【正文】 。將模擬信號轉換成數字信號的電路，稱為模數轉換器（簡稱A/D轉換器或ADC，Analog to digital converter）；將數字信號轉換為模擬信號的電路稱為數模轉換器（簡稱D/A轉換器或ADC，Digital to analog converter）；A/D轉換器和D/A轉換器已成為信息系統(tǒng)中不可缺的組成部分，為確保系統(tǒng)處理結果的精確度，A/D轉換器與D/A轉換器必須具有足夠的轉換精度；如果要實現(xiàn)快速變化信號的實時控制與檢測，A/D與D/A轉換器還要求具有較高的轉換速度。轉換精度與轉換速度是衡量A/D與D/A轉換器的重要技術指標。隨著集成技術的發(fā)展，現(xiàn)已研制和生產出虛度偶單片的和混合集成型的A/D和D/A轉換器，它們具有愈來愈先進的技術指標。A/D轉換器的功能是把模擬量變換成數字量。由于實現(xiàn)這種轉換的工作原理和采用工藝技術不同，因此生產出種類繁多的A/D轉換芯片。A/D轉換器按分辨率分為4位、6位、8位、10位、14位、16位和BCD碼的31/2位、51/2位等。按照轉換速度可分為超高速（轉換時間=330ns）、次超高速（330—）、低速（轉換時間330us）等。A/D轉換器按照轉換原理可分為直接A/D轉換器和間接A/D轉換器。所謂直接A/D轉換器，是把模擬信號直接轉換成數字信號，如逐次逼近型、并聯(lián)比較型等。其中，逐次逼近型A/D轉換器，易于用集成工藝實現(xiàn)，且能達到較高分辨率和速度，故目前集成化A/D芯片采用逐次逼近型者居多；間接A/D轉換器是先把模擬量轉換成中間量，然后再轉換成數字量，如電壓/時間轉換型（積分型）、電壓/頻率轉換型、電壓/脈寬轉換型等。其中積分型A/D轉換器電路簡單，抗干擾能力強，且能做到高分辨率，但轉換速度較慢。有些轉換器還將多路開關、基準電壓源、時鐘電路、譯碼器和轉換電路集成在一個芯片中，已超出了單純的A/D轉換功能，使用十分方便。[13]該裝置的設計中采用ADC0832做A/D轉換。ADC0832是美國國家半導體公司生產的一種8位分辨率、雙通道A/D轉換芯片。由于上兩節(jié)中溫度和電流采集都使用了它，這里就不介紹它的引腳圖了。由于它體積小、兼容性強、性價比高而深受單片機愛好者與企業(yè)歡迎，目前已經有很高的普及率。正常情況下，ADC0832與單片機的接口應為4條數據線，分別是CS、CLK、DO、DI。但由于DO端與DI端在通信時是分時操作的，所以電路設計時可以將DO和DI并聯(lián)在一根數據線上使用。當ADC0832未工作時其CS輸入端應為高電平，此時芯片禁用，CLK和DO/DI的電平可任意。當要進行A/D轉換時，須先將CS使能端置于低電平并且保持低電平直到轉換完全結束。此時芯片開始轉換工作，同時由處理器向芯片時鐘輸入端CLK輸入時鐘脈沖，DI/DO端則使用DI端輸入通道功能選擇的數據信號。然后經過一系列脈沖的下沉輸出數據，輸出8位數據，到第19個脈沖時數據輸出完成，也標志著一次A/D轉換的結束。最后將CS置高電平禁用芯片，直接將轉換后的數據進行處理就可以了。[14] 輸出控制電路輸出電路控制7臺設備的通斷，這5臺設備主要是4臺冷卻風扇、1臺備用風扇、1臺斷路器和1臺潛油泵。其中的備用風扇是在某臺冷卻風扇故障和冷卻風扇檢修時投入使用，也可在4臺風扇同時運行但仍不能滿足冷卻需求時投入使用。圖38是外圍電路與單片機的接口電路圖。圖38 輸出控制電路因為本裝置是控制風扇電機的啟停，為了防止高壓側的干擾進入單片機系統(tǒng)，使用驅動用的光電隔離MOC3041，單片機輸出的信號經過MOC3041來控制雙向可控硅的導通。由于4個工作風扇接在單片機的P0口，所以還需要接上拉電阻，由于在部分電路圖中無法將上拉電阻組加入，所以圖38中還需要加入一個上拉電阻才算完整的輸出控制電路。其次就是聲光報警裝置的設計，為了確保在故障的同時及時通知檢修人員也為了確保報警效果特采用聲光報警裝置，當系統(tǒng)監(jiān)測到電力變壓器油泵、風扇故障或溫度超限時就馬上發(fā)出聲光報警。圖39 聲光報警裝置電路，與其串聯(lián)的蜂鳴器和發(fā)光二極管都構成回路，從而工作。在平時三極管無法導通，所以它們二者也不會有所動作，這就是報警電路的工作原理，比較簡單，有時也直接加到單片機的最小系統(tǒng)里。 通訊電路由于需要將現(xiàn)場的溫度信號送入控制室，所以設計加入了通訊部分，以便于工作人員隨時掌握變壓器現(xiàn)場的運行狀況。這里采用MAX487芯片實現(xiàn)與PC機的通訊，下面是對MAX487芯片的具體介紹。MAX48MAX48MAX48MAX48MAX49以及MAX1487是用于RS—485與RS—422通信的低功耗收發(fā)器，每個器件中都具有一個驅動器和一個接收器。MAX48MAX48MAX488以及MAX489具有限擺率驅動器，可以減小EMI，并降低由不恰當的終端匹配電纜引起的反射，實現(xiàn)最高250kbps的無差錯數據傳輸。MAX48MAX48MAX490、MAX49MAX1487的驅動器擺率不受限制。這些收發(fā)器在驅動器禁用的空載或滿載狀態(tài)下，吸取的電源電流在120A—500A之間。另外，MAX48MAX483與MAX487具有低電流關斷模式。所有器件都工作在5V單電源下。驅動器具有短路電流限制，并可以通過熱關斷電路將驅動器輸出置為高阻狀態(tài)，防止過度的功率損耗。接收器輸入具有失效保護特性，當輸入開路時，可以確保邏輯高電平輸出。MAX487與MAX1487具有四分之一單位負載的接收器輸入阻抗，使得總線上最多可以有128個MAX487/MAX1487收發(fā)器。使用MAX488—MAX491可以實現(xiàn)全雙工通信，而MAX48MAX48MAX48MAX487與MAX1487則為半雙工應用設計。它的標準覆蓋最大4000英尺的傳輸距離，為了減小反射，傳輸線應當在其終端以特征阻抗端接，主干線以外的分支長度應盡可能短。具有擺率限制的它更可以容忍不完善的終端匹配。[15] 圖310 通訊電路 RO、DI端分別為接收器的輸出和驅動器的輸入端，與單片機連接時只需分別與單片機的RXD、TXD相連即可；RE和DE端分別為接收和發(fā)送的使能端，當RE為低電平時，器件處于接收狀態(tài)；當DE為高電平時，器件處于發(fā)送狀態(tài)。因為MAX487工作在半雙工狀態(tài)，所以只需用單片機的一個管腳控制這兩個引腳即可；A端和B端分別為接收和發(fā)送的差分信號端，當A引腳的電平高于B時，代表發(fā)送的數據為1，反之，代表發(fā)送的數據為0。在單片機連接時只需要一個信號控制MAX487的接收和發(fā)送。 鍵盤和顯示電路為了節(jié)省I/O口的使用，裝置采用23的矩陣鍵盤。六個按鍵共用一個鍵盤服務程序。開始鍵為溫度范圍設定開始鍵，當按下開始鍵時系統(tǒng)進入鍵盤服務程序，表明進入溫度的設定狀態(tài)，系統(tǒng)的初始值為45℃—55℃，對于溫度的設定是在這個基礎上進行遞增或者遞減的，再次按下開始鍵時，表示進入溫度上限值的設定，由+鍵/鍵對溫度值進行調整，假如不需要調整溫度值，則按下取消鍵退出，連續(xù)按下開始鍵三次，則進入下限值的設定。確認鍵就是對設定的結果進行存儲的按鍵，設定成功后按下確認鍵，裝置將把此溫度值保存下來，以后按照這個溫度值控制風機。最后就是功能鍵的作用，它主要起到切換選擇方式的作用即Y/N，然后根據需要用確認和取消進行判斷。下圖311是鍵盤接線圖。 圖311 鍵盤接線圖 顯示電路主要有數碼管和液晶顯示器兩種方案選擇，如果使用數碼管對溫度等參數進行顯示的話需要的數量比較多，而且需要選擇驅動芯片，接線相對于液晶較復雜。液晶顯示器以其微功耗、體積小、顯示內容豐富、超薄輕巧的諸多優(yōu)點，在袖珍式儀表和低功耗應用系統(tǒng)中得到越來越廣泛的應用。這里介紹的字符型液晶模塊是一種用57點陣圖形來顯示字符的液晶顯示器，根據顯示的容量可以分為1行16個字、2行16個字、2行20個字等等，這里以常用的2行16個字的1602液晶模塊來介紹它。1602采用標準的16腳接口，其中：第1腳：VSS為接地第2腳：VDD接5V正電源第3腳：V0為液晶顯示器對比度調整端，接正電源時對比度最弱，接地時對比度最高，對比度過高時會產生“鬼影”，使用時可以通過一個10K的電位器調整對比度第4腳：RS為寄存器選擇，高電平時選擇數據寄存器、低電平時選擇指令寄存器第5腳：RW為讀寫信號線，高電平時進行讀操作，低電平進行寫操作。當RS和RW共同為低電平時可以寫入指令或者顯示地址，當RS為低電平RW為高電平時可以讀忙信號，當RS為高電平RW為低電平時可以寫入數據。第6腳：E端為使能端，當E端由高電平跳變成低電平時，液晶模塊執(zhí)行命令。第7—14腳：D0—D7為8位雙向數據線。第116腳：空腳1602液晶模塊內部的字符發(fā)生存儲器（CGROM）已經存儲了160個不同的點陣字符圖形，這些字符有：阿拉伯數字、英文字母的大小寫、常用的符號和日文假名等，每一個字符都有一個固定的代碼，比如大寫字母“A”的代碼是01000001B（41H），顯示時模塊把地址41H中的點陣字符圖形顯示出來，我們就能看到字母“A”。1602液晶模塊內部的控制器共有11條控制指令，它的讀寫操作、屏幕和光標的操作都是通過指令編程來實現(xiàn)的。指令1：清顯示，指令碼01H，光標復位到地址00H位置；指令2：光標復位，光標返回到地址00H；指令3：光標和顯示模式設置。I/D：光標移動方向，高電平右移，低電平左移S：屏幕上所有文字是否左移或者右移。高電平表示有效，低電平則無效 指令4：顯示開關控制。D：控制整體顯示的開與關，高電平表示開顯示，低電平表示關顯示C：控制光標的開與關，高電平表示有光標，低電平表示無光標B：控制光標是否閃爍，高電平閃爍，低電平不閃爍；指令5：光標或顯示移位。S/C：高電平時移動顯示的文字，低電平時移動光標；指令6：功能設置命令。DL：高電平時為4位總線，低電平時為8位總線N：低電平時為單行顯示，高電平時雙行顯示F：低電平時顯示57的點陣字符，高電平時顯示510的點陣字符（有些模塊是DL：高電平時為8位總線，低電平時為4位總線）；指令7：字符發(fā)生器RAM地址設置；指令8：DDRAM地址設置；指令9：讀忙信號和光標地址。BF：為忙標志位，高電平表示忙，此時模塊不能接收命令或者數據，如果為低電平表示不忙；指令10：寫數據；指令11：讀數據。1602與單片機的接口電路如圖312所示。 圖312 顯示電路 液晶顯示模塊是一個慢顯示器件，所以在執(zhí)行每條指令之前一定要確認模塊的忙標志位低電平，表示不忙，否則此指令無效。[16] 電源電路電源電路使用意法半導體公司生產的CYT78L05，它是一種固定電壓（5V）三端集成穩(wěn)壓器，適用于很多場合，還能被用作齊納二極管/電阻器組合替換。它提供二個數量級的有效的產品改善阻抗，低靜態(tài)電流。這些特性使穩(wěn)壓器可以給本機或板卡穩(wěn)壓提供一個很好的解決噪聲干擾問題的方案。此外，它還可以和其他功率轉移器件一起構成大電流的穩(wěn)壓電源。如可驅動輸出電流高達100毫安的穩(wěn)壓器。其卓越的內部電流限制和熱關斷特性使之特別適用于過載的情況。當用于替代傳統(tǒng)的齊納二極管—電阻組的時候，其輸出阻抗得到有效的改善，其偏置電流大大減少。特性：無需外接元件、內部熱過載保護、內部短路電流限制、從2004年底開始，提供的各類封裝形式，均為無鉛封裝產品。應用須知：如果穩(wěn)壓器離電源濾波器有一段距離，Cin是必需的。 Co對穩(wěn)定性而言是可有可無的，但的確能夠改善瞬態(tài)響應。電源電路的接線如圖313所示。圖313 電源電路經變壓器變壓將220V交流電變?yōu)?V或9V的交流電，再經過4個整流二極管整流變成脈動的直流，再經過兩個電容濾波，然后通過7805穩(wěn)壓，最后通過后面兩個電容濾波即可得到﹢5V直流電。發(fā)光二極管用于指示電源工作是否正常。整流橋邊上這個二極管在直接接直流電，并且把正負極弄反了時，可以起到保護作用。 光電隔離技術信號隔離的目的之一是從電路上把干擾源與易干擾的部分隔離開來，使測控裝置與現(xiàn)場僅保持信號聯(lián)系，但不直接發(fā)生電的聯(lián)系。隔離的實質是把引進的干擾通道切斷，從而達到隔離現(xiàn)場干擾的目的。一般工業(yè)應用的微機測控系統(tǒng)既包括弱電控制部分，又包括強電控制部分。為了使兩者之間既保持控制信號聯(lián)系，又要隔絕電氣方面的聯(lián)系，即實行弱電與強電隔離，是保證系統(tǒng)工作穩(wěn)定，設備與操作人員安全的重要措施。光電隔離是由光電耦合器件來完成的。光電耦合是70年代發(fā)展起來的新型電子元件，是以光為媒介傳輸信號的器件。其輸入端配置發(fā)光源，輸出端配置受光器，因而輸入與輸出在電氣上完全隔離的。開關量輸入電路接入光電耦合器之后，由于光電耦合器的隔離作用，使夾雜在輸入開關量中的各種干擾脈沖都被擋在輸入回路一側。除此之外，還能起到很好的安全保障作用，因為在光電耦合器的輸入回路之間有很高的耐壓值，達500V1000V，甚至更高。由于光電耦合器不是將輸入、輸出側的電信號進行直接耦合，而是以光為媒介進行間接耦合，具有較高的電氣隔離抗干擾能力。具體原因如下：（1） 光電耦合器的輸入阻抗很低（一般為1001000歐姆）。而干擾源電阻一般都很大（105106歐姆），按分壓比原理，傳送到光電耦合器輸入端的干擾電壓就變得很小了。（2） 由于一般干擾噪聲源的內阻都很大，雖然也能供給較大的干擾電壓，但可供出的能量卻很小，只能形成很微弱的電流。而光電耦合器的發(fā)光二極管只有通過一定的電流才發(fā)光。因此，即使電壓幅值很高的干擾，由于沒有足夠的能量，也不能使二極管發(fā)光，顯然，干擾就被抑制了。（3） 光電耦合器的輸入/輸出間的電容很?。ǎ^緣電阻又非常大（一般為10111013歐姆）。因而被控設備的各種干擾