【正文】 相端和同相端分別用和 +標(biāo)出，但不要將它們誤認(rèn)為電壓參考方向的正負(fù)極性。 uo/ Vud/ m V εεUs a t Us a t 圖 311 運(yùn)放電路的外特性 比較電路 在電路單元中，電壓比較器作為模擬電路和數(shù)字電路的銜接部分，另外也用來(lái)把運(yùn)算放大器輸 出的正弦波變換成同頻率的方波信號(hào)。以利于輸入單片機(jī)并更方便的處理此信號(hào)。 本電路選用 LMll9 型號(hào)的電壓比較器，其有兩路輸入輸出，共用一個(gè)電源。比較器是一種用來(lái)比較輸入信號(hào) Ui和參考電壓 UREF 的大小電路 ， 參考電壓 UREF加于同相端，為正 5v，而輸入信號(hào) ui則加在反相端，電路處于閉環(huán)工作狀態(tài)。 電路的傳輸特性如圖 312，把比較器輸出電壓從一個(gè)電平跳變到另一個(gè)電平時(shí)相應(yīng)的輸入電壓稱為閥值電壓。當(dāng)輸入電壓信號(hào) Ui 大于參考電壓 UREF 時(shí)，即差模輸入電壓UID=UiUREF0 時(shí)，電路處于正飽和狀態(tài)，輸出 UO=UOL。當(dāng)輸入電壓信號(hào) Ui 小于參考電壓信號(hào) UREF時(shí)，即差模輸入電壓 UID=UiUREF0 時(shí)，電路立即轉(zhuǎn)入負(fù)飽和狀態(tài)，輸出 UO=UOH。22 佳木 斯大學(xué)信息電子技術(shù)學(xué)院 U OL 0 U r e f = 5 V U OH U/V 在此電路中，由于輸入端電壓信號(hào) Ui是從反相端輸入，故輸出的高、低平電壓與正常輸出相反。 圖 312 電壓比較器工作圖 單片機(jī)的外圍電路 本系統(tǒng)選用了美國(guó) Tl 公司生產(chǎn)的 MSP430FG4619 型號(hào)的單片機(jī)作為數(shù)據(jù)處理單元的核心，它是一款超低功耗為主要特色的 16 位單片機(jī)，主要是為了滿足本系統(tǒng)實(shí)時(shí)控制和智能化的應(yīng)用要求。 MSP430 系列單片機(jī)具 有超低功耗、 16 位的體系結(jié)構(gòu)、 A/D 轉(zhuǎn)換器、串行通信接口、硬件乘法器、 LCD 驅(qū)動(dòng)電路以及高抗干擾能力等優(yōu)點(diǎn)，特別適合應(yīng)用在智能化和便攜式的產(chǎn)品中。 本系統(tǒng)采用了復(fù)位、置位按鈕，當(dāng)系統(tǒng)開(kāi)始運(yùn)行時(shí)，通過(guò)手動(dòng)按鈕式開(kāi)關(guān)進(jìn)行初始化并允許啟動(dòng)發(fā)射驅(qū)動(dòng)和定時(shí)器計(jì)時(shí)，并將測(cè)量結(jié)果在 1602 上顯示出來(lái)，測(cè)量完畢按下另一個(gè)復(fù)位開(kāi)關(guān)進(jìn)行復(fù)位，等待下一次的測(cè)量。 單片機(jī)的外圍電路種類繁多，主要包括智能化 /網(wǎng)絡(luò)化集成傳感器及接口電路、單片機(jī)數(shù)據(jù)采集電路、檢測(cè)電路、集成信號(hào)源、基準(zhǔn)電壓源、集成恒流源、 A/D 轉(zhuǎn)換器及智能儀表專用集成電 路、新型功率器件、線形集成電源及開(kāi)關(guān)電源、顯示器件等。下面說(shuō)明其主要的外圍電路。 時(shí)鐘電路 23 佳木 斯大學(xué)信息電子技術(shù)學(xué)院 MSP430 單片機(jī)的基礎(chǔ)時(shí)鐘主要由低頻晶體振蕩器、高頻晶體振蕩器和數(shù)字控制器組成。對(duì)不同型號(hào)的單片機(jī)所對(duì)應(yīng)的時(shí)鐘模塊也有所不同，本型號(hào)單片機(jī)包括 XIN(8 引腳 )和XOUT(9 引腳 )組成的低頻時(shí)鐘源，電路如圖 313 所示，外接 32768Hz 的時(shí)鐘芯片，將其直接接到 XIN、 XOUT，不需要任何電容，因?yàn)樵诘皖l模式下內(nèi)部集成了電容。低頻振蕩器也支持高頻模式和高速晶體，但連接時(shí)每端必須加電容。而電容的大小根據(jù)所 接晶體頻率的高低來(lái)選擇。低頻振蕩器在低頻和高頻模式時(shí)都可以選擇從 XIN 引腳接入一個(gè)外部輸入時(shí)鐘信號(hào)，但所接頻率必須根據(jù)所設(shè)定的工作模式來(lái)選擇，并且 OSCOFF 位必須復(fù)位。 圖 313 低頻時(shí)鐘源 高頻振蕩器 XT2 作為 MSP430 的第二晶體振蕩器，與低頻相比，其功耗更大。高頻晶體振蕩器需要外接在 XIN2 和 XOUT2 兩個(gè)引腳，并且必須外接電容。高頻振蕩器可以作為SMCLK 和 MCLK 的時(shí)鐘源。高頻振蕩期可以選擇從 XIN2 引腳接入一個(gè)外部輸入時(shí)鐘信號(hào)，但是所接的頻率必須根據(jù)所設(shè)定的工作模式來(lái)選擇，并且 XT2OFF 位必須復(fù)位。本文高頻振蕩如圖 314，接至單片機(jī)的 8 89 引腳，并外接 30PF 的電容。 時(shí)鐘源的選擇 ： 是通過(guò)定時(shí)控制器 TACTL 中的兩位完成，當(dāng)重新上電或者發(fā)生 POR 時(shí) (系統(tǒng)復(fù)位 )或用軟件通過(guò) CLR 位分頻器復(fù)位 ， 但在正常操作時(shí)分頻器 的狀態(tài)是不可見(jiàn)的。 圖 314 高頻時(shí)鐘源 Y1Y2C1530pFC1630pF24 佳木 斯大學(xué)信息電子技術(shù)學(xué)院 復(fù)位電路 在單片機(jī)系統(tǒng)里面，單片機(jī)是需要復(fù)位電路的，其中有兩種復(fù)位信號(hào) ： 上電復(fù)位信號(hào) POR和上電清除信號(hào) PUC。復(fù)位電路的作用就是當(dāng)系統(tǒng)上電時(shí)提供復(fù)位信號(hào)，直至系統(tǒng)電源穩(wěn)定后，撤銷復(fù)位信號(hào)。 為可靠起見(jiàn)，電源穩(wěn)定后還要經(jīng)一定的延時(shí)才能撤銷復(fù)位信號(hào)，以防止電源開(kāi)關(guān)或電源插頭分一合過(guò)程中引起的抖動(dòng)而影響復(fù)位。可以采用 RC 復(fù)位電路，也可以采用復(fù)位芯片實(shí)現(xiàn)復(fù)位。 RC 復(fù)位電路很經(jīng)濟(jì)，但可靠性不高，用復(fù)位芯片 MAX809 實(shí)現(xiàn)的復(fù)位電路具有很高的可靠性，但成本會(huì)很高，因此本設(shè)計(jì)選用簡(jiǎn)單的 RC 復(fù)位電路。采用 100KΩ 電阻和電容值為10uF 的有極性電容來(lái)實(shí)現(xiàn)。其中 10uF 電容可以減小電源的干擾，還能實(shí)現(xiàn)濾波，減小輸入端的干擾。復(fù)位電路如圖 315 所示，其中 SW1 是手動(dòng)復(fù)位按鈕開(kāi)關(guān)，待每次需要時(shí)可以手動(dòng)復(fù) 位。 圖 315 上電復(fù)位電路 另外該系統(tǒng)還設(shè)置了重置電路，顯示每次測(cè)量完成后是否繼續(xù)測(cè)量，如圖 316，若繼續(xù)測(cè)量則接通 SW2，利用單片機(jī)的一般 I/O 口 來(lái)作為啟動(dòng)按鍵，由于 可以作為中 斷口使用，這里設(shè)計(jì)為低電平觸發(fā)方式，需要將該管腳拉高。 圖 316 上電清除電路 +C 1 71 0μ FS W 1R91 00 K Ω+ 3. 3 VR 1 11 0K Ω+ 3. 3 VS W 225 佳木 斯大學(xué)信息電子技術(shù)學(xué)院 溫度補(bǔ)償電路 在 超聲波測(cè)量的一系列應(yīng)用中，所使用的最基本手段首推超聲時(shí)差測(cè)量，其次是時(shí)域上接收信號(hào)幅度和寬度特性的測(cè)量及頻域上頻譜特性的測(cè)量等等，超聲波測(cè)量正是通過(guò)這些基本手段來(lái)完成待 測(cè)非電量測(cè)量的。多數(shù)情況下，影響測(cè)量精度的最主要參數(shù)是聲速，在不同的媒質(zhì)中聲速差異很大，氣體中聲速約為數(shù)百米每秒，液體中聲速約為一千多米每秒，而在固體中則為數(shù)千米每秒。影響聲速的因素也很多，但對(duì)于同種介質(zhì)，聲速主要取決于溫度、壓力、粘度。因此對(duì)測(cè)量液體比重來(lái)說(shuō)，同等條件下最關(guān)鍵的因素也就是溫度參數(shù)了。這也正是溫度補(bǔ)償電路存在的原因。 本系統(tǒng)選用美國(guó)達(dá)拉斯公司生產(chǎn)的數(shù)字式溫度傳感器 DS18B20 作為測(cè)溫元件， DS18B20是 “一線總線 ”接口的溫度傳感器， “一線總線 ”結(jié)構(gòu)具有簡(jiǎn)潔、經(jīng)濟(jì)的特點(diǎn)，可使用戶輕松地組建 傳電路，從而為測(cè)量系統(tǒng)的構(gòu)建引入全新的概念。 DS18B20 的測(cè)量范圍為 55～ +125℃ ，在 10～ +85℃ 范圍內(nèi)，精度為 ℃ 。現(xiàn)場(chǎng)溫度可直接通過(guò) “一線總線 ”以數(shù)字方式傳輸，大大提高了設(shè)計(jì)系統(tǒng)的抗干擾性。 DS18B20 適合于惡劣環(huán)境的現(xiàn)場(chǎng)溫度測(cè)量，如環(huán)境控制、設(shè)備或過(guò)程控制、測(cè)溫類消費(fèi)電子產(chǎn)品等。它工作在 3～ 的電壓范圍，采用多種封裝形式，從而使系統(tǒng)設(shè)計(jì)更靈活、方便 ； 設(shè)計(jì)分辨率及用戶設(shè)定的報(bào)警溫度存儲(chǔ)在 EEPROM 中，掉電后依然保存。 DS18B20 芯片的電路連接如圖 317 所示，電源正極端經(jīng)整流二 極管 IN4007 接入電路，起到穩(wěn)定電壓的作用，溫度測(cè)量數(shù)據(jù)經(jīng) 2 腳的 QD 傳輸。 DS18B20 的核心功能部件是數(shù)字式溫度傳感器，出廠分辨率默認(rèn)設(shè)置為 12 位分辨率，對(duì)應(yīng) ℃ 。溫度信息的低位、高位字節(jié)內(nèi)容還包括了符號(hào)為 S 和二進(jìn)制小數(shù)部分，具體形式如表 31 所示。由此，可得 DS18B20 的輸出值與溫度的二進(jìn)制和十六進(jìn)制的關(guān)系表，見(jiàn)表31?？梢?jiàn)，其測(cè)量范圍為 55℃ ～ 125℃ 。 圖 317 溫度補(bǔ)償電路 GND1QD2VCC3D S 18 B 2 0 + 5VR 1 04 .7 K ΩI N 4 0 0726 佳木 斯大學(xué)信息電子技術(shù)學(xué)院 表 31 DS18B20 輸出值與溫度的關(guān)系表 溫度（ 176。C ） 數(shù)字輸出（二進(jìn)制） 數(shù)字輸 出（十六進(jìn)制） +125 +85 + + + 0 55 0000 0111 1101 0000 0000 0101 0101 0000 0000 0001 1001 0001 0000 0000 1010 0001 0000 0000 0000 1000 0000 0000 0000 0000 1111 1111 1111 1000 1111 1111 0101 1110 1111 1110 0110 1111 1111 1100 1001 0000 07D0H 0550H 0191H 00A2H 0008H 0000H FFF8H FF5EH FF6FH FC920H 對(duì)測(cè)量結(jié)果的存放格式也有相應(yīng)的規(guī)定，以方便在實(shí)際中來(lái)調(diào)用，其中低位和高位都有相應(yīng)的格式。每個(gè) DS18B20 都有一個(gè)唯一的 64 位 ROM 編碼，它存放在 64 位激光 ROM 中。代碼的前 8 位是單線產(chǎn)品系列編碼，接著的 48 位是唯一的產(chǎn)品序列號(hào)，最后 8 位是前 56 位編碼的 CRC 校驗(yàn)值，由 CRC 的等效多項(xiàng)式函數(shù) CRC=x8+x5+x4+1 產(chǎn)生。主機(jī)可通過(guò) “讀 ROM命令 ”讀取 64 位 ROM 的前 56 位，然后也按照此多項(xiàng)式函數(shù)計(jì)算出 CRC 值，并把它與讀出的存放著 DS18B20 激光 ROM 內(nèi)的 CRC 值進(jìn)行比較，從而決定 ROM 的數(shù)據(jù)是否已被主機(jī)正確接收。如表 32 所示 ： 表 32 轉(zhuǎn)換結(jié)果的存放格式 位別 存放格式 低位字節(jié) 高位字節(jié) 23 22 21 20 21 22 23 24 MSB LSB S S S S S 26 25 24 MSB LSB 顯示電路 1602 是工業(yè)字符型液晶，能夠同時(shí)顯示 32 個(gè)字符。 1602 液品模塊內(nèi)部的字符發(fā)生存儲(chǔ)器己經(jīng)存儲(chǔ)了 160 個(gè)不同的點(diǎn)陣字符圖形，這些字符有 :阿拉伯?dāng)?shù)字、英文字母的大小寫、常用的符號(hào)、和日文假名等，每一個(gè)字符都有一個(gè)固定的代碼，比如大寫的英文字母 “A”的代碼是 01000001B(41H)，顯示時(shí)模塊把地址 41H 中的點(diǎn)陣字符圖形顯示出來(lái)，我們就能看到字母“A”。因?yàn)?1602 識(shí)別的是 ASCII 碼，試驗(yàn)可以用 ASCII 碼直接賦值，在單片機(jī)編程中還可以用字符型常量或變量賦值，如 ’A’。 27 佳木 斯大學(xué)信息電子技術(shù)學(xué)院 表 33 操作控制表 操作 讀狀態(tài) 寫指令 讀數(shù)據(jù) 寫數(shù)據(jù) 輸入 RS=0,RW=1,E=1 RS=0,RW=0, D0～ 7=指令碼，E=H 脈沖 RS=1,RW=1,E=1 RS=1,RW=0, D0～ 7=數(shù)據(jù)，E=H 脈沖 注 ： 為了方便，表中皆以 1 表示高電平， 0 表示低電平。 1602 采用標(biāo)準(zhǔn)的 16 腳接口。第 1 腳 ： VSS 為電源地 ； 第 2 腳 ： VDD 接 5V 電源正極 ；第 3 腳 ： VL 為液晶顯示器對(duì)比度調(diào)整端，接電源正極時(shí)對(duì)比度最弱，接電源負(fù)極時(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) 10KΩ 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、低電平時(shí)選擇指令寄存器 ； 第 5 腳 ： RW 為讀寫信號(hào)線，高電平時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平時(shí)進(jìn)行寫操作 ； 第 6 腳 ： E 端為使能端 ； 第 7～ 14腳 ： D0～ D7 為 8 位雙向數(shù)據(jù)端 ； 第 1516 腳 ： 空腳或背燈電源 ； 15 腳背光正極 ； 16 腳背光負(fù)極。見(jiàn)表 34。 表 34 1602 接口信號(hào)說(shuō)明 編號(hào) 符號(hào) 引腳說(shuō)明 編號(hào) 符號(hào) 引腳說(shuō)明 1 2 3 4 5 6 7 8 VSS VDD VL RS R/W E D0 D1 電源地 電源正極 液晶顯示偏壓信號(hào) 數(shù)據(jù) /命令選擇端 (H/L) 讀 /寫選擇端 (H/L) 使能信號(hào) Data I/O Data I/O 9 10 11 12 13 14 15 16 D2 D3 D4 D5 D6 D7 BLA BLK Data I/O Data I/O Data I/O Data I/O Data I/O Data I/O 背光源