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正文內(nèi)容

數(shù)字恒溫式加熱器的研制學(xué)士學(xué)位論文(編輯修改稿)

2024-07-20 05:17 本頁面
 

【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??梢缘綆讱W姆,甚至更低。 在電路中,電壓跟隨器一般做緩沖級(jí)及隔離級(jí)。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(jí)的輸入阻抗比較小,那么信號(hào)就會(huì)有相當(dāng)?shù)牟糠謸p耗在前級(jí)的輸出電阻中。在這個(gè)時(shí)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(gè)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(gè)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(dòng)勢就會(huì)通過反饋電路,與輸入信號(hào)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(jí)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(jí)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(gè)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(shí),=,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(gè)散熱片。整個(gè)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(hào)為模擬信號(hào),要對(duì)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(shí)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(hào)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(shí)多個(gè)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(hào)名稱引腳功能描述1GND地信號(hào)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(shí),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(dòng)轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換完成后的溫度值就以16位帶符號(hào)擴(kuò)展的二進(jìn)制補(bǔ)碼形式存儲(chǔ)在高速暫存存儲(chǔ)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(shí)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(duì)應(yīng)的溫度計(jì)算:當(dāng)符號(hào)位S=0時(shí),直接將二進(jìn)制位轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制;當(dāng)S=1時(shí),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(duì)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(shí)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(duì)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(shí)序來完成對(duì)DS18B20芯片的訪問。從而,對(duì)讀寫的數(shù)據(jù)位有著嚴(yán)格的時(shí)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(hào)的時(shí)序:初始化時(shí)序、讀時(shí)序、寫時(shí)序。所有時(shí)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(dòng)啟動(dòng)寫時(shí)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(dòng)讀時(shí)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(shí)序?qū)τ贒S18B20的讀時(shí)序分為讀0時(shí)序和讀1時(shí)序兩個(gè)過程。對(duì)于DS18B20的讀時(shí)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(gè)讀時(shí)序過程,至少需要60us才能完成。(2)寫流程時(shí)序?qū)τ贒S18B20的寫時(shí)序仍然分為寫0時(shí)序和寫1時(shí)序兩個(gè)過程。對(duì)于DS18B20寫0時(shí)序和寫1時(shí)序的要求不同,當(dāng)要寫0時(shí)序時(shí),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(shí)序時(shí),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(duì)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(gè)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(chǔ)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(chǔ)器0BEH寫存儲(chǔ)器4EH復(fù)制存儲(chǔ)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(huì)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(huì)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(shí)更能體現(xiàn)高級(jí)語言的優(yōu)勢。本次設(shè)計(jì)中,主要使用Keil軟件對(duì)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(shí)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(gè)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(dòng)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(hào)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(gè)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(hào)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(shí)別及進(jìn)入相應(yīng)的程序。溫度信號(hào)處理程序:對(duì)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(dòng)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(shí)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
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