【文章內(nèi)容簡介】 ，其增益： ，運放的輸出為 Vo。開關 SW切向上，接通 Vab有效輸入信號；開關 SW切向下，接通零輸入信號。 3229RAR??圖 29 動態(tài)穩(wěn)零電路原理 當 SW切向下時，放大器輸出為： 式中， VIO為運算放大器的失調(diào)電壓。 當 SW切向上時，放大器輸出為： 式中， VIO為運算放大器的失調(diào)電壓。 將兩次輸出相減： O1 IOV A V??O 2 I O a b( )V A V V??O 2 O 1 a bV V A V? ? ? 上式說明 ，如果運放在每次測量有效信號之前，先接通零信號測量出運放的失調(diào)電壓，再接通有效信號，將得到的輸出減去失調(diào)電壓作為運放的有效輸出，就從根本上克服了失調(diào)電壓的影響。 6． A/D轉換電路 A/D轉換電路設計的核心 是 A/D轉換器的選擇 ， 選擇時主要考慮三項技術指標：轉換精度 、 轉換速度和對單片機接口資源的耗用 。 影響 A/D轉換精度的指標 一般有分辨率 、 量化誤差和線性度 。 從目前市場供應的 A/D轉換器來看 ， 量化誤差與線性度兩個指標一般都很高 。 轉換精度主要取決于分辨率 ， 對于 n位的 A/D轉換器 ， 轉換精度為 ； 轉換速度選取的依據(jù) 是測量信號的變化頻率 。 根據(jù)香農(nóng)定理 ， 采樣周期 （ 主要取決于 A/D轉換時間 ） 至少是測量信號變化周期的 1/2以下 。 對于本設計任務而言 ， 測量的是工業(yè)過程的溫度參數(shù) ， 其變化緩慢 ， 一般場合 ，在 1秒內(nèi)很少有超過 ℃ 的變化 ， 因此可以選擇轉換精度較高 ， 速度較慢的雙向積分式 A/D轉換器 ， 而且在 A/D轉換器之前不必加采樣保持器 。 對于測量 8路溫度的溫度巡檢儀而言 ， 根據(jù)上述分析 ， 選擇轉換速度為 16次 /秒的A/D轉換器 ， 可以滿足要求 。 n21 在本設計中，選用美國 Intersil公司生產(chǎn)的 ICL7135 雙向積分生式 A/D轉換器。 ICL7135的主要技術指標 如下： 轉換精度為 1/19999； ? 雙極性轉換，數(shù)字滿碼輸出為 19999； ?自動穩(wěn)零技術，保證 0V信號輸入時，數(shù)字碼 0輸出； ?高輸入阻抗，輸入 1pA漏電流； ?差分輸入； ?零點極性檢測； ?僅需單一參考電源； ?具有過量程與欠量程指示，便于實現(xiàn)自動量程轉換； ?所有輸出電平符合 TTL電平標準； ?具有并行與串行兩種輸出信號形式。 （ 1） ICL7135輸出方式選擇 ICL7135的 引腳布置圖如圖 210所示 。經(jīng) A/D轉換后的數(shù)字碼有兩種輸出時序：串行輸出時序與分時并行輸出時序 ，分別如圖 211和圖 212所示。從圖 211所示的時序可以看到，一個完整的測量周期包括三個階段：自動穩(wěn)零（即 AZ）階段，信號積分（即 SI）階段，參考電壓積分（即 RI）階段。 圖 210 ICL7135引腳布置圖 圖 211 串行輸出時序圖 圖 212 分時并行輸出時序圖 （ 2）硬件接口電路 根據(jù)圖 211所示時序設計的 A/D轉換硬件接口電路如圖 213所示。 ICL7135僅通過兩根線與 AT89C55相接，僅占用 AT89C55 T T2兩個計數(shù)器及外部中斷 INT1。 圖 213 A/D轉換接口電路 圖 214 T2計數(shù)器工作于方波產(chǎn)生器時的邏輯框圖 ① ICL7135時鐘信號提供 I CL7135的時鐘信號直接來自 AT89C55的 。 AT89C55 的復用口，當AT89C55的 T2計數(shù)器工作于方波產(chǎn)生器方式（ Programmable Clock Out）時 ,通過該引腳可輸出連續(xù)的方波信號，其占空比為 50%，頻率可通過編程確定，如圖 214所示。 ② A/D轉換結果的讀取 ICL7135的時鐘信號源于 AT89C55的 T2計數(shù)器方波輸出，同時接至 AT89C55的 T1，利用 T1計數(shù)器記錄 BUSY為高電平時的時鐘周期數(shù)。 BUSY信號接至 AT89C55的外部中斷 INT1，其意圖有兩個。第一，控制 T1計數(shù)。當 T1計數(shù)器工作于方式 1時，通過軟件設置 GATE控制位為 “ 1”時， T1計數(shù)受 INT1控制，當 INT1（既 BUSY）為高電平時， T1可對來自外部的脈沖（既 ICL7135的時鐘周期）計數(shù)； INT1為低電平時，停止計數(shù)。第二，在 BUSY 信號由高電平跳變?yōu)榈碗娖剿查g，以中斷形式通知 CPU，以讀出 A/D轉換后的數(shù)字碼。 （ 3）驅動程序 ① A/D轉換結果的讀取 ICL7135的時鐘信號源于 AT89C55的 T2計數(shù)器的方波輸 出，讓AT89C55 通過 ，為 ICL7135提供 250kHz時鐘信號時，編程設定 AT89C55 的 T2工作于方波產(chǎn)生器方式。當 AT89C55 晶體振蕩器取 12MHz時，編程如下： MOV T2CON， 04H ； T2工作于方波產(chǎn)生器方式 MOV T2MOD， 02H MOV RCAP2H， 0FFH ；輸出方波頻率為 250kHz MOV RCAP2L， 0F4H ② A/D轉換結果讀出程序 如圖 213所示，當 BUSY信號由高跳變到低時，將觸發(fā) INT1中斷，在 INT1中斷服務程序中將 A/D轉換結果讀出，存放于內(nèi)部 RAM 30H、 31H中。 INT1_ISR： PUSH PSW ；保護現(xiàn)場 PUSH ACC MOV A,TL1 ； T1計數(shù)減去 10001（ 2711H）后送 30H， 31H中 CLR C SUBB A,11H MOV 31H,A MOV A,TH1 SUBB A,27H MOV 30H,A MOV TL1,0 ；清零 T1 MOV TH1,0 POP ACC POP PSW RETI 后向通道電路設計 后向通道電路由 4～ 20mA模擬量輸出電路與超限報警開關量輸出電路兩部分組成。 1． 4～ 20mA模擬量輸出電路 該電路是將所檢測的每路溫度都對應地輸出一個與之成線性關系的4～ 20mA電流信號 ， 以便根據(jù)需要供給調(diào)節(jié)器 、 記錄裝置或 DCS系統(tǒng) 。硬件電路設計如圖 215所示 。 圖 215 多路 4～ 20mA輸出電路 多路模擬開關 CD4051的控制導通關系 如表 27所示，通過單片機 、 、 ，可以將 D/A轉換的模擬電壓輸出到與前向 8路通道相對應的輸出通道保持電路中。 輸 入 狀 態(tài) 導 通 通 道 INHIBIT C B A 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 輸 入 狀 態(tài) 導 通 通 道 INHIBIT C B A 0 0 1 0 2 0 0 1 1 3 0 1 0 0 4 0 1 0 1 5 0 1 1 0 6 0 1 1 1 7 1 ? ? ? 均不導通 該模擬保持電路還同時兼有 電壓 /電流轉換功能 。轉換輸出電流 I在 OUT+與OUT?（外接負載）之間輸出， I與 D/A轉換輸出電壓 Vout之間的關系由式確定，D/A轉換器滿量程輸出電壓 Vout與 D/A轉換器的參考電壓由式 Vout=2Vref確定。因此，當取 Vref = 1V， R1 = 100?時， D/A轉換滿量程輸出電流為： 根據(jù) TLC5615的 輸入時序 可以編寫其驅動程序。輸入時序如圖 216所示 r e f2 21 20 m A100VI R ?? ? ?圖 216 TLC5615的輸入時序 2． 超限報警開關量輸出電路 當某路溫度超過設定的報警值時 ， 輸出一個機械接點信號 ， 便于連接聲 、 光報警裝置 ， 進行報警提示 。 如圖 217所示 ， 利用單片機 輸出 ， 。 以上限報警為例 ， 當溫度超過上限報警值時 ，令 “ 0”， 則三極管導通 ， 繼電器 J1得電 ， 使接點動作；當溫度低于上限報警值時 ， 令 “ 1”， 則關閉上限報警 。 圖 217 超限報警輸出電路 人機接口電路設計 人機接口電路由 按鍵接口電路 與 顯示器接口電路 組成。 1． 按鍵接口電路及驅動程序 通過儀表前面板上的按鍵操作 ， 可以查看檢測的溫度 、 報警設定值等參數(shù) ， 也可以向儀表內(nèi)輸入一些數(shù)據(jù) 。 例如 ， 輸入報警設定值 、 轉換輸出 20mA時對應的溫度值 、 巡回顯示時間間隔等數(shù)據(jù) 。 儀表按鍵接口電路如圖 218所示 。 本設計中 ， 僅用 3個按鍵 ， 即可實現(xiàn)各種操作需要 。 由于按鍵個數(shù)少 ， 不需要對按鍵進行編碼訪問 ， 直接連接在單片機的 、 、 。 單片機的 P1口內(nèi)部具有上拉電阻 ， 因此 ， 當無按鍵按下時 ， 對應的 I/O口為高電平；當有按鍵按下時 ， 對應的 I/O口為低電平 ， 據(jù)此可識別按鍵的按下與否 。 圖 218 按鍵接口電路 對 于 3個按鍵而言，最多可以有 8種按鍵方式。圖 218所示的 3個按鍵，從左到右分別稱為鍵△、鍵◇與鍵□。 8種按鍵方式如下，而且設計的按鍵驅動程序，每調(diào)用一次，都有如下 8種結果之一： ① 鍵△單獨按下；結果則累加器 A中返回 “ 1” ； ② 鍵◇單獨按下；結果則累加器 A中返回 “ 2” ； ③ 鍵□單獨按下；結果則累加器 A中返回 “ 3” ； ④ 鍵△與鍵◇同時按下；結果則累加器 A中返回 “ 4” ； ⑤ 鍵△與鍵□同時按下；結果則累加器 A中返回 “ 4” ； ⑥ 鍵◇與鍵□同時按下；結果則累加器 A中返回 “ 6” ； ⑦ 鍵△、鍵◇與鍵□同時按下；結果則累加器 A中返回 “ 7” ； ⑧ 三鍵均未按下。結果則累加器 A中返回 “ 0” ； 按鍵驅動程序要考慮的另一個問題是按鍵的 “ 消抖 ” 問題。 圖 219 按鍵的抖動干擾 2． LED顯示接口電路及驅動程序 在儀表的前面板上設計了 6位共陰極 LED數(shù)碼管顯示器 ，用于顯示各路實測溫度和設定參數(shù)。為了盡量減少儀表的硬件開銷，采用了 動態(tài)刷新顯示方法 。 6位 LED數(shù)碼管顯示器各有 8個顯示段，每位 LED數(shù)碼管相同的段連在一起，由一個 I/O擴展芯片 U2統(tǒng)一進行段驅動，而各位的共陰極 COM端則由另一個 I/O擴展芯片 U1進行位驅動。要在某位顯示某一字符，需要由單片機通過數(shù)據(jù)總線使 U2鎖存 8段顯示碼， U1鎖存位選碼。 圖 220 LED顯示接口電路 圖 220中， U1與 U2采用八 D型透明鎖存器和邊沿觸發(fā)器 ——74HC374，作為 I/O口的擴展。 74HC374的內(nèi)部組成如圖 221所示，其真值表如表 28所示 。 表 28 74HC374的真值表 輸 出 控 制 Clock D 輸 出 L ↑ H H L ↑ L L L L X Q0 H X X Z 在 74HC374的內(nèi)部集成了 8個 D觸發(fā)器 。 8個觸發(fā)器的輸出控制端連接到一起作為共同的輸出控制端 OE，通過引腳 1引出； 8個觸發(fā)器的時鐘輸