【文章內(nèi)容簡介】 下 。 對(duì)于本設(shè)計(jì)任務(wù)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(zhuǎn)換精度較高 ， 速度較慢的雙向積分式 A/D轉(zhuǎn)換器 ， 而且在 A/D轉(zhuǎn)換器之前不必加采樣保持器 。 對(duì)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(zhuǎn)換速度為 16次 /秒的A/D轉(zhuǎn)換器 ， 可以滿足要求 。 n21 在本設(shè)計(jì)中，選用美國 Intersil公司生產(chǎn)的 ICL7135 雙向積分生式 A/D轉(zhuǎn)換器。 ICL7135的主要技術(shù)指標(biāo) 如下： 轉(zhuǎn)換精度為 1/19999； ? 雙極性轉(zhuǎn)換，數(shù)字滿碼輸出為 19999； ?自動(dòng)穩(wěn)零技術(shù)，保證 0V信號(hào)輸入時(shí)，數(shù)字碼 0輸出； ?高輸入阻抗，輸入 1pA漏電流； ?差分輸入； ?零點(diǎn)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(shí)現(xiàn)自動(dòng)量程轉(zhuǎn)換； ?所有輸出電平符合 TTL電平標(biāo)準(zhǔn)； ?具有并行與串行兩種輸出信號(hào)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(zhuǎn)換后的數(shù)字碼有兩種輸出時(shí)序：串行輸出時(shí)序與分時(shí)并行輸出時(shí)序 ，分別如圖 211和圖 212所示。從圖 211所示的時(shí)序可以看到，一個(gè)完整的測量周期包括三個(gè)階段：自動(dòng)穩(wěn)零（即 AZ）階段，信號(hào)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(shí)序圖 圖 212 分時(shí)并行輸出時(shí)序圖 （ 2）硬件接口電路 根據(jù)圖 211所示時(shí)序設(shè)計(jì)的 A/D轉(zhuǎn)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(gè)計(jì)數(shù)器及外部中斷INT1。 圖 213 A/D轉(zhuǎn)換接口電路 圖 214 T2計(jì)數(shù)器工作于方波產(chǎn)生器時(shí)的邏輯框圖 ① ICL7135時(shí)鐘信號(hào)提供 I CL7135的時(shí)鐘信號(hào)直接來自 AT89C55的 。 AT89C55 的復(fù)用口，當(dāng)AT89C55的 T2計(jì)數(shù)器工作于方波產(chǎn)生器方式（ Programmable Clock Out）時(shí) ,通過該引腳可輸出連續(xù)的方波信號(hào)，其占空比為 50%，頻率可通過編程確定，如圖 214所示。 ② A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果的讀取 ICL7135的時(shí)鐘信號(hào)源于 AT89C55的 T2計(jì)數(shù)器方波輸出，同時(shí)接至 AT89C55的 T1，利用 T1計(jì)數(shù)器記錄 BUSY為高電平時(shí)的時(shí)鐘周期數(shù)。 BUSY信號(hào)接至 AT89C55的外部中斷 INT1，其意圖有兩個(gè)。第一，控制 T1計(jì)數(shù)。當(dāng) T1計(jì)數(shù)器工作于方式 1時(shí)，通過軟件設(shè)置 GATE控制位為 “ 1”時(shí)， T1計(jì)數(shù)受 INT1控制，當(dāng) INT1（既 BUSY）為高電平時(shí)， T1可對(duì)來自外部的脈沖（既 ICL7135的時(shí)鐘周期）計(jì)數(shù)； INT1為低電平時(shí)，停止計(jì)數(shù)。第二，在 BUSY 信號(hào)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(zhuǎn)換后的數(shù)字碼。 （ 3）驅(qū)動(dòng)程序 ① A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果的讀取 ICL7135的時(shí)鐘信號(hào)源于 AT89C55的 T2計(jì)數(shù)器的方波輸 出，讓AT89C55 通過 ，為 ICL7135提供 250kHz時(shí)鐘信號(hào)時(shí)，編程設(shè)定 AT89C55 的 T2工作于方波產(chǎn)生器方式。當(dāng) AT89C55 晶體振蕩器取 12MHz時(shí)，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(zhuǎn)換結(jié)果讀出程序 如圖 213所示，當(dāng) BUSY信號(hào)由高跳變到低時(shí)，將觸發(fā) INT1中斷，在 INT1中斷服務(wù)程序中將 A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果讀出，存放于內(nèi)部 RAM 30H、 31H中。 INT1_ISR： PUSH PSW ；保護(hù)現(xiàn)場 PUSH ACC MOV A,TL1 ； T1計(jì)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(shè)計(jì) 后向通道電路由 4～ 20mA模擬量輸出電路與超限報(bào)警開關(guān)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(duì)應(yīng)地輸出一個(gè)與之成線性關(guān)系的4～ 20mA電流信號(hào) ， 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(shè)計(jì)如圖 215所示 。 圖 215 多路 4～ 20mA輸出電路 多路模擬開關(guān) CD4051的控制導(dǎo)通關(guān)系 如表 27所示，通過單片機(jī) 、 、 ，可以將 D/A轉(zhuǎn)換的模擬電壓輸出到與前向 8路通道相對(duì)應(yīng)的輸出通道保持電路中。 輸 入 狀 態(tài) 導(dǎo) 通 通 道 INHIBIT C B A 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 輸 入 狀 態(tài) 導(dǎo) 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(dǎo)通 該模擬保持電路還同時(shí)兼有 電壓 /電流轉(zhuǎn)換功能 。轉(zhuǎn)換輸出電流 I在 OUT+與OUT?（外接負(fù)載）之間輸出， I與 D/A轉(zhuǎn)換輸出電壓 Vout之間的關(guān)系由式確定，D/A轉(zhuǎn)換器滿量程輸出電壓 Vout與 D/A轉(zhuǎn)換器的參考電壓由式 Vout=2Vref確定。因此，當(dāng)取 Vref = 1V， R1 = 100?時(shí)， D/A轉(zhuǎn)換滿量程輸出電流為： 根據(jù) TLC5615的 輸入時(shí)序 可以編寫其驅(qū)動(dòng)程序。輸入時(shí)序如圖 216所示 r e f2 21 20 m A100VI R ?? ? ?圖 216 TLC5615的輸入時(shí)序 2． 超限報(bào)警開關(guān)量輸出電路 當(dāng)某路溫度超過設(shè)定的報(bào)警值時(shí) ， 輸出一個(gè)機(jī)械接點(diǎn)信號(hào) ， 便于連接聲 、 光報(bào)警裝置 ， 進(jìn)行報(bào)警提示 。 如圖 217所示 ， 利用單片機(jī) 輸出 ， 。 以上限報(bào)警為例 ， 當(dāng)溫度超過上限報(bào)警值時(shí) ，令 “ 0”， 則三極管導(dǎo)通 ， 繼電器 J1得電 ， 使接點(diǎn)動(dòng)作；當(dāng)溫度低于上限報(bào)警值時(shí) ， 令 “ 1”， 則關(guān)閉上限報(bào)警 。 圖 217 超限報(bào)警輸出電路 人機(jī)接口電路設(shè)計(jì) 人機(jī)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(qū)動(dòng)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(bào)警設(shè)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(bào)警設(shè)定值 、 轉(zhuǎn)換輸出 20mA時(shí)對(duì)應(yīng)的溫度值 、 巡回顯示時(shí)間間隔等數(shù)據(jù) 。 儀表按鍵接口電路如圖 218所示 。 本設(shè)計(jì)中 ， 僅用 3個(gè)按鍵 ， 即可實(shí)現(xiàn)各種操作需要 。 由于按鍵個(gè)數(shù)少 ， 不需要對(duì)按鍵進(jìn)行編碼訪問 ， 直接連接在單片機(jī)的 、 、 。 單片機(jī)的 P1口內(nèi)部具有上拉電阻 ， 因此 ， 當(dāng)無按鍵按下時(shí) ， 對(duì)應(yīng)的 I/O口為高電平；當(dāng)有按鍵按下時(shí) ， 對(duì)應(yīng)的 I/O口為低電平 ， 據(jù)此可識(shí)別按鍵的按下與否 。 圖 218 按鍵接口電路 對(duì) 于 3個(gè)按鍵而言，最多可以有 8種按鍵方式。圖 218所示的 3個(gè)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(shè)計(jì)的按鍵驅(qū)動(dòng)程序，每調(diào)用一次，都有如下 8種結(jié)果之一： ① 鍵△單獨(dú)按下；結(jié)果則累加器 A中返回 “ 1” ； ② 鍵◇單獨(dú)按下；結(jié)果則累加器 A中返回 “ 2” ； ③ 鍵□單獨(dú)按下；結(jié)果則累加器 A中返回 “ 3” ； ④ 鍵△與鍵◇同時(shí)按下；結(jié)果則累加器 A中返回 “ 4” ； ⑤ 鍵△與鍵□同時(shí)按下；結(jié)果則累加器 A中返回 “ 4” ； ⑥ 鍵◇與鍵□同時(shí)按下；結(jié)果則累加器 A中返回 “ 6” ； ⑦ 鍵△、鍵◇與鍵□同時(shí)按下；結(jié)果則累加器 A中返回 “ 7” ； ⑧ 三鍵均未按下。結(jié)果則累加器 A中返回 “ 0” ； 按鍵驅(qū)動(dòng)程序要考慮的另一個(gè)問題是按鍵的 “ 消抖 ” 問題。 圖 219 按鍵的抖動(dòng)干擾 2． LED顯示接口電路及驅(qū)動(dòng)程序 在儀表的前面板上設(shè)計(jì)了 6位共陰極 LED數(shù)碼管顯示器 ，用于顯示各路實(shí)測溫度和設(shè)定參數(shù)。為了盡量減少儀表的硬件開銷，采用了 動(dòng)態(tài)刷新顯示方法 。 6位 LED數(shù)碼管顯示器各有 8個(gè)顯示段，每位 LED數(shù)碼管相同的段連在一起，由一個(gè) I/O擴(kuò)展芯片 U2統(tǒng)一進(jìn)行段驅(qū)動(dòng)，而各位的共陰極 COM端則由另一個(gè) I/O擴(kuò)展芯片 U1進(jìn)行位驅(qū)動(dòng)。要在某位顯示某一字符，需要由單片機(jī)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(kuò)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(gè) D觸發(fā)器 。 8個(gè)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(gè)觸發(fā)器的時(shí)鐘輸入端連接到一起作為共同的時(shí)鐘輸入端 CLK，通過引腳 11引出。 圖 221 74HC374的內(nèi)部組成 驅(qū)動(dòng)程序的設(shè)計(jì)思路是 ，采用 “ 內(nèi)存映射 ” 的顯示原理，即 6位 LED的顯示內(nèi)容分別對(duì)應(yīng)單片機(jī)內(nèi)部 6B RAM，顯示周期設(shè)計(jì)為 12ms，每位 LED的顯示時(shí)間為2ms，周而復(fù)始地輪流掃描，就實(shí)現(xiàn)了動(dòng)態(tài)顯示。為了嚴(yán)格地保證顯示周期和每位 LED的顯示時(shí)間，可以通過單片機(jī)內(nèi)部定時(shí)器的定時(shí)中斷，在中斷服務(wù)程序中進(jìn)行動(dòng)態(tài)顯示。 設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)程序要考慮的另一個(gè)問題是小數(shù)點(diǎn)的顯 示，允許小數(shù)點(diǎn)在 6位 LED的任何一位顯示，實(shí)現(xiàn)方法是利用 1字節(jié)的內(nèi)部 RAM標(biāo)注小數(shù)點(diǎn)的顯示位置，該字節(jié)內(nèi)容為 0～ 5，分別表示小數(shù)點(diǎn)的顯示位置在最左 1位到最右 1位。 由于儀表的前面板面積有限，因此只設(shè)計(jì)了 3個(gè)按鍵。當(dāng)需要向儀表中輸入數(shù)據(jù)時(shí)，只能 采用 “ 逐位加 1輸入 ” 法 ，即利用一個(gè)按鍵輸入 0～ 9這 10個(gè)數(shù)，每按動(dòng)一次按鍵，該位數(shù)值加 1，加至 9后則回至 0，同時(shí)該位 LED呈閃爍顯示狀態(tài)。該位數(shù)據(jù)輸入完成后，再移位進(jìn)行下一位的輸入。實(shí)現(xiàn)某位 LED閃爍顯示的方法是，讓該位 LED按某個(gè)時(shí)間周期交替亮、滅，這個(gè)時(shí)間周期必須大于人的視覺停留時(shí)間，一般可取 120ms。在程序設(shè)計(jì)中，使用一個(gè) BIT變量，每過 120ms，將該變量數(shù)值取反。當(dāng)該變量數(shù)值為 “ 1”時(shí)顯示，為 “ 0”時(shí)不顯示。需要利用 1字節(jié)的內(nèi)部 RAM標(biāo)注閃爍顯示位的位置，該字節(jié)內(nèi)容為 0～ 5，分別表示閃爍顯示位的位置在最左 1位到最右 1位。 3． 數(shù)據(jù)輸入驅(qū)動(dòng)程序 上述電路及其驅(qū)動(dòng)程序完成了響應(yīng)按鍵與顯示字符的功能，還有 一個(gè)重要任務(wù) 就是通過按鍵和顯示器，向儀表輸入數(shù)據(jù)。輸入數(shù)據(jù)涉及儀表的操作，應(yīng)盡量使操作簡單、有序，符合多數(shù)人的操作習(xí)慣。由圖 218按鍵接口電路與圖 220 LED顯示器接口電路構(gòu)成的人機(jī)接口電路在儀表上的前操作面板如圖 222所示。 輸入數(shù)據(jù)的操作如下。 按動(dòng) “ △ ” 鍵，閃爍位數(shù)值增 1，增大到 9后回至 0，如下所示： ┌→ 0→1→2→3→4→5→6→7→8→9→┐ └────────←──