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高精度溫度巡檢儀設(shè)計(jì)畢業(yè)論文-在線瀏覽

2024-08-07 17:30本頁面
  

【正文】 XD串行數(shù)據(jù)接收TXD串行數(shù)據(jù)發(fā)送INT0外部中斷0請(qǐng)求INT1外部中斷1請(qǐng)求T0定時(shí)器0外部事件計(jì)數(shù)輸入T1定時(shí)器1外部事件計(jì)數(shù)輸入WR外部RAM寫選通RD外部RAM讀選通P2口(Pin21~Pin28):是一個(gè)8位準(zhǔn)雙向I/O口,~。在訪問外部存儲(chǔ)器時(shí),P2口作為高8位地址的輸出端口。P1口(Pin1~Pin8):是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的8位準(zhǔn)雙向I/O口,~。P1口可以驅(qū)動(dòng)4個(gè)LSTTL負(fù)載,不用外接上拉電阻即可驅(qū)動(dòng)MOS輸入[4]。在對(duì)外部存儲(chǔ)器進(jìn)行存取操作的時(shí)候作為低8位地址及數(shù)據(jù)總線(此時(shí)內(nèi)部上拉電阻有效),該口作為通用I/O口使用時(shí),需要外接上拉電阻。P0口能驅(qū)動(dòng)8個(gè)LSTTL負(fù)載。整個(gè)系統(tǒng)采用串行通信方式0進(jìn)行數(shù)據(jù)的讀入,特殊功能寄存器 SCON用于串口操作方式選擇和對(duì)它進(jìn)行控制,下面對(duì)其進(jìn)行簡單介紹。 SCON 特殊功能寄存器a) RI:接收中斷標(biāo)志。當(dāng) RI=1 時(shí),申請(qǐng)中斷,要求 CPU 取走數(shù)據(jù)。b) TI:發(fā)送中斷標(biāo)志。當(dāng) TI=1 時(shí),申請(qǐng)中斷,CPU 響應(yīng)后,發(fā)送下一幀數(shù)據(jù)。c) TB8:是在方式 2 和 3 中要發(fā)送的第 9 位數(shù)據(jù),可由軟件置位或清零。在方式 1 中,若 SM2=0,RB8轉(zhuǎn)載接收到的停止位。e) REN:允許串行接收,由軟件置位或清零,允許接收或禁止接收。g) SM0、SM1:串行口操作方式選擇位。 串口方式選擇SM0SM1方式功能說明波特率000移位寄存器方式fosc/120118位UART可變1029位UARTfosc/32或fosc/641139位UART可變注:系統(tǒng)復(fù)位時(shí),SCON 中的所有位都被清零 最小系統(tǒng)電路設(shè)計(jì),該電路是以AT89S52為核心構(gòu)成,包括晶振電路和復(fù)位電路兩部分。P0口、P2口用于對(duì)五位LED數(shù)碼管的控制。~。除了進(jìn)入系統(tǒng)的正常初始化之外,當(dāng)由于程序運(yùn)行出錯(cuò)或操作錯(cuò)誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)時(shí),為了擺脫困境,也需要按復(fù)位鍵以重新啟動(dòng)。復(fù)位引腳 RST,它是施密特觸發(fā)輸入,當(dāng)振蕩器起振后,在引腳上出現(xiàn) 2 個(gè)機(jī)器周期以上的高電平,使機(jī)器復(fù)位,RST 為低電平后,退出復(fù)位,CPU 從初始狀態(tài)開始工作。時(shí)鐘電路用于產(chǎn)生單片機(jī)工作所需要的時(shí)鐘信號(hào),單片機(jī)本身就是一個(gè)復(fù)雜的同步時(shí)序電路,為了保證同步工作方式的實(shí)現(xiàn),電路應(yīng)在唯一的時(shí)鐘信號(hào)控制下嚴(yán)格地按時(shí)序進(jìn)行工作。單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)高增益反相放大器,XTAL1 和 XTAL2 分別為反相放大器的輸入與輸出端,外接定時(shí)反饋元件以后就組成振蕩器,產(chǎn)生時(shí)鐘送至單片機(jī)的內(nèi)部各個(gè)部件。晶體振蕩頻率選擇12MHz,電容值選擇33pF,電容值的大小可對(duì)頻率起微調(diào)的作用。鉑電阻是用很細(xì)的鉑絲 (~)繞在云母支架上制成,是國際公認(rèn)的高精度測(cè)溫標(biāo)準(zhǔn)傳感器。因此鉑電阻在中溫 (200~650℃)范圍內(nèi)得到廣泛應(yīng)用。它的電阻—溫度關(guān)系的線性度非常好, 所示是其電阻—溫度關(guān)系曲線,在 200~650℃溫度范圍內(nèi)線性度已經(jīng)非常接近直線。采用 Pt100測(cè)量溫度一般有兩種方案 : 方案1設(shè)計(jì)一個(gè)恒流源通過 Pt100熱電阻,通過檢測(cè) Pt100上電壓的變化來換算出溫度[3]。兩種方案的區(qū)別只在于信號(hào)獲取電路的不同,其原理上基本一致, 。Pt100接入電橋采用三線制可進(jìn)一步減小導(dǎo)線對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。 所示 溫度信號(hào)處理電路 多路選擇器模塊 多路選擇器選型多路選擇器選擇CD4051?!癐NH”是禁止端,當(dāng)“INH”=1時(shí),各通道均不接通。例如,若模擬開關(guān)的供電電源VDD=+5V,VSS=0V,當(dāng)VEE=-5V時(shí),只要對(duì)此模擬開關(guān)施加0~5V的數(shù)字控制信號(hào),就可控制幅度范圍為-5V~+5V的模擬信號(hào)。U2與U3的第3管腳分別接A/D7705的模擬輸入端。 多路選擇器電路 模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊 A/D轉(zhuǎn)換器選型A/D7705是用于低頻測(cè)量系統(tǒng)的前端器件,它分辨率高,且有節(jié)電模式,能夠滿足高精度和低功耗的要求。要想使用A/D7705,必須先了解其16個(gè)引腳的功能,其功能表述如下: SCLK 串行時(shí)鐘,施密特邏輯輸入。該串行時(shí)鐘可以是連續(xù)時(shí)鐘以連續(xù)的脈沖串傳送所有數(shù)據(jù) 。能以晶體/諧振器或外部時(shí)鐘的形式提供。此外,MCLK IN 也可用CMOS 兼容的時(shí)鐘驅(qū)動(dòng),而MCLK OUT 不連接。如果在MCLK IN 引腳處接上一個(gè)外部時(shí)鐘,MCLK OUT 將提供一個(gè)反相時(shí)鐘信號(hào)。如果用戶不需要,MCLK OUT 可以通過時(shí)鐘寄存器中的CLK DIS 位關(guān)掉。將該引腳接為低電平,A/D7705 能以三線接口模式運(yùn)行 (以SCLK、DIN和DOUT與器件接口)。低電平有效的輸入,將器件的控制邏輯、接口邏輯、校準(zhǔn)系數(shù)、數(shù)字濾波器和模擬調(diào)制器復(fù)位至上電狀態(tài) AIN2(+) 對(duì)于A/D7705,差分模擬輸入通道2 的正輸入端 AIN1(+) 對(duì)于A/D7705,差分模擬輸入通道1 的正輸入端 AIN1() 對(duì)于A/D7705,差分模擬輸入通道1 的負(fù)輸入端 REF IN(+) 基準(zhǔn)輸入端?;鶞?zhǔn)輸入是差分的,并規(guī)定REF IN(+)必須大于REF IN()。A/D7705 差分基準(zhǔn)輸入的負(fù)輸入端。這個(gè)輸出端上的邏輯低電平表示可從A/D7705 的數(shù)據(jù)寄存器獲取新的輸出字。如果在兩次輸出更新之間,不發(fā)生數(shù)據(jù)讀出,DRDY 將在下一次輸出更新前500 tCLKIN 時(shí)間返回高電平。當(dāng)數(shù)據(jù)被更新后,DRDY 又將返回低電平。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。向片內(nèi)的輸入移位寄存器寫入的串行數(shù)據(jù)由此輸入。對(duì)AD7705進(jìn)行初始化時(shí),需要向指定的寄存器中賦值。下面對(duì)這三個(gè)寄存器簡單介紹:通信寄存器,它管理通道選擇,決定下一個(gè)操作是讀操作還是寫操作,以及下一次讀或?qū)懩囊粋€(gè)寄存器。上電或復(fù)位后,器件等待在通信寄存器上進(jìn)行一次寫操作。此外,通信寄存器還控制等待模式和通道選擇,此外DRDY 狀態(tài)也可以從通信寄存器上讀出。所有與器件的通信必須從寫該寄存器開始。一旦在選定的寄存器上完成了下一次讀操作或?qū)懖僮?,接口返回?通信寄存器接收一次寫操作的狀態(tài)。在接口序列丟失的情況下,如果在DIN 高電平的寫操作持續(xù)了足夠長的時(shí)間(至少32個(gè)串行時(shí)鐘周期),AD7705 將會(huì)回到默認(rèn)狀態(tài)。如果“1”被寫到這位,后續(xù)各位將不能寫入該寄存器。一旦有“0”寫到0 / DRDY 位,以下的7 位將被裝載到通信寄存器。該位的狀態(tài)與 DRDY 輸出引腳的狀態(tài)相同。這3 個(gè)位選擇下次讀/寫操作在8 個(gè)片內(nèi)寄存器中的哪一個(gè)上發(fā)生,(附寄存器大?。?。它不會(huì)保持在繼續(xù)訪問原寄存器的狀態(tài)。這個(gè)位選擇下次操作是對(duì)選定的寄存器讀還是寫。d) STBY 等待模式。在這種模式下,器件消耗的電源電流僅為10μA。寫“0”,器件處于正常工作模式。器件內(nèi)的3對(duì)校準(zhǔn)寄存器用來存儲(chǔ)校準(zhǔn)系數(shù)。這可以作為評(píng)估噪聲性能的一種測(cè)試方法(無外部噪聲源)。 AD7705 的通道選擇CH1CH0AIN(+)AIN()校準(zhǔn)寄存器對(duì)00AIN1(+)AIN1()寄存器對(duì)001AIN2(+)AIN2()寄存器對(duì)110AIN1()AIN1()寄存器對(duì)011AIN1()AIN2()寄存器對(duì)2設(shè)置寄存器,決定校準(zhǔn)模式、增益設(shè)置、單/雙極性輸入以及緩沖模式。 為設(shè)置寄存器各位的說明。在通信寄存器的CH1 和CH2 選中的通道上激活自校準(zhǔn)。開始校準(zhǔn)時(shí) DRDY 輸出腳或 DRDY 位為高電平,自校準(zhǔn)后又回到低電平,這時(shí),在數(shù)據(jù)寄存器產(chǎn)生一個(gè)新的有效字。在通信寄存器的CH1和CH2選中的通道上激活零標(biāo)度系統(tǒng)校準(zhǔn)。在校準(zhǔn)期間,輸入電壓應(yīng)保持穩(wěn)定。校準(zhǔn)結(jié)束時(shí),器件回到正常模式,即MD1 和MD0 皆為011滿標(biāo)度系統(tǒng)校準(zhǔn):在選定的輸入通道上激活滿標(biāo)度系統(tǒng)校準(zhǔn)。在校準(zhǔn)期間,輸入電壓應(yīng)保持穩(wěn)定。校準(zhǔn)結(jié)束時(shí),器件回到正常模式,即MD1和MD0皆為0b) G2G0 增益選擇位。G2G1G0增益設(shè)置0001001201040118100161013211064111128c) B/U單極性/雙極性工作。d) BUF 緩沖器控制。此位處于高電平時(shí),緩沖器與模擬輸入串聯(lián),輸入端允許處理高阻抗源。該位處于高電平時(shí),數(shù)字濾波器的節(jié)點(diǎn)、濾波器控制邏輯和校準(zhǔn)控制邏輯處于復(fù)位狀態(tài)下,同時(shí),模擬調(diào)制器也被控制在復(fù)位狀態(tài)下。FSYNC 不影響數(shù)字接口,也不使 DRDY 輸出復(fù)位(如果它是低電平)。(RSRSRS0=0、0);上電/復(fù)位狀態(tài):05Hex,時(shí)鐘寄存器是一個(gè)可以讀/寫數(shù)據(jù)的8 位寄存器。否則,會(huì)導(dǎo)致器件的非指定操作。邏輯“ 1” 表示阻止主時(shí)鐘在MCLKOUT 引腳上輸出。這種特性使用戶可以靈活地使用MCLKOUT 引腳,例如可將MCLKOUT 做為系統(tǒng)內(nèi)其它器件的時(shí)鐘源,也可關(guān)掉MCLKOUT,使器件具有省電性能。當(dāng)在MCLKIN 和MCLKOUT 之間接一個(gè)晶體振蕩器或一個(gè)陶瓷諧振器,則當(dāng)CLKDIS 位有效時(shí),AD7705 時(shí)鐘將會(huì)停止,也不進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換。CLKDIV 置為邏輯1 時(shí),MCLKIN 引腳處的時(shí)鐘頻率在被AD7705使用前進(jìn)行2 分頻。CLKDIV置為邏輯0,則MCLKIN 引腳處的頻率實(shí)際上就是器件內(nèi)部的頻率。CLK 位應(yīng)根據(jù)AD7705 的工作頻率而設(shè)置。如果器件的主時(shí)鐘頻率為1MHz(CLKDIV=0)或2MHz (CLKDIV=1),則該位應(yīng)置“1”。如果CLK 沒有按照主時(shí)鐘頻率進(jìn)行正確的設(shè)置,則AD7705的工作將不能達(dá)到指標(biāo)。 顯示了濾波器的第一陷波和3dB 頻率。與增益選擇一起,它也決定了器件的輸出噪聲。器件的輸出數(shù)據(jù)率(或有效轉(zhuǎn)換時(shí)間)等于由濾波器的第一個(gè)陷波選定的頻率。當(dāng)這些位改變后,必須進(jìn)行一次校準(zhǔn)。例如,濾波器的第一個(gè)陷波在50Hz,則達(dá)到滿標(biāo)度步進(jìn)輸入的濾波器的穩(wěn)定時(shí)間是80ms(最大)。通過對(duì)步進(jìn)輸入的同步,這個(gè)穩(wěn)定時(shí)間可以減少到3(1/輸出數(shù)據(jù)率)。3dB 頻率取決于可編程的第一個(gè)陷波頻率,按照以下關(guān)系式:濾波器-3dB 頻率=濾波器第一個(gè)陷波頻率CLKFS1FS0輸出更新率濾波器3dB截止頻率00020HZ HZ00125 HZ HZ010100 HZ HZ011200 HZ HZ10050 HZ HZ10160 HZ HZ110250 HZ HZ111500 HZ131 HZ注:假定MCLKIN 腳的時(shí)鐘頻率正確,CLKDIV 位的設(shè)置也是適當(dāng)?shù)?。它采用Σ-Δ技術(shù)來實(shí)現(xiàn)16位A/D轉(zhuǎn)換。實(shí)際上,A/D7705同時(shí)可以對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行片內(nèi)放大、調(diào)制轉(zhuǎn)換和數(shù)字濾波處理。關(guān)于A/D7705基準(zhǔn)電壓的選擇中,為了測(cè)量的精度,沒有直接將電源電壓作為基準(zhǔn)電壓,而是選用專門的穩(wěn)壓集成芯片ASM1117,并且要進(jìn)行去耦處理。 模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊電路整個(gè)系統(tǒng)采用串行通信方式0進(jìn)行數(shù)據(jù)的讀入,從該模塊電路上可以看出,引腳1 SCLK接單片機(jī)AT89S52的引腳11 TXD,使TXD每一個(gè)機(jī)器周期向SCLK輸入一個(gè)同步移位脈沖。AIN1(+)、AIN1()作為差分模擬輸入通道的正負(fù)端,分別與多路選擇器的兩個(gè)輸出口連接,以AIN1()作為輸入信號(hào)的參考點(diǎn),在電源電壓5V、可處理0~+~+。串行數(shù)據(jù)的輸入輸出,要通過軟件控制TI和RI的狀態(tài)。引腳12DRDY接單片機(jī)的引腳12INT0,當(dāng)DRDY=0時(shí),表示此時(shí)可以從A/D7705的數(shù)據(jù)寄存器中獲取新的輸出字。在程序運(yùn)行中,必須先對(duì)A/D7705進(jìn)行初始化處理,而在初始化程序中,我們只需要設(shè)置通信寄存器、時(shí)鐘寄存器和設(shè)置寄存器這三個(gè)寄存器。再者,對(duì)時(shí)鐘寄存器進(jìn)行設(shè)置,寫入0x0c。然后再次設(shè)置通信寄存器,寫入0x10,設(shè)置下一個(gè)寄存器指向設(shè)置寄存器。MD1MD0=01,置自動(dòng)校準(zhǔn);G2G0=111,增益設(shè)置為128;/U=1,表示選擇單極性工作;BUF=1,此位處于高電平時(shí),緩沖器與模擬輸入串聯(lián),輸入端允許處理高阻抗源;FSYNC=0,濾波器同步。在硬件設(shè)計(jì)中將所有位數(shù)碼管的段選線并聯(lián)在一起,由位選線控制是哪一位數(shù)碼管有效。動(dòng)態(tài)掃描顯示的原理是輪流向各位數(shù)碼管送出字形碼和相應(yīng)的位選,利用發(fā)光管的余輝和人眼視覺暫留作用,使人的感覺好像各位數(shù)碼管同時(shí)都在顯示。該方案與靜態(tài)顯示相比,硬件電路比較復(fù)雜,成本較高。在電源電壓為5V時(shí),如果不加限流電阻,則流過發(fā)光二極管的電流會(huì)有幾百毫安,這樣很快會(huì)燒壞發(fā)光二極管[5]。為什么選用共陽極數(shù)碼管呢?因?yàn)?1單片機(jī)中或者是其它的一些集成電路中,它的灌電流要大于其輸出電流,所以要選用共陽極數(shù)碼管,讓P0口以灌電流的方式提供驅(qū)動(dòng)電流,以提高驅(qū)動(dòng)能力。 報(bào)警及鍵盤輸入模塊為了實(shí)現(xiàn)查詢單通道溫度并顯示對(duì)應(yīng)通道和溫度,系統(tǒng)電路中需要增加按鍵輸入模塊。作為通道數(shù)增加的控制按鈕。為了實(shí)現(xiàn)0℃~300℃的溫度范圍,當(dāng)溫度超過測(cè)溫范圍時(shí)應(yīng)該給以提醒。此模塊中的按鍵SS2在引腳一側(cè)加入10KΩ 的上拉電阻,保證I/O讀到的電平狀態(tài)穩(wěn)定。 報(bào)警及鍵盤輸入電路 電源模塊該模塊需要提供+5V、+。 +5V直流穩(wěn)壓電源。:電源變壓器采用降壓變壓器,將電網(wǎng)交流220V電壓變成8V電壓,并送給整流電路,變壓器的變比由變壓器的副邊電壓決定,此處變比K=。整流電路常采用二極管橋式整流電路,使得在交流電源正負(fù)半周內(nèi),整流電路負(fù)載上都有方向不變的脈動(dòng)直流電壓和電流。(U2為副邊電壓有效值) +5V直流穩(wěn)壓電源濾波電路將整流電路輸出電壓中的交流成分大部分加以濾除,從而得到較為平滑的直流電壓。穩(wěn)壓
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