【正文】 芯片電源供電端都應(yīng)加高頻濾波電容，根據(jù)負(fù)載電流的情況，在各級供電節(jié)點還應(yīng)加足夠容量的退藕電容； (2) 開關(guān)量 I/O通道與外界的隔離可采用光電耦合器件，特別是與繼電器、可控硅等連接的通道，一定要采取隔離措施； (3) 可采用 CMOS器件提高工作電壓（如 +15V），這樣干擾門限也相應(yīng) 提高； (4) 傳感器后級的變送器盡量采用電流型傳輸方式，因電流型比電壓型抗干擾能力強； (5) 電路應(yīng)有合理的布線及接地方法； (6) 與環(huán)境干擾的隔離可采用屏蔽措施。還具體介紹了各模塊設(shè)計方案，初步明確了系統(tǒng)研制方法。 多功能智能化溫度測量儀設(shè)計 17 第 3 章 系統(tǒng)的硬件設(shè)計 系統(tǒng)總體原理框圖 系統(tǒng)總體原理框圖如圖 圖 系統(tǒng)總體原理框圖 信號輸入部分總體設(shè)計 信號輸入部分總體設(shè)計如圖 圖 信號輸入部分總體設(shè)計 多功能智能化溫度測量儀設(shè)計 18 信號輸入部分設(shè)計 集成溫度傳感器 [1] 常用的熱電傳感器有熱電阻、熱電偶、集成溫度傳感器等。 集成溫度傳感器按輸出信號可分為電壓型和電流型兩種，其輸出電壓或電流與絕對溫度成線性關(guān)系。本次設(shè)計用到電流型兩線制集成溫度傳感器 AD590（ 0℃時為 ）。它的主要特性如下： a、流過器件的電流（ mA）等于器件所處環(huán)境的熱力學(xué)溫度（開爾文）度數(shù)，即： Ir/T=1mA/K 式中： Ir— 流過器件（ AD590）的電流，單位為 mA； T— 熱力學(xué)溫度，單位為 K。 c、 AD590 的電源電壓范圍為 4V～ 30V。 AD590 可以承受 44V 正向電壓和 20V 反向電壓，因而器件反接也不會被損壞。 e、精度高。 ℃。它除了與半導(dǎo)體熱敏 電阻一樣有體積小反應(yīng)快的優(yōu)點外，還具有線形好、性能高、價格低、抗干擾能力強等特點，雖然由于 PN 結(jié)受耐熱性能和特性范圍的限制，只能用來測 150℃以下的溫度，但在許多領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。要指出的是， AD590 集成溫度傳感器的輸出電流是整個電路的電源電流，而這個電流與施加在這個在這個電路上的電源電壓幾乎無關(guān)。 NPN 管 9VT 的發(fā)射區(qū)的面積 NPN 管 10VT 和 11VT 發(fā)射區(qū)的面積的 8倍。 9 1 6 11199111 8110 1 6661 10lnln3 ln 85381 10 /B E B EBESBESU I R UIkTUqIIkTU VTqIkI k RqRk A K VT?????? ? ? ??? 圖 簡化的電流型集成 溫度傳感器的基本原理圖 由于 1VT 和 3VT 的等效發(fā)射區(qū)個數(shù)都是 2，基極又連在一起，因此，它們的集電極電流都是 I。這就意味著 7VT 和 8VT 的總工作電流亦為 1I 。由圖 2可寫出： 9 1 6 11B E B EU I R U?? （ ） 又因 19 9lnBE SIkTU qI? （ ） 多功能智能化溫度測量儀設(shè)計 20 111 11lnBE SIkTU qI? （ ） 式中 9BEU （ 11BEU ） —— 分別為 9VT （ 11VT ）管發(fā)射結(jié)電壓降； k、 q—— 常數(shù)； T—— 絕對溫度； 9SI （ 11SI ）管發(fā)射結(jié)反向飽和電流。如果取 6 538R ??， /k mv kq ?,則溫度系數(shù) 61 1 10 /k A K??? 值得注意的是 10VT 管的作用， 10VT 管為 1VT 、 3VT 、 9VT 、 11VT 管的基極電流提供了一個通路，使它們不影響左、右兩支管的電流對稱性，為了得到良好的溫度特性，應(yīng)采用小溫度系數(shù)的材料電阻 6R 。 分辨率 8 位，轉(zhuǎn)換時間 100μs ，輸入電壓范圍為 0~5V，增加某些外部電路后，輸入模擬電壓可為 5V。 ADC0804 的規(guī)格及引腳圖： 8位 CMOS 依次逼近型的 A/D 轉(zhuǎn)換器 三態(tài)鎖定輸出 存取時間： 135US 分辨率： 8位 多功能智能化溫度測量儀設(shè)計 21 轉(zhuǎn)換時間： 100US 總誤差：正負(fù) 1LBS 工作溫度： ADC0804LCN0～ 70℃ 引腳圖 如 圖 圖 ADC0804引腳圖 /CS：芯片選擇信號 /RD：外部讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果的控制輸出信號。 /WR：用來啟動轉(zhuǎn)換的控制輸入。 CLK IN CLK R：時鐘輸入或接振蕩元件（ R， C），頻率限制在 100KHZ1460KHZ，如果使用 RC振蕩電路則其振蕩頻率為 1/。 VIN VIN+：差動模擬電壓輸入，輸入單端正電壓時， VIN接地：而差動輸入時，直接加 VIN， VIN+。 VREF：輔助參考電壓。 多功能智能化溫度測量儀設(shè)計 22 VCC：電源供應(yīng)以及作為參考電壓。如 CS、 RD同時來低電平，則數(shù)據(jù)鎖存器三態(tài)門打開，數(shù)字信號送出，而在 RD 高電平到來后三態(tài)門處于高阻狀態(tài)。 ADC0804 的零 點無須調(diào)整。當(dāng)輸入電壓與 值相當(dāng)時，調(diào)整 端電壓值使輸出碼為 FEH 或 FFH。如輸入電壓動態(tài)范圍較小，則可調(diào)節(jié)參考電壓 ，以保證小信號輸入時 ADC0804 芯片 8位的轉(zhuǎn)換精度。 A/D、 D/A及取樣保持芯片上都提 供了獨立的模擬地（ AGND）和數(shù)字地（ DGND）的引腳。 單片機及其擴展 I/O 的設(shè)計 采用 TTL 電路擴展 I/O 口是一種最常見的微機 I/O 擴展手段。 74LS373是帶三態(tài)緩沖輸出的八 D鎖存器，將它的鎖存控制端 G直接與 8031的鎖存控制信號端 ALE相連，在 ALE下降沿進行地址鎖存。 程序存儲器 程序存儲器的擴展包括三組總線的連接及地址譯碼等。由于大規(guī)模的集成電路的擴展，單片存儲器的存儲容量越來越大，因此，在程序存儲器芯片使用的數(shù)量上一般采用一片就夠了。如果單片機 EA腳接在 GND，則單片機內(nèi)部的程序存儲器全部不用而用外部程序存儲器。 程序存儲器的作用是存放單片機的執(zhí)行程序，雖然現(xiàn)今的單片機具有片內(nèi)的程序存儲器，但是，當(dāng)程序量超過單片機的片內(nèi)程序存儲器時，將采用片外擴展程序存儲器，通常采用 EPROM、 E2PROM、 Flash 存儲器等芯片。失電后芯片內(nèi)部的程序保持不變。它們的存儲容量分別是 8K 8bit、 16K 8bit、32K 8bit、 64K 8bit。 27256 是 32K 8 位 EPROM 器件，它有 15 根地址線 A14AO輸入，能區(qū)分 15位二進制地址信息 215=32768 種狀態(tài)，即存在 32768 個存儲單元。 27256 20 引腳 CE為片選信號輸入端，低電平有效。由 8031的 RD (P3 .7 )和 WR ()信號控制，而片外程序存儲器 EPROM的輸出允許端 ( OE)由讀選通信號 PSEN控制即使 與片外數(shù)據(jù)存儲器 RAM的讀和寫 EPROM共處一地址空間，但由于控制信號即使用的數(shù)據(jù)傳輸指令不同，故不會發(fā)生總線沖突 鍵盤和顯示的設(shè)計 鍵盤分為獨立式鍵盤和矩陣式鍵盤。 單片機應(yīng)用系統(tǒng)中使用的顯示器主要有發(fā)光二極管顯示器 LED (Light Emitting Diode)。近年也有配置 CRT顯示器的。LED顯示 器，價格便宜，配置靈活，與單片機接口方便，因此本設(shè)計中采用的是 LED顯示器。動態(tài)顯示時， N個顯示器共占用一個顯示數(shù)據(jù)驅(qū)動器，每個顯示器通電占空比時間為 1/N。除此之外，當(dāng)動態(tài)顯示位數(shù)較多時，顯示器亮度將受到影響。由于所有 8位段選線皆由一個 I/0口控制，因此，在每一瞬間， 8位 LED會顯示相同的字符。在此瞬間，段選控制 I/0口輸出相應(yīng)字符段選碼 (字型碼 )，而位選則控制 I/0口在該顯示為送入選通電平 (因為 LED為共陰，故應(yīng)送低電平 )，以保證該位顯示相應(yīng)字符。逐位輪流點亮各個 LED，每一位停留 lms，在 1020ms之內(nèi)再一次點亮，重復(fù)不止，這樣，利用人的視覺暫留好像六位 LED同時點亮了。 LED動態(tài)顯示器接口（用 8255作接口電路的連接） 對于多位 LED顯示器，通常都是采用動態(tài)掃描的方法進行顯示，即逐個地循環(huán)地點亮各位顯示器。 為了實現(xiàn) LED顯示器的動態(tài)掃描。因此，多位 LED顯示器接口電路需要有兩個輸出口，其中一個用于輸出 8條段控線（含有小數(shù)點顯示）；另一個用于輸出位控線，位控線的數(shù)目等于顯示器的位數(shù)。 但是由 8031輸出的控制信號是數(shù)字信號，需將其經(jīng)過數(shù) /模轉(zhuǎn)變?yōu)槟M信號，再經(jīng)功率放大，才能控制加熱爐、熱處理爐等。由上述可知，該部分具有 8路模擬信號輸出能力。 B)只需在滿量程下調(diào)整其線性度 。 D)內(nèi)部無參考電壓源，須外接參考電壓源 。 圖 DAC0832的管腳功能 CS : 片選線，當(dāng)其為低電平時，本片被選中工作 。 XFER:控制輸入線，低電平有效 。 , C S為‘ 0’和 WR1為‘ 0’同時滿足，則接收信號 。 WR2用于控制 D/A轉(zhuǎn)換時間 :若 XFER和 WR2同時為低電平，則輸出跟隨輸入，否則鎖存數(shù)據(jù)。 DAC0832工作于直通方式。 圖 DAC0832工作于單緩沖方式 (2) 放大器的選用 放大器選用 OP07，其主要特征是開環(huán)增益和共模抑制比很高 (一般為 MOM)，而失調(diào)電壓和失調(diào)電流、溫漂以及噪聲又很小。其電源電壓范圍為 13士 18V，輸入電壓范圍為 0一土14V。 第 4 章 時鐘電路的設(shè)計 單片機的選擇 本次設(shè)計用到 的是 8051。 時鐘與復(fù)位電路的設(shè)計 單片機工作的時間基準(zhǔn)是有時鐘電路提供的。 電路中，電容器 C1和 C2對振蕩頻率有微調(diào)作用，通常的取值范圍為（ 20～ 40） pF。 多功能智能化溫度測量儀設(shè)計 28 單片機的 RST管腳為主機提供一個外部復(fù)位信號輸入端口。 單片機的復(fù)位方式有上點自動復(fù)位和手工復(fù)位兩種。復(fù)位以后，單片機內(nèi)各部件恢復(fù)到初始狀態(tài)。 RET按鍵可以選擇專門的復(fù)位按鍵，也可以選擇輕觸開關(guān)。這包括人對應(yīng)用系統(tǒng)的狀態(tài)干預(yù)與數(shù)據(jù)輸入，以及應(yīng)用系統(tǒng)向人們顯示運行狀態(tài)與運行結(jié)果等。 LED顯 示器的驅(qū)動是一個非常重要的問題。由于單片機的并行口不能直接驅(qū)動 LED顯示器，必須采用專用的驅(qū)動電路芯片，使之產(chǎn)生足夠大的電流，顯示器才能夠正常工作。 LED顯示器的顯示控制方式分為靜態(tài)顯示和動態(tài)顯示兩種，若選擇靜態(tài)顯示，則LED驅(qū)動器的選擇較為簡單，只要驅(qū)動器的驅(qū)動能力與顯示器電流相匹配即可，而且一般只需考慮段的驅(qū)動；動態(tài)顯示則不同，由于一位數(shù)據(jù)的顯示是由段和 位選信號共同配合完成的，因此，要同時考慮段和位的驅(qū)動能力，而且段的驅(qū)動能力決定位的驅(qū)動能力。在我們的設(shè)計中，選擇 4位一體的時鐘型 LED 顯示器，簡稱“ 4LED”，如圖 94 所示。 圖 一個共陰極接法的 4位時鐘型 LED 顯示器。對于這種結(jié)構(gòu)的 LED 顯示器，它的體積和結(jié)構(gòu)都符合我們的設(shè)計要求，由于 4位 LED 陰極的各段已經(jīng)在內(nèi)部接在一起，所以必須使用動態(tài)掃描方式。 12 11 10 9 8 7 11 7 4 2 1 10 5 D1 a f D2 D3 b a b c d e f g :dp :dp e d dp c g D4 D1 D2 D3 D4 dp 1 2 3 4 5 6 12 9 8 6 3 (A) 4位 LED管腳排列圖 (B) 4位 LED原理圖 圖 4LED顯示器管腳 LED 的段驅(qū)動芯片的選擇 LED 的段驅(qū)動電路有很多種，在本設(shè)計中可以選擇 BCD7 段鎖存 /譯碼 /驅(qū)動器作為多功能智能化溫度測量儀設(shè)計 30 段驅(qū)動器。該類芯片具有鎖存、譯碼、驅(qū)動的功能。 圖 所示為 74LS48 的管腳圖