【文章內(nèi)容簡介】 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)該系統(tǒng)采用美國DALLAS公司生產(chǎn)的單線數(shù)字溫度傳感器DS18B20來采集溫度數(shù)據(jù)，作為單片機MSP430149的溫度傳感器，該芯片有很多優(yōu)點，可把溫度信號直接轉(zhuǎn)換成串行數(shù)字信號供微機處理。由于每片DS18B20含有唯一的硅串行數(shù)，從DS18B20讀出的信息或?qū)懭隓S18B20的信息，僅需要一根口線（單線接口）。由于該系統(tǒng)采用DS18B20作為溫度采集傳感器，這部分電路就比較簡單了，圖25為溫度采集電路。圖25 溫度采集電路通過圖25可以看出該集成電路具有簡單，實用等特點。I/，來完成數(shù)據(jù)的傳送。3 硬件部分本章主要介紹硬件部分的各個模塊，這些模塊包括電源模塊及復(fù)位模塊，鍵盤輸入模塊，報警模塊，顯示模塊。電源模塊采用TI公司的TPS76033芯片，保證MSP430F149單片機的工作電壓。復(fù)位模塊采用MAX809芯片。鍵盤輸入模塊主要是用來輸入數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)人機交互。報警模塊采用LM386芯片，實現(xiàn)報警控制。顯示模塊采用LCD1602顯示溫度。 硬件電路圖單片機的最小系統(tǒng)如圖31所示：圖31 單片機最小系統(tǒng)電路單片機電路作為整個系統(tǒng)的核心控制部分，主要完成與其他電路的接口，從而獲得數(shù)據(jù)進行處理，將處理的結(jié)果采用某種方式表現(xiàn)出來，比如顯示或報警。從單片機最小系統(tǒng)電路可以看出，單片機接口電路非常簡單，分別采用單片機的一般I/O口實現(xiàn)與其他電路的連口，在單片機的時鐘設(shè)計上與其他單片機有一定的區(qū)別，MSP430F149單片機采用兩個時鐘的輸入，一個32kHz的時鐘信號，一個8MHz的時鐘信號。該系統(tǒng)的時鐘部分是采用晶體振蕩器實現(xiàn)的[8]。考慮到電源的輸入紋波對單片機的影響，以減小輸入端受到的干擾。另外單片機還有模擬電源的輸入端，因此在這里需要考慮干擾問題，在該系統(tǒng)中的干擾比較小，因此模擬地和數(shù)字地共地，模擬電源輸入端增加一個濾波電容以減少干擾。 電源及復(fù)位模塊本模塊采用TPS76033（低功耗 50mA 低壓降 (LDO) 穩(wěn)壓器 ）芯片實現(xiàn)，如圖32所示：圖32 TPS76033實物圖電壓電路：~,并且功率極低。為了方便起見，本系統(tǒng)采用電池（如2節(jié)普通5號電池）供電，因此輸出電壓為3V?？紤]到硬件系統(tǒng)對電源要求具有穩(wěn)壓功能和紋波小等特點，另外也考慮到硬件系統(tǒng)的低功耗特點，因此該硬件系統(tǒng)的電源部分采用TI公司的TPS76033芯片實現(xiàn)，該芯片能很好的滿足該硬件的系統(tǒng)的要求，另外該芯片具有很小的封裝，因此能有效的節(jié)約PCB板的面積[9]。為了使輸出電源的紋波小，，減少輸入端受到的干擾。電源電路具體如圖33所示。復(fù)位電路：在單片機系統(tǒng)里，單片機需要復(fù)位電路，復(fù)位電路可以采用RC復(fù)位電路，也可以采用復(fù)位芯片實現(xiàn)的復(fù)位電路，RC復(fù)位電路具有經(jīng)濟性，但可靠性不高，用復(fù)位芯片實現(xiàn)的復(fù)位電路具有很高的可靠性，因此為了保證復(fù)位電路的可靠性，該系統(tǒng)采用 圖33 電源電路復(fù)位芯片實現(xiàn)的復(fù)位電路，該系統(tǒng)采用MAX809芯片[10]。為了減小電源的干擾，以減小輸入端受到的干擾。復(fù)位電路如圖34所示： 圖34 復(fù)位電路 鍵盤輸入模塊鍵盤輸入電路主要是用來輸入數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)人機交互。該系統(tǒng)的鍵盤設(shè)計是采用掃描方式實現(xiàn)的矩陣鍵盤。該系統(tǒng)的鍵盤電路圖如圖35所示。 圖35 鍵盤輸入電路該矩陣掃描鍵盤由行線和列線組成，、、。鍵盤的行線作為鍵盤的控制輸入端，鍵盤的列線作為鍵盤的輸出端。鍵盤的工作原理：，如果有一個為低電平了，就可以確定是哪個鍵被按下。用這樣循環(huán)檢測的方法就可確定是哪個鍵被按下。鍵盤的掃描時間很短，僅僅幾微秒的時間，然而按鍵的時間一次至少需要幾十毫秒，所以只要有按鍵按下的話是都可以被掃描到的。另外還要考慮鍵盤的抖動處理。消除抖動的方法通常有兩種：一種為軟件去抖動法，另一種為硬件去抖動法。軟件去抖動法只需要一個延時函數(shù)，不需要增加成本，實現(xiàn)簡單，所以本次設(shè)計選用軟件去抖動法。 報警模塊該部分電路主要是驅(qū)動一個蜂鳴器，這樣只需要將蜂鳴器的一端接地，另一端以單片機進行相接就可以了。而驅(qū)動該蜂鳴器需要LM386功率放大器[12]。 功率放大器LM386LM386是一種音頻集成功放，具有自身功耗低、電壓增益可調(diào)整、電源電壓范圍大、外接元件少和總諧波失真小等優(yōu)點的功率放大器，廣泛應(yīng)用于錄音機和收音機之中。LM386具有以下特性,LM386如圖36所示：靜態(tài)功耗低，約為4mA,可用于電池供電。工作電壓范圍寬，412v或518v。外圍元件少。電壓增益可調(diào)，20200。低失真度。圖36 LM386LM386內(nèi)部電路原理圖如圖37所示。與通用型集成運放相類似，它是一個三級放大電路。圖37 LM386內(nèi)部原理圖 LM386內(nèi)部原理第一級為差分放大電路T1和TT2和T4分別構(gòu)成復(fù)合管，作為差分放大電路的放大管；T5和T6組成鏡像電流源作為T1和T2的有源負載；T3和T4信號從管的基極輸入，從T2管的集電極輸出，為雙端輸入單端輸出差分電路。使用鏡像電流源作為差分放大電路有源負載，可使單端輸出電路的增益近似等于雙端輸出電容的增益[13]。 第二級為共射放大電路T7為放大管，恒流源作有源負載，以增大放大倍數(shù)。第三級中的T8和T9管復(fù)合成PNP型管，與NPN型管T10構(gòu)成準互補輸出級。二極管D1和D2為輸出級提供合適的偏置電壓，可以消除交越失真。 引腳2為反相輸入端，引腳3為同相輸入端。電路由單電源供電，故為OTL電路。輸出端（引腳5）應(yīng)外接輸出電容后再接負載。 電阻R7從輸出端連接到T2的發(fā)射極，形成反饋通路，并與R5和R6構(gòu)成反饋網(wǎng)絡(luò)，從而引入了深度電壓串聯(lián)負反饋，使整個電路具有穩(wěn)定的電壓增益。如圖37所示,引腳2為反相輸入端，3為同相輸入端；引腳5為輸出端；引腳6和4分別為電源和地；引腳1和8為電壓增益設(shè)定端；使用時在引腳7和地之間接旁路電容，通常取10μF。 查LM386的datasheet，電源電壓412V或518V(LM386N4)；靜態(tài)消耗電流為4mA；電壓增益為20200dB；在8腳開路時，帶寬為300KHz；輸入阻抗為50K；。 盡管LM386的應(yīng)用非常簡單，但稍不注意，特別是器件上電、斷電瞬間，甚至工作穩(wěn)定后，一些操作（如插拔音頻插頭、旋音量調(diào)節(jié)鈕）都會帶來的瞬態(tài)沖擊，在輸出喇叭上會產(chǎn)生非常討厭的噪聲。下面介紹改進措施：（1）通過接在1腳、8腳間的電容（1腳接電容+極）來改變增益，斷開時增益為20dB。因此用不到大的增益，電容就不要接了，不光省了成本，還會帶來好處噪音減少。（2）PCB設(shè)計時，所有外圍元件盡可能靠近LM386；地線盡可能粗一些；輸入音頻信號通路盡可能平行走線，輸出亦如此。（3）選好調(diào)節(jié)音量的電位器。質(zhì)量太差的不要，否則受害的是耳朵；阻值不要太大，10K最合適，太大也會影響音質(zhì)！（4）電源的處理，也很關(guān)鍵。如果系統(tǒng)中有多組電源，由于電壓不同、負載不同以及并聯(lián)的去耦電容不同，每組電源的上升、下降時間必有差異。非?？尚械姆椒ǎ簩⑸想姟⒌綦姇r間短的電源放到+12V處，選擇上升相對較慢的電源作為LM386的Vs，但不要低于4V。（5）盡可能采用雙音頻輸入/輸出。好處是：“＋”、“－”輸出端可以很好地抵消共模信號，故能有效抑制共模噪聲。（6）第7腳（BYPASS）的旁路電容不可少！實際應(yīng)用時，BYPASS端必須外接一個電解電容到地，起濾除噪聲的作用。工作穩(wěn)定后，該管腳電壓值約等于電源電壓的一半。增大這個電容的容值，減緩直流基準電壓的上升、下降速度，有效抑制噪聲。（7）減少輸出耦合電容。此電容的作用有二：隔直+耦合。隔斷直流電壓，直流電壓過大有可能會損壞喇叭線圈；耦合音頻的交流信號。它與揚聲器負載構(gòu)成了一階高通濾波器。減小該電容值，可使噪聲能量沖擊的幅度變小、寬度變窄；太低還會使截止頻率提高。分別測試，發(fā)現(xiàn)10uF/。圖38為放大增益為20接線圖。圖38 放大器增益=20圖39 報警電路由圖39可知LM386的IN+(3)，來完成相應(yīng)的控制。 顯示模塊系統(tǒng)的顯示電路采用LCD液晶顯示器顯示，這樣的方式能滿足該系統(tǒng)的要求，也可很容易的完成。本設(shè)計采用的是LCD1602，他有很多優(yōu)點[14]：顯示質(zhì)量高數(shù)字式接口體積小、重量輕功耗低 LCD1602 基本參數(shù)及引腳功能1602LCD分為帶背光和不帶背光兩種，基控制器大部分為HD44780，帶背光的比不帶背光厚，是否帶背光在應(yīng)用中并無差別，兩者尺寸差別如圖310所示：圖310 LCD1602尺寸圖1602LCD主要技術(shù)參數(shù)l 顯示容量：162個字符l 芯片工作電壓：—l 工作電流：()l 模塊最佳工作電壓：l 字符尺寸：(WH)mm引腳功能說明1602LCD采用標準的14腳（無背光）或16腳（帶背光）接口，各引腳接口說明如表31所示：（1）第1腳VSS為地電源。（2）第2腳VDD接5V正電源。（3）第3腳VL為液晶顯示器對比度調(diào)整端，接正電源時對比度最弱，接地時對比度最高，對比度過高時會產(chǎn)生“鬼影”，使用時可以通過一個10K的電位器調(diào)整對比度。（4）第4腳RS為寄存器選擇，高電平時選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時選擇指令寄存器。（5）第5腳R/W為讀寫信號線，高電平時進行讀操作，低電平時進行寫操作。當RS和R/W共同為低電平時可以寫入指令或者顯示地址，當RS為低電平R/W為高電平時可以讀忙信號，當RS為高電平R/W為低電平時可以寫入數(shù)據(jù)。（6）第6腳E端為使能端，E端由高電平跳變成低電平時，執(zhí)行命令。（7）第7～14腳D0～D7為8位雙向數(shù)據(jù)線。（8）第15腳是背光源正極。（9）第16腳是背光源負極。表31 引腳口說明表編號符號引腳說明編號符號引腳說明1VSS電源地9D2數(shù)據(jù)2VDD電源正極10D3數(shù)據(jù)3VL液晶顯示偏壓11D4數(shù)據(jù)4RS數(shù)據(jù)/命令原則12D5數(shù)據(jù)5R/W讀/寫選擇13D6數(shù)據(jù)6E使能信號14D7數(shù)據(jù)7D0數(shù)據(jù)15BLA背光源正極8D1數(shù)據(jù)16BLK背光源負極1602液晶模塊的讀寫操作、屏幕和光標的操作都是通過指令編程來實現(xiàn)的，表32為LCD1602的控制命令，表中給出了11條指令，這些指令包括清顯示，光標返回，置輸入模式，顯示開/控制等等，其中‘1’為高電平，‘0’為低電平。表32 控制命令表序號指令RSR/WD7D6D5D4D3D2D1D01清顯示00000000012光標返回000000001*3置輸入模式00