【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 位地址碼ABC來決定。“INH”是禁止端，當(dāng)“INH”=1時(shí)，各通道均不接通。此外，CD4051還設(shè)有另外一個(gè)電源端VEE，以作為電平位移時(shí)使用，從而使得通常在單組電源供電條件下工作的CMOS電路所提供的數(shù)字信號(hào)能直接控制這種多路開關(guān)，并使這種多路開關(guān)可傳輸峰－峰值達(dá)15V的交流信號(hào)。例如，若模擬開關(guān)的供電電源VDD=＋5V，VSS=0V，當(dāng)VEE=－5V時(shí)，只要對(duì)此模擬開關(guān)施加0～5V的數(shù)字控制信號(hào)，就可控制幅度范圍為－5V～＋5V的模擬信號(hào)。圖43 多路開關(guān)選擇電路CBA為二進(jìn)制控制輸入端，可譯出8種狀態(tài)，開關(guān)接通哪一通道，由輸入的3位地址碼ABC來決定。當(dāng)改變IN/OUT07和OUT/IN的傳遞方向時(shí)，還可以用做反多路開關(guān)。“INH”是禁止端，當(dāng)“INH”=1時(shí)，各通道均不接通。CBA的通道選擇真值表如表42。表42 CD4051的CBA的通道選擇真值表輸入狀態(tài)通道號(hào)INHCBACD40510000000011001020011301004010150110601117因此，在實(shí)際設(shè)計(jì)中，同時(shí)將8路溫度采集電路接入CD4051的8個(gè)IN/OUT端口，由此實(shí)現(xiàn)對(duì)多路溫度的采集功能。 放大電路模塊由于電橋電路模塊將隨溫度變化的電阻轉(zhuǎn)化為電壓變量。此電壓為毫伏級(jí)的，非常小。因此需要采用放大電路。而且在實(shí)際運(yùn)用中，放大電路易產(chǎn)生溫漂現(xiàn)象，所以對(duì)放大電路的選擇非常重要，這直接影響到數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確性。以下對(duì)兩種放大電路方案進(jìn)行分析比較。方案一分析：電路圖如圖44所示：采用TL084差分放大電路，此電路放大倍數(shù)為:Af=（1+2R5/R6）。 （）從圖中可以看到U1B、U1C兩個(gè)同相運(yùn)放電路構(gòu)成輸入級(jí)，在與差分放大器U1A串聯(lián)組成三運(yùn)放差分放大電路。電路中有關(guān)電阻保持嚴(yán)格對(duì)稱,具有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn):(1)、U1B和U1C提高了差模信號(hào)與共模信號(hào)之比,即提高了信噪比；(2)、在保證有關(guān)電阻嚴(yán)格對(duì)稱的條件下,各電阻阻值的誤差對(duì)該電路的共模抑制比沒有影響；(3)、電路對(duì)共模信號(hào)幾乎沒有放大作用,共模電壓增益接近零。U1B和U1C應(yīng)選用低溫飄、高共模抑制比的運(yùn)放，性能一致性要好。圖44 差分放大電路方案二：采用ICL7650進(jìn)行一級(jí)放大。放大倍數(shù)Af=R8/Rw+1。其中Rw為Rw2接入電路的電阻。電路圖如圖45所示。 圖45 采用ICL7650一級(jí)放大電路 對(duì)以上兩種方案對(duì)比分析總結(jié)：雖然采用方案二比較簡(jiǎn)單，而且實(shí)用，容易調(diào)試。但是實(shí)際制作過程中，由于考慮電源選擇時(shí)要多增加+6V和6V，增大了設(shè)計(jì)的不實(shí)際性，因此最終采用了方案一放大電路。而且差分放大電路可以防止漂移現(xiàn)象，盡管比較難調(diào)試而且電路比較復(fù)雜，但是總的來說，增加了設(shè)計(jì)的可靠性和實(shí)用性。設(shè)加在運(yùn)放U1B同相端的輸入電壓為V1，加在運(yùn)放U1C同相端的輸入電壓為V2，若U1B、U1C、U1A都是理想運(yùn)放，則V1=V4, V2=V5 ,， （）, （）, （）所以，測(cè)量放大器第一級(jí)的閉環(huán)放大倍數(shù)為： （）整個(gè)放大器的輸出電壓為：（） 為了提高電路的抗共模干擾能力和抑制漂移的影響，應(yīng)根據(jù)上下對(duì)稱的原則選擇電阻，若取R5=R7，R8=R9，R10=R2，則輸出電壓為： （）第二級(jí)的閉環(huán)放大倍數(shù)： （）整個(gè)放大器的閉環(huán)放大倍數(shù)為： （）若取R10=R9=R11，則：， ， （） 由上式可看出，改變電阻R6的大小，可方便地調(diào)節(jié)放大器的增益，在集成化的測(cè)量放大器中，R6是外接電阻，用戶可根據(jù)整機(jī)的增益要求來選擇R6的大小。此外，由上述推導(dǎo)可見，輸出電壓Vo與輸入電壓的差值成正比，因此在共模電壓作用下，輸出電壓Vo=0，這是因共模電壓作用在RG的兩端不會(huì)產(chǎn)生電位差，從而RG上不存在共模分量對(duì)應(yīng)的電流，也就不會(huì)引起輸出,即使共模輸入電壓發(fā)生變化，也不會(huì)引起輸出。因此，測(cè)量放大器具有很高的共模抑制能力，通常選取R1=R2，其目的是為了抵消U1B和U1C本身共模抑制比不等造成的誤差和克服失調(diào)參數(shù)及其漂移的影響。 A/D轉(zhuǎn)換模塊由于在采集電路中使用的是多路開關(guān)CD4051，根據(jù)試設(shè)計(jì)要求，所以在A/D轉(zhuǎn)換的選擇上采用0804A/D轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換功能，因此不需要另行設(shè)計(jì)其它A/D轉(zhuǎn)換方式。根據(jù)ADC0804芯片特性設(shè)計(jì)電路如圖46所示。圖46 ADC 0804設(shè)計(jì)電路 鍵盤顯示模塊方案一：采用8279芯片構(gòu)成鍵盤顯示電路。8279芯片是一種專門用于鍵盤、顯示器的接口電路，它能對(duì)顯示器自動(dòng)掃描，能識(shí)別鍵盤上閉合鍵的鍵號(hào)，提高CPU的工作效率。8279包括鍵盤輸入和顯示兩個(gè)部分。鍵盤部分提供的掃描方式，可以具有64個(gè)按鍵和傳感器的陳列相連。能自動(dòng)消除開關(guān)抖動(dòng)以及對(duì)N鍵按下采取保護(hù)。顯示部分按掃描方式工作?？梢燥@示8或16位LED八段數(shù)碼顯示器。8279芯片和單片機(jī)的接口電路設(shè)計(jì)，單片機(jī)的ALE既用做低8位地址的鎖存信號(hào)，也把它接到8279的外時(shí)鐘脈沖信號(hào)的輸入。單片機(jī)的ALE脈沖信號(hào)并非固定不變，但8279不要求時(shí)鐘頻率不變，這樣接是可以的。8279的片選譯碼電路可根據(jù)實(shí)際電路的地址分配設(shè)計(jì)。8279的WR、RD接單片機(jī)的WR、RD。方案二：采用HD7279芯片構(gòu)成鍵盤顯示電路，HD7279A是一片具串行接口的，可同時(shí)驅(qū)動(dòng)8位共陰式數(shù)碼的智能顯示驅(qū)動(dòng)芯片，該芯片同時(shí)還可以連接多達(dá)64鍵的鍵盤矩陣，單片即可完成LED顯示、鍵盤接口的全部功能。DIG0～DIG7和SA～SG鍵盤的列線和行線端口，用來完成對(duì)鍵盤的監(jiān)視，譯碼和鍵值的識(shí)別。DIG0～DIG7為8個(gè)LED管的位驅(qū)動(dòng)輸出端，SA～SG分別為LED數(shù)碼管的A段～G段的輸出端，DP為小數(shù)點(diǎn)的驅(qū)動(dòng)輸出端。HD7279與單片機(jī)僅需4跟接口線，其中的CS為片選信號(hào)，當(dāng)單片機(jī)訪問HD7279A即讀鍵號(hào)或?qū)懼噶顣r(shí)，應(yīng)將片選端置為低電平。低電平有效。CLK為數(shù)據(jù)串行傳送的同步時(shí)鐘輸入端，時(shí)鐘的上升沿表示數(shù)據(jù)有效。DATA為串行數(shù)據(jù)端，當(dāng)向HD7279A發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，DATA為輸入端；當(dāng)HD7279A輸出鍵盤代碼時(shí)，DATA為輸出端。KEY為按鍵信號(hào)輸出端，在無鍵按下時(shí)為高電平；而有鍵按下時(shí)此引腳變?yōu)榈碗娖讲⑶乙恢北３值芥I釋放為止。在64陣列鍵盤中每個(gè)鍵的鍵碼是用十六進(jìn)制表示的，可用讀鍵盤數(shù)據(jù)指令讀出，其范圍是00H～3FH。方案三：采用HD7279芯片構(gòu)成鍵盤電路及FYD12864型液晶顯示模塊。經(jīng)過綜合比較，7279和8279都具有電路結(jié)構(gòu)清晰、抗干擾能力強(qiáng)、設(shè)計(jì)合理、軟件實(shí)現(xiàn)容易、穩(wěn)定性和可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，也都符合本設(shè)計(jì)的要求。但8279取材比較困難和對(duì)8279不太熟悉，所以在本設(shè)計(jì)中使用了7279。但是考慮到設(shè)計(jì)的美觀及直觀性，顯示模塊選擇使用FYD12864型液晶顯示模塊，結(jié)合本系統(tǒng)I/O口資源的分配，因?yàn)镕YD12864具有串行傳輸模式，使用該模式只需占用3根口線，節(jié)省了系統(tǒng)資源，也方便了硬件連線，盡管價(jià)格較高，但經(jīng)過綜合考慮，最終選用FYD12864漢字圖形點(diǎn)陣液晶顯示模塊進(jìn)行顯示。因此選擇方案三。LCD液晶顯示器是利用光的偏振現(xiàn)象來顯示的，一般也分為數(shù)字型LCD（同LED數(shù)碼管顯示，只能顯示數(shù)字和極少數(shù)英文字符），以及點(diǎn)陣型LCD兩種。前者只用于顯示簡(jiǎn)單字符的場(chǎng)合，如時(shí)鐘等；后者能顯示復(fù)雜的圖形和自定義字符，因此應(yīng)用較為廣泛。根據(jù)本課題，使用價(jià)格低廉的1602字符型LCD，可以很好的顯示時(shí)間、溫度和水位，但是如果要顯示日期，就必須使用多功能復(fù)用鍵，使時(shí)間和日期（或溫度、水位）通過該鍵的控制交替顯示，這就增加了軟件編程的復(fù)雜程度，而且由于此種液晶不能顯示漢字，只能用英文縮寫標(biāo)識(shí)，界面不夠友好。FYD12864型液晶是一種具有四位/八位并行、2線或3線串行多種接口方式，內(nèi)部含有國標(biāo)一級(jí)、二級(jí)簡(jiǎn)體中文字庫的點(diǎn)陣圖形液晶顯示模塊；利用該模塊靈活的接口方式和簡(jiǎn)單、方便的操作指令，可構(gòu)成全中文人機(jī)交互圖形界面?？梢燥@示8*4行16*16點(diǎn)陣的漢字。由于有內(nèi)置字庫，就不需要使用專門的造字軟件來造字，省去了不必要的麻煩。由于該模塊能夠顯示4行，每行可顯示8個(gè)漢字(或16個(gè)半角字符)，所以能夠?qū)⑷掌凇r(shí)間、溫度、染缸號(hào)碼同時(shí)顯示出來，也可完成圖形顯示。低電壓、低功耗是其又一顯著特點(diǎn)。有該模塊構(gòu)成的液晶顯示方案與同類型的圖形點(diǎn)陣液晶顯示模塊相比，不論硬件電路結(jié)構(gòu)或顯示程序都要簡(jiǎn)潔得多，且該模塊的價(jià)格也略低于相同點(diǎn)陣的圖形液晶模塊。其實(shí)物圖如圖47所示?；咎匦?? 低電源電壓（VDD:++）? 顯示分辨率:12864點(diǎn)? 內(nèi)置漢字字庫，提供8192個(gè)1616點(diǎn)陣漢字(簡(jiǎn)繁體可選)? 內(nèi)置 128個(gè)168點(diǎn)陣字符? 2MHZ時(shí)鐘頻率? 顯示方式：STN、半透、正顯? 驅(qū)動(dòng)方式：1/32DUTY，1/5BIAS? 視角方向：6點(diǎn)? 背光方式：側(cè)部高亮白色LED，功耗僅為普通LED的1/5—1/10? 通訊方式：串行、并口可選? 無需片選信號(hào)，簡(jiǎn)化軟件設(shè)計(jì) 圖47 FYD12864型液晶串口接口管腳信號(hào)如表43所示表43 串口接口管腳信號(hào)管腳號(hào)名稱LEVEL功能1VSS0V電源地2VDD+5V電源正（——）3V0對(duì)比度（亮度）調(diào)整4CSH/L模組片選端，高電平有效5SIDH/L串行數(shù)據(jù)輸入端6CLKH/L串行同步時(shí)鐘：上升沿時(shí)讀取SID數(shù)據(jù)15PSBLL：串口方式（見注釋1）17/RESETH/L復(fù)位端，低電平有效（見注釋2）19AVDD背光源電壓+5V（見注釋3）20KVSS背光源負(fù)端0V（見注釋3）? 注釋1：如在實(shí)際應(yīng)用中僅使用串口通訊模式，可將PSB接固定低電平，也可以將模塊上的J8和“GND”用焊錫短接。? 注釋2：模塊內(nèi)部接有上電復(fù)位電路，因此在不需要經(jīng)常復(fù)位的場(chǎng)合可將該端懸空。? 注釋3：如背光和模塊共用一個(gè)電源，可以將模塊上的JA、JK用焊錫短接。如表44所示表44 并行接口管腳號(hào)管腳名稱電平管腳功能描述1VSS0V電源地電源正2VCC+5V對(duì)比度（亮度）調(diào)整3V0RS=“H”，表示DB7—DB0為顯示數(shù)據(jù)4RS（CS）H/LRS=“L”，表示DB7—DB0為顯示指令數(shù)據(jù)5R/W（SID）H/LR/W=“H”，E=“H”，數(shù)據(jù)被讀到DB7—DB0R/W=“L”，E=“HL”，DB7—DB0的數(shù)據(jù)被寫到IR或DR6E（SCLK）H/L使能信號(hào)7DB0H/L三態(tài)數(shù)據(jù)線8DB1H/L三態(tài)數(shù)據(jù)線9DB2H/L三態(tài)數(shù)據(jù)線10DB3H/L三態(tài)數(shù)據(jù)線11DB4H/L三態(tài)數(shù)據(jù)線12DB5H/L三態(tài)數(shù)據(jù)線13DB6H/L三態(tài)數(shù)據(jù)線14DB7H/L三態(tài)數(shù)據(jù)線15PSBH/LH：8位或4位并口方式，L：串口方式（見注釋1）16NC空腳17/RESETH/L復(fù)位端，低電平有效（見注釋2）18VOUTLCD驅(qū)動(dòng)電壓輸出端19AVDD背光源正端（+5V）（見注釋3）20KVSS背光源負(fù)端（見注釋3）? 注釋1：如在實(shí)際應(yīng)用中僅使用并口通訊模式，可將PSB接固定高電平，也可以將模塊上的J8和“VCC”用焊錫短接。? 注釋2：模塊內(nèi)部接有上電復(fù)位電路，因此在不需要經(jīng)常復(fù)位的場(chǎng)合可將該端懸空。? 如背光和模塊共用一個(gè)電源，可以將模塊上的JA、JK用焊錫短接。液晶顯示模塊連接圖如圖48所示。圖48 液晶模塊連線圖系統(tǒng)使用了FYD12864液晶顯示模塊,該模塊具有串/并行兩種數(shù)據(jù)傳輸模式，為了節(jié)省系統(tǒng)口線，選用串行方式，接線簡(jiǎn)單。鍵盤控制電路使用的是7279顯示電路的按鍵，由于有液晶顯示模塊，因此在7279顯示鍵盤電路模塊中只使用了按鍵部分，數(shù)碼管僅用于初期的模塊調(diào)試。本系統(tǒng)的鍵盤顯示電路僅使用了8 鍵，1個(gè)鍵為電源開關(guān)鍵，有3個(gè)分別為時(shí)間、缸號(hào)以及監(jiān)控溫度的切換鍵，另外為時(shí)間和監(jiān)控溫度的增減值的分別設(shè)置的2個(gè)加減鍵。 溫控模塊當(dāng)采集到的溫度與鍵盤設(shè)定溫度值做比較，如果不相同時(shí)，單片機(jī)通過PID算法輸出控制信號(hào)進(jìn)行溫度控制。當(dāng)實(shí)時(shí)采集的溫度值高于鍵盤設(shè)定溫度時(shí)，制冷控制電路啟動(dòng)，制冷裝置開始工作，對(duì)染缸進(jìn)行降溫處理。當(dāng)實(shí)時(shí)采集的溫度值低于設(shè)定值時(shí)，加熱控制電路啟動(dòng)，加熱裝置開始加熱，直至溫度達(dá)到設(shè)定值。無論是加溫還是降溫過程，本設(shè)計(jì)用2個(gè)發(fā)光二極管模擬信號(hào)指示，當(dāng)加溫時(shí)，加溫電路燈亮，降溫電路燈滅；反之，則加溫電路燈滅，降溫電路燈亮。方案一：采用4N25和繼電器等構(gòu)成一個(gè)開關(guān)器件。其原理如圖410所示電路。該電路適用驅(qū)動(dòng)