【正文】 D采集到的電壓減小，說明A/D可以采集到數(shù)據(jù)。將編寫好的A/D測(cè)試程序結(jié)合顯示程序來測(cè)試A/D轉(zhuǎn)換電路。分別用萬用表測(cè)量各通道溫度傳感器的輸出電壓和經(jīng)過放大后的輸出電壓，計(jì)算出是否為預(yù)期的放大倍數(shù)，如果有偏差可以通過調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻來調(diào)整電壓放大倍數(shù)。 放大電路測(cè)試 測(cè)試4路電壓放大電路能否按預(yù)期的進(jìn)行電壓放大。然后檢察電路圖和PCB圖是否有誤，將電路檢察并確保無誤后。 LCD1602顯示測(cè)試測(cè)試電路板中的顯示電路LCD1602是否能正常顯示數(shù)字或字符。然后接通過電源，用萬用表測(cè)量測(cè)量各輸出電壓端的輸出電壓是否正確。這樣既方便錯(cuò)誤的檢查，又能提高效率。焊接元件時(shí)要將電路板與PCB對(duì)照著，注意元件的封裝是否與實(shí)物相對(duì)應(yīng)，防止焊接錯(cuò)；在焊接電阻時(shí)，需要用萬用表測(cè)出阻值的大小，確保阻值的大小是對(duì)的；電路板焊接好之后，要仔細(xì)檢察電路板是否有短路、斷路、虛焊等，確保電路連接的正確性.（6）電路板檢察無誤之后，接下來就是電路板的調(diào)試，通過將編譯好的程序下載到單片機(jī)，進(jìn)行驗(yàn)證硬件和軟件的正確與否。同時(shí)在進(jìn)行打孔時(shí)要注意安全。（4）將腐蝕好的電路板進(jìn)行打孔，在進(jìn)行打孔時(shí)要注意適當(dāng)?shù)倪x擇鉆針的大小，不同的元件可能需要的插孔不一定相同。然后腐蝕電路板，腐蝕后需要檢查是否存在有銅皮未腐蝕完的現(xiàn)象。在把打印的PCB圖印到電路板之前，先要把銅板用砂紙擦干凈，以免有雜質(zhì)影響電路圖的印制；然后通過熨斗將油印好的PCB燙到覆銅板上,在用熨斗燙覆銅板時(shí)要仔細(xì)，并且毎個(gè)地方都要燙到，直到看到清晰的電路輪廓。然后對(duì)軟件繪制的PCB板圖進(jìn)行檢查，看是否存在有短路和斷路、錯(cuò)誤連線等一些情況的出現(xiàn)。 圖54 串口數(shù)據(jù)接收仿真6 調(diào)試及軟件驗(yàn)證 制作流程要點(diǎn) 下面分步驟介紹制作流程要點(diǎn)：（1）使用DXP 2004 SP2軟件繪制出電路的原理圖，然后生成PCB圖，由于此次硬件放大電路需要用到較多的元器件，因此為了方便布線，選擇使用雙面板布線。從下圖接收到的數(shù)據(jù)分析可知，串口仿真成功。設(shè)置好串口調(diào)試助手之后，運(yùn)行仿真程序，點(diǎn)擊串口調(diào)試助手中打開串口按鈕，若可以進(jìn)行正常的串口通信，接收窗口將會(huì)顯示單片機(jī)發(fā)送來數(shù)據(jù)。在進(jìn)行串口通信仿真前需要設(shè)置好仿真原理圖中的串口，其串口參數(shù)設(shè)置如圖53所示，選擇串口號(hào)COM1，其中串口波特率為9600,數(shù)據(jù)為8位，停止位1位，沒有奇圖52 虛擬串口偶校驗(yàn)位。在上圖的仿真原理圖中只實(shí)現(xiàn)了溫度傳感器、放大電路、A/D轉(zhuǎn)換電路和LCD1602顯示電路的仿真，而串口通信并未實(shí)現(xiàn)仿真。下位機(jī)硬件電路仿真原理圖如圖51所示， 圖51 硬件電路原理仿真圖圖中只畫出了4路放大電路中其中的1路放大電路，其它3路放大與其完全相同。圖413 溫度報(bào)警程序5 原理圖電路仿真 為了更進(jìn)一步確保本方案設(shè)計(jì)的可以行，在進(jìn)行硬件電路實(shí)物的制作之前，先通過使用仿真軟件對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行軟件仿真。在程序設(shè)計(jì)中使用條件結(jié)構(gòu)來判斷是否執(zhí)行報(bào)警程序，將各路采集到的溫度度值與設(shè)定的溫度值進(jìn)行比較，若有其中一路溫度值超過了設(shè)定的溫度值，則條件結(jié)構(gòu)判斷為真，則執(zhí)行報(bào)警程序。圖412 讀取歷史數(shù)據(jù)顯示程序 采集速率和溫度報(bào)警 在進(jìn)行數(shù)據(jù)采集時(shí)，數(shù)據(jù)采集過快或者過慢都不方便對(duì)的數(shù)據(jù)的觀察和分析，在程序設(shè)計(jì)中可以讓用戶可以在人機(jī)交互界面上設(shè)定想要的采集速率；其次就在不同的場(chǎng)合，溫度最高上限也不一樣，同樣在設(shè)計(jì)中出應(yīng)該考慮到用戶可以設(shè)定不同的溫度報(bào)警上限值。 圖411 讀取文本文件節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)時(shí)通過按下按鈕來讀取文件里存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)，并在人機(jī)交互界面的歷史數(shù)據(jù)界面上顯示出歷史數(shù)據(jù)，包括歷史溫度曲線圖、歷史溫度強(qiáng)度圖和歷史時(shí)間對(duì)應(yīng)的溫度值。寫入文本文件節(jié)點(diǎn)如圖410所示，將文件路徑設(shè)計(jì)為選擇路徑輸入，在進(jìn)行數(shù)據(jù)采集時(shí)可圖410 寫入文本文件節(jié)點(diǎn)以在人機(jī)交互界面上選擇數(shù)據(jù)文件存儲(chǔ)的路徑。如果圖表顯示已滿，則舊數(shù)據(jù)將從圖表的左邊界移出。在強(qiáng)度圖表上繪制一個(gè)數(shù)據(jù)塊以后，笛卡爾平面的原點(diǎn)將移動(dòng)到最后一個(gè)數(shù)據(jù)塊的右邊。與波形圖表一樣，強(qiáng)度圖表也有一個(gè)來源于此前更新而產(chǎn)生的歷史數(shù)據(jù)，又稱緩沖區(qū)。如需在一次更新中向每條曲線傳送多個(gè)點(diǎn)，可將一個(gè)數(shù)值簇?cái)?shù)組連接到波形圖表，每個(gè)數(shù)值代表各條曲線的單個(gè)y值點(diǎn)。圖49 波形圖表和強(qiáng)度圖表波形圖表是顯示一條或多條曲線的特殊數(shù)值顯示控件，一般用于顯示以恒定速率采集到的數(shù)據(jù)。圖48 數(shù)據(jù)處理子VI各通道數(shù)據(jù)經(jīng)過處理之后，就可以將數(shù)據(jù)輸出到人機(jī)交互界面進(jìn)行顯示，用波形；用波形圖表用來顯示實(shí)時(shí)溫度變化曲線，用強(qiáng)度圖表中顏色的淺深來表示溫度的高低，同時(shí)在人機(jī)交互界面上顯示出各通道的溫度數(shù)值和熱變形誤差。公式節(jié)點(diǎn)的程序設(shè)計(jì)如圖47所示。在子VI中設(shè)計(jì)兩個(gè)輸入?yún)?shù)變量，其中一個(gè)參數(shù)變量是數(shù)組，另一個(gè)參數(shù)變量是數(shù)組的長(zhǎng)度，在程序中對(duì)輸入的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)幀解析。公式節(jié)點(diǎn)在程序中相當(dāng)于一個(gè)數(shù)據(jù)運(yùn)算子程序，可以在公式結(jié)點(diǎn)中進(jìn)行類似于C語言的編程，這樣可以大大減小程序的開發(fā)難度。將讀取的字符數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為字節(jié)數(shù)組，再對(duì)數(shù)組里的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)幀解析，得出想要的數(shù)據(jù)。上位機(jī)程序的編寫要根據(jù)下位機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)幀格式來解碼，這樣才能獲取正確的數(shù)據(jù)。其部分程序設(shè)計(jì)如圖46所示。解決的辦法是使用“Bytes at Port”這個(gè)串口的屬性節(jié)點(diǎn)，這個(gè)屬性節(jié)點(diǎn)讀取當(dāng)前串口緩沖區(qū)有字節(jié)數(shù)，然后將它的輸出連接到VISA READ的“讀取字節(jié)數(shù)”這個(gè)輸入端上即可，這樣當(dāng)前緩沖區(qū)中有多少個(gè)字節(jié)就讀回多少個(gè)，不會(huì)有任何等待，該屬性節(jié)點(diǎn)如圖45所示。 圖44 VISA串口數(shù)據(jù)讀取如圖44所示為串口緩沖區(qū)讀取節(jié)點(diǎn)，通過該節(jié)點(diǎn)可以讀取下位機(jī)發(fā)送到串口數(shù)據(jù)緩沖區(qū)里的數(shù)據(jù)。 圖42 上位主程序流程圖 LABVIEW串口程序設(shè)計(jì)在LABVIEW程序串程序設(shè)計(jì)中，主要用到VISA配置串口、屬性節(jié)點(diǎn)、VISA讀取和簡(jiǎn)單錯(cuò)誤處理等幾部分組成，下面分別簡(jiǎn)單介紹這幾個(gè)節(jié)點(diǎn)的使用。另外還要實(shí)現(xiàn)報(bào)警、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和相關(guān)數(shù)據(jù)采集參數(shù)設(shè)定等功能。圖中開始按鈕可以用來控制數(shù)據(jù)的采集和暫停。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示窗口不僅可以顯示溫度隨時(shí)的變化曲線，以及用強(qiáng)度圖表中用顏色淺深來表示溫度大小。在進(jìn)行數(shù)據(jù)顯示時(shí)，除了顯示溫度值外，還顯示出采集到溫度所對(duì)應(yīng)的時(shí)間。除此之外，還顯示出模擬的數(shù)控機(jī)床熱變形誤差，當(dāng)采集的溫度值超過設(shè)計(jì)的溫度上限時(shí)，報(bào)警指示燈就會(huì)閃爍并發(fā)出報(bào)警聲。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)窗口主要是用于實(shí)現(xiàn)4路溫度數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)顯示、實(shí)時(shí)溫度變化曲線顯示及實(shí)時(shí)溫度強(qiáng)度圖顯示。 //發(fā)送單字節(jié)函數(shù) dat++。\039。 //判斷是否發(fā)送完 TI=0。 圖36 串口通信程序流程圖 在進(jìn)行串口通信程序編寫時(shí)，編寫單字節(jié)發(fā)送函數(shù)和字符串發(fā)送函數(shù)，其中部分程序代碼如下：void Sent_Byte(uchar dat) //發(fā)送單字節(jié)函數(shù){ SBUF=dat。} } 串口通信程序 串口通信程序主要包括串口的初始化、串口數(shù)據(jù)發(fā)送，其中串口的初始化主要是用于設(shè)置波特率。 //設(shè)定初始地址 while(*P){ Write__or_dat(*P,1)。 //確定字符顯示的位置函數(shù) Write__or_dat(Value,1)。LCD1602顯示驅(qū)動(dòng)程序流程圖如圖35所示。當(dāng)RS為高電平，RW為高電平時(shí)為寫數(shù)據(jù)操作，LCD就會(huì)將接收到的數(shù)據(jù)在液晶屏上顯示出來。LCD1602的寫操作時(shí)序如圖34所示。 //若輸出為1則與0x01相或} } LCD1602顯示驅(qū)動(dòng)程序LCD顯示驅(qū)動(dòng)程序在進(jìn)行數(shù)據(jù)的顯示時(shí)，先要對(duì)LCD寫入初始化控制命令字，初始化成功之后，寫入數(shù)據(jù)地址控制命令，再寫入數(shù)據(jù)才能把數(shù)據(jù)顯示出來。CLK=0。i++) //循環(huán)8次讀取1個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù){ val=val1。讀取A/D轉(zhuǎn)換的部分代碼如下：for(i=0。ADC0832驅(qū)動(dòng)程序流程圖如圖33所示。圖32 ADC0832的時(shí)序圖在進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換時(shí)，要用到兩片ADC0832,在進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換時(shí)，先選擇其中一片芯片進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，讀取兩個(gè)通道的值，之后再選擇另外一個(gè)芯片進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，再讀取兩個(gè)通道的值。在第一個(gè)時(shí)鐘脈沖的下降沿之前DI必須保持高電平，表示啟動(dòng)信號(hào)，在第二和第三個(gè)下降沿之前DI輸入的數(shù)據(jù)用于選擇A／Ｄ的轉(zhuǎn)換通道。當(dāng)要進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換時(shí)，必須將CS使能端置低電平并且保持低電平直到轉(zhuǎn)換完全結(jié)束。下位機(jī)的主程序流程圖如圖31所示。在主函數(shù)中，首先對(duì)LCD160ADC082和串口進(jìn)行初始化，然后在一個(gè)大循環(huán)中不停地采集A/D轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)，并通過處理通過串口發(fā)送到上位，同時(shí)再經(jīng)過適當(dāng)?shù)奶幚?，在LCD上顯示出溫度值。在主程序中通過調(diào)用發(fā)送子函數(shù)即可以將數(shù)據(jù)發(fā)送到上位機(jī)。串口通信程序包括串口的初始化配置函數(shù)，串口1個(gè)字節(jié)發(fā)送函數(shù)。將程序設(shè)計(jì)成有兩個(gè)參數(shù)變量和帶返回值的函數(shù)，其中一參數(shù)變量用來選擇對(duì)那片芯片操作，另一個(gè)參數(shù)變量用來選擇轉(zhuǎn)換通道，最后的返回值則為A/D的轉(zhuǎn)換結(jié)果。程序中包括相應(yīng)通道的選擇和對(duì)A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果1個(gè)字節(jié)的讀取。通過在主程序中調(diào)用相應(yīng)的LCD顯示函數(shù)，最終完成4路溫度值的顯示。此次設(shè)計(jì)因?yàn)橐玫酱谕ㄐ牛赃x擇使用串口下載，將代碼下載到相應(yīng)STC89C52的單片機(jī)中去。然后通過穩(wěn)壓芯片L7812和L7912就可以得到穩(wěn)定的正負(fù)12V電壓，把穩(wěn)壓管輸出的正12V作為L(zhǎng)7805的輸入，L7805就可以輸出穩(wěn)定的正5V電壓。而A/D轉(zhuǎn)換芯片、溫度傳感器和單片機(jī)等都需要正5V的工作電壓，選用L7805穩(wěn)壓芯片得到穩(wěn)定的正5V電壓輸出。圖29 穩(wěn)壓電源電路電源電路原理圖如圖29所示。如果能夠提供足夠的散熱片。L78系列是三端正電源穩(wěn)壓芯片，它有一系列固定的固定的正電壓輸出，應(yīng)用十分廣泛。 電源穩(wěn)壓電路 設(shè)計(jì)要求運(yùn)算放大器OP07需要在正負(fù)電源下工作，并且A/D的參考電壓值也需要較穩(wěn)定。其中T1IN和R1OUT分別接單片機(jī)的發(fā)送引腳TXD和接收引腳RXD，MAX232外接5個(gè)1uf電容為經(jīng)典電路的接法，主要實(shí)現(xiàn)振蕩式升壓將單片機(jī)的電平變成符合計(jì)算機(jī)的電平類型。圖28 串口通信電路串口通信電路原理圖設(shè)計(jì)如圖28所示。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。MAX232芯片是美信（MAXIM）公司專為RS232標(biāo)準(zhǔn)串口設(shè)計(jì)的單電源電平轉(zhuǎn)換芯片，使用+5V單電源供電。LCD的3引腳用于調(diào)整字符顯示的對(duì)比度，此部分通過外加一個(gè)10K電位器，接電源和地之間來實(shí)現(xiàn)手動(dòng)的調(diào)整，一般當(dāng)對(duì)比度不夠高時(shí)，字符不會(huì)顯示，而增加太多時(shí)會(huì)出現(xiàn)重影，因此合適的對(duì)比度對(duì)于顯示效果比較重要。每次的寫命令，需要將LE控制引腳置為高電平，使能此次寫，平時(shí)狀態(tài)則置為低電平。參考圖27其中RS和RW兩個(gè)引腳用于控制LCD1602的寫操作類型，當(dāng)RS和RW均為0時(shí)，即都為低電平時(shí)，則此次單片機(jī)發(fā)送的8位數(shù)為對(duì)LCD1602的控制命令，通過命令類型的判斷執(zhí)行相應(yīng)的LCD的配置。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和8個(gè)可由用戶自定義的5X7的字符發(fā)生器CGRAM。LCD1602是常用的液晶顯示屏，它顯示的內(nèi)容為162，即可以顯示兩行，每行16個(gè)字符，目前絕大多數(shù)字符液晶基于HD44780液晶芯片的，控制原理是完全相同的，因此基于HD44780寫的控制程序可以很方便地應(yīng)用于市面上大部分的字符型液晶。兩片ADC0832組成的A/D轉(zhuǎn)換電路原理圖如圖26所示。之所以選擇兩片ADC0832作為A/D轉(zhuǎn)換電路，而不是選擇集成有多通道的A/D轉(zhuǎn)換芯片，如ADC0834或ADC0838，而這兩個(gè)芯片在操作時(shí)更復(fù)雜，編寫軟件時(shí)會(huì)降低模擬量采集的速度，若選用常用的轉(zhuǎn)換芯片ADC0809,在頻率為500KHZ時(shí)，轉(zhuǎn)換速度才128us，速度也達(dá)不到。獨(dú)立的芯片使能輸入，使多器件掛接和處理器控制變得更加方便。其內(nèi)部電源輸入與參考電壓復(fù)用，使得芯片的模擬電壓輸入在0～5V之間。 A/D轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)采用兩片分辨率為8位的A/D轉(zhuǎn)換芯片ADC0832將已放大的模擬電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為單片機(jī)可以處理的數(shù)字信號(hào)。分別為輸入輸出電壓，單位為。需要根據(jù)要求計(jì)算各電阻的參數(shù)值。 圖25 單通道電壓放大電路如上圖25所示為三運(yùn)放組成的差分放大電路，其中和都是組成電壓跟隨器，用于增大輸入阻抗減小輸出阻抗。設(shè)計(jì)要求能實(shí)時(shí)快速地采集溫度的變化，對(duì)采集的速度有較高的要求，不能通過模擬開關(guān)來分時(shí)放大每一通道的電壓信號(hào)，而是每個(gè)通道都有各自的放大電路，這樣就可以大大提高溫度采集的速度。溫度傳感器TC1047在0℃到40℃的電壓輸出范圍為到，每變化一度，℃。OP07同時(shí)具有輸入偏置電流低各和開環(huán)增益高的特點(diǎn)。OP07芯片是一種低噪聲，非斬波穩(wěn)零的雙極性運(yùn)算放大器集成電路。設(shè)計(jì)中選用的電容為,電阻，所以可以計(jì)算出低通濾波器的截止頻率為:所以滿足截止頻率小于50HZ的要求，RC低通濾波電路原理圖設(shè)計(jì)如圖24所示。RC低通濾波器的截止頻率計(jì)算公式為:其中:為電阻的阻值，單位為。為了使采集到的電壓信號(hào)更加穩(wěn)定可靠，設(shè)計(jì)需要將高于50HZ以上的信號(hào)濾除掉，才能進(jìn)行電壓信號(hào)的放大。濾波電路還可以分為高通、低通、帶通和帶阻濾波器，是一種能使有用頻率信號(hào)通過，同時(shí)抑制無用頻率成分的電路。無源濾波電路的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于設(shè)計(jì)，但它的通帶放大倍數(shù)及其截止頻率都隨負(fù)載而變化，因而不適用于信號(hào)處理要求高的場(chǎng)合。若濾波電路不僅由無源元件，還由有源元件（雙極型管、單極型管、集成運(yùn)放）組成，則稱為有源濾波