【正文】 1組成； （二） 信號(hào)分析 由A/D轉(zhuǎn)換器MC1443單片機(jī)8031基本系統(tǒng)組成； （三） 信號(hào)處理 由串行口LED顯示器和報(bào)警系統(tǒng)等組成。 一． 主要特性AD590是電流型溫度傳感器，通過(guò)對(duì)電流的測(cè)量可得到所需要的溫度值。AD590L，AD590M一般用于精密溫度測(cè)量電路，其電路外形如圖32所示，它采用金屬殼3腳封裝，其中1腳為電源正端V＋；2腳為電流輸出端I0；3腳為管殼，一般不用。圖32 AD590外形（圖1）及電路符號(hào)（圖2）流過(guò)器件的電流（μA）等于器件所處環(huán)境的熱力學(xué)溫度（開爾文）度數(shù)，即：I T/T=1μA /K式中：IT—— 流過(guò)器件（AD590）的電流，單位μA。 AD590的測(cè)溫范圍55℃ +150℃。電源電壓可在4V6V范圍變化，電流IT變化1μA，相當(dāng)于溫度變化1K。輸出電阻為710MΩ。AD590共有I、J、K、L、M五檔，其中M檔精度最高，在55℃～+150℃范圍內(nèi)，非線形誤差177。2 AD590的工作原理　　在被測(cè)溫度一定時(shí)，AD590相當(dāng)于一個(gè)恒流源，把它和5～30V的直流電源相連，并在輸出端串接一個(gè)1kΩ的恒值電阻，那么，此電阻上流過(guò)的電流將和被測(cè)溫度成正比，此時(shí)電阻兩端將會(huì)有1mV／K的電壓信號(hào)。圖33 AD590內(nèi)部核心電路　　圖33是利用ΔUBE特性的集成PN結(jié)傳感器的感溫部分核心電路。T3和T4的發(fā)射結(jié)電壓UBE3和UBE4經(jīng)反極性串聯(lián)后加在電阻R上，所以R上端電壓為ΔUBE。 I1＝ΔUBE／R＝（KT／q）（lnn）／R　　對(duì)于AD590，n＝8，這樣，電路的總電流將與熱力學(xué)溫度T成正比，將此電流引至負(fù)載電阻RL上便可得到與T成正比的輸出電壓。圖3中的電阻R是在硅板上形成的薄膜電阻，該電阻已用激光修正了其電阻值，因而在基準(zhǔn)溫度下可得到1μA／K的I值。RR6是薄膜工藝制成的低溫度系數(shù)電阻，供出廠前調(diào)整之用。TT12和T10為啟動(dòng)電路，其中T5為恒定偏置二極管。R1，R2為發(fā)射極反饋電阻，可用于進(jìn)一步提高阻抗。而C1和R4則可用來(lái)防止寄生振蕩。T9和T11的發(fā)射結(jié)面積比為8：1，T10和T11的發(fā)射結(jié)面積相等。 ΔUBE＝（R6－2 R5）I／3　　R6上只有T9的發(fā)射極電流，而R5上除了來(lái)自T10的發(fā)射極電流外，還有來(lái)自T11的發(fā)射極電流，所以R5上的壓降是R5的2／3。實(shí)際上就是利用激光修正R5以進(jìn)行粗調(diào)，修正R6以實(shí)現(xiàn)細(xì)調(diào)，最終使其在250℃之下使總電流I達(dá)到1μA／K。因?yàn)榱鬟^(guò)AD590的電流與熱力學(xué)溫度成正比，當(dāng)電阻R1和電位器R2的電阻之和為1kΩ時(shí)，輸出電壓V0隨溫度的變化為1mV/K。但這樣調(diào)整只保證在0℃或25℃附近有較高的精度。調(diào)整方法如下：在0℃時(shí)調(diào)整R2，使輸出V0=0，然后在100℃時(shí)調(diào)整R4使V0=100mV。最后在室溫下進(jìn)行校驗(yàn)。冰水混合物是0℃環(huán)境，沸水為100℃環(huán)境。電容式、電阻式和濕漲式濕敏原件分別是根據(jù)其高分子材料吸濕后的介電常數(shù)、電阻率和體積隨之發(fā)生變化而進(jìn)行濕度測(cè)量的。一、特點(diǎn)不需校準(zhǔn)的完全互換性，高可靠性和長(zhǎng)期穩(wěn)定性，快速響應(yīng)時(shí)間，專利設(shè)計(jì)的固態(tài)聚合物結(jié)構(gòu)，由頂端接觸（HS1100）和側(cè)面接觸（HS1101）兩種封裝產(chǎn)品，適用于線性電壓輸出和頻率輸出兩種電路，適宜于制造流水線上的自動(dòng)插件和自動(dòng)裝配過(guò)程等。圖37b為濕度電容響應(yīng)曲線。相對(duì)濕度在1%100%RH范圍內(nèi)；電容量由16pF變到200pF，其誤差不大于177?？梢?jiàn)精度是較高的。如何將電容的變化量準(zhǔn)確地轉(zhuǎn)變?yōu)橛?jì)算機(jī)易于接受的信號(hào)，常有兩種方法：一是將該濕敏電容置于運(yùn)方與租蓉組成的橋式振蕩電路中，所產(chǎn)生的正弦波電壓信號(hào)經(jīng)整流、直流放大、再A/D轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)；另一種是將該濕敏電容置于555振蕩電路中，將電容值的變化轉(zhuǎn)為與之成反比的電壓頻率信號(hào)，可直接被計(jì)算機(jī)所采集頻率輸出的555測(cè)量振蕩電路如圖37所示。7端通過(guò)芯片內(nèi)部的晶體管對(duì)地短路又構(gòu)成了對(duì)C的放電回路，并將引腳6端相連引入到片內(nèi)比較器，便成為一個(gè)典型的多諧振蕩器，即方波發(fā)生器。圖3頻率輸出的555振蕩電路該振蕩電路兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)的交替過(guò)程如下：首先電源Vs通過(guò)RR2 向C充電，經(jīng)t充電時(shí)間后，Uc達(dá)到芯片內(nèi)比較器的高觸發(fā)電平，此時(shí)輸出引腳3端由高電平突降為低電平，然后通過(guò)R2放電，經(jīng)t放電時(shí)間后，Uc下降到比較器的低觸發(fā)電平，此時(shí)輸出，此時(shí)輸出引腳3端又由低電平突降為高電平，如此翻來(lái)覆去，形成方波輸出。表3空氣濕度與電壓頻率的典型值三、多路檢測(cè)信號(hào)的實(shí)現(xiàn) 本設(shè)計(jì)系統(tǒng)為八路的濕度信號(hào)采集，故采用CD4051組成多路分時(shí)的模擬量信號(hào)采集電路，其硬件接口如圖38所示圖38八路分時(shí)的模擬量信號(hào)采集電路硬件接口 3．1．3 多路開關(guān)多路開關(guān)，有稱“多路模擬轉(zhuǎn)換器”。反之，當(dāng)模擬信號(hào)有公共輸出端輸入時(shí) ，作為信號(hào)分離器，實(shí)現(xiàn)了1線到n線的分離功能。在本設(shè)計(jì)中，由于采用了溫濕度雙量控制，所以在信號(hào)采集中將有兩個(gè)模擬量被提取，這時(shí)選用多路開關(guān)就是很必要的。該芯片由DTL/TTLCOMS電平轉(zhuǎn)換器，帶有禁止端的8選1譯碼器輸入，分別加上控制的8個(gè)COMS模擬開關(guān)TG組成。圖3CD4051的內(nèi)部原理框圖 　　　 圖中功能如下：通道線IN/OUT（11113）：該組引腳作為輸入時(shí)，可實(shí)現(xiàn)8選1功能，作為輸出時(shí)，可實(shí)現(xiàn)1分8功能。A、B、C（19）：地址引腳INH（6）：禁止輸入引腳。VDD（16）和VSS（8）：VDD為正電源輸入端，極限值為17V；VSS為負(fù)電源輸入端，極限值為17V。CD4051作為8選1功能時(shí)，若A、B、C均為邏輯“0”（INH=0），則地址碼00013經(jīng)譯碼后使輸出端OUT/IN和通道0接通。由于MC14433只有一路輸入，而本系統(tǒng)檢測(cè)的多路溫度與濕度信號(hào)輸入，故選用多路選擇電子開關(guān)，可輸入多路模擬量。目前，國(guó)內(nèi)外雙積分A/D轉(zhuǎn)換器集成電路芯片很多，大部分是用于數(shù)字測(cè)量?jī)x器上。在不要求高速轉(zhuǎn)換的場(chǎng)合，例如，在低速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，被廣泛采用。MC14433A/。圖310 MC14433A/D轉(zhuǎn)換器的內(nèi)部邏輯框圖 圖311 MC14433引腳圖MC14433 的框圖（圖310）和引腳（圖311）功能說(shuō)明各引腳的功能如下：電源及共地端VDD： 主工作電源+5V。VAG： 模擬地端。VR： 基準(zhǔn)電壓。C1： 積分電容輸入端。 C0C02： 外界補(bǔ)償電容端。CLKI、CLKO ： 外界振蕩器時(shí)鐘調(diào)節(jié)電阻Rc，Rc一般取 470 K?左右。DU： 啟動(dòng)新的轉(zhuǎn)換，若DU與EOC相連，每當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束后，自動(dòng)啟動(dòng)新的轉(zhuǎn)換。位選通控制線DS4DS1： 選擇個(gè)、十、百、千位，正脈沖有效。每個(gè)選通脈沖寬度為18個(gè)時(shí)鐘周期，兩個(gè)相應(yīng)脈沖之間間隔為2個(gè)時(shí)鐘周期。其中Q0為最低位，Q3 為最高位。 Q2 表示極性，Q2=“1”為正極性，反之為負(fù)極性。因此，MCS51單片機(jī)只能通過(guò)并行I/O接口或擴(kuò)展I/O接口與其相連。下面是MC14433與8031單片機(jī)P1口直接相連的硬件接口，接口電路如圖313所示圖313 MC14433與8031單片機(jī)P1口直接相連的硬件接口3. 2. 2單片機(jī)8031 為了設(shè)計(jì)此系統(tǒng)，我們采用了8031單片機(jī)作為控制芯片，在前向通道中是一個(gè)非電信號(hào)的電量采集過(guò)程。由于8031中無(wú)片內(nèi)ROM，且數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器也不能滿足要求，經(jīng)擴(kuò)展2762和6264來(lái)達(dá)到存儲(chǔ)器的要求，其結(jié)果通過(guò)顯示器來(lái)進(jìn)行顯示輸出。圖 314 8031基本組成CPU中央處理器：中央處理器是8031的核心，它的功能是產(chǎn)生控制信號(hào)，把數(shù)據(jù)從存儲(chǔ)器或輸入口送到CPU或CPU數(shù)據(jù)寫入存儲(chǔ)器或送到輸出端口。 時(shí)鐘電路：8031內(nèi)部有一個(gè)頻率最大為12MHZ的時(shí)鐘電路，它為單片機(jī)產(chǎn)生時(shí)鐘序列，需要外接石英晶體做振蕩器和微調(diào)電容。定時(shí)/計(jì)數(shù)器：8031有兩個(gè)16位的定時(shí)/計(jì)數(shù)器，每個(gè)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器都可以設(shè)置成定時(shí)的方式和計(jì)數(shù)的方式，但只能用其中的一個(gè)功能，以定時(shí)或計(jì)數(shù)結(jié)果對(duì)計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制。串行口：它有一個(gè)全雙工的串行口，它可以實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)間或單片機(jī)同其它外設(shè)之間的通信，該并行口功能較強(qiáng)，可以做為全雙工異步通訊的收發(fā)器也可以作為同步移位器用。3. 2. 2. 2 8031的引腳圖 315 8031引腳圖8031的制作工藝為HMOS，采用40管腳雙列直插DIP封裝，引腳說(shuō)明如下：VCC（40引腳）正常運(yùn)行時(shí)提供電源。XTAL1（19引腳）在單片機(jī)內(nèi)部，它是一個(gè)反向放大器的輸入端，該放大器構(gòu)成了片內(nèi)的震蕩器，可以提供單片機(jī)的時(shí)鐘信號(hào)，該引腳也是可以接外部的晶振的一個(gè)引腳，如采用外部振蕩器時(shí)，對(duì)于8031而言此引腳應(yīng)該接地。RST/VPD（9引腳）在振蕩器運(yùn)行時(shí)，在此引腳加上兩個(gè)機(jī)器周期的電平將單片機(jī)復(fù)位。ALE/PROG（30引腳）當(dāng)8031訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，包括數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和程序存儲(chǔ)器，ALE9地址鎖存允許0輸入的脈沖的下沿用于鎖存16位地址的低8位，在不訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器的時(shí)候，ALE仍有兩個(gè)周期的正脈沖輸出，其頻率為振蕩器的頻率的1/6，在訪問(wèn)外存儲(chǔ)器的是候，在兩個(gè)周期中，ALE只出現(xiàn)一次，ALE斷可驅(qū)動(dòng)8個(gè)LS TTL負(fù)載，對(duì)于有片內(nèi)EPROM的而言，在EPROM編程期間，此腳用于輸入編程脈沖PROG。/VPP（31引腳）當(dāng)保持高電平時(shí)，單片機(jī)訪問(wèn)內(nèi)部存儲(chǔ)器，當(dāng)PC值超過(guò)0FFFH時(shí)，將自動(dòng)轉(zhuǎn)向片外存儲(chǔ)器。P0，P1，P2，P3：8031有四個(gè)并行口，在這四個(gè)并行口中，可以在任何一個(gè)輸出數(shù)據(jù)，又可以從它們那得到數(shù)據(jù)，故它們都是雙向的，每一個(gè)I/O口內(nèi)部都有一個(gè)8位數(shù)據(jù)輸出鎖存器和一個(gè)8位數(shù)據(jù)輸入緩沖器，各成為SFR中的一個(gè)，因此CPU數(shù)據(jù)從并行I/O口輸出時(shí)可以得到鎖存，數(shù)據(jù)輸入時(shí)可以得到緩沖，但他們?cè)诠δ芎陀猛旧系牟町惡艽?，P0和P2口內(nèi)部均有個(gè)受控制器控制的二選一選擇電路，故它們除可以用做通用I/O口以外還具有特殊的功能，P0口通常用做通用I/O口為CPU傳送數(shù)據(jù)，P2口除了可以用做通用口以外，還具有第一功能，除P0口以外其余三個(gè)都是準(zhǔn)雙向口。8031的 串行發(fā)送和接收利用了P3口的第二功能，串行接口的