【正文】 、個(gè)位。 ICL7135 的輸出時(shí)序如圖所示，為簡(jiǎn)化硬件電路，結(jié)合 ICL7135 的工作特點(diǎn)及輸出時(shí)序圖，我們采用中斷計(jì)數(shù)法。這種方法是依 STRORBE 選通信號(hào)脈沖序列與 ICL7135 轉(zhuǎn)換輸出的萬(wàn)、千、百、十、個(gè)位 BCD 碼有嚴(yán)格的對(duì)應(yīng)關(guān)系設(shè)計(jì)的，其硬件接口如圖所示。 ADC 采用自動(dòng)連續(xù)轉(zhuǎn)換工作方式。 A/D 轉(zhuǎn)換器的基準(zhǔn)電壓的精度和穩(wěn)定性 是影響轉(zhuǎn)換精度的主要因素。為保證 ICL7135 的轉(zhuǎn)換精度，電路采用的是用電阻分壓的方式。 系統(tǒng)硬件 電路設(shè)計(jì) 系統(tǒng)的前端控制電路設(shè)計(jì) 本測(cè)試系統(tǒng)采用了 AT89C52 作為微處理器，采用鉑電阻（ PT100）作為溫度傳感器，采用了 ICL7135 芯片作為測(cè)溫電路與單片機(jī)的轉(zhuǎn)換通道。在采樣的時(shí)候通過(guò)模擬開關(guān)CD4052 切換，使 ICL7135 能分別采樣到 Ux 和 UF 的值。二極管實(shí)現(xiàn) 和蜂鳴器 報(bào)警功能 第 20 頁(yè) 共 49 頁(yè) 20 1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t l eN um be r R e vi s i onS i z eBD a t e : 24 J un 2021 S he e t of F i l e : D : \ ol dba c k 050401\ l x\ ol d\ L D B D r a w n B y :R110K5+5R4100KD14148+5R3100KC912MR2100KC7C6E A / V P31X119X218R E S E T9RD17WR16I N T 012I N T 113T014T115P 101P 112P 123P 134P 145P 156P 167P 178P 0039P 0138P 0237P 0336P 0435P 0534P 0633P 0732P 2021P 2122P 2223P 2324P 2425P 2526P 2627P 2728P S E N29A L E / P30T X D11R X D10U589C 52C5C41uFC3C2C1V1V R E F2AGND3I N T O U T4A Z I N5R U F F O6R E F C 7R E F C +8I N L O9I N H I10V+11UR28OR27S T R O *26R / H *25DGND24P O L23C L O C K22B U S Y21D120D219D318D417D512B816B415B214B113U6I C L 7135+5R 2010KC 18+5R 2527R 26D 0947u/ 25vgndV R E F 1V103C L R12QD7QE5QF4QG6QH14QI13QJ15QL1QM2QN3C K I11C K O10C K O9U 53S N 74H C 4060GND+ 5VC L O C K 1= 2M H ZU 1 4052 XU 5 89C 52 I N T 0U 5 89C 52 T 0U 5 89C 52 A L EL E D D A T E B U SU 6 7135 C L O C KU 6 7135 B U S YL E D C O N T I O L B U SU 53 4060 C K IU 1 4052 A 模擬采樣電路的設(shè)計(jì) 該部分主要是模擬 2路溫度信號(hào)，通過(guò)調(diào)整電位器，調(diào)整輸入的電壓，模擬溫度變化情況，驗(yàn)證后續(xù)電路的工作情況，同時(shí)用 4052 切換兩路溫度值。 圖 3 模擬 PT100 輸出 電路 系統(tǒng) A/D 轉(zhuǎn)換電路及其工作原理 轉(zhuǎn)換電路電路圖如圖 所示：該電路主要是由 ICL7135 芯片及其外圍電路組成，其功能主要是把數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量，即把 Ux和 Uf的模擬值轉(zhuǎn)換成數(shù)字量送給單片機(jī)。A/D轉(zhuǎn)換模塊，負(fù)責(zé)把前端的模擬電壓轉(zhuǎn)換成數(shù)字量并傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)。由 A/D 轉(zhuǎn)換芯片ICL7135 及其周邊電路和分頻器 4060 組成。 A/D 轉(zhuǎn)換芯片 ICL7135 可以完成模擬量到數(shù)字量的轉(zhuǎn)換， 4060 負(fù)責(zé)給 ICL7135 提供合適的轉(zhuǎn)換時(shí)鐘信號(hào)。 第 21 頁(yè) 共 49 頁(yè) 21 圖 4AD 轉(zhuǎn)換原理圖 基于 AD 轉(zhuǎn)換器 ICL7135 和 51 單片機(jī)鉑電阻測(cè)溫系統(tǒng)設(shè)計(jì) 鉑電阻溫度傳感器，因其測(cè)量范圍大，復(fù)現(xiàn)性好，穩(wěn)定性強(qiáng)等特點(diǎn)而被廣泛使用。在精密測(cè)量系統(tǒng)中，鉑電阻測(cè)溫系統(tǒng)電路結(jié)構(gòu)圖如圖 1 所示：鉑電阻信號(hào)通常通過(guò)橋式電路轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，再經(jīng)過(guò)放大及 A/D轉(zhuǎn)換后送微處理器進(jìn)行處理。為了能對(duì)鉑電阻測(cè)溫的非線性進(jìn)行校正，利用雙積分 A/D 轉(zhuǎn)換原理，設(shè)計(jì)了一種高精度的鉑電阻測(cè)溫非線性校正方案。實(shí)踐證明，該方法不僅性能穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，而且在 0～ 200℃范圍內(nèi)準(zhǔn)確度可達(dá)到 %FS177。 4 字。 圖 5鉑電阻測(cè) 溫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 二、非線性校正原理 非線性 A/D 轉(zhuǎn)換原理 因?yàn)殂K電阻經(jīng)橋路檢測(cè)后，其輸出電壓 UM 與被測(cè)溫度θ之間具有函數(shù)關(guān)系： 模擬開關(guān) A/d 轉(zhuǎn) 換 器 Vcc Ad599 R2 R3 R1 R3 運(yùn)放 DU C P U Uref 第 22 頁(yè) 共 49 頁(yè) 22 UM=f(θ)= Aθ+ Bθ2 , 如果能構(gòu)造成一個(gè)函數(shù)電路，使其具有與上式相同的函數(shù)形式： UN=f(t)= At+ Bt2 同時(shí)使 UM=UN，則容易得出θ =t（這里，“θ =t”僅有數(shù)學(xué)意義，實(shí)際上它們的量綱是不一樣的）。這樣，在 UM=UN 的前提下，溫度θ的測(cè)量問(wèn)題就轉(zhuǎn)化為對(duì)時(shí)間 t 的測(cè)量了。 以上是闡述的以變量變換的形式實(shí)現(xiàn)傳感器非線性校正的設(shè)計(jì)思想。這里 t 的量綱為時(shí)間，其測(cè)量過(guò)程是通過(guò)雙積分 A/D轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)的。雙斜率積分轉(zhuǎn)換表達(dá)為 ： 式中： Uin— A/D 轉(zhuǎn)換時(shí)模擬輸入電壓， T1— A/D 轉(zhuǎn)換過(guò)程中正向積分時(shí)間， T2— A/D 轉(zhuǎn)換過(guò)程中反向積分時(shí)間， Uref— A/D 轉(zhuǎn)換時(shí)參考輸入電壓。 當(dāng) Uref 為定值時(shí)， Uin 與 T2 具有線性關(guān)系，因此這種情況下可以認(rèn)為 A/D 輸出結(jié)果為： T2 = T1Uin / Uref . 假定 Uref(t)為時(shí)間 t 的函數(shù)： Uref(t)=M+Nt (2) 其中： M， N 為待定常系數(shù)。 A/D 轉(zhuǎn)換后的輸出結(jié)果若能完全補(bǔ)償鉑電阻溫度非線性，則有： Uin=aθ+Bθ2 (3) 故將式（ 2）和式（ 3）代入式（ 1）， 假設(shè)： AT1=M， BT1=N/2, 則有： T2 與 q 在數(shù)值上大小相等，即 T2=θ，可見實(shí)現(xiàn)了鉑電阻的溫度與數(shù)字量線性轉(zhuǎn)換。可以看出，在 A/D 轉(zhuǎn)換過(guò)程中，模擬電壓輸入與數(shù)字量輸出之間不是線性關(guān)系，其函數(shù)關(guān)系剛好與 Rθ — θ關(guān)系相反，當(dāng)其 特性實(shí)現(xiàn)了相互完全補(bǔ)償時(shí)，就能獲得線性θ /T2 轉(zhuǎn)換。顯然，利用雙積分 A/D轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)非線性校正的關(guān)鍵是應(yīng)能滿足式（ 3）所表征的函數(shù)關(guān)系。本方案采用 RC 回路極其簡(jiǎn)單地達(dá)到了該目的。 2. 高精度 A/D 轉(zhuǎn)換器 ICL7135 第 23 頁(yè) 共 49 頁(yè) 23 鉑電阻測(cè)溫電路線性化設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)采用了 4 位半雙積分型 A/D 轉(zhuǎn)換器 ICL7135。ICL7135 每一個(gè)轉(zhuǎn)換周期分為三個(gè)階段：自動(dòng)調(diào)零階段、被測(cè)電壓積分階段、對(duì)基準(zhǔn)電壓 Uref 進(jìn)行反積分階段。下面結(jié)合鉑電阻溫度測(cè)量分析 ICL7135 的工作過(guò)程： (1)正向積分階段 ICL7135 與 89C52 接口電路原理圖如圖 2 所示。在此階段， ICL7135 對(duì) Uin 進(jìn)行定時(shí)積分，固定時(shí)間 T1=10000T0（ T0 為時(shí)鐘周期）。積分器的輸出電壓為： 同時(shí)，在此階段基準(zhǔn)電容 C 對(duì)電阻 R 放電。外接電阻 R 正是為了對(duì)鉑電阻溫度特性的二次非線性項(xiàng)進(jìn)行校正而設(shè)置的。此階段完成時(shí)， C兩端電壓為： Uc(t)=Uwexp(t/RC) (5) 式中， Uw 為 t = 0 時(shí)電容 C 兩端電壓值。 將上式在 t = T1 處按馬克勞林公式展開 , 若選取適當(dāng)參數(shù)，使 (T1 +T2 ) RC , 則上式可簡(jiǎn)化為： Uc(t)= Uw exp(t/RC)≈ Uw(1t/RC) (6) (2)反向積分階段： 在此階段，基準(zhǔn)電容 C 兩端電壓又被內(nèi)部積分電路進(jìn)行反向積分，在整個(gè) T2 階段 UC(t)可認(rèn)為是線性的， T2 結(jié)束時(shí)積分器輸出又回到零位，此時(shí)有： 由式（ 4）、式（ 6）、式（ 7）整理可得 將式（ 3）代入上式，得 令等式兩邊常量對(duì)應(yīng)相等，則有：θ =T2。 在 T2 時(shí)間內(nèi) , 對(duì) A/D 轉(zhuǎn)換器進(jìn)行時(shí)鐘計(jì)數(shù)，并以數(shù)字量形式輸出，從而定量地將被測(cè)溫度值反映出來(lái)，實(shí)現(xiàn)電路的數(shù)字化測(cè)量。 3. ICL7135 與單片機(jī) 89C52 接口的新方法 第 24 頁(yè) 共 49 頁(yè) 24 以往使用 7135 是利用它具有多重動(dòng)態(tài)掃描的 BCD 碼輸出來(lái)讀取 A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)果，這樣既費(fèi)時(shí)、又占用較多口線。在測(cè)控儀表中，盡量少占用微處理器 I/O 口線，以最少原器件、完成盡可能多的任務(wù)是十分重要的。這里介紹的 ICL7135 與單片機(jī)接口的簡(jiǎn)易方法，是利用 7135 的“ BUSY”端，只需占用單片機(jī) 89C52 的一個(gè) I/O 口和內(nèi)部的一個(gè)定時(shí)器， 就可以在十幾微秒的中斷服務(wù)程序中把 ICL7135 的 A/D 轉(zhuǎn)換值送入單片機(jī)內(nèi)。實(shí)踐證明，該方法具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。 在圖 2 中 ,若 89C52 的時(shí)鐘采用 6MHz 晶振，在不執(zhí)行 movx 指令的情況下， ALE 是穩(wěn)定的 1MHz 頻率，將 ALE 經(jīng)過(guò)二分頻可得到 500 kHz 的頻率供給 ICL7135 時(shí)鐘輸入端。 T0 規(guī)定為定時(shí)方式 1，滿足 ICL7135 的 19999 滿量程要求。 ICL7135 在 A/D 轉(zhuǎn)換階段 , 狀態(tài)輸出引腳 BUSY 為高電平，指明 A/D 轉(zhuǎn)換器正處在信號(hào)積分和反積分 階段，這個(gè)高電平一直持續(xù)到消除積分階段結(jié)束。在定時(shí)器方式寄存器 TMOD 中，置 T0 的門控位 GATE 為 1，利用 BUSY 作為計(jì)數(shù)器門控信號(hào) ,T0 的計(jì)數(shù)將受 BUSY 控制?？刂朴?jì)數(shù)器只能在 BUSY 為高電平時(shí)計(jì)數(shù)，那么輸入信號(hào)： A/D 轉(zhuǎn)換值 =BUSY 高電平期間內(nèi)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)值 10 001 圖 2 中用 ICL 7135 的 BUSY 端接 89C52 的外部中斷 INT0 ， POL 為信號(hào)極性輸出端，接 89C52 的 ，高、低電平表示被測(cè)信號(hào)為正、負(fù)極性。 在以鉑電阻測(cè)溫電 路的線性化設(shè)計(jì)的方案中，誤差來(lái)源一方面來(lái)自于基準(zhǔn)電容放電過(guò)程的非線性