【文章內(nèi)容簡介】 說，電壓跟隨器的電壓放大倍數(shù)小于且接近1。電壓跟隨器的顯著特點(diǎn)就是，輸入阻抗高，而輸出阻抗低，一般來說，輸入阻抗要達(dá)到幾兆歐姆是很容易做到的。輸出阻抗低，通常可以到幾歐姆，甚至更低。 在電路中，電壓跟隨器一般做緩沖級及隔離級。因?yàn)?，電壓放大器的輸出阻抗一般比較高，通常在幾千歐到幾十千歐，如果后級的輸入阻抗比較小，那么信號就會有相當(dāng)?shù)牟糠謸p耗在前級的輸出電阻中。在這個時候，就需要電壓跟隨器來從中進(jìn)行緩沖。起到承上啟下的作用。應(yīng)用電壓跟隨器的另外一個好處就是，提高了輸入阻抗，這樣，輸入電容的容量可以大幅度減小，為應(yīng)用高品質(zhì)的電容提供了前提保證。 電壓跟隨器的另外一個作用就是隔離，在HIFI音響電路中，關(guān)于負(fù)反饋的爭議已經(jīng)很久了，其實(shí)，如果真的沒有負(fù)反饋的作用，相信絕大多數(shù)的放大電路是不能很好的工作的。但是由于引入了大環(huán)路負(fù)反饋電路，揚(yáng)聲器的反電動勢就會通過反饋電路，與輸入信號疊加。造成音質(zhì)模糊，清晰度下降，所以，有一部分功放的末級采用了無大環(huán)路負(fù)反饋的電路，試圖通過斷開負(fù)反饋回路來消除大環(huán)路負(fù)反饋的帶來的弊端。但是，由于放大器的末級的工作電流變化很大，其失真度很難保證。(四) 同比例放大電路簡單分析同比例放大電路如圖28。圖28 同比例放大電路我們在這里設(shè)的R5=20k，R3=20k，R4=20k，R2=20k，由同比例放大電路的公式，可知=20k，=R5=20k， =R5=20k，=2，所以閉環(huán)電壓增益系數(shù) =2。由于此電路在整個電路中起到負(fù)反饋的作用，而根據(jù)集成放大電路的作用反推回去可以知道=1v時，=，從而算出通過場效應(yīng)管的電流大小，從而確定電路加熱的快慢程度，也可通過改變電阻R5來改變電路大小來讓電路達(dá)到理想的加熱效果，當(dāng)然由于場管發(fā)熱太快而且被用來作為加熱器件為了讓空氣溫度更快速的熱起來，我們在場效應(yīng)管上加了一個散熱片。整個電子負(fù)載加熱的原理圖如下圖29所示：如圖29 加熱模塊電路 溫度采集模塊設(shè)計(jì)方案本設(shè)計(jì)溫度信號為模擬信號，要對溫度進(jìn)行控制和顯示，所以要把模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量。該溫度采集模塊可以選擇以下方案：采用DS18B20為數(shù)字式溫度傳感器，無需其他外加電路，直接輸出數(shù)字量?？芍苯优c單片機(jī)通信，讀取測溫?cái)?shù)據(jù)，電路簡單。DS18B20與傳統(tǒng)的熱敏電阻相比，他能夠直接讀出被測溫度，并且可根據(jù)實(shí)際要求通過簡單的編程實(shí)現(xiàn)9～12位的數(shù)字值讀數(shù)方式，并且直接從DS18B20讀出的信息或?qū)懭?。DS18B20的信息僅需要一根接口線（單線接口）讀寫，因而使用DS18B20可使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更趨簡單，可靠性更高。它在測溫精度、轉(zhuǎn)換時間、傳輸距離、分辨率等方面帶來了令人滿意的效果。DS18B20具有3引腳TO－92小體積封裝形式；溫度測量范圍為－55℃～＋125℃，可編程為9位～12位A/D轉(zhuǎn)換精度，℃、℃、℃℃，被測溫度用符號擴(kuò)展的16位數(shù)字量方式串行輸出，支持3V～，使系統(tǒng)設(shè)計(jì)更靈活、方便，其工作電源既可在遠(yuǎn)端引入，也可采用寄生電源方式產(chǎn)生。同時多個DS18B20可以并聯(lián)到3根或2根線上，CPU只需一根端口線就能與諸多DS18B20通信，占用處理器的端口較少，可節(jié)省大量的引線和邏輯電路。以上特點(diǎn)使DS18B20非常適用于遠(yuǎn)距離多點(diǎn)溫度檢測系統(tǒng)。 DS18B20結(jié)構(gòu)及引腳功能說明DS18B20的引腳圖210 溫度傳感器DS18B20引腳圖序號名稱引腳功能描述1GND地信號2DQ數(shù)據(jù)輸入/輸出引腳，當(dāng)被用在寄生電源下，也可以向器件提供電源。3VDD外接供電電源輸入端，當(dāng)工作于寄生電源時，此引腳必須接地。表21 DS18B20引腳功能表其測溫電路的實(shí)現(xiàn)是依靠單片機(jī)軟件的編程上。 當(dāng)DSI8B20接收到溫度轉(zhuǎn)換命令后，開始啟動轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換完成后的溫度值就以16位帶符號擴(kuò)展的二進(jìn)制補(bǔ)碼形式存儲在高速暫存存儲器的0、1字節(jié)。單片機(jī)可通過單線接口讀到該數(shù)據(jù)，讀取時低位在前，高位在后，℃／LSB形式表示。溫度值格式如表21所示，其中“S”為標(biāo)志位，對應(yīng)的溫度計(jì)算：當(dāng)符號位S=0時，直接將二進(jìn)制位轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制；當(dāng)S=1時，先將補(bǔ)碼變換為原碼，再計(jì)算十進(jìn)制值。DSI8B20完成溫度轉(zhuǎn)換后，就把測得的溫度值與TH做比較，若TTH或TTL，則將該器件內(nèi)的告警標(biāo)志置位，并對主機(jī)發(fā)出的告警搜索命令做出響應(yīng)。 DS18B20 初始化和讀/寫時序由于DS18B20采用的是1－Wire總線協(xié)議方式，即在一根數(shù)據(jù)線實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的雙向傳輸，而對AT89C51單片機(jī)來說，硬件上并不支持單總線協(xié)議，因此，我們必須采用軟件的方法來模擬單總線的協(xié)議時序來完成對DS18B20芯片的訪問。從而，對讀寫的數(shù)據(jù)位有著嚴(yán)格的時序要求。DS18B20有嚴(yán)格的通信協(xié)議來保證各位數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性和完整性。該協(xié)議定義了幾種信號的時序：初始化時序、讀時序、寫時序。所有時序都是將主機(jī)作為主設(shè)備，單總線器件作為從設(shè)備。而每一次命令和數(shù)據(jù)的傳輸都是從主機(jī)主動啟動寫時序開始，如果要求單總線器件回送數(shù)據(jù)，在進(jìn)行寫命令后，主機(jī)需啟動讀時序完成數(shù)據(jù)接收。數(shù)據(jù)和命令的傳輸都是低位在先。（1）讀流程時序?qū)τ贒S18B20的讀時序分為讀0時序和讀1時序兩個過程。對于DS18B20的讀時隙是從主機(jī)把單總線拉低之后，在15秒之內(nèi)就得釋放單總線，以讓DS18B20把數(shù)據(jù)傳輸?shù)絾慰偩€上。DS18B20在完成一個讀時序過程，至少需要60us才能完成。（2）寫流程時序?qū)τ贒S18B20的寫時序仍然分為寫0時序和寫1時序兩個過程。對于DS18B20寫0時序和寫1時序的要求不同，當(dāng)要寫0時序時，單總線要被拉低至少60us，保證DS18B20能夠在15us到45us之間能夠正確地采樣IO總線上的“0”電平，當(dāng)要寫1時序時，單總線被拉低之后，在15us之內(nèi)就得釋放單總線。 溫度轉(zhuǎn)換算法及分析表22 DS18B20溫度值格式表LS ByteMS ByteSSSSS算法核心：首先程序判斷溫度是否是零下，如果是，則DS18B20保存的是溫度的補(bǔ)碼值，需要對其低8位（LS Byte）取反加一變成原碼。處理過后把DS18B20的溫度復(fù)制到單片機(jī)的RAM中，里面已經(jīng)是溫度值的HEX碼了，然后轉(zhuǎn)換HEX碼到BCD碼，分別把小數(shù)位，個位，十位，百位的BCD碼存入RAM中。由于小數(shù)位沒有用，默認(rèn)情況是置為0，在顯示屏上沒有任何顯示。 DSl8B20工作過程中的協(xié)議初始化 → ROM操作命令 → 存儲器操作命令 → 處理數(shù)據(jù)（1）初始化 單總線上的所有處理均從初始化開始（2）ROM操作命令　 總線主機(jī)檢測到DSl8B20的存在，便可以發(fā)出ROM操作命令，這些命令如表23所示。表23 ROM操作命令表指令代碼Read ROM (讀ROM)33HMatch ROM (匹配ROM)55HSkip ROM (跳過ROM)CCHSearch ROM (搜索ROM)F0HAlarm search (告警搜索)ECH （3）RAM操作命令 （如表24）表24 RAM操作命令表指令約定代碼溫度變換44H讀存儲器0BEH寫存儲器4EH復(fù)制存儲器48H重調(diào)EEPROM0B8H讀供電方式0B4H DS18B20 溫度采集電路圖在本設(shè)計(jì)中，由DS18B20組建溫度采集系統(tǒng)。其中，1腳GND，2腳為數(shù)據(jù)輸入端，3腳VCC，形成上拉電阻。詳細(xì)的采集電路如圖211所示。圖211 DS18B20溫度采集電路 系統(tǒng)總體電路設(shè)計(jì)圖212 系統(tǒng)總的原理圖3 應(yīng)用的相關(guān)軟件 Keil C51編輯軟件Keil C51是美國Keil Software公司出品的51系列兼容單片機(jī)C語言軟件開發(fā)系統(tǒng)，與匯編相比，C語言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢，因而易學(xué)易用。用過匯編語言后再使用C來開發(fā)，體會更加深刻。 Keil C51軟件提供豐富的庫函數(shù)和功能強(qiáng)大的集成開發(fā)調(diào)試工具，全Windows界面。另外重要的一點(diǎn)，只要看一下編譯后生成的匯編代碼，就能體會到Keil C51生成的目標(biāo)代碼效率非常之高，多數(shù)語句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。在開發(fā)大型軟件時更能體現(xiàn)高級語言的優(yōu)勢。本次設(shè)計(jì)中，主要使用Keil軟件對高精度溫度計(jì)的源程序（C語言）進(jìn)行編輯和檢驗(yàn)。 Protel 99SE 電路板設(shè)計(jì)軟件Protel 99SE是Prokl Technology公司開發(fā)的基于Windows環(huán)境下的電路板設(shè)計(jì)軟件。該軟件功能強(qiáng)大，人機(jī)界面友好，易學(xué)易用，仍然是大中院校電學(xué)專業(yè)必學(xué)課程，同時也是業(yè)界人士首選的電路板設(shè)計(jì)工具。Protel 99SE 由兩大部分組成：電路原理圖設(shè)計(jì)（Advanced Schematic）和多層印刷電路板設(shè) 計(jì)（Advanced PCB）。其中Advanced Schematic由兩部分組成：電路圖編輯器（Schematic）和 元件庫編輯器（Schematic Library）。由于高精度溫度是一個具體的實(shí)物，因此在設(shè)計(jì)中要進(jìn)行實(shí)物制作，為了方便制作，我們要用到Protel 99SE進(jìn)行原理圖設(shè)計(jì)。 Proteus軟件 Proteus(海神)的ISIS是一款Labcenter出品的電路分析實(shí)物仿真系統(tǒng)，可仿真各種電路和IC，并支持單片機(jī)，元件庫齊全，使用方便，是不可多得的專業(yè)的單片機(jī)軟件仿真系統(tǒng)。 該軟件的特點(diǎn)： ① 全部滿足我們提出的單片機(jī)軟件仿真系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)，并在同類產(chǎn)品中具有明顯的優(yōu)勢。 ②具有模擬電路仿真、數(shù)字電路仿真、單片機(jī)及其外圍電路組成的系統(tǒng)的仿真、RS232動態(tài)仿真、C調(diào)試器、SPI調(diào)試器、鍵盤和LCD系統(tǒng)仿真的功能；有各種虛擬儀器，如示波器、邏輯分析儀、信號發(fā)生器等。 ③ 目前支持的單片機(jī)類型有：68000系列、8051系列、AVR系列、PIC12系列、PIC16系列、PIC18系列、Z80系列、HC11系列以及各種外圍芯片。Proteus主要由ISIS和ARES兩部分組成，ISIS的主要功能是原理圖設(shè)計(jì)及與電路原理圖的交互仿真，ARES主要用于印制電路板的設(shè)計(jì)。 4 系統(tǒng)程序的設(shè)計(jì) 程序結(jié)構(gòu)框圖主程序調(diào)用了5個子程序，分別是數(shù)碼管顯示程序、鍵盤掃描及按鍵處理程序、溫度信號處理程序、繼電器控制程序。鍵盤掃描電路及按鍵處理程序：實(shí)現(xiàn)鍵盤的輸入按鍵的識別及進(jìn)入相應(yīng)的程序。溫度信號處理程序：對溫度芯片送過來的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，進(jìn)行判斷和顯示。數(shù)碼管顯示程序：向數(shù)碼的顯示送數(shù)，控制系統(tǒng)的顯示部分。繼電器控制程序：控制繼電器動作。程序結(jié)構(gòu)圖如圖41所示。圖41　主程序結(jié)構(gòu)圖 主程序流程圖程序開始的時候先設(shè)置初始化，然后就控制數(shù)碼管顯示當(dāng)前溫度。接著就判斷SWSW3按鍵是否被按下。按下SW2進(jìn)入溫度控制點(diǎn)遞增的程序、按下SW3進(jìn)入溫度控制