【文章內(nèi)容簡介】 、 具有附加軟件分析功能 的“ Lovelink”通訊協(xié)議網(wǎng)絡(luò)結(jié)合在一起，用來進(jìn)行統(tǒng)計過程控制。 300 系列采用 的是不易失存貯器，而不需要備用電池。 Dynisco(Norwood, Nass)公司 的 2300 型 把 多種控制功能與串行通訊結(jié)合在 1/4DIN 組件中。它的特點是 :全能可編程輸入、自動穩(wěn)定 PID 控制、遙控和第二給 定值功能、加熱 /冷卻方式和雙位可編程報警。這個單元接收所有熱電偶、熱電阻、 直流電壓信號的輸入信號。串行通訊 在 ~ 波特范圍之內(nèi)可選 擇 RS232, RS422 或 RS485[8]。 對國內(nèi)而言，生產(chǎn)溫度控制器的廠家很多，而生產(chǎn)專門用于激光器的溫度控制 器相對較少。其中比較出色的一家是廣州奧 科 自動控制設(shè)備有限 公司，它們生產(chǎn)的 XMCT 系列溫度控制器 (模塊式 )具有較高的性能指標(biāo) ， 實用性強(qiáng) 、 可靠性較高 ， 具有 上下限報警功能 。 控制溫度范圍 ： ～ +℃ ， 分辨率為 ℃ 。 ， 還有廣東容 濟(jì)自動化設(shè)備有限公司的 CD401/CD901 單回路溫度控制器 ,其中 D901 主要功能和技 術(shù)指標(biāo)如下： 主要功能： 華南理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 4 (SAT)功能 (可以自動校正 PID 常數(shù) ) LED 顯示 /制冷控制 數(shù)字通訊 ：加熱器斷線報警、控制環(huán)斷線報警 主要技術(shù)指標(biāo)： : ： 13600sec ： 13600sec[10] 由以上這些可以看出，國外的溫度控制系統(tǒng)一般都采用了比較復(fù)雜的電路和控 制技術(shù)，因此所達(dá)到的精度都比較高，但價 格 都比較昂貴，一般都需要上千美元。 而國內(nèi)的產(chǎn)品比較少，而且精度一般都比較 低 ，因此對半導(dǎo)體激光器溫度控制系統(tǒng) 的研究是有著比較重要的學(xué)術(shù)意義和實用價值的。 本文安排與內(nèi)容 圖 溫 度 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 本文所設(shè)計的溫度控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖 所示， 左半部的上部為前向通道， 即測溫部分 ： 由激光器引起的溫度變化經(jīng)鉑電阻 ( Pt1000)溫度傳感 器 （采用橋式電 路測量）轉(zhuǎn)換成電信號，再由 A /D 轉(zhuǎn)換器（ AD7711）送入到控制單元（ AT89C52） 中 ， 下部為后向通道 ， 即控溫部分 ： 經(jīng) AD7711 送入的信號與設(shè)定的溫度信號進(jìn)行比 較 ， 所得的偏差信號經(jīng)過調(diào)整后 ， 輸出的數(shù)字控制量由 D/A 轉(zhuǎn)換 器 （ LTC5620） 進(jìn)入 半導(dǎo)體制冷 塊 （ TEC） 的驅(qū)動電路 ， 進(jìn)而對被控半導(dǎo)體激光器進(jìn)行加熱或制冷 ， 從而 達(dá)到控制半導(dǎo)體激光器溫度的目的 。 根據(jù)此框圖我們制作了一套將 溫度控制在 25℃ 的系統(tǒng)，對此種方法進(jìn)行了驗證，并達(dá)到了小于 ℃的控制精度。 本論文主要包括以下幾個部分：第一部分， 控 制單元和顯示單元的設(shè)計；第二 部分，前向通道設(shè)計；第三部分，后向通道的設(shè)計。 華南理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 5 第二 章 控制單元及顯示器件的選擇與設(shè)計 電源的選擇 由于半導(dǎo)體制冷塊的工作電流比較大 ， 若使用同一電源可能會對其它電路造成一 定的影響，因此本系統(tǒng)選用了兩個電源分別為 TEC 和控制電路供電，其中為 TEC 供 電的是輸出電壓 15V， 最大輸出電流 7A 的開關(guān)電源 ， 另一個為控制電路供電的 開關(guān) 電源的輸出電壓是 12V，最大輸出電流為 5A。 因為 AD7711 等 IC 的工作電壓都是 5V， 所以需要將 12V 轉(zhuǎn)換為 5V。 為此我們選 擇了一支 7805。 7805 是一種三端集成穩(wěn)壓器 ， 集成穩(wěn)壓器是指將功率調(diào)整管 、 取樣 電路、基準(zhǔn)穩(wěn)壓、差分放大器及啟動、保護(hù) 電 路等全部元器件制作在一塊半導(dǎo)體芯 片上的一種穩(wěn)壓集成電路 。 其中 7805 具體屬于三端固定輸出正電壓穩(wěn)壓器 ， 其輸出 電壓固定為 5V，將電源的 12V 加到它的輸入端，就可以得到 5V 的輸出電壓為系統(tǒng) 的 IC 供電。 為了提高測 量精度，橋式電路的工作電壓需 要 達(dá)到一定的精度，為此本系統(tǒng)使 用了精密電壓源 AD587 為橋路供電。 AD587 可提供 V 177。 5 mV 的高精度電壓， 其針腳定義如下： 7 為保留針腳懸空不用， 2 號腳為輸入， 6 號腳為輸出， 5 號腳和 6 號腳用于通過外接電容和可調(diào)電阻得到更加精確的輸出電壓。 控制單元的選擇 單片機(jī)具有體積小、重量輕、價格便宜、功 耗 低，控制功能強(qiáng)及運算速度塊等 特點，非常適合作為本系統(tǒng)的控制單元。在我國使用最多的是 Intel 公司的 MCS－ 51 系列單片機(jī)，它包括 3 個基本型 803 805 8751， MCS51 具有比較大的尋址 空間，地址線寬達(dá) 16 條，即外部數(shù)據(jù)存儲器和程序存儲器的尋址范圍達(dá) 216=64KB， 這作為單片機(jī)控制來說已是比較大的了， MCS－ 51 同時具備對 I/O 口的訪問能力， 并且集成了幾乎完善的 8 位中央處理單元，而中央處理單元中集成了方便靈活的專 用寄存器，具備硬件的加、減、乘、除法器 和 布爾處理機(jī)及各種邏輯運算和轉(zhuǎn)移指 令 ， 這些都給應(yīng)用提供了極大的便利 。 MCS51 的指令系統(tǒng)近乎完善 ， 指令系統(tǒng)中包 含 了全面的數(shù)據(jù)傳送指令、完善的算術(shù)和邏 輯 運算指令、方便的邏輯操作和控制指 令 、 對于編程來說 ， 是相當(dāng)靈活和方便的 。 我們選用的是具有 8052 結(jié)構(gòu)的 AT89C52[3。 ] AT89C52 是美國 ATMEL 公司生產(chǎn)的低電壓，高性能 CMOS8 位單片機(jī)，片內(nèi)含 華南理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 6 8k bytes 的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲器（ PEROM）和 256bytes 的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存 儲 器 （ RAM） ， 器件采用 ATMEL 公司的高密度 、 非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn) ， 與標(biāo)準(zhǔn) MCS51 指令系統(tǒng)及 8052 產(chǎn)品引腳兼容，片內(nèi)置通用 8 位 中央處理器（ CPU）和 Flash 存儲 單元，功能強(qiáng)大 AT89C52 單片機(jī)適合于許多較為復(fù)雜控制應(yīng)用場合。主要性能參數(shù) 如下 ●與 MCS－ 51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容 ● 8k 字節(jié)可重擦寫 Flash 閃速存儲器 ● 1000 次擦寫周期 ●全靜態(tài)操作： 0Hz— 24MHz ●三級加密程序存儲器 ● 256 8 字節(jié)內(nèi)部 RAM ● 32 個可編程 I/O 口線，分為 4 組 ● 3 個 16 位定時 /計數(shù)器 ● 8 個中斷源 ●可編程串行 UART 通道 ●低功耗空閑和掉電模式 其針腳定義如表 所示 : 針腳 號 針腳符號 針腳功能簡介 1～ 8 ～ P1 是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的 8 位準(zhǔn)雙向 I/O 口 ， 它的功能是 單一的，只能用作數(shù)據(jù)的輸入 /輸 出。當(dāng)用作輸出端口時，可 直接輸出數(shù)據(jù)，但當(dāng) P1 口的某位作為輸入時，必須先向該位 寫高電平 ， 再寫入數(shù)據(jù) 。 同時 1 腳即 可以用來作定時器 / 計數(shù)器 2 的輸入 端 （ T2） ， 2 腳即 可以作為定時器 /計數(shù)器 2 的外部控制輸入（ T2EX） 。 9 RST 復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器工作時， RST 引腳出現(xiàn)兩個機(jī)器周期以上 高電平 將使單片復(fù)位。不使用復(fù)位時，一般將此位先接 10μ F 有極電容的負(fù)極，電容的正極接＋ 5V。 10～ 17 ～ P3 口是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的 8 位準(zhǔn)雙向功能口 。 第一功能 是作為通用 I/O 口 ， 每位可分別定義為輸入和輸出 。 P3 口更重 要的用途是它的第二功能 ， 10 號腳 ： RXD， 串行輸入口 ； 11 號 腳 ： TXD， 串行輸出口 ； 12 號腳 ： TXD， 串行輸出口 ； 13 號腳： INT1， 外中斷 1； 14 號腳 ： T1 定時 /計數(shù)器 1； 15 號腳 ： T1 定 時 /計數(shù)器 1； 16 號腳 ： WR， 外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通 ； 17 號腳： 華南理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 7 RD，外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通。 18 XTAL1 振蕩器倒相放大器的輸入。使用外振蕩器時，必須接地電位。 19 XTAL2 振蕩器的倒相放大器的輸出和內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入 。 當(dāng)使用 外振蕩器時，接收外振蕩器信號。 20 GND 輸入工作電壓地端。 21～ 28 ～ P2 是一個帶有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 的輸出緩 沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流） 4 個 TTL 邏輯門電路。對端口 P2 寫 “ 1” ， 通過內(nèi)部的上拉電阻把端口 拉到高電平 ， 此時可作 輸入口 ， 作輸入口使用時 ， 因為內(nèi)部存在上拉電阻 ， 某個引腳 被外部信號拉低時會輸出一個電流 。 在訪問外部程序存儲器或 16 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲 器 （例如執(zhí)行 MOVX＠ DPTR 指令 ） 時， P2 口送出高 8 位地址數(shù)據(jù) 。 在訪問 8 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器 （如執(zhí)行 MOVX＠ RI 指令 ） 時 ， P2 口輸出 P2 鎖存器的內(nèi)容 。 Flash 編程或校驗時， P2 亦接收高位地址和一些控制信號。 29 PSEN 程序存儲器輸出允許 。 從片外程序存儲器取數(shù)時 ， 每個機(jī)器周 期內(nèi) PSEN 激發(fā)兩 次 （然而 ， 當(dāng)執(zhí)行片外程序存儲器的程序時， PSEN 在每次存取片外數(shù)據(jù)存儲器時 ， 有兩個脈沖是不出現(xiàn)的 ） 。 從內(nèi)部程序存儲器讀取指令時，不激發(fā) PSEN。 30 ALE/PROG 地址鎖存允許輸出。當(dāng)訪問外部程序存儲器或數(shù)據(jù)存儲器時， ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低 8 位字節(jié)。 一般情況下， ALE 仍以時鐘振蕩頻率的 1/6 輸出固定的脈沖信 號 ， 因此它可對外輸出時鐘或用于定時目的 。 要注意的是 ： 每 當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時將跳過一個 ALE 脈沖。在進(jìn)行 FLASH 編程時，該引腳還是編程脈沖輸入端 （ PROG） 。 31 EA/VPP 外部訪問允許 。 當(dāng) EA 為高電平時 ， CPU 執(zhí)行片內(nèi)程序存儲器指 令。當(dāng) EA 為為低電平時， CPU 只執(zhí)行片外程序存儲器指令。 FLASH 存儲器編程時，該引腳加上 +12V 的編程允許電源 VPP。 39～ 32 ～ P0 口。在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器或程序存儲器時， P0 口是一個 真正的雙向數(shù)據(jù)總線口，并分時送出地址（低 8 位）和數(shù)據(jù)。 同時 P0 口也可以作為一般 I/O 口使用，也是準(zhǔn)雙向口，但是 此時必須外接上拉電阻。 40 VCC 輸入 工作電壓正端。 表 AT89C52 針 腳功能表 [3] 華南理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 8 對于本系統(tǒng)，使用了該芯片的 P1 口、 P2 口、 P3 口， RST 接 10μ F 電容后接＋ 5V， EA/VPP 接＋ 5V。工作電壓使用＋ 5V。 AT89C52 在本系統(tǒng)中的主要作用是：控制 AD7711 和 TLC5620 正常工作，讀取 AD7711 轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)，并轉(zhuǎn)換成溫度，根據(jù)測得 的溫度和目標(biāo)溫度計算差值，根據(jù)差值控制 TLC5620 的輸出值。 對于系統(tǒng)軟件的設(shè)計，使用的是 C 語言程序設(shè)計， C 語言和匯編比較起來，具 有簡潔、緊湊， 使用方便靈活等特點，并且程序易讀性更強(qiáng)。使用的 C 編譯器是： Keil uVision2， Keil uVISION2 是眾多單片機(jī)應(yīng)用開發(fā)軟件中優(yōu)秀的軟件之一，它 支持眾多不同公司的 MCS51 架構(gòu)的芯片，它集編輯，編譯，仿真等于一體，同時還 支持 PLM，匯編和 C 語言的程序設(shè)計，它的界面和常用的微軟 VC++的界面相似，界 面友好，易學(xué)易用，在調(diào)試程序，軟件仿真方面也有很強(qiáng)大的功能。 顯示模塊 顯示模塊的選擇 對于本系統(tǒng)而言需要顯示預(yù)設(shè)的溫度和測得的溫度值，我們使用 的是字符型液 晶顯示模 塊 1602C，字符型液晶顯示模塊 是 一類專用于顯示字母、數(shù)字、符號的點 陣型液晶顯示模塊，它具有體積小、功耗低、顯示內(nèi)容豐富等特點。 1602C 共有 16 個引 腳 （ 15 和 16 為空腳 ） ， 針腳功能定義如表 所示 。 具體與 單片機(jī)的連接方式見附錄 I。 針 腳 號 針 腳 符 號 針腳功能簡介 1 GND 輸入工作電壓地端。 2 VDD 輸入工作電壓正端。 3 VO 顯示偏置電壓，用于液晶對比度 調(diào) 整，接地時對比度最大，接正電源 時對比度最低。 4 RS 數(shù)據(jù) /命令 控制 。 高電平時選擇數(shù)據(jù)寄存器 ， 低電平時選擇指令寄存器。 5 RW 讀寫 /控制。高電平時進(jìn)行讀操作，低電平時進(jìn)行寫操作。 RS 和 RW 都 為低電平時，寫入指令或顯示地址； RS 為低而 R