30）或者是高電壓（超過15V）。1.2 Capacitors1.2 電容器電容器由被諸如空氣這樣的絕緣材料隔離的兩個平行的導(dǎo)體組成。電容器儲存電荷。絕緣材料被叫做電容器的電介質(zhì)。極板之間增加某些絕緣材料會改變電容的特性?？?/p>

8、以改變電容器的情況包括：極板的重疊面積；極板之間的距離；用作絕緣體的材料。1.2.1 Capacitance1.2.1電容理想的電容器不消耗任何供給它的能量。電容器儲存的能量以電場的形式存在于導(dǎo)體表面。電容值被用來衡量電容器儲存電荷（得到能量）的能力。每單位電壓越高，儲存的電容值越大，儲存的能量越大。一個電容器有1F的電容量，是由于1V的電壓通過被存放了1C的電荷的兩塊不同極板額產(chǎn)生的。在大多數(shù)的實際應(yīng)用中法拉通常偏大，所以在它的前面加一個前綴來表示更小的值。Three prefixes (multipliers) are used, (micro), n (nano) and p (pico

9、):三種前綴（乘數(shù)）被使用，微（微），N（納米）和P（皮）：表示10-6（百萬分之一），所以1 000 000F =1FN表示10-9（十億分之一），所以1 000 nF = 1FP表示10-12（一兆億分之一），所以1 000 PF = 1 nF電容值很難找到每一個，因為有許多帶有不同標(biāo)識系統(tǒng)的電容器類型！1.2.2 The Polarised Capacitors and Unpoiarised Capacitors有極性電容器和無極性電容器電容器有很多種，但它們可以分為2組，有極性和無極性。每組都有自己的電路符號。參見圖1.2。有極性電容器（大容值，超過1F）電解電容器是有極性的，他們必

10、須以正確的方式連接，至少它的兩個引腳中的一個會被標(biāo)記上+號或-號。它們在焊接時不會被高溫?fù)p壞電解電容有兩種設(shè)計；引腳附加在兩端的軸向設(shè)計（圖1.3中的220F）和兩根引腳在同一端的輻射狀設(shè)計（圖1.3中的10F）。輻射狀電容器趨向于越來越小，它們直插在電路板上。因為電容值和額定電壓被清楚地標(biāo)記在電容上，所以它們很容易被找到。額定電壓可能是相當(dāng)?shù)偷模ɡ?伏），在選擇電容器時，它應(yīng)該被注意。如果工程列表中沒有說明電容額定電壓大小，在選擇電容器時，要選擇額定電壓大于供電電壓的電容。在絕大多數(shù)的電池電路中25V是一個合理的電壓最小值。鉭電容是有極性的，它們像電解電容一樣有低額定電壓。它們很昂貴，但非

11、常小，所以它們常用在需要小封裝大電容的場合。現(xiàn)代的鉭電容器的電容值和額定電壓都被印在電容器上。然而，過去的鉭電容是利用色碼系統(tǒng)表示電容值大小的，這種色碼系統(tǒng)由兩個色帶（代表兩個數(shù)字）和表示零的數(shù)量的有顏色的點組成，電容的單位是F。標(biāo)準(zhǔn)的色碼被使用，但是對于這些點，灰色常用來表示電容值乘上0.01，白色表示電容值乘上0.1，以便小于10F的容值能夠被顯示?？拷_的第三個色環(huán)用來顯示電壓（黃色6.3V黑，色 10V，綠色16V，藍(lán)色20V，灰色25V，白色30V，粉色35V）。例如，藍(lán)色，灰色，黑色的點表示68F。例如，藍(lán)色，灰色，白色的點表示6.8F。例如，藍(lán)色，灰色，灰色的點表示0.68 F

12、.無極性電容器（小容值，達(dá)到1F）小容值電容是無極性的，可以任意連接（見圖1.4）。除了一種特殊的類型（聚苯乙烯）以外，它們在焊接時不會被高溫?fù)p壞。它們有至少50V的高額定電壓，常用250V左右。這些小電容的容值很難被找到，因為它們有許多類型和專用的不同的標(biāo)識系統(tǒng)！許多小容值的電容，它們的容值被印刷在電容器上，但沒有一個乘數(shù)，所以你需要憑借經(jīng)驗去找出乘數(shù)應(yīng)該是什么！例如，0.1表示0.1F = 100nF。有時這個乘數(shù)常用十進(jìn)制的小數(shù)點代替。例如，4n7表示4.7nf。1.2.3 Capacitor Number Code and Colour Code電容的數(shù)碼和色碼一個數(shù)字代碼經(jīng)常被使用在

13、很難印制的小電容上：第一個數(shù)碼是第一位數(shù)字，第二個數(shù)碼是第二位數(shù)字第三個數(shù)碼是零的數(shù)目，單位是pF忽略任何字母-他們只是表示寬容和額定電壓例如，102表示1 000pf = 1nf（不是102pf?。?。例如，472J表示4 700pf = 4.7nf（J 表示5%的誤差）。一種色碼已用于聚酯電容器多年。每種顏色代表一個數(shù)字，如表1.2所示。這種色碼現(xiàn)在已經(jīng)過時，但當(dāng)然在很多地方仍然被使用。色碼的讀法和色環(huán)電阻相同，前三個色環(huán)，表示容值，單位是pF。忽略第四個色環(huán)（誤差）和第五個色環(huán)（額定電壓）。例如，棕色，黑色，橙色表示10 000pF = 10nF = 0.01F。請注意，在色環(huán)之間沒有空白

14、，所以2個相同的色環(huán)實際上是一個寬的色環(huán)。例如，一段很寬的紅色，黃色表示220 nF=0.22F.1.2.4 Capacitor Values電容值你可能已經(jīng)注意到，不是每一個可能的值都是可以被找到的。例如，22F和47F 很容易獲得，但25F和50F卻不容易！為什么會這樣？想象一下，你決定去制造電容器，每隔10F，生產(chǎn)一種，10, 20, 30,40,50等等。這似乎很好，但是當(dāng)你達(dá)到1000的時候會發(fā)生什么？這將使1000 ，1010 ，1020，1030等毫無意義，因為這些值之間相差10，差別很小，太小了以至于不能引起注意在大多數(shù)電路中和電容器不能被制造的很精確。要產(chǎn)生一個合理的電容值范

15、圍，在容值增加時，你需要增加臺階的大小。標(biāo)準(zhǔn)電容值是基于這個理念的，他們形成了一個遵循相同的每10倍產(chǎn)生一種的模式的系列。E3系列每隔10倍有3種值。例如，10,22,47，然后繼續(xù)，100，220，470,1000，2200, 4700，10000等。因注意容值增加（每次大約是容值的兩倍）時臺階是怎樣增加的E6系列每隔10倍有6種值。例如，10, 15, 22, 33, 47,，然后繼續(xù)，100, 150, 220, 330, 470, 680,1 000等。E3系列是電容器一種最常用的電容器，因為許多類型不能不能被制造達(dá)到精確值。1.3 Inductors1.3電感1.3.1 Basic

16、Structure基本結(jié)構(gòu)電感是一個帶有由空氣，鐵或者鐵氧體（一種由鐵制成的易碎材料）制成的內(nèi)核的金屬線圈，如圖1.5所示。它的電氣特性被稱為電感，單位是亨利，符號為H。1H是非常大的，所以常用mH和H，1000H = 1mH，1000mH = 1H。鐵和鐵氧體內(nèi)核增加電感量。電感主要被用于調(diào)諧電路，為了阻礙高頻交流信號（有時它們也被叫做阻塞）。它們通過直流容易，但是阻礙交流信號，這個與電容器相反。與電阻不同，電感只在當(dāng)電路中存在的電流發(fā)生變化時，才會展現(xiàn)出它們的總特性，在理想的情況下，電感不會消耗儲存的能量。它們以磁場的形式儲存能量。電感有一個在許多方面類似于電容器的參數(shù)叫做響應(yīng)特性。電感主

17、要是一個線圈。在其周圍繞上線圈的材料稱為鐵芯。線圈被纏繞在非磁性或者磁性材料上。非磁性材料，例如空氣，木頭，銅，塑料和玻璃。這些材料保持磁場的能力和在真空中一樣。磁性材料，例如鐵，鎳，鋼，鈷，合金。這些材料保持磁場的能力是真空中的成百上千倍。這種變化是由穿過鐵芯的磁力線數(shù)目的多或少決定的。1.3.2 Equivalent Model of an Inductor電感等效模型電感是由某些材料制成的，例如，絕緣銅線。該導(dǎo)線的每個單位長度具有一定的阻值。當(dāng)許多匝線圈被用來構(gòu)建一個線圈，那么總的阻抗會顯著增加。雖然線圈的阻抗沿導(dǎo)線長度分布，但是實際上出現(xiàn)在線圈上，如圖1.6所示（R w表示繞組電阻）。

18、此外，繞組電容( Cw)是在電感中的線匝間存在的電容，如圖1.7所示。雖然對于大多數(shù)應(yīng)用，我們可以把電容器作為一個理想元件處理，但電感器的繞組電阻必須包括對含有電感的網(wǎng)絡(luò)的分析。繞組電阻的范圍可以從幾歐姆延伸到幾百歐姆。電感中使用的導(dǎo)線越長越細(xì)，繞組電阻越大。繞組電容在許多應(yīng)用中效果不顯著，因此電感的實際等效模型可能只包括繞組電阻（RW）如圖1.8所示Unit 2 Temperature Measurement溫度測量1. Overview1概述溫度可能是使用最廣泛的測量量。伽利略被譽(yù)為1593的第一個溫度計的發(fā)明者。測溫儀由一個球，一個小直徑管（被稱為毛細(xì)管）和一個水瓶。溫度升高會導(dǎo)致流體膨

19、脹，溫度下降導(dǎo)致收縮，所以可以通過測量液體的體積來確定溫度。溫度計的工作原理是熱脹冷縮。第一支密封溫度計于1641年被托斯卡尼大公爵和費(fèi)迪南二世制造。Gabriel Fahrenheit 改造了一個由Ole Christensen Romer發(fā)明的帶有一個（天平）標(biāo)識的水銀溫度計。華氏溫標(biāo)仍然被使用，在攝氏度標(biāo)識和開爾文標(biāo)識的旁邊。多年來，該技術(shù)已經(jīng)得到發(fā)展，現(xiàn)在高精度和可靠的設(shè)備出現(xiàn)在市場上。新的測量原理正在被引進(jìn)，現(xiàn)存的原理被不斷的改進(jìn)。在實際工序應(yīng)用中一些其他的溫度測量設(shè)備包括：熱電偶，電阻溫度測量儀（RTD）。熱電偶是一種由兩種不同的導(dǎo)體（通常是金屬合金）組成的設(shè)備，其產(chǎn)生的電壓與這對

20、導(dǎo)體兩端的溫度差異成比例。熱電偶是一種被廣泛使用的用于測量和控制溫度傳感器類型，也可用于將熱能變化率轉(zhuǎn)換為電能。它們是廉價的，可以互換的，支持標(biāo)準(zhǔn)的連接器，并可以測量溫度的范圍廣泛。與大多數(shù)其他的溫度測量方法相比，熱電偶是自供電的，不需要外部的激勵。電阻溫度計，也稱為電阻溫度測量儀或熱電阻元件（RTD），是利用一些材料的電阻隨溫度改變而做出可預(yù)測的變化的溫度傳感器。他們幾乎總是由鉑金制成，他們常常被稱為鉑電阻溫度計（PRTS）。由于較高的精度和可重復(fù)性，它們在600C以下的許多工業(yè)應(yīng)用中慢慢取代了熱電偶的使用。本節(jié)提供了一些選擇適當(dāng)?shù)臏囟葴y量設(shè)備所需的基本知識，但是，它是根據(jù)用戶經(jīng)驗選擇儀表必

21、備的。在工藝應(yīng)用中，一種典型的溫度組件由熱電偶，溫度元件，有時有延長/連接線，和溫度傳送器（本地或遠(yuǎn)程）。溫度元件通常包括一個彈簧機(jī)制確保元件頂端與井內(nèi)底部接觸良好。2. Filled Systems2填充系統(tǒng)*測量原理填充系統(tǒng)（如圖2.6）是金屬組件，包括一個球，小直徑管（被稱為毛細(xì)管），和一個波登管，一個彈簧機(jī)構(gòu)。一個顯示器與波登管相連用于顯示溫度。該系統(tǒng)被一種隨著球內(nèi)溫度的升高和減少而膨脹和收縮的液體或氣體填充。這種擴(kuò)張/收縮被轉(zhuǎn)變成機(jī)械運(yùn)動。液體引起體積變化，氣體引起的壓力變化。*應(yīng)用注意事項這種測量類型一般用于局部顯示。它的使用已經(jīng)日益減少，但仍有一些情況下在應(yīng)用。這種設(shè)備是在充液管

22、式溫度計的基礎(chǔ)上改進(jìn)得到的。它不需要任何能量來運(yùn)作，而且結(jié)構(gòu)簡單、堅固、獨(dú)立、在很窄的溫度范圍內(nèi)十分精確。然而，這部分的球可能太大不能匹配現(xiàn)在的應(yīng)用，在系統(tǒng)故障時，整個系統(tǒng)必須更換（這是昂貴的）。此外，毛細(xì)管一般局限于250英尺（80m）的距離，以及整個系統(tǒng)響應(yīng)速度慢和相對昂貴。這種測量裝置必須無泄漏的，以保持精度。因此，偶爾檢查和測試是必需的。毛細(xì)管應(yīng)該被連續(xù)地支撐和保護(hù)免受損壞。此外，毛細(xì)管的制作材料應(yīng)與周圍環(huán)境相兼容。最后，球必須充分浸泡，以確保測量的是實際溫度。3. Thermocouple3熱電偶測量原理在1821年， T.J.塞貝克發(fā)現(xiàn)，當(dāng)兩種不同的金屬連接在一起，一個電動勢（電子

23、驅(qū)動力）會在冷結(jié)點（參考）與熱結(jié)點之間產(chǎn)生（例如在100時兩個結(jié)點之間會產(chǎn)生4 mV的電動勢）?，F(xiàn)在，這被稱為熱電效應(yīng)或塞貝克效應(yīng)。溫度的增加會導(dǎo)致電壓輸出的增加。原來，冷端實際上是沉浸在冰浴中，以保持恒定的參考溫度；現(xiàn)代電子已取代了這個冰浴。從理論上講，任何兩種不同的金屬都可以形成熱電偶（T/C）圖2.7；然而只有少數(shù)基于其對溫度變化的響應(yīng)（即，靈敏度）和性能一般的才會被選擇，它們被稱為熱敏元件。熱電偶的典型響應(yīng)時間剛好是從0.2到12秒。熱電偶線制造誤差小的，往往很昂貴。如圖2.7，它們的使用受探針本身的限制。熱電偶延長線應(yīng)和熱電偶線兼容，使用時連接在熱電偶和測量設(shè)備或傳感器之間?，F(xiàn)代電子

24、技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)創(chuàng)造了足夠小的傳感器，以適應(yīng)在熱電偶盒（或頭部）。這種安排的主要優(yōu)點是避免了一個非常低的熱電偶電壓信號的遠(yuǎn)距離傳輸，這樣的低電壓信號容易產(chǎn)生電噪聲（結(jié)合4 20mA信號）。*應(yīng)用注意事項熱電偶構(gòu)造的三種類型：陶瓷珠。絕緣（塑料，玻璃，或陶瓷纖維）；他們通常被擠壓（圖2.9）。金屬封裝 礦物絕緣（MSMI）；這種封裝通常使用不銹鋼或者鎳合金，礦物絕緣通常使用氧化鎂或者氧化鋁。保護(hù)材料可以給熱電偶免受外部化學(xué)效應(yīng)和機(jī)械效應(yīng)的良好保護(hù)。然而有保護(hù)套的熱電偶，因為它們是一個比其他類型更難難剝離和終止的整體。車輛段應(yīng)該和護(hù)套焊接和絕緣。不同類型的熱電偶：鎧裝熱電偶是用高強(qiáng)度不銹鋼來封裝以保

25、護(hù)延長線免受損壞。它也可用于在沒有保護(hù)措施，延長線很容易被切斷的工藝應(yīng)用中。這種熱電偶粘貼在表面上，以獲得表面溫度。測量端（熱電偶頭部）要足夠光滑，以確保精度。我們可以通過手持獲得溫度。它的響應(yīng)速度快，具有高精度。然而，它很容易被周圍環(huán)境損壞（化學(xué)或機(jī)械損傷）。熱電偶可以被制造成有保護(hù)措施的或是裸露的。如果是有保護(hù)措施的，它們可以接地，也可以不接地。當(dāng)接地時，它們響應(yīng)速度更快（因為溫度傳輸好），但它們很容易受到電子噪聲的影響（由于雜散電信號拾?。?。當(dāng)熱電偶不接地，它們的響應(yīng)速度緩慢但是電氣隔離。此外，熱電偶在套管內(nèi)有彈簧以便其尖端和表面接觸良好，以確保良好的熱傳遞。如果是裸露的，會使響應(yīng)速度更

26、快，但線完全沒有保護(hù)。熱電偶是自供電，構(gòu)造簡單和堅固（抗沖擊）。他們很便宜（RTD價格的一半），有一個廣泛的物理形式選擇，并提供了一個很寬的溫度范圍內(nèi)。此外，它們可以被校準(zhǔn)來生成一個特定的曲線（一個額外的成本），很容易替換。他們能夠快速響應(yīng)和在一個特定的點測量。然而電阻溫度檢測儀測得的溫度是其元件溫度的平均值，熱電偶只用其尖端測溫，從而更快。然而，熱電偶能產(chǎn)生非線性輸出和低電壓。它們需要一個具有低靈敏度的參考結(jié)，在精度上是有限的，需要的類型匹配的延長線。此外，他們會因不利條件，使用方法和時間而惡化，是容易受到雜散電信號的影響，并要求放大電子。然而，電子設(shè)備可以識別熱電偶故障作為一個上限或下限的

27、指示。氧化還原氣體對所用熱電偶類型有影響。然而，如果元件被一個T / W（套管）保護(hù)，那這種影響就無關(guān)緊要。 Unit3 Resistive Temperature DevicesPrinciple of Measurement測量原理隨著溫度的升高，純金屬會導(dǎo)致電阻值的增加。電子設(shè)備的電阻阻值的變化（在惠斯登電橋），隨著溫度的變化，產(chǎn)生一個成比例的輸出。最常見的元素是在0時為100的鉑金，由于其電阻與溫度的線性關(guān)系和它的化學(xué)惰性，鉑金檢測線需要保持無污染和穩(wěn)定；鎳一般是第二選擇。RTD組件由鐵或銅組成也被用于一些應(yīng)用中。RTD是一種理論上可以測量0.00002（0.00001C）溫度變化的精

28、密的傳感器。由于較高的精度和可重復(fù)性，它們在許多600以下的工業(yè)應(yīng)用中慢慢取代了熱電偶。電阻溫度探測器通常是由不銹鋼或其他耐腐蝕材料制成的護(hù)套保護(hù)避免環(huán)境的傷害（圖3.1）。為了使熱傳導(dǎo)的效率高，元件要緊貼護(hù)套內(nèi)側(cè)。細(xì)粉末常被用來消除氣囊。陶瓷絕緣體通常被用來隔離內(nèi)部引線。在管的末端，有一個氣密封口用來保護(hù)元件。該組件可與引線一起被終止，或可配備一個類似于熱電偶組件的適當(dāng)?shù)慕泳€端子塊。Application Notes使用注意事項作為一個粗略的經(jīng)驗法則，電阻溫度檢測儀被用于溫度低于250（120）的場合（時候）使用，熱電偶被用于溫度大于930（500）的場合（時侯）。由于電阻溫度檢測儀的精度隨

29、著溫度的變化而變化，工作溫度的精度必須被認(rèn)為是可以接受的。電阻溫度探測器可作為二線式，三線式，四線元件（圖3.2）。最簡單的電阻溫度計配備兩根導(dǎo)線。在不需要高精度的時候只能單獨(dú)使用，因為連接線的阻抗會被添加懂啊該傳感器，從而導(dǎo)致測量誤差。這種結(jié)構(gòu)配置允許使用100米的電纜。這同樣適用于平衡電橋和固定電橋系統(tǒng)。對于雙線元件，引線電阻的影響（電阻變化對環(huán)境溫度變化的影響）會引起重大誤差。為了最小化引線電阻的影響，三線式結(jié)構(gòu)配置可以被使用。使用這種方法，傳感器在電橋相鄰的兩個引腳上。電橋的每一個橋臂上都有一個引線電阻，以至于使電阻被抵消，只要是兩個引線電阻完全相同。這種配置允許多達(dá)600米的電纜。原

30、理圖上的錯誤：三線式電阻溫度檢測儀按以下方式連接。一個引腳連接到R1。那根線的引線電阻被測量作為電阻溫度檢測儀電阻的一部分。一條線（RTD的另一端末尾的兩根線中的）連接到R3的下端。這根線的引線電阻的測量參考電阻R3。一條線（RTD的另一端末尾的兩根線中的）連接到電源回路，（地）這個電阻通常被認(rèn)為太小，在測量中不重要，電流連續(xù)通過RTD和參考電阻R3，通過儀表放大器，引線電阻的影響全部轉(zhuǎn)變?yōu)楸灰种频墓材ｋ妷海ü材Ｒ种疲＿@些線通常是相同的規(guī)格和相同材料制成的線，為了最小化溫度系數(shù)問題。由于是三線式元件，因為他們被安裝在惠斯通電橋的相反的橋臂上，所以引線上的阻抗將被抵消?；驌Q句話說，該方法可以補(bǔ)

31、償引腳阻抗引起的影響。這是最實用和常用的方法。四線式電阻溫度計的配置提高了電阻測量時的準(zhǔn)確性和可靠性：電阻誤差導(dǎo)致引線電阻為零。在上圖標(biāo)準(zhǔn)的兩終端的RTD是用另一條線來形成一個額外的循環(huán)以消除引線電阻。上述的惠斯通電橋法是使用一根很小的銅線這不是一個完美的解決方案。一個四線式元件（不常用）需要一根額外的導(dǎo)線來提供額外的精度。這種方法通常只有在需要高精度的時候才使用。所有的溫度測量裝置，在一定的溫度時，RTD是最穩(wěn)定和最準(zhǔn)確的。它們的輸出高于熱電偶，它們不容易受到電子噪聲的影響，能在較高的電信號下運(yùn)行。它們比熱電偶（輸出相對于溫度）更敏感和更線性，使用銅的延長線（沒有特殊的延長線），不需要參考點

32、，并且容易交換。然而，相對于熱電偶，RTD相對昂貴，它有一個緩慢的響應(yīng)過程，并且需要一個電流源。它們?nèi)菀资艿叫‰娮枳兓挠绊?，而且自身發(fā)熱會引起測量誤差（誤差的主要來源）。此外，他們有一個有限的溫度范圍內(nèi)，容易受到拉力和振動的影響產(chǎn)生一些非線性，并需要三根（或四根）延長線。它們的電阻曲線隨制造商的不同而不同，在高溫下，其精度和使用壽命都是有限的。RTUs vs ThermocouplesRTU與熱電偶工業(yè)溫度測量最常用的兩種方法是電阻溫度檢測器（RTD）和熱電偶。它們之間的選擇通常是由四個因素決定的。溫度要求是多少？如果工藝過程的溫度在-200到500之間（328至932），一個工業(yè)電阻溫度檢

33、測器是首選。熱電偶有一個-180 至2320C（292至4208F）的溫度范圍，所以溫度在 500以（932F）以上時他們是唯一能接觸溫度測量的裝置。時間響應(yīng)要求是多少？如果這個過程需要一個非?？焖俚姆磻?yīng)溫度變化的速度，不到一秒相對于幾秒（例如2.5至10秒）-那么一個熱電偶是最好的選擇。響應(yīng)時間的是通過衡量傳感器以1米/秒（3英尺/秒）的速度在水中移動與一個63.2%階躍變化來測量的。尺寸要求是多少？一個標(biāo)準(zhǔn)的RTD護(hù)套是3.175到6.35毫米（0.1250至0.250英寸）的直徑；護(hù)套直徑的熱電偶可小于1.6毫米（0.063英寸）。什么是精度和穩(wěn)定性要求？如果2C的誤差是可以接受的，而且

34、重復(fù)性的最高水平是不需要的，一個熱電偶就足夠了。RTDS能夠保持較高的精度，并能保持穩(wěn)定很多年，而且熱電偶可以在使用時的第一個小時內(nèi)漂移使用。Unit4 Microprocessor Control Unit4.1 The Intel MCS(R) 51 Single Chip Microcontroller Family 4.1英特爾MCS （R）51單片機(jī)系列4.1.1 Introduction4.1.1介紹1976英特爾推出MCS-48系列，由8048，8748，和8035微控制器組成。這些零件標(biāo)志著第一個完整的微控制器系統(tǒng)的誕生，包括一個八位的CPU，1024位字的ROM或EPROM程

35、序存儲器，64字節(jié) 數(shù)據(jù)存儲器。I/O端口和一個八位定時器計數(shù)器可以集成在一個硅芯片上。根據(jù)程序存儲器的內(nèi)容，一個芯片能夠控制多種產(chǎn)品，從應(yīng)用電子產(chǎn)品、汽車發(fā)動機(jī)、文字處理器到數(shù)據(jù)處理設(shè)備，后續(xù)產(chǎn)品擴(kuò)展了MCS-48架構(gòu)在中斷方向上：8049和8039倍的芯片內(nèi)的存儲器數(shù)量翻倍和運(yùn)行快了83%；8021通過執(zhí)行一個有8048個指令的子集來降低成本并且?guī)в幸粋€有點慢的時鐘；8022是在相同的NMOS芯片上集成了一個獨(dú)特的兩通道8位AD轉(zhuǎn)換器，這樣8022就可以直接和模擬變換器接口?，F(xiàn)在三種新的高性能的單芯片微控制器：英特爾8051，8751，和8031，擴(kuò)展了整個新產(chǎn)品領(lǐng)域中集成電子產(chǎn)品的優(yōu)勢，

36、。由于英特爾的新的HMOS技術(shù)，相對于8048，MCS-51系列提供四倍的程序存儲和兩倍的數(shù)據(jù)存儲在一個單芯片上。新的輸入/輸出端口和外設(shè)功能都增加了適用范圍，降低系統(tǒng)總成本。根據(jù)使用，處理吞吐量增加了2.5至十倍。4.1.2 Family Overview4.1.2家族概述8051，8751，和8031的引腳圖，如圖4.1所示。這些設(shè)備包括以下功能：使用HMOS技術(shù)時只需5伏單電源供電。4096字節(jié)的片內(nèi)程序存儲器（不是8031）|）128字節(jié)的片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器。四個寄存器緩沖區(qū)。128用戶定義的軟件標(biāo)志。每個程序64 KB和外部RAM可尋址能力。 12 MHz晶振的指令周期為一微秒。32根雙

37、向輸入/輸出線組成四個8位端口（8031有16條）。多模式，高速可編程串行端口。2個多模式，16位定時器/計數(shù)器。兩級優(yōu)先中斷結(jié)構(gòu)。全深度返回聯(lián)動子程序堆棧和數(shù)據(jù)存儲。擴(kuò)展了MCS-48指令集。直接尋址和位尋址。二進(jìn)制或十進(jìn)制運(yùn)算。符號溢出檢測和奇偶校驗計算。硬件支持4微秒的乘法和除法運(yùn)算。集成了用于控制應(yīng)用程序的布爾處理器。向上兼容現(xiàn)有的8048軟件。這三種設(shè)備都有一個標(biāo)準(zhǔn)的40引腳雙列直插封裝，具有相同的引腳輸出，相同的時性，和相同的電氣特性。三者主要區(qū)別是片內(nèi)程序存儲器的類型不同，設(shè)計不同的片內(nèi)存儲器，以滿足不同的用戶需求，8751提供4K字節(jié)的紫外線可擦除存儲空間，用于程序開發(fā)的可編程

38、的只讀存儲器（EPROM），樣機(jī)研究，和小批量生產(chǎn)。（按照慣例，1 K是210 =1024。帶有一個小寫的“k”的1 k等意味著1031000。）這部分可以使用英特爾特殊的應(yīng)用程序UPP單獨(dú)編程。如果軟件檢測到的錯誤或設(shè)計說明更改，只需用紫外線線芯片照射幾分鐘，相應(yīng)的程序就會被擦除掉，然后用修改好的代碼重新編程。這個循環(huán)可能會被無限次地重復(fù)在設(shè)計和開發(fā)階段。軟件的最終版本必須在大規(guī)模生產(chǎn)時被被編程進(jìn)去。8051內(nèi)置有4K字節(jié)的客戶點單要求的ROM掩模編程芯片。這部分是相當(dāng)便宜的，但制造后不能被刪除或改變。8031沒有任何片內(nèi)程序存儲器，但也可以使用多達(dá)64K字節(jié)的外部標(biāo)準(zhǔn)或復(fù)用ROM，PROM

39、 ，EPROM。相較于其他兩個成員提供的4K字節(jié)，8031非常適合明顯需要更大或更小的存儲量的應(yīng)用程序。8051和8751自動訪問外部程序存儲器的所有地址大于片內(nèi)4096字節(jié)。外部訪問輸入會覆蓋所有內(nèi)部程序存儲器，8051和8751 將在31腳被拉低時都仿真一次8031?？v觀本說明，“8051”作為一個統(tǒng)稱在被使用。除非特別說明，否則，該點同樣適用于所有這三個組件。表4.1總結(jié)了mgs-48與MCS-51家族成員之間的數(shù)量差異。4.1.3Microcontroller Background Concepts4.1.3單片機(jī)背景概念字母“MCS”通常表示一個兼容英特爾微控制器組件的系統(tǒng)或家族，包

40、括CPU，存儲器，時鐘發(fā)生器，I/O口擴(kuò)展，等等。數(shù)值后綴表示擔(dān)任家族基石的的微處理器或微控制器。目前在MCS-48系列微控制器包括8048系列（8035，8048，8748），8049系列（8039和8049），以及8021和8022；該系列還包括8243，一個兼容每種微控制器的I/O擴(kuò)展。每個控制器的CPU來自于8048，擁有相同的架構(gòu)，尋址方式，指令集，和一個服務(wù)于每一個的單一的編譯器。MCS-51家族的第一批成員是8051，8751，和8031。8051系列架構(gòu)，來源于8048，不嚴(yán)格兼容，它們有更多的尋址方式，更多的指令，更大的地址空間，和其他一些硬件差異。字母“MCS-51”在談及

41、將包括在未來可能基于8051處理器的微控制器的8051系列架構(gòu)特征時被使用。這些產(chǎn)品在不考慮CPU和完整指令集的情況下可以有不同數(shù)量的存儲量（如8048 / 8049）或者不同的外圍功能（如在8021和8022）。ASM51是8051家族所有微控制器通用的編譯器。大多數(shù)數(shù)字計算機(jī)都在內(nèi)部使用二進(jìn)制（基數(shù)為2）編號系統(tǒng)。所有的變量，常量，字母數(shù)字字符，編程語句，等，都用二進(jìn)制（“比特”）數(shù)組表示，每組都有數(shù)值0和1，計算機(jī)使用一次能移動和處理多少位來進(jìn)行分類。MCS-51微控制器包含一個八位的中央處理單元（CPU）。大多數(shù)操作過程變量是八位寬。所有的隨機(jī)存儲器和只讀存儲器，所有其他寄存器都是八位

42、寬。一個八位（“字節(jié)”）變量（如圖4.2所示）可以假設(shè)成256個不同值中的其中之一，通常代表0和255之間的整數(shù)。其他類型的數(shù)字，指令，等等都是由一個或多個字節(jié)使用某些約定來體現(xiàn)的。例如，代表正數(shù)和負(fù)數(shù)，最高位（D7）表示其他7位的符號位，0代表正數(shù)，1代表負(fù)數(shù)，允許的整數(shù)范圍在-128到+127之間。對于具有極大幅度的整數(shù)，幾個字節(jié)被聯(lián)合在一起，來表示多精度的符號或者無符號整數(shù)-16/24或者更多的位寬。兩位十進(jìn)制數(shù)被打包成一個八位寬的二進(jìn)制數(shù)，每個數(shù)使用四位二進(jìn)制代碼。這被稱為二進(jìn)制編碼（BCD），通常在人機(jī)交互程序內(nèi)部使用。字母數(shù)字字符（字母，數(shù)字，標(biāo)點符號，等等）往往采用美標(biāo)信息交換碼

43、（ASCII）代表。每個字符都與一個唯一的七位二進(jìn)制數(shù)關(guān)聯(lián)。因此，一個字節(jié)可能表示一個字符，一個系列（或“字符串”）的字節(jié)可能代表一個詞或一個字母序列。由于ASCII碼只使用128個字符的，字節(jié)的最高位不需要區(qū)分字符。經(jīng)常D7的所有字符都設(shè)置為0。在一些編碼方案中，D7是用來表示其他7位是“等價”的，必須設(shè)置或者清除以確保8位代碼中的“1”的總數(shù)為偶數(shù)（偶校驗）或者是奇數(shù)（奇校驗）。當(dāng)需要時，8051內(nèi)部會有硬件來計算奇偶校驗。計算機(jī)程序是由特定的被CPU執(zhí)行的一次一條語句的簡單步驟組成的有序序列，這種被共同使用來解決用戶的應(yīng)用程序的方法或者步驟序列被稱為“算法”。程序在計算機(jī)里用一系列二進(jìn)制

44、數(shù)進(jìn)行存儲，每個二進(jìn)制數(shù)對應(yīng)一個CPU能夠執(zhí)行的基本操作（操作碼）。在8051中每個程序存儲單元是一個自己。一個完整的指令是由一個包含一個或多個字節(jié)的序列組成的，其中第一個字節(jié)用來定義要被執(zhí)行的操作，額外的字節(jié)（如果需要）保存額外的信息，例如數(shù)值或變量地址。沒有一個指令的長度是超過三個字節(jié)的。將二進(jìn)制操作碼和修飾字節(jié)分配給CPU操作的方式被稱為計算機(jī)的“機(jī)器語言”。直接用機(jī)器語言寫程序是費(fèi)時和繁瑣的。人類使用詞語和概念進(jìn)行思考而不是編碼數(shù)字，所以每一條CPU操作和資源都被賦予一個名字和標(biāo)準(zhǔn)縮寫（“助記符”）。當(dāng)是用使用這些標(biāo)準(zhǔn)助記符，或者“匯編語言”時，程序更容易被討論和可以以這種形式輸入到英

45、特爾智能800或第II系列的微機(jī)開發(fā)系統(tǒng)中。這種開發(fā)系統(tǒng)可以使用一種被稱為編譯器的程序機(jī)械的將匯編語言的“源”形式翻譯成機(jī)器語言的“目標(biāo)”代碼。MCS-51編譯器被稱為ASM51。計算機(jī)的機(jī)器語言和匯編語言被當(dāng)做一種展示工具來使用時有幾個重要的差異。機(jī)器語言或指令集是一組程序正在運(yùn)行時CPU能執(zhí)行的操作集合，微控制器硬件設(shè)計嚴(yán)格決定了這套指令的全部功能。匯編語言是一種標(biāo)準(zhǔn)的（雖然隨便或多或少）符號集包括指令集助記符，但附加進(jìn)一步簡化程序設(shè)計過程的額外功能。例如，ASM51能創(chuàng)建和格式化程序列表，并有一些指令來分配變量存儲和插入任意字節(jié)數(shù)到目標(biāo)代碼中創(chuàng)建常量表。此外，ASM51可以執(zhí)行復(fù)雜的數(shù)學(xué)

46、運(yùn)算，計算地址或算術(shù)表達(dá)式求值，從而將程序員從這單調(diào)乏味的工作中解救出來。然而，這些計算只能在“匯編時間”中使用信息。例如8051在運(yùn)行時以一次八位的速度執(zhí)行算術(shù)運(yùn)算。ASM51也可以做類似的一次16位的操作。8051每一個指令只能處理一個簡單的步驟，而ASM51每一行源代碼都能執(zhí)行復(fù)雜的計算。然而，在編譯時，由匯編語言執(zhí)行的操作可能只能使用固定的參數(shù)值，程序開始執(zhí)行之前，值是未知的參數(shù)不是變量。例如，當(dāng)匯編語言源代碼被執(zhí)行時，ASM51將在內(nèi)部符號表中發(fā)現(xiàn)這些預(yù)先定義的常量“LOOP_COUNT”，增加值，乘三的總和，以及（如果它包括在-256和255之間）截斷乘積到8位。當(dāng)這種指令被執(zhí)行時

47、，8051的算術(shù)邏輯單元存儲器將發(fā)生連續(xù)增加。一些類似的差異存在來區(qū)分?jǐn)?shù)字系統(tǒng)（“基數(shù)”）規(guī)格。8051使用二進(jìn)制來進(jìn)行所有的計算（盡管有規(guī)定，結(jié)果要轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制形式）。在編寫一個程序的過程中，盡管，它可能更方便去指定常量使用一些其他的基數(shù)，例如基數(shù)10。在其他場合，它對于指定某些字符或字符串的ASCII碼是可取的。ASM51允許每個匯編指令轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制常量的一些表示方法例如，二進(jìn)制通過一系列的1和0（自然數(shù)）來表示匯編語言，后面跟一個字母“B”（表示二進(jìn)制）；八進(jìn)制數(shù)作為一系列的八進(jìn)制數(shù)字（0-7），后面跟一個字母“O”（表示八進(jìn)制）或者“Q”（這不代表任何意義，但看起來有點像一個“O”并且

48、很少和零混淆）。十六進(jìn)制數(shù)用一系列的十六進(jìn)制數(shù)字（0-9，A-F）來表示，（你猜對了）后面跟著一個字母”H”。一個十六進(jìn)制數(shù)字必須以一個十進(jìn)制數(shù)字開始，否則，它看起來像一個用戶定義的符號（稍后會被討論）。一個“假”前導(dǎo)零可能被插入在第一個數(shù)字之前以滿足這個約束。字符串“BACH”可能是一個巴洛克音樂合成常規(guī)的合法標(biāo)簽；字符串“OBACH”是一個十六進(jìn)制常量BAC16。這是一個增加0產(chǎn)生一個很大區(qū)別的例子。十進(jìn)制數(shù)用一系列十進(jìn)制數(shù)字來表示，后面可選擇是否跟隨一個“D”。如果一個數(shù)沒有后綴，它可以被認(rèn)為是十進(jìn)制數(shù)，所以它最好不包含任何非十進(jìn)制數(shù)?！?BAC”不是一個任何含義的合法表示。當(dāng)一個程序需

49、要一個ASCII碼時，在兩個符號之間裝入所需字符（如在“#”），并且編譯器將把它轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的碼值（在23H的情況下）。符號之間的字符串被轉(zhuǎn)換成一系列的常數(shù)；“BACH” 變成了 42H, 41H, 43H, 48H。這些相同的規(guī)則被使用在整個相關(guān)的英特爾文檔。表4.2說明了一些不同的數(shù)字格式。4.2A Digital Thermometer Using the AT89C2051 Microcontroller4.2數(shù)字溫度計采用AT89C2051單片機(jī)4.2.1Introduction4.2.1介紹這個注意事項系統(tǒng)介紹了實現(xiàn)一個具有內(nèi)置的LCD和RS-485通信端口的簡易數(shù)字溫度計。它是圍繞

50、Atmel的AT89C2051處理器來設(shè)計的，一個來自達(dá)拉斯半導(dǎo)體的DS1620數(shù)字溫度計/溫控器，一個小的8x2的LED背光LCD，和一個RS485線路接口。這個系統(tǒng)，路圖4.3所示，可以作為開發(fā)用戶具體方案的一個基礎(chǔ)，這些方案可以用在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、獨(dú)立的數(shù)據(jù)采集設(shè)備和控制設(shè)備中。由于它的低電流需求所以可以集中供電，由于其封裝小，它可以被放置在幾乎任何地方。4.2.2Software4.2.2軟件LCD驅(qū)動是完全用C語言編寫，并在小存儲模型的Micro-C（來自Dun-field開發(fā)系統(tǒng)）下進(jìn)行編譯。盡管一個基于堆棧的權(quán)威實現(xiàn)方案，Micro-C有一些相當(dāng)合適的為小系統(tǒng)產(chǎn)生只讀化存儲器代碼的特殊功能。通常操作會引起堆棧操作，堆棧操作由庫函數(shù)組成，這些庫函數(shù)全由人工編碼而且進(jìn)行了高級優(yōu)化。作為一個額外的優(yōu)點，Micro-C有全部的文檔庫源代碼，所以在有問題出現(xiàn)時可以進(jìn)行特殊修改。最初的幾個傳統(tǒng)的C語言庫實現(xiàn)方案的函數(shù)包含在LCD驅(qū)動模塊中。putString顯示零終止字符串，僅僅通過了putchar字符，直到遇到一個空字節(jié)。putchar一次輸出一個字符給LCD和處理換行符前移光標(biāo)到下一行的開頭。定位lcd按照調(diào)用者指定值來簡單設(shè)置光標(biāo)地址。清除lcd函數(shù)被用于清除整個液晶和家復(fù)位光標(biāo)。這些函數(shù)將被繼續(xù)關(guān)注，LCD與其實際的物理通信。由于大規(guī)模集成電路數(shù)據(jù)隨機(jī)存儲器與LCD的