【導(dǎo)讀】自動(dòng)恒溫控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。答辯日期：2020年6月

　　

【正文】 358Pt100IN5401Rw1100K 圖 33 溫度采集電路 具體溫度采樣電路如圖 33 所示。將溫度的變化轉(zhuǎn)化變?yōu)殡妷旱?變化，經(jīng)過(guò)190 7 4 1 8 5 2 8 5 2 9 200 6 2 9 6 3 9 6 3 9 6 210 3 9 6 3 9 6 2 9 6 2 220 9 5 2 8 5 1 8 4 1 7 230 4 6 3 9 6 2 8 5 1 240 7 4 6 2 9 5 1 7 4 250 18 放大后送往 A/D 轉(zhuǎn)化為數(shù)字量進(jìn)行處理。 Rx為傳感器熱電阻，由電橋?qū)崿F(xiàn)溫度到電壓的轉(zhuǎn)化，由運(yùn)放 IC3 完成信號(hào)的放大，由 IC4 完成信號(hào)的調(diào)整。 設(shè)輸入 IC3 的 2， 3 端電壓分別對(duì)應(yīng)為 Vi2， Vi3那么 6 3 2 1( / ) ( )O U T i iV K R R V V?? （ 31） 6 3 2 2 1 2( / ) [ /( ) ( ) ]O U T r e f W W r e f X XV K R R V R R R V R R R? ? ? ? （ 32） 其中 Rx為傳感器熱阻值， Vref為 基準(zhǔn)源電壓， K 為調(diào)整系數(shù)。 由于 R1Rw2（如 R1=100KΩ,Rw2=1KΩ） ,同樣 R2Rx（如 R2=100KΩ,Rx=1KΩ），因而 VOUT=K(R6/R4)Vref(Rw2Rx)/R2， 在后級(jí)的 A/D，滿刻度 時(shí)，那么 VOUT=5V。實(shí)際電路調(diào)整中，已經(jīng)確定 R6,置傳感器于 25℃ 環(huán)境，調(diào)整 Rw2,使 VOUT=0V；置傳感器于 35℃ 環(huán)境，調(diào)節(jié) Rw6，使 VOUT=5V； 使完成前向模擬通道的調(diào)整。 A/D轉(zhuǎn)換電路 ADC0809 是帶有 8 位 A/D 轉(zhuǎn)換器、 8 路多路開(kāi)關(guān)以及微處理機(jī)兼容的控制 邏輯的 CMOS 組件。它是逐次逼近式 A/D 轉(zhuǎn)換器，可以和單片機(jī)直接接口。 （一） ADC0809 的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖 34。 由圖可知， ADC0809 由一個(gè) 8 路模擬開(kāi)關(guān)、一個(gè)地址鎖存與譯碼器、一個(gè)A/D 轉(zhuǎn)換器和一個(gè)三態(tài)輸出鎖存器組成。多路開(kāi)關(guān)可選通 8 個(gè)模擬通道，允許 8路模擬量分時(shí)輸入，共用 A/D 轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。三態(tài)輸出鎖器用于鎖存 A/D 轉(zhuǎn)換完的數(shù)字量，當(dāng) OE 端為高電平時(shí)，才可以從三態(tài)輸出鎖存器取走轉(zhuǎn)換完的數(shù)據(jù)。 從圖中可以看出， ADC0809 是串口通信電路，這也是為什么 ADC0809 模塊傳送速率比較快，且正確率較 高。 圖 34 ADC0809 內(nèi)部結(jié)構(gòu) （二）引腳結(jié)構(gòu) IN0－ IN7： 8 條模擬量輸入通道。 ADC0809 對(duì)輸入模擬量要求：信號(hào)單極性，第 3 章 硬件電路設(shè)計(jì) 19 電壓范圍是 0－ 5V，若信號(hào)太小，必須進(jìn)行放大；輸入的模擬量在轉(zhuǎn)換過(guò)程中應(yīng)該保持不變，如若模擬量變化太快，則需在輸入前增加采樣保持電路。 地址輸入和控制線： 4 條。 ALE 為地址鎖存允許輸入線，高電平有效。當(dāng) ALE 線為高電平時(shí)，地址鎖存與譯碼器將 A， B， C 三條地址線的地址信號(hào)進(jìn)行鎖存，經(jīng)譯碼后被選中的通道的模擬量進(jìn)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。 表 33 模擬量輸入通道選擇表 C B A 選擇的通道 0 0 0 IN0 0 0 1 IN1 0 1 0 IN2 0 1 1 IN3 1 0 0 IN4 1 0 1 IN5 1 1 0 IN6 1 1 1 IN7 A， B 和 C 為地址輸入線，用于選通 IN0－ IN7 上的一路模擬量輸入。通道選擇表如下表 33 所示。 數(shù)字量 輸出及控制線： 11 條 ST 為轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)。當(dāng) ST 上跳沿時(shí)，所有內(nèi)部寄存器清零；下跳沿時(shí)，開(kāi)始進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換；在轉(zhuǎn)換期間， ST 應(yīng)保持低電平。 EOC 為轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)。當(dāng) EOC 為高電平時(shí)，表明轉(zhuǎn)換結(jié)束；否則，表明正在進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換。 OE 為輸出允許信號(hào)，用于控制三條輸出鎖存器向單片機(jī)輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。 OE＝ 1，輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)； OE＝ 0，輸出數(shù)據(jù)線呈高阻狀態(tài)。 D7－ D0 為數(shù)字量輸出線。 CLK 為時(shí)鐘輸入信號(hào)線。因 ADC0809 的內(nèi)部沒(méi)有時(shí)鐘電路，所需時(shí)鐘信號(hào)必須由外界提供，通常使用頻率為 500KHZ。 VREF（＋）， VREF（－）為參考電壓輸入。 ADC0809 芯片的引腳圖見(jiàn)圖 35 20 IN026msb21212220IN12723192418IN2282582615IN312714lsb2817IN42EOC7IN53ADDA25IN64ADDB24ADDC23IN75ALE22ref()16ENABLE9START6ref(+)12CLOCK10ADC0809 圖 35 ADC0809 引腳圖 ADC0809 的頻率要低于 640KHz,單片機(jī)使用的是 12MHz,從 ALE 端引出的信號(hào)頻率已經(jīng)六分頻了，所以還需要四分頻。 D 觸發(fā)器的特性方程是 DQn ??1 ，當(dāng)把 D 和 Q 非連接起來(lái)，方程就變成了 nn ??1 ，具有翻轉(zhuǎn)功能 ,即每輸入一個(gè)脈沖，觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)一次，每翻轉(zhuǎn)兩次，觸發(fā)器的輸出端可以得到一個(gè)完整的矩形波，而觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)兩次所用的前沿脈沖來(lái)自 CP 的兩個(gè)矩形波。一個(gè) D 觸發(fā)器完成了二分頻電路，用其輸出再去觸發(fā)另一個(gè) D 觸發(fā)器（又是一個(gè)二分頻），這樣，就完成了信號(hào)的四分頻。該觸發(fā)器是前沿觸發(fā)方式。四分頻電路和脈沖電路如圖 36。 圖 36 四分頻電路和脈沖電路 按鍵輸入電路 本設(shè)計(jì)采用 4 個(gè)按鍵組成鍵盤(pán)，均接 10K?的電阻來(lái)拉高電平，在按鍵按下時(shí)輸入低電平信號(hào)。由于 STC89C52 單片機(jī) I/O 口豐富，在此還有 剩余， 因此選用將按鍵直接與 I/O 口連接的方式，簡(jiǎn)化電路的同時(shí)還簡(jiǎn)化了軟件設(shè)計(jì)。具體設(shè)計(jì)如圖 37 所示： 第 3 章 硬件電路設(shè)計(jì) 21 S1S2S3S4GND10KR410KR510KR610KR3+5V 圖 37 鍵盤(pán)模塊電路 時(shí)鐘電路 本設(shè)計(jì)采用時(shí)鐘芯片 DS1302，時(shí)鐘芯片 DS1302 與單片機(jī) STC89C52 的接口是由 3 條線來(lái)完成的，單片機(jī) STC89C52 的 與時(shí)鐘芯片的數(shù)據(jù)傳輸端相連， 用來(lái)作為 DS1302 輸入時(shí)鐘 SCLK 控制端 , 控制 DS1302 的復(fù)位輸入端。DS1302 接標(biāo)準(zhǔn)的 12MHz石英晶振。 DS1302 與單片機(jī)的接口電路如圖 38 所示： 12M60pFC1760pFC18Vcc21x12x23GND4RST5I/O6SCLK7Vcc18U6DS1302GND+5VGND 圖 38 時(shí)鐘接口電路 LCD顯示電路 本設(shè)計(jì)采用 LCD1602,其電路原理如圖 39， LCD1602液晶顯示，是一種專(zhuān)門(mén)用來(lái)顯示字母、數(shù)字、符號(hào)等的 點(diǎn)陣 型液晶模塊。它由若干個(gè) 5X7或者 5X11等 點(diǎn)陣 字符位組成，每個(gè)點(diǎn)陣字符位都可以顯示一個(gè)字符，每位之間有一個(gè)點(diǎn)距的間隔，每 行之間也有間隔，起到了字符間距和行間距的作用，正因?yàn)槿绱怂运? 22 能很好地顯示圖形（用自定義 CGRAM，顯示效果也不好）。其中各引腳的功能是： 第 1腳： VSS 為 電源地 第 2腳： VDD 接 5V電源正極 第 3腳： VEE 為液晶顯示器對(duì)比度調(diào)整端，接正電源時(shí)對(duì)比度最弱，接地電源時(shí)對(duì)比度最高（對(duì)比度過(guò)高時(shí)會(huì) 產(chǎn)生 “鬼影 ”，使用時(shí)可以通過(guò)一個(gè) 10K 的電位器調(diào)整對(duì)比度）。 第 4腳： RS 為 寄存器 選擇，高電平 1時(shí)選擇 數(shù)據(jù)寄存器 、低電平 0時(shí)選擇 指令寄存器 。 第 5腳： RW 為讀寫(xiě)信號(hào)線，高電平 (1)時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平 (0)時(shí)進(jìn)行寫(xiě)操作。 第 6腳： E(或 EN)端為使能 (enable)端 ,高電平（ 1）時(shí)讀取信息，負(fù)跳變時(shí)執(zhí)行指令。 第 7～ 14腳： D0～ D7為 8位雙向數(shù)據(jù)端。 第 15～ 16腳： 空腳 或背燈電源。 15腳背光正極， 16腳背光負(fù)極。 LCD1602 的特性： 5V工作電壓，對(duì)比度可調(diào) 內(nèi)含復(fù)位電路 提供各種控制命令 ,如：清屏、字符閃爍、光標(biāo)閃爍、顯示移位等多種功能 有 80字節(jié) 顯示數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 DDRAM 內(nèi)建有 192個(gè) 5X7點(diǎn)陣 的字型的字符發(fā)生器 CGROM 8個(gè)可由用戶自定義的 5X7的字符發(fā)生器 CGRAM VSS1VCC2VO3RS4RW5E6RB07RB18RB29RB310RB411RB512RB613RB714BLA15BLK16LCD1602+5V100pFC810uFC9GND10KR7GNDGND+5V10KR8100pFC10 圖 39 LCD 顯示電路 第 3 章 硬件電路設(shè)計(jì) 23 報(bào)警電路 在微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，為了安全生產(chǎn)，對(duì)于一些重要的參數(shù)或系統(tǒng)部位，都設(shè)有緊急狀態(tài)報(bào)警系統(tǒng)，以便提醒操作人員注意，或采取緊急措施。其方法就是把計(jì)算機(jī)采集的數(shù)據(jù)或記過(guò)計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、數(shù)字濾波，標(biāo)度變換之后，與該參數(shù)上下限給定值進(jìn)行比較，如果高于上限值（或低于下限值）則進(jìn)行報(bào)警，否則就作為采樣的正常值，進(jìn)行顯示和控制。 在現(xiàn)實(shí)工作過(guò)程中，很容易碰到由于偶然因素造成的未能及時(shí)控制加熱爐的溫度從而造成工業(yè)上的重大事故，對(duì)于工業(yè)生產(chǎn)可能造成非常不 好的影響，所以對(duì)于溫度進(jìn)行過(guò)限報(bào)警有著很重要的現(xiàn)實(shí)意義。 本此設(shè)計(jì)是針對(duì)工業(yè)生產(chǎn)中的加熱爐的很穩(wěn)控制的操作，雖然不能達(dá)到智能加熱控制，但是對(duì)于恒溫的一些可以人工操作的部分實(shí)現(xiàn)，加上報(bào)警模塊，不僅在溫度低于限定值是可以報(bào)警，在溫度超過(guò)限定溫度是，亦可以進(jìn)行報(bào)警，避免因未及時(shí)報(bào)警造成損失。 報(bào)警電路如圖 310所示，該電路采用一個(gè)小功率三極管 Q1 驅(qū)動(dòng)蜂鳴器 BELL,當(dāng)單片機(jī)接收到超額溫度信號(hào)或危險(xiǎn)信號(hào)時(shí) ,輸出腳 BELL輸出高點(diǎn)平 ,Q1 導(dǎo)通，致使蜂鳴器 BELL得電工作，發(fā)出報(bào)警聲。同時(shí)，電路中的發(fā)光二極管指示出電路的工作狀態(tài)。 LSBell10KR9NPNGND+5V 圖 310 報(bào)警電路 串口通信電路 本設(shè)計(jì)采用串行通信的初衷是通過(guò)串行口實(shí)現(xiàn) PC 機(jī)和單片機(jī)的通信，在測(cè)試過(guò)程中，通過(guò)串行口可將溫度數(shù)據(jù)傳送到 PC 機(jī)上作為備份保存。 PC 機(jī)的顯示器可以更清楚、直觀地顯示溫度波動(dòng)變化過(guò)程。 24 MAX232 資料簡(jiǎn)介 該產(chǎn)品是由德州儀器公司（ TI）推出的一款兼容 RS232 標(biāo)準(zhǔn)的芯片。由于電腦串口 RS232 電平是 10v +10v，而一般的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的信號(hào)電壓是 ttl 電平 0 +5v,MAX232 就是用來(lái)進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換的 ,該器件包含 2 驅(qū)動(dòng)器、 2 接收器和一個(gè)電壓發(fā)生器電路提供 TIA/EIA232F 電平。該器件符合 TIA/EIA232F 標(biāo)準(zhǔn)，每一個(gè)接收器將 TIA/EIA232F 電平轉(zhuǎn)換成 5V TTL/CMOS 電平。每一個(gè)發(fā)送器將TTL/CMOS 電平轉(zhuǎn)換成 TIA/EIA232F 電平。 單 5V電源工作 LinBiCMOSTM 工藝技術(shù) 兩個(gè)驅(qū)動(dòng)器及兩個(gè)接收器 177。30V輸入電平 低電源電流：典型值是 8mA 符合甚至優(yōu)于 ANSI 標(biāo)準(zhǔn) EIA/TIA232E 及 ITU推薦標(biāo)準(zhǔn) ESD 保護(hù)大于 MILSTD883（方法 3015）標(biāo)準(zhǔn)的 復(fù)位電路的設(shè)計(jì) RS232 接口介紹 RS232 接口是 1970