微電腦多路染色機(jī)溫度控制器的硬件設(shè)計(jì)畢業(yè)論文

1、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 題 目：微電腦多路染色機(jī)溫度控制器的硬件設(shè)計(jì) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說(shuō)明原創(chuàng)性聲明本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文），是我個(gè)人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過(guò)的研究成果，也不包含我為獲得 及其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過(guò)的材料。對(duì)本研究提供過(guò)幫助和做出過(guò)貢獻(xiàn)的個(gè)人或集體，均已在文中作了明確的說(shuō)明并表示了謝意。作 者 簽 名： 日 期： 指導(dǎo)教師簽名： 日期： 使用授權(quán)說(shuō)明本人完全了解 大學(xué)關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的規(guī)定，即：按照學(xué)校要求提交畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文

2、）的印刷本和電子版本；學(xué)校有權(quán)保存畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務(wù)；學(xué)?？梢圆捎糜坝?、縮印、數(shù)字化或其它復(fù)制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學(xué)?？梢怨颊撐牡牟糠只蛉?jī)?nèi)容。作者簽名： 日 期： 學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的研究成果。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人完全意識(shí)到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。作者簽名： 日期： 年 月 日學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)

3、保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國(guó)家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán) 大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。作者簽名：日期： 年 月 日導(dǎo)師簽名： 日期： 年 月 日目錄第一章 前言1第二章 相關(guān)技術(shù)及理論分析32.1溫度測(cè)試技術(shù)32.2溫度控制原理6第三章 微電腦多路染色機(jī)溫度控制器的系統(tǒng)組成及工作原理93.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求與技術(shù)指標(biāo)93.2系統(tǒng)功能93.3系統(tǒng)組成9第四章 微電腦多路染色機(jī)溫度控制器的硬件設(shè)計(jì)電路114.1 溫度采集模塊114.

4、2 多路開關(guān)選擇模塊134.3 放大電路模塊154.4 a/d轉(zhuǎn)換模塊174.5 鍵盤顯示模塊184.5.1液晶概述194.5.2模塊接口說(shuō)明204.5.3并行接口214.6 溫控模塊224.6.1加熱控制電路234.6.2制冷控制模塊264.7 報(bào)警模塊264.8 時(shí)鐘模塊284.9 單片機(jī)基本系統(tǒng)294.10 系統(tǒng)總電路設(shè)計(jì)30第五章 微電腦多路染色機(jī)溫度控制器的軟件設(shè)計(jì)315.1 主程序設(shè)計(jì)315.2 中斷服務(wù)程序325.3 算法子程序335.4 鍵盤顯示子程序33第六章 微電腦多路染色機(jī)溫度控制器的系統(tǒng)調(diào)試356.1溫度采集模塊的調(diào)試356.2溫度控制模塊的調(diào)試356.3語(yǔ)音報(bào)警模塊的

5、調(diào)試376.4總體調(diào)試37第七章 總結(jié)387.1完善功能387.2心得體會(huì)38致 謝39參考文獻(xiàn)40附錄 a 原理總圖41附錄 b pcb圖42附錄 c 實(shí)物圖43第一章 前言當(dāng)今社會(huì)的發(fā)展日新月異，各行各業(yè)都在迅猛崛起，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制理論及溫度測(cè)量控制技術(shù)等技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展，在紡織服裝等行業(yè)里，染色工藝的地位也日漸突出。伴隨本國(guó)經(jīng)濟(jì)體制改革步伐的加快以及印染行業(yè)的不斷發(fā)展，染色機(jī)的研制和開發(fā)也在逐步形成規(guī)模。對(duì)其技術(shù)工藝和控制水平的要求也越來(lái)越高。各種染色機(jī)的出現(xiàn)，逐漸代替了手工染色工藝進(jìn)入了染色行業(yè)的應(yīng)用里。染色工序在紡織品生產(chǎn)中占有重要地位，染色質(zhì)量直接決定了紡織品的色澤、外觀

6、，甚至還影響紡織品的生產(chǎn)成本。在染色工序中，影響染色的因素主要有染液濃度、溫度、液位等，其中溫度控制是很重要而又復(fù)雜的控制過(guò)程。染色過(guò)程實(shí)際上是由工藝人員針對(duì)不同織物的一條溫度曲線，執(zhí)行每個(gè)工藝對(duì)染色的溫度中升溫及降溫過(guò)程的嚴(yán)格控制。如果操作過(guò)程沒(méi)有達(dá)到相應(yīng)的嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn)和要求，就容易使織物產(chǎn)生色差、缸差、條痕等疵點(diǎn)，造成復(fù)染率上升，生產(chǎn)成本增加等問(wèn)題。2而溫度是工業(yè)生產(chǎn)中常見的工藝參數(shù)之一，任何物理變化和化學(xué)反應(yīng)過(guò)程都與溫度密切相關(guān)，因此溫度控制是生產(chǎn)自動(dòng)化的重要任務(wù)。因此，對(duì)于不同生產(chǎn)情況和工藝要求下的溫度控制，所采用的加熱方式，燃料，控制方案也有所不同。傳統(tǒng)的染色工藝過(guò)程主要由升溫、保溫、降

7、溫等幾個(gè)連續(xù)階段組成。升溫過(guò)程采用蒸汽加熱，降溫階段采用冷卻水冷卻。在升溫過(guò)程中，當(dāng)溫度達(dá)到某一特定溫度值時(shí)，保溫一段時(shí)間，在這段時(shí)間內(nèi)加入染料、助劑等化學(xué)藥品。當(dāng)溫度降到某一特定溫度值時(shí)，校正浴比，在加入染料或助劑。隨著染色工藝的迅速發(fā)展和印染技術(shù)的不斷進(jìn)步，對(duì)染色機(jī)溫度控制的要求也在逐步增長(zhǎng)，設(shè)計(jì)出安全、實(shí)用、節(jié)能、智能化和數(shù)字化的染色機(jī)溫度控制器已成必然趨勢(shì)。由此可見，由微電腦控制的多路染色機(jī)的溫度控制器的研究顯得尤為重要。近期國(guó)外的各類染色機(jī)的技術(shù)性能已經(jīng)發(fā)生了很大的變化和提高，有著較高的織物加工范圍和較廣的工藝適應(yīng)性，并且實(shí)現(xiàn)一機(jī)多用。一般從進(jìn)布到出布，可連續(xù)完成精練、漂白、染色、水

8、洗等工藝過(guò)程。根據(jù)目前的國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)需求來(lái)看，隨著本國(guó)染色機(jī)市場(chǎng)的迅猛發(fā)展，與之相關(guān)的核心生產(chǎn)技術(shù)應(yīng)用與研發(fā)必將成為業(yè)內(nèi)企業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)。市場(chǎng)需求是決定染色機(jī)發(fā)展的主要?jiǎng)恿?，通過(guò)參考大量文獻(xiàn)對(duì)染色機(jī)的工藝技術(shù)進(jìn)展做了系統(tǒng)了解如下：從21世紀(jì)到2008年，本國(guó)從事染色機(jī)行業(yè)的企業(yè)和人員呈現(xiàn)一直持續(xù)發(fā)展，增多的趨勢(shì)；2009年后呈現(xiàn)較為穩(wěn)定的狀態(tài)。如今，多數(shù)染色機(jī)企業(yè)開始走上不斷研制新產(chǎn)品的路線，不再拘泥于數(shù)量，規(guī)模的增大，向創(chuàng)新型企業(yè)發(fā)展。國(guó)內(nèi)大多數(shù)企業(yè)通過(guò)詳細(xì)的調(diào)查和權(quán)威技術(shù)資料及相關(guān)情報(bào)的收集，為客戶提供了各種染色機(jī)產(chǎn)品核心技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀、技術(shù)研發(fā)、工藝設(shè)備配套、高端技術(shù)應(yīng)用等多方面的信息，對(duì)于企

9、業(yè)了解各類成衫染色機(jī)產(chǎn)品生產(chǎn)技術(shù)及其發(fā)展?fàn)顩r十分有益。相對(duì)于國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的發(fā)展，現(xiàn)今大部分印染廠還是沿襲傳統(tǒng)的操作方式：升/降溫控制采用智能儀表，前/后處理依然為人工操作。這種染色機(jī)作為印染行業(yè)最主要的生產(chǎn)設(shè)備，其控制手段主要是對(duì)溫度進(jìn)行控制，還不能嚴(yán)格執(zhí)行染色的工藝標(biāo)準(zhǔn)，達(dá)不到布匹著色所要求的質(zhì)量，同時(shí)耗費(fèi)大量是水、電資源。目前，本國(guó)大多數(shù)生產(chǎn)廠家采用模擬型pid調(diào)節(jié)方式的溫控儀表，溫度波動(dòng)大，產(chǎn)品合格率低。在現(xiàn)代化的工業(yè)生產(chǎn)和生活中，溫度控制的應(yīng)用相當(dāng)廣泛?；诖?，傳統(tǒng)單一的控制算法難以滿足控制要求，為保證溫度控制的精度、控制效率和可靠性，將pid算法與預(yù)測(cè)控制算法相結(jié)合，采用分時(shí)段進(jìn)行控制。

10、以染色過(guò)程的溫度跟蹤控制系統(tǒng)為背景,針對(duì)溫度對(duì)象動(dòng)態(tài)范圍寬,其動(dòng)態(tài)特性隨溫度變化且存在結(jié)構(gòu)變化,以stc89c52為核心，采用軟件方法通過(guò)stc89c52對(duì)溫度采集、溫度控制系統(tǒng)的控制來(lái)達(dá)到控制溫度的目的。使控制器能適應(yīng)染色過(guò)程動(dòng)態(tài)特性的變化,保證了溫度控制的精度,可有效地提高染色質(zhì)量；使產(chǎn)品小型化、智能化，即提高了產(chǎn)品功能和質(zhì)量，又降低了成本，簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)。針對(duì)染布生產(chǎn)環(huán)境電磁干擾大，染布工藝要求溫度升降速度恒定、保溫溫度偏差小的特性，產(chǎn)生了一種基于單片機(jī)控制的染色機(jī)溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。溫度控制器的出現(xiàn)可以減少染色工藝中對(duì)溫度的把握度的控制，用以減少工序，而染色機(jī)由微電腦控制，操作簡(jiǎn)便，先

11、進(jìn)的電子控制技術(shù)系統(tǒng)可根據(jù)實(shí)際負(fù)荷自動(dòng)化運(yùn)行，節(jié)約能源及運(yùn)行費(fèi)用。為了滿足市場(chǎng)的需要和給客戶提供一個(gè)實(shí)用的微電腦多路染色機(jī)溫度控制器，本設(shè)計(jì)綜合運(yùn)用了單片機(jī)技術(shù)、溫度采集技術(shù)、溫度控制技術(shù)等來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)各染色機(jī)染缸的溫度進(jìn)行測(cè)量和控制。本次設(shè)計(jì)的系統(tǒng)包含微處理器、溫度檢測(cè)采集模塊、a/d轉(zhuǎn)換模塊、溫度控制模塊、報(bào)警模塊以及鍵盤顯示模塊等，軟件設(shè)計(jì)上采用數(shù)字pid算法實(shí)現(xiàn)對(duì)染布控制過(guò)程中各個(gè)步驟溫度的精確控制。本系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)的具體功能為：采用鉑熱電阻測(cè)溫，能同時(shí)對(duì)8臺(tái)染色機(jī)實(shí)現(xiàn)溫度控制及染缸實(shí)測(cè)溫度的顯示，使其控溫范圍為25-135，且控溫精度達(dá)到2，超溫時(shí)能報(bào)警?？傊驹O(shè)計(jì)應(yīng)該具有多路染色機(jī)溫度控

12、制器的基本性能，對(duì)其相關(guān)技術(shù)進(jìn)行很好的研究和應(yīng)用，符合相關(guān)方面的技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)。第二章 相關(guān)技術(shù)及理論分析2.1溫度測(cè)試技術(shù)溫度是實(shí)際應(yīng)用中經(jīng)常需要測(cè)試的參數(shù)，溫度測(cè)量的應(yīng)用非常廣泛，不僅生產(chǎn)工藝需要溫度控制，有些電子產(chǎn)品還需對(duì)它們自身的溫度進(jìn)行測(cè)量，本次設(shè)計(jì)的染色機(jī)溫度控制器也要求測(cè)量染缸液體溫度。 溫度傳感器是應(yīng)用系統(tǒng)與現(xiàn)實(shí)世界之間的橋梁，不論是在科學(xué)研究領(lǐng)域還是在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域，都有十分廣泛的應(yīng)用。下面將對(duì)不同的溫度傳感器進(jìn)行簡(jiǎn)要概述，常用的溫度傳感器有：（1）熱敏電阻器 熱敏電阻器是用來(lái)測(cè)量溫度的傳感器之一，按照溫度系數(shù)不同分為正溫度系數(shù)熱敏電阻器（ptc）和負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻器（ntc）

13、。熱敏電阻器的典型特點(diǎn)是對(duì)溫度敏感，不同的溫度下表現(xiàn)出不同的電阻值。正溫度系數(shù)熱敏電阻器（ptc）在溫度越高時(shí)電阻值越大，負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻器（ntc）在溫度越高時(shí)電阻值越低，它們同屬于半導(dǎo)體器件。在所有被動(dòng)式溫度傳感器中，熱敏電阻的靈敏度最高，但熱敏電阻的電阻/溫度曲線是非線性的。一般電路中熱敏電阻和電阻串聯(lián)產(chǎn)生分壓，其阻值變化使得節(jié)點(diǎn)處的電壓也產(chǎn)生變化，該電路的精度取決于熱敏電阻和電阻的誤差以及參考電壓的精度。熱敏電阻一般有一個(gè)誤差范圍，用來(lái)規(guī)定樣品之間的一致性。根據(jù)使用的材料不同，誤差值通常在1%至10%之間。熱敏電阻器主要缺點(diǎn)是阻值和溫度的關(guān)系非線性嚴(yán)重；元件一致性和互換性差；易老化且

14、穩(wěn)定性較差；除特殊高溫?zé)崦綦娮柰?，絕大多數(shù)熱敏電阻僅適合0150范圍。（2）固態(tài)熱傳感器 最簡(jiǎn)單的半導(dǎo)體溫度傳感器就是一個(gè)pn結(jié)，例如二極管或晶體管基極-發(fā)射極之間的pn結(jié)。如果一個(gè)恒定電流流過(guò)正向偏置的硅pn結(jié)，正向壓降在溫度每變化1時(shí)會(huì)降低1.8mv。很多ic利用半導(dǎo)體的這一特性來(lái)測(cè)量溫度，包括美信的max1617、國(guó)半的lm335和lm74等等。半導(dǎo)體傳感器的接口形式多樣，從電壓輸出到串行spi/微線接口都可以。 （3）熱電偶和熱電阻熱電偶是溫度測(cè)量?jī)x表中常用的測(cè)溫元件,是由兩種不同成分的導(dǎo)體兩端接合成回路時(shí)，當(dāng)兩接合點(diǎn)熱電偶溫度不同時(shí)，就會(huì)在回路內(nèi)產(chǎn)生熱電流。如果熱電偶的工作端與參比端

15、存有溫差時(shí)，顯示儀表將會(huì)指示出熱電偶產(chǎn)生的熱電勢(shì)所對(duì)應(yīng)的溫度值。熱電偶的熱電動(dòng)勢(shì)將隨著測(cè)量端溫度升高而增長(zhǎng)，它的大小只與熱電偶材料和兩端的溫度有關(guān)，與熱電極的長(zhǎng)度、直徑無(wú)關(guān)。各種熱電偶的外形常因需要而極不相同，但是它們的基本結(jié)構(gòu)卻大致相同，通常由熱電極、絕緣套保護(hù)管和接線盒等主要部分組成，通常和顯示儀表,記錄儀表和電子調(diào)節(jié)器配套使用。熱電偶由兩種不同金屬結(jié)合而成，它受熱時(shí)會(huì)產(chǎn)生微小的電壓，電壓大小取決于組成熱電偶的兩種金屬材料，有鐵-康銅(j型)、銅-康銅(t型)和鉻-鋁(k型)熱電偶等。熱電阻是中低溫區(qū)最常用的一種溫度檢測(cè)器。它的主要特點(diǎn)是測(cè)量精度高，性能穩(wěn)定。其中鉑熱電阻是目前熱電阻中性能

16、最好的，主要用作標(biāo)準(zhǔn)電阻溫度計(jì)。被廣泛應(yīng)用于作溫度的基準(zhǔn)，標(biāo)準(zhǔn)的傳遞。熱電阻與熱電偶的選擇最大的區(qū)別就是溫度范圍的選擇，熱電阻是測(cè)量低溫的溫度傳感器，一般測(cè)量溫度在-200800，而熱電偶是測(cè)量中高溫的溫度傳感器，一般測(cè)量溫度在4001800，在選擇時(shí)如果測(cè)量溫度在200左右就應(yīng)該選擇熱電阻測(cè)量，如果測(cè)量溫度在600就應(yīng)該選擇k型熱電偶，如果測(cè)量溫度在12001600就應(yīng)該選擇s型或者b型熱電偶。熱電阻與熱電偶相比有以下特點(diǎn)： 同樣溫度下輸出信號(hào)較大，易于測(cè)量； 測(cè)電阻必須借助外加電源； 熱電阻感溫部分尺寸較大，而熱電偶工作端是很小的焊點(diǎn)，因而熱電阻測(cè)溫的反應(yīng)速度比熱電偶慢； 同類材料制成的熱

17、電阻不如熱電偶測(cè)溫上限高。各類常用熱電偶和熱電阻測(cè)溫范圍如表2-1。表2-1 各類常用熱電偶和熱電阻的測(cè)溫范圍 熱電偶類型溫度范圍熱電偶類型溫度范圍s-501768n-2701300r-501768e-2701000b01820j-2101200k-2701372t-270400熱電阻類型溫度范圍熱電阻類型溫度范圍pt10-200850cu50-50150pt100-200850cu100-50150pt-100鉑熱電阻是一種由金屬鉑作為原料制成的溫度傳感元件。其電阻值隨外界溫度的變化而變化，且在常溫下電阻與溫度的變化的曲線（r-t）曲線線性度較好。在中低溫的測(cè)量任務(wù)中，pt-100因其測(cè)量精

18、度高、測(cè)溫范圍寬、穩(wěn)定性好、價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn)而得到廣泛應(yīng)用。pt-100鉑熱電阻是一種近似線性的測(cè)溫元件，熱響應(yīng)時(shí)間30s。其阻值和溫度變化的函數(shù)在0-200范圍內(nèi)擁有較好的線性關(guān)系，隨著測(cè)量范圍的增大，非線性越來(lái)越嚴(yán)重。當(dāng)溫度范圍為-200-850時(shí)，最大的非線性達(dá)到4.6%。減小溫度測(cè)量范圍，將使非線性減小。但是，當(dāng)精度要求高或者測(cè)溫范圍寬時(shí)，就必須解決非線性問(wèn)題。鉑熱電阻值與溫度之間的關(guān)系式，在不同的溫度范圍內(nèi)用不同的數(shù)學(xué)模型表示：在溫度為-200-0范圍內(nèi)為：rt=r0 1+at+bt+c(t-100)t (2.1)在溫度為0-850范圍內(nèi)為：rt=r0(1+at+bt) (2.2)式中，

19、rt、r0溫度分別pt-100鉑熱電阻為t和0時(shí)的鉑熱電阻值；a、b、c為常數(shù)。a=3.9080210-3 ；b=-5.80210-7；c=-4.2735010-12。適當(dāng)?shù)臏y(cè)溫范圍在幾百攝氏度內(nèi)，對(duì)于本系統(tǒng)很適合，所以選用鉑熱電阻作為測(cè)溫元件。目前，溫度傳感器正朝著集成化、智能化、系統(tǒng)化的方向發(fā)展；與此同時(shí)，溫度測(cè)量技術(shù)也在不斷進(jìn)步。溫度測(cè)量領(lǐng)域的新技術(shù)不斷涌現(xiàn)，新產(chǎn)品也層出不窮。主要表現(xiàn)在以下兩方面：a.溫度傳感器正從分立元件向集成化、智能化、系統(tǒng)化的方向迅速發(fā)展，為開發(fā)新一代溫度測(cè)控系統(tǒng)創(chuàng)造了有利條件；b.在溫度測(cè)量系統(tǒng)中普遍采用線性化處理、自動(dòng)溫度補(bǔ)償和自動(dòng)校準(zhǔn)濕度等項(xiàng)新技術(shù)。（4）集

20、成溫度傳感器主要包括模擬集成溫度傳感器和智能溫度傳感器（亦稱數(shù)字溫度傳感器）兩大類。模擬集成溫度傳感器是將溫度傳感器集成在一個(gè)芯片上、可完成溫度測(cè)量及模擬信號(hào)輸出功能的專用ic。模擬集成溫度傳感器的特點(diǎn)是功能單一（僅測(cè)量溫度）、測(cè)溫誤差小、價(jià)格低、響應(yīng)速度快、傳輸距離遠(yuǎn)、體積小、微功耗等優(yōu)點(diǎn)，適合遠(yuǎn)距離測(cè)溫、控溫，不需要進(jìn)行非線性校準(zhǔn)。外圍電路簡(jiǎn)單。其典型產(chǎn)品有ad590、ad592、tmp17、lm135等。（5）智能溫度傳感器是微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動(dòng)測(cè)試技術(shù)（ate）的結(jié)晶。智能溫度傳感器內(nèi)部都包含溫度傳感器、ad轉(zhuǎn)換器、信號(hào)處理器、存儲(chǔ)器（或寄存器）和接口電路。有的產(chǎn)品還帶多路轉(zhuǎn)換

21、器器（mux）、中央控制器（cpu）、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（ram）和只讀存儲(chǔ)器（rom）。智能溫度傳感器的特點(diǎn)是能輸出溫度數(shù)據(jù)及相關(guān)的溫度控制量，適配各種微控制器（mcu）；并且它是在硬件的基礎(chǔ)上通過(guò)軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)測(cè)試功能的，其智能化程度也取決于軟件的開發(fā)水平。典型產(chǎn)品有ds18b20、max6654、lm76等。在溫度傳感器的實(shí)際使用中，大多數(shù)傳感器都按照計(jì)量機(jī)構(gòu)出具的檢定或校準(zhǔn)證書來(lái)對(duì)其在檢定點(diǎn)或者按照檢定規(guī)程上給出的系數(shù)進(jìn)行修正，這樣在實(shí)際的測(cè)試中就會(huì)帶來(lái)一定的偏差，尤其是對(duì)于一些精密測(cè)量。由于每一支傳感器都具有自己的特性，因此可以針對(duì)每一支傳感器的特性進(jìn)行特定的修正，從而達(dá)到提高溫度傳感器測(cè)試

22、準(zhǔn)確性的目的。2.2溫度控制原理溫度是工業(yè)生產(chǎn)中常見的工藝參數(shù)之一，任何物理變化和化學(xué)反應(yīng)過(guò)程都與溫度密切相關(guān)，因此溫度控制是生產(chǎn)自動(dòng)化的重要任務(wù)。在現(xiàn)代化的工業(yè)生產(chǎn)和生活中，溫度控制的應(yīng)用相當(dāng)廣泛，例如：在冶金工業(yè)、化工生產(chǎn)、電力工程、造紙行業(yè)、機(jī)械制造和制冷行業(yè)等諸多領(lǐng)域中，人們都需要對(duì)各類加熱爐、熱處理爐、反應(yīng)爐和鍋爐中的溫度進(jìn)行檢測(cè)和控制。因?yàn)閱纹瑱C(jī)是隨著超大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展而誕生的，它具有體積小、功能強(qiáng)、性價(jià)比高等特點(diǎn)，把單片機(jī)應(yīng)用于溫度控制系統(tǒng)中，采用單片機(jī)做主控單元，無(wú)觸點(diǎn)控制，可完成對(duì)溫度的采集和控制等的要求。所以廣泛應(yīng)用于電子儀表、家用電器、節(jié)能裝置、機(jī)器人、工業(yè)控制等

23、諸多領(lǐng)域，使產(chǎn)品小型化、智能化，即提高了產(chǎn)品功能和質(zhì)量，又降低了成本，簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)。對(duì)于不同生產(chǎn)情況和工藝要求下的溫度控制，所采用的加熱方式，燃料，控制方案也有所不同。例如冶金、機(jī)械、食品、化工等各類工業(yè)生產(chǎn)中廣泛使用的各種加熱爐、熱處理爐、反應(yīng)爐等；燃料有煤氣、天然氣、油、電等；控制方案有直接數(shù)字控制（ddc），推斷控制，預(yù)測(cè)控制，模糊控制（fuzzy），專家控制(expert control)，魯棒控制（robust control），推理控制等。pid控制是目前工業(yè)控制中使用的最廣泛的控制規(guī)律，它以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性好、工作可靠、調(diào)整方便而成為工業(yè)控制的主要技術(shù)之一。且在連續(xù)控制系統(tǒng)中，對(duì)

24、象為一介和二介慣性環(huán)節(jié)或同時(shí)帶有滯后時(shí)間不大的滯后環(huán)節(jié)時(shí)，pid控制也是一種較好的方法。pid控制也稱為比例-積分-微分控制，其中的比例項(xiàng)用與校正偏差，積分項(xiàng)用于消除系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差，微分項(xiàng)用于減少系統(tǒng)的超調(diào)量，增加系統(tǒng)的穩(wěn)定性。pid控制器控制器的性能取決于kp,ti和td這三個(gè)系數(shù)，設(shè)計(jì)和調(diào)試者的任務(wù)就是決定這三個(gè)系數(shù)。pid算法的算數(shù)表達(dá)式為： （2.3） 式中:為調(diào)節(jié)器輸出信號(hào)； 為偏差信號(hào)； 為調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)； 為調(diào)節(jié)器的積分時(shí)間； 為調(diào)節(jié)器的微分時(shí)間。 在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，為了實(shí)現(xiàn)數(shù)字控制，必須對(duì)式（2.3）進(jìn)行離散化處理，用數(shù)字形式的差分方程代替連續(xù)系統(tǒng)的微分方程。令t=nt，t

25、為采樣周期，且有t代替微分增量dt，用誤差的增量e(nt)代替de(t)，則： （2.4） （2.5）于是原式可寫成： （2.6） 由上式（2.6）可得： （2.7）上兩式相減得：u = u（n）-u（n-1） （2.8）計(jì)算式（2.8）并處理可得 （2.9）式（2.9），稱為增量式pid控制算式。式中的為在第n-1次輸出 的基礎(chǔ)上，輸出的增加（或減少）量。這種增量式pid控制算法在生產(chǎn)實(shí)際中比位置式pid控制算法更為常用。式（2.9），經(jīng)簡(jiǎn)化后的pid表達(dá)式變?yōu)椋?（2.10）式中 , 。 本系統(tǒng)利用單片機(jī)和pid算法來(lái)對(duì)溫度進(jìn)行控制，不僅具有控制方便、組態(tài)簡(jiǎn)單和靈活性大等優(yōu)點(diǎn)，而且可以大幅

26、度提高被控溫度的技術(shù)指標(biāo)，從而能夠大大提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和性能。因此，單片機(jī)對(duì)溫度的控制問(wèn)題是一個(gè)生產(chǎn)、生活中經(jīng)常會(huì)遇到的問(wèn)題。溫度傳感器種類很多，但要根據(jù)選擇的軟件和硬件，找到適合自己應(yīng)用的傳感器。由于本次設(shè)計(jì)要求是采用鉑電阻作為傳感器，且控溫范圍在25-135之間，所以本系統(tǒng)采用pt100型鉑熱電阻作為溫度傳感器，將溫度的變化轉(zhuǎn)化為電阻的變化，并通過(guò)橋路將電阻的變化轉(zhuǎn)化為電壓的變化，再通過(guò)a/d轉(zhuǎn)換器，然后將轉(zhuǎn)換的數(shù)值送cpu處理。再利用pid算法對(duì)溫度進(jìn)行控制。第三章 微電腦多路染色機(jī)溫度控制器的系統(tǒng)組成及工作原理3.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求與技術(shù)指標(biāo) 本課題要求通過(guò)單片機(jī)程序的設(shè)計(jì)，對(duì)溫度傳感器檢

27、測(cè)的各路溫度進(jìn)行采集，并將數(shù)據(jù)數(shù)字控制算法輸出控制信號(hào)，用以控制加熱等部分，通過(guò)按鍵切換用液晶模塊顯示各個(gè)染色機(jī)的染缸中的溫度。具體技術(shù)要求如下：1、采用鉑熱電阻測(cè)溫；2、其控溫范圍為：25-135,控溫精度達(dá)到2；3、采用數(shù)字pid算法；4、該控制器能對(duì)8臺(tái)染色機(jī)實(shí)現(xiàn)溫度控制；5、能實(shí)時(shí)輸入控溫工藝，實(shí)時(shí)顯示染缸實(shí)測(cè)溫度，超溫時(shí)能報(bào)警。3.2系統(tǒng)功能此次設(shè)計(jì)主要以單片機(jī)stc89c52為核心，控制整個(gè)系統(tǒng)的工作。先通過(guò)由鉑電阻組成的電橋電路模塊檢測(cè)染缸中的實(shí)時(shí)溫度，然后將隨溫度變化而變化的溫度傳感器的阻值轉(zhuǎn)化為電壓變量，但是輸出為毫伏級(jí)的電壓太小，為了提高測(cè)溫靈敏度再經(jīng)過(guò)放大電路使輸出電壓控

28、制在0v-5v，再通過(guò)多路模擬選擇開關(guān)向后一級(jí)模塊輸入多路信號(hào)，將輸出信號(hào)送入a/d轉(zhuǎn)換器進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，最后將采集的數(shù)據(jù)送入單片機(jī)。單片機(jī)利用pid算法，先判斷采集的溫度是否在控制溫度范圍內(nèi)，如果溫度低于控制溫度則控制加熱機(jī)構(gòu)進(jìn)行加溫處理，反之則控制報(bào)警模塊進(jìn)行報(bào)警，且控制降溫機(jī)構(gòu)進(jìn)行降溫。液晶顯示電路為用戶提供一個(gè)直觀的數(shù)據(jù)，其中包括時(shí)鐘、各染缸實(shí)時(shí)溫度和設(shè)定溫度值；按鍵控制切換顯示、數(shù)據(jù)設(shè)定及修改，方便用戶對(duì)染色機(jī)溫度控制器進(jìn)行操作。3.3系統(tǒng)組成從設(shè)計(jì)硬件電路的功能來(lái)看，利用單片機(jī)、a/d轉(zhuǎn)換器及溫度傳感器設(shè)計(jì)多路溫度的采集與控制。測(cè)溫電路模塊的作用是將隨溫度變化的電阻轉(zhuǎn)化為電壓變量，用

29、放大器將電壓信號(hào)放大為了提高測(cè)溫靈敏度。模擬開關(guān)模塊實(shí)現(xiàn)多路溫度數(shù)據(jù)的選擇及傳輸。a/d轉(zhuǎn)換模塊實(shí)現(xiàn)溫度采集及模擬量到數(shù)字量的轉(zhuǎn)換。最后通過(guò)數(shù)字pid算法來(lái)輸出控制信號(hào)，控制加溫和降溫執(zhí)行機(jī)構(gòu)。液晶顯示模塊顯示采集溫度、時(shí)間和設(shè)定的溫度值，而鍵盤可設(shè)定需要控制的溫度值及時(shí)間值。語(yǔ)音報(bào)警電路模塊可實(shí)現(xiàn)錄音和放音功效，通過(guò)單片機(jī)輸出口的信號(hào)來(lái)控制報(bào)警。整個(gè)電路設(shè)計(jì)包括以下幾個(gè)模塊：溫度采集模塊、模擬開關(guān)模塊、a/d轉(zhuǎn)換模塊、鍵盤顯示模塊、液晶顯示模塊、鍵盤控制模塊、語(yǔ)音報(bào)警開關(guān)、時(shí)鐘模塊及單片機(jī)控制模塊。其系統(tǒng)框圖如圖3-1所示：stc89c52溫度采集電路放大電路模擬開關(guān)鍵盤控制電路液晶顯示電路

30、語(yǔ)音報(bào)警電路電 源復(fù)位電路a/d轉(zhuǎn)換電路加溫降溫控制電路時(shí)鐘電路圖3-1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖系統(tǒng)的軟件部分由主模塊、中斷服務(wù)模塊、溫度采集模塊、7279鍵盤模塊、時(shí)鐘模塊、液晶顯示模塊、語(yǔ)音報(bào)警模塊、pid算法模塊和pid控制模塊組成。中斷服務(wù)模塊用來(lái)處理定時(shí)溫度采集、鍵盤顯示模塊達(dá)到更好的人機(jī)交互效果，軟件設(shè)計(jì)中pid算法模塊是重點(diǎn)同時(shí)也是難點(diǎn)。第四章 微電腦多路染色機(jī)溫度控制器的硬件設(shè)計(jì)電路4.1 溫度采集模塊方案一：采用集成溫度傳感器ad590。其基本應(yīng)用電路如圖4-1(a)所示。這種溫度傳感器是一種已經(jīng)ic化的溫度感測(cè)器，它會(huì)將溫度轉(zhuǎn)換為電流，其測(cè)溫范圍為-55+150，符合本次設(shè)計(jì)要求。ad

31、590 的電源電壓范圍為4v30v，電源電壓可在4v6v范圍變化，電流ti變化1ma，相當(dāng)于溫度變化1k。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(huì)被損壞。輸出電阻為710mw。且ad590的設(shè)計(jì)電路簡(jiǎn)單，體積小，但是市場(chǎng)價(jià)格較高，且不符合設(shè)計(jì)所要求的采用鉑電阻，不適合于測(cè)量染缸中染液的溫度。圖4-1(a)ad590基本運(yùn)用電路 圖4-1(b)ds18b20溫度采樣模塊電路圖方案二：如圖4-1(b)所示，采用數(shù)字溫度傳感器ds18b20采集溫度。ds18b20是美國(guó)dallas 公司生產(chǎn)的單線數(shù)字溫度傳感器芯片, 其器件的管芯內(nèi)集成了溫敏元件、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換芯片、存儲(chǔ)

32、器芯片和計(jì)算機(jī)接口芯片等多功能模塊，該器件可直接輸出二進(jìn)制溫敏信號(hào)，使用一總線接口實(shí)現(xiàn)和外部微處理器的通信。可編程的分辨率為912位，對(duì)應(yīng)的可分辨溫度分別為0.5、0.25、0.125和0.0625，默認(rèn)情況下，是12位的分辨率；就算電源正負(fù)極接反時(shí)，溫度計(jì)不會(huì)因發(fā)熱而燒毀，但芯片不能正常工作。電路相對(duì)簡(jiǎn)單，只要將ds18b20溫度傳感器采集到的量直接送給單片機(jī)處理即可顯示出溫度值。但是溫度的測(cè)量范圍為-55+125, 在-10+85時(shí)精度為0.5；不符合本次設(shè)計(jì)的精度要求。方案三：鉑電阻溫度傳感器是利用其電阻和溫度成一定函數(shù)關(guān)系而制成的溫度傳感器,由于其測(cè)量準(zhǔn)確度高、測(cè)量范圍大、復(fù)現(xiàn)性和穩(wěn)定

33、性好等,被廣泛用于中溫(-200650)范圍的溫度測(cè)量中。由于設(shè)計(jì)要求的控溫范圍在25135之間，采用pt-100型鉑熱電阻作為溫度傳感器，將溫度的變化轉(zhuǎn)化為電阻的變化，并通過(guò)橋堆將電阻的變化轉(zhuǎn)化為電壓的變化，經(jīng)過(guò)放大器放大后，再通過(guò)a/d轉(zhuǎn)換器，把電壓模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，然后將轉(zhuǎn)換的數(shù)值送單片機(jī)。用于測(cè)溫的傳感器種類很多，pt-100鉑熱電阻為最常用的溫度傳感器之一，鉑熱電阻是利用阻值隨溫度而變化的特性來(lái)測(cè)量溫度，它有很好的穩(wěn)定性和測(cè)量精度，測(cè)溫范圍寬。鉑熱電阻與溫度之間的關(guān)系近似線性關(guān)系。 r0是溫度0時(shí)阻值為100。鉑熱電阻在0149時(shí)的電阻值及鉑熱電阻與溫度之間的關(guān)系如表4-1所示。

34、表4-1 pt-100在0149時(shí)的電阻值與溫度之間的關(guān)系 經(jīng)比較，雖然方案一和方案二的接法比較簡(jiǎn)單、精度高，但價(jià)格偏高，也不符合設(shè)計(jì)中要求使用pt-100的要求。所以本設(shè)計(jì)采用了方案三溫度轉(zhuǎn)換電路。pt-100是一種廣泛應(yīng)用的測(cè)溫元件，在-50600范圍內(nèi)具有其他任何溫度傳感器無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)，包括高精度、穩(wěn)定性好、抗干擾能力強(qiáng)等。由于鉑電阻的電阻值與溫度成非線性關(guān)系，所以需要進(jìn)行非線性校正。校正分為模擬電路校正和微處理器數(shù)字化校正，模擬校正有很多現(xiàn)成的電路，其精度不高且易受溫漂等干擾因素影響；數(shù)字化校正則需要在微處理系統(tǒng)中使用，將pt-100的電阻值和溫度對(duì)應(yīng)起來(lái)后存入e2prom中，根據(jù)電

35、路中實(shí)測(cè)的ad值以查表方式計(jì)算相應(yīng)溫度值。常用的pt-100接法有三線制和兩線制，其中三線制接法的優(yōu)點(diǎn)是將pt-100的兩側(cè)相等的的導(dǎo)線長(zhǎng)度分別加在兩側(cè)的橋臂上，使得導(dǎo)線電阻得以消除。常用的采樣電路有兩種：一為橋式測(cè)溫電路，一為恒流源式測(cè)溫電路。本系統(tǒng)采用的溫度轉(zhuǎn)換電路如圖4-2所示，電橋輸出的電壓計(jì)算公式如下： u= rpt-100/(rpt-100+r1)-rw1/(r2+rw1)*12 （4.1） 當(dāng)溫度為25時(shí)，pt-100為109.73，再把電位器的阻值調(diào)為109.73，電橋平衡，則根據(jù)公式計(jì)算得電橋輸出的電壓為0v。當(dāng)溫度為135時(shí)，pt-100為151.71時(shí)，把電位器的阻值固定

36、為109.73，與放大模塊一起調(diào)節(jié)，通過(guò)調(diào)節(jié)放大模塊的電位器使輸出的電壓為5v。圖4-2 pt-100電橋溫度采集電路4.2 多路開關(guān)選擇模塊根據(jù)課題要求，本次設(shè)計(jì)需要同時(shí)采集并控制8路的溫度采集工作，故其模擬信號(hào)輸入端必然是多路監(jiān)測(cè)點(diǎn)信號(hào)，所以，為了能讓系統(tǒng)按照設(shè)計(jì)的要求工作，多路開關(guān)是不可少的。因此選擇采用cd4051，電路圖如圖4-3所示。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(lái)決定?！癷nh”是禁止端，當(dāng)“inh”=1時(shí)，各通道均不接通。此外，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cm

37、os電路所提供的數(shù)字信號(hào)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(hào)。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05v的數(shù)字控制信號(hào)，就可控制幅度范圍為5v5v的模擬信號(hào)。圖4-3 多路開關(guān)選擇電路cba為二進(jìn)制控制輸入端，可譯出8種狀態(tài)，開關(guān)接通哪一通道，由輸入的3位地址碼abc來(lái)決定。當(dāng)改變in/out0-7和out/in的傳遞方向時(shí)，還可以用做反多路開關(guān)。“inh”是禁止端，當(dāng)“inh”=1時(shí)，各通道均不接通。cba的通道選擇真值表如表4-2。表4-2 cd4051的cba的通道選擇真值表輸入狀態(tài)通道號(hào)inhcb

38、acd405100000#00011#00102#00113#01004#01015#01106#01117#因此，在實(shí)際設(shè)計(jì)中，同時(shí)將8路溫度采集電路接入cd4051的8個(gè)in/out端口，由此實(shí)現(xiàn)對(duì)多路溫度的采集功能。4.3 放大電路模塊由于電橋電路模塊將隨溫度變化的電阻轉(zhuǎn)化為電壓變量。此電壓為毫伏級(jí)的，非常小。因此需要采用放大電路。而且在實(shí)際運(yùn)用中，放大電路易產(chǎn)生溫漂現(xiàn)象，所以對(duì)放大電路的選擇非常重要，這直接影響到數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確性。以下對(duì)兩種放大電路方案進(jìn)行分析比較。方案一分析：電路圖如圖4-4所示：采用tl084差分放大電路，此電路放大倍數(shù)為:af=-（1+2r5/r6）。 （4.2）

39、從圖中可以看到u1b、u1c兩個(gè)同相運(yùn)放電路構(gòu)成輸入級(jí)，在與差分放大器u1a串聯(lián)組成三運(yùn)放差分放大電路。電路中有關(guān)電阻保持嚴(yán)格對(duì)稱,具有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn):(1)、u1b和u1c提高了差模信號(hào)與共模信號(hào)之比,即提高了信噪比；(2)、在保證有關(guān)電阻嚴(yán)格對(duì)稱的條件下,各電阻阻值的誤差對(duì)該電路的共模抑制比沒(méi)有影響；(3)、電路對(duì)共模信號(hào)幾乎沒(méi)有放大作用,共模電壓增益接近零。u1b和u1c應(yīng)選用低溫飄、高共模抑制比的運(yùn)放，性能一致性要好。圖4-4 差分放大電路方案二：采用icl7650進(jìn)行一級(jí)放大。放大倍數(shù)af=r8/rw+1。其中rw為rw2接入電路的電阻。電路圖如圖4-5所示。 圖4-5 采用icl76

40、50一級(jí)放大電路 對(duì)以上兩種方案對(duì)比分析總結(jié)：雖然采用方案二比較簡(jiǎn)單，而且實(shí)用，容易調(diào)試。但是實(shí)際制作過(guò)程中，由于考慮電源選擇時(shí)要多增加+6v和-6v，增大了設(shè)計(jì)的不實(shí)際性，因此最終采用了方案一放大電路。而且差分放大電路可以防止漂移現(xiàn)象，盡管比較難調(diào)試而且電路比較復(fù)雜，但是總的來(lái)說(shuō)，增加了設(shè)計(jì)的可靠性和實(shí)用性。設(shè)加在運(yùn)放u1b同相端的輸入電壓為v1，加在運(yùn)放u1c同相端的輸入電壓為v2，若u1b、u1c、u1a都是理想運(yùn)放，則v1=v4, v2=v5 ,， （4.3）, （4.4）, （4.5）所以，測(cè)量放大器第一級(jí)的閉環(huán)放大倍數(shù)為： （4.6）整個(gè)放大器的輸出電壓為：（4.7） 為了提高電路

41、的抗共模干擾能力和抑制漂移的影響，應(yīng)根據(jù)上下對(duì)稱的原則選擇電阻，若取r5=r7，r8=r9，r10=r2，則輸出電壓為： （4.8）第二級(jí)的閉環(huán)放大倍數(shù)： （4.9）整個(gè)放大器的閉環(huán)放大倍數(shù)為： （4.10）若取r10=r9=r11，則：， ， （4.11） 由上式可看出，改變電阻r6的大小，可方便地調(diào)節(jié)放大器的增益，在集成化的測(cè)量放大器中，r6是外接電阻，用戶可根據(jù)整機(jī)的增益要求來(lái)選擇r6的大小。此外，由上述推導(dǎo)可見，輸出電壓vo與輸入電壓的差值成正比，因此在共模電壓作用下，輸出電壓vo=0，這是因共模電壓作用在rg的兩端不會(huì)產(chǎn)生電位差，從而rg上不存在共模分量對(duì)應(yīng)的電流，也就不會(huì)引起輸出,

42、即使共模輸入電壓發(fā)生變化，也不會(huì)引起輸出。因此，測(cè)量放大器具有很高的共模抑制能力，通常選取r1=r2，其目的是為了抵消u1b和u1c本身共模抑制比不等造成的誤差和克服失調(diào)參數(shù)及其漂移的影響。4.4 a/d轉(zhuǎn)換模塊由于在采集電路中使用的是多路開關(guān)cd4051，根據(jù)試設(shè)計(jì)要求，所以在a/d轉(zhuǎn)換的選擇上采用0804a/d轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)a/d轉(zhuǎn)換功能，因此不需要另行設(shè)計(jì)其它a/d轉(zhuǎn)換方式。根據(jù)adc0804芯片特性設(shè)計(jì)電路如圖4-6所示。圖4-6 adc 0804設(shè)計(jì)電路4.5 鍵盤顯示模塊方案一：采用8279芯片構(gòu)成鍵盤顯示電路。8279芯片是一種專門用于鍵盤、顯示器的接口電路，它能對(duì)顯示器自動(dòng)掃描，能

43、識(shí)別鍵盤上閉合鍵的鍵號(hào)，提高cpu的工作效率。8279包括鍵盤輸入和顯示兩個(gè)部分。鍵盤部分提供的掃描方式，可以具有64個(gè)按鍵和傳感器的陳列相連。能自動(dòng)消除開關(guān)抖動(dòng)以及對(duì)n鍵按下采取保護(hù)。顯示部分按掃描方式工作?？梢燥@示8或16位led八段數(shù)碼顯示器。8279芯片和單片機(jī)的接口電路設(shè)計(jì)，單片機(jī)的ale既用做低8位地址的鎖存信號(hào)，也把它接到8279的外時(shí)鐘脈沖信號(hào)的輸入。單片機(jī)的ale脈沖信號(hào)并非固定不變，但8279不要求時(shí)鐘頻率不變，這樣接是可以的。8279的片選譯碼電路可根據(jù)實(shí)際電路的地址分配設(shè)計(jì)。8279的wr、rd接單片機(jī)的wr、rd。方案二：采用hd7279芯片構(gòu)成鍵盤顯示電路，hd72

44、79a是一片具串行接口的，可同時(shí)驅(qū)動(dòng)8位共陰式數(shù)碼的智能顯示驅(qū)動(dòng)芯片，該芯片同時(shí)還可以連接多達(dá)64鍵的鍵盤矩陣，單片即可完成led顯示、鍵盤接口的全部功能。dig0dig7和sasg鍵盤的列線和行線端口，用來(lái)完成對(duì)鍵盤的監(jiān)視，譯碼和鍵值的識(shí)別。dig0dig7為8個(gè)led管的位驅(qū)動(dòng)輸出端，sasg分別為led數(shù)碼管的a段g段的輸出端，dp為小數(shù)點(diǎn)的驅(qū)動(dòng)輸出端。hd7279與單片機(jī)僅需4跟接口線，其中的cs為片選信號(hào)，當(dāng)單片機(jī)訪問(wèn)hd7279a即讀鍵號(hào)或?qū)懼噶顣r(shí)，應(yīng)將片選端置為低電平。低電平有效。clk為數(shù)據(jù)串行傳送的同步時(shí)鐘輸入端，時(shí)鐘的上升沿表示數(shù)據(jù)有效。data為串行數(shù)據(jù)端，當(dāng)向hd727

45、9a發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，data為輸入端；當(dāng)hd7279a輸出鍵盤代碼時(shí)，data為輸出端。key為按鍵信號(hào)輸出端，在無(wú)鍵按下時(shí)為高電平；而有鍵按下時(shí)此引腳變?yōu)榈碗娖讲⑶乙恢北３值芥I釋放為止。在64陣列鍵盤中每個(gè)鍵的鍵碼是用十六進(jìn)制表示的，可用讀鍵盤數(shù)據(jù)指令讀出，其范圍是00h3fh。方案三：采用hd7279芯片構(gòu)成鍵盤電路及fyd12864型液晶顯示模塊。經(jīng)過(guò)綜合比較，7279和8279都具有電路結(jié)構(gòu)清晰、抗干擾能力強(qiáng)、設(shè)計(jì)合理、軟件實(shí)現(xiàn)容易、穩(wěn)定性和可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，也都符合本設(shè)計(jì)的要求。但8279取材比較困難和對(duì)8279不太熟悉，所以在本設(shè)計(jì)中使用了7279。但是考慮到設(shè)計(jì)的美觀及直觀性，顯示模塊

46、選擇使用fyd12864型液晶顯示模塊，結(jié)合本系統(tǒng)i/o口資源的分配，因?yàn)閒yd12864具有串行傳輸模式，使用該模式只需占用3根口線，節(jié)省了系統(tǒng)資源，也方便了硬件連線，盡管價(jià)格較高，但經(jīng)過(guò)綜合考慮，最終選用fyd12864漢字圖形點(diǎn)陣液晶顯示模塊進(jìn)行顯示。因此選擇方案三。4.5.1液晶概述lcd液晶顯示器是利用光的偏振現(xiàn)象來(lái)顯示的，一般也分為數(shù)字型lcd（同led數(shù)碼管顯示，只能顯示數(shù)字和極少數(shù)英文字符），以及點(diǎn)陣型lcd兩種。前者只用于顯示簡(jiǎn)單字符的場(chǎng)合，如時(shí)鐘等；后者能顯示復(fù)雜的圖形和自定義字符，因此應(yīng)用較為廣泛。根據(jù)本課題，使用價(jià)格低廉的1602字符型lcd，可以很好的顯示時(shí)間、溫度和

47、水位，但是如果要顯示日期，就必須使用多功能復(fù)用鍵，使時(shí)間和日期（或溫度、水位）通過(guò)該鍵的控制交替顯示，這就增加了軟件編程的復(fù)雜程度，而且由于此種液晶不能顯示漢字，只能用英文縮寫標(biāo)識(shí)，界面不夠友好。fyd12864型液晶是一種具有四位/八位并行、2線或3線串行多種接口方式，內(nèi)部含有國(guó)標(biāo)一級(jí)、二級(jí)簡(jiǎn)體中文字庫(kù)的點(diǎn)陣圖形液晶顯示模塊；利用該模塊靈活的接口方式和簡(jiǎn)單、方便的操作指令，可構(gòu)成全中文人機(jī)交互圖形界面?？梢燥@示8*4行16*16點(diǎn)陣的漢字。由于有內(nèi)置字庫(kù)，就不需要使用專門的造字軟件來(lái)造字，省去了不必要的麻煩。由于該模塊能夠顯示4行，每行可顯示8個(gè)漢字(或16個(gè)半角字符)，所以能夠?qū)⑷掌凇r(shí)間

48、、溫度、染缸號(hào)碼同時(shí)顯示出來(lái)，也可完成圖形顯示。低電壓、低功耗是其又一顯著特點(diǎn)。有該模塊構(gòu)成的液晶顯示方案與同類型的圖形點(diǎn)陣液晶顯示模塊相比，不論硬件電路結(jié)構(gòu)或顯示程序都要簡(jiǎn)潔得多，且該模塊的價(jià)格也略低于相同點(diǎn)陣的圖形液晶模塊。其實(shí)物圖如圖4-7所示。基本特性: 低電源電壓（vdd:+3.0-+5.5v） 顯示分辨率:12864點(diǎn) 內(nèi)置漢字字庫(kù)，提供8192個(gè)1616點(diǎn)陣漢字(簡(jiǎn)繁體可選) 內(nèi)置 128個(gè)168點(diǎn)陣字符 2mhz時(shí)鐘頻率 顯示方式：stn、半透、正顯 驅(qū)動(dòng)方式：1/32duty，1/5bias 視角方向：6點(diǎn) 背光方式：側(cè)部高亮白色led，功耗僅為普通led的1/51/10 通

49、訊方式：串行、并口可選 無(wú)需片選信號(hào)，簡(jiǎn)化軟件設(shè)計(jì) 圖4-7 fyd12864型液晶4.5.2模塊接口說(shuō)明串口接口管腳信號(hào)如表4-3所示表4-3 串口接口管腳信號(hào)管腳號(hào)名稱level功能1vss0v電源地2vdd+5v電源正（3.0v5.5v）3v0-對(duì)比度（亮度）調(diào)整4csh/l模組片選端，高電平有效5sidh/l串行數(shù)據(jù)輸入端6clkh/l串行同步時(shí)鐘：上升沿時(shí)讀取sid數(shù)據(jù)15psbll：串口方式（見注釋1）17/reseth/l復(fù)位端，低電平有效（見注釋2）19avdd背光源電壓+5v（見注釋3）20kvss背光源負(fù)端0v（見注釋3） 注釋1：如在實(shí)際應(yīng)用中僅使用串口通訊模式，可將ps

50、b接固定低電平，也可以將模塊上的j8和“gnd”用焊錫短接。 注釋2：模塊內(nèi)部接有上電復(fù)位電路，因此在不需要經(jīng)常復(fù)位的場(chǎng)合可將該端懸空。 注釋3：如背光和模塊共用一個(gè)電源，可以將模塊上的ja、jk用焊錫短接。4.5.3并行接口如表4-4所示表4-4 并行接口管腳號(hào)管腳名稱電平管腳功能描述1vss0v電源地電源正2vcc3.5+5v對(duì)比度（亮度）調(diào)整3v0-rs=“h”，表示db7db0為顯示數(shù)據(jù)4rs（cs）h/lrs=“l(fā)”，表示db7db0為顯示指令數(shù)據(jù)5r/w（sid）h/lr/w=“h”，e=“h”，數(shù)據(jù)被讀到db7db0r/w=“l(fā)”，e=“h-l”，db7db0的數(shù)據(jù)被寫到ir或d

51、r6e（sclk）h/l使能信號(hào)7db0h/l三態(tài)數(shù)據(jù)線8db1h/l三態(tài)數(shù)據(jù)線9db2h/l三態(tài)數(shù)據(jù)線10db3h/l三態(tài)數(shù)據(jù)線11db4h/l三態(tài)數(shù)據(jù)線12db5h/l三態(tài)數(shù)據(jù)線13db6h/l三態(tài)數(shù)據(jù)線14db7h/l三態(tài)數(shù)據(jù)線15psbh/lh：8位或4位并口方式，l：串口方式（見注釋1）16nc-空腳17/reseth/l復(fù)位端，低電平有效（見注釋2）18vout-lcd驅(qū)動(dòng)電壓輸出端19avdd背光源正端（+5v）（見注釋3）20kvss背光源負(fù)端（見注釋3） 注釋1：如在實(shí)際應(yīng)用中僅使用并口通訊模式，可將psb接固定高電平，也可以將模塊上的j8和“vcc”用焊錫短接。 注釋2：模塊內(nèi)部接有上電復(fù)位電路，因此在不需要經(jīng)常復(fù)位的場(chǎng)合可將該端懸空。 如背光和模塊共用一個(gè)電源，可以將模塊上的ja、jk用焊錫短接。液晶顯示模塊連接圖如圖4-8所示。圖4-8 液晶模塊連線圖系統(tǒng)使用了fyd12864液晶顯示模塊,該模塊具有串/并行兩種數(shù)據(jù)傳輸模式，為了節(jié)省系統(tǒng)口線，選用串行方式，接線簡(jiǎn)單。鍵盤控制電路使用的是7279顯示電路的按鍵，由于有液晶顯示模塊，因此在7279顯示鍵盤電路模塊中只使用