【正文】 雙積分式 A/D 轉(zhuǎn)換器的主要優(yōu)點(diǎn)是：轉(zhuǎn)換精度高，河南理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 37 抗 干 擾 能 力 強(qiáng) ， 但 轉(zhuǎn) 換 速 度 較 慢 ， 國(guó) 內(nèi) 使 用 較 多 的 芯 片 有ICL7106/ICL7107/ICL7126 系列， MC14433， ICL7135 等。有效的減少了外電場(chǎng)對(duì)輸入信號(hào)的干擾。 AD 522 的非線性度為 0。使用時(shí)測(cè)量端與輸入端，在外部相連接為放大后的輸出信號(hào)。信號(hào)放大電路電芯片集成精密放大器 AD522 組成。溫度傳感器的種類(lèi)很多，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)使用條件，選擇恰當(dāng)?shù)膫鞲衅黝?lèi)型才能保證測(cè)量的準(zhǔn)確可靠，并同時(shí)達(dá)到增加使用壽命和降低成本的目的。顯然，外界溫度變化對(duì)連接導(dǎo)線電阻 r 的影響在橋式電路中被相互抵消了。測(cè)溫元件 Rt 和電阻元件組成橋式整流電路，將由于溫度變化所引起的鉑電阻的阻值變化轉(zhuǎn)化成電壓信號(hào)送入放大器。 5． 4． 3．鉑電阻傳感器 本設(shè)計(jì)的溫度傳感采用鉑電阻傳感器。由于通過(guò)電流會(huì)產(chǎn)生熱量，傳感器的溫度將比被測(cè)對(duì)象的溫度高。鉑金熱電阻時(shí)穩(wěn)定且高精度的溫度傳感器，不足之處是傳感器體積很 大 ，不能測(cè)量局部溫度，且影響較慢。電阻值和溫度的關(guān)系一般用進(jìn)似的線性關(guān)系表示。 金屬 A rt [℃ ] mt [℃ ] 金屬 B 圖 52 熱電偶原理圖 5． 4． 2．金屬電阻 金屬的電阻水溫度的上升而增加。各個(gè)國(guó)家都有自己的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，一般來(lái)說(shuō)，都以 0 度作為基準(zhǔn)端的溫度，給出對(duì)應(yīng)測(cè)溫端溫度的溫差電動(dòng)勢(shì)電壓值。 實(shí)際上所測(cè)量的不是回路中的電 流而是基準(zhǔn)端的開(kāi)路電壓，基準(zhǔn)端通過(guò)把碎冰和水裝入真空瓶中保持 0 度。利用此效果，只要知道一端接點(diǎn)除的溫度，就可以測(cè)出另一端接點(diǎn)溫度，就可以測(cè)出另一接點(diǎn)溫度。 5． 4． 1．熱電偶 兩種不同類(lèi)型的金屬的兩個(gè)端子分別連接在儀器，加熱其中一端，兩端有溫差時(shí)回路中產(chǎn)生電流。測(cè)量溫度最一般的方式是傳感器與被測(cè)對(duì)象接觸一段時(shí)間后，根據(jù)溫度傳感器的指示讀取被測(cè)物體的溫度，如腋下和口腔體溫計(jì)就屬于此類(lèi)，這樣的溫度傳感器成為接觸式溫 度傳感器。物理型傳感器則是利用某些材料本身物理性質(zhì)的變化而實(shí)現(xiàn)測(cè)量，它是以半導(dǎo)體、電介質(zhì)、鐵電體等作為敏感材料的固態(tài)器件。 此外，傳感器通常也可按結(jié)構(gòu)型和物理型分類(lèi)。 （ 2）現(xiàn)有傳感器的測(cè)量原理主要是基于電磁原理和固體物理學(xué)理論。 傳感器的分類(lèi) 傳感器的種類(lèi)很多，目前尚沒(méi)有統(tǒng)一的分類(lèi)方法，一般常采用的分類(lèi)方法有如下幾種： （ 1）按輸入量分類(lèi) 如輸入量分別為溫度、壓力、位移、速 度、加速度、濕度的非電量時(shí)，則相應(yīng)的傳感器稱(chēng)為溫度傳感器、壓力傳感器、位移傳感器、速度傳感器、加速度傳感器、濕度傳感器等。 測(cè)量電路：將轉(zhuǎn)換元件輸出的電量變成便于顯示、記錄、控制和處理的有用電信號(hào)的電路稱(chēng)為測(cè)量電路。需要指出的是，并非所 有的傳感器都包括敏感元件和轉(zhuǎn)換元件，如熱敏電阻、光電器件等。如在傳感器中各種類(lèi)型的彈性元河南理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 34 件常被稱(chēng)為敏感元件，并通稱(chēng)為彈性敏感元件。 5. 2 傳感器的組成和分類(lèi) 5. 2. 1 傳感器的組成 傳感器一般由敏感元件、轉(zhuǎn)換 元件和測(cè)量電路三部分組成，有時(shí)還需要加輔助電源，用方塊圖表示，如下圖所示： 圖 51 傳感器的組成方塊圖 敏感元件（預(yù)變換器）：在完成非電量到電量的變換時(shí)，并非所有的非電量都能利用現(xiàn)有手段直接變換成電量，往往是將被測(cè)非電量預(yù)先變換為另一種易于變換成電量的非電量，然后再變換成為電量。除此之外， 傳感技術(shù)還包括如何更好地把傳感元件用于各個(gè)領(lǐng)域的所謂傳感器軟件技術(shù)，如傳感器的選擇、標(biāo)定和接口技術(shù)等。 檢測(cè) (傳 感 )原理指?jìng)鞲衅鞴ぷ鲿r(shí)所依據(jù)的物理效用、化學(xué)效應(yīng)和生物反映等機(jī)理，各種功能材料則是傳感器技術(shù)發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)，從某種意義上講，傳感器也就是能感知外界各種被檢信號(hào)的功能材料。采用傳感器技術(shù)的非電量測(cè)量方法，就是目前應(yīng)用非常廣泛的方法。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步和自動(dòng)化水平的提高，對(duì)非電量測(cè)量的精度、靈敏度及河南理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 33 反應(yīng)速度、尤其對(duì)被測(cè)量動(dòng)態(tài)變化過(guò)程的測(cè)量和遠(yuǎn)距離的檢測(cè)都提出了更高的要求，原有的對(duì)非電量的測(cè)量方法已無(wú)法適應(yīng)這一需要。傳感器是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)和自動(dòng)控制的首要環(huán)節(jié)。無(wú)論是搭載在衛(wèi)星上的監(jiān)視地球的紅外傳感器機(jī)器人視覺(jué)還是觸覺(jué)傳感器等，對(duì)從傳感器來(lái)到的信息進(jìn)行處理是非常重要的。 現(xiàn)在被測(cè)量的范圍范圍更為廣泛，不僅有人體心電、腦波等體表電位的測(cè)量，甚至生物體的斷面測(cè)量都以司空見(jiàn)慣。最初的測(cè)量對(duì)象是長(zhǎng)度、體積、質(zhì)量和時(shí)間。所以從廣義的角度來(lái)說(shuō)，信號(hào)檢出器和信號(hào)處理器部分總稱(chēng)為傳感器。但檢測(cè)儀器所輸出的信號(hào)形式一般為直流電流、直流電壓和數(shù)字信號(hào)等標(biāo)準(zhǔn)形式 ，信號(hào)處理部分的作用就是將各種各樣的傳感器的不同輸出信號(hào)形式換成所希望的信號(hào)形式。葉就是說(shuō)信號(hào)檢出器件就是傳感器。例如在測(cè)量面包烤箱（測(cè)量環(huán)境）的溫度（被測(cè)信號(hào)）時(shí)，將熱敏元件（信號(hào)檢出器件）插入烤箱，熱敏電阻的阻值變隨溫度的變化而變化。 河南理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 32 測(cè)溫儀器一般有信號(hào)檢出器件和信號(hào)處理兩部分組成。采用單片機(jī)對(duì)它們進(jìn)行控制不僅具有控制方便、簡(jiǎn)單和靈活性大等優(yōu)點(diǎn)，而且可以大幅度提高被空溫度的技術(shù)指標(biāo)，從而能夠大大提高產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量。 在工業(yè)生產(chǎn)中，電流、電壓、溫度、壓力、流量、流速和開(kāi)關(guān)量都是常用的主要被空參數(shù)。傳感器技術(shù)是利用 各種功能材料實(shí)現(xiàn)信息檢測(cè)的一門(mén)應(yīng)用技術(shù)。 圖23 鍵盤(pán)設(shè)置外觀圖 河南理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 31 第五章：溫度檢測(cè)電路的設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)的硬件電路由溫度檢測(cè) 信號(hào)放大器 A/D轉(zhuǎn)換和單片機(jī)等電路組成。如圖24 所示。同時(shí)，鍵號(hào)的傳送即段碼單元的內(nèi)容修改采用計(jì)數(shù)方式實(shí)現(xiàn)，計(jì)數(shù)器每記一次數(shù)，鍵號(hào)就存入不同的油價(jià)存儲(chǔ)單元，實(shí)現(xiàn)對(duì)油價(jià)的隨機(jī)修改。鍵盤(pán)設(shè)置如圖 23所示。 河南理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 30 鍵盤(pán)電路 鍵盤(pán)輸入電路通常選接口芯片 8155 或 8255，選并行接口芯片 8255與單片機(jī) 8031 通過(guò) P0 口 ?譯碼器 74LS138?鎖存器 74LS373 及一些上拉電阻相連接，構(gòu)成一個(gè) 3 4 的鍵盤(pán)電路，其中十個(gè)數(shù)字鍵（ 0~9）用來(lái)調(diào)整溫度。矩陣式鍵盤(pán)的按鍵識(shí)別比較復(fù)雜，一般采用掃描法。因此，各按鍵彼此將互相發(fā)生影響，必須將行、列線信號(hào)配合起來(lái)并作適當(dāng)?shù)奶幚恚拍艽_定閉合鍵的位置。 1) 矩陣式鍵盤(pán)的工作原理 按鍵設(shè)置在行、列的交叉點(diǎn)上，行、列線分別連接到按鍵開(kāi)關(guān)的兩端，行線通過(guò)上拉電阻 接到 +5V 上，按鍵不動(dòng)時(shí)，行線處于高電平狀態(tài)，當(dāng)按鍵按下時(shí)，行線狀態(tài)將由與此行線相連的列線電平?jīng)Q定，列線為低電平，則行線電平為低；列線為電平為高，則行線電平也為高。 鍵盤(pán)工作原理 (1) 矩陣連接式非編碼鍵盤(pán) 當(dāng)按鍵較多時(shí)，為節(jié)省引線，可將諸鍵排列成矩陣形式，矩陣式鍵盤(pán)由行線和列線組成，按鍵位于行、列的交叉點(diǎn)上。 （ 3）產(chǎn)生相應(yīng)鍵的代碼（鍵值）。 （ 2）鍵識(shí) 別功能。 鍵盤(pán)接口 在鍵盤(pán)接口設(shè)計(jì)中，為了保證能可靠正確地判斷輸入的鍵值鍵盤(pán)接口應(yīng)具有如下功能： （ 1）鍵掃描功能。 鍵號(hào)是按從左到右，從上到下的順序編排的，按這種編排規(guī)律，各行的首鍵號(hào)依次是 00H、 08H、 10H、 18H；如列線按照 0～ 7的順序，則鍵碼的計(jì)算公式為： 鍵碼＝行號(hào) +列號(hào) 計(jì)算鍵碼之后，再以延時(shí)和掃描的方法等待并判斷釋放。到輸出河南理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 28 口輸出 FCH 時(shí)，行線中有狀態(tài)為低電平者，則閉合鍵找到。 圖 4－ 1 鍵盤(pán)掃描原理圖 行掃描的過(guò)程是：先使輸出口輸出 FEH，然后輸入行線狀態(tài)，后判斷行線狀態(tài)中是否有低電平。 行掃描法的基本原理是這樣的：使一條列線為低電平，如果這條列線上沒(méi)有閉合鍵，則各行線的狀態(tài)都為高電平；如果列線上有閉合鍵，則相應(yīng)的行線變?yōu)榈碗娖健６嗖庞密浖椒?，大約延時(shí) 10～ 20ms 即可。硬件方法就是加去抖動(dòng)電路，從根本上避免抖動(dòng)的產(chǎn)生；軟件方法則有采用時(shí)間延遲以躲過(guò)抖動(dòng)，待信號(hào)穩(wěn)定之后再進(jìn)行鍵掃描。為此，需進(jìn)行去抖動(dòng)處理。因?yàn)殒I就是機(jī)械開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)，由于機(jī)械觸電的彈性及電壓突跳等原因，在觸電閉合或斷開(kāi)的瞬間，會(huì)出現(xiàn)電壓抖動(dòng)。若行線狀態(tài)皆有高電平，則表明無(wú)按鍵按下；若行線狀態(tài)中有低電平，則表明有鍵按下。 鍵盤(pán)的行線一端經(jīng)電阻接 +5V 電源，另一端接單片機(jī)的輸入口，各列線的一端接單片機(jī)的輸出口，另一端懸空。為了得到被按鍵的鍵碼，有專(zhuān)門(mén)的鍵識(shí)別方法。 為了實(shí)現(xiàn)鍵盤(pán)的數(shù)據(jù)輸入功能和命令處理功能，每個(gè)鍵都有一個(gè)處理子程序。非編碼鍵盤(pán)接口技術(shù)的主要內(nèi)容就是入如何確定被按鍵的行列位置，并據(jù)此產(chǎn)生鍵碼。所謂鍵，實(shí)際上就是一個(gè)機(jī)械開(kāi)關(guān)。 在單片機(jī)中使用的都是非編碼鍵盤(pán)，因?yàn)榉蔷幋a鍵盤(pán)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉。 8155 的 PB0PB3 輸出經(jīng)一個(gè)四路反相驅(qū)動(dòng)器以實(shí)現(xiàn)反 相和提高驅(qū)動(dòng)能力，然后再接各 LED 顯示器的位控端。利用驅(qū)動(dòng)器是為了滿(mǎn)足負(fù)載電流的要求。 圖 2－ 9 6 位 LED 顯示接口 河南理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 26 本設(shè)計(jì)采用 8155 作 LED 顯示器接口，用 4 位 LED 顯示爐溫。段控線的負(fù)載電流約為 8mA。由于位控線的驅(qū)動(dòng)電流較大， 8 段全亮?xí)r，約為 40～ 60mA，因此， PC 口輸出加了 74LS06， 以實(shí)現(xiàn)反相和提高驅(qū)動(dòng)能力，然后再接各 LED 顯示器的位控端。 例如使用 8155 作 6 位 LED 顯示器的接口電路，如圖 2－ 9所示。為了實(shí)現(xiàn) LED 顯示器的動(dòng)態(tài)掃描，除了要給顯示器提供段（字型代碼）的輸入之外，還要對(duì)顯示器加位的控制，這就是通常所說(shuō)的段控和位控。 3． 3 顯示部分總體框圖及接口設(shè)計(jì) 對(duì)于多位的 LED 顯示器，通常都采用動(dòng)態(tài)掃描的方法進(jìn)行顯示，即逐個(gè)的循環(huán)點(diǎn)亮各位顯示器。可以直接利用 MOVX A,DPTR 或 MOVX 河南理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 24 DPTR,A 指令完成這三個(gè)口的讀 /寫(xiě)（輸入 /輸出）操作。使用 A,B,C 三個(gè)口時(shí) ，首先向命令寄存器寫(xiě)入一個(gè)控制字以確定三個(gè)口的工作方式。 A,B,C 三個(gè)口可以作為擴(kuò)展的 I/O 口使用， MCS－ 51 單片機(jī)的 PO 口與 8155 的 AD0～ AD7 相連。若計(jì)數(shù)器已在運(yùn)行，則當(dāng)達(dá)到當(dāng)前計(jì)數(shù)值后，再按新的方式和計(jì)數(shù)長(zhǎng)度予以啟動(dòng)。若未啟動(dòng)定時(shí)器，則無(wú)操作。 表 31 命令表 TM2 TM1 功 能 00 不影響定時(shí)器工作 01 若計(jì)數(shù)器未啟動(dòng)，則無(wú)操作；若計(jì)數(shù)器已運(yùn)行，則停止計(jì)數(shù)。有四種情況： 2） 8155 的狀態(tài)字格式 狀態(tài)寄存器末 8 位，各位均可鎖存，其中最高位為任意位，低 6 位用于存放 I/O 接口的狀態(tài)，另一位作指示定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器的狀態(tài)。“ 0”－禁止；“ 1”－允許?！?0”－禁止；“ 1”－允許。 當(dāng) 8155 的 A、 B、 C 三個(gè)端口被定義為基本 I/O 口使用時(shí)，可以直接利用 MOVX 類(lèi)指令完成對(duì)這三個(gè)口的讀 /寫(xiě)（輸入 /輸出）操作。 D D2 位 (PCⅡ 、 PCⅠ )：定義 PC0～ PC5 的工作方式。 D1 位 (PB)：定義 PB0～ PB7 數(shù)據(jù) 信息傳送的方向。 D0 位 (PA)：定義 PA0～ PA7 數(shù)據(jù)信息傳送的方向。其中低 4 位（ D0～ D3 位）用來(lái)定義 PA、 PB 和 PC 接口的工作方式；當(dāng) PC用于控制 PA或 PB的端口工作時(shí)，第 4， 5 兩位分別用來(lái)允許或禁止 PA和 PB的中斷；而最高兩位（ D6， D7 兩位）則用來(lái)定義計(jì)數(shù)器 /計(jì)時(shí)器的工作方式。因此，命令寄存器和狀態(tài)寄存器的地址為一個(gè)通道地址：這兩個(gè)寄存器簡(jiǎn)稱(chēng) 為命令 /狀態(tài)寄存器，有時(shí)以 C/S 寄存器來(lái)表示。上面已經(jīng)敘述， 8155 的命令寄存器和狀態(tài)寄存器分別為各自獨(dú)立的 8 位寄存器。 3． 3 8155 的命令字格式與狀態(tài)字 使用 8155 的 A、 B、 C 三個(gè)轉(zhuǎn)接口、隨機(jī)存儲(chǔ)器以及計(jì)數(shù)器 /計(jì)時(shí)器時(shí)，應(yīng)先向命令寄存器寫(xiě)入一個(gè)控制字以確定他們的工作方式。 8） TIMNR