【正文】 ns. Jitter can be classified into three categories: cyclecycle jitter, period jetter, and longterm jitter. Cyclecycle jitter is the difference in a clocl’s period from one cycle to the next. 34 This kind of jitter is the most difficult to measure and usually requires a Tining Interval Analyzer. Period jitter, also called shortterm jitter, is a change in a clock’s output transition from its ideal position over consecutive clock edges. Note that in the case of shortterm jitter, the variation of the rising edge of clock from the ideal positon is measured and expressed in units of time or frequrncy. Longterm jitter is a change in a clock’s output transition from its ideal position over “many” cycles. The term ”many” depends on the application and the frequency. For PC motherboard and graphics applications, this term “many” usually refers to 1020 microseconds. For other applications, it may be different. Causes of Jitter There are four primary causes of jitter as indicated below: TTL 器件和 CMOS 器件均有占空比。 擺動 30 電壓或頻率的變化率稱為擺動。 穩(wěn)定性 穩(wěn)定性參數(shù)通常和晶體、振蕩器相關(guān)。 相位偏移為什么重要？在高速系統(tǒng)中，時鐘的相位偏移是構(gòu)成系統(tǒng)時序極限的重要部分。 導(dǎo)線長度：信號通過一條導(dǎo)線所用的傳輸時間是由印刷電路板所用材料、導(dǎo)線 29 長度、導(dǎo)線寬度和容性負(fù)載決定的。 相 位偏移 相位偏移是指應(yīng)同時到達(dá)的兩路信號在抵達(dá)時間上的差異。需要注意的是短時抖動測量的是時鐘上升沿對理想位置的偏離，并表示為時間單位或頻率單位。這種偏離可能超前于理想位置，也可能滯后于理想位置。 產(chǎn)生多個不相關(guān)頻率的頻率合成器需要使用多個鎖相環(huán)。 P)/(Q首先頻率校正是校正參考輸入和反饋輸入之間的大頻差，頻率校正是粗調(diào)；當(dāng)壓控振蕩器的頻率低于參考頻率的一半或者高于參考頻率的兩倍時，要進(jìn)行頻率校正。 壓控振蕩器 壓控振蕩器的輸出是受電壓輸入引腳控制的。 補(bǔ)償振蕩器 晶體振蕩器的輸出頻率隨著溫度和電壓的變化而變化。就它本身而言是不能產(chǎn)生時鐘信號的。但同時也明顯感覺到還有很多地方需要完善和提高，設(shè)計的產(chǎn)品與實際應(yīng)用還有一定的差距。 本顯示程序首先定義了數(shù)碼管的字型和字位口編碼表， 然后根據(jù)要讓哪個數(shù)碼管亮和讓它亮什么數(shù)據(jù)來選擇不同的字型字位口再進(jìn)行查表，把查到的編碼一位位送到兩片 164的數(shù)據(jù)端進(jìn)行顯示。下圖 35 是按鍵抖動示意圖： 圖 35按鍵抖動示意圖 為使單片機(jī)能夠正確地讀出 口的狀態(tài)，對每一次按鍵 只作一次響應(yīng)，必須采取措施以消除抖動。它 的程序流程圖如圖 32所示，此模塊首先定義一個字符型數(shù)組用于存放讀取到的一幀數(shù)據(jù)，然后啟動測溫，讀取數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)是在脈沖的下降沿一位一位傳送的。 主程序模塊的設(shè)計 當(dāng)紅外測溫儀接通電源時， STC89C51單片機(jī)自動復(fù)位，開始運(yùn)行該程序。 引出端符號 CLOCK 時鐘輸入端 CLEAR 同步清除輸入端（低電平有效） A， B 串行數(shù)據(jù)輸入端 QA－ QH 輸出端 邏輯及封裝圖（雙列直插封裝） 兩片 74HC164 分別控制數(shù)碼管的位選和段選， 其中控制位選信號的 74HC164的輸出端 QA~QD 通過電阻、三極管與數(shù)碼管的共陰極連接， 用 口控制 CLOCK脈沖信號；另一個則通過電阻直接與數(shù)碼管連接輸送顯示的數(shù)字， 口控制CLOCK 脈沖信號。 167。 167。無數(shù)據(jù)傳輸時，線上為 TTL。 計算公式： 目標(biāo)溫度 /環(huán)境溫度 =Temp/ 其中 Temp 為十進(jìn)制，當(dāng)把它轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制的高八位為 MSB，低八位為LSB；比如 MSB 為 0x14H， LSB 為 0x2Ah，則 Temp 十六進(jìn)制時為 0x142aH，十進(jìn)制時為 5162，則測得的溫度值為 5162/=℃ . 167。 在設(shè)計過程中選擇紅外線檢測器件時，首先考慮的是器件的以下性能因素 :光譜響應(yīng)范圍、響應(yīng)速度、有效檢測面積、元件數(shù)量、制冷方式和檢測目標(biāo)的溫度。由于可以在用戶的目標(biāo)系統(tǒng)上將程序直接下載進(jìn)單片機(jī)看運(yùn)行結(jié)果，故無須仿真器。 下圖 31是單片機(jī)處理模塊的電路原理圖 8 圖 21 單片機(jī)處理模塊電路圖 其復(fù)位電路如圖 21 左邊上部分，本單片機(jī)處理模塊是通過開關(guān)手動復(fù)位的，只要在 RST 引腳出現(xiàn)大于 10ms 的高電平，單片機(jī)就進(jìn)入復(fù)位狀態(tài)，這樣做的目的是便于根據(jù)實際情況而選擇是否復(fù)位溫度測量數(shù)據(jù)。其中系統(tǒng)初始化包括 : 時間中斷的初始化、外部中斷源的初始化、串口通信中斷的初始化、 LED 顯示的 初始化。 此紅外測溫儀的特點(diǎn)： 有溫度分辨率高、響應(yīng)速度快、不擾動被測目標(biāo)溫度分布場、測量精度高 、 穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn) 。本文選用全 輻射測溫法來計算被測量物體的溫度， 全輻射測溫法是 根據(jù)所有波長范圍內(nèi)的總輻射而定溫，得到的是物體的輻射溫度。而且它具備 SPI接口，可以很方便地與單片機(jī)（ MCU）傳輸數(shù)據(jù)。此溫度測量系統(tǒng)比較簡單，可以實現(xiàn)大面積的測溫，也可以是被測物體上某一點(diǎn)的溫度測量；可以是便攜式，也可以是固定式，并且使用方便；它的制造工藝簡單，成木較低，測溫時不接觸被測物體，具有響應(yīng)時間短、不干擾被測溫場、使用壽命長、操作方便等一系列優(yōu)點(diǎn)，但利用紅外輻射測量溫度，也必然受到物體發(fā)射率、測溫距離、煙塵和水蒸氣等外界因素的影響，其測量誤差較大。 2 第一章 紅外測溫系統(tǒng) 的 設(shè)計 背景及方案介 紹 隨著現(xiàn)代 科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)的接觸 式測溫方式以不能滿足現(xiàn)代一些領(lǐng)域的測溫需求，對非接觸、遠(yuǎn)距離測溫技術(shù)的需求越來越大。 顯示程序模塊 .................................. 22 總結(jié) .................................................... 23 參考資料 ................................................ 24 致 謝 ................................................... 24 附 錄 ................................................... 24 英文翻譯 ................................................ 26 1 前 言 溫度是確定物質(zhì)狀態(tài)的重要參數(shù)之一，它的測量與控制在國防、軍事、科學(xué)研究以及工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中占有十分重要的地位。 紅外測溫模塊 ................................... 10 167。該系統(tǒng)主要由 光學(xué)系統(tǒng)、光電探測器、顯示輸出等部分組成。 i 非接觸式紅外測溫儀設(shè)計 摘 要 溫度測量技術(shù)應(yīng)用十分廣泛，而且在現(xiàn)代設(shè)備故障檢測領(lǐng)域中也是一項非常重要的技術(shù)。光學(xué)系統(tǒng)匯集其視場內(nèi)目標(biāo)的紅外輻射能量，紅外能量聚焦在光電探測儀上并轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的電信號。 RS232A 轉(zhuǎn)換電路模塊 ............................ 12 167。在工業(yè)生產(chǎn)中，我們通常通過測量設(shè)備表面的溫度來監(jiān) 測設(shè)備的運(yùn)行狀況，而現(xiàn)代的工業(yè)設(shè)備往往是在高電壓、大電流等危險情況下運(yùn)行的，傳統(tǒng)依靠人工接觸式檢測的方法既浪費(fèi)時間、人力，又帶有一定的危險性，同時對測溫儀所采用的材質(zhì)也有嚴(yán)格的限制。本紅外測溫儀設(shè)計的出發(fā)點(diǎn)也正是基于此。 在這種溫度測量技術(shù)中紅外溫度傳感器的選擇是非常重要的，而且不僅在點(diǎn)溫度測量中要使用紅外溫度傳感器，大面積溫度測量也可使用紅外溫度傳感器。 167。選用這種方法是因為 中低溫物體的波長較大，輻射信號很弱，而且結(jié)構(gòu)簡單，成本較低，但它的測溫精度稍差，受物體輻射率影響大。該設(shè)計方案主要包括：軟件設(shè)計部分與軟件設(shè)計部分 。 紅外測溫模塊包括：獲取溫度數(shù)據(jù)，計算溫度值。而此儀器的震蕩電路選用的是晶體震蕩電路，其具體電路如圖 21 左邊下部分。下圖 22 是此單片機(jī)的引腳圖： 9 圖 22 STC89C51RC 單片機(jī)引腳圖 一 、 STC89C51RC 單片機(jī)的特點(diǎn) ： 1. 增強(qiáng)型 6 時鐘 /機(jī)器周期， 12時鐘 /機(jī)器周期 8051 CPU； 2. 工作電壓： ； 3. 工作頻率范圍： 040MHz，相當(dāng)于普通 8051 的 0～ 80M，實際工作頻率可達(dá) 48MHz； 4. 4k 的 Flash 程序存儲器； 5. 片上集成 512 字節(jié) RAM； 6. ISP/IAP，無須專用編程器 /仿真器； 7. 通用 I/O 口 ，復(fù)位后： P1/P2/P3/P4 是準(zhǔn)雙向口 /弱上拉， P0 口開漏輸出，作為總線擴(kuò)展用時，不用加上拉電阻，作為 I/O 口用時需加上拉電阻； 8. EEPROM 功能； 9. 看門狗； 10．內(nèi)部集成 MAX810 專用復(fù)位電路（外部晶體 20M 以下時，可省略復(fù)位電路） 11．共 3 個 16 位定時器 /計數(shù)器，其中定時器 0 還可以當(dāng)成 2 個 8 位定時器使用； 12．外部中斷 4 路，下降沿中斷或低電平觸發(fā)中斷， Power Down 模式可由外部中斷低電平觸發(fā)中斷方式喚醒； 13．超低功耗，正常工作模式，典型功耗 2mA；掉電模式，典型功耗 ，可由 外部中斷喚醒，中斷返回后，繼續(xù)執(zhí)行原程序； 14． 2 個數(shù)據(jù)指針； 15．通用異步串行口（ UATR），還可用定時器軟件實現(xiàn)多個 UATR； 16．工作溫度范圍： 0－ 75℃ /－ 40～＋ 85℃； 10 17．封裝形式： PDIP40/PLCC44/PQFP44。 本紅外測溫儀選用了凌陽公司生產(chǎn)的型號為 TN9的 紅外探測器作為測溫模塊，它是一種 集成的紅外探測器，內(nèi)部有溫度補(bǔ)償電路和線性處理電路，因此簡化了 11 本系統(tǒng)的設(shè)計。 RS232A 電平轉(zhuǎn)換模塊 通過 RS232 轉(zhuǎn)換電路單片機(jī)可以方便的同 PC 機(jī)進(jìn)行串口通信， 可以同時接收或傳送外部送來的資料。 從開始傳送數(shù)據(jù)到結(jié)束，線上電平從 TTL電平到 RS232 電平，然后返回 TTL 電平。 電源模塊 STC89C51 的內(nèi)核共電為 5v，而此紅外測溫儀系統(tǒng)的紅外測溫模塊和 LED鍵盤模塊的共電電壓都可為 5V，所以通過此電源模塊后，將外部輸入電壓轉(zhuǎn)換成5V的單片機(jī)工作電壓，以保障紅外測溫系統(tǒng)的正常運(yùn)行。 LED 顯示模塊 LED 顯示模塊 ： 數(shù)碼管顯示按顯示方式分動態(tài)顯示和靜態(tài)顯示兩種，靜態(tài)顯示雖然數(shù)據(jù)顯示穩(wěn)定，占用很少的 CPU 時間，但每個顯示單元 都需要單獨(dú)的顯示驅(qū)動電路，使用的電路硬件較多；動態(tài)顯示需要 CPU 時刻對顯示器件進(jìn)行數(shù)據(jù)刷新， 15 所謂的動態(tài)就是一位一位地輪流點(diǎn)亮各位顯示器，對每一位顯示器而言，每隔一段時間點(diǎn)亮一次，利用人的視覺留感達(dá)到顯示的目的。它們的 CLEAR 端都始終接高電平， A、 B 兩輸入端相連共同接到 口上。該程序首先對 STC89C51初始化。把五個字節(jié)數(shù)據(jù)都讀完后判斷第一個字節(jié)是否為 0x4c 或0x66 并且第五個字節(jié)為 0x0d，若是則計算溫度值返回，否則繼續(xù)讀取數(shù)據(jù)。本設(shè)計采用軟件方法消除抖動，它通過延時來躲過暫態(tài)抖動過程，執(zhí)行一段 10ms 的延時程序后，再讀取穩(wěn)定的鍵狀態(tài)。下圖 36是具體的 LED顯示程序圖： 開 始定 義 字 型 字 位 編 碼 表指 定 字 型 口查 表 得 字 型 碼指 定 字 位 口顯 示 要 顯 示 的 數(shù) 據(jù)