智能溫度測控器顯示及控制電路設計-正文

d本科生畢業(yè)設計（論文）中文題目：智能溫度測控器顯示及控制電路設計英文題目：THEDESIGNOFDISPLAYANDCONTROLLINGOFINTELLIGENTTEMPERATURETESTINGCONTROLLER摘要溫度作為一個重要的物理量，是工業(yè)生產(chǎn)過程中最普遍、最重要的工藝參數(shù)之一。隨著時代的進步、社會的發(fā)展、科學技術的不斷更新，溫度的測量范圍要求不斷擴大，同時溫度的測量準確性要求不斷提高。本文主要通過對AT89S52單片機、AD590集成溫度傳感器等器件的性能和特點的研究，從而得出了對溫控器控制及顯示電路的設計，本設計中首先AD590集成溫度傳感器與OP07組成測量放大電路測量溫度信號，再通過A/D轉換模塊將溫度信號轉換后送人單片機內，達到對溫度控制及顯示的目的。其中AD590集成溫度傳感器可以測量室溫、物體溫度等，本設計所設定的測量范圍為0℃～+150℃。關鍵詞：單片機智能控制顯示溫度電路ABSTRACTTemperatureisaveryimportantphysicalquantity,itisoneofthemostcommonandthemostimportanttechnologicalparametersinIndustrialproductionprocess.Allalongwiththeprogressofthetime、developmentofsocietyandcontinuousrenewaloftechnology,thetemperaturemeasurementrangerequiresenlarging,meanwhile,theaccuracyofthemeasurementoftemperaturerequiresConstantlyupgrade.Thispaperisfocusedontheresearchesintosomecomponents,suchasAT89S52SCM(single-chippedmachine),AD590integratedtemperaturesensor,whichbringsoutthedesignoftemperaturecontrolleranddisplayingcircuit.MeasuringamplifyingelectriccircuitcomposedofAD590integratedtemperaturesensorandOP07componentisusedtomeasurethesignaloftemperature.WithtemperaturesignalconvertedthroughA/DconversionmodulesputintoSCM,itcanbeworkedoutforthedisplayingandcontrollingoftemperature.Besides,AD590integratedtemperaturesensorcanbeappliedtomeasureindoortemperature,aswellastemperatureofanyobject.theexpectedmeasurementofthesystemextentfrom0℃until150℃.KEYWORDS:SCMBrainpowerControllingDisplayTemperatureCircuitry目錄TOC\o"1-3"\h\u130801緒論 6154751.1溫度檢測技術的發(fā)展現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 6171961.1.1溫度檢測技術的發(fā)展現(xiàn)狀 615561.1.2溫度檢測技術的發(fā)展趨勢 8147981．2課題研究目的和意義 9256591．3課題研究內容及目標 990462溫度信號采集電路 11156962.1熱電偶測溫 11292332.2冷端補償?shù)难a償導線 13289412.2.1補償導線的選擇 13271852.2.2補償導線的原理 13294562.2.3補償導線的型號和分類 14151672.2.4補償導線的使用原則 15151682.3熱電偶的冷端補償 15283562.3.1熱電偶參考端溫度的影響 15169142.3.2熱電偶冷端補償電路的設計 1695462.4本章小結 17123313溫控器的硬件設計 18199963.1系統(tǒng)總體原理方框圖的設計 18255963.2溫度信號放大電路設計 1843363.3A/D轉換電路設計 21177333.3.1雙積分ADC工作原理 2186763.3.2A/D轉換器ICL7135的技術指標 23239693.3.3A/D轉換芯片ICL7135的電路設計 24149263.4D/A轉換接口電路設計 2798673.4.1D/A轉換器DAC7611 2713343.4.2D/A轉換器的基本原理 28165123.4.3D/A轉換芯片DAC7611的電路設計 2911373.5AT89S52單片機 2992503.6顯示電路設計 31234733.6.1顯示器 3196133.6.2LED的工作原理 3264133.6.38279鍵盤顯示接口芯片 3390224.7本章小結 3537884溫控器軟件設計 36177174.1溫度控制器的主程序設計 36124024.2A/D轉換模塊 3756984.3D/A轉換模塊 39136734.4LED顯示模塊 41206364.5鍵盤控制模塊 4355634.6本章小結 45164255系統(tǒng)的調試 46229585.1系統(tǒng)硬件調試 46287135.2系統(tǒng)軟件調試 46151776總結 47182127經(jīng)濟分析報告 48207527.1系統(tǒng)元器件金額 4828847.2市場預測與利潤分析 4929552致謝 5023172參考文獻 511緒論1.1溫度檢測技術的發(fā)展現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢1.1.1溫度檢測技術的發(fā)展現(xiàn)狀隨著國內外工業(yè)的日益發(fā)展，溫度檢測技術也有了不斷地進步。目前的溫度檢測使用的溫度計種類繁多，應用范圍也較廣泛。溫度測量包括以下方法:1)利用物體熱脹冷縮原理制成的溫度計利用此原理制成的溫度計大致分成三大類:玻璃溫度計、雙金屬溫度計、壓力式溫度計。2)利用熱電效應技術制成的溫度檢測元件利用此技術制成的溫度檢測元件主要是熱電偶。熱電偶發(fā)展較早，比較成熟，至今仍為應用最廣泛的檢測元件之一。由于其具有結構簡單、制作方便、測量范圍寬、精度高、熱慣性小等特點，因此廣泛作為溫度傳感器的敏感元件。3)利用熱阻效應技術制成的溫度計用此技術制成的溫度計大致可分成以下幾種:電阻測溫元件、導體測溫元件、陶瓷熱敏元件。4)利用熱輻射原理制成的高溫計熱輻射高溫計通常分為兩種:一種是單色輻射高溫計，一般稱光學高溫計;另一種是全輻射高溫計，其工作原理是物體吸收熱輻射后，視物體本身的性質，能將它吸收、透過或反射。目前，在高科技領域，國內外專家都在有針對性的競相開發(fā)各種新型溫度傳感器及特殊測量環(huán)境的測溫技術l、由點到線、由線到面溫度分布的測溫技術(l)多芯熱電偶。傳統(tǒng)的溫度測量可稱為對某一“點”的溫度測量。如用熱電偶測量爐窯溫度，只能給出測量端所處的溫度。但是了解整個爐內溫度分布是十分必要的，所以采用多芯愷裝熱電偶，可以分布式測量爐內環(huán)境溫度。(2)光纖式溫度分布測量裝置。光纖式溫度分布測量裝置是用一只傳感器就能測出線狀溫度分布的一種新型傳感器件。該裝置的基本原理是將激光脈沖射到光纖中，依據(jù)到達各處返回的散射光中的斯托克及反斯托克光之比，求其溫度。這種光纖式溫度分布測量裝置可以測得最遠30km以內的溫度分布。光纖溫度測量裝置由于用光纖傳輸或敏感溫度，具有電磁絕緣性好、高靈敏度、體積小、重量輕，便于在特殊場合下安裝等特點。(3)用輻射溫度計或熱像儀測量表面溫度分布。對于被測表面的溫度測量與控制，可以選用熱像儀或輻射溫度計測量。(4)用長熱電偶測量表面溫度分布。對于步進式加熱爐等爐內溫度的測量，通常將熱電偶焊接或鉚接在耐熱物體上，然后逐漸向爐內移動測量溫度。(5)用耐熱數(shù)據(jù)記錄儀與短熱電偶相結合測量表面溫度分布。將小型半導體存儲裝置放入耐熱容器內，并與短熱電偶一起隨物體放入爐內，就可以很方便的測量爐內溫度分布。2、由表面到內部、深部的測溫技術對于物體內部溫度，可以將帶有保護管的溫度傳感器插入物體內部測量。但是，有時卻受到很多制約，有時不能直接插入。例如測量人體體溫的溫度計，其原理如下圖1一1所示。溫度計中間有絕緣層，上下各有一個熱敏電阻，并在其上放一個加熱器。如將此溫度計放在人體表面上，因此在上、下熱敏電阻間有溫度差，所以要用加熱器加熱來消除溫度差。在內部附有發(fā)熱體的物體中，熱量將由內向外擴散，因此表面溫度要比內部溫度低，其間有溫度差。因此，在加熱物體的表面，如能消除此溫度梯度，就能測量出便可知內部溫度。圖1一1深部溫度測量原理圖應用上述原理，欲測量工程管道內的流體溫度，在此不用加熱器，而在管道內部安放一塊與管道具有相同材質的墊片。其外部再纏繞保溫材料，用此方法減少或盡量消除溫度梯度。這種管道包括墊片在內與內部流體的溫度梯度將很小，其絕熱原理如圖l一2所示。圖l一2減少溫度梯度測量原理圖1.1.2溫度檢測技術的發(fā)展趨勢隨著對生產(chǎn)效率的要求不斷提高，對溫度檢測的要求也越來越高，融合現(xiàn)代檢測技術和控制理論的智能檢測是當今溫度檢測的一大趨勢，研究和開發(fā)適用場合多樣化、測溫對象多樣化、檢測設備數(shù)字化以及檢測元件新型化的測溫儀表是國內外測溫儀表研究的重點。根據(jù)上述要求，國內外溫度檢測儀表將向以下幾方面發(fā)展:l)繼續(xù)生產(chǎn)應用廣泛的傳統(tǒng)溫度檢測元件，如:熱電偶、熱敏電阻等。2)加強新原理、新材料、新工藝的開發(fā)，如近來已開發(fā)的炭化硅薄膜熱敏電阻溫度檢測器，厚膜、薄膜鉑電阻溫度檢測器，硅單晶熱敏電阻溫度檢測器等。3)向智能化、集成化方向發(fā)展，新產(chǎn)品不僅要具有檢測功能，又要具有判斷和指令等多功能，采用微機向智能化方向發(fā)展。1．2課題研究目的和意義溫度是一個非常重要的物理量，是國際單位制中的7個基本單位之一，也是工業(yè)生產(chǎn)中主要的工藝參數(shù)。人們的日常生活、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和科學實驗等許多方面都與溫度測量有著十分密切的關系。隨著時代的進步、社會的發(fā)展、科學技術的不斷更新，溫度的測量范圍要求不斷擴大，同時溫度的測量準確性要求不斷提高。對溫度測量的要求也越來越高，而且測量范圍也越來越大，對溫度的檢測技術的要求也越來越高。因此，溫度測量和溫度測量技術的研究也是一個重要的研究課題。而現(xiàn)在溫度的測量逐漸趨向于智能化和集成化等方向發(fā)展，那么我們就可以通過掌握智能化儀表的理論知識，結合智能化儀器儀表的結構特點和工作模式，將測量和控制理論應用于設計，以簡潔、可靠的方式，完成智能化溫度測控器的設計。通過研究，全面掌握智能化儀表的設計原理、方法以及應用技術，設計更精確，更簡單的溫度測控器。比如應用于船舶工業(yè)的智能溫度測控，以單片機為核心，實現(xiàn)了對工業(yè)現(xiàn)場(如各種船舶貨艙、機艙和大型變壓、變頻器)的溫度實時監(jiān)測和控制，可自動控制惡劣環(huán)境下的溫度、壓力等，實現(xiàn)了溫度控制的智能化。還有可應用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的溫室大棚中，實現(xiàn)對溫度的實時檢測和控制，以便達到農(nóng)作物的最佳生長溫度，促進農(nóng)作物的生長，從而提高溫室大棚的畝產(chǎn)量，以帶來很好的經(jīng)濟效益和社會效益。這些都說明研究智能溫度測控器不管是對于工業(yè)還是農(nóng)業(yè)都具有重要的意義，當研究成果轉為產(chǎn)品時也促進了商業(yè)的發(fā)展，同樣在醫(yī)療環(huán)境的溫度控制等其他方面都具有重要的意義。1．3課題研究內容及目標針對智能溫度測量儀表的特點，研究和設計相應方案及實現(xiàn)方法，將熱電偶測溫技術與單片機技術結合起來。采用單片機芯片AT89552作為微處理器，選用熱電偶作為溫度傳感器，通過熱電偶測量溫度模擬量，經(jīng)信號調理電路濾除干擾之后，利用模數(shù)轉換芯片送入單片機【1】；同時，利用數(shù)字溫度傳感器進行熱電偶冷端溫度的測量，以對熱電偶進行冷端補償，通過控制算法，實現(xiàn)準確測量并在LED液晶顯示模塊顯示溫度，并通過串口，將采集的溫度值送到上位機，在界面上實現(xiàn)數(shù)據(jù)可視化顯示功能。需要完成的主要工作如下:(l)利用補償導線和冷端補償電路對熱電偶測溫系統(tǒng)進行補償(2)以單片機作為CPU芯片，設計了智能測溫儀表的輸入前向通道、輸出顯示通道以及外圍電路。為了準確的測量溫度，濾除低頻干擾，熱電偶測溫電路采用前置放大和二階有源濾波實現(xiàn)信號的優(yōu)化處理。(3)設計智能測溫儀表上位機監(jiān)控界面的軟件系統(tǒng)，實現(xiàn)測溫數(shù)據(jù)的可視化功能。2溫度信號采集電路熱電偶主要是利用熱電效應技術制成的溫度檢測元件技術。熱電偶發(fā)展較早，比較成熟，至今仍為應用最廣泛的檢測元件之一。由于其具有結構簡單、制作方便、測量范圍寬、精度高、熱慣性小等特點，因此廣泛作為溫度傳感器的敏感元件。而本系統(tǒng)中選擇鉑銠13-鉑熱電偶R型熱電偶，它的測溫范圍是0-1700℃，輸出電壓為0-20mV。本節(jié)中將再對熱電偶的工作原理、分度表、冷端補償以及使用過程中需要注意的問題進行討論。2.1熱電偶測溫把兩根不同質的導體或半導體(A和B)聯(lián)接起來組成一個閉合回路，該閉合回路叫熱電回路。當兩導體兩個接點1和2處于不同溫度T和T0時，回路中就有一定的電流流過，表明回路有電勢產(chǎn)生，該電勢稱為熱電勢，這種產(chǎn)生熱電勢的效應叫作熱電效應。常用的熱電偶由兩根化學成分不同的金屬導線組成，它們的一端焊接在一起，放入被測介質中，叫做熱端。與測量儀表相聯(lián)的那一端叫冷端。當熱端與冷端有溫差時，測量儀表便能測出被測介質的溫度。熱電偶由溫差產(chǎn)生的熱電勢是隨介質溫度變化而變化的，其關系可由下式表示，即：（式2-1)式中：Et——熱電偶的熱電勢(V);eAB(T)——溫度為T時的接觸電勢(V)；eAB(T0)——溫度度為T0時的接觸電勢(V)。當熱電偶的材料均勻時，熱電偶的熱電勢大小與電極的幾何尺寸無關，僅與熱電偶材料的成分和熱、冷端的溫差有關。在通常的測量中要求冷端的溫度恒定，此時熱電偶的熱電勢就是被測介質溫度的單值函數(shù)，即。我國從1988年1月1日起，熱電偶和熱電阻全部按IEC國際標準生產(chǎn)，并指定S、B、E、K、R、J、T七種標準化熱電偶為我國統(tǒng)一設計型熱電偶。其中對R型熱電偶的分度表解釋如表2-1，2-2所示:表2-1鉑銠13-鉑熱電偶（R型）熱電偶分度表（ITS-90）分度表：R參考端溫度:0℃t,℃-0+0100200300400500E,mV0.0000.0000.6471.4692.4013.4084.471t,℃600700800900100011001200E,mV5.5836.7437.9509.20810.50611.85013.228t,℃13001400150016001700E,mV14.62916.04017.45118.84920.222表2-2R型熱電偶參考端溫度非0℃時的校正表（修正值加上所查的熱電勢）t,℃01020304050E,mV0.0000.0540.1110.1710.2320.296為了便于了解R型熱電偶的線性性，將分度表制成圖2-5所示曲線，從鉑銠13-鉑熱電偶（R型）熱電偶的熱電勢與溫度的理想關系曲線中，可以看出熱電偶檢測到的溫度信號有如下特點：(1)熱電偶測得的溫度信號都較小，最大的幾十mV,小的幾mV。這就意味著對檢測到的信號要進行放大。(2)熱電偶分度表中給出的數(shù)據(jù)是以0℃為參考點。在實際應用時，環(huán)境常常不是0℃。為給熱電偶冷端創(chuàng)造一個環(huán)境0℃，通常的作法是進行冷端補償。(3)熱電偶的溫度信號實際上非線性較大，并且，各種熱電偶隨溫度的升高，熱電勢的增加量變大。這就使線性化變得困難。由于上述原因，熱電偶的溫度信號調理電路就比較復雜。圖2-5測量溫度與熱電勢關系圖2.2冷端補償?shù)难a償導線2.2.1補償導線的選擇在一定溫度范圍內，與所用熱電偶的熱電特性相同的一對帶有絕緣層的導線稱為補償導線。若與所配用的熱電偶正確連接，其作用是將熱電偶的參考端延伸到遠離熱源或環(huán)境溫度較恒定的地方。通過使用補償導線，可以改善熱電偶測溫線路的機械與物理性能，同時降低測量線路的成本。2.2.2補償導線的原理AA'BB'AAAA'BB'AABBT T0 T T0(a)(b）圖2-6補償導線原理圖式中Tn是使用補償導線后的溫度。而圖2-6(b)回路的總熱電動勢為如果則（式2-2）因此，能滿足式(2-2)要求的連接導線，就能起到補償導線的作用。2.2.3補償導線的型號和分類對標準熱電偶來說，根據(jù)熱電偶補償導線標準(GB4989～4990-85)，其型號可分為SC,KC,KX,EX,JX,TX,NX。其中型號頭一個字母與配用熱電偶的分度號相對應。字母“X”表示延伸型補償導線。字母“C”表示補償型補償導線。其中延伸型補償導線是指能滿足式(2-3)的條件：(式2-3)(式2-4)又能使式(2-4)成立。即其材質與所配用熱電偶的熱電極化學成分相同。補償型補償導線是指能滿足式(2-2)的條件，不能滿足式(2-5)的條件。即其材質與所配用熱電偶的熱電極化學成分不同，它只能在一定溫度范圍內與熱電偶的熱電性能一致。(式2-5)非標準熱電偶一烏徠系列熱電偶補償導線，目前列于我國專業(yè)標準(ZBN05002-88)中，其型號分為G型和H型。2.2.4補償導線的使用原則補償導線的選用應遵循以下原則.(1)各補償導線只能與相應型號的熱電偶匹配使用。(2)補償導線與熱電偶的溫度不得超過規(guī)定的使用溫度范圍，通常接點溫度在100℃以下，耐熱用補償導線可達200(對延伸型補償導線不應嚴格限制)。(3)由于補償導線與電極材料并不完全相同(延伸型除外)，所以，連接點處兩接點溫度必須相同，否則會引入誤差。使用補償導線時，切勿將極性接反。2.3熱電偶的冷端補償2.3.1熱電偶參考端溫度的影響由熱電偶測溫原理可知熱電偶的輸出電壓即，熱電偶因溫度變化產(chǎn)生的熱電動勢是測量端溫度與參考端溫度的函數(shù)差，而不是溫度差的函數(shù)。那么，熱電動勢就變成測量端溫度的單值函數(shù)。我們經(jīng)常使用的分度表及顯示儀表，都是以熱電偶參考端溫度為0℃為先決條件的。因此，在使用時必須保證這一條件，否則就不能直接應用分度表。如果參考端溫度是變化的，引入的測量誤差也是變量。由此可見，參考端溫度的變化直接影響測量的準確度。但在實際測溫時，因熱電偶的長度受到被測介質與環(huán)境溫度的影響，不僅其參考端溫度難以保持0℃，而且往往是波動的，無法進行參考端溫度的修正。因此，要把變化很大的參考端溫度所帶來的誤差，通過采取一定措施予以補償。2.3.2熱電偶冷端補償電路的設計由上一節(jié)我們知道，在一定溫度范圍內，補償導線熱電性能與熱電偶基本一致。它的作用只是把參考端移至離熱源較遠或環(huán)境溫度恒定的地方，但不能消除參考端溫度不為零度的影響，因此必須進行冷端補償。熱電偶冷端(參考端)通常放在室內，其溫度為室溫，需要對查表得到的溫度進行冷端補償，這里采用AD590集成溫度傳感器來組成冷端溫度測量電路。圖2-7AD590的測量電路AD590是絕對溫度/電流變換器，它以電流作為輸出量，其典型的電流溫度靈敏度是1uA/K。它是兩端器件，使用非常方便。作為一種高阻電流源，不需要考慮傳輸線上電壓信號損失和噪聲的干擾問題，因此特別適合做遠距離測量或控制應用。AD590由于采用獨特的電路結構，并利用最新的薄膜電阻激光微調技術作最后的標定，具有很高的精度。其主要技術指標為：（1）測量范圍：-55～+150℃；（2）電流輸出(標定系數(shù))：luF/K；（3）電源電壓：4～30V；（4）線性度：在滿量程范圍內小于士0.5℃；（5）重復性：士0.1℃；（6）輸出阻抗：約為lOM?；（7）長期漂移：士0.1℃/月；當AD590兩端加+4V～+30V電壓時，呈現(xiàn)高阻抗，其輸出溫度與絕對溫度成正比，能夠保證在298.2K(25℃)時輸出的電流為298.2μA，是一個線性溫度恒流源。AD590的測量電路如圖2-7（a）所示，由于AD590輸出為電流信號，所以其傳輸線即使長達幾百米，也不至于影響測量準確度。若要達到與攝氏溫度成正比的電壓輸出，可以用運算放大器的反相加法電路來實現(xiàn)，如圖2-7（b）所示。2.4本章小結在設計中我們采用熱電偶作為檢測元件，所以我們就必須解決熱電偶冷端溫度補償?shù)膯栴}，設計中利用補償導線及補償電路來對熱電偶冷端測溫系統(tǒng)進行補償，補償電路具體是利用集成溫度傳感器AD590來進行冷端溫度的測量，通過AD590很好的完成了溫度測量部分的設計，通過AD590和R型熱電偶的結合，本設計的測量范圍將控制在0～+150℃，誤差小于士0.5℃。3溫控器的硬件設計3.1系統(tǒng)總體原理方框圖的設計溫度傳感器測量電路輸出被控量放大電路溫度傳感器測量電路輸出被控量放大電路D/A轉換電路A/D轉換電路D/A轉換電路A/D轉換電路控制電路控制電路鍵盤顯示電路鍵盤顯示電路系統(tǒng)總體原理方框圖整個溫控器主要由R型熱電偶，兩級放大電路，A/D轉換電路，單片機，鍵盤顯示電路等組成。感溫元件熱電偶檢測溫度后，將溫度信號轉變成電壓信號，由于熱電偶的輸出電壓非常小，因此必須經(jīng)過放大后才能進行A/D轉換。電壓信號經(jīng)過A/D轉換后變成數(shù)字信號，由單片機進行數(shù)據(jù)處理及進行相應的顯示。3.2溫度信號放大電路設計熱電偶測得的溫度信號很小，同時存在強大的干擾，如工頻5OHZ電壓；而溫度信號設計放大倍數(shù)為250倍，難以以一級放大電路實現(xiàn)。所以必須設計具有高性能的放大電路，本文采用了如圖3-1所示的電路結構。另外，為了保證放大的精度，電阻選擇高精度電阻，電容則選聚丙乙烯（CBB無感)電容。圖3-1溫度信號放大電路如圖3-1所示，整個放大電路由低通濾波，前置放大器，后置放大器組成。設計放大倍數(shù)為250倍。為了便于分析，將前置放大器和后置放大器分開進行討論。1.前置放大器前置放大器由兩個運放組成的差動放大器，具有高共模抑制比、高輸入阻抗和可變增益等優(yōu)點，是目前儀表儀器中最典型的前置放大器。前置放大器采用運放A1和A2組成并聯(lián)型差動放大器。理論上不難證明，在運算放大器為理想的情況下，并聯(lián)型差動放大器的輸入阻抗為無窮大，共模抑制比也為無窮大。更值得一提的是，在理論上并聯(lián)型差動放大器的共模抑制比與電路的外圍電阻的精度和阻值無關。由A1,A2組成的一級放大器的差模增益為:。圖3-2前置差動放大電路圖3-3后置差動放大電路2.后置放大器由于前置放大器已經(jīng)放大了25倍，后置放大器只需放大10倍就可以達到設計要求，選用普通差動比例運算放大電路即可。電路中電阻選擇滿足平衡條件R8//R10=R9//R11，得到差模電壓增益。由于工頻5OHZ電壓主要以共模形式存在，幅值可達幾V甚至幾十V，所以必須要有很高的共模抑制比。從理論上計算整個電路的共模抑制比：(式3-1)或(式3-2)式中:CMRTOTAL一一放大器的總共模抑制比；CMR1一一第一級放大器的共模抑制比；CMR2一一第二級放大器的共模抑制比；A1d,A1c一一第一級放大器的差模增益和共模增益；A2d,A2c一一第二級放大器的差模增益和共模增益。理論上可以求出，該放大器的總共模抑制比為90dB左右。3.3A/D轉換電路設計在單片機應用系統(tǒng)中，常需要將檢測到的連續(xù)變化的模擬量如電壓、溫度、壓力、流量、速度等轉換成數(shù)字信號，才能輸入到單片機中進行處理。然后再將處理結果的數(shù)字量轉換成模擬量輸出，實現(xiàn)對被控對象的控制。將模擬量轉換為數(shù)字量的過程稱為A/D轉換；將數(shù)字量轉換為模擬量的過程稱為的D/A轉換。設D為N位二進制數(shù)字量，Ua為電壓模擬量，UREF為參考電壓，無論A/D或D/A，其轉換關系按如式(3-3)所示：（式3-3）在本設計中選用的A/D芯片ICL7135為4位半雙積分式ADC(其分辨率相當于14位二進制數(shù))，它的參考電壓為1.OOOV，輸入的模擬量0-2.OOOV，對應的數(shù)字量為0000-4E20H(20000)。D/A芯片DAC7611為12位D/A轉換芯片，參考電壓為2.435V(內部自帶)，輸出數(shù)字量OOOH-FFFH，對應的模擬量為0-4.095V。3.3.1雙積分ADC工作原理A/D轉換器按其工作原理，有比較式ADC、雙積分式ADC,等形式。在選擇ADC時需要根據(jù)要求的測溫分辨率、現(xiàn)場情況、要求的轉換速度、價格等因素選擇合適的ADC。對于目前的溫度測量來說，由于溫度的變化是一個緩慢變化的過程，所以不需要很高的轉換速度?？刂凭葲Q定了ADC的分辨率；使用現(xiàn)場的工頻干擾較為嚴重而熱電偶的電信號是很微弱的直流信號，所以選取一個能抑制工頻干擾又具有較高分辨率的ADC很重要。根據(jù)以上原則，考慮選擇分辨率達到12位以上的雙積分式ADC，這時ADC的分辨率至少能達到0.5℃,而且能夠抑制工頻干擾。雙積分ADC是一種間接轉換式的A/D轉換器。它的基本原理是把待轉換的模擬電壓V變換成與之成比例的時間間隔△t，并在△t時間內，以恒定頻率的脈沖去記數(shù)，這樣就把△t轉換成了數(shù)字N,N與V也成正比，有時也稱為模擬電壓時間間隔一數(shù)字量轉換原理。雙積分ADC的工作過程分為三個階段。第一階段:回零階段，這時ADC的輸出為零，時間從0-t1。第二階段:積分階段，從t1時刻開始，積分器對輸入電壓U1進行積分，積分時間固定為TI，在t2時刻結束采樣，積分器輸出電壓為:（式3-4）式中：被測電壓在T1時間內的平均值。第三階段:積分器進行反向積分階段。當積分器的輸出回到0時，比較器的輸出發(fā)生跳變，此時有:(式3-5)式中:Er一基準電壓。由于Tl和Er都是恒定值，故比較周期正比于被測模擬電壓得平均值。從而可在比較周期內對時鐘脈沖進行記數(shù)，其記數(shù)值就等于被測模擬電壓值，實現(xiàn)了A/D轉換。雙積分ADC測量全周期如圖3-4所示。圖3-4雙積分ADC全周期雙積分ADC對固有周期TN的干擾抑制比NMRR：（式3-6）式(3-6)第一項是一階濾波器特性(20dB/十倍頻程)，第二項若取Ti/TN為整數(shù)倍就表示抑制比為無窮大。所以，雙積分ADC對固有周期的干擾抑制能力很強。對十非固有周期干擾也會因積分的平均作用而減小。目前有多種單片集成電路雙積分A/D轉換器，其中MCI4433和ICL7135較為常見，MCI14433為3位半，其分辨率相當于11位二進制數(shù)，所以MCI4433的分辨率較低。ICL7135為4位半，其分辨率相當于14位二進制數(shù)。它的轉換精度高，但是轉換速度慢，每秒只有幾次(根據(jù)時鐘頻率而定)，這對于溫度采樣來說己經(jīng)滿足使用要求。所以，A/D轉換器選擇ICL7135。3.3.2A/D轉換器ICL7135的技術指標A/D轉換器的主要技術指標包括有分辨率、精度、量程、線性度誤差、轉換時間。翻譯A/D轉換器手冊得到ICL7135的主要技術指標。(1)分辨率(Resolution)分辨率反映轉換器所能分辨的被測量的大小。通常用輸出二進制代碼的位數(shù)來表示。ICL7135為4位半雙積分A/D轉換器，其分辨率相當于4位二進制數(shù)。（2）精度(Preoision)精度指的是轉換結果相對十實際的偏差。相對分辨率為1/20000。（3)量程(滿刻度范圍一EullSoaleRange)量程是指輸入模擬電壓的范圍。ICL7135量程為2倍的參考電壓(參考電壓:1.OOOOV)2.OOOOV。(4)線性度誤差(LinearityError)線性度誤差是轉換器實際的模擬數(shù)字轉換關系與理想直線不同而出現(xiàn)的誤差，通常用多少LSB表示。ICL7135的線性度誤差為1LSB。(5)轉換時間(ConversionTime)從發(fā)出啟動轉換脈沖開始直至取得穩(wěn)定的二進制代碼所需的時間稱為轉換時間，與工作原理和轉換的位數(shù)有關。本設計中將ALE四分頻得到5OOKHz，在該時鐘下，ICL7135的轉換速率為每秒12.5次，轉換時間為0.08秒。除上述主要指標外，ICL7135還有以下特性:（1）輸入阻抗達109Ω以上，對被測電路幾乎沒有影響；（2）自動校零；（3）有精確的差分輸入電路；（4）自動判別信號極性；（5）有超、欠壓輸出信號；(6)有6個輔助輸入/輸出接口，可以與DART，微處理器以及其它電路連接。3.3.3A/D轉換芯片ICL7135的電路設計ICL7135是雙斜積分式4位半單片A/D轉換器，28腳DIP封裝。其引腳功能如下:1腳(V)-5V電源端；2腳(VREE)基準電壓輸入端；3腳(AGND)模擬地；4腳（DINT)積分器輸入端，接積分電容；5腳(AZ)積分器和比較器反相輸入端，接自零電容；6腳(BDE）緩沖器輸出端，接積分電阻；7腳(CREE+)基準電容正端；8腳（CREE-)基準電容負端；9腳(lN一)被測信號負輸入端；10腳((IN+)被測信號正輸入端；11腳(V+)+5V電源端；12,17-20腳(D1～D5)位掃描輸出端；13-16腳(B1一B4）BCD碼輸出端；21腳(BUSY)忙狀態(tài)輸出端；22腳(CLK)時鐘信號輸入端；23腳(POL)負極性信號輸出端；24腳(DGND)數(shù)字地端；25腳(R/H)運行/讀數(shù)控制端；26腳(STR)數(shù)據(jù)選通輸出端；27腳(OR)助超量程狀態(tài)輸出端；28腳(UR)欠量程狀態(tài)輸出端。在小型化儀表中，應該以最少的元件完成盡可能多的任務。在單片機中I/O口是十分寶貴的，利用ICL7135的“busy"端，只要一個I/O和單片機內部的定時器INTO就可以把ICL7135的數(shù)據(jù)送入單片機。具體電路圖如圖3-5所示。圖3-5A/D轉換模塊電路連接圖3-5所示電路中R41,R42,C2是積分元件；C3是自零電容；C4是基準電容；R44,CS組成標準輸入濾波網(wǎng)絡；R43,R44,D2組成輸入過壓保護電路。R43為基準電壓調整電位器，可根據(jù)要顯示的滿度值選擇基準電壓的大小，這里設計為1.0000V，它們的關系是:滿度值為基準電壓的兩倍。ICL7135的時鐘信號輸入由單片機的ALE端四分頻得到，單片機的時鐘頻率為12MHz，故。溫度信號采集放大后得到0-5V的電壓，由V_IN端輸入，再分壓得到0-2V的電壓作為ICL7135的輸入，而ICL7135的參考電壓則由良好的熱穩(wěn)定性能的二端可調分流基準源TL431分壓得到1.OOOOV。利用ICL7135的“busy”輸出信號與單片機的INTO相連，計數(shù)“busy”高電平的周期數(shù)。為了ICL7135工作更為精確和穩(wěn)定，電阻選用精密電阻(精度為1%)，電容選用穩(wěn)定性較強的CBB(聚丙乙烯)電容。根據(jù)熱電偶的修正熱電勢，經(jīng)放大后分壓輸入到ICL7135,即可計算出測量溫度與A/D芯片ICL7135輸出的十進制數(shù)理論值對照表3-6。之后進行差值運算，就可由A/D轉換模塊子程序得到所測溫度。表3-6測量溫度與數(shù)字量輸出對照表測量溫度(°C)修正熱電勢(mV）電壓放大輸出(V）A/D轉換輸出(十進制)00.0000.0000001000.7580.1907582001.5700.39315703002.5120.62825124003.5190.88035195004.58216941.42456947006.8541.71468548008.0612.01580619009.3192.3309319100010.6172.65410617110011.9612.99011961120013.3393.33513339130014.7403.68514740140016.1514.03816151150017.5624.391175623.4D/A轉換接口電路設計3.4.1D/A轉換器DAC7611D/A轉換是單片機應用系統(tǒng)后向通道的典型接口技術，在這里我們選用DAC7611組成D/A轉換模塊，而根據(jù)D/A轉換器的主要技術指標包括有分辨率、線性度、轉換精度、建立時間。翻譯D/A轉換器手冊得到DAC7611的主要技術指標:(1)分辨率是當輸入數(shù)字量發(fā)生單位數(shù)碼變化(即1LSB)時，所對應的輸出模擬量的變化量。DAC7611是12位D/A轉換芯片，滿度量程4.095V。故計算得到DAC7611的分辨率=4.095V/212=1mV。(2)線性度D/A轉換的線性度通常用非線性誤差的大小表示。DAC7611非線性誤差為1LSB。(3)轉換精度轉換精度以最大靜態(tài)轉換誤差的形式給出。這個誤差應該包含非線性誤差、比例系數(shù)誤差以及漂移等綜合誤差。DAC7611最大靜態(tài)轉換誤差為1LSB。(4)建立時間建立時間是將一個數(shù)字量轉換為穩(wěn)定模擬信號所需的時間，也可以認為是轉換時間。DA中常用建立時間來描述其速度，而不是AD中常用的轉換速率。該指標表明了D/A轉換器轉換速度的快慢，DAC7611每最小分度轉換時間為7us。除上述主要指標外，DAC7611還有以下特性:（1)低功耗:2.5mW(5V供電，0.5mA工作電流)（2)內部自帶2.435V參考電壓。(3)OV異步復位。3線接口，最高可適應20M時鐘。(4)2位線性轉換，性能滿足工業(yè)溫度范圍的要求。3.4.2D/A轉換器的基本原理D/A轉換的基本原理是應用電阻解碼網(wǎng)絡，將N位數(shù)字量逐位轉換為模擬量并求和，從而實現(xiàn)將N位數(shù)字量轉換為相應的模擬量。數(shù)字量D與模擬量Ua的關系按如式§3.3中(3-3)所示。由于數(shù)字量不是連續(xù)的，其轉換后的模擬量自然也不會連續(xù)，同時由于計算機每次輸出數(shù)據(jù)和D/A轉換需要一段時間，因此實際上D/A轉換器輸出的模擬量隨時間的變化曲線不是連續(xù)的，而是呈階梯狀，如圖3-7所示。圖3-7中時間坐標的最小分度△T是相鄰兩次輸出數(shù)據(jù)的間隔時間，模擬量坐標的最小分度是1LSB。但若△T很短，1LSB也很小，曲線的臺階就很密，則模擬量曲線仍然可以看作是連續(xù)的。圖3-7D/A轉換器輸出模擬量曲線3.4.3D/A轉換芯片DAC7611的電路設計DAC7611和單片機的具體連接是:（2腳)與單片機連接做片選信號；CLK（3腳)與連接做時鐘信號；SID(4腳)與T1連接做串行信號輸入口；(S腳)與P1.2連接做下載選通信號；CLR(6腳)與INT1連接做異步清零信號。這樣就用5個I/O口完成了DAC7611與單片機的連接。圖3-8D/A轉換模塊電路DAC7611輸出電壓范圍為0-4.095V，而RF感應加熱器由0-1OV電壓調節(jié)，所以輸出電壓需要放大處理。圖3-8所用的同相放大電路中，C9,C10,C17,C18為濾波電容，R20是調零電阻，R26為放大倍數(shù)調節(jié)電阻。調試時，調節(jié)變阻R20,R26至J4輸出電壓至0-lOV。這樣編寫合適的軟件，即可控制感應加熱器的外接電壓大小。3.5AT89S52單片機單片機，又稱微處理器、微控制器等，屬于第四代電子計算機。它把中央處理器、存儲器、輸入/輸出接口電路以及定時器/計數(shù)器集成在一塊芯片上，從而具有體積小、功耗低、價格低廉、抗千擾能力強且可靠性高等特點，因此適合應用于工業(yè)過程控制、智能儀器儀表和測控系統(tǒng)的前端裝置。正是由于這一原因，國際上逐漸采用微控制器(MCU)代替單片微型計算機(SCM)這一名稱。目前市場上的單片機從數(shù)據(jù)總線寬度上來分主要有8位機、16位機、32位機，其中的32位單片機近年來在信號分析與處理、語音處理、數(shù)字圖像處理等數(shù)字信號處理運用領域得到了廣一泛的運用。但在工業(yè)測控現(xiàn)場，占主導地位的還是8位機和16位機，對本課題涉及到的智能測控器，運用單片機的主要目的是構成一個具有一定判斷、運算能力以及具有存儲、顯示等功能的智能測控器，所以選擇質優(yōu)價廉的8位單片機作為系統(tǒng)微處理器。生產(chǎn)單片機的廠商有很多，尤其是近年來微電子技術、計一算機技術的飛速發(fā)展，比較著名的有Intel,Philips,Microchip,Motorola,Zilog,Atmel等半導體企業(yè)。在上述著名的半導體企業(yè)產(chǎn)品中，尤其在工業(yè)測控場合，運用較多的為Intel公司的MCS-51系列和Microchip公司的PIC系列單片機。近年來，隨著Intel公司對8031內核的公開以及各半導體企業(yè)在關鍵技術上的相互滲透，不僅Intel公司，而且Philips公司、Atmel公司等企業(yè)目前都生產(chǎn)MCS-51系列的CPU。近十年來在工業(yè)測控領域，Atmel公司的AT89系列單片機得到廣泛應用，它的標準型產(chǎn)品不僅在指令上，而且在管腳上都兼容Intel公司的MCS-51系列的第一代CPU8031，并在片內存儲器、振蕩電路、功耗、軟件加密以及內置看門狗等技術水平上均有很大程度的提高，使國內的智能儀表行業(yè)的設計與開發(fā)者越來越感到使用和設計上的方便。因此，本設計選用了Atmel的8位單片機AT89S52作為本系統(tǒng)下位機的控制器，其是一種低功耗、高性能CMOS的8位微控制器。AT89S52的特性如下：1)與MCS-51單片機產(chǎn)品兼容；2)8K字節(jié)在系統(tǒng)可編程Flash存儲器；3)全靜態(tài)操作:OHz～33Hz；4)三級加密程序存儲器；5)32個可編程I/O口線；6)三個16位定時器/計一數(shù)器；7)六個中斷源；8)全雙工DART串行通道；9)低功耗空閑和掉電模式，掉電后中斷可喚醒；10)看門狗定時器。本系統(tǒng)中AT89S52單片機及其部分外圍電路如下圖3-9所示。為了提高單片機系統(tǒng)的可靠性，采用專門的監(jiān)控芯片MAX813L。MAX813L是一個看門狗與電源監(jiān)控芯片，在系統(tǒng)加電、掉電以及供電電壓下降情況下的復位輸出，復位脈沖寬度典型值為200ms。該芯片一具有獨立的看門狗輸出，如果看門狗輸入在1.6s內未被觸發(fā)，其輸出將變?yōu)楦唠娖?。另外MAX813L芯片具有電源監(jiān)控功能，內置1.25V門限值檢測器，用于電源故障報警、電池低電壓檢測或+5V以外的電源圖3-9AT89S52單片機接線圖3.6顯示電路設計3.6.1顯示器單片機系統(tǒng)中使用的顯示器主要有發(fā)光二極管顯示器，簡稱LED(LightEmittingDiode);液晶顯示器，簡稱LCD(LiquidCrystalDisplay);熒光管顯示器CRT。本設計中顯示采用的是LED顯示器，其價格便宜、配置靈活、體積小、功耗低、與單片機接口方便。在此儀器的設計中，使用8片LED7段顯示塊對時間和溫度進行顯示。由于顯示所需電流比8279輸出的電流大，所以在顯示塊前端用7407驅動器對8279的輸出電流進行放大，驅動器7407對8片LED實現(xiàn)段選的功能。芯片8279通過譯碼器741S138、反向器7404和驅動器MC1413對LED實現(xiàn)位選的功能。該部分可用框圖3-10表示。LED顯示器的顯示方式采用動態(tài)顯示方式。驅動器驅動器7407段選鍵盤顯示芯片段選鍵盤顯示芯片8279反向器7404譯碼器74LS138反向器7404譯碼器74LS138位選驅動器MC1413譯碼器74LS138譯碼器74LS138圖3-10鍵盤顯示模塊原理方框圖3.6.2LED的工作原理LED的主要部分是七段發(fā)光管，見圖3-11(a)所示，這七段發(fā)光管分別稱為a,b,c,d,e,f,g，有的產(chǎn)品還附帶有一個小數(shù)點DB，七段式發(fā)光管名稱由此而來。通過7個發(fā)光管的不同組合，可以顯示0～9和A～F共16個字母數(shù)字。LED可以分為共陽極和共陰極兩種結構，如圖3-11(b)和3-11(c)所示。3-11七段式LED顯示部件典型的七段式LED器件;（b)共陽極LED;(c)共陰極LED共陽極結構，數(shù)碼顯示端輸入低電平有效，當某一段得到低電平時，便發(fā)光。而共陰結構，數(shù)碼顯示端輸入高電平有效，當某一段得到高電平時便發(fā)光。本設計中采用共陽極LED結構。3.6.38279鍵盤顯示接口芯片8279芯片能對顯示器自動掃描，能識別鍵盤上閉合鍵的鍵號，提高CPU的工作效率。8279包括鍵盤輸入和輸出兩部分。鍵盤部分提供的掃描方式，可以和具有64個按鍵和傳感器的陣列相連。能自動消除抖動以及對n鍵同時按下采取保護。顯示部分為發(fā)光二極管、熒光管及其它顯示器提供了按掃描方式工作的顯示接口，它為顯示器提供多路復用信號，可顯示多達16位的字符或數(shù)字。(1)8279引腳及功能DO～D7:雙向、三態(tài)數(shù)據(jù)總線，用于和系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線相連，在CPU和8279之間傳送命令和數(shù)據(jù)。CLK:系統(tǒng)時鐘輸入線，用于8279內部定時，以產(chǎn)生其工作所需時序。RESET:復位輸入線，高電平有效。:片選輸入線，低電平有效。當=0時，8279被選中，允許CPU對其進行讀寫操作。AO:緩沖器地址輸入線。當AO=1時，若CPU進行寫操作，則寫入字節(jié)是命令字;若CPU進行讀操作，則讀出的字節(jié)是狀態(tài)字。當AO=0時，寫入或讀出字節(jié)均為數(shù)據(jù)。、:讀寫信號輸入線，低電平有效。IRQ:中斷請求輸入線，高電平有效。SL4～SLO:掃描輸出線，用來掃描鍵盤和顯示器。RLO～RL7:回復輸入線，是傳感器矩陣或鍵盤矩陣的列信號輸入線。CNTL/STB:控制/選通輸入線，高電平有效。OUTAO～OUTA3:A組顯示信號輸出線。OUTBO～OUTB3:B組顯示信號輸出線。(2)8279鍵盤顯示電路設計圖4-128279鍵盤顯示電路(a)8279與AT89S52的接口數(shù)據(jù)線:DO～D7接于PO.O～P0.70控制線:時鐘CLK接于ALE。讀寫、與AT89S52讀寫線相連。地址線:由端和AO端決定。與譯碼器的輸出線相連。（b)8279與顯示器接口8279的SLO～SL2接一譯碼器74LS138，譯碼器輸出接反向器7404的輸入端，7404輸出端接驅動器MC1413的輸入端，MC1413的輸出作為8個顯示器的位選線。8279的輸出端OUTAO～OUTA3,OUTBO～OUTB3經(jīng)正向驅動器7407接顯示器的字段碼輸入端。(c)8279與鍵盤接口如圖3-12所示，把SLO-SL2經(jīng)74LS138譯碼器輸出后的Hl,H2,H3端作為鍵盤輸出線(列線)，RLO-RL7為行線輸入，驅動3X8陣列的鍵盤。由圖3-10可確定8279地址:8279命令口和狀態(tài)口地址:BFFFH8279數(shù)據(jù)口地址:BFFEH4.7本章小結硬件是溫度控制系統(tǒng)設計的基礎，硬件設計的好壞直接影響著整個系統(tǒng)的性能。本章以AT89S52單片機為核心介紹了溫度控制器的整體硬件設計方案，在討論了系統(tǒng)各種功能模塊硬件電路設計方案的基礎上，給出了具體的實現(xiàn)方法，為實現(xiàn)智能溫度控制的建立提供了硬件基礎。4溫控器軟件設計4.1溫度控制器的主程序設計開始為了便于程序的調試與維護，系統(tǒng)全部程序采用模塊化結構。由一個主程序和若干子程序組成。子程序主要包括A/D轉換子程序、D/A轉換子程序、LED顯示子程序、鍵盤控制子程序等，各子程序均能很快返回主程序，不會發(fā)生子程序時間過長等問題，子程序對相關事件的處理依靠標志位和判斷標志位來完成。主程序通過調用各個子程序來完成所有的溫度控制器功能。主程序的流程圖如圖4-1所示。開始復位鍵按下？復位鍵按下？N初始化Y初始化有鍵按下？有鍵按下？N鍵處理Y鍵處理溫度采樣溫度采樣溫度顯示溫度顯示溫度信號處理溫度信號處理PID計算PID計算控制值輸出控制值輸出圖4-1主程序流程圖根據(jù)主程序流程圖，得主程序如下：#include<reg52.h>void_init<void);seg[12]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x40,0x00};ucharcodepoint[16]={0,1,1,2,3,3,4,4,5,6,6,7,8,8,9,9};ushorttemperature;uchartemp_d[4];sbitcon1=P1^1;sbitcon2=P1^2;sbitcon3=P1^3;sbitDQ=P1^0;voiddelay(uinti){while(i--);}4.2A/D轉換模塊開始A/D轉換模塊主要是由ICL7135組成，具體流程圖如下：開始定時計數(shù)器工作方式定時計數(shù)器工作方式TH0,TH1清零中斷進入，開啟計數(shù)器中斷進入，開啟計數(shù)器停止計數(shù)停止計數(shù)讀TH0,TH1讀TH0,TH1計數(shù)值除2計數(shù)值除2減去10001減去10001返回電壓值返回電壓值中斷退出中斷退出圖4-2A/D模塊流程圖根據(jù)A/D模塊流程圖，得到A/D模塊子程序如下:#include<reg52.h>#include<stdio.h>voidICL7135_init行<void);/*ICL7135初始化程序*/voidICL7135_A行<void);/*ICL7135轉換結果讀取程序(中斷服務程序)*/unsignedintVoltage_U:/*全局變量，電壓取樣值*/voidICL7135init行<void)/*功能::ICL7135初始化程序:說明:使用TO*/{TMOD=Oxdd:/*使TO定時器工作在16位計數(shù)器方式、INTO引腳門控位開啟*/THO=0:/*TO計數(shù)器清零*/TLO=0:EXO=1:/*使能INTO外部中斷*/ITO=1:/*INTO下降沿觸發(fā)中斷*/TRO=1:/*開啟計數(shù)器*/EA=1:/*中斷使能*/}voidICL7135_A(void)interrupt0/*功能:ICL7135轉換結果讀取程序(中斷服務程序)*/{unsignedintv_temp；/*AD轉換臨時變量*/TRO=0:/*關閉計數(shù)器，讀取AD轉換結果*/V_temp=(unsignedint)TLO;/*讀取AD轉換結果低八位結果*/V_temp=(unsignedint)THO<<8;/*讀取AD轉換結果高八位結果*/V_temp=/2Voltage_U=v_temp-10001:/*計算電壓值*/4.3D/A轉換模塊開始本設計中選用的D/A轉換芯片是DAC7611，這是一個串行的、低功耗的12位D/A轉換芯片，性能滿足要求。具體DAC7611進行D/A轉換的流程圖如圖4-3所示。開始引腳定義引腳定義開使能開使能裝載D/A值，移位裝載D/A值，移位移位完畢？N移位完畢？D/A轉換輸出YD/A轉換輸出關使能關使能返回返回圖4-3D/A模塊流程圖由圖4-3D/A模塊流程圖編寫DAC7611的程序如下:SbitDAC7611_cs=P1^4:sbitDAC7611_Din=P1^6:sbitDAC7611_clk=P1^5:sbitDAC7611_ld=P1^7:/*功能:定義端口*/voidDAC7611(unsignedintx){unsignedchari;DAC7611_1d=1:DAC7611_cs=0:/*DAC7611片選使能*/for(i=O;i<=l1;i++)DAC7611_clk=0:/*模擬與DAC7611通信工作時序*/if((x&0x800)==0)DAC7611Din=0:ElseDAC7611Din=1:/*裝載D/A值移位*/X<<=1:DAC7611_clk=1;}DAC7611_cs=1:/*DAC7611片選使能關閉*/DAC7611_1d=0:/*DAC7611內DAC寄存器值輸出*/DAC7611_1d=1:}開始4.4LED顯示模塊開始設字符表LED顯示模塊流程圖如右：設字符表輸出位選信號輸出位選信號移位移位輸出段選信號輸出段選信號顯示字符顯示字符N顯示完畢?圖4-4LED顯示模塊流程圖N顯示完畢?根據(jù)圖4-4LED顯示模塊流程圖，編寫程序如下:Y返回#include<reg5l.h>Y返回voiddelay(intx)/*延時程序*/{charjwhile(x--){For(j=O;j<125;j++);}}voidled(k)/*輸入一個整型數(shù)，并顯小*/{char*pcodechartable[16]=fOxcO,Oxf9,Oxa4,Oxb0,Ox99,Ox92,Ox82,Oxf8,0x80,0x90,Ox88,Ox83,Oxc6,Oxa1,Ox86,Ox8e};/*數(shù)字0}9字模碼表*/inti:for(i=10;i>O;i--){p=table+-/10000;/*計算千位數(shù)模碼*/PO=*p/*送段碼4*/P1=0x78:/*送位碼4*/delay(2);p=table+(k/1000-k/1000*10);/*計算百位數(shù)模碼*/PO=*p/*送段碼3*/P1=Oxb8:/*送位碼3*/delay(2);p=table+(k/100-k/10000*100-k/1000*10);/*計算十位數(shù)模碼*/PO=*p/*送段碼2*/P1=Oxd8:/*送位碼2*/delay(2);p=table+((k%100-k%10)/10);/*計算個位數(shù)模碼*/PO=*p/*送段碼1*/P1=Oxe8;/*送位碼1*/delay(2);p=table+k%10;/*計算0.1位數(shù)模碼*/PO=*p/*送段碼0*/P1=OxfO:/*送位碼0*/delay(2);}}4.5鍵盤控制模塊開始開始讀列線有鍵閉合否？讀列線有鍵閉合否？NY讀行線有鍵閉合否？N讀行線有鍵閉合否？延時消抖動Y延時消抖動行線列線值轉換為按鍵編號行線列線值轉換為按鍵編號散轉執(zhí)行相應鍵功能子程序散轉執(zhí)行相應鍵功能子程序返回返回圖4-5鍵盤模塊流程圖由圖4-5編寫鍵盤模塊子程序如下:voiddelay(intx)}/*功能:延時*/{charj；while(x--){forj=O;j<125;j++);}charkbscan(void){charsccode,recode:unsignedcharcount:P2=0xOf:if((P2&0xOf)!=0xOf)/*快速掃描是否有鍵按下*/{delay(10);if((P2&OxOf)!=0xOf)/*記錄循環(huán)置行線為低電平*/sccode=0xfe:/*記錄掃描行線的次數(shù)*/count=0:while(count<4){P2=sccode:/*把行線之一置低電平*/if((P2&OxfO)!=0xfO)/*檢查列線有低電平為真*/{sccode=P2&OxfO:/*讀列線的電平狀態(tài)*/recode=1:}while(((sccode&0x10)！=0x00)&&(recode}5))/*尋找列線R0,R1,R2,R3為低電平*/{sccode=sccode>1:recode++:}/*記錄sccode的次數(shù)、同時也就找到了列線哪根為低電平*/if(recode>4)/*防止意外的情況出現(xiàn)*/{return(0);}return(recode+count*4);/*返按鍵值，范圍1一16*/else{sccode=(sccode+1)}Ox01;/*把列線Lx置高電平，同時把列線Lx+1置低電平*/count++}/*記錄下一次將掃描下一次*/return(0);/*返回錯誤狀態(tài)*/}4.6本章小結一個完整的系統(tǒng)，除了必需的硬件條件以外，還需要相應的軟件配合才能完成其功能。因此，本章將在硬件結構的基礎上討論系統(tǒng)軟件的設計，主要包括溫度控制器的各個芯片和外圍設備程序編寫。在這章中對每個模塊都進行了分析后畫出流程圖，最后再寫出程序，以達到對系統(tǒng)的軟件設計。5系統(tǒng)的調試5.1系統(tǒng)硬件調試系統(tǒng)軟硬件調試的目的是通過控制程序和硬件電路的配合工作，進行一些操作，以驗證系統(tǒng)的軟、硬件是否能夠完成設計的功能。調試的過程是按照系統(tǒng)的設計功能來劃分的。硬件電路系統(tǒng)測試首先是保證各個元件之間以及各個模塊之間的連接正確并且接觸良好，這是整個硬件電路系統(tǒng)正常工作的前提。接著分別測試各個硬件模塊的性能。按照測試性質的不同可分為電壓測試和信號測試兩種。電路板制作完后，先檢查了電路線路,沒發(fā)現(xiàn)斷線現(xiàn)象。同時為了防止氧化，涂上了松香助焊劑。將元器件焊接完畢后，檢測各焊點，沒發(fā)現(xiàn)問題。5.2系統(tǒng)軟件調試程序流程的調試主要是查看程序運行的步驟是否正確，在某時刻程序運行所處的位置是否正確，是否能正確運行各個中斷服務程序。在調試過程中，先將PID算法子程序屏蔽，輸出可控硅導通時間用一個固定的常數(shù)代替，在各個中斷服務子程序設置斷點，然后運行程序，查看程序是否能運行到所有的斷點，若所有斷點都能運行到，則程序流程基本正確。去掉所有斷點，再一次運行程序，查看可控硅狀態(tài)，從而判斷程序流程正確，反之，若程序流程不正確，做相應的修改后，重新調試。6總結本文選用AT89S52單片機作為微處理器，溫度傳感器由R型熱電偶和集成溫度傳感器AD590組成，AD590的主要作用就是測量R型熱電偶冷端溫度，以便通過補償導線和補償電路來實現(xiàn)熱電偶的冷端補償。采用運算放大器OP07來實現(xiàn)對熱電偶微弱信號的前置放大和有源濾波以對其進行信號調理。采用ICL7135