【文章內(nèi)容簡介】 用于高精度的溫度檢測。 這次設(shè)計熱電阻采用三線制接法。采用三線制是為了消除連接導線電阻引起的測量誤差。這是因為測量熱電阻的電路一般是不平衡電橋。熱電阻作為電橋的一個橋臂電阻，其連接導線也成為橋臂電阻的一部分，這一部分電阻是未知的且隨環(huán)境溫度變化，造成測量誤差。采用三線制，將導線一根接到電橋的電源端，其余兩根分別接到熱電阻所在的橋臂及與其相鄰的橋臂上，這樣消除了導線線路電阻帶來的測量誤差。 熱電偶傳感器熱電偶是將兩種不同材料的導體或半導體A和B焊接起來，構(gòu)成一個閉合回路，如圖210所示。當導體A和B的兩個執(zhí)著點1和2之間存在溫差時，兩者之間便產(chǎn)生電動勢,因而在回路中形成一個大小的電流,其兩一端溫度為T1，稱為工作端或熱端，另一端溫度為T0，稱為自由端(也稱參考端)或冷端。圖210熱電偶原理圖熱電偶冷端的溫度補償是由于溫度傳感器熱電偶的材料一般都比較貴重（特別是采用貴金屬時），而測溫點到儀表的距離都很遠，為了節(jié)省熱 電偶材料，降低成本，通常采用補償導線把溫度傳感器熱電偶的冷端（自由端）延伸到溫度比較穩(wěn)定的控制室內(nèi)，連接到儀表端子上。必須指出，溫度傳感器熱電偶補償導線的作用只起延伸熱電極，使溫度傳感器熱電偶的冷端移動到控制室的儀表端子上，它本身并不能消除冷端溫度變化對測溫的影響，不起補償作用。因此，還需采用其他修正方法來補償冷端溫度T0≠0℃時對測溫的影響。在使用溫度傳感器熱電偶補償導線時必須注意型號相配，極性不能接錯，補償導線與溫度傳感器熱電偶連接端的溫度不能超過100℃。熱電偶是工業(yè)上最常用的溫度檢測元件之一。其優(yōu)點有：一：測量精度高，因溫度傳感器熱電偶直接與被測對象接觸，不受中間介質(zhì)的影響；二：測量范圍廣。常用的溫度傳感器熱電偶從50~+1600℃均可邊續(xù)測量，某些特殊溫度傳感器熱電偶最低可測到269℃（如金鐵鎳鉻），最高可達+2800℃（如鎢錸）；三：構(gòu)造簡單，使用方便。溫度傳感器熱電偶通常是由兩種不同的金屬絲組成，而且不受大小和開頭的限制，外有保護套管，用起來非常方便。因此設(shè)計也可以用熱電偶傳感器作為溫度檢測系統(tǒng)。熱電偶具有測溫范圍廣、測量精度高、便于遠距離、多點、集中檢測和自動控制等優(yōu)點。但是其自由端需要溫度補償，而且在低溫常溫段其測量精度較低等缺點。鉑電阻的測量精度高，一般都是以鉑電阻作為標準溫度測量元件。標準鉑電阻可以用一種嚴密、合理的方程來描述其電阻值與溫度的關(guān)系。鉑電阻的線性較好，只是在接近其范圍極限時呈非線性。所以設(shè)計中此兩種傳感器都可以用。第三章 硬件系統(tǒng)設(shè)計單片機的RST復位輸入，當振蕩器工作時，RST引腳出現(xiàn)兩個機器周期以上高電平將使單片機復位。復位有按鍵復位和高電平復位，高電平復位是通過復位端經(jīng)電容（10~22uF）與+5V電源連接，電容C的電壓比較小，RST就為高電平。在電容C充電期間，RST引腳電位會逐漸減小，當RST的電位小于一定值時，CPU就會脫離復位。只要能保證RST的高電平持續(xù)時間大于2個機器周期就可以實現(xiàn)復位。其高電平復位電路圖如31（b）所示。按鍵復位是用電容C與電阻放電。RST的電位由R與單片機的內(nèi)部電阻的分壓決定的。按鍵復位電路如圖31（a）所示。 (a) 按鍵復位電路 （b） 高電平復位電路圖31復位電路因為單片機內(nèi)部帶有時鐘電路，只需要在片外通過XTALXTAL2引腳接入定時控制單元（晶體振蕩和電容），即可構(gòu)成一個穩(wěn)定的自激振蕩器。~12MHz之間，當然在一般情況下頻率越快越好，既要保證程序運行速度也要保證控制的實時性。一般是采用石英晶振作定時外部時鐘源，在不需要高精度參考時鐘時也可以考慮用電感代替晶振，有時也可以用引入外部時鐘的脈沖信號。由內(nèi)部振蕩器產(chǎn)生或由外直接輸入的送至內(nèi)部控制邏輯單元的時鐘信號的周期稱為時鐘周期，其大小是時鐘信號頻率的倒數(shù)，時鐘信號頻率常用fosc表示。AT89C52的時鐘頻率為12MHz，即fosc=12MHz，則時鐘周期為1/12μS。接在晶振上的電容雖然沒有嚴格要求，但電容的大小會影響振蕩器的穩(wěn)定性和起振的快速性。因此，一般選擇在33pF左右，在此次設(shè)計時鐘電路時，電容選用（30pF）。并且它們應盡可能靠近芯片，以減小分布電容，保證振蕩器振蕩的穩(wěn)定性。如圖32所示圖32外部振蕩電路 外加的電路檢測溫度，用放大器與恒流源少誤差。用按鍵來控制需求的溫度，用數(shù)碼管來顯示檢測的溫度和設(shè)定的溫度。用警燈警示出現(xiàn)了問題。放大器與濾波器的選擇是需要根據(jù)不同的要求選擇不同的。OP07的連線圖如圖33所示。OP07放大器放大倍數(shù)是根據(jù)。則Rx為放大的倍數(shù)，如下公式31。 （31） 圖33 OP07連線圖 圖34 ，如圖34所示?？梢宰龀啥喾N恒流源如圖35所示。只要R3滿足如下公式32所示。 （32）Vout為輸出的恒流源電壓，Vout是有R1和R2的電阻決定的。如下公式33所示。=0，R2=1，則R2可以忽略。如上圖34所示。 （33） 圖35 恒流源 圖36 ICL7135時序圖 ICL7135的引腳連線ICL7135是4位半的雙積分A/D轉(zhuǎn)換芯片，它可以轉(zhuǎn)換輸出177。20000個數(shù)字量，由STB的選通來控制的BCD碼輸出，與微機接口十分方便。ICL7135具有高精度（14位A/D轉(zhuǎn)換），價格低的優(yōu)點。其轉(zhuǎn)換速度與時鐘頻率相關(guān)，每個轉(zhuǎn)換周期均有：自校準（即調(diào)零），正向積分（被測模擬電壓積分），反向積分（基準電壓積分）和過零檢測的四個階段組成，其中自校準的時間為10001個脈沖，正向積分的時間為10000個脈沖，反向積分則是直至電壓到零時為止（最大不超過20001個脈沖）。故可以采用從正向積分開始計數(shù)脈沖個數(shù)，到反向積分為零時就停止計數(shù)。將計數(shù)的脈沖個數(shù)減10000，就得到對應的模擬量。如圖36所示給出了ICL7135時序圖，由此圖可見，當BUSY變高時就開始正向積分，等到反向積分為零時BUSY變低，所以BUSY可以用于控制計數(shù)器的啟動和停止。電路如圖37所示是ICL7135的REF引腳的外圍電路圖。REF是參考電壓的輸入端。ACOM是模擬接地端，一般也是直接接地。參考電壓的選擇一般是按照輸入的電壓Vin比上基準電壓Vref再乘以10000。這里的基準電壓是1V。即參考電壓V如下公式34所示。 （34）Vin即是熱敏電阻端輸入的電壓。為以防TL431自激燒壞電路，所以加入電容。在這個設(shè)計中加的是100n。ICL7135的BUF腳是緩沖放大器輸出端，典型外接積分電阻。INTO是積分器輸出端，典型外接積分電容。AZIN是自校零。如圖38所示是積分電路。積分電阻Rint的數(shù)值由輸入電壓Vin和積分放大器的輸出電流決定。積分放大器能忽略非線性度的提供I=20uA的電流。所以Rint=Vin/I。Rint=125K?。積分電容應該是最大的電壓比上積分電阻，這樣可使得積分放大器的輸出飽和不會太接近電源電壓。Cint=（1000*時鐘周期*20uA）/積分輸出電壓擺幅。 圖37 REF的外圍電路 圖38積分電路 ICL7135與單片機連線在ICL7135與單片機系統(tǒng)進行連接時，有兩種方法：一是并行采集方式：二是串聯(lián)采集方式。如果使用ICL7135的并行采集方式，有兩種接線的方法：一種是9線連接，還有一種是6線連接。，ICL7135的D1~D5和Bl、BBB～、。，在單極性時，可不接。OVER端和UNDER端是在有過量程和欠量程情況下可接入單片機，其余情況可不接。R/H始終懸空或接高電平，則ICL7135按自動轉(zhuǎn)換方式工作，若要控制轉(zhuǎn)換，可以將R/H端接入單片機一個I/O口加以控制。使得ICL7135轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)輸出可采用軟件編程的查詢法：先對萬位（D5）、欠電壓UNDER）、過量程（OVER）、信號極性（POL）分別進行處理（正、負極性符號位單獨存放，可使后面程序應用BCD碼時更方便）。然后通過查詢等待依次將千位、百位、十位、個位的轉(zhuǎn)換結(jié)果存入RAM中[10]。因為單片機的I/O接口有限，為使外設(shè)接線方便，可采用6線連接。六線連接如圖310所示。這樣連接可以使用的軟件編程方法為中斷查詢法。這種電路的硬件連接和軟件編程既可以節(jié)約單片機的I/O端口，又可以避免中斷過程中由于干擾使得某一次行未輸出低電平，而造成的數(shù)據(jù)順序的混亂和錯誤，從而避免了讀數(shù)的錯誤。 圖39 九線連接 圖310 六線連接還可以采用串行連接。ICL7135的串行接法是通過計脈沖數(shù)的方法來獲得測量轉(zhuǎn)換結(jié)果的。如果采用與單片機的串行連接，可以通過單片機的定時器來計脈沖數(shù)。由于，定時器所用的CLK頻率是系統(tǒng)晶振頻率的1/12。因此可利用AT89C52單片機的ALE信號作為ICL7135的脈沖（CLK）輸入。但要注意，在軟件設(shè)計編程中，若指令中不出現(xiàn)MOVX指令，ALE端產(chǎn)生的脈沖頻率是晶振的1/6。因此，便可找到定時器所使用的頻率與單片機晶振頻率的關(guān)系，及單片機系統(tǒng)晶振頻率與ICL7135所需的頻率輸入的關(guān)系。為了使定時器的計數(shù)脈沖和ICL7135工作所需的脈沖同步，（INT0）引腳上，并且將定時器的選通控制信號GATE位置1。此時定時器是否工作將受BUSY信號的控制。當ICL7135開始工作時，即在積分波形開始時，也就是ICL7135的BUSY信號跳高時，定時器才開始工作，且定時器的TH、TL所記錄的數(shù)據(jù)與ICL7135的測量脈沖（從積分波形開始到反積分波形結(jié)束這一區(qū)域內(nèi)的脈沖稱為測量脈沖）存在一定的比例關(guān)系。定時器所記錄的數(shù)據(jù)和測量脈沖之間的某種比例關(guān)系。其比例關(guān)系如下公式所示： （35） （36） （37） （38）其中，F(xiàn)osc為系統(tǒng)晶振的的頻率；Ftime為定時器所用頻率；Fale為單片機ALE輸出的頻率；Freal為ICL7135的測量脈沖頻率；Ficl為ICL7135所用的輸入頻率，該頻率可通過Fale分頻得到。N為分頻比，該系統(tǒng)中N應選為4。串行連接如圖311所示。因為，F(xiàn)icl=125kHz，對50Hz工頻干擾有較大抑制能力，此時轉(zhuǎn)換速度為3次/s。由上面的公式比率關(guān)系可知，AT98C52的定時器所用的頻率是ICL7135的測量脈沖頻率的兩倍。因此，定時器所記錄的脈沖數(shù)也是ICL7135的測量脈沖的兩倍。分頻數(shù)可根據(jù)ICL7135的要求和單片機的時鐘頻率來選擇。在這里使用四分頻，還可使定時器在對測量脈沖計數(shù)時不會溢出。若使用4以上的分頻數(shù)，則需在軟件上作一下改進。要得到測量脈沖的個數(shù)，只需將定時器所記錄的脈沖個數(shù)除以2即可。而要得到A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果所對應的脈沖數(shù)則應用測量脈沖的個數(shù)減去10001。這些轉(zhuǎn)換通?？赏ㄟ^軟件完成，因此非常簡單。通過A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果所對應的脈沖數(shù)可得到被測的模擬量。通過對串行方式的討論可以看出：其優(yōu)點是能節(jié)省系統(tǒng)的硬件資源與占用口線少，不用添加任何擴展口線器件，且提高系統(tǒng)的抗干擾能力，從而使系統(tǒng)的成本得到降低。但是這次設(shè)計用的是C語言，不能要到MOVX與MOVC，所以單片機的ALE不能產(chǎn)生1MHZ的頻率。因此只能采用軟件編程生成頻率輸出。圖311 串行連接圖 數(shù)碼管的顯示顯示器有數(shù)碼顯示管和液晶顯示器。由于這次設(shè)計的是個簡單，且體積小的恒溫箱。所以選用數(shù)碼顯示管。LED數(shù)碼管8只發(fā)光二極管，分別記作a、b、c、d、e、f、g、dp，其中dp為小數(shù)點。如圖312（a），（b）所示。每一個二極管有一根電極引到外部引腳上的，而另外一只引腳就鏈接在一起同樣也引到外部。擴展顯示器接口實質(zhì)上是輸出口的擴展，要實現(xiàn)恒溫箱的5位LED顯示管的控制，需要擴充1個8位輸出口，用來輸出8位段碼，這里用74LS1