【文章內(nèi)容簡介】 10kV C CV C C / 2 R 410k W 200 kV C CAV C C / 2圖 37 兩級放大電路 湖南大學本科畢業(yè)設計論文 肉類水分快速測定儀設計 13 高溫極限值和低溫極限值。 DS1620 的測溫原理是通過高溫系數(shù)振蕩器控制低溫系數(shù)振蕩器脈沖個數(shù)，實現(xiàn)被測溫度的數(shù)字量輸出。首先溫度寄存器和計數(shù)器預置 55 ℃的基準值，若溫度寄存器和計數(shù)器在脈沖周期結束之前為 0，則溫度寄存器增數(shù)，直至溫度寄存器中的數(shù)值為被測溫度值。 DS1620 的溫度值以 ℃為最低有效值。 DS1620 的工作方式由方式 /狀態(tài)寄存器決定 ,方式 /狀態(tài)寄存器的定義如圖 39 所示。 DONE THF TLF NVB 1 0 CPU 1SHOT 在圖 39 中： （ 1） DONE 溫度轉(zhuǎn)換狀態(tài)位 ,DONE = 1,表示溫度測量值的數(shù)字化轉(zhuǎn)換結束 。DONE=0,表示轉(zhuǎn)換正在進行。 （ 2） HF 高溫標志位 ,當被測溫度 T TH 時 ,THF 置 1 直至寄存器置 0 復位或期間 斷電。 （ 3） LF 低溫標志位，當被測溫度 T TL 時， TLF 置 1 直至寄存器置 0 復位或器件 斷電。 （ 4） NVB 寄存器忙標志位， NVB =1 表示方式 /狀態(tài)寄存器與 E2PROM 正進行寫操 作。單片機對 DS1620 的方式 /狀態(tài)寄存器與 E2PROM 進行寫操作后，應當保 持 10ms 的延時，以保證數(shù)據(jù)寫入的可靠性。 （ 5） CPU CPU 連接標志位， CPU＝ 1 表示 DS1620 工作為 CPU 控制狀態(tài)， CPU＝ 0 表示 DS1620 為無 CPU 工作狀態(tài)。 （ 6） 1SHOT 溫度測量方式標志位。 SHOT ＝ 1 表示 DS1620 的溫度測量值數(shù)字化轉(zhuǎn)換為單次轉(zhuǎn)換方式； SHOT＝ 1 表示 DS1620 的溫度測量值數(shù)字化為連續(xù)轉(zhuǎn)換方式。 單片機系統(tǒng) 單片機系統(tǒng)是整個儀器的核心部件，它需要完成 A/D 轉(zhuǎn)換、控制輸入、信號分析處理、信息顯示和欠電報警等多種智能功能。根據(jù)這些要求，并比較了各種單片機的性能 之后，選用 PIC16C71 單片機。 PIC 系列單片機是美國 Microchip 技術公司推出的采用精簡指令集計算機 RISC（ Reduced Instruction Set Computer）、哈佛（ Harvard）雙總線和兩級指令流水線結構的高圖 39 DS1620 方式 /狀態(tài)寄存器 湖南大學本科畢業(yè)設計論文 肉類水分快速測定儀設計 14 性能價格的 8 位嵌入式控制器。具有執(zhí)行速度高、功耗低、體積小、價位低、多系列多型號等優(yōu)越性能。 PIC 系列單片機與其它常見微控制器不同之處還在于它集成了一系列特別的外圍功能部件，例如，可以進行振蕩器選擇、可靠的復位電路（包括上電復位和芯片復位定時器等）、監(jiān)視定時器電路等。這 樣在組成系統(tǒng)時，就可以去掉絕大部分的外圍元器件，最大限度的提高系統(tǒng)的可靠性和降低系統(tǒng)成本。 PIC16C71 單片機內(nèi)部有 1k14（位）片內(nèi)程序存儲器、 36 字節(jié)通用 RAM、 13 根雙向 I/O 線和四個中斷源，并自帶有 4 路 8 位 A/D 轉(zhuǎn)換器，其精度為 177。1LSB，轉(zhuǎn)換時間為 20μs，時鐘頻率可從直流到 20MHz。而且具有低功耗睡眠（ SLEEP）模式和片內(nèi)看門狗定時器，提高了操作的可靠性，易于實現(xiàn)抗干擾設計。與其它 8 位單片機相比， PIC16C71 的代碼壓縮了二分之一，速度提高了四倍，器件性能大大提高，是低功耗低成本便攜 式智能儀器較為適宜的單片機。 本設計中單片機系統(tǒng)的硬件電路連接如圖 310 所示， 圖 310 單片機系統(tǒng)電路圖 圖 310 中 MAX883 為精密穩(wěn)壓器件，其輸入電壓范圍 ～ ，輸出電壓 ～(波動 250μ VRMS)，最大負載電流可達 200mA，器件本身耗流僅 10μ A 左右。R A 118R A 017O S C 116O S C 215V D D14RB713RB612RB511RB410R A 21R A 32R A 43M C L R4V S S5RB06RB17RB28RB39 P I C 1 6 C 7 1V D D8T h i g h7T l o w6T c o m5DQ1C L K2R S T3GND4 D S 1 6 2 0A C 10 .1 u F 9 0 1 5 R 110k R 251kV C C R 310k R 41k K1 R 51 0 0 k C 23 0 0 p FV C CV C CV C C R 94 7 0 k R 810k S W P B V D D R 61 0 0 k R 71 0 0 k DA C L K V D D GND S M S 3 5 0 2 E L C MV C CV C CIN5L B O1GND6S E T2S T B Y7GND3L B I 88OUT4 M A X 8 8 3 L C D湖南大學本科畢業(yè)設計論文 肉類水分快速測定儀設計 15 MAX883 由干電池提供其工作電壓 VDD ，輸出高穩(wěn)定度 +5V 直流電壓，為整個系統(tǒng)提供工作電壓，并為 PIC16C71 提供 A/D 轉(zhuǎn)換參考電壓。 PIC16C71 系列微控制器可工作于 4 種不 同的振蕩器方式：低功耗振蕩器、晶體振蕩器、外部晶體振蕩器和 RC 振蕩器。對于本設計的硬件系統(tǒng)而言，對時間精度要求不高，故采用了 RC 振蕩器。這種振蕩器成本最低，但頻率的穩(wěn)定性稍差些，如圖，選擇 R5=100kΩ，C2=300pF，此時振蕩頻率 ?=。 PIC16C71 系列芯片在片內(nèi)集成了一個上電復位 POR 電路，在大多數(shù)上電狀態(tài)下，這個電路可以自動產(chǎn)生復位信號，來提供片內(nèi)復位功能。當 VDD從 0V 上升，只要其上升速度不小于 ，就能上電復位。圖中 R1,R2,R3 及三極管 9015 構成電源跌落自 動復位保護電路，可以實現(xiàn)外部快速復位，消除 CPU 的冗余影響，使儀器在關機后可以立即開機而不致程序運行不正常。 PIC16C71 的 18 腳是片內(nèi) 8 位 A/D 轉(zhuǎn)換器的輸入引腳，被測模擬信號經(jīng)此管腳進入單片機，單片機將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號并進行處理。 17 腳也是一路 A/D 轉(zhuǎn)換器的輸入引腳，用于檢測系統(tǒng)是否欠電，電池電壓經(jīng) R6,R7 分壓后從 17 腳進入單片機，當供電電池電壓降低至警戒值，將導致系統(tǒng)無法正常工作時，單片機將發(fā)出報警信號送 LCD 顯示器，提醒操作者更換電池。 6 腳、 7 腳是兩個雙向 I/O 口，分別接 LCD 顯示器的時鐘端口（ CLK）和數(shù)據(jù)端口（ DI） 。管腳 1， 2， 3 分別接到溫度采集器的 RST， CLK， DQ 上。 鍵盤與顯示模塊 LCD 顯示器采用了長沙太陽人電子有限公司專為肉類水分快速測定儀設計生產(chǎn)的SMS3502E LCM 顯示器。芯片的主要技術參數(shù)如下： 顯示容量： 3 位數(shù)字＋ 4 組提示符 顯示方式：反射式正顯示 工作電壓： ～ 工作電流： 100μ A() 工作溫度： 5～ +50℃ 環(huán)境相對濕度： 85%RH 接口方式：二線式串行接口 圖 311 為顯示器外觀圖。 湖南大學本科畢業(yè)設計論文 肉類水分快速測定儀設計 16 表 2 為芯片的地址映 射表。 LCDBUF D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 0 A1 B1 C1 D1 E1 F1 G1 X 1 A2 B2 C2 D2 E2 F2 G2 X 2 A3 B3 C3 D3 E3 F3 G3 X 3 X X X C S B X PT1 4 X X X X X X X X 表 2 中， 0、 2 分別為三個數(shù)字的緩沖器地址， D7~D1 對應各位數(shù)字的七段碼。 3為漢字的緩沖器地址，其中 C 對應“測量”， S 對應“基準”， B 對應報警信號， PT1 對應小數(shù)點和百分號。對某位置 0 則該位亮，置 1 則暗，因此編程時只需將顯示內(nèi)容對應的各個位置 0 即可，非常簡單。 X 為無關位，編程時可置 0 也可置 1。 儀器只設有一個操作鍵，通過軟件管理，使單鍵成為多義鍵，既可作為數(shù)字鍵又可作為控制鍵。在肉類水分檢測過程中隨時讀取操作命令，改變數(shù)字值或 CPU 的控制與處理方式。單鍵復用的設計方法既簡化了硬件，降低了系統(tǒng)功耗，也使操作更簡單方便。 肉 類 水 分 快 速 測 量 儀基準測量 %圖 311 SMS3502E LCM 外觀圖 表 2 SMS3502E 地址映射表 湖南大學本科畢業(yè)設計論文 肉類水分快速測定儀設計 17 第 4 章 儀器軟件設計 肉類水分快速測定儀作為便攜式儀器，在整個設計過程中一直遵循著簡化硬件電路，以軟件設計代替硬件功能的設計原則，最大限度地減小儀器的體 積和重量。因此系統(tǒng)的軟件規(guī)模較大，功能豐富。軟件設計采用模塊化結構，主要有初始化模塊、欠電檢測模塊、顯示模塊、基準值設定模塊、 A/D 采樣與轉(zhuǎn)換模塊、溫度采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊等。單片機通過讀取鍵盤，執(zhí)行相應的程序。主程序流程如圖 41 所示。 初始化模塊 初始化子程序主要完成對單片機內(nèi)專用寄存器的設定，規(guī)定好單片機的工作方式及各端口的工作狀態(tài)。源程序如下： START CLRF INTCON ；清所有中斷 BSF STATUS,RP0 ；選 BANK1 MOVLW 02H MOVWF ADCON1 ；設定 RA0,RA1 為模擬輸入， RA2, ； RA3 為數(shù)字 I/O 口 CLRF PORTB MOVLW 0DFH ； RB5 為輸入，其它為輸出 MOVWF TRISB BCF STATUS,RP0 ；選 BANK0 CLRWDT MOVLW 09H OPTION ；規(guī)定 PORTB 口為弱上拉 欠電檢測模塊 儀器開機之后，首先檢測電池電壓是否過低，若電池電壓過低，會影響儀器正常工作，這時要提醒操作者及時更換電池。由硬件電路圖可知，進入 17 腳的電壓是電池電壓經(jīng)過二分之一分壓后的電壓值，故每次開機之后檢測 17 腳的電壓值即可判斷出電池電壓是否正常。系統(tǒng)中設電池電壓下降到 7V 時為警戒位，那么檢測 17 腳的電壓值是否小于 即可判斷系統(tǒng)是否欠電，若是，則顯示報警信號，否則進入基準設定模塊。欠電檢測子程序流程如圖 42 所示。 顯示模塊 系統(tǒng)采用的液晶顯示器為靜態(tài)顯示方式，并且集鎖存、譯碼 、驅(qū)動與顯示為一體。上湖南大學本科畢業(yè)設計論文 肉類水分快速測定儀設計 18 電復位后，數(shù)字和字符全部顯示，想要改變顯示內(nèi)容時，單片機只需將要顯示的內(nèi)容依次送入 LCD 的 5 個內(nèi)部緩沖器中，不需寫入任何控制命令字。顯示子程序的源程序如下： DISPLAY MOVF 0CH CALL TABLE MOVWF 0CH MOVF 0DH CALL TABLE MOVWF 0DH MOVF 0EH CALL TABLE MOVWF 0EH MOVLW 05H MO