【正文】 硬件電路結(jié)構(gòu)， I/U 變換、濾波、標(biāo)度變換電路由一個(gè)運(yùn)放 A 實(shí)現(xiàn)，電路 如 圖 22 所示。 圖 22（ 攝氏溫度檢測(cè)電路 ） 圖中， MC1403 是 ， R R 的作用是 與 MC1403 的輸出電壓共同 產(chǎn)生 I2， 使其與 AD590 在 0℃ 時(shí)所產(chǎn)生的 ， 使0℃ 時(shí)輸出電壓 Uo 為零。調(diào)節(jié) RP2使輸出電壓靈敏度符合 A/D 轉(zhuǎn)換器輸入電壓的要求。開封大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院電子信息工程技術(shù)專業(yè) 畢業(yè)論文 8 采用反相放大電路， 使 運(yùn)放同相端、反相端電位 均 為零，對(duì)共模干擾的抑制能力優(yōu)于同相放大電路。圖中 測(cè)量時(shí)： UO=I3(R2+RP2)=(I1I2)(R2+RP2)=10()(mV/℃ ) 自檢時(shí)： UO=I3(R2+RP2)=(5/(+)I2)(R2+RP2)=()10≈1V （ 1）、 I/U變換器：反相比例放大電路實(shí)現(xiàn)了 I/U變換。 （ 2）、 標(biāo)度變換：由 MC1403 提供的 RP R1共同產(chǎn)生 的電流 I2，由運(yùn)放 A 對(duì)傳感器輸出電流 I1和 I2實(shí)現(xiàn)加法放大運(yùn)算，使輸出電壓為：UO=I3(R2+RP2)=(I1I2)(R2+RP2)=()(R2+RP2)=10()(mV/℃ ) 當(dāng) t=0℃ 時(shí)， I1=， UO=0V，經(jīng) A/D 轉(zhuǎn)換， D=0 當(dāng) t=50℃ 時(shí)， I1=， UO=500mV，經(jīng) A/D 轉(zhuǎn)換， D=500 當(dāng) t=150℃ 時(shí)， I1=， UO=1500mV，經(jīng) A/D 轉(zhuǎn)換， D=1500 可見， D/10(小數(shù)點(diǎn)左移一位 )，即得測(cè)量溫度值，從而實(shí)現(xiàn)了標(biāo)度變換。 此設(shè)計(jì)采用硬件實(shí)現(xiàn)標(biāo)度變換的 ， 使當(dāng) tmin=100℃ 時(shí) 放大器輸出電壓 Umin=，對(duì)應(yīng)的 A/D 轉(zhuǎn)換值為 Nmin=1000；當(dāng) tmax=+1500℃ 時(shí) 放大器輸出電壓 Umax=，對(duì)應(yīng)的 A/D 轉(zhuǎn)換值為 Nmax=15000。則 A/D 轉(zhuǎn)換的結(jié)果可以直接送顯示器，僅需要將小數(shù)點(diǎn)左 移一位即可。此方法的優(yōu)點(diǎn)是軟件編程簡(jiǎn)單，缺點(diǎn)是使儀器的通用性受限制。 （ 3）、 濾波器：若測(cè)溫現(xiàn)場(chǎng)干擾較嚴(yán)重，可考慮使用硬件濾波器，由于被測(cè)溫度變化很緩慢，可考慮采用由運(yùn)放構(gòu)成截止頻率很低的有源低通濾波器，在反饋電阻兩端并聯(lián)一個(gè)電容，即可實(shí)現(xiàn)一階低通濾波，取其截止頻率 fH=15Hz，則 C2為 ： C2=1/2лfH(R2+RP2)=1/(21510103)≈ C2選用 1μF/50V的 電解 電容。 、鍵盤、顯示電路的設(shè)計(jì) 顯示： 為 4 位 LED 數(shù)碼顯示器；為少占用 I/O 口，采 用軟件譯碼動(dòng)態(tài)掃描顯示。小數(shù)點(diǎn)固定在十位，正號(hào)不顯示，負(fù)號(hào)由百位的 “g”字段顯示。 鍵盤： 設(shè)置 4 個(gè)按鍵，設(shè)功能鍵 1 個(gè)，每按下 1 次， K1 狀態(tài)計(jì)數(shù)器加 1，使用 “+”、“”依次逐位預(yù)置上限溫度百位、十位、個(gè)位和下限溫度百位、十位、個(gè)位，預(yù)置完畢后，K1 狀態(tài)回 0，為簡(jiǎn)化鍵處理程序設(shè)計(jì)，預(yù)置上、下限溫度范圍限制為 59～ +159℃ ，而非 50～+150℃ 。另設(shè)預(yù)置溫度查詢鍵 1 個(gè)，測(cè)溫時(shí)可查詢預(yù)置的上、下限溫度 。 按鍵設(shè)置如附 表11： 附表 11 按鍵設(shè)置 表 K1態(tài) 按鍵 F0 顯示 操作 0 K1 0/1 * 測(cè)溫值 關(guān) A/D 中斷， K1狀態(tài) +1，清預(yù)置寄存器，關(guān)預(yù)置錯(cuò)誤報(bào)警，顯示“ 0滅滅 .H” /“ 0滅滅 .L”， 0 K K3 * * * 無效 0 K4 * * * 每按 1 次 K4，依次顯示“ ”→“ ”→“測(cè)溫值” 1～ 3 K4 * * * 無效 1 K2 0 0 0滅滅 .H 百位數(shù)字加 1 1 K2 0 0 1滅滅 .H 無效 1 K3 0 0 0滅滅 .H 無效 1 K3 0 0 1滅滅 .H 百位數(shù)字減 1 1 K1 0 0 X滅滅 .H K1狀態(tài) +1，顯示“ X0滅 .H” 2 K2 0 0 0Y滅 .H Y=9時(shí)無效， Y＜ 9時(shí) Y+1 2 K2 0 0 1Y滅 .H Y=5時(shí)無效， Y＜ 5時(shí) Y+1 開封大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院電子信息工程技術(shù)專業(yè) 畢業(yè)論文 9 2 K2 0 1 Y滅 .H Y1，當(dāng) Y1=0時(shí)置 F0=0，顯示“ 00滅 .H” 2 K3 0 0 1Y滅 .H Y≠ 0， Y1； Y=0，無效 2 K3 0 0 0Y滅 .H Y≠ 0， Y1； Y=0，置 F0=1，顯負(fù)號(hào)， Y+1 2 K3 0 1 Y滅 .H Y=5時(shí)無效， Y≠ 5時(shí) Y+1 2 K1 0 * XY滅 .H K1狀 態(tài) +1，顯示“ ” 3 K2 0 0 Z=9時(shí)無效， Z＜ 9時(shí) Z+1 3 K2 0 1 Z=0時(shí)無效， Z≥ 0時(shí) Z1 3 K3 0 0 Z=0時(shí)無效， Z≠ 0時(shí) Z1 3 K3 0 1 Z=9時(shí)無效， Z≠ 9時(shí) Z+1 3 K1 0 * 上限變補(bǔ)碼保存 ,若 49℃≤上限≤ 150℃ ,上限預(yù)置成功 ,=1,K1回狀態(tài) 1,否則上限預(yù)置錯(cuò)誤 ,開報(bào)警 ,顯示“ E4” , K1回 0態(tài) ,按 K1重新預(yù)置。 1 K2 1 0 0滅滅 .L 百位數(shù)字加 1 1 K2 1 0 1滅滅 .L 無效 1 K3 1 0 0滅滅 .L 無效 1 K3 1 0 1滅滅 .L 百位數(shù)字減 1 2 K2 1 0 0Y滅 .L Y=9時(shí)無效， Y＜ 9時(shí) Y+1 2 K2 1 0 1Y滅 .L Y=5時(shí)無效， Y＜ 5時(shí) Y+1 2 K2 1 1 Y滅 .L Y1，當(dāng) Y1=0時(shí)置 F0=0，顯示“ 00滅 .L” 2 K3 1 0 1Y滅 .L Y≠ 0， Y1； Y=0，無效 2 K3 1 0 0Y滅 .L Y≠ 0， Y1； Y=0，置 F0=1，顯負(fù)號(hào)， Y+1 2 K3 1 1 Y滅 .L Y=5時(shí)無效， Y≠ 5時(shí) Y+1 2 K1 1 * XY滅 .L K1狀態(tài) +1，顯示“ ” 3 K2 1 0 Z=9時(shí)無效， Z＜ 9時(shí) Z+1 3 K2 1 1 Z=0時(shí)無效， Z≥ 0時(shí) Z1 3 K3 1 0 Z=0時(shí)無效， Z≠ 0時(shí) Z1 3 K3 1 1 Z=9時(shí)無效， Z≠ 9時(shí) Z+1 3 K1 1 * 下限變補(bǔ)碼保存，若 50℃≤下限＜上限，預(yù)置成功， =0，開 A/D中斷， K1回 0態(tài)。否則預(yù)置錯(cuò)誤，開報(bào)警，顯示“ E5”， K1 回狀 態(tài) 0，按 K1重新預(yù)置。 注：表中 XYZ 為預(yù)置的上限和下限溫度值 ， =0 置上限溫度、 =1 置下限溫度， F0=0 預(yù)置溫度為正， F0=1 預(yù)置溫度為負(fù)。 、報(bào)警電路 面板上設(shè)置紅色 LED 報(bào)警燈一只，機(jī)內(nèi)設(shè)蜂鳴器一只，開機(jī)自檢有故障時(shí)、測(cè)溫值超過預(yù)置的上限和下限溫度時(shí)、預(yù)置的溫度不滿足 49℃ ≤上 限溫度 ≤150℃ 和 50℃ ≤下限溫度＜上限溫度時(shí)，發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)。 、 AT89C51 I/O 口 分配： 如附 表 12 附表 12 I/O口 分配 表 開封大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院電子信息工程技術(shù)專業(yè) 畢業(yè)論文 10 用途 說明 ～ 顯示段碼輸出 經(jīng) 74LS07 同相驅(qū)動(dòng)接 a～ g,dp ～ 接 A/D 轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)輸出 ～ 顯示位選信號(hào)輸出 經(jīng) 74LS06 反相驅(qū)動(dòng)接個(gè)位～千位 接超溫 /故障報(bào)警燈 、蜂鳴器 高電平有效 接電子開關(guān) K5 控制端 “0”—調(diào)零 /“1”自檢、測(cè)溫 接電子開關(guān) K6 控制端 “0”—自檢 /“1”測(cè)溫 ( 0INT ) 接 A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào) EOC 中斷方 式，邊沿觸發(fā)方式 ～ 接 K1～ K4 鍵 一鍵一線，查詢方式，低電平有效 其硬件 各部分 原理圖如圖 2圖 2圖 24： 圖 23（ TC14433與 AT89C51的接口電路圖 ） 開封大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院電子信息工程技術(shù)專業(yè) 畢業(yè)論文 11 圖 24（人 — 機(jī)接口電路圖） 開封大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院電子信息工程技術(shù)專業(yè) 畢業(yè)論文 12 硬件 電路圖如圖 25 所示： 圖 25（智能溫度測(cè)量?jī)x原理圖） 軟件部分 、時(shí)鐘頻率的確定 單片機(jī)時(shí)鐘頻率 fosc： 單片機(jī)的時(shí)鐘頻率越高，運(yùn)算速度越快； 但耗電量增加、抗干擾能力變差。本設(shè)計(jì)是測(cè)溫系統(tǒng)，對(duì) 測(cè)量 速度要求不高也無 串行通信功能，對(duì)時(shí)鐘無特殊要求， 選 為 fosc=6MHz。 A/D 轉(zhuǎn)換時(shí)鐘頻率 fCP： 正向積分時(shí)間 應(yīng)是干擾信號(hào)周期的整倍數(shù)，考慮到抗 50Hz工頻干擾 ， 取正向積分時(shí)間為 60 mS 則 TCP=60000μS/4000=15μS fCP=1/TCP=1/15μS≈。 即 完成一次 A/D 轉(zhuǎn)換所需時(shí)間 T0≈16400TCP=1640015106=，即每秒完成 4次 A/D 轉(zhuǎn)換 。 、計(jì)算方法 數(shù)字濾波與自動(dòng)調(diào)零： 考慮到 MC14433 是雙積分型 A/D 轉(zhuǎn)換器，對(duì)隨即干擾開封大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院電子信息工程技術(shù)專業(yè) 畢業(yè)論文 13 具有較 好的平滑濾波作用且轉(zhuǎn)換速度較慢，零漂值 osx 和測(cè)量值 ix 均采用簡(jiǎn)單的平均值濾波法，取 N=4，即 ??? 4141j osjosxx ， ??? 4141j ijixx ，測(cè)量結(jié)果 osi xxx ?? 。為簡(jiǎn)化計(jì)算，將計(jì)算公式變?yōu)椋?44141 ???????? ???? ???? j os jj ijosixxxxx ，即先求和，再去零漂，最后取平均。 數(shù)據(jù)類型： 在計(jì)算機(jī)中，凡是帶符號(hào)數(shù)一律用補(bǔ)碼表示，其運(yùn)算結(jié)果也 是用補(bǔ)碼表示。 A/D 轉(zhuǎn)換器 MC14433 的轉(zhuǎn)換結(jié)果為 BCD 碼，讀入到 RAM 中以壓縮 BCD 碼存放。無論自檢、測(cè)量 osx 或 ix ，為便于帶符號(hào)數(shù)的加、減法、除法和比較大小的運(yùn)算，先將雙字節(jié)壓縮 BCD 碼轉(zhuǎn)換為雙字節(jié)二進(jìn)制數(shù)并求其補(bǔ)碼，再進(jìn)行求和運(yùn)算求出 ?osx和 ?ix ，進(jìn)而用上述算法求出 x 并求其原碼，將其轉(zhuǎn)換為 BCD 碼后送顯緩區(qū)。 、監(jiān)控程序設(shè)計(jì) RAM 地址分配： 見 RAM 附表 13 所示。約定：多字節(jié)定點(diǎn)數(shù)存放在 RAM 中地址連續(xù)的單元中時(shí)，地址小的單元存放數(shù)據(jù)的高字節(jié)。 附表 13 RAM地址分配表 地址 用途說明 0 組工作寄存器 R R R5 顯示器自檢子程序， R0、 R2 ROM、 RAM 自檢子程序，R R3 通道自檢子程序， R0、 R R R7 顯示子程序 1 組工作寄存器 A/D 轉(zhuǎn)換中斷服務(wù)， BCD 碼變二進(jìn)制、二進(jìn)制變 BCD碼、二進(jìn)制數(shù)求補(bǔ)碼子程序， 雙字節(jié)二進(jìn)制補(bǔ)碼比較大小子程序 2 組工作寄存器 K1～ K4鍵處理子程序， R7 功能鍵 K1 狀態(tài)計(jì)數(shù)器， R6查詢鍵 K4 狀態(tài)計(jì)數(shù)器， R4～ R6 預(yù)置上、下限溫度計(jì)數(shù)器百位～個(gè)位， BCD 碼 20H～ 21H 存放 A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)果，壓縮 BCD 碼，符號(hào)存 F0，變換為二進(jìn)制補(bǔ)碼 22H～ 23H 存放 4 次 A/D 值的和、去零漂、取平均求測(cè)溫值的補(bǔ)碼 24H～ 25H 保存預(yù)置溫度 BCD 碼，符號(hào)暫存 F0，轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制、求補(bǔ)碼 26H～ 27H 存放測(cè)溫值，壓縮 BCD 碼 2CH 顯示字段碼暫存 2FH～ 32H 顯示緩沖區(qū)， BCD 碼，千位～個(gè)位 33H～ 34H 存放 4 次測(cè)零漂的和，二進(jìn)制補(bǔ)碼 35H～ 37H 保存預(yù)置上溫度，百位～個(gè)位， BCD 碼，符號(hào)在 35H 最高位 38H～ 3AH 保存預(yù)置下溫度，百位～個(gè)位， BCD 碼，符號(hào)在 38H 最高位 3BH～ 3CH 預(yù)置上限溫度值，二進(jìn)制補(bǔ)碼 3DH～ 3EH 預(yù)置下限溫度值，二進(jìn)制補(bǔ)碼 開封大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院電子信息工程技術(shù)專業(yè) 畢業(yè)論文 14 3FH～ 40H 允許預(yù)置的上限溫度最大值，二進(jìn)制補(bǔ)碼 41H～ 42H 允許預(yù)置的上限溫度最小值，二進(jìn)制補(bǔ)碼 43H～ 44H 允許預(yù)置的下限溫度最小值，二進(jìn)制補(bǔ)碼 45H 中斷次數(shù)計(jì)數(shù)器 46H 定時(shí)測(cè)零漂計(jì)數(shù)器 60H～ 7FH 堆棧 F0 暫存 A/D 和預(yù)置上、下限溫度的符號(hào)位， “0”正 /“1”負(fù) =1—ROM有故障 =1—RAM 有故障 =1—輸入通道有故障 =1 開機(jī)自檢有故障 置上、下限標(biāo)志， =0 置上限溫度， =1 置下限溫度 =1，超測(cè)溫上限 =1，超測(cè)溫下限 測(cè)零漂 /自檢、測(cè)溫標(biāo)志， “1”測(cè)零漂 /“0”自檢、測(cè)溫 系統(tǒng)初始化參數(shù)及控制字 (P1)=0FFH，置 P1 口為輸入口 (P2)=00H，關(guān)顯示器，關(guān)報(bào)警燈和蜂鳴器 (P3)=0FFH，置 P3 口為輸入口 (SP)=5FH，堆棧底設(shè)為 60H