設(shè)計(jì)三數(shù)字式溫度計(jì)的設(shè)計(jì)與制2

1、設(shè)計(jì)三 數(shù)字式溫度計(jì)的設(shè)計(jì)與制作 一、目的和要求1.目的（1）通過本次綜合設(shè)計(jì)，進(jìn)一步了解智能傳感與檢測技術(shù)的基本原理、智能檢測系統(tǒng)的建立和智能檢測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程。（2）學(xué)生設(shè)計(jì)制作出數(shù)字式溫度計(jì)，提高學(xué)生有關(guān)工程系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)能力，。（3）進(jìn)一步熟悉掌握單片機(jī)技術(shù)、c 語言、匯編語言等以及在智能檢測設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。2.要求（1）充分理解設(shè)計(jì)內(nèi)容，并獨(dú)立完成綜合設(shè)計(jì)報(bào)告。（2）綜合設(shè)計(jì)報(bào)告要求：綜合設(shè)計(jì)題目，綜合設(shè)計(jì)具體內(nèi)容及實(shí)現(xiàn)功能，結(jié)果分析、收獲或不足，程序清單，參考資料。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備及條件熱電偶Easypro編程軟件熱電偶或智能傳感器DS18B20Keil c安裝盤PC機(jī)、剝線鉗、面包板、

2、鑷子、導(dǎo)線、電源、示波器、萬用表、頻率計(jì)單片機(jī)及其外圍電路所需元器件烙鐵、焊接板等焊接工具萬用表電源TEKTRONIX TDS1002 60MHZ示波器三、實(shí)驗(yàn)原理、內(nèi)容 本實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)學(xué)生了解便攜式數(shù)字儀表的制作，數(shù)字式顯示儀表是一種以十進(jìn)制數(shù)形式顯示被測量值的儀表，與模擬式的顯示儀表相比較，數(shù)字顯示儀表具有讀數(shù)直觀方便，無讀數(shù)誤差準(zhǔn)確度高，響應(yīng)速度快，易于和計(jì)算機(jī)聯(lián)機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理等優(yōu)點(diǎn)。數(shù)字式顯示儀表的基本構(gòu)成方式如下，圖中各基本單元可以根據(jù)需要進(jìn)行組合，以構(gòu)成不同用途的數(shù)字式顯示儀表。將其中一個或幾個電路制成專用功能模塊電路，若干個模塊組裝起來，即可以制成一臺完整的數(shù)字式顯示儀表。其核心部件

3、是模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器，可以將輸入的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，以A/D轉(zhuǎn)換器為中心，可將顯示儀表內(nèi)部分為模擬和數(shù)字兩大部分。儀表的模擬部分一般設(shè)有信號轉(zhuǎn)換和放大電路，模擬切換開關(guān)等環(huán)節(jié)。信號轉(zhuǎn)換電路和放大電路的作用是將來自各種傳感器或變換器的被測信號轉(zhuǎn)換成一定范圍內(nèi)的電壓值并放大到一定幅值，以供后續(xù)電路處理。儀表的數(shù)字部分一般由計(jì)數(shù)器，譯碼器，時鐘脈沖發(fā)生器，驅(qū)動顯示電路以邏輯控制電路等組成。經(jīng)放大后的模擬信號由A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)字量后，譯碼，驅(qū)動，送到顯示器件去進(jìn)行數(shù)字顯示。還設(shè)有標(biāo)度變換和線性化電路。標(biāo)度變換電路用于對信號進(jìn)行量綱換算，將儀表顯示的數(shù)字量和被測的物理量統(tǒng)一起來。而線性化電

4、路的作用是為了克服某些傳感器（如熱電偶，熱電阻等）的非線性特性，使顯示儀表輸出的數(shù)字量與被測參數(shù)間保持良好的線性關(guān)系。這兩個環(huán)節(jié)的功能既可以在數(shù)字儀表的模擬部分實(shí)現(xiàn)，也可以在數(shù)字部分實(shí)現(xiàn)，還可以用軟件來實(shí)現(xiàn)。數(shù)字溫度測試儀有許多種，其溫度信號的敏感元件也有許多種，如：半導(dǎo)體熱敏電阻、金屬熱電阻、集成溫度傳感器、熱電偶等。前幾種熱敏元件測溫范圍比較窄，一般在負(fù)幾十度至正幾百度左右，測溫范圍比較大的一般使用熱電偶作為敏感元件，尤其是在高溫測量的情況下，用熱電偶作為敏感元件是一個比較理想的選擇，目前市場上出售的熱電偶最高溫度可達(dá)2800C。這是使用熱電偶測溫的優(yōu)點(diǎn)之一。使用熱電偶測溫的另一個優(yōu)點(diǎn)是，

5、它可以直接將敏感到的溫度信號轉(zhuǎn)化成熱電勢，易于信號的獲取和處理。基于實(shí)驗(yàn)室條件限制，數(shù)字儀表的傳感器采用溫度傳感器，熱電偶或智能傳感器DS18B20，了解其工作原理及應(yīng)用，包括其信號的獲取和處理；采用微處理器技術(shù)設(shè)計(jì)和制作基于DS18B20的數(shù)字溫度計(jì)用于鞏固學(xué)生所學(xué)的智能傳感器理論和方法；研究數(shù)據(jù)融合技術(shù)，包括基于知識型專家系統(tǒng)的原理，采用微處理器技術(shù)設(shè)計(jì)和制作智能體溫計(jì)，應(yīng)用于醫(yī)院的發(fā)燒門診，實(shí)現(xiàn)根據(jù)病人的當(dāng)前體溫特征快速診斷病人疾病和疾病的分類，同時鞏固學(xué)生所學(xué)的智能傳感器理論和方法，著重于培養(yǎng)智能檢測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)構(gòu)想、實(shí)際方案和實(shí)驗(yàn)方法，培養(yǎng)和建立智能系統(tǒng)概念。熱電偶和智能溫度傳感器見教

6、材章節(jié)。 數(shù)據(jù)融合及方法多傳感器數(shù)據(jù)融合的原理是充分利用不同時間與空間的多個傳感器資源，采用計(jì)算機(jī)技術(shù)對按時序獲得的多傳感器觀測信息在一定準(zhǔn)則下加以分析、綜合、支配和使用，獲得對被測對象的一致性解釋和描述，以完成所需的決策和估計(jì)任務(wù)，使系統(tǒng)獲得比它的各組成部分更優(yōu)越的性能，可見從融合方式上，數(shù)據(jù)融合可以分為時間融合、空間融合，在本系統(tǒng)運(yùn)用了空間和時間融合， 即先在同一時間對各傳感器的觀測值進(jìn)行融合，得出各個不同時間的目標(biāo)位置估計(jì)，然后進(jìn)行時間融合得出最終狀態(tài) 空間融合，包括采用參數(shù)估計(jì)理論；時間融合可采用模糊理論以及基于知識的專家系統(tǒng)。 數(shù)據(jù)融合所用到的各種檢測、分類與識別算法的分類情況如圖3

7、所示。主要分為基于物理模型的算法、基于特征推理技術(shù)的算法和基于知識的算法。在最近幾年中，又發(fā)展了基于現(xiàn)代數(shù)學(xué)模型的數(shù)據(jù)融合方法，主要包括隨機(jī)集合理論、條件代數(shù)、相關(guān)事件代數(shù)等。隨機(jī)集合理論處理的隨機(jī)變量為集合，而不是傳統(tǒng)的隨機(jī)變量。Goodman等人運(yùn)用隨機(jī)集合理論將多傳感器多目標(biāo)估計(jì)問題轉(zhuǎn)換成單傳感器單目標(biāo)估計(jì)問題，還應(yīng)用隨機(jī)集合理論把模糊證據(jù)（例如用自然語言描述的報(bào)表和規(guī)則）引入到多傳感器多目標(biāo)估計(jì)問題中，同時還應(yīng)用該理論把不同的專家系統(tǒng)模型（例如模糊邏輯和基于規(guī)則的推理邏輯）引入到多傳感器多目標(biāo)估計(jì)問題中。1.基于知識型專家系統(tǒng)的數(shù)據(jù)融合2.分布式自適應(yīng)動態(tài)數(shù)據(jù)融合方法設(shè)被測對象由N個智

8、能傳感器組成的多傳感器共同測量，各個智能傳感器具有獨(dú)立的測量、運(yùn)算和存儲能力，傳感器向數(shù)據(jù)處理中心實(shí)時發(fā)送實(shí)測數(shù)據(jù)，系統(tǒng)融合的過程如下：（1）網(wǎng)絡(luò)中N個智能傳感器分別對目標(biāo)進(jìn)行測量，得到測量向量值；（2）系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理中心得到N組測量值，根據(jù)外部定義的各傳感器測量精度確定各結(jié)點(diǎn)測量數(shù)據(jù)范圍；（3）根據(jù)所確定的各傳感器測量數(shù)據(jù)范圍，以“表決”方式判別是否存在故障傳感器，如有則將該傳感器對應(yīng)得測量數(shù)據(jù)范圍剔出；（4）由“表決”后處于正常工作狀態(tài)的傳感器測量數(shù)據(jù)范圍推導(dǎo)包含正確測量值的最優(yōu)范圍； （5）由最優(yōu)范圍中選取本智能傳感器的融合結(jié)果； （6）綜合N個智能傳感器的融合結(jié)果得出最終的融合結(jié)果。在以

9、上測量中，系統(tǒng)測量數(shù)據(jù)范圍的推導(dǎo)，首先根據(jù)各智能傳感器的測量值及其測量誤差推算測量數(shù)據(jù)范圍，用戶還可以根據(jù)環(huán)境因素的變化實(shí)時改變誤差范圍，以進(jìn)一步滿足動態(tài)測量的需求。系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理中心根據(jù)接收到各智能傳感器傳遞的測量數(shù)值并確定各數(shù)據(jù)范圍后，將進(jìn)一步推導(dǎo)包含正確測量值的最優(yōu)范圍，由此得出以下結(jié)論：正確測量值必然包含在各正常傳感器的測量數(shù)據(jù)范圍交集內(nèi)；測量范圍與大部分傳感器不相交的傳感器為故障傳感器。求解包含正確測量值的最優(yōu)范圍步驟為：將N組數(shù)值范圍以升序排列，依次將排序后各上界與當(dāng)前上界比較，若該值大于當(dāng)前上界，則當(dāng)前上界不變；若該上界小于當(dāng)前上界大于當(dāng)前下界，則將該上界定義為當(dāng)前上界；若該上界小

10、于當(dāng)前下界，則對應(yīng)傳感器為故障傳感器。若故障傳感器的數(shù)量超過傳感器總數(shù)的一半，則原序列的第一組數(shù)值對應(yīng)的傳感器為故障傳感器，將其剔出后再次重復(fù)以上過程直至故障傳感器的數(shù)量低于傳感器總數(shù)的一半。最后，用各緯度最優(yōu)范圍與各傳感器測量范圍交集的大小作為權(quán)重（交集越大則該傳感器所測得數(shù)值的置信度越高），將加權(quán)平均值作為系統(tǒng)的融合結(jié)果，即基于知識的系統(tǒng)是將規(guī)則或知名的專家知識結(jié)合起來實(shí)現(xiàn)自動對目標(biāo)的識別。當(dāng)人工推理由于某種原因不能進(jìn)行時，專家系統(tǒng)可以運(yùn)用專家的知識進(jìn)行輔助推理?；谟?jì)算機(jī)的專家系統(tǒng)一般包括以下4個邏輯部分：一個知識庫，包括基本事實(shí)、算法和啟發(fā)式規(guī)則等；一個大型的包含動態(tài)數(shù)據(jù)的全局?jǐn)?shù)據(jù)庫；

11、一個控制結(jié)構(gòu)或推理機(jī)制；人機(jī)界面。由推理機(jī)制運(yùn)用數(shù)據(jù)、事實(shí)和規(guī)則在知識庫中進(jìn)行搜索，最后得出推理結(jié)果。 以上計(jì)算過程完成了智能傳感器的局部融合結(jié)果。為了減少計(jì)算量，在保證融合精度的前提下，各智能傳感器局部融合結(jié)果的算術(shù)平均值可作為最終融合結(jié)果。3.基于多點(diǎn)溫度傳感器的數(shù)據(jù)融合方案多點(diǎn)溫度測量系統(tǒng)如圖5所示，可采用一個、兩個、三個等溫度傳感器測量被測對象的不同的溫度采用點(diǎn)的當(dāng)前溫度值，該系統(tǒng)的工作原理是二、三個DS18B20分布在不同位置用來感受被測對象不同位置的溫度，然后經(jīng)單片機(jī)處理，主要是數(shù)據(jù)融合的方法對不同位置的傳感器溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行空間數(shù)據(jù)融合，獲得有關(guān)溫度的一致性測量結(jié)果，對這些測量結(jié)果在

12、顯示電路實(shí)時顯示。DS18B20探測DS18B20探測DS18B20探測特征提取單片機(jī)目標(biāo)狀態(tài)測量目標(biāo)屬性測量顯示電路顯示實(shí)時溫度值特殊狀況處理如報(bào)警四、實(shí)驗(yàn)步驟及方法1）基于E2ROM的數(shù)字溫度儀表 系統(tǒng)設(shè)計(jì)：基于熱電偶的數(shù)字溫度測試儀的設(shè)計(jì)方案如圖6所示。數(shù)碼輸出數(shù)字顯示時鐘計(jì)數(shù)譯碼邏輯控制電路模擬開關(guān)A/D轉(zhuǎn)換基準(zhǔn)電源放大電路信號轉(zhuǎn)換被測信號線性化電路及標(biāo)度變換圖6數(shù)字溫度儀的設(shè)計(jì)方案方框圖系統(tǒng)的工作過程如下：當(dāng)選用K型熱電偶測溫時，若被測溫度經(jīng)過熱電偶和數(shù)字溫度補(bǔ)償器后的熱電勢為20.636mv，經(jīng)過放大器的K型倍數(shù)放大后的A/D輸入電壓為0.394V，那么A/D轉(zhuǎn)換器的輸出讀數(shù)為：N

13、=Ux / UR*2000=0.394/2*2000=394A/D轉(zhuǎn)換器輸出的BCD碼是0011 1001 0100，直接用BCD碼去尋址，然后EEPROM將該單元的BCD碼輸出到相應(yīng)的4511上，它將輸入BCD碼轉(zhuǎn)換成七段輸出，直接驅(qū)動共陰極型七段數(shù)碼管，進(jìn)行讀數(shù)顯示。 當(dāng)選用E型熱電偶測溫時，若被測溫度經(jīng)過熱電偶和數(shù)字溫度補(bǔ)償器后的熱電勢為27.452mv，經(jīng)過放大器的E型倍數(shù)放大后的A/D輸入電壓為0.450V，那么A/D轉(zhuǎn)換器的輸出讀數(shù)為：N=Ux / UR*2000=0.450/2*2000=450A/D轉(zhuǎn)換器輸出的BCD碼是0100 0101 0000，直接用BCD碼去尋址，然后E

14、EPROM將該單元的BCD碼輸出到相應(yīng)的4511上，它將輸入BCD碼轉(zhuǎn)換成七段輸出，直接驅(qū)動共陰極型七段數(shù)碼管，進(jìn)行讀數(shù)顯示。 可以用上述方法編制出K型和E型的分度表格，其它的測量參數(shù)表格的編制方法與這種表格方式類同。被測信號與信號轉(zhuǎn)換：采用K型和E型兩種熱電偶采集溫度信號，溫度源使用烘箱。放大電路：采用ICL7650作為放大器，它具有極低的輸入失調(diào)電壓，溫漂、時漂也較低。A/D轉(zhuǎn)換器：采用MC14433作為A/D轉(zhuǎn)換器，它的轉(zhuǎn)換速度和轉(zhuǎn)換精度非常適用于溫度測量系統(tǒng)。線性補(bǔ)償：利用查詢EEPROM的非線性補(bǔ)償方法，可以將非線性補(bǔ)償和標(biāo)度變換一起完成，簡化電路設(shè)計(jì)。計(jì)數(shù)譯碼：整個系統(tǒng)的工作頻率由

15、A/D轉(zhuǎn)換器時鐘電路決定，在段碼轉(zhuǎn)換時采用了4511七段碼轉(zhuǎn)換芯片。數(shù)字顯示與數(shù)碼輸出：最終的溫度值顯示使用LED數(shù)碼管輸出，也可以將其輸入計(jì)算機(jī)中做進(jìn)一步運(yùn)算處理。硬件電路設(shè)計(jì)：本設(shè)計(jì)在全局上是采用集成電路芯片組建的模擬/數(shù)字混合電路系統(tǒng)，這些芯片都是市場上常見的芯片，而且價格適中，主要是根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求進(jìn)行選購，使用的集成電路芯片有：(1) 熱電偶：K型（鎳鉻-鎳硅）和E型（鎳鉻-銅鎳）兩種型號熱電偶(2) 前置放大器：ICL7650 CMOS斬波穩(wěn)零單片集成運(yùn)算放大器(3) A/D轉(zhuǎn)換器：MC14433 3.5位雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器(4) 鎖存器：74系列的74LS373(5) EEPROM

16、線性化器：MC28C64(6) 七段數(shù)碼管轉(zhuǎn)換器：BCD碼到七段碼轉(zhuǎn)換器4511開發(fā)環(huán)境如下：(1) PC機(jī)一臺(2) 示波器一臺(3) 萬用表一個(4) 頻率計(jì)一個(5) 高精度電源一臺(6) 面包板一塊(7) 剝線鉗，鑷子各一個(8) 導(dǎo)線，不同阻值電阻若干熱電偶微弱電壓信號的提取與放大：熱電偶輸出的熱電勢信號，其大小只有毫伏級，不能做為后續(xù)電路的輸入信號，必須進(jìn)入前置放大器進(jìn)行信號放大。因此選用ICL7650作為放大器，它具有極低的輸入失調(diào)電壓（典型值為1uV），失調(diào)電壓的溫漂和時漂也極低，分別為0.01mV/C和3.33nV/d。也可選用OP-07超低失調(diào)運(yùn)算放大器作為前置放大器，但是

17、失調(diào)電壓比ICL7650要大，因此，本方案采用ICL7650作為放大器。ICL7650的使用方法比較簡單，它和其他的運(yùn)算放大器的使用方法類似，為了更好得起到放大的作用，需要對該芯片有一個電容補(bǔ)償元件，電容的型號為104即可，ICL7650的芯片資料如下面所示：Cextb： 外接電容1Cexta： 外接電容2-Input： 反向輸入端+Input：同向輸入端V-： 負(fù)電源端Cretn： 外接電容的公共端Output：輸出端V+： 正電源端Int/clk： 時鐘輸出端Ext/clk：時鐘輸入端圖7 ICL7650為了更好的抑制共模輸入，在運(yùn)放的輸入方式上選擇同向輸入，放大倍數(shù)是這樣考慮的，K型熱電

18、偶的測溫范圍定在0到1299，E型熱電偶的測溫范圍定在0到799，然后將微弱的毫伏電壓放大到0到1伏的范圍，用于后面的A/D轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)。那么運(yùn)放的放大倍數(shù)如下：A=1+R2/R1選用鎳鉻鎳硅（分度號為K）的熱電偶，要求測量范圍為01299，滿度1299時的熱電勢值為51.612mV，前置放大器的放大倍數(shù)A應(yīng)為 A1=A-1=1000/51.612-1=18.4若選用鎳鉻銅鎳（分度號為E）的熱電偶，要求測量范圍為0799，滿度799時的熱電勢值為59.825mV，放大器的放大倍數(shù)A1應(yīng)為 A1=A-1=1000/59.825-1=15.7本數(shù)字儀表選用兩種型號的熱電偶測溫，則可通過切換開關(guān)改變放大

19、器的放大倍數(shù)，使之滿度時的放大器輸出為1V。 A/D轉(zhuǎn)換的選用與設(shè)計(jì)：考慮到本設(shè)計(jì)屬于是一定范圍內(nèi)的溫度測量系統(tǒng)，溫度變化過程比較平穩(wěn)，不需要高速的A/D變換器，所以采用3.5位的雙積分型的A/D轉(zhuǎn)換器MC14433。MC14433是美國Motorola公司推出的單片3.5位A/D轉(zhuǎn)換器，其中集成了雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器所有的CMOS模擬電路和數(shù)字電路。具有外接元件少，輸入阻抗高，功耗低，電源電壓范圍寬，精度高等特點(diǎn)，并且具有自動校零和自動極性轉(zhuǎn)換功能，只要外接少量的阻容元件即可構(gòu)成一個完整的A/D轉(zhuǎn)換器，其主要功能特性如下：(1) 精度：讀數(shù)的0.05%1字(2) 模擬電壓輸入量程：1.999

20、V和199.9mV兩檔(3) 轉(zhuǎn)換速率：2-25次/S(4) 輸入阻抗：大于1000M(5) 電源電壓： 4.8V 8V(6) 功耗：8mW（ 5V電源電壓時，典型值）(7) 采用字位動態(tài)掃描BCD碼輸出方式，即千、百、十、個位BCD碼分時在Q0Q3輪流輸出，同時在DS1DS4端輸出同步字位選通脈沖，很方便實(shí)現(xiàn)LED的動態(tài)顯示。 (8) MC14433最主要的用途是數(shù)字電壓表，數(shù)字溫度計(jì)等各類數(shù)字化儀表及計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的A/D轉(zhuǎn)換接口。Pin1(VAG)模擬地，為高阻輸入端，被測電壓和基準(zhǔn)電壓的接入地。Pin2( VR )基準(zhǔn)電壓，此引腳為外接基準(zhǔn)電壓的輸入端。MC14433只要一個正基準(zhǔn)

21、電壓即可測量正、負(fù)極性的電壓。此外，VR端只要加上一個大于5個時鐘周期的負(fù)脈沖(VR)，就能夠復(fù)為至轉(zhuǎn)換周期的起始點(diǎn)。Pin3( Vx)被測電壓的輸入端，MC14433屬于雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器，因而被測電壓與基準(zhǔn)電壓有以下關(guān)系：輸出讀數(shù)Vx/VR*1999因此，滿量程的Vx=VR。當(dāng)滿量程選為1.999V。VR可取2.000V，而當(dāng)滿量程為199.9mV時，VR取200.0mV，在實(shí)際的應(yīng)用電路中，根據(jù)需要，VR值可在200mV2.000V之間選取。Pin4-Pin6(R1/C1，C1)外接積分元件端,次三個引腳外接積分電阻和電容，積分電容一般選0.1uF聚脂薄膜電容，如果需每秒轉(zhuǎn)換4次，時鐘

22、頻率選為66kHz，在2.000V滿量程時，電阻R1約為470k，而滿量程為200mV時，R1取27k。Pin7-Pin8( C01 C02 )外接失調(diào)補(bǔ)償電容端，電容一般也選0.1uF聚脂薄模電容。Pin9(DU)更新顯示控制端，此引腳用來控制轉(zhuǎn)換結(jié)果的輸出。如果在積分器反向積分周期之前，DU端輸入一個正跳變脈沖，該轉(zhuǎn)換周期所得到的結(jié)果將被送入輸出鎖存器，經(jīng)多路開關(guān)選擇后輸出。否則繼續(xù)輸出上一個轉(zhuǎn)換周期所測量的數(shù)據(jù)。這個作用可用于保存測量數(shù)據(jù)，若不需要保存數(shù)據(jù)而是直接輸出測量數(shù)據(jù)，將DU端與EOC引腳直接短接即可。Pin10、Pin11(CLK1、CLK0)時鐘外接元件端，MC14433內(nèi)置

23、了時鐘振蕩電路，對時鐘頻率要求不高的場合，可選擇一個電阻即可設(shè)定時鐘頻率，時鐘頻率為66kHz時，外接電阻取300k即可。Pin12（Vee）負(fù)電源端Vee，是整個電路的電壓最低點(diǎn)，此引腳的電流約為0.8mA，驅(qū)動電流并不流經(jīng)此引腳，故對提供此負(fù)電壓的電源供給電流要求不高。Pin13(Vss)數(shù)字電路的負(fù)電源引腳。Vss工作電壓范圍為VDD-5VVssVEE。除CLK0外，所有輸出端均以Vss為低電平基準(zhǔn)。Pin14(EOC)轉(zhuǎn)換周期結(jié)束標(biāo)志位。每個轉(zhuǎn)換周期結(jié)束時，EOC將輸出一個正脈沖信號。Pin15(OR)過量程標(biāo)志位，當(dāng)|Vx|VREF時，OR輸出為低電平。Pin16、17、18、19(

24、DS4、DS3、DS2、DS1)多路選通脈沖輸出端。DS1、DS2、DS3和DS4分別對應(yīng)千位、百位、十位、個位選通信號。當(dāng)某一位信號有效（高電平）時，所對應(yīng)的數(shù)據(jù)從Q0、Q1、Q2和Q3輸出，兩個選通脈沖之間的間隔為2個時鐘周期，以保證數(shù)據(jù)有充分的穩(wěn)定時間。Pin20、21、22、23(Q0、Q1、Q2、Q3)BCD碼數(shù)據(jù)輸出端。該A/D轉(zhuǎn)換器以BCD碼的方式輸出，通過多路開關(guān)分時選通輸出個位、十位、百位和千位的BCD數(shù)據(jù)。同時在DS1期間輸出的千位BCD碼，還包含過量程、欠量程和極性標(biāo)志信息。Pin24(VDD)正電源電壓端。MC14433最主要的用途是數(shù)字電壓表，數(shù)字溫度計(jì)等各類數(shù)字化儀

25、表及計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的A/D轉(zhuǎn)換接口。至此，已經(jīng)將溫度信號放大并轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。圖9 Et 的量化曲線圖 地址鎖存器：MC14433 A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果采用BCD碼動態(tài)掃描輸出，因此每位數(shù)字要增加一個四位的鎖存器74LS373，把經(jīng)過多路組合的數(shù)據(jù)分離出來，并寄存在相應(yīng)的鎖存器內(nèi)，由MC14433的多路調(diào)制選通脈沖DS4，DS3，DS2控制Q0，Q1，Q2，Q3BCD碼三位數(shù)據(jù)的輸出，經(jīng)個位，十位和百位鎖存器鎖存，輸出個，十，百三位BCD碼，在下一步中，以這十二位BCD碼作為EEPROM的地址線，對其進(jìn)行尋址。在最初設(shè)計(jì)中，EEPROM的尋址應(yīng)該使用二進(jìn)制碼進(jìn)行，但是由于BCD碼到二進(jìn)制碼的轉(zhuǎn)換

26、芯片已經(jīng)停產(chǎn)，所以直接用BCD碼做為EEPROM的地址線，所以，就要在相應(yīng)的存儲單元存儲相應(yīng)的溫度值?？刂凭€轉(zhuǎn)換的頻率是由A/D轉(zhuǎn)換芯片的頻率決定的，通過選定外圍電路的電阻值來控制頻率的高低，在地址鎖存的時候本應(yīng)該在控制信號到來時傳輸數(shù)據(jù)的，由于我將A/D轉(zhuǎn)換的頻率設(shè)置在70赫茲，這樣在后續(xù)電路顯示的時候，人眼是分辨不出來的。 EEPROM線性化器：AD轉(zhuǎn)換器的輸出作為地址碼訪問EEPROM時，EEPROM存放的表格內(nèi)容將被取出，送入顯示器以顯示被測的溫度。表格的編制方法如下：首先根據(jù)熱電偶的Et 特性曲線，在E坐標(biāo)上進(jìn)行有限等分。K型的鎳鉻鎳硅熱電偶用于測量01299。設(shè)量化單位為q。Et

27、的量化曲線如圖4-3所示。這種線性化的精度取決于劃分的程度，劃分得越細(xì)，越多，則精度越高，不過還取決于實(shí)際電路所能達(dá)到的程度，也就是芯片的分辨率，A/D轉(zhuǎn)換的分辨率越高，就可以分的越高，這樣也就跟熱電偶分度表的真實(shí)性越接近。線性化的結(jié)果是在一定程度上模擬熱電偶的分度表曲線，但不是完全符合，而是允許在一定的誤差范圍之內(nèi)。這樣做，可以在不搭建復(fù)雜模擬電路系統(tǒng)的情況下，實(shí)現(xiàn)對熱電偶的非線性特性補(bǔ)償。此種做法的不足之處是，在計(jì)算新的分度表時，過程較繁瑣，但相對于復(fù)雜的模擬電路來說，還是有很大改進(jìn)的。顯然，AD轉(zhuǎn)換器的量化誤差d是與量化單位q、輸入函數(shù)x(t)有關(guān)。以K分度號熱電偶表格編制方法為例加以說

28、明，溫度測量范圍0至1299，1299時的熱電勢查表為51.612mV。01299內(nèi)平均熱電勢為0.0516mV，即量化單位q0.0516mV。當(dāng)溫度為0時，熱電勢為0.000mV，AD轉(zhuǎn)換器輸出地址（16進(jìn)制，下同）為0000，EEPROM內(nèi)寫入000.0數(shù)。經(jīng)過這種線性化的補(bǔ)償方法，可以把熱電偶的溫度特性曲線進(jìn)行擬合，擬合的結(jié)果如圖4-4所示： 藍(lán)色：熱電偶溫度特性曲線紅色：擬合溫度特性曲線綠色：線性化輔助曲線圖10 K型熱電偶溫度曲線擬合圖K型熱電偶的溫度特性曲線是非線性的，為了在數(shù)字轉(zhuǎn)換部分使電路簡化，就應(yīng)當(dāng)在這里對非線性進(jìn)行補(bǔ)償，從它的溫度特性曲線可以看出，采用通常的折線法或是最小二

29、乘法都可以，不過就加大了計(jì)算的復(fù)雜程度，而且在后續(xù)的A/D轉(zhuǎn)換時就要采用高性能，多通道的器件，也就增加了整個設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)成本，為此，采用了這種借助線性化輔助曲線的方法，詳述如下：首先將K型熱電偶在1299時其轉(zhuǎn)換電壓是51.612mv，將其分成一千份，那么其最小分度就是q0.0561mv，分得越小，其精度越高，不過要受后續(xù)器件的精度影響。其次，在熱電偶的溫度特性表上每隔10找一個參考點(diǎn)，它的作用在于使線性化補(bǔ)償之后的擬合曲線始終在原溫度曲線附近，不會偏差太多，也可以選擇20，或更高，參考點(diǎn)相距越近，測量精度就越高。最后，在測量的時候，將實(shí)際測量的轉(zhuǎn)換電壓與特性表中的參考點(diǎn)比較，這里以向下尋找為標(biāo)

30、準(zhǔn)，找到一個和實(shí)際電壓最接近的一個參考點(diǎn)，這時，就以改參考點(diǎn)為基準(zhǔn)溫度值，然后計(jì)算出二者的電壓差，在將該電壓差除以最小分度q，得出一個在10之內(nèi)的溫度值，最終顯示溫度為：最終顯示溫度參考點(diǎn)基準(zhǔn)溫度附加溫度值按照這種方法制作EPPROM內(nèi)的溫度表格，這樣把主要的精力用在尋找非線性補(bǔ)償?shù)姆椒ㄉ?，簡化了電路的設(shè)計(jì)，只需把計(jì)算出的溫度表格輸入到存儲器中即可，而且這種利用線性化輔助曲線進(jìn)行非線性補(bǔ)償?shù)姆椒?，?jì)算簡單，易行，精度高(根據(jù)參考點(diǎn)和最小分度值的選取)，分辨率高，不僅適用于溫度補(bǔ)償系統(tǒng)還可以在近似的情況中應(yīng)用。只要后續(xù)轉(zhuǎn)化器件的精度高，就允許將參考點(diǎn)選取的更近，將最小分度值選取的更小。測量結(jié)果就

31、更接近實(shí)際溫度值。LED顯示部分：1從EEPROM線性化器讀出的數(shù)分別送到四個七段碼的譯碼器之中，從里面送出的數(shù)碼是BCD碼，然后把BCD數(shù)碼通過4511轉(zhuǎn)換為七段碼，若采用的是共陰極的數(shù)碼管，可以直接把4511的輸出接到數(shù)碼管的限流電阻上，然后接到七段碼上，但通常使用的是共陽極的數(shù)碼管，這時就需要把4511輸出的七段碼經(jīng)過非門74HC04做一下反向，然后再通過限流電阻接到七段碼上，限流電阻一般可以根據(jù)具體情況來選擇，這里選擇240歐姆的阻值。在此采用的是靜態(tài)顯示方法，沒有采用動態(tài)顯示,所以將所有的數(shù)碼管的選通管腳都接到高電平，雖然比較耗費(fèi)電源，但是沒有加入動態(tài)顯示部分，節(jié)省了一部分成本。從理

32、論分析到設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)大約需要3個星期的時間。其性能可以達(dá)到測量溫度范圍：0+800，0+1300 測量精度：0.5（0+500），1（500+1300）外形尺寸：可以根據(jù)不同使用環(huán)境定制。采用的設(shè)計(jì)芯片均屬于常見芯片，在市場上都可以買到，而且價格適中，成本較低，批量生產(chǎn)后，成本可進(jìn)一步下降，適用范圍廣，使用簡單，將其制成電路板后，攜帶方便，測量精度高，易于推廣。將熱電偶與非線性補(bǔ)償方法結(jié)合，二者成熟度很高，熱電偶在實(shí)際應(yīng)用中非常廣泛，久經(jīng)實(shí)際考驗(yàn)。非線性補(bǔ)償?shù)姆椒◤浹a(bǔ)了熱電偶溫度特性的非線性缺點(diǎn)，有很大的應(yīng)用價值。用線性化輔助曲線進(jìn)行非線性補(bǔ)償，并用查詢固化在EEPROM里的校正值的非線性補(bǔ)償方法，提供了一種新的非線性補(bǔ)償用的電路設(shè)計(jì)途徑。這種校正方法的最大特點(diǎn)是對測溫傳感器的全量程實(shí)現(xiàn)線性化校正，因而具有較高的校正精確度。被測變量與傳感器輸出電壓之間沒有確定的關(guān)系式，而只能利用實(shí)測數(shù)據(jù)，此時，這種查表法就更顯示其優(yōu)越性。EEPROM校正方法不僅適合于熱電偶、熱電阻等測溫傳感器的非線性補(bǔ)償，也適用于其他方面的非線性補(bǔ)償。該法不僅實(shí)現(xiàn)了全量程的非線性補(bǔ)償，而且標(biāo)度變換也通過查表一起完成，故簡化了電路設(shè)計(jì)。 區(qū)別于傳統(tǒng)的冷端補(bǔ)償?shù)姆椒?，采用的?shù)字式補(bǔ)償，不用加冷端補(bǔ)償