【正文】 積20平方米測試儀器：數(shù)字萬用表，溫度計0100℃ 測試方法系統(tǒng)正常運行后，用溫度計測量紙盒內(nèi)的溫度，并分別記錄溫度計的值、DS18B20的測量值和按鍵設(shè)定值，經(jīng)過多次取值后，進(jìn)行誤差分析。電路板的焊接過程中，要邊焊接邊對焊點和元件進(jìn)行監(jiān)測，以防止出現(xiàn)虛焊、短路、斷路等情況。拐角走線，使用45176。根據(jù)原理圖212和圖29，選擇每個電子元件合適的封裝，然后把握盡量不相交以避免跳線的布線原則，不斷嘗試改變每個電子元件的位置，做出比較科學(xué)的布線圖，所布PCB板如圖51所示。圖43 DS18B20模塊流程圖5 樣機(jī)制作 PCB板制作前文中在介紹了加熱方式和單片機(jī)控制原理的基礎(chǔ)上，現(xiàn)繪制PCB板。再發(fā)起跳過ROM匹配操作命令，然后讀暫存器，將轉(zhuǎn)換結(jié)果讀出，并轉(zhuǎn)為顯示碼，送到數(shù)碼管顯示。一旦單片機(jī)檢測到應(yīng)答脈沖，便發(fā)起跳過ROM匹配操作命令。繼電器動作后，程序回到顯示當(dāng)前程序，并開始循環(huán)，功能如圖42。有按鍵按下的時候進(jìn)入按鍵處理程序。按下SW2進(jìn)入溫度控制點遞增的程序、按下SW3進(jìn)入溫度控制點遞減的程序。圖41　主程序結(jié)構(gòu)圖 主程序流程圖程序開始的時候先設(shè)置初始化，然后就控制數(shù)碼管顯示當(dāng)前溫度。繼電器控制程序：控制繼電器動作。溫度信號處理程序：對溫度芯片送過來的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，進(jìn)行判斷和顯示。 4 系統(tǒng)程序的設(shè)計 程序結(jié)構(gòu)框圖主程序調(diào)用了5個子程序，分別是數(shù)碼管顯示程序、鍵盤掃描及按鍵處理程序、溫度信號處理程序、繼電器控制程序。 ③ 目前支持的單片機(jī)類型有：68000系列、8051系列、AVR系列、PIC12系列、PIC16系列、PIC18系列、Z80系列、HC11系列以及各種外圍芯片。 該軟件的特點： ① 全部滿足我們提出的單片機(jī)軟件仿真系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)，并在同類產(chǎn)品中具有明顯的優(yōu)勢。由于高精度溫度是一個具體的實物，因此在設(shè)計中要進(jìn)行實物制作，為了方便制作，我們要用到Protel 99SE進(jìn)行原理圖設(shè)計。Protel 99SE 由兩大部分組成：電路原理圖設(shè)計（Advanced Schematic）和多層印刷電路板設(shè) 計（Advanced PCB）。 Protel 99SE 電路板設(shè)計軟件Protel 99SE是Prokl Technology公司開發(fā)的基于Windows環(huán)境下的電路板設(shè)計軟件。在開發(fā)大型軟件時更能體現(xiàn)高級語言的優(yōu)勢。 Keil C51軟件提供豐富的庫函數(shù)和功能強(qiáng)大的集成開發(fā)調(diào)試工具，全Windows界面。圖211 DS18B20溫度采集電路 系統(tǒng)總體電路設(shè)計圖212 系統(tǒng)總的原理圖3 應(yīng)用的相關(guān)軟件 Keil C51編輯軟件Keil C51是美國Keil Software公司出品的51系列兼容單片機(jī)C語言軟件開發(fā)系統(tǒng)，與匯編相比，C語言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢，因而易學(xué)易用。其中，1腳GND，2腳為數(shù)據(jù)輸入端，3腳VCC，形成上拉電阻。 DSl8B20工作過程中的協(xié)議初始化 → ROM操作命令 → 存儲器操作命令 → 處理數(shù)據(jù)（1）初始化 單總線上的所有處理均從初始化開始（2）ROM操作命令　 總線主機(jī)檢測到DSl8B20的存在，便可以發(fā)出ROM操作命令，這些命令如表23所示。處理過后把DS18B20的溫度復(fù)制到單片機(jī)的RAM中，里面已經(jīng)是溫度值的HEX碼了，然后轉(zhuǎn)換HEX碼到BCD碼，分別把小數(shù)位，個位，十位，百位的BCD碼存入RAM中。對于DS18B20寫0時序和寫1時序的要求不同，當(dāng)要寫0時序時，單總線要被拉低至少60us，保證DS18B20能夠在15us到45us之間能夠正確地采樣IO總線上的“0”電平，當(dāng)要寫1時序時，單總線被拉低之后，在15us之內(nèi)就得釋放單總線。DS18B20在完成一個讀時序過程，至少需要60us才能完成。（1）讀流程時序?qū)τ贒S18B20的讀時序分為讀0時序和讀1時序兩個過程。而每一次命令和數(shù)據(jù)的傳輸都是從主機(jī)主動啟動寫時序開始，如果要求單總線器件回送數(shù)據(jù)，在進(jìn)行寫命令后，主機(jī)需啟動讀時序完成數(shù)據(jù)接收。該協(xié)議定義了幾種信號的時序：初始化時序、讀時序、寫時序。從而，對讀寫的數(shù)據(jù)位有著嚴(yán)格的時序要求。DSI8B20完成溫度轉(zhuǎn)換后，就把測得的溫度值與TH做比較，若TTH或TTL，則將該器件內(nèi)的告警標(biāo)志置位，并對主機(jī)發(fā)出的告警搜索命令做出響應(yīng)。單片機(jī)可通過單線接口讀到該數(shù)據(jù)，讀取時低位在前，高位在后，℃／LSB形式表示。 當(dāng)DSI8B20接收到溫度轉(zhuǎn)換命令后，開始啟動轉(zhuǎn)換。3VDD外接供電電源輸入端，當(dāng)工作于寄生電源時，此引腳必須接地。以上特點使DS18B20非常適用于遠(yuǎn)距離多點溫度檢測系統(tǒng)。DS18B20具有3引腳TO－92小體積封裝形式；溫度測量范圍為－55℃～＋125℃，可編程為9位～12位A/D轉(zhuǎn)換精度，℃、℃、℃℃，被測溫度用符號擴(kuò)展的16位數(shù)字量方式串行輸出，支持3V～，使系統(tǒng)設(shè)計更靈活、方便，其工作電源既可在遠(yuǎn)端引入，也可采用寄生電源方式產(chǎn)生。DS18B20的信息僅需要一根接口線（單線接口）讀寫，因而使用DS18B20可使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更趨簡單，可靠性更高。可直接與單片機(jī)通信，讀取測溫數(shù)據(jù)，電路簡單。：如圖29 加熱模塊電路 溫度采集模塊設(shè)計方案本設(shè)計溫度信號為模擬信號，要對溫度進(jìn)行控制和顯示，所以要把模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量。由于此電路在整個電路中起到負(fù)反饋的作用，而根據(jù)集成放大電路的作用反推回去可以知道=1v時，=，從而算出通過場效應(yīng)管的電流大小，從而確定電路加熱的快慢程度，也可通過改變電阻R5來改變電路大小來讓電路達(dá)到理想的加熱效果，當(dāng)然由于場管發(fā)熱太快而且被用來作為加熱器件為了讓空氣溫度更快速的熱起來，我們在場效應(yīng)管上加了一個散熱片。(四) 同比例放大電路簡單分析同比例放大電路如圖28。造成音質(zhì)模糊，清晰度下降，所以，有一部分功放的末級采用了無大環(huán)路負(fù)反饋的電路，試圖通過斷開負(fù)反饋回路來消除大環(huán)路負(fù)反饋的帶來的弊端。 電壓跟隨器的另外一個作用就是隔離，在HIFI音響電路中，關(guān)于負(fù)反饋的爭議已經(jīng)很久了，其實，如果真的沒有負(fù)反饋的作用，相信絕大多數(shù)的放大電路是不能很好的工作的。起到承上啟下的作用。因為，電壓放大器的輸出阻抗一般比較高，通常在幾千歐到幾十千歐，如果后級的輸入阻抗比較小，那么信號就會有相當(dāng)?shù)牟糠謸p耗在前級的輸出電阻中。輸出阻抗低，通?？梢缘綆讱W姆，甚至更低。(三) 電壓跟隨器簡介電壓跟隨器，顧名思義，就是輸出電壓與輸入電壓大小是相同的，就是說，電壓跟隨器的電壓放大倍數(shù)小于且接近1。 3V ～177。1NA；6) 高的共模抑制比—126dB；7) 寬的共模輸入電壓范圍—177。3V至177。3) 低失調(diào)電壓漂移： ℃ 。特點：1) 超低偏移： 150μV最大 。OP07同時具有輸入偏置電流低（OP07A為177。圖27 OP07的管腳示意圖OP07芯片是一種低噪聲，非斬波穩(wěn)零的雙極性運算放大器集成電路。在本次設(shè)計我們運用了型號為IRF540，在此電路中起電壓控制的作用，通過IRF540的柵極的控制來通過壓降來使其產(chǎn)生熱量，但是由于壓降太大容易遭成在同一電源下不能正常工作，從而要在外界加以格外的直流電源為其提供12v電源和1A的電流。通過由上圖的理解我們不難理解圖27中間那個運算放大器和場效應(yīng)管以及反饋電路構(gòu)成了一個恒流負(fù)載電路，通過輸入電路的電壓1V、0V之間的切換來控制加熱器件場效應(yīng)管和功率電阻發(fā)熱快慢程度，從而使溫度達(dá)到恒溫的效果。如給定VREF 為10MV，R3 歐時電路恒流為1A，改變VREF 可改變恒流值，VREF 可用電位器調(diào)節(jié)輸入或用DAC芯片由MCU 控制輸入，采用電位器可手動調(diào)節(jié)輸出電流。(一) 恒流電子負(fù)載電路圖26 恒流電子負(fù)載電路 圖26電路是一個最常用的恒流電路，這樣的電路更容易獲得穩(wěn)定及精確的電流值，R3 為取樣電阻，VREF 是給定信號，電路工作原理是：當(dāng)給定一個信號時VREF，如果R3 上的電壓小于VREF，也就是OP07 的IN 小于+IN，OP07 加輸出大，使MOS 加大導(dǎo)通使R3 的電流加大。 電子負(fù)載加熱電路電子負(fù)載具有廣泛用途，它可模擬純阻負(fù)載的全部功能，其端口符合歐姆定律，可用于電子穩(wěn)定電源的穩(wěn)定性，瞬態(tài)特性及輸出參數(shù)的測試：也可用于電容器，蓄電池充放電過程的參數(shù)測試及功率元器件的參數(shù)測試等，具有完善的保護(hù)功能，其性能和功能是傳統(tǒng)的滑線電阻器所不能比擬的，該產(chǎn)品可廣泛用于電子、化工、科研生產(chǎn)、計量、教學(xué)等各個領(lǐng)域。通過單片機(jī)控制繼電器開關(guān)來確定輸入電子負(fù)載端的電壓和風(fēng)扇的開關(guān)，雖然在第一次加熱的余溫很高但是在多次風(fēng)扇與功率電阻加熱與降溫的協(xié)調(diào)下達(dá)到恒溫的要求，在程序上選用適當(dāng)?shù)目刂扑惴ǎ梢赃_(dá)到設(shè)計指標(biāo)的效果。采用繼電器控制，使用繼電器可以通過較高的電壓和電流，在正常條件下，工作十分可靠。當(dāng)溫度高于1度時進(jìn)行降溫處理，在設(shè)計制作過程中，我們使用了一個5v驅(qū)動的散熱風(fēng)扇，當(dāng)實際溫度高于設(shè)置溫度1度時用于散熱，當(dāng)溫度低于設(shè)定溫度1度時，開啟加熱設(shè)備，關(guān)閉風(fēng)扇。 溫度調(diào)節(jié)裝置模塊設(shè)計方案經(jīng)過多次思考關(guān)于加熱的方式時，我們借鑒了精確加熱設(shè)計理念，但又不同于傳統(tǒng)的采用DA轉(zhuǎn)換，我們采用了幾個電阻分壓的方式來給加熱電路提供不同電壓，本設(shè)計使用電子負(fù)載電路進(jìn)行加熱，控制電子輸入端的電壓即可以控制加熱的速度。fosc可在2MHZ—12MHZ選擇。圖24 時鐘電路內(nèi)部方式：在XTAL1和XTAL2端外接石英晶體作定時元件，內(nèi)部反相放大器自激振蕩，產(chǎn)生時鐘。時鐘電路就是提供單片機(jī)內(nèi)部各種操作的時間基準(zhǔn)的電路，沒有時鐘電路單片機(jī)就無法工作。 時鐘(晶振)電路時鐘電路對單片機(jī)系統(tǒng)而言是必需的。按鍵復(fù)位是利用開關(guān)按鈕來實現(xiàn)的，即通電后，按下開關(guān)，使得瞬間RST端的電位與VCC相同，隨著電容上儲能增加，電容電壓也增大，充電電流減少，RST端的電位逐漸下降。本次設(shè)計中采用按鍵復(fù)位的方法進(jìn)行復(fù)位操作。高電平有效的持續(xù)時間應(yīng)為24個振蕩周期以上。 復(fù)位電路RST引腳是復(fù)位信號的輸入端。圖22 STC89C52 管腳示意圖EA/Vpp: 片外程序存儲器選擇端。(4) 控制線引腳RST: 復(fù)位端。—: 一組內(nèi)部帶上拉電阻的8位準(zhǔn)雙向I/O口?！獈A15: 一組內(nèi)部帶上拉電阻的8位準(zhǔn)雙向I/O口，可驅(qū)動4個TTL門電路。當(dāng)訪問片外存儲器時，用作地址/總線分時復(fù)用口線。(3) I/O引腳—~AD7: 一組8位漏極開路型雙向I/O口，也是地址/總線復(fù)用口。STC89C52共有40個引腳，大致可分為4類：(1) 電源引腳VCC:電源端（+5V）； VSS: 接地端(GND)。STC89C52有40條引腳。由此可見，STC89C52單片機(jī)算術(shù)運算功能強(qiáng)，軟件編程靈活、自由度大，可用軟件編程實現(xiàn)各種算法和邏輯控制，并且其功耗低、體積小、技術(shù)成熟和成本低，適用本設(shè)計需求。STC89C52是美國ATMEL