【正文】 大小，進而可以調(diào)節(jié)輸出電壓和功率的大小。 輸出通道設(shè)計 溫控箱的功率調(diào)節(jié)方式溫控系統(tǒng)均采用可控硅來實現(xiàn)功率調(diào)節(jié)。當該引腳處于高電平時，不能進行讀操作，當數(shù)據(jù)更新后，該引腳又返回低電平：(13)DOUT串行數(shù)據(jù)輸出端，從片內(nèi)的輸出移位寄存器讀出的串行數(shù)據(jù)由此端輸出。晶體／諧振器可以接在MCLKIN和MCLKOUT兩弓|腳之間，時鐘頻率的范圍為500kHz5MHz；(3)MCLKOUT，當主時鐘為晶體／諧振器時，晶體／諧振器被接在MCLKIN和MCLKOUT之間，如果在MCLKIN引腳處接上一個外部時鐘，MCLKOUT將提供一個反向時鐘；(4) 片選信號，低電平有效；(5) 復(fù)位輸入，低電平有效；(6)AIN2(+)差分模擬輸入逶道2的正輸入端{(7)AINl(+)差分模擬輸入通道1的正輸入端；(8)AINl()差分模擬輸入遙道l的負輸入端；(9)AIN2()差分模擬輸入通道2的負輸入端；(10)REFIN(+)差分基準輸入的正輸入端，基準輸入是差分的，并規(guī)定REFIN(+)必須大于REFIN()，REFIN(+)可以取VDD和GND之間的任何值；(11) ()差分基準輸入的負輸入端，REFIN()可以取VDD和GND之間的任何值，且必須滿足REFIN(+)大于REFIN()；(12)DRDY邏輯輸出，這個輸出端上的邏輯低電平表示可以從AD7705的數(shù)據(jù)寄存器獲取新的輸出字。圖6 AD7705引腳圖AD7705引腳功能描述如下：(1)SCLK串行時鐘，將一個外部的串行時鐘加于這一輸入端口，以訪問AD7705的串行數(shù)據(jù)。工作電壓3V或5V，在3VI作電壓時，器件的最大功耗僅為lmW。能直接將傳感器測量到的多路微小信號進行A／D轉(zhuǎn)換。AD7705是AD公司生產(chǎn)的16位ΣΔ型A／D轉(zhuǎn)換器。傳統(tǒng)的電路設(shè)計方法是在A／D轉(zhuǎn)換前增加一級高精度的測量放大器，這樣就增加了成本，電路也較為復(fù)雜。目前有很多類型的A／D轉(zhuǎn)換芯片，它們在轉(zhuǎn)換速度、轉(zhuǎn)換精度、分辨率以及使用價值上都各具特色，其中大多數(shù)積分型或逐次比較型的A／D轉(zhuǎn)換器對于高精度測量，其轉(zhuǎn)換效果不夠理想。A／D轉(zhuǎn)換器的分辨率以輸出二進制數(shù)的位數(shù)表示；(2)轉(zhuǎn)換時間指A／D轉(zhuǎn)換器從轉(zhuǎn)換控制信號到來開始，到輸出端得到穩(wěn)定的數(shù)字信號所經(jīng)過的時間。完成A／D轉(zhuǎn)換的器件即為A／D轉(zhuǎn)換器。 A／D轉(zhuǎn)換在單片機控制系統(tǒng)中，控制或測量對象的有關(guān)變量，往往是一些連續(xù)變化的模擬量，如溫度、壓力、流量、位移、速度等物理量。對這100組溫度和電壓數(shù)據(jù)利用最小二乘法進行擬合，求出溫度與電壓關(guān)系的三次多項式為： (3)求解出測溫多項式后，在0800℃之間隨機抽取1O個點，對此多項式進行檢驗，其結(jié)果如表1所示。為了減少鉑電阻的飽和特性給溫度測量帶來的誤差，這里采用最小二乘法對鉑電阻的非線性進行優(yōu)化。圖5 鉑電阻溫度／電阻曲線由于本系統(tǒng)中溫控箱的溫度范圍在室溫至600℃之間，故只針對(2)式進行討論。圖3 溫度傳感器電路 圖4 基準電壓源電路鉑電阻溫度傳感器是利用其電阻值隨溫度的變化而變化這一特性進行溫度測量的，根據(jù)IEC(International Electrician Committee)標準7511983： (200℃t0℃) (1) (0℃t850℃) (2)其中，Rt為t℃時的電阻值，Ro為0℃時的電阻值。它是迄今為止同類產(chǎn)品中溫度系數(shù)最低的器件，內(nèi)部有恒溫電路，保證了器件的長期穩(wěn)定性。基準電壓源電路如圖4所示。采用恒流四線制接法的測溫電路中需要用到一個穩(wěn)定的基準電壓源。鉑電阻溫度傳感器采樣電路如圖3所示。按照接線方式的不同又可以分為二線制、三線制和四線制幾種?？紤]到成本，故在本系統(tǒng)中采用工業(yè)級Ptl00鉑電阻作為溫度傳感器。在測量精度方面，工業(yè)鉑電阻的測量穩(wěn)定性和復(fù)現(xiàn)性一般不如標準鉑電阻，這主要有兩個方面的原因，其一是高溫下金屬鉑與周圍材料之間的擴散使其純度受到污染，從而降低了鉑電阻測溫的復(fù)現(xiàn)性能，其二是因為高溫條件下的應(yīng)力退火影響了其復(fù)現(xiàn)性能。由于在本系統(tǒng)中，測溫范圍較大(在室溫到600℃之間)，且要求檢測精度高、穩(wěn)定性好，因此選用Ptl00鉑電阻作為本溫度控制系統(tǒng)的溫度傳感器。與熱電偶、熱敏電阻相比較，鉑的物理、化學(xué)性能都非常穩(wěn)定，尤其是耐氧化能力很強，離散性很小，精度最高，靈敏度也較好。因此，在不同的應(yīng)用場合，應(yīng)選擇不同的溫度傳感器。輸入通道由傳感器、A／D轉(zhuǎn)換等電路組成。圖2 復(fù)位電路和時鐘電路 輸入通道設(shè)計系統(tǒng)輸入通道的作用是將溫控箱的溫度(非電量)通過傳感器電路轉(zhuǎn)化為電量(電壓或電流)輸出，本系統(tǒng)就是將溫度轉(zhuǎn)化為電壓的輸出。采用這種頻率的晶體振蕩器的原因是可以方便的獲得標準的波特率。這個放大器與作為反饋元件的片外晶體諧振器一起構(gòu)成一個自激振蕩器。AT89C52內(nèi)部有一個用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器。復(fù)位電路的接法很多，本系統(tǒng)中采用上電復(fù)位和手動復(fù)位鍵復(fù)位相結(jié)合的方式。單片機的復(fù)位是由外部復(fù)位電路來實現(xiàn)的。存儲器擴展時，AT89C52的P0口作為數(shù)據(jù)總線和低8位地址線，P2口作為高8位地址線。由于AT89C52內(nèi)部存儲器容量不能滿足本系統(tǒng)的需求，所以需要對其存儲器進行擴展。具有超強的三級加密功能，其片內(nèi)閃電存儲器(Flash Memory)的編程與擦除完全用電實現(xiàn)，數(shù)據(jù)不易揮發(fā)，編程／擦除速度快。根據(jù)上面所述的原則，結(jié)合本系統(tǒng)實際情況綜合考慮，本文討論的溫度控制系統(tǒng)選用ATMEL公司生產(chǎn)的AT89C52單片機作為主控模塊的核心芯片。在實際應(yīng)用中，針對不同的需求要選擇合適的單片機，選擇單片機時要注意下幾點：(1)單片機的基本性能參數(shù)，例如指令執(zhí)行速度，程序存儲器容量，中斷能力及I／O口引腳數(shù)量等；(2)單片機的增強功能，例如看門狗，雙串口，RTC(實時時鐘)，EEPROM，CAN接口等；(3)單片機的存儲介質(zhì)，對于程序存儲器來說，F(xiàn)lash存儲器和OTP(一次性可編程)存儲器相比較，最好是選擇Flash存儲器：(4)芯片的封裝形式，如DIP封裝，PLCC封裝及表面貼附封裝等。對于明確的應(yīng)用對象，選擇功能過少的單片機，無法完成控制任務(wù)；選擇功能過強的單片機，則會造成資源浪費，使產(chǎn)品的性能價格比下降。如果實際測得的溫度值超過了系統(tǒng)給定的極限安全溫度，保護電路會做出反應(yīng)，從而保護溫控箱。溫控箱的溫度由Ptl00鉑電阻溫度傳感器檢測并轉(zhuǎn)換成微弱的電壓信號，再通過16位的A／D轉(zhuǎn)換器AD7705轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。硬件總體結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。此外，在設(shè)計PID控制器時，依靠經(jīng)驗和試驗的方法在系統(tǒng)調(diào)試時確定PID控制器的參數(shù)KP、KI、KD，然后用代碼實現(xiàn)了算法。由于整個系統(tǒng)軟件比較復(fù)雜，為了便于編寫、調(diào)試、修改和增刪，系統(tǒng)程序的編制適合采用模塊化的程序結(jié)構(gòu)，故要求整個控制系統(tǒng)軟件由許多獨立的小模塊組成，它們之間通過軟件接口連接，遵循模塊內(nèi)數(shù)據(jù)關(guān)系緊湊，模塊間數(shù)據(jù)關(guān)系松散的原則，將各功能模塊組織成模塊化的軟件結(jié)構(gòu)。加之集成開發(fā)環(huán)境KEIL編譯生成的代碼效率很高(僅比匯編語言生成的代碼效率低10％一15％)。這種結(jié)構(gòu)化方式可使程序?qū)哟吻逦?，便于使用、維護及調(diào)試；(2)適用范圍廣和可移植性好同其他高級語言一樣，C語言不依賴于特定的CPU，其源程序具有良好的可移植性。 系統(tǒng)軟件方案分析目前，MCS51單片機的開發(fā)主要用到兩種語言：匯編語言和C語言。本系統(tǒng)選擇AT89C52為核心器件組成的控制系統(tǒng)。目前，市面上的單片機不僅種類繁多，而且在性能方面也各有所長。從實現(xiàn)復(fù)雜系統(tǒng)功能和簡化硬件結(jié)構(gòu)的角度出發(fā)，SOC是實現(xiàn)溫度控制系統(tǒng)的最佳選擇，但目前市場上SOC的價格還比較昂貴，并且SOC的封裝形式幾乎都采用貼片式封裝，不利于實驗電路板的搭建。SOC芯片通常含有一個微處理器核(CPU)，同時，它還含有多個外圍特殊功能模塊和一定規(guī)模的存儲器(RAM和ROM)，并且這種片上系統(tǒng)一般具有用戶自定義接口模塊，使得其功能非常強大，適用領(lǐng)域也非常廣。另外，隨著微電子技術(shù)和半導(dǎo)體工業(yè)的不斷創(chuàng)新和發(fā)展，片上系統(tǒng)SOC(System On Ch