【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 PT100 的技術(shù)參數(shù)可以滿(mǎn)足本次畢設(shè)的要求。 因此采用了 以鉑熱電阻溫度傳感器 PT100 作為烘箱環(huán)境溫度變化的敏感元件，由含鉑熱電阻 PT100 為橋臂的電橋?qū)?PT100 電阻值的變化轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)變換、再經(jīng)集成運(yùn)放 7650 放大成 0 ～ 5V的電壓信號(hào)，進(jìn)入 A/D 轉(zhuǎn)換器的方案。 其電路原理圖如圖 。 圖 溫度轉(zhuǎn)換及放大電路 南昌航空大學(xué)科技學(xué)院 2020 屆學(xué)士學(xué)位論文 13 ： 圖 溫度轉(zhuǎn)換電路 這部分電路完成 PT100 的電阻到電壓的轉(zhuǎn)換。根據(jù)（ ）可以得到設(shè)計(jì)溫度要求范圍內(nèi)的 PT100 的電阻阻值。在電橋中上兩橋 臂用了 10KΩ的電阻，下臂分別用 100Ω的電阻和 PT100，且 R3 調(diào)到等于 100Ω（ 0℃時(shí) PT100的阻值），可以保證流過(guò) PT100 的電流適中。設(shè)電橋輸出電壓為 0U ， R PT100兩端電壓計(jì)作 1U 和 2U ，電源電壓 VUs 12? 。則有： 210 UUU ?? （ ） sURR RU 31 31 ???又 （ ） st t URR RU 22 ?? （ ） stt URR RRR RU ????????????? 231 30 （ ） 根據(jù)（ ）得： ? ?? ?st URR bTaTRRR RU ?????? ? ????? 2203130 1 （ ） 即可得到 0℃ ～ 850℃內(nèi)任意溫度點(diǎn)的電橋輸出電壓。 南昌航空大學(xué)科技學(xué)院 2020 屆學(xué)士學(xué)位論文 14 ： 圖 這部分電路主要完成對(duì)前級(jí)電橋輸出電壓的放大和濾波。為使最終輸出 0～5V的電壓信號(hào)，放大電路的增益 uA 應(yīng)為 24，且應(yīng)采用正相放大電路。 R7 和電位器 R8 夠成反饋支路， R C3是濾波電路。 取 R7=10KΩ、 R6 調(diào)節(jié)到適當(dāng)?shù)碾娮柚怠? 665R RRAu ?? （ ） 156 ??? uARR （ ） 故有 ?? KR ，所以選 2KΩ的電位器作 R6。 A/D 轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì) A/D 轉(zhuǎn)換是決定測(cè)量精度和穩(wěn)定性的重要一環(huán)，溫度信號(hào)由 LM35溫度傳感器組成的電路傳導(dǎo)測(cè)量，經(jīng)傳輸放大后由模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字量， 由單片機(jī)進(jìn)行采集，用于溫度控制。因?yàn)橄到y(tǒng)只有一路模擬輸入，故采用了 ADC0804 作為 A/D 轉(zhuǎn)換器。它是一種一路模擬輸入、 8 位數(shù)字輸出的 A/D 轉(zhuǎn)換器。 A/D 芯片介紹 ADC0804 是用 CMOS 集成工藝制成的逐次比較型摸數(shù)轉(zhuǎn)換芯片。分辨率 8 位，轉(zhuǎn)換時(shí)間 100 μs ，輸入電壓范圍為 0～ 5V，增加某些外部電路后，輸入模擬電壓可為 5V。該芯片內(nèi)有輸出數(shù)據(jù)鎖存器，當(dāng)與計(jì)算機(jī)連接時(shí)，轉(zhuǎn)換電路的輸南昌航空大學(xué)科技學(xué)院 2020 屆學(xué)士學(xué)位論文 15 出可以直接連接在 CPU 數(shù)據(jù)總線(xiàn)上，無(wú)須附加邏輯接口電路。 ADC0804芯片外引腳圖如圖 所示： Vin+～ Vin是 ADC0804 的兩模擬信號(hào)輸出端，用以接受單極性、雙極性和差摸輸入信號(hào)。 D7~D0： A/D 轉(zhuǎn)換器數(shù)據(jù)輸出端，該輸出端具有三態(tài)特性，能與微機(jī)總線(xiàn)相接。 在使用 ADC0804 進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換時(shí)，應(yīng)注意以下問(wèn)題： 參考電壓的調(diào)節(jié)。在使用 A/D 轉(zhuǎn)換器時(shí)，為保證其轉(zhuǎn)換精度，要求輸入電壓滿(mǎn)量程使用。如輸入電壓動(dòng)態(tài)范圍較小，則可調(diào)節(jié)參考電壓，以保證小信號(hào)輸入時(shí) ADC0804 芯片 8 位的轉(zhuǎn)換精度。 接地。模數(shù)、數(shù)模轉(zhuǎn)換電路中要特別注意到地 線(xiàn)的正確連接，否則干擾很?chē)?yán)重，以至影響轉(zhuǎn)換結(jié)果的準(zhǔn)確性。 A/D、 D/A 及取樣保持芯片上都提供了獨(dú)立的模擬地（ AGND）和數(shù)字地（ DGND）的引腳。在線(xiàn)路設(shè)計(jì)中，必須將所有的器件的模擬地和數(shù)字地分別連接，然后將模擬地與數(shù)字地僅在一點(diǎn)上相連。 圖 為AD 轉(zhuǎn)換的電路設(shè)計(jì)圖。 南昌航空大學(xué)科技學(xué)院 2020 屆學(xué)士學(xué)位論文 16 圖 A/D轉(zhuǎn)換電路 其中： Vin(+)為模擬電壓輸入端； AGND 為模擬地，作為輸入模擬電壓和基準(zhǔn)電壓基地端的接地參考點(diǎn)。 VREF 為基準(zhǔn)電壓輸入端，接 5V參考電壓。 WR 和 RD 接89C52 的讀寫(xiě)端。在執(zhí)行程序查詢(xún)時(shí) ADC0804 在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中的工作過(guò)程：采集數(shù)據(jù)時(shí)，首先微處理器執(zhí)行一條傳送指令，在該指令執(zhí)行過(guò)程中，微處理器在控制總線(xiàn)的同時(shí)產(chǎn)生 CS,WR 低電平信號(hào)，啟動(dòng) A/D 轉(zhuǎn)換器工作 , ADC0804經(jīng) 100us 后將輸入模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)存于輸出鎖存器，并在等待轉(zhuǎn)換結(jié)束后，通知微處理器可來(lái)取數(shù)。微處理器立即執(zhí)行輸入指令，以產(chǎn)生 CS， RD 低電平信號(hào)到ADC0804 相應(yīng)引腳，將數(shù)據(jù)取出并存入存儲(chǔ)器中。整個(gè)數(shù)據(jù)采集 過(guò)程中，由微處理器有序的執(zhí)行若干指令完成。 鍵盤(pán)、顯示接口電路 LED顯示接口電路 本系統(tǒng)采用的是 LED 數(shù)碼管顯示顯示接口是智能化儀器儀表中人機(jī)接口的一個(gè)重要組成部分，一方面通過(guò)顯示器監(jiān)視參數(shù)輸入的狀態(tài)，另一方面，通過(guò)顯示器顯示儀器儀表測(cè)量和控制的結(jié)果和運(yùn)行的狀態(tài)。目前常用的顯示器有 LED顯示器， LCD 顯示器，平面等離子顯示器， CRT 顯示器等， LED 顯示器由于其體積小，驅(qū)動(dòng)方便，亮度大，壽命長(zhǎng)而得到廣泛應(yīng)用，而 LCD 由于其所需功率甚低，在一些便攜式儀器中得到廣泛應(yīng)用，另外點(diǎn)陣式 LCD，由 于它能方便地顯示各種圖形和符號(hào)，因此，越來(lái)越多的復(fù)雜儀器也開(kāi)始采用這一顯示技術(shù)。 南昌航空大學(xué)科技學(xué)院 2020 屆學(xué)士學(xué)位論文 17 LED顯示器結(jié)構(gòu) LED 顯示器是由發(fā)光二極管顯示字段組成的顯示器，有 7 段和“米”字段之分，這種顯示器有共陽(yáng)極和共陰極兩種。如圖七所示，共陰極 LED 顯示器的發(fā)光二極管的陰極連接在一起，通常此公共陰極接地，當(dāng)某個(gè)發(fā)光二極管的陽(yáng)極為高電平時(shí)，相應(yīng)的段就被點(diǎn)亮，同樣，共陽(yáng)極 LED 顯示器的發(fā)光二極管的陽(yáng)極連接在一起，通常此公共陽(yáng)極接正電壓，當(dāng)某發(fā)光二極管的陰極接低電平時(shí)，發(fā)光二極管被點(diǎn)亮，相應(yīng)的段被顯示。 圖 7 段 LED 顯示器引腳及原理圖 共陰極和共陽(yáng)極 LED 數(shù)碼管的幾何尺寸和字形是相同的，使用時(shí)要加以注意，另外，每一種 LED又有不同的發(fā)光顏色，如 :紅、綠、黃、橙等。 一般地，發(fā)紅光的 LED，每段流過(guò) 5mA 的平均電流，就可以有較滿(mǎn)意的亮度， 7mA 電流會(huì)更亮些， 10mA 以上也不會(huì)再亮多少，但長(zhǎng)期運(yùn)行于 10mA 以上會(huì)縮短其壽命，最大電流平均值不得超過(guò) 30mA， LED 顯示器允許的反向電壓最大值為 5V，此時(shí)的反向電流一般小于 10uA，小尺寸的 LED 顯示器每段只有一個(gè)發(fā)光二極管，其正向壓降約為 ，一般最大不大于 2V，大尺寸的 LED 顯示器每段可能由數(shù)個(gè)發(fā)光二極管串聯(lián)，每段壓降也要增大。 七段 LED數(shù)碼管的字高有 、 、 、 、 、 和 等幾種。 顯示電路方案比較 方案一： 采用 74LS164 芯片驅(qū)動(dòng) 在本次設(shè)計(jì)中，用單片機(jī)的串行口來(lái)外接 3片 74LS164 作為 6位 LED 顯示器南昌航空大學(xué)科技學(xué)院 2020 屆學(xué)士學(xué)位論文 18 的靜態(tài)顯示接口，把單片機(jī)的 RXD 作為數(shù)據(jù)輸出線(xiàn)， TXD 作為移位時(shí)鐘脈沖。所謂靜態(tài)顯示，就是每一 個(gè)顯示器都要占用單獨(dú)的具有鎖存功能的 I/O 接口用于筆劃段字形代碼。這樣單片機(jī)只要把要顯示的字形代碼發(fā)送到接口電路就可以了，直到要顯示新的數(shù)據(jù)時(shí)，再發(fā)送新的字形碼。使用這種方法，占用 CPU 的內(nèi)部資源少，控制程序簡(jiǎn)單，但占用較多的硬件資源。故本次設(shè)計(jì)采用可提供單獨(dú)鎖存的 I/O 接口電路的串并轉(zhuǎn)換電路 74LS164。其電路原理圖如圖 所示。 圖 164 顯示電路 74LS164 為 TTL 單向 8位移位寄存器，可實(shí)現(xiàn)串行輸入、并行輸出的功能。它的 A、 B（第 2 腳 ）為串行數(shù)據(jù)輸入端， 2 個(gè)引腳按－邏輯與運(yùn)算規(guī)律輸入信號(hào)，公用一個(gè)輸入信號(hào)時(shí)可并接。 T（第 8 腳）為時(shí)鐘輸入端，可連接到串行口的 TXD 端。每一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)的上升沿加到 T端時(shí)，移位寄存器移一位， 8個(gè)時(shí)鐘脈沖過(guò)后， 8 位二進(jìn)制數(shù)全部移入 74LS164 中。 R（第 9 腳）為復(fù)位端，當(dāng) R＝ 0 時(shí)，移位寄存器各復(fù)位為 0，只有當(dāng) R＝ 1 時(shí)，時(shí)鐘脈沖才起作用。 Q1－ Q8（第 3－ 6 和 10－ 13 引腳）并行輸出端分別接 LED 顯示器的 dp、 g、 f、 e、 d、 c、b、 a 各段對(duì)應(yīng)的引腳上。 所謂時(shí)鐘脈沖端，其實(shí)就是需要高、低、高、低的脈沖，在 74LS164 獲得時(shí)鐘脈沖的瞬間，如果數(shù)據(jù)輸入端（第 2 腳）是高電平，則就會(huì)有一個(gè) 1 進(jìn)入到 74LS164 的內(nèi)部。如果數(shù)據(jù)輸入端是低電平，則就有一個(gè) 0進(jìn)入其內(nèi)部。在給出了 8個(gè)脈沖后，最先進(jìn)入 74LS164 的第一個(gè)數(shù)據(jù)就到達(dá)了最高位，然后再來(lái)一南昌航空大學(xué)科技學(xué)院 2020 屆學(xué)士學(xué)位論文 19 個(gè)脈沖，從單片機(jī) RXD 端輸出的數(shù)據(jù)就 進(jìn)入到第一片 74LS164 中，當(dāng)?shù)诙€(gè) 8個(gè)脈沖到來(lái)后，第一個(gè)數(shù)據(jù)就進(jìn)入第二片 74LS164，而新的第二個(gè)數(shù)據(jù)就進(jìn)入到了第一片 74LS164 中，這樣依次類(lèi)推。 方案二： HD7279 鍵盤(pán)顯示電路 HD7279A， 它共有 28 個(gè)引腳。 它是一片具有 串行接口的，可同時(shí)驅(qū)動(dòng) 8位共陰式數(shù)碼管（或 64 只獨(dú)立）的智能顯示驅(qū)動(dòng)芯片，該芯片同時(shí)還可連接多達(dá) 64鍵盤(pán)矩陣，單片即可完成 LED 顯示、鍵盤(pán)接口的全部功能。 HD7279 內(nèi)部含有譯碼器，可直接接受 BCD碼或 16 進(jìn)制碼，并同時(shí)具有 2 種譯碼方式 .此外 ,還具有多種控制指令 ,如消隱 ,閃爍 ,左移 ,右移 ,段尋址等 . HD7279A 芯片大大簡(jiǎn)化系統(tǒng)電路。 HD7279A 只需要 4 根線(xiàn)（ CS、 CLK、 DATA、KEY）與 AT89C51 相連，僅僅使用單片機(jī)的 ～ 口，大大節(jié)省了 CPU 的端口資源，即可實(shí)現(xiàn)鍵 盤(pán)接口功能。由于 HD7279A 內(nèi)部含有去抖動(dòng)電路，軟件編程時(shí)不需要鍵盤(pán)的消抖動(dòng)程序。電路如圖 ： 硬件鍵盤(pán)顯示電路 為了電路的簡(jiǎn)潔方便，因此選擇了 7279鍵盤(pán)顯示。 南昌航空大學(xué)科技學(xué)院 2020 屆學(xué)士學(xué)位論文 20 加熱控制電路 控制部分最主要是電子開(kāi)關(guān)電路。電子開(kāi)關(guān)電路一般由光電耦合芯片、繼電器、雙向可控硅的等電子器件組成。電路要實(shí)現(xiàn)控制回路（輸入）與負(fù)載回路（輸出）之間的電隔離及信號(hào)耦合，可達(dá)到無(wú)觸點(diǎn)，無(wú)火花接通和斷開(kāi)電器的目的。電子開(kāi)關(guān)電路應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛 ，如用于計(jì)算機(jī)的接口、微機(jī)的測(cè)控系統(tǒng)、自動(dòng)控制等領(lǐng)域。 本次畢設(shè)采用光電耦合器和雙向可控硅等元件設(shè)計(jì)等器件構(gòu)成開(kāi)關(guān)電路 ,該電路除用于控制交流接觸器，還可以用于控制燈光、加熱器等，但一定要注意雙向可控硅的參數(shù)是否能滿(mǎn)足負(fù)載的要求。 工作原理：在輸入端加一個(gè)控制信號(hào)，就可以控制輸出端的“通”和“斷”，實(shí)現(xiàn)“開(kāi)關(guān)”功能。其中耦合電路是以光電耦合器作為輸入、輸出間的通道，又在電氣上實(shí)現(xiàn)電隔離，以防止輸出端對(duì)輸入端的影響。吸收電路由電阻、電容組成，它是為了防止電源中帶來(lái)尖峰電壓、浪涌電流對(duì)開(kāi)關(guān)器件的沖擊和干擾而設(shè)