多功能數(shù)字調(diào)節(jié)器畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、<p><b>　?、?緒論2</b></p><p>　　1.1 設(shè)計(jì)背景2</p><p>　　1.2 儀表的功能2</p><p><b>　?、?總體設(shè)計(jì)4</b></p><p>　　⒊ 多功能數(shù)字調(diào)節(jié)器的介紹5</p><p>　　3

2、.1 數(shù)字調(diào)節(jié)器實(shí)現(xiàn)的功能5</p><p>　　3.2 各部分的組成6</p><p>　　3.2.1輸入與輸出信號6</p><p>　　3.2.2控制面板結(jié)構(gòu)8</p><p><b>　　3.2.3設(shè)置9</b></p><p>　?、?系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)11</p>

3、;<p>　　4.1 輸入電路12</p><p>　　4.1.1多路模擬開關(guān)的選型13</p><p>　　4.1.2 A/D轉(zhuǎn)換器ICL7135的電路設(shè)計(jì)14</p><p>　　4.2 主電路17</p><p>　　4.2.1單片機(jī)的選擇18</p><p>　　4.2.2 ROM的

4、擴(kuò)展19</p><p>　　4.2.3計(jì)數(shù)器CD404020</p><p>　　4.2.4 定時(shí)器 82C5421</p><p>　　4.3 輸出電路22</p><p>　　4.4 報(bào)警、顯示電路24</p><p>　　4.4.1報(bào)警介紹24</p><p>

5、　　4.4.2繼電器介紹25</p><p>　　4.4.3 ICL713526</p><p>　　4.5 通信模塊27</p><p>　?、?軟件設(shè)計(jì)30</p><p>　　5.1 C語言的特點(diǎn)與優(yōu)勢30</p><p>　　5.1.1 語言的選擇30</p><p>

6、　　5.1.2 匯編語言的特點(diǎn)與優(yōu)勢31</p><p><b>　　結(jié) 論36</b></p><p><b>　　致 謝37</b></p><p>　　參 考 文 獻(xiàn)38</p><p><b>　　附錄(一)39</b></p>&l

7、t;p><b>　　附錄(二)40</b></p><p><b>　?、?緒論</b></p><p><b>　　1.1 設(shè)計(jì)背景</b></p><p>　　多功能數(shù)字調(diào)節(jié)器它屬于智能儀表系列，是在總結(jié)國內(nèi)外智能儀表的基礎(chǔ)上，結(jié)合國內(nèi)工業(yè)現(xiàn)場的應(yīng)用特點(diǎn)，運(yùn)用華斯奧特人的智慧而研制的最

8、新一代智能儀表。目前該儀表首倡了兩項(xiàng)國內(nèi)國際第一：第一個(gè)在智能化儀表中大膽引入了模塊化集成概念；第一個(gè)在智能儀表中采用了全貼片式的焊接工藝?；谝陨蟽?yōu)勢，儀表具有如下主要特點(diǎn)：</p><p>　　儀表現(xiàn)場運(yùn)行的穩(wěn)定性、可靠性，儀表的抗干擾性及擁護(hù)對儀表的維護(hù)能力都得到了大幅的提升。而且在儀表的外觀，結(jié)構(gòu)，工藝和操作界面的人性化上都做了較大程度的改進(jìn)，給用戶在安裝和維護(hù)上帶來了極大的方便。</p>

9、<p>　　操作簡單，通用性強(qiáng)，一表多用。用戶通過鍵盤設(shè)置，可實(shí)現(xiàn)多種信號類型輸入。</p><p>　　軟件自動(dòng)校零，消除溫漂和時(shí)漂引起的測量誤差。</p><p>　　儀表采用數(shù)字濾波技術(shù)，能夠識別，抑制工況系統(tǒng)中測量信號伴隨的低頻擾動(dòng)及規(guī)則干擾源從而提高了抗干擾能力。</p><p>　　輸出自由可選：繼電器觸電輸出模擬量變送輸出；+24VDC電源饋

10、電輸出。</p><p>　　具有軟件自動(dòng)監(jiān)測故障，報(bào)警功能。</p><p>　　模塊化結(jié)構(gòu)，貼片式封裝，使儀表美觀大大方，抗干擾能力強(qiáng)。</p><p>　　采用卡入式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，便于安裝維修，調(diào)換；安裝尺寸與國內(nèi)國外儀表通用。</p><p>　　由于數(shù)字調(diào)節(jié)器在石油，化工，電力，冶金上的廣泛應(yīng)用，在熟悉數(shù)字顯示儀表的基礎(chǔ)上，對數(shù)字調(diào)節(jié)器

11、進(jìn)行設(shè)計(jì)。通過對數(shù)字調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)，可以綜合全面的掌握我們過去所學(xué)到知識，是對所學(xué)知識的匯總與強(qiáng)化。</p><p>　　1.2 儀表的功能</p><p>　　多功能數(shù)字調(diào)節(jié)器采用新型單片機(jī)作為中央處理器，對PID調(diào)節(jié)、輸入信號、顯示、鍵盤操作等進(jìn)行處理。調(diào)節(jié)器控制功能除采用連續(xù)PID調(diào)節(jié)外還具有多種特殊調(diào)節(jié)功能，各參數(shù)均可通過鍵盤自由設(shè)定?？蓪斎胄盘栠M(jìn)行多種處理。高分辨的A/D轉(zhuǎn)換器

12、使調(diào)節(jié)器具有很高的測量精度。采用萬能輸入，輸入方式靈活。輸出控制信號可是4~20mA電流信號，也可是固態(tài)繼電器控制信號。調(diào)節(jié)器還具有變送、配電和RS485通訊功能，可方便地與上位設(shè)備及其他儀表組成控制系統(tǒng)。該儀表具有軟件校正功能，可精確方便的進(jìn)行精度校正，提高了儀表的精度，同時(shí)也提高了儀表的可靠性。數(shù)字調(diào)節(jié)器采用模塊化設(shè)計(jì)技術(shù)，功能強(qiáng)大，易學(xué)易用。該儀表是一種高性能價(jià)格比的新型調(diào)節(jié)器，廣泛適用于石油、化工、電力、冶金等工業(yè)領(lǐng)域的生產(chǎn)過程

13、控制，可對溫度、壓力、流量、液位等各種工程物理量進(jìn)行測量、顯示和控制。</p><p>　　調(diào)節(jié)器共有兩種狀態(tài)：運(yùn)行狀態(tài)（含報(bào)警和異常）及設(shè)置狀（校正）。調(diào)節(jié)器上</p><p>　　電或復(fù)位時(shí)直接進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)。顯示PV和OUT值，控制狀態(tài)為手動(dòng)，輸出為0%。設(shè)置分為一級設(shè)置和二級設(shè)置，每級均有各自的密碼，所需設(shè)置的參數(shù)相應(yīng)分為一級參數(shù)和二級參數(shù)。一級參數(shù)是在運(yùn)行過程中需調(diào)整的參數(shù)，二級參

14、數(shù)是在運(yùn)行過程中不允許修改的參數(shù)。在設(shè)置狀態(tài)控制程序停止運(yùn)行，輸出參數(shù)保持進(jìn)入設(shè)置狀態(tài)前的值。</p><p>　　在設(shè)計(jì)過程中一個(gè)突出的矛盾是在低成本、小空間以及十分有限的資源基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)高性能和多功能，以及如何通過低速器件實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)控制。</p><p><b>　　⒉ 總體設(shè)計(jì)</b></p><p>　　設(shè)計(jì)中對數(shù)字調(diào)節(jié)器的功能做一些詳細(xì)

15、的闡述，多功能數(shù)字調(diào)節(jié)器可對溫度、壓力、流量、液位等各種工程物理量進(jìn)行測量、顯示和控制。在顯示和控制方面操作簡單，只需對鍵盤進(jìn)行簡單的操作就可實(shí)現(xiàn)所需的控制。在應(yīng)用過程中要對數(shù)字調(diào)節(jié)器首先進(jìn)行設(shè)置，設(shè)置分一級設(shè)置和二級設(shè)置，對數(shù)字調(diào)節(jié)器的設(shè)置做了簡要的敘述。設(shè)計(jì)把主要工作放在了對數(shù)字調(diào)節(jié)器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)上，包括了對原理圖中整體介紹，其中包括對輸入電路，主電路，輸出電路的詳細(xì)介紹。這部分電路主要以單片機(jī)AT89C52為中心，外加對模數(shù)轉(zhuǎn)

16、換器，定時(shí)器，計(jì)數(shù)器等的設(shè)計(jì)。這部分電路主要是原理圖的核心部分，要對其作詳細(xì)的介紹。其次數(shù)字調(diào)節(jié)器還具有顯示和報(bào)警的功能，這也是數(shù)字調(diào)節(jié)器的一個(gè)重要功能，當(dāng)輸入信號超過了規(guī)定的范圍時(shí)，數(shù)字調(diào)節(jié)器就會(huì)產(chǎn)生報(bào)警，報(bào)警是通過繼電器進(jìn)行報(bào)警的，報(bào)警時(shí)報(bào)警指示燈就會(huì)亮，論文中對這部分電路做了詳細(xì)的介紹。對于顯示電路論文也做了簡單的敘述，顯示主要通過芯片ICL7135來控制。所以論文的主要設(shè)計(jì)思路放在了對數(shù)字調(diào)節(jié)器的工作原理和內(nèi)部結(jié)構(gòu)的詳細(xì)設(shè)計(jì)，最

17、后對其程序的運(yùn)行做了大量的工作。</p><p>　　該設(shè)計(jì)中所用到的知識涉及到單片機(jī)，定時(shí)器，計(jì)數(shù)器，光耦，模擬開關(guān)等方面的知識。在軟件設(shè)計(jì)中還用到了單片機(jī)C語言編程。計(jì)算機(jī)控制技術(shù)，PLC技術(shù)，誤差理論等技術(shù)在設(shè)計(jì)中業(yè)有所體現(xiàn)，在原理圖方面主要用PROTEL99SE對原理圖進(jìn)行繪制。從而對數(shù)字調(diào)節(jié)器做了深入的解剖與分析。 </p><p>　　⒊ 多功能數(shù)字調(diào)節(jié)器的介紹</p&

18、gt;<p>　　3.1 數(shù)字調(diào)節(jié)器實(shí)現(xiàn)的功能</p><p>　　多功能數(shù)字調(diào)節(jié)器采用新型單片機(jī)作為中央處理器，對PID調(diào)節(jié)、輸入信號、顯示、鍵盤操作等進(jìn)行處理。調(diào)節(jié)器控制功能除采用連續(xù)PID調(diào)節(jié)外還具有多種特殊調(diào)節(jié)功能，各參數(shù)均可通過鍵盤自由設(shè)定。可對輸入信號進(jìn)行多種處理。高分辨的A/D轉(zhuǎn)換器使調(diào)節(jié)器具有很高的測量精度。采用萬能輸入，輸入方式靈活。輸出控制信號可是4~20mA電流信號，也可是固

19、態(tài)繼電器控制信號。調(diào)節(jié)器還具有變送、配電和RS485通訊功能，可方便地與上位設(shè)備及其他儀表組成控制系統(tǒng)。該儀表具有軟件校正功能，可精確方便的進(jìn)行精度校正，提高了儀表的精度，同時(shí)也提高了儀表的可靠性。數(shù)字調(diào)節(jié)器采用模塊化設(shè)計(jì)技術(shù)，功能強(qiáng)大，易學(xué)易用。該儀表是一種高性能價(jià)格比的新型調(diào)節(jié)器，廣泛適用于石油、化工、電力、冶金等工業(yè)領(lǐng)域的生產(chǎn)過程控制，可對溫度、壓力、流量、液位等各種工程物理量進(jìn)行測量、顯示和控制。</p><

20、p>　　調(diào)節(jié)器共有兩種狀態(tài)：運(yùn)行狀態(tài)（含報(bào)警和異常）及設(shè)置狀（校正）。調(diào)節(jié)器上電或復(fù)位時(shí)直接進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)。顯示PV和OUT值，控制狀態(tài)為手動(dòng)，輸出為0%。設(shè)置分為一級設(shè)置和二級設(shè)置，每級均有各自的密碼，所需設(shè)置的參數(shù)相應(yīng)分為一級參數(shù)和二級參數(shù)。一級參數(shù)是在運(yùn)行過程中需調(diào)整的參數(shù)，二級參數(shù)是在運(yùn)行過程中不允許修改的參數(shù)。在設(shè)置狀態(tài)控制程序停止運(yùn)行，輸出參數(shù)保持進(jìn)入設(shè)置狀態(tài)前的值。</p><p>　　在設(shè)計(jì)中

21、采用了積分分離PID，可獲得比一般PID更好的調(diào)節(jié)效果。在設(shè)計(jì)過程中一個(gè)突出的矛盾是在低成本、小空間以及十分有限的資源基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)高性能和多功能，以及如何通過低速器件實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)控制。</p><p>　　多功能數(shù)字調(diào)節(jié)器與現(xiàn)有同類型數(shù)顯調(diào)節(jié)器的功能基本相同，其基本功能如下:</p><p><b>　?、?I∕O基本功能</b></p><p>　

22、　控制輸入信號PV：1點(diǎn) 萬能輸入。</p><p>　　控制輸出信號AOI：1點(diǎn) 4mA～20mAd.c.</p><p>　　PWM：1點(diǎn) 固態(tài)繼電器控制輸出。</p><p>　　報(bào)警輸出信號：2點(diǎn) 繼電器觸點(diǎn)輸出。</p><p><b>　　I/O選用功能</b></p><p>

23、;　　外給定信號RSP：1點(diǎn) 4mA～20mAd.c.或1V～5Vd.c.</p><p>　　變送輸出AOV：1點(diǎn) 1V～5Vd.c.</p><p>　　配電輸出：1點(diǎn) 24Vd.c.</p><p>　?、?PV信號輸入處理</p><p>　　·線性化：調(diào)節(jié)器對熱電偶或熱電阻信號自動(dòng)進(jìn)行線性化處理。</p>

24、<p>　　·開方：帶小信號切除。</p><p>　　·數(shù)字濾波：濾波時(shí)間常數(shù)為0.0s～999.9s。</p><p>　　·報(bào)警：2點(diǎn) 報(bào)警類型由用戶設(shè)定。</p><p><b>　?、?控制算法</b></p><p>　　①PID具有以下功能：</p>

25、<p>　　·偏差PID或微分先行PID ·串級</p><p>　　·比率、偏置 ·積分分離</p><p>　　·積分限幅 ·偏差報(bào)警</p><p>　　·非線性調(diào)節(jié)

26、 ·多種跟蹤</p><p><b>　?、?手動(dòng)(MAN)</b></p><p>　　可進(jìn)行手動(dòng)操作和手動(dòng)/自動(dòng)無擾切換。</p><p>　?、?脈寬調(diào)制(PWM)</p><p>　　用于時(shí)間比例調(diào)節(jié)，脈沖周期可人為設(shè)置。</p><p>　

27、　(4) 通信功能 (選用)</p><p>　　調(diào)節(jié)器可通過RS485通信接口與上位設(shè)備進(jìn)行通信。</p><p>　　3.2 各部分的組成</p><p>　　3.2.1輸入與輸出信號</p><p>　　多功能數(shù)字調(diào)節(jié)器有多種輸入信號，其輸入信號的種類由下表所示：</p><p>　　表3.1 輸入信號種類&

28、lt;/p><p>　　數(shù)字調(diào)節(jié)器的輸出信號有</p><p>　?、趴刂戚敵觯? mA ~20 mA d.c. (負(fù)載電阻≤600Ω) 或 </p><p>　　脈寬調(diào)制信號(觸點(diǎn)容量：24V d.c./1A)</p><p>　　⑵變送輸出：1V～5Vd.c.或4mA～20mA(負(fù)載電阻≤600Ω)可選。</p><p&

29、gt;　?、?直流24V輸出，負(fù)載≤30mA</p><p>　?、葓?bào)警輸出：1組～2組繼電器輸出。</p><p>　　觸點(diǎn)容量：220V a.c./3A或24V d.c./6A</p><p>　　報(bào)警方式：下下限、下限、上限、上上限。</p><p>　　3.2.2控制面板結(jié)構(gòu)</p><p>　　圖1.1 控

30、制面板結(jié)構(gòu)</p><p>　　上圖為數(shù)字調(diào)節(jié)器的控制面板圖形結(jié)構(gòu)圖，其具體功能如下：</p><p><b>　?、?顯示：</b></p><p>　　大4位數(shù)碼顯示 (紅色) —— 在運(yùn)行狀態(tài)顯示被控信號PV 。在設(shè)置狀態(tài)顯示設(shè)置參數(shù)代碼。</p><p>　　小4位數(shù)碼顯示 (紅色) —— 在運(yùn)行狀態(tài)顯示給定(S

31、P)/輸出(OUT)信號 。在設(shè)置狀態(tài)顯示設(shè)置參數(shù)值。</p><p>　　注：SP信號在串級(C)狀態(tài)顯示的是外給定(RSP)信號。在手動(dòng)(M)或自動(dòng)(A)狀態(tài)通常顯示的是內(nèi)給定(LSP)信號，此時(shí)若同時(shí)按下“MC”鍵和“SET”鍵(注意：“SET”鍵不可先按下)SP顯示窗將顯示RSP信號。</p><p>　?、?指示：LED燈4個(gè)。</p><p>　　AH

32、：高位報(bào)警（紅色）</p><p>　　AL：低位報(bào)警（紅色）</p><p>　　M/A/C：運(yùn)行狀態(tài)指示（黃色） M狀態(tài) ——燈閃；</p><p>　　A 狀態(tài) ——燈滅；</p><p>　　C 狀態(tài) —— 燈亮。</p><p>　　SP/OUT：給定值SP與控制輸出信號顯示切換指示（綠色）</p&g

33、t;<p>　　顯示SP信號 —— 燈滅；</p><p>　　顯示OUT信號 —— 燈亮。</p><p>　　異常：輸入超限——上限超限報(bào)警燈AH閃爍</p><p>　　下限超限報(bào)警燈AL閃爍</p><p><b>　?、?按鍵</b></p><p><b>　　

34、“SET” ：</b></p><p>　　· 在運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)入一級設(shè)置狀態(tài)。</p><p>　　· 在一級設(shè)置狀態(tài)按“SET”鍵超過20秒進(jìn)入二級設(shè)置狀態(tài)。</p><p>　　· 在設(shè)置狀態(tài)配合“△”/“▽”鍵進(jìn)行設(shè)置項(xiàng)的前后順序調(diào)出。</p><p>　　· 在設(shè)置狀態(tài)進(jìn)行設(shè)置參數(shù)確認(rèn)

35、（寫入）。</p><p><b>　　· 見“MC”鍵</b></p><p><b>　　“△”和“▽” ：</b></p><p>　　· 見“SET”鍵的第三項(xiàng)。</p><p>　　· 見“MC”鍵的第一項(xiàng)。</p><p>　　

36、83; 進(jìn)行運(yùn)行參數(shù)和設(shè)置參數(shù)的增/減操作。</p><p><b>　　“M C” ：</b></p><p>　　· 進(jìn)行控制狀態(tài)切換。運(yùn)行的初態(tài)為“M”，配合“△”和“▽”鍵按M—A—C順序來回切換。</p><p>　　· 在運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行SP/OUT燈指示切換。</p><p>　　·

37、; 對于有外給定功能的調(diào)節(jié)器，在“M”或“A”狀態(tài)下“MC”鍵與“SET”鍵同時(shí)按下時(shí)“SP/OUT”顯示窗將顯示外給定RSP值。</p><p>　　· 從一級設(shè)置狀態(tài)返回。</p><p>　　· 在二級設(shè)置狀態(tài)用于初始值調(diào)入。</p><p><b>　　“О” ：</b></p><p>&l

38、t;b>　　CPU復(fù)位。用于</b></p><p>　　·從二級設(shè)置狀態(tài)返回。</p><p>　　· 人為進(jìn)行CPU復(fù)位。如當(dāng)調(diào)節(jié)器出現(xiàn)異常時(shí)進(jìn)行人為復(fù)位，重新啟動(dòng)，可消除干擾引起的偶然異常。</p><p><b>　　3.2.3設(shè)置</b></p><p>　　調(diào)節(jié)器有兩種工

39、作狀態(tài)：設(shè)置（含校正）狀態(tài)和運(yùn)行（含報(bào)警和異常）狀態(tài)。在首次投入運(yùn)行時(shí)，進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)后必須先人為進(jìn)入二級設(shè)置狀態(tài)對進(jìn)行設(shè)置，調(diào)節(jié)器才能正常進(jìn)行校正和運(yùn)行。</p><p><b>　?、?設(shè)置類型</b></p><p>　　設(shè)置分為一級設(shè)置和二級設(shè)置，每級均有各自的密碼。所需設(shè)置的參數(shù)相應(yīng)分為一級參數(shù)和二級參數(shù)。</p><p>　　一級參數(shù)

40、是在運(yùn)行過程中需調(diào)整的。進(jìn)行一級參數(shù)設(shè)置時(shí)輸出參數(shù)保持進(jìn)入設(shè)置狀態(tài)前的值。鍵盤操作和顯示均按一級設(shè)置的規(guī)定進(jìn)行。</p><p>　　二級參數(shù)是在運(yùn)行過程中不允許修改的。進(jìn)行二級參數(shù)設(shè)置時(shí)儀表輸出參數(shù)保持進(jìn)入設(shè)置狀態(tài)前的值。若這時(shí)按下MC鍵，儀表將對各設(shè)置項(xiàng)調(diào)入初始值，用戶在初始值的基礎(chǔ)上進(jìn)行設(shè)置。否則，用戶將在原有設(shè)置值的基礎(chǔ)上進(jìn)行設(shè)置。在用戶首次設(shè)置時(shí)，最好在初始值的基礎(chǔ)上設(shè)置。以后若需要修改設(shè)置就應(yīng)在原有設(shè)

41、置的基礎(chǔ)上進(jìn)行設(shè)置。</p><p><b>　　⑵ 密碼</b></p><p>　　參數(shù)設(shè)置只能由儀表人員進(jìn)行。因此，在按“SET”鍵后必須輸入相應(yīng)的密碼才能進(jìn)入設(shè)置狀態(tài)。調(diào)節(jié)器內(nèi)定密碼見表9。</p><p><b>　　表3.2 設(shè)置密碼</b></p><p>　　⑶ 設(shè)置狀態(tài)的進(jìn)入和退出

42、</p><p><b>　?、僖患壴O(shè)置</b></p><p>　　在運(yùn)行狀態(tài)按“SET”鍵，初始顯示為一級密碼代碼和初值。密碼設(shè)置正確，再按“SET”鍵進(jìn)入一級參數(shù)的設(shè)置。按“△”/“▽”鍵，進(jìn)行參數(shù)修改（此時(shí)對手動(dòng)狀態(tài)的控制輸出值不起作用）。再按“SET”鍵將設(shè)置好的參數(shù)寫入調(diào)節(jié)器。</p><p>　　同時(shí)按“SET”和“△”/“▽”鍵

43、進(jìn)行設(shè)置項(xiàng)的前后調(diào)出，以進(jìn)行其它項(xiàng)的修改。</p><p>　　按“MC”鍵退出，返回運(yùn)行狀態(tài)。</p><p><b>　?、诙壴O(shè)置</b></p><p>　　在一級設(shè)置狀態(tài)按“SET”鍵超過20秒即可進(jìn)入二級設(shè)置狀態(tài)。初始顯示為二密碼代碼和初值。密碼設(shè)置正確，按“SET”鍵進(jìn)入二級參數(shù)的第一項(xiàng)，以后的操作同一級設(shè)置。按“О”(復(fù)位)鍵退

44、出，從新運(yùn)行初始化程序。</p><p><b>　　⒋ 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)</b></p><p>　　多功能數(shù)字調(diào)節(jié)器的硬件電路按電路模塊來分分為第一部分為CPU及外圍處理電路，第二部分為電源變壓轉(zhuǎn)換電路，第三部分為信號輸入處理電路，第四部分為報(bào)警電路，第五部分為信號輸出電路，第六部分為顯示、按鍵電路。按主電路來分有分為基本輸入電路，主電路，輸出電路三部分。各部分又由

45、不同的芯片和元器件組成，發(fā)揮著各自的作用。</p><p>　　為了在低成本、小空間以及十分有限的資源基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)高性能和多功能，對數(shù)字調(diào)節(jié)器整機(jī)的電路框圖設(shè)計(jì)如下</p><p><b>　　PWM轉(zhuǎn)換</b></p><p><b>　　轉(zhuǎn)換</b></p><p>　　+5V -5V +

46、24V</p><p><b>　　220Va.c</b></p><p>　　圖4.1 整體電路框圖</p><p><b>　　4.1 輸入電路</b></p><p>　　多功能數(shù)字調(diào)節(jié)器可接收的輸入信號包括標(biāo)準(zhǔn)電流/電壓信號、熱電偶、熱電阻及毫伏等21種信號。為此采用了多種類型信號輸入處

47、理電路。通過兩個(gè)八路模擬信號選擇開關(guān)4051來分別選擇輸入信號種類和放大倍數(shù)，經(jīng)過處理后的信號再經(jīng)過高精度雙積分A/D轉(zhuǎn)換器ICL7135完成模擬到數(shù)字的轉(zhuǎn)換。具體應(yīng)用時(shí)，通過按鍵對輸入信號種類和量程進(jìn)行設(shè)置，并進(jìn)行精度校正。從而實(shí)現(xiàn)了多信號無跳線切換及高精度轉(zhuǎn)換。</p><p>　　其具體電路如下圖所示：</p><p>　　圖4.2 輸入電路圖</p><p&g

48、t;　　4.1.1多路模擬開關(guān)的選型</p><p>　　由于輸入信號有熱電阻，熱電偶，遠(yuǎn)傳電阻，直流電壓、直流電流等不同信號，而且不同分度號的熱電偶和熱電阻信號所需放大的倍數(shù)也不同，所以必須根據(jù)不同的信號類型來控制模擬信號選擇開關(guān)4051來選通特定的輸入通道和放大倍數(shù)。模擬信號選擇開關(guān)4051的A,B,C端分別由74LS373的Q0,Q1,Q2來控制,由A,B,C的BCD碼來決定由哪一路信號輸入。同理，另一個(gè)4

49、051的A、B、C的值決定該信號的放大倍數(shù)。處理過后的信號經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器ICL7135內(nèi)部進(jìn)行模擬到數(shù)字的轉(zhuǎn)換后，對應(yīng)的數(shù)字量輸入到單片機(jī)中。下面分別對模擬開關(guān)CD4051和模數(shù)轉(zhuǎn)換器的作用介紹如下：</p><p>　　CD4051是單八路模擬開關(guān)，其引腳功能見圖2。CD4051相當(dāng)于一個(gè)單刀八擲開關(guān),開關(guān)接通哪一通道,由輸入的3位地址碼ABC來決定。 “INH”是禁止端,當(dāng)“INH”=1時(shí),各通道均不接通。此外

50、,CD4051還設(shè)有另外一個(gè)電源端VEE,以作為電平位移時(shí)使用,從而使得通常在單組電源供電條件下工作的CMOS電路所提供的數(shù)字信號能直接控制這種多路開關(guān),并使這種多路開關(guān)可傳輸峰－峰值達(dá)15V的交流信號。例如,若模擬開關(guān)的供電電源VDD=＋5V,VSS=0V,當(dāng)VEE=－5V時(shí),只要對此模擬開關(guān)施加0～5V的數(shù)字控制信號,就可控制幅度范圍為－5V～＋5V的模擬信號。</p><p>　　圖4 .3 CD4051管

51、腳圖</p><p>　　使用CD4051應(yīng)注意的3個(gè)要點(diǎn)：</p><p>　?、?使用單電源時(shí)，CD4051的VEE可以和GND相連。⑵ 強(qiáng)烈建議A，B，C三路片選端要加上拉電阻。</p><p>　　⑶ CD4051的公共輸出端不要加濾波電容（并聯(lián)到地），否則不同通道轉(zhuǎn)換后的電</p><p>　　壓經(jīng)電容沖放電后會(huì)引起極大的誤差。&

52、lt;/p><p>　　4.1.2 A/D轉(zhuǎn)換器ICL7135的電路設(shè)計(jì)</p><p>　　模擬信號輸入單片機(jī)之前要先經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換，放大器的輸出信號輸入到ICL7135的INST斷,經(jīng)轉(zhuǎn)換后將數(shù)字信號輸入到單片機(jī)中.本設(shè)計(jì)采用模數(shù)轉(zhuǎn)換器為ICL7135.</p><p>　　在常用的A/D轉(zhuǎn)換芯片（如ADC0809、ICL7135、ICL7109等）中，ICL7135

53、與其余幾種有所不同，它是一種四位半的雙積分A/D轉(zhuǎn)換器，具有精度高（精度相當(dāng)于14位二進(jìn)制數(shù)）、價(jià)格低廉、抗干擾等優(yōu)點(diǎn) . ICL7135是28腳DIP封裝。其引腳功能如下：{1}腳(V-)-5V電源端;{2}腳(VREF)基準(zhǔn)電壓輸入端;{3}腳(AGND)模擬地;{4}腳(INT)積分器輸入端,接積分電容;{5}腳(AZ)積分器和比較器反相輸入端,接自零電容;{6}腳(BUF)緩沖器輸出端,接積分電阻;{7}腳(CREF+)基準(zhǔn)電容

54、正端;{8}腳(CREF-)基準(zhǔn)電容負(fù)端;{9}腳(IN-)被測信號負(fù)輸入端;{10}腳(IN+)被測信號正輸入端;{11}腳(V+)+5V電源端;{12}、{17}～{20}腳(D1～D5)位掃描輸出端;{13}～{16}腳(B1～B4)BCD碼輸出端;{21}腳(BUSY)忙狀態(tài)輸出端;{22}腳(CLK)時(shí)鐘信號輸入端;{23}腳(POL)負(fù)極性信號輸出端;{24}腳(DGND)數(shù)字地端;{25}腳(R/H)運(yùn)行／讀數(shù)控制端;{2

55、6}腳(STR)數(shù)據(jù)選通輸</p><p>　　圖4.4 ICL7135電路圖</p><p>　　ICL7135的主要性能特點(diǎn)為： ①.輸入阻抗達(dá)109Ω以上,對被測電路幾乎沒有影響;</p><p><b>　　②自動(dòng)校零;</b></p><p>　?、?有精確的差分輸入電路; </p>

56、<p>　　④自動(dòng)判別信號極性;</p><p>　?、?有超、欠壓輸出信號</p><p>　　⑥.采用位掃描與BCD碼輸出。</p><p>　　ICL7135的測量周期包括下列四相（節(jié)拍）：</p><p>　　（1）AUTO-ZERO（自動(dòng)調(diào)零）相</p><p>　　在該相時(shí)，內(nèi)部IN+和IN-輸

57、入與引腳斷開，且在內(nèi)部連接到ANLG-COMMON，基準(zhǔn)電容被充電至基準(zhǔn)電壓，系統(tǒng)接成閉環(huán)并為自動(dòng)調(diào)零（AUTOZERO）電容充電以補(bǔ)償緩沖放大器、積分器和比較器的失調(diào)電壓。此時(shí)，自動(dòng)調(diào)零精度令受系統(tǒng)噪聲的限制，以輸入為基準(zhǔn)的總失調(diào)小于10μV。</p><p>　?。?）SINGAL-INTEGRATE（信號積分）相</p><p>　　在該相，自動(dòng)調(diào)零環(huán)路被打開，內(nèi)部的IN+和IN-輸

58、入被連接至外部引腳。在固定的時(shí)間周期內(nèi)，這些輸入端之間的差分電壓被積分。當(dāng)輸入信號相對于轉(zhuǎn)換器電源不反相（NO-RETURN）時(shí)，IN-可直接連接至ANJG-COMMON以便輸出正確的共模電壓。同時(shí)，在這一相完成的基礎(chǔ)上，輸入信號的極性將被系統(tǒng)所記錄。</p><p>　?。?）DEINTEGRATE（去積分）相</p><p>　　該相的基準(zhǔn)用于完成去積分（DEINTEGRATE）任務(wù)，

59、此時(shí)內(nèi)部IN-在內(nèi)部連接ANLG-COMMON，IN+跨接至先前已充電的基準(zhǔn)電容，所記錄的輸入信號的極性可確保以正確的極性連接至電容以使積分器輸出極性回零。輸出返回至零所需的時(shí)間正比于輸入信號的幅度。返回時(shí)間顯示為數(shù)字讀數(shù)，并由1000（Vid/Vref）確定。滿度或最大轉(zhuǎn)換值發(fā)生在Vid等于Vref的兩倍時(shí)。</p><p>　?。?）ZERO-INTEGRATE（積分器返回零）相</p><

60、;p>　　內(nèi)部的IN-連接到ANLG-COMMON，系統(tǒng)接成閉環(huán)以使積分器輸出返回到零。通常這相需要100～200個(gè)時(shí)鐘脈沖，但是在超范圍（OVERRANGE）轉(zhuǎn)換后，則需要6200個(gè)脈沖。     在小型化儀表中,應(yīng)該以最少的元件完成盡可能多的任務(wù)。單片機(jī)有32個(gè)I/O口，每個(gè)口都有各自用途，都很重要。如果利用ICL7135的BCD碼和STB選通信號就要占5個(gè)I/O口,而利用ICL7

61、135的“busy”端,只要一個(gè)I/O和89C52內(nèi)部的一個(gè)定時(shí)器就可以把ICL7135的數(shù)據(jù)送入單片機(jī)。   首先介紹ICL7135的“busy”端的功能。ICL7135是以雙積分方式進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換的電路。每個(gè)轉(zhuǎn)換周期分為三個(gè)階段：</p><p><b>　?、?自動(dòng)調(diào)零階段</b></p><p>　?、?被測電壓積分階段</p&

62、gt;<p>　?、?對基準(zhǔn)電壓進(jìn)行反積分階段以輸入電壓Vx為例,其積分器輸出端（ICL7135的4腳）的波形如圖1所示。</p><p>　　圖4.5 busy 波形圖</p><p>　　“busy”輸出端（ICL7135的21腳）高電平的寬度等于積分和反積分時(shí)間之和。ICL7135內(nèi)部規(guī)定積分時(shí)間固定為10001個(gè)時(shí)鐘脈沖時(shí)間,反積分時(shí)間長度與被測電壓的大小成比例。

63、如果利用單片機(jī)內(nèi)部的計(jì)數(shù)器對ICL7135的時(shí)鐘脈沖計(jì)數(shù),利用“busy”作為計(jì)數(shù)器門控信號,控制計(jì)數(shù)器只能在busy為高電平時(shí)計(jì)數(shù),將這段busy高電平時(shí)間內(nèi)計(jì)數(shù) 圖2是MCS-51定時(shí)器的邏輯框圖。 如果我們把T0規(guī)定為模式1定時(shí)器方式。定時(shí)器控制端（89C52的12腳）接ICL7135的“busy”端。這樣就能實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)器由“busy”控制對單片機(jī)1/12時(shí)鐘頻率的計(jì)數(shù)要 求。</p><

64、p><b>　　4.2 主電路</b></p><p>　　調(diào)節(jié)器核心器件采用AT89C52單片機(jī)。它同時(shí)提供了ROM、RAM、I/O口和定時(shí)器，極大地減少了外圍器件和電路。由X25045提供WTD和EEPROM。由于89C52內(nèi)部定時(shí)器數(shù)量不夠，外加一片可編程定時(shí)器82C54產(chǎn)生可編程處理周期Ts。82C54的另外2個(gè)定時(shí)器通過PWM方式產(chǎn)生控制輸出和變送輸出。這樣82C54的資源

65、也得到全部利用。82C54所產(chǎn)生的輸出信號的分辨率達(dá)到12位，其精度和分辨率均可滿足技術(shù)要求。其電路圖如下所示：</p><p>　　圖4.6 主電路圖</p><p>　　4.2.1單片機(jī)的選擇</p><p>　　AT89C52是一個(gè)低電壓，高性能CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含8k bytes的可反復(fù)擦寫的Flash只讀程序存儲器和256 bytes的隨機(jī)存取數(shù)

66、據(jù)存儲器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器和Flash存儲單元，功能強(qiáng)大的AT89C52單片機(jī)可為您提供許多較復(fù)雜系統(tǒng)控制應(yīng)用場合。  AT89C52有40個(gè)引腳，32個(gè)外部雙向輸入/輸出（I/O）端口，同時(shí)內(nèi)含2個(gè)外中斷口，3個(gè)16位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器,2個(gè)全雙工串行通信口，2個(gè)讀寫口線，AT89C52可以按照常規(guī)方法進(jìn)行編程，也可以在

67、線編程。其將通用的微處理器和Flash存儲器結(jié)合在一起，特別是可反復(fù)擦寫的Flash存儲器可有效地降低開發(fā)成本。</p><p>　　此外,AT89S52設(shè)計(jì)和配置了振蕩頻率可為0Hz并可通過軟件設(shè)置省電模式。空閑模式下,CPU暫停工作,而RAM定時(shí)計(jì)數(shù)器,串行口,外中斷系統(tǒng)可繼續(xù)工作,掉電模式凍結(jié)振蕩器而保存RAM的數(shù)據(jù),停止芯片其它功能直至外中斷激活或硬件復(fù)位封裝形式，AT89C52有PDIP、PQFP/TQ

68、FP及PLCC等三種以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求。</p><p><b>　　主要功能特性</b></p><p><b>　　32個(gè)雙向I/O口</b></p><p>　　· 3個(gè)16位可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器中斷 </p><p><b>　　· 2個(gè)串行中斷<

69、;/b></p><p><b>　　· 2個(gè)外部中斷源</b></p><p>　　· 2個(gè)讀寫中斷口線 </p><p>　　· 低功耗空閑和掉電模式</p><p>　　· 8k可反復(fù)擦寫(>1000次）Flash ROM

70、</p><p>　　· 時(shí)鐘頻率0-24MHz </p><p>　　· 256x8bit內(nèi)部RAM</p><p>　　· 可編程UART串行通道</p><p><b>　　· 共6個(gè)中斷源</b></p&g

71、t;<p><b>　　· 3級加密位</b></p><p>　　· 軟件設(shè)置睡眠和喚醒功能</p><p>　　AT89C52 芯片管腳圖如下圖所示：</p><p>　　圖4.7 AT89C52芯片</p><p>　　4.2.2 ROM的擴(kuò)展</p><p&

72、gt;　　在CPU電路中所選用的單片機(jī)為89C52,其內(nèi)部含有8KB的ROM,和256KB的RAM。原理圖中選用了X5045既提供了WTD，又提供了EEPROM， X5045與單片機(jī)的連接如下圖：</p><p>　　圖4.8 CD5045與單片機(jī)的連接圖</p><p><b>　?、?引腳介紹</b></p><p>　　X5045的管腳

73、圖排列如下圖所示，</p><p>　　X5045有8個(gè)引腳，各引腳的功能如下：</p><p>　　CS; 電路選擇端，低電平有效</p><p>　　SO: 串行數(shù)據(jù)輸出端</p><p>　　SI: 串行數(shù)據(jù)輸入端</p><p>　　SCK:串行時(shí)鐘輸入端</p><p>　　WP:寫保

74、護(hù)輸入端，低電平有效</p><p>　　RESET:復(fù)位輸出端</p><p><b>　　VCC:電源端</b></p><p><b>　　VSS:接地端</b></p><p><b>　?、?工作原理</b></p><p>　?、?上電復(fù)位：

75、 向X5045加電時(shí)，會(huì)激活其內(nèi)部的上電復(fù)位電路，從而使RESET引腳有效，該信號可避免系統(tǒng)微處理器在電壓不足或振蕩器未穩(wěn)定的情況下工作。當(dāng)VCC超過Vtrip門限時(shí)，電路將在200MS延時(shí)后釋放RESET，以允許系統(tǒng)開始工作。</p><p>　?、?低電壓監(jiān)測： X5045對VCC電平進(jìn)行監(jiān)測，若電源電壓跌落至預(yù)置的最小Vtrip以下時(shí)，系統(tǒng)確認(rèn)RESET，從而避免微處理器在電源失效或斷開的情況下工作。當(dāng)R

76、ESET被確認(rèn)后，該RESET信號將一直保持有效，直到電壓跌到1V，當(dāng)VCC返回并超過Vtrip時(shí)，系統(tǒng)重新開始工作。</p><p>　?、?看門狗定時(shí)器: 看門狗定時(shí)器的作用是通過監(jiān)測WD輸入來監(jiān)視微處理器是否激活，由于微處理器必須周期性的觸發(fā)CS/WD1引腳必修在看門狗超時(shí)時(shí)間終止之前受到由高至低信號的觸發(fā)</p><p>　　④ SPI串行存儲器:串行部分是帶塊鎖保護(hù)的CMOS串行

77、EEPROM陣列，陣列的內(nèi)部組織是8位，X5045提供最少為1000，000次察寫種100年的數(shù)據(jù)保存期，并具有串行外圍接口（SPI）軟件結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)。X5045通過一個(gè)8位的指令寄存器來控制器件，其指令代碼通過SI輸入端(MSB)寫入寄存器。</p><p>　　4.2.3計(jì)數(shù)器CD4040</p><p>　　圖中89C52的ALE引腳接在了計(jì)數(shù)器4040,4040是多位二進(jìn)制輸出串行計(jì)

78、數(shù)器，多位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器主要用于分頻和定時(shí)，使用極其簡單和方便，原理圖中單片機(jī)的ALE端接在了4040的CLK端，其中4040為一個(gè)分頻計(jì)數(shù)器，計(jì)數(shù)脈沖的頻率由ALE端輸出經(jīng)第一個(gè)4040其輸出頻率為計(jì)數(shù)的二分之一，輸出的頻率經(jīng)4040的Q2端輸入到ICL7135的CLK引腳上，從而為ICL7135 提供了工作時(shí)所需的頻率信號，此頻率為輸入頻率的八分之一。為了滿足所需的頻率信號，又級聯(lián)一個(gè)4040計(jì)數(shù)器，為82C54提供器工作時(shí)所需的頻率

79、信號。，從而達(dá)到了分頻的要求，其具體的連接如原理圖所示。</p><p>　　CD4040 是12位二進(jìn)制串行計(jì)數(shù)器/分配器，其特點(diǎn)是IC內(nèi)部有12個(gè)計(jì)數(shù)級，每個(gè)計(jì)數(shù)級均有輸出端子，即Q0～Q11。CD4040計(jì)數(shù)工作時(shí)，Q0是CP脈沖的二分頻；Q2又是Q1輸出的二分頻，所以有頻率fQ11=  fCP。CD4040也可擴(kuò)展更多的分頻。，CD4040作增量計(jì)數(shù)。</p><p

80、>　　4.2.4 定時(shí)器 82C54            </p><p>　　由于89C52內(nèi)部定時(shí)器數(shù)量不夠，外加一片可編程定時(shí)器82C54產(chǎn)生可編程處理周期Ts。82C54的另外2個(gè)定時(shí)器通過PWM方式產(chǎn)生控制輸出和變送輸出。這樣82C54的資源也得到全部利用。82C54

81、的管腳和工作方式介紹如下：</p><p>　　圖4.9 82C54管腳圖</p><p>　　82C54的計(jì)數(shù)頻率高，可高達(dá)12MHz。片內(nèi)包含3個(gè)獨(dú)立的16位計(jì)數(shù)通道，每個(gè)計(jì)數(shù)通道有6種工作方式，可由程序設(shè)置和改變，所有的輸入／輸出電平信號都與TTL兼容。</p><p>　　82C54內(nèi)部包含三個(gè)功能完全相同的通道，每個(gè)通道內(nèi)部設(shè)置一個(gè)16位計(jì)數(shù)器，可進(jìn)行二

82、進(jìn)制BCD碼計(jì)數(shù)。采用二進(jìn)制時(shí)，最大計(jì)數(shù)值為FFFH。采用BCD碼計(jì)數(shù)時(shí) ，最大計(jì)數(shù)值為9999。與此計(jì)數(shù)器相對應(yīng)，每個(gè)計(jì)數(shù)器通道內(nèi)部設(shè)有一個(gè)一個(gè)16位計(jì)數(shù)值鎖存器，必要時(shí)用鎖存器來鎖存計(jì)數(shù)值。</p><p>　　當(dāng)某通道作計(jì)數(shù)器時(shí)，應(yīng)將計(jì)數(shù)的次數(shù)預(yù)置到該通道計(jì)數(shù)器中，被計(jì)數(shù)的事件應(yīng)以脈沖方式從CLK端輸入，每輸入一個(gè)計(jì)數(shù)脈沖，計(jì)數(shù)器值減一，待計(jì)數(shù)器減到0。OUT輸出一信號表示計(jì)數(shù)到，。當(dāng)作定時(shí)器時(shí)，從CLK輸

83、入一定的時(shí)鐘脈沖根據(jù)要求定時(shí)的時(shí)間計(jì)算出定時(shí)所需要的計(jì)數(shù)值，并預(yù)置到計(jì)數(shù)器中，每輸入一個(gè)時(shí)鐘脈沖，計(jì)數(shù)器值減一，待減到0。OUT輸出一信號表示定時(shí)時(shí)間到。</p><p>　　計(jì)數(shù)值＝定時(shí)時(shí)間／時(shí)鐘脈沖周期</p><p><b>　　對器管腳介紹如下：</b></p><p>　?、?與CPU相連的管腳</p><p>

84、;　　DO～D7 : 雙向三態(tài)數(shù)據(jù)總線。</p><p>　　RD,WR : 讀／寫控制信號，低電平有效。</p><p>　　CS, : 82C54的片選信號</p><p>　　A1,A0 : 通道地址控制信號</p><p>　　VCCC,GND : VCC為電源輸入端，＋5V有效。GND為接地端</p><p>

85、;<b>　?、?通道管腳</b></p><p>　　CLK2～CLK0 : 脈沖輸入管腳。外部事件或定時(shí)器又用三個(gè)管腳輸入。</p><p>　　OUT2～OUT0 : 數(shù)尺管腳。當(dāng)計(jì)數(shù)器減到零在OUT管腳上輸出，輸出波形取決于82C54的工作方式。</p><p>　　GATE2～GATE0 : 門控信號輸入管腳，這是控制計(jì)數(shù)器工作的

86、一個(gè)外部信號，當(dāng)GATE的管腳輸入低電平時(shí)，通常時(shí)禁止計(jì)數(shù)器工作的</p><p><b>　　4.3 輸出電路</b></p><p>　　82C54產(chǎn)生的PWM信號經(jīng)光耦PC817送至濾波和輸出功放電路，生成穩(wěn)定的輸出信號，其電路圖如下圖所示:</p><p>　　圖4.10 輸出電路圖</p><p>　　82

87、C54的輸出信號FOUT1和FOUT2分別接入輸出電路的輸入端，其脈沖的寬度決定了輸出信號的大小。再經(jīng)光耦輸出，經(jīng)兩個(gè)與非門送入放大器，從而輸出信號。與非門在電路圖中起到數(shù)據(jù)緩沖的作用，使電路的驅(qū)動(dòng)能力增強(qiáng)。</p><p>　　光耦在的電路圖中對輸入的干擾信號器到隔離的作作用</p><p>　　對于光耦合器具體介紹如下:</p><p>　　光耦合器的主要優(yōu)點(diǎn)是

88、單向傳輸信號,輸入端與輸出端完全實(shí)現(xiàn)了電氣隔離,抗干擾能力強(qiáng),使用壽命長,傳輸效率高。它廣泛用于電平轉(zhuǎn)換、信號隔離、級間隔離、開關(guān)電路、遠(yuǎn)距離信號傳輸、脈沖放大、固態(tài)繼電器(SSR)、儀器儀表、通信設(shè)備及微機(jī)接口中。由于光電耦合器的輸入阻抗與一般干擾源的阻抗相比較小,因此分壓在光電耦合器的輸入端的干擾電壓較小,它所能提供的電流并不大,不易使半導(dǎo)體二極管發(fā)光;由于光電耦合器的外殼是密封的,它不受外部光的影響;光電耦合器的隔離電阻很大（約1

89、012Ω）、隔離電容很小（約幾個(gè)pF）所以能阻止電路性耦合產(chǎn)生的電磁干擾。線性方式工作的光電耦合器是在光電耦合器的輸入端加控制電壓,在輸出端會(huì)成比例地產(chǎn)生一個(gè)用于進(jìn)一步控制下一級的電路的電壓。線性光電耦合器由發(fā)光二極管和光敏三極管組成,當(dāng)發(fā)光二極管接通而發(fā)光,光敏三級管導(dǎo)通,光電耦合器是電流驅(qū)動(dòng)型,需要足夠大的電流才能使發(fā)光二極管導(dǎo)通,如果輸入信號太小,發(fā)光二極管不會(huì)導(dǎo)通,其輸出信號將失真。在開關(guān)電源,尤其是數(shù)字開關(guān)電源中,利用線性光耦

90、合器可構(gòu)成光耦反饋電路,通過調(diào)節(jié)控制端電流來改變占空比,達(dá)到精密穩(wěn)壓目的。</p><p>　　光耦合器的技術(shù)參數(shù)主要有發(fā)光二極管正向壓降VF、正向電流IF、電流傳輸比CTR、輸入級與輸出級之間的絕緣電阻、集電極-發(fā)射極反向擊穿電壓V(BR)CEO、集電極-發(fā)射極飽和壓降VCE(sat)。此外,在傳輸數(shù)字信號時(shí)還需考慮上升時(shí)間、下降時(shí)間、延遲時(shí)間和存儲時(shí)間等參數(shù)。電流傳輸比是光耦合器的重要參數(shù),通常用直流電流傳輸

91、比來表示。當(dāng)輸出電壓保持恒定時(shí),它等于直流輸出電流IC與直流輸入電流IF的百分比</p><p>　　4.4 報(bào)警、顯示電路</p><p><b>　　4.4.1報(bào)警介紹</b></p><p>　　除了以上介紹的主要電路外，數(shù)字調(diào)節(jié)器還涉及到報(bào)警電路,顯示電路和通信電路。報(bào)警電路主要是繼電器報(bào)警，當(dāng)輸出信號超出指定信號范圍時(shí)，報(bào)警指示燈就

92、會(huì)亮。其中有四種報(bào)警方式。分別位上限報(bào)警，上上限報(bào)警，下限報(bào)警，下下限報(bào)警。以溫度輸入信號為例解釋報(bào)警的分類：若數(shù)字調(diào)節(jié)器允許輸入的溫度信號為45度到300度。設(shè)45度為下限報(bào)警，則300度就為上限報(bào)警，使溫度從45度升高。由于溫度不能立即從45度開始升，要先有個(gè)下降的過程，例如下降了5度，此時(shí)就設(shè)40度時(shí)為下下限報(bào)警。同理溫度要從三百度開始下降，但不能立即開始下降，要先有個(gè)升溫的過程，如升了5度后開始下降，即305度時(shí)開始下降，此時(shí)就

93、設(shè)305度為上上限報(bào)警。</p><p>　　調(diào)節(jié)器處于報(bào)警方式1的上限報(bào)警、方式2的上上限報(bào)警及方式3的下限報(bào)警時(shí)，AH燈亮，同時(shí)報(bào)警量1輸出。處于報(bào)警方式1的下限報(bào)警、方式2的上限報(bào)警及方式3的下下限報(bào)警時(shí)，AL燈亮，同時(shí)報(bào)警量2輸出。（報(bào)警量1、2不會(huì)同時(shí)輸出。）調(diào)節(jié)器出現(xiàn)偏差報(bào)警時(shí)，AL和AH燈亮，無報(bào)警輸出。具體的報(bào)警電路圖如下圖所示</p><p>　　圖4.11 報(bào)警電路圖&

94、lt;/p><p>　　4.4.2繼電器介紹</p><p>　　由于報(bào)警電路屬于繼電器報(bào)警，首先要對繼電器的工作原理要進(jìn)行了解，介紹如下：</p><p>　　繼電器是一種電子控制器件，它具有控制系統(tǒng)（又稱輸入回路）和被控制系統(tǒng)（又稱輸出回路），通常應(yīng)用于自動(dòng)控制電路中，它實(shí)際上是用較小的電流去控制較大電流的一種“自動(dòng)開關(guān)”。故在電路中起著自動(dòng)調(diào)節(jié)、安全保護(hù)、轉(zhuǎn)換電路

95、等作用。電磁式繼電器一般由鐵芯、線圈、銜鐵、觸點(diǎn)簧片等組成的。只要在線圈兩端加上一定的電壓，線圈中就會(huì)流過一定的電流，從而產(chǎn)生電磁效應(yīng)，銜鐵就會(huì)在電磁力吸引的作用下克服返回彈簧的拉力吸向鐵芯，從而帶動(dòng)銜鐵的動(dòng)觸點(diǎn)與靜觸點(diǎn)（常開觸點(diǎn)）吸合。當(dāng)線圈斷電后，電磁的吸力也隨之消失，銜鐵就會(huì)在彈簧的反作用力返回原來的位置，使動(dòng)觸點(diǎn)與原來的靜觸點(diǎn)（常閉觸點(diǎn)）吸合。這樣吸合、釋放，從而達(dá)到了在電路中的導(dǎo)通、切斷的目的。對于繼電器的“常開、常閉”觸點(diǎn)，

96、可以這樣來區(qū)分：繼電器線圈未通電時(shí)處于斷開狀態(tài)的靜觸點(diǎn)，稱為“常開觸點(diǎn)”；處于接通狀態(tài)的靜觸點(diǎn)稱為“常閉觸點(diǎn)”。</p><p>　　原理圖中用到的繼電器為常開觸點(diǎn)繼電器，輸入端由單片機(jī)的口進(jìn)行控制，其中三極管在電路圖中起到一個(gè)信號放大作用，繼電器吸合時(shí)電路一端的發(fā)光二極管就會(huì)發(fā)光，即顯示為報(bào)警信號。</p><p>　　4.4.3 ICL7135</p><p>

97、　　測量的輸出信號經(jīng)LED數(shù)碼管顯示出來，其中利用HD7279芯片管理鍵盤和數(shù)碼管顯示。顯示電路如原理圖所示。</p><p>　　HD7279(A)是一片具有串行接口的，可同時(shí)驅(qū)動(dòng)8位共陰式數(shù)碼管(或64只獨(dú)立LED)的智能顯示驅(qū)動(dòng)芯片，該芯片同時(shí)還可連接多達(dá)64鍵的鍵盤矩陣。</p><p>　　該芯片內(nèi)部含有譯碼器，可直接接受16進(jìn)制碼，HD7279A還同時(shí)具有2種譯碼方式，HD72

98、79(A)還具有多種控制指令，如消隱、閃爍、左移特點(diǎn)：</p><p><b>　　串行接口</b></p><p>　　各位獨(dú)立控制譯碼/不譯碼及消隱和閃爍屬性</p><p>　　(循環(huán))左移/(循環(huán))右移指令</p><p>　　具有段尋址指令，方便控制獨(dú)立LED</p><p>　　64鍵

99、鍵盤控制器，內(nèi)含去抖動(dòng)電路、右移、段尋址等。</p><p>　　HD7279的管腳圖如下所示：</p><p>　　圖4.12 HD7279引腳圖</p><p><b>　　4.5 通信模塊</b></p><p>　　數(shù)字調(diào)節(jié)器還具有通信功能。設(shè)計(jì)中采用的時(shí)RS232串行通信，其中用到的芯片為MAX232，它一款

100、兼容RS232標(biāo)準(zhǔn)的芯片。該器件包含2驅(qū)動(dòng)器、2接收器和一個(gè)電壓發(fā)生器電路提供TIA/EIA-232-F電平。 該器件符合TIA/EIA-232-F標(biāo)準(zhǔn)，每一個(gè)接收器將TIA/EIA-232-F電平轉(zhuǎn)換成5-V TTL/CMOS電平。每一個(gè)發(fā)送器將TTL/CMOS電平轉(zhuǎn)換成TIA/EIA-232-F電平。</p><p>　?、?RS—232標(biāo)準(zhǔn)介紹</p><p>　　串行通信

101、中，只有通信雙方采用相同的接口標(biāo)準(zhǔn)，才能進(jìn)行正常的通信。由于不同設(shè)備串行接口的信號線定義、電氣規(guī)格等特性不盡相同，要使這些設(shè)備能夠相互連接，需要一個(gè)統(tǒng)一的串行通信接口。RS—232（又稱EIA RS—232C）是目前最常用的一種串行通信接口標(biāo)準(zhǔn)。它是在1970年由美國電子工業(yè)協(xié)會(huì)（EIA）聯(lián)合貝爾系統(tǒng)、調(diào)制解調(diào)器廠家及計(jì)算機(jī)生產(chǎn)廠家共同制定的用于串行通信的標(biāo)準(zhǔn)。</p><p>　　串行通信接口標(biāo)準(zhǔn)中RS—232

102、接口是目前最常用的一種串行通信接口，RS—232標(biāo)準(zhǔn)的全稱是EIA -RS—232C標(biāo)準(zhǔn)，其中EIA（Electronic Industy Association）代表美國電子工業(yè)協(xié)會(huì)，RS（Recommeded Standard）代表推薦標(biāo)準(zhǔn)，232是標(biāo)識號，C代表 RS—232C代表最近一次修改，該標(biāo)準(zhǔn)對串行通信的連接電纜和機(jī)械、電氣特性、信號功能以及傳送過程都進(jìn)行了明確的規(guī)定，適合用于數(shù)據(jù)傳輸速率在0～20 000bit/s范圍內(nèi)

103、的通信。</p><p>　　① RS—232C中的引腳介紹</p><p>　　下圖為兩種串口連接器的引腳分布</p><p>　　圖4.13 RS—232C中的引腳介紹</p><p>　　RS—232C中定義了20根信號線，使用25芯D型連接器（DB25）實(shí)現(xiàn)，其中除了用于全雙工串行通信的兩根信號線外，標(biāo)準(zhǔn)還定義了若干“握手線”如DS

104、R、DTR、RTS、CTS等，后來為了簡化串口的線路連接，出現(xiàn)了簡化的9芯D型連接器（DB9）。該接口在引腳定義上與DB25接口完全不同，因此若與配接DB25型連接器的DEC設(shè)備連接，必須使用專門的電纜線。</p><p>　?、赗S232C信號特性、電纜長度及波特率 </p><p>　　為了確保正確的發(fā)送二進(jìn)制數(shù)據(jù)和正確的執(zhí)行設(shè)備控制，RS232C標(biāo)準(zhǔn)為數(shù)據(jù)和管制</p>

105、<p>　　號提供了電壓標(biāo)準(zhǔn)及范圍。當(dāng)RS232C的線路上沒有通信的數(shù)據(jù)信號時(shí)，DTE端的發(fā)送</p><p>　　號保持－15V的電壓。電壓標(biāo)準(zhǔn)如表2.1所示 </p><p>　　表 3 交換電壓標(biāo)準(zhǔn)</p><p>　　RS—232C標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定電纜長度限定在15m以內(nèi)，串行數(shù)據(jù)傳速率的范圍為0～20000b/s。這一規(guī)定足以覆蓋個(gè)人計(jì)算機(jī)使

106、用的50～9600b/s范圍。電纜長度也足以滿足大多數(shù)個(gè)人計(jì)算機(jī)通信的要求。</p><p>　?、?使用MAX220/232/232A構(gòu)建電平轉(zhuǎn)換電路</p><p>　　由于RS—232C標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的邏輯電平與TTL等數(shù)字電路的邏輯電平不兼容，因此二者之間驚醒相互連接時(shí)必須先進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。目前常用的電平轉(zhuǎn)化新片由MC1488、MC1489、ICL232、MAX220/232/232A等等

107、。</p><p>　　使用MC1488、MC1489建立電平轉(zhuǎn)換電路，需要外接±12V對稱電源，電路構(gòu)造較為復(fù)雜。因此，一些公司推出了使用單電源供電的電平轉(zhuǎn)換電路，如Intersil公司的ICL232、Maxim公司生產(chǎn)的MAX220/232/232A等。這些芯片可以在±5V電源供電的情況下將TTL電平轉(zhuǎn)換為±10V的RS—232電平，完全可以替代傳統(tǒng)的MC1488、 MC1489

108、芯片的功能，簡化了電路設(shè)計(jì)，因此得到了廣泛的應(yīng)用。其具體電路圖如下圖所示。</p><p>　　圖4.14 MAX232線路圖</p><p><b>　?、?軟件設(shè)計(jì)</b></p><p>　　多功能數(shù)字調(diào)節(jié)器的軟件設(shè)計(jì)采用C語言編譯環(huán)境編制及模塊化設(shè)計(jì)。根據(jù)調(diào)節(jié)器的總體設(shè)計(jì)，程序劃分為初始化及循環(huán)主程序兩部分。初始化程序包含初始化設(shè)置和

109、輸入預(yù)處理模塊。運(yùn)行主程序包含顯示模塊、鍵盤及設(shè)置模塊、，輸入模塊，輸出模塊，控制算法模塊，通信模塊等。</p><p>　　5.1 C語言的特點(diǎn)與優(yōu)勢</p><p>　　5.1.1 語言的選擇</p><p>　　C 語言是1972年由美國的Dennis Ritchie設(shè)計(jì)發(fā)明的, 并首次在UNIX操作系統(tǒng) 的 DEC PDP-11 計(jì)算機(jī)上使用。 它由

110、早期的編程語言 BCPL( Basic Combind Programming Language) 發(fā)展演變而來。在1970年, AT&T 貝爾實(shí)驗(yàn)室的 Ken Thompson根據(jù)BCPL語言設(shè)計(jì)出較先進(jìn)的并取名為 B的語言, 最后導(dǎo)了C 語言的問世。 隨著微型計(jì)算機(jī)的日益普及, 出現(xiàn)了許多C 語言版本。由于沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn), 使得這些C 語言之間出現(xiàn)了一些不一致的地方。為了改變這種情況, 美國國家標(biāo)準(zhǔn) 研究所(A

111、NSI)為C 語言制定了一套ANSI標(biāo)準(zhǔn), 成為現(xiàn)行的C語言標(biāo)準(zhǔn)。</p><p>　　C 語言發(fā)展如此迅速, 而且成為最受歡迎的語言之一, 主要因?yàn)樗哂袕?qiáng)大的 功能。許多著名的系統(tǒng)軟件, 如DBASE Ⅲ PLUS、DBASE Ⅳ 都是由C 語言編寫的。 用C 語言加上一些匯編語言子程序, 就更能顯示C 語言的優(yōu)勢了, 像PC- DOS 、 WORDSTAR等就是用這種方法編寫的。歸納起來C 語言具有下列

112、特點(diǎn): ⑴ C是中級語言 它把高級語言的基本結(jié)構(gòu)和語句與低級語言的實(shí)用性結(jié)合起來。C 語言可以像匯編語言一樣對位、字節(jié)和地址進(jìn)行操作, 而這三者是計(jì)算機(jī)最基本的工作單元。通常由機(jī)器指令來實(shí)現(xiàn)的普通的算術(shù)及邏輯運(yùn)算都可以由C語言來完成。正因?yàn)槠浼骖櫢呒壵Z言與匯編語言的優(yōu)點(diǎn)，表達(dá)能力極強(qiáng)，故最適宜用來開發(fā)系統(tǒng)軟件。 ⑵C是結(jié)構(gòu)式語言 結(jié)構(gòu)式語言的顯著特點(diǎn)是代碼及數(shù)據(jù)的分隔化, 即程序的各個(gè)部分除了必要的信息交流外彼此

113、獨(dú)立。這種結(jié)構(gòu)化方式可使程序?qū)哟吻逦? 便于使用、維護(hù)以及調(diào) 試。C語言是以函數(shù)形式提供給用戶的, 這些函數(shù)可方便的調(diào)用, 并具有多種循環(huán)、條件語句控制程序流向, 從而使程序完全結(jié)構(gòu)化。此外，C語言的可移植性好，并可直接對硬件進(jìn)</p><p><b>　　⑸其它特點(diǎn)</b></p><p>　　C語言的其它特點(diǎn)包括程序執(zhí)行效率高（只比匯編語言低10%--20%）

114、、程序設(shè)計(jì)的自由度大等。</p><p>　　5.1.2 匯編語言的特點(diǎn)與優(yōu)勢</p><p>　　為了克服機(jī)器語言難讀、難編、難記和易出錯(cuò)的缺點(diǎn),人們就用與代碼指令實(shí)際含義相近的英文縮寫詞、字母和數(shù)字等符號來取代指令代碼(如用ADD表示運(yùn)算符號“＋”的機(jī)器代碼),于是就產(chǎn)生了匯編語言。所以說,匯編語言是一種用助記符表示的仍然面向機(jī)器的計(jì)算機(jī)語言。匯編語言亦稱符號語言。匯編語言由于是采用了

115、助記符號來編寫程序,比用機(jī)器語言的二進(jìn)制代碼編程要方便些,在一定程度上簡化了編程過程。匯編語言的特點(diǎn)是用符號代替了機(jī)器指令代碼,而且助記符與指令代碼一一對應(yīng),基本保留了機(jī)器語言的靈活性。使用匯編語言能面向機(jī)器并較好地發(fā)揮機(jī)器的特性,得到質(zhì)量較高的程序。　　匯編語言中由于使用了助記符號,用匯編語言編制的程序送入計(jì)算機(jī),計(jì)算機(jī)不能像用機(jī)器語言編寫的程序一樣直接識別和執(zhí)行,必須通過預(yù)先放入計(jì)算機(jī)的“匯編程序“的加工和翻譯,才能變成能夠被計(jì)算