【文章內(nèi)容簡介】 抗干擾電路的設(shè)計針對可能出現(xiàn)的各種干擾，設(shè)計抗干擾電路?？垢蓴_電路就是在系統(tǒng)的弱電部分（以單片機(jī)為核心）的電源入口處對地跨接1個大電容（100181。f左右）與1個小電容（），在系統(tǒng)內(nèi)部各芯片的電源端對地跨接1個小電容（~）。 溫度傳感器的選擇及A/D轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)的設(shè)計由于當(dāng)今市場上流行的數(shù)字式溫度傳感器例如AD7416等的測定溫度的范圍非常小,一般只能做到50度到+125度之間,這遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足工業(yè)上的需要，故而選擇傳統(tǒng)的模擬式的傳感器，然后通過AD轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，送入單片機(jī)。 傳感器的選擇本次系統(tǒng)的控制對象是需要工作在0~1000℃的溫度范圍內(nèi)，選擇熱電敏電阻傳感器，溫度檢測元件與變送器的類型選擇和被控溫度及精度等級有關(guān)，鎳鉻/鎳鋁熱電偶適用于0~1000℃的溫度范圍，相應(yīng)輸出電壓為0mV~ mV。變送器由毫伏變送器和電流/電壓變送器組成：毫伏變送器用于把熱電敏電阻輸出的0mV~ mV變換成0mA~10mA范圍內(nèi)的電流；電流/電壓變送器用于把毫伏變送器輸出的0mA~10mA范圍內(nèi)的電流變換成0V~5V的電壓。為了提高測量精度，變送器可以進(jìn)行零點遷移。例如：若溫度測量范圍為400~1000度，~,毫伏變送器零點遷移后輸出0mA~10mA范圍內(nèi)的電流，這樣，采用12位A/D轉(zhuǎn)換器就可以使量化溫度誤差達(dá)到177?！嬉詢?nèi)。 A/D轉(zhuǎn)換原理 A/D轉(zhuǎn)換器把模擬量信號轉(zhuǎn)換成與其大小成比例的數(shù)字量信號。A/D轉(zhuǎn)換電路的種類很多，根據(jù)轉(zhuǎn)換原理，目前常用的A/D轉(zhuǎn)換電路主要分逐次逼近式和雙積分式。A/D轉(zhuǎn)換的主要技術(shù)指標(biāo)有：（1）轉(zhuǎn)換時間和轉(zhuǎn)換速率轉(zhuǎn)換時間是A/D完成一次轉(zhuǎn)換所需要的時間。轉(zhuǎn)換時間的倒數(shù)是轉(zhuǎn)換速率。并行式A/D轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換時間最短約為20~50ns，速率為20~50Mb/s；， Mb/s。（2）分辨率A/D轉(zhuǎn)換器的分辨率習(xí)慣上用輸出二進(jìn)制位數(shù)或BCD位數(shù)表示。量化過程引起的誤差為量化誤差。量化誤差是由于有限數(shù)字對模擬量進(jìn)行量化而引起的誤差。量化誤差理論上規(guī)定為一個單位分辨率的177。1/2LSB，提高分辨率可減少量化誤差。（3）轉(zhuǎn)換精度A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換精度定義為一個實際A/D轉(zhuǎn)換器與一個理想A/D轉(zhuǎn)換器在量化值上的差值?？捎媒^對誤差或相對誤差表示。逐次逼近式轉(zhuǎn)換的基本原理是用一個計量單位使連續(xù)量數(shù)量化（簡稱量化），即用計量單位與連續(xù)量比較，把連續(xù)量變成計量單位的整數(shù)倍，略去小于計量單位的連續(xù)量部分。這樣所得到的整數(shù)量即位數(shù)字量。顯然，計量單位越小，量化誤差也越小?？梢姡鸫伪平降霓D(zhuǎn)換原理即“逐位比較”。圖211為一個N位逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器原理圖。它由N位寄存器、D/A轉(zhuǎn)換器、比較器和控制邏輯等部分組成。N位寄存器用來存放N位二進(jìn)制數(shù)碼。當(dāng)模擬量VX送入比較器后，啟動信號通過控制邏輯電路啟動A/D轉(zhuǎn)換。首先，置N位寄存器最高位（DN1）為“1”，其余位清“0”，N位寄存器的內(nèi)容經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換后得到整個量程一半的模擬電壓VN與輸入電壓VX比較。若VXVN，則保留DN1=1；若VXVN 則DN1 清“0”。然后，控制邏輯使下一位（DN2）置“1”，與上一次的結(jié)果一起經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換后與VX比較，直到D0位取1還是0為止，此時控制邏輯電路發(fā)出轉(zhuǎn)換結(jié)束信號EOC。這樣，經(jīng)過N次比較后，N位寄存器的內(nèi)容就是轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量數(shù)據(jù)，在輸出允許信號OE有效的情況下，此值經(jīng)輸出緩沖器讀出。整個轉(zhuǎn)換過程就是一個逐次比較逼近的過程。雙積分式A/D轉(zhuǎn)換采用了間接測量原理,即將被測電壓值VX轉(zhuǎn)換成時間常數(shù),通過測量時間常數(shù)得到未知的電壓值。它由電子開關(guān)、積分器、比較器、計數(shù)器、邏輯控制門等部件組成。 所謂雙積分就是進(jìn)行一次A/D轉(zhuǎn)換需要兩次積分。轉(zhuǎn)換時，控制門通過電子開關(guān)把被測電壓VX加到積分器的輸入端，積分器從零開始，在固定的時間T0內(nèi)對VX積分（稱為定時積分），積分輸出終值與VX成正比。接著控制門將電子開關(guān)切換到極性與VX相反的基準(zhǔn)電壓VR上，進(jìn)行反向積分，由于基準(zhǔn)電壓VR恒定，所以積分輸出將按T0期間積分的值以恒定的斜率下降，當(dāng)比較器檢測積分輸出過零時，積分器停止工作。反向積分時間T1與定值積分的初值成比例關(guān)系，故可以通過測量反向積分時間T1計算出VX，即：VX= VR*T1/ T0。由于雙積分方法的二次積分時間比較長，因此A/D轉(zhuǎn)換速度慢，故在本次設(shè)計中選擇逐位逼近式。常用的逐次逼近式A/D器件有ADC080AD574A等。由于ADC0809是八位數(shù)字量輸出，故而轉(zhuǎn)換精度不能滿足要求，在次選擇12位的轉(zhuǎn)換芯片AD574A。比較器時序與控制邏輯電路D/A轉(zhuǎn)換器N位寄存器輸出緩沖器EOCVXOE時鐘啟動VN 圖211逐次逼近A/D轉(zhuǎn)換器原理圖 AD574A芯片功能介紹AD574A是美國模擬數(shù)字公司（Analog）推出的單片高速12位逐次比較型A/D轉(zhuǎn)換器，內(nèi)置雙極性電路構(gòu)成的混合集成轉(zhuǎn)換顯片，具有外接元件少，功耗低，精度高等特點，并且具有自動校零和自動極性轉(zhuǎn)換功能，只需外接少量的阻容件即可構(gòu)成一個完整的A/D轉(zhuǎn)換器，其主要功能特性如下：分辨率：12位非線性誤差：小于177。1/2LBS或177。1LBS轉(zhuǎn)換速率：25us模擬電壓輸入范圍：0—10V和0—20V，0—177。5V和0—177。10V兩檔四種電源電壓：177。15V和5V數(shù)據(jù)輸出格式：12位/8位芯片工作模式：全速工作模式和單一工作模式AD574A的引腳說明：[1].Pin1(+V)——+5V電源輸入端。[2].Pin2()——數(shù)據(jù)模式選擇端，通過此引腳可選擇數(shù)據(jù)縱線是12位或8位輸出。[3].Pin3()——片選端。[4].Pin4(A0)——字節(jié)地址短周期控制端。與端用來控制啟動轉(zhuǎn)換的方式和數(shù)據(jù)輸出格式。須注意的是，端TTL電平不能直接+5V或0V連接。 [5].Pin5()——讀轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)控制端。[6].Pin6(CE)——使能端。[7].Pin7(V+)——正電源輸入端，輸入+15V電源。[8].Pin8(REF OUT)——10V基準(zhǔn)電源電壓輸出端。[9].Pin9(AGND)——模擬地端。[10].Pin10(REF IN)——基準(zhǔn)電源電壓輸入端。[11].Pin(V)——負(fù)電源輸入端，輸入15V電源。[12].Pin1(V+)——正電源輸入端，輸入+15V電源。[13].Pin13(10V IN)——10V量程模擬電壓輸入端。[14].Pin14(20V IN)——20V量程模擬電壓輸入端。[15].Pin15(DGND)——數(shù)字地端。圖212 AD574A的引腳圖 [16].Pin16—Pin27(DB0—DB11)——12條數(shù)據(jù)總線。通過這12條數(shù)據(jù)總線向外輸出A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)。[17].Pin28(STS)——工作狀態(tài)指示信號端，當(dāng)STS=1時，表示轉(zhuǎn)換器正處于轉(zhuǎn)換狀態(tài)，當(dāng)STS=0時，聲明A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束，通過此信號可以判別A/D轉(zhuǎn)換器的工作狀態(tài)，作為單片機(jī)的中斷或查詢信號之用。AD574A的工作模式：以上所述的是AD574A的全控狀態(tài)，如果需AD574A工作于單一模式，只需將CE、端接至+5V電源端，和A0接至0V，僅用端來控制A/D轉(zhuǎn)換的啟動和數(shù)據(jù)輸出。當(dāng)=0時，啟動A/D轉(zhuǎn)換器，經(jīng)25us后STS=1，表明A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束，此時將置1，即可從數(shù)據(jù)端讀取數(shù)據(jù)。表27 AD574A控制邏輯真值表CEA0工作狀態(tài)0XXXX禁止X1XXX禁止100X0啟動12位轉(zhuǎn)換100X1啟動8位轉(zhuǎn)換101接+5VX12位并行輸出有效101接+5V0高8位并行輸出有效101接+5V1低4位并行輸出有效 圖213 單片機(jī)與AD574A的接口電路 A/D轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)的設(shè)計前文已經(jīng)詳細(xì)介紹了逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換原理，現(xiàn)在在此基礎(chǔ)上具體設(shè)計本系統(tǒng)中的A/D轉(zhuǎn)換電路。圖213是AT89S51單片機(jī)與AD574A的接口電路，其中還使用了三態(tài)鎖存器74LS373和74LS00與非門電路，邏輯控制信號由(、和A0)有AT89S51的數(shù)據(jù)口P0發(fā)出，并由三態(tài)鎖存器74LS373鎖存到輸出端Q0、Q1和Q2上，用于控制AD574A的工作過程。AD轉(zhuǎn)換器的數(shù)據(jù)輸出也通過P0數(shù)據(jù)總線連至AT89S51，由于只使用了8位數(shù)據(jù)口，12位數(shù)據(jù)分兩次讀進(jìn)AT89S51，所以接地。，先將轉(zhuǎn)換后的12位A/D數(shù)據(jù)的高8位讀進(jìn)AT89S51，然后再將低4位讀進(jìn)AT89S51。這里不管AD574A是處在啟動、轉(zhuǎn)換和輸出結(jié)果，使能端CE都必須為1，因此將AT89S51的寫控制線和讀控制線通過與非門74LS00與AD574A的使能端CE相連。 控制執(zhí)行電路的設(shè)計 固體繼電器（亦稱固態(tài)繼電器）英文名稱為Solid State Relay，簡稱SSR。它是用半導(dǎo)體器件代替?zhèn)鹘y(tǒng)電接點作為切換裝置的具有繼電器特性的無觸點開關(guān)器件，單相SSR為四端有源器件，其中兩個輸入控制端，兩個輸出端，輸入輸出間為光隔離，輸入端加上直流或脈沖信號到一定電流值后，輸出端就能從斷態(tài)轉(zhuǎn)變成通態(tài)。 一般情況下，萬用表不能判別SSR的好壞，正確的方法采用圖215的測試電路：當(dāng)輸入電流為零時，電壓表測出的為電網(wǎng)電壓，電燈不亮（燈泡功率須25W以上）；當(dāng)輸入電流達(dá)到一定值以后，電燈亮，電壓表測出的SSR導(dǎo)通壓降（在3V以下）。（請初次使用者務(wù)必注意：因SSR內(nèi)部有RC回路而帶來漏電流，因此不能等同于普通觸點式的繼電器、接觸器，請參考后面的注意事項）。 輸入電路光電接收器控制電路　 圖214普通交流SSR內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖100WVmASSR~~~220V+_圖215 交流SSR基本性能測試電路 SSR優(yōu)缺點 固體繼電器工作可靠，壽命長，無噪聲，無火花，無電磁干擾，開關(guān)速度快，抗干擾能力強(qiáng)，且體積小，耐沖擊，耐振蕩，防爆、防潮、防腐蝕、能與TTL、DTL、HTL等邏輯電路兼容，以微小的控制信號達(dá)到直接驅(qū)動大電流負(fù)載。主要不足是存在通態(tài)壓降（需相應(yīng)散熱措施），有斷態(tài)漏電流，交直流不能通用，觸點組數(shù)少，另外過電流、過電壓及電壓上升率、電流上升率等指標(biāo)差。 SSR的使用場合 固體繼電器目前已廣泛應(yīng)用于計算機(jī)外圍接口裝置，電爐加熱恒溫系統(tǒng)，數(shù)控機(jī)械，遙控系統(tǒng)、工業(yè)自動化裝置；信號燈、閃爍器、照明舞臺燈光控制系統(tǒng)；儀器儀表、醫(yī)療器械、復(fù)印機(jī)、自動洗衣機(jī)；自動消防，保安系統(tǒng)，以及作為電網(wǎng)功率因素補(bǔ)償?shù)碾娏﹄娙莸那袚Q開關(guān)等等，另外在化工、煤礦等需防爆、防潮、防腐蝕場合中都有大量使用。 SSR的分類 交流固體繼電器按開關(guān)方式分有電壓過零導(dǎo)通型（簡稱過零型）和隨機(jī)導(dǎo)通型（簡稱隨機(jī)型）；按輸出開關(guān)元件分有雙向可控硅輸出型（普通型）和單向可控硅反并聯(lián)型（增強(qiáng)型）；按安裝方式分有印刷線路板上用的針插式（自然冷卻，不必帶散熱器）和固定在金屬底板上的裝置式（靠散熱器冷卻）；另外輸入端又有寬范圍輸入（DC3－32V）的恒流源型和串電阻限流型等。 過零型和隨機(jī)型SSR的區(qū)別 當(dāng)輸入端施加有效的控制信號時，隨機(jī)型SSR輸出端立即導(dǎo)通（速度為微秒級），而過零型SSR則要等到負(fù)載電壓過零區(qū)域(約177。15V)時才開啟導(dǎo)通。當(dāng)輸入端撤消控制信號后，過零型和隨機(jī)型SSR均在小于維持電流時關(guān)斷。雖然過零型SSR有可能造成最大半個周期的延時，但卻減少了對負(fù)載的沖擊和產(chǎn)生的射頻干擾，成為理想的開關(guān)器件，在“單刀單擲”的開關(guān)場合中應(yīng)用最為廣泛。 隨機(jī)型SSR的特點是反應(yīng)速度快，它可以控制移相觸發(fā)脈沖達(dá)到方便地改變交流電網(wǎng)電壓，從而應(yīng)用于精確地調(diào)溫、調(diào)光等阻性負(fù)載及部分感性負(fù)載場合。 雙向可控硅輸出的普通型和單向可控硅反并聯(lián)輸出的增強(qiáng)型的區(qū)別 在感性負(fù)載的場合，當(dāng)SSR由通態(tài)關(guān)斷時，由于電流、電壓的相位不一致，將產(chǎn)生一個很大的電壓上升率dv/dt（換向dv/dt）加在雙向可控硅兩端，如此值超過雙向可控硅的換向dv/dt指標(biāo)(典型值為10V/181。s)則將導(dǎo)致延時關(guān)斷，甚至失敗。而單向可控硅為單極性工作狀態(tài)，只受靜態(tài)電壓上升率dv/dt(典型值為100V/181。s)影響，由兩只單向可控硅反并聯(lián)構(gòu)成的增強(qiáng)型SSR比由一只雙向可控硅構(gòu)成的普通型SSR的換向dv/dt有了很大提高，因此在感性或容性負(fù)載場合宜選取增強(qiáng)型SSR。 過零型輸入均為恒流型：DC332V(觸發(fā)電流大于等于5mA) (立式3A除外，為IN312V）隨機(jī)型輸入均為串電阻型：DC48V(觸發(fā)電流大于等于10mA）使用場合的區(qū)別： ①2A、立式3A、4A為塑料外殼，3A為金屬外殼，5A為鑄鋁鋅合金外殼，均為插針焊接，印刷板上使用，自然冷卻。 ②6A為鑄鋁鋅合金外殼，插片連接式電極，小體積安裝式，固定在金屬板上使用。 ③10A120A長方型固體繼電器為銅（或鋁）底板，塑料外殼，鏍釘壓緊式電極，固定在散熱器上使用(實際電流大于30A還需風(fēng)扇冷卻）。 ④85A、125A、240A、3