【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 D623 就是具有上述描述的三運(yùn)放結(jié)構(gòu)，在本設(shè)計(jì)中 我們根據(jù)手中的元器件材料最終選擇了 AD620 作為放大器電路的首級(jí)放大。 AD620 是低價(jià)格、低功耗儀用放大器，它只需要一只 外部電阻就可設(shè)置 1～1000 倍的放大增益，它具有較低的輸入偏置電流、 較快的建立時(shí)間和較高的精度，特別適合于精確的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，如稱重 和傳感器 接口，也非常適合醫(yī)療儀器的應(yīng)用系統(tǒng)（如 ECG 檢測(cè)和血壓監(jiān)視）、多路轉(zhuǎn)換器及干電池供電 的前置放大器使用。 AD620 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)是由 OP07 組成的三運(yùn)放結(jié)構(gòu)，性能大大優(yōu)于自制的三運(yùn)放 IC 電路設(shè)計(jì)，其基本接法是在 1 腳與 8 腳之間外接一 RG 電阻，增益由式G=1+ /RG 確定，由于它的外圍電路十分簡(jiǎn)單，所以它在 本系統(tǒng)中的應(yīng)用見下圖 24 所示。 由于我們的溫度測(cè)量范圍是 0～ 100℃，而此時(shí)的溫度傳感器的電阻值根據(jù)分度表為 100歐姆～ ，由于我們?cè)O(shè)計(jì)的恒流源為 5/3毫安，因此 AD620的輸入端為 毫伏，假設(shè)考慮我們的 TLC2543 的最大輸入為 ，我們?cè)O(shè)計(jì)的放大器的增益在盡量保證分辨率的條件 下，則為 20 倍，假設(shè)我們只用一個(gè) AD620，則 AD620 的輸出為 2V～ 5V(TLC 只能轉(zhuǎn)換 5V)，這樣 12 位的 A/D 轉(zhuǎn)換器的分辨率則大于題目的要求 ℃，因此，我們必須將 100 歐姆以下的值通過(guò)偏置的方法將其減掉，然后通過(guò)增加放大倍數(shù) 來(lái)盡量提高分辨率，這里我們?cè)O(shè)計(jì)的偏置電路同樣見下圖 5 所示。這里設(shè)計(jì)的首級(jí)放大器的倍數(shù)是 20 倍，而后級(jí)放大則為 4 倍，合計(jì)的放大倍數(shù)為 80 倍，這樣就完全滿足設(shè)計(jì)分辨率的要 求。 基于 Pt100_熱電阻的簡(jiǎn)易溫度測(cè)量系統(tǒng) 15 R910kR740k85326741U3A D 62085326741U2op 07V R 12kR82kV R 24kV C C+ 12V 12V+ 12V 12VR 1010kA023增益調(diào)整放大器 1 放大器 2 及偏置電路傳感器信號(hào)的輸入 圖 24 放大電路 A/D 轉(zhuǎn)換模塊 TLC2543 簡(jiǎn)介 在本設(shè)計(jì)系統(tǒng)中，為了將模擬量溫度轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，采用德州儀器公司生產(chǎn)的 12 位開關(guān)電容型逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器 TLC2543，它具有三個(gè)控制輸入端，采用簡(jiǎn)單的 3 線 SPI 串行接口可方便地與微機(jī)進(jìn)行連接，是 12 位數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的最佳選擇器件之一。 TLC2543 與外圍電路的連線簡(jiǎn)單，三個(gè)控制輸入端為 CS(片選 )、輸入 /輸出時(shí)鐘 (I/O CLOCK)以及串行數(shù)據(jù)輸入端 (DATA INPUT)。片內(nèi)的 14 通道多路器可以選擇 11 個(gè)輸入中 的任何一個(gè)或 3 個(gè)內(nèi)部自測(cè)試電壓中的一個(gè)，采樣－保持是自動(dòng)的，轉(zhuǎn)換結(jié)束， EOC 輸出變高。 基于 Pt100_熱電阻的簡(jiǎn)易溫度測(cè)量系統(tǒng) 16 TLC2543 的主要特性 (1) 11 個(gè)模擬輸入通道； (2) 66ksps 的采樣速率； (3) 最大轉(zhuǎn)換時(shí)間為 10μ s； (4) SPI 串行接口； (5) 線性度誤差最大為177。 1LSB； (6) 低供電電流 (1mA 典型值 )； (7) 掉電模式電流為 4μ A。 TLC2543 引腳簡(jiǎn)介 TLC2543 的引腳排列如圖 25 所示。 A01A12A23A34A45A56A67A78A89GND10A911A 1012R13R+14/C S15DO16DI17C L O K18E O C19V C C20T L C 2543 圖 25 TLC2543的引腳 AIN0～ AIN10：模擬輸入端，由內(nèi)部多路器選擇。對(duì) 的 I/O CLOCK，驅(qū)動(dòng)源阻抗必須小于或等于 50Ω。 CS：片選端， CS 由高到低變化將復(fù)位內(nèi)部計(jì)數(shù)器，并控制和使能 DATA OUT、DATA INPUT 和 I/O CLOCK。 CS 由低到高的變化將在一個(gè)設(shè)置時(shí)間內(nèi)禁止DATA INPUT 和 I/O CLOCK。 基于 Pt100_熱電阻的簡(jiǎn)易溫度測(cè)量系統(tǒng) 17 DATA INPUT：串行數(shù)據(jù)輸入端，串行數(shù)據(jù)以 MSB 為前導(dǎo)并在 I/O CLOCK的前 4 個(gè)上升沿移入 4 位地址，用來(lái)選擇下一個(gè)要轉(zhuǎn)換的模擬輸入信號(hào)或測(cè)試電壓，之后 I/O CLOCK 將余下的幾位依次輸入。 DATA OUT： A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)果三態(tài)輸出端，在 CS 為高時(shí)，該引腳處于高阻狀態(tài)；當(dāng) CS 為低時(shí)，該引腳由前一次轉(zhuǎn)換結(jié)果的 MSB 值置成相應(yīng)的邏輯電平。 EOC：轉(zhuǎn)換結(jié)束端。在最后的 I/O CLOCK 下降沿之后， EOC 由高電平變?yōu)榈碗娖讲⒈３值睫D(zhuǎn)換完成及數(shù)據(jù)準(zhǔn)備傳輸。 VCC、 GND：電源正端、地。 REF＋、 REF－：正、負(fù)基準(zhǔn)電壓端。通常 REF＋接 VCC， REF－接 GND。最大輸入電壓范圍取決于兩端電壓差。 I/O CLOCK：時(shí)鐘輸入 /輸出端。 TLC2543 每次轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)傳送使用 16 個(gè)時(shí)鐘周期，且在每次傳送周期之間插入 CS 的時(shí)序。根據(jù) TLC2543 時(shí)序圖可以看出，在 TLC2543 的 CS 變低時(shí)開始轉(zhuǎn)換和傳送過(guò)程， I/O CLOCK 的前 8 個(gè)上升沿將 8 個(gè)輸入數(shù)據(jù)位鍵入輸入數(shù)據(jù)寄存器，同時(shí)它將前一次轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)的其余 11 位移出 DATA OUT 端，在I/O CLOCK 下降沿時(shí)數(shù)據(jù)變化。當(dāng) CS 為高時(shí)， I/O CLOCK 和 DATA INPUT被禁止， DATA OUT 為高阻態(tài)。 TLC2543 與單片機(jī)的連接如圖所示。 基于 Pt100_熱電阻的簡(jiǎn)易溫度測(cè)量系統(tǒng) 18 圖 26 TLC2543與單片機(jī)連接圖 單片機(jī)控制電路 本設(shè)計(jì)是采用 STC89C52RC 單片機(jī)作為主控電路，其中 P1 口為 A/D 轉(zhuǎn)換器，, 為按鍵控制， P0 為液晶數(shù)據(jù)端口 ， P2 為液晶控制端口 ，用于對(duì)液晶 進(jìn)行 控制 。如圖 8 所示 。 圖 2 7 STC89C52RC 單片機(jī)控制電路 A0 1 A1 2 A2 3 A3 4 A4 5 A5 6 A6 7 A7 8 A8 9 GND 10 A9 11 A10 12 R 13 R+ 14 /CS 15 DO 16 DI 17 CLOK 18 EOC 19 VCC 20 TLC2543 VCC 5V CLOK D1 D0 /CS A0 基于 Pt100_熱電阻的簡(jiǎn)易溫度測(cè)量系統(tǒng) 19 顯 示模塊 本設(shè)計(jì)采用液晶 12864來(lái)顯示溫度及溫度曲線。其連線圖如下： 圖 28 液晶顯示 第三章 軟件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)總流程的設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)先進(jìn)行初始化，然后 PT100進(jìn)行溫度采集，然后經(jīng)過(guò)放大， A/D采集后由單片機(jī)處理讀到的數(shù)據(jù)，然后通過(guò)液晶顯示溫度及溫度曲線。流程圖如下： 基于 Pt100_熱電阻的簡(jiǎn)易溫度測(cè)量系統(tǒng) 20 圖 31 系統(tǒng)總流程圖 主函數(shù)的設(shè)計(jì) 系統(tǒng)初始化，調(diào)用溫度子程序，調(diào)用顯示子程序，調(diào)用掃描按鍵程序，然后循環(huán)。流程圖如下： 圖 32 主函數(shù)流程圖 開始 系統(tǒng)初始化 PT100 溫度數(shù)據(jù)采集 處理讀到的數(shù)據(jù) 顯示溫度及溫度曲線 結(jié)束 開始 系統(tǒng)初始化 調(diào)用溫度子程序 調(diào)用顯示子程序 調(diào)用掃描按鍵程序 基于 Pt100_熱電阻的簡(jiǎn)易溫度測(cè)量系統(tǒng) 21 溫度轉(zhuǎn)換流程圖的設(shè)計(jì) 溫度轉(zhuǎn)換函數(shù)先行初始化 ， A/D 轉(zhuǎn)換開始工作，單片機(jī)將轉(zhuǎn)換后的電壓轉(zhuǎn)換成溫度。流程圖如下： 圖 33 溫度轉(zhuǎn)換流程圖 顯示流程圖 主函數(shù)將數(shù)據(jù)寫入 12864，讀取溫度值。并顯示溫度及溫度曲線。流程圖如下：開始 初始化函數(shù) A/D 轉(zhuǎn)換器進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換 將轉(zhuǎn)換后的電壓轉(zhuǎn)換為溫度 返回 基于 Pt100_熱電阻的簡(jiǎn)易溫度測(cè)量系統(tǒng) 22 圖 34 顯示流程圖 按鍵流程的設(shè)計(jì) 圖 35 按鍵流程圖 開始 將溫度數(shù)據(jù)寫入 12864 液晶 讀取溫度值 顯示溫度 值及溫度曲線 返回 基于 Pt100_熱電阻的簡(jiǎn)易溫度測(cè)量系統(tǒng) 23 第四章 數(shù)據(jù)處理與性能分析 采集的數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)處理 表 41采集的數(shù)據(jù) 溫度℃ 39 49 55 69 74 80 93 電壓 V 通過(guò)最小二乘法擬合的直線： Y=X* （公式 3） 性能測(cè)試分析 做實(shí)際的電 路板時(shí)為了調(diào)零的需 要先將 Pt100 用 100Ω的電阻來(lái)代替，模擬出一個(gè)外界溫度為 0℃的環(huán)境，以便于通過(guò)對(duì)電位器的調(diào)節(jié)使其輸出電壓為 0V。先檢查電路各個(gè)模塊是否能正常工作，如 T431 的參考極的電壓是否為 ，代替 Pt100 的 100Ω電阻兩端的電壓是否是 ，通過(guò)對(duì)信號(hào)放大模塊中的電位器的調(diào)節(jié)是否能正常影響信號(hào)放大模塊和運(yùn)放加減模塊的輸出電壓。將電路板調(diào)試正常后，調(diào)節(jié)電位器使電路最終輸出端的電壓降到 0V，但是在實(shí)際調(diào)節(jié)中輸出電壓調(diào)節(jié)到 時(shí)就沒(méi)有辦法繼續(xù)下調(diào)了，由于輸出電壓是隨電位器的電壓上升而下降的，故可能是 和電位器串聯(lián)的電阻 R8 設(shè)置得太小了。將 100Ω電阻拆下?lián)Q上 Pt100 熱敏電阻進(jìn)行實(shí)際測(cè)量 ,測(cè)得電壓為 ，測(cè)得的溫度為 21℃，而這時(shí)用標(biāo)準(zhǔn)的溫度傳感器測(cè)得的溫度也為 21℃，在用 Pt100 測(cè)體溫，測(cè)得，為 36℃，誤差很小，電路設(shè)計(jì)成功。故前面的 的誤差可能是其他原因照成的，但是由于沒(méi)有嘗試其他標(biāo)準(zhǔn)溫度的測(cè)量還不能對(duì)產(chǎn)生誤差的原因進(jìn)一步分析。 基于 Pt100_熱電阻的簡(jiǎn)易溫度測(cè)量系統(tǒng) 24 第五章 結(jié)論與心得 1 結(jié)論 根據(jù)電路板的測(cè)試結(jié)果表明電路工作正常，能實(shí)現(xiàn)設(shè)定的功能，達(dá)到指標(biāo)要求，但是對(duì)低溫的測(cè)量可能存在著較大的誤 差。 2 心得 通過(guò)這次的課程設(shè)計(jì)我掌握了一些簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)過(guò)程和調(diào)試方法。在設(shè)計(jì)一個(gè)電路時(shí)可以先查閱相關(guān)資料，然后先確定電路中各個(gè)模塊要實(shí)現(xiàn)的功能以及基本指標(biāo)，再確定對(duì)各個(gè)模塊中的器件的型號(hào)和常數(shù)，最后將各個(gè)模塊聯(lián)系起來(lái)再進(jìn)一步進(jìn)行調(diào)整。將設(shè)計(jì)好的電路放到仿真軟件上進(jìn)行仿真，觀察電路以及各個(gè)模塊能否按設(shè)定的狀態(tài)工作，最終結(jié)果是否正確， 將實(shí)際電路做出來(lái)后要 進(jìn)行調(diào)試，調(diào)試時(shí)可先測(cè)試最終的輸出能否達(dá)到預(yù)想的結(jié)果，電路不能正常工作是要對(duì)電路的各個(gè)模塊進(jìn)行檢查，可以和軟件仿真調(diào)試時(shí)一樣檢查各個(gè)模塊是否正常工作，找到工作 不正常的模塊后，對(duì)該模塊的各個(gè)性能指標(biāo)以及各點(diǎn)輸入輸出是否正確，然后分析可能產(chǎn)生錯(cuò)誤的原因后再進(jìn)行進(jìn)一步的排查和調(diào)試。然后不斷的重復(fù)以上對(duì)實(shí)際電路的調(diào)試過(guò)程，直到電路全部正常工作。在對(duì)各個(gè)模塊進(jìn)行檢測(cè)時(shí)可先檢測(cè)電源模塊是否正常工作，因?yàn)楹芏噱e(cuò)誤都是電源部分出問(wèn)題導(dǎo)致或可以影響并反映在電壓部分上，如在這次的調(diào)試過(guò)程中發(fā)現(xiàn)大多數(shù)同學(xué)的電路出現(xiàn)問(wèn)題都是電源的問(wèn)題，要么是 TL431 燒壞了，要么是芯片燒壞了影響到了 TL431 的參考極的電壓，導(dǎo)致電源部分異常。本電路可以檢測(cè) TL431 參考極的電壓是否正確，發(fā)現(xiàn)不正 確可先將芯片（尤其是做隔離網(wǎng)