畢業(yè)設(shè)計(jì)論文--智能溫度控制器

1、<p>　　本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（畢業(yè)論文）</p><p>　　題 目：智能溫度控制器</p><p><b>　　智能溫度控制器</b></p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　本課題智能溫度控制器用FPGA/CPLD和單片機(jī)相結(jié)合，構(gòu)成整個(gè)系統(tǒng)的測(cè)控主

2、體。FPGA/CPLD主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、鍵盤(pán)掃描、數(shù)據(jù)顯示；單片機(jī)主要負(fù)責(zé)讀取FPGA/CPLD采集的數(shù)據(jù)，并根據(jù)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字濾波、標(biāo)度變換、PID運(yùn)算。本設(shè)計(jì)系統(tǒng)可分為四大基本組成部分：溫度數(shù)據(jù)采集電路、數(shù)據(jù)運(yùn)算控制電路、數(shù)據(jù)顯示電路和報(bào)警電路。</p><p>　　1.溫度數(shù)據(jù)采集：主要應(yīng)用K型熱電偶溫度傳感器來(lái)采集溫度信號(hào)。利用ADC0809將轉(zhuǎn)換的標(biāo)準(zhǔn)模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。利用集成溫度傳感

3、器AD590測(cè)量冷端溫度，進(jìn)行冷端溫度補(bǔ)償。</p><p>　　2.數(shù)據(jù)運(yùn)算控制部分：將采集的數(shù)據(jù)經(jīng)計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理、數(shù)字濾波、標(biāo)度變換、PID運(yùn)算輸出控制參數(shù)，利用可控硅原理對(duì)單相電加熱器進(jìn)行溫度控制。溫度控制電路采用晶閘管調(diào)功方式。</p><p>　　3.數(shù)據(jù)顯示部分：顯示電路由四個(gè)共陽(yáng)極期段數(shù)碼管和四片1位串入八位并出的74LS164芯片組成。</p><p&g

4、t;　　4.報(bào)警部分：設(shè)有緊急狀態(tài)報(bào)警系統(tǒng)，以便提醒操作人員的注意，或采取緊急措施。其方法就是把計(jì)算機(jī)采集的數(shù)據(jù)與該參數(shù)上、下限給定值進(jìn)行比較：如果高于上限值或低于下限值進(jìn)行報(bào)警，否則作為采樣的正常值，進(jìn)行顯示和控制。</p><p>　　關(guān)鍵詞：智能化；溫度控制；單片機(jī)；FPGA</p><p>　　Smart Temperature Controller</p><

5、p><b>　　Abstract</b></p><p>　　The temperature controller for use wisdom and A Single Chip computer and FPGA/CPLD combined constitute the main system of monitoring. FPGA/CPLD primarily responsib

6、le for data collection, data storage, keyboard scanning, data; Shanpianji FPGA/CPLD primarily responsible for the retrieval of data collection, and on the basis of these data recovery figures, with their degrees, PID ope

7、rations. This design system can be divided into four basic components : temperature data acquisition circuits, data p</p><p>　　1. Temperature data collection : The main application for K-type thermocouple te

8、mperature sensors collecting temperature signal. ADC0809 will use standard analog signal conversion into digital signals. Integrated temperature sensor measurements using cold-AD590 temperature, the cold-temperature comp

9、ensation. </p><p>　　2. Data processing control components : data collection will be processed by computer, digital filtering, scales used, PID control parameters export operations, the use of silicon-control

10、led rectifier principles of a single-phase electric heater temperature control. Temperature control circuits used Jingzhaguan transfer credit.</p><p>　　3. Data elements : the show circuit anode part of a tot

11、al of four digital and four pieces of eight and a one string into the 74LS164 chip. </p><p>　　4. Police parts : an emergency warning system to alert operators of attention, or take emergency measures. The me

12、thods of collecting data is the computer with the parameters of the maximum and minimum levels of value to be compared : if more than or less than the limits of the limits to the police, or as a sampling of the normal va

13、lue, display and control.</p><p>　　Key words: Intelligent; Temperature control; A Single Chip Computer ; FPGA/CPLD</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘 要I</

14、b></p><p>　　AbstractII</p><p><b>　　第一章 引 言1</b></p><p>　　1.1 課題的意義1</p><p>　　1.2 智能溫度控制器的功能2</p><p>　　第二章 硬件設(shè)計(jì)4</p><p>　　2

15、.1 智能溫度控制器原理框圖4</p><p>　　2.2 單片機(jī)AT89C51及FPGA/CPLD簡(jiǎn)介4</p><p>　　2.2.1 單片機(jī)AT89C51簡(jiǎn)介4</p><p>　　2.2.2 AT89C51概述4</p><p>　　2.2.3 單片機(jī)管腳圖及管腳功能5</p><p>　　2.2.4

16、 FPGA/CPLD簡(jiǎn)介6</p><p>　　2.2.5 MAX+PLUSⅡ簡(jiǎn)介6</p><p>　　2.2.6 VHDL語(yǔ)言簡(jiǎn)介7</p><p>　　2.3 放大器 三運(yùn)放8</p><p>　　2.3.1 儀表放大器的概述8</p><p>　　2.3.2 儀表放大基本電路圖8</p>

17、<p>　　2.4 溫度補(bǔ)償器件 AD5908</p><p>　　2.4.1 AD590溫度傳感器簡(jiǎn)介8</p><p>　　2.4.2 AD590管腳圖及元件符號(hào)9</p><p>　　2.4.3 AD590的基本應(yīng)用電路及輸出電流值9</p><p>　　2.5 摸數(shù)轉(zhuǎn)換器件 ADC080911</p>

18、;<p>　　2.5.1 多通道A/D轉(zhuǎn)換器ADC080911</p><p>　　2.5.2 ADC0809的電路組成及轉(zhuǎn)換原理11</p><p>　　2.5.3 ADC0809的引腳圖及功能12</p><p>　　2.5.4 ADC0809的時(shí)序圖13</p><p>　　2.5.5 ADC0809的技術(shù)指標(biāo)1

19、4</p><p>　　2.6 多路選擇開(kāi)關(guān) CD405215</p><p>　　2.6.1 CD4052簡(jiǎn)介15</p><p>　　2.6.2 CD4052的特點(diǎn)15</p><p>　　2.6.3 CD4052管腳及管腳圖15</p><p>　　2.7 看門(mén)狗X25045 的應(yīng)用16</p&g

20、t;<p>　　2.7.1 概 述16</p><p>　　2.7.2 X25045 簡(jiǎn)介17</p><p>　　2.7.3 X25045相關(guān)指令17</p><p>　　2.7.4 X25045電路相關(guān)設(shè)計(jì)及工作原理18</p><p>　　2.8 過(guò)零檢測(cè)硬件電路19</p><p>　

21、　2.8.1 過(guò)零檢測(cè)的原理及作用19</p><p>　　2.8.2 過(guò)零檢測(cè)電路圖19</p><p>　　2.9 MAX7407與MOC3021 簡(jiǎn)介20</p><p>　　2.9.1 MAX7407簡(jiǎn)介20</p><p>　　2.9.2 MAX7407管腳圖20</p><p>　　2.9.3 M

22、OC3021簡(jiǎn)介20</p><p>　　2.9.4 MOC3021管腳圖21</p><p>　　2.9.5 MOC3021 邏輯圖如圖所示21</p><p>　　2.10 可控硅的連接及控制21</p><p>　　2.10.1 可控硅簡(jiǎn)介及工作原理21</p><p>　　2.10.2 可控硅的連接電

23、路圖22</p><p>　　2.11 可控硅調(diào)功觸發(fā)圖解23</p><p>　　2.12 盤(pán)的設(shè)計(jì)24</p><p>　　2.12.1 鍵盤(pán)簡(jiǎn)介24</p><p>　　2.12.2 鍵盤(pán)的連接電路圖24</p><p>　　2.12.3 按鍵位置與數(shù)碼關(guān)系25</p><p>

24、;　　2.13 聲光報(bào)警及工作指示燈的電路設(shè)計(jì)25</p><p>　　2.13.1 聲光報(bào)警方法25</p><p>　　2.13.2 聲光報(bào)警電路圖26</p><p>　　2.14 數(shù)據(jù)顯示及數(shù)碼管LED的連接26</p><p>　　2.14.1 數(shù)碼管簡(jiǎn)介26</p><p>　　2.14.2 溫度

25、數(shù)據(jù)顯示設(shè)計(jì)27</p><p>　　2.14.3 顯示數(shù)字度應(yīng)的真值表28</p><p>　　2.14.4 顯示電路的完整圖29</p><p>　　2.15 本章小結(jié)29</p><p>　　第三章 系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)30</p><p>　　3.1 軟件設(shè)計(jì)思30</p><p>

26、;　　3.2 主程序30</p><p>　　3.2.1 主程序流程圖30</p><p>　　3.2.2 主程序程序30</p><p>　　3.3 AD采樣控制程序設(shè)計(jì)30</p><p>　　3.3.1 AD采樣控制VHDL實(shí)現(xiàn)30</p><p>　　3.3.2 采樣數(shù)據(jù)緩存器LPM_FIFO設(shè)計(jì)3

27、1</p><p>　　3.3.3 ADC0809采樣電路系統(tǒng)31</p><p>　　3.3.4 AD采樣程序流程圖32</p><p>　　3.3.5 AD采樣程序32</p><p>　　3.4 數(shù)字濾波程序設(shè)計(jì)32</p><p>　　3.4.1 數(shù)字濾波概述32</p><p&g

28、t;　　3.4.2 數(shù)字濾波程序流程圖33</p><p>　　3.4.3 數(shù)字濾波程序流程圖33</p><p>　　3.5 熱電偶線性回歸公式及線性化33</p><p>　　3.5.1 線性回歸概述33</p><p>　　3.5.2 線性回歸及標(biāo)度變換34</p><p>　　3.5.3 K型熱電偶的

29、線性化36</p><p>　　3.5.4 線性化程序流程圖36</p><p>　　3.5.5 線性化程序36</p><p>　　3.6 PID 運(yùn)算程序設(shè)計(jì)36</p><p>　　3.6.1 帶死取樣的PID簡(jiǎn)介36</p><p>　　3.6.2 帶死區(qū)控制算法流程圖36</p>&

30、lt;p>　　3.6.3 的PID控制計(jì)算程序36</p><p>　　3.7 VHDL計(jì)時(shí)控制程序及產(chǎn)生觸發(fā)脈沖程序36</p><p>　　3.8 最終溫度顯示程序設(shè)計(jì)36</p><p>　　3.8.1 溫度顯示流程圖36</p><p>　　3.8.2 溫度顯示程序36</p><p>　　3.

31、9 報(bào)警程序設(shè)計(jì)36</p><p>　　3.9.1 報(bào)警概述36</p><p>　　3.9.2 報(bào)警程序流程圖36</p><p>　　3.9.3 報(bào)警模塊程序36</p><p>　　3.10 讀取AD 值子函數(shù)36</p><p>　　3.11 單片機(jī)主程序36</p><p&g

32、t;　　3.12 本章小結(jié)36</p><p><b>　　設(shè)計(jì)結(jié)論36</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)36</b></p><p>　　附錄（一）智能溫度控制器系統(tǒng)框圖36</p><p>　　附錄（二）流程圖36</p><p>　　附錄（A）主程

33、序流程圖36</p><p>　　附錄（B）采樣程序流程圖36</p><p>　　附錄（C）中值濾波程序流程圖36</p><p>　　附錄（D）線性化流程圖36</p><p>　　附錄（E） PID運(yùn)算流程圖36</p><p>　　附錄（F）溫度顯示流程圖36</p><p>

34、;　　附錄（G）報(bào)警程序流程圖36</p><p>　　附錄（三）程序36</p><p>　　附錄（A）VHDL采樣控制程序36</p><p>　　附錄（B）中值濾波程序36</p><p>　　附錄（C）線性化程序36</p><p>　　附錄（D）PID運(yùn)算程序36</p><p

35、>　　附錄（E）VHDL計(jì)時(shí)控制程序36</p><p>　　附錄（F） 產(chǎn)生觸發(fā)脈沖VHDL程序36</p><p>　　附錄（G） 鍵盤(pán)掃描及譯碼程序36</p><p>　　附錄（H） 溫度數(shù)據(jù)顯示程序36</p><p>　　附錄（I）報(bào)警程序36</p><p>　　附錄（K）讀取AD值子函

36、數(shù)36</p><p>　　附錄（L）主程序36</p><p>　　附錄（四）智能溫度控制器電路圖36</p><p><b>　　附錄（A）36</b></p><p><b>　　附錄（B）36</b></p><p><b>　　致 謝36<

37、;/b></p><p><b>　　引 言</b></p><p><b>　　課題的意義</b></p><p>　　溫度的測(cè)量與控制在化工產(chǎn)品生產(chǎn)、現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中、冶金、化工、倉(cāng)儲(chǔ)、食品加工及人工環(huán)境等各種領(lǐng)域。像廣泛使用的各種加熱爐、熱處理爐、反應(yīng)爐等，對(duì)工件的處理溫度要求嚴(yán)格控制，計(jì)算機(jī)溫度控制系統(tǒng)使溫

38、度控制指標(biāo) 得到了大幅度提高。設(shè)計(jì)研發(fā)一種高精度的智能溫度控制器是十分有意義的。</p><p>　　溫度控制在工業(yè)生產(chǎn)中十分普遍，無(wú)論任何場(chǎng)合其溫度控制的主要電路采用晶閘管做為無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)為理想選擇，溫度控制器可采用儀表、PLC、微型機(jī)等。近來(lái)在市場(chǎng)出現(xiàn)及各種工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中基本應(yīng)用于交、直流系統(tǒng)的晶閘管模塊，將同步觸發(fā)和晶閘管主要電路集成為一體，是晶閘管的應(yīng)用更為簡(jiǎn)單方便。對(duì)于一般的系統(tǒng)采用單片機(jī)作為控制器

39、可以獲得良好的控制性能和優(yōu)越的性價(jià)比。但是在設(shè)計(jì)研發(fā)的過(guò)程中單片機(jī)的設(shè)計(jì)及一般的溫度控制器設(shè)計(jì)都是需要現(xiàn)實(shí)的硬件系統(tǒng)的搭接，這種設(shè)計(jì)研發(fā)有很多的弊端。如：搭接的電路誤差比較大，對(duì)設(shè)計(jì)的精度和結(jié)果有一定的影響。而且設(shè)計(jì)的周期一般是很長(zhǎng)的。并且有些器件的功能有很多的局限。隨著現(xiàn)代的電子技術(shù)的飛躍發(fā)展 。</p><p>　　EDA技術(shù)作為現(xiàn)在電子設(shè)計(jì)最新技術(shù)的結(jié)晶，其廣泛的應(yīng)用前景和深遠(yuǎn)的影響已經(jīng)無(wú)庸質(zhì)疑，它在信息工

40、程專(zhuān)業(yè)中的基礎(chǔ)地位和核心作用也逐漸被人們所認(rèn)識(shí)?，F(xiàn)在的EDA技術(shù)已經(jīng)在各大高等院校得到和快的推廣，在課程設(shè)計(jì)，綜合實(shí)踐，電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽，畢業(yè)設(shè)計(jì)，科學(xué)研究和產(chǎn)品的研發(fā)等EDA技術(shù)綜合應(yīng)用環(huán)節(jié)提供拉很大的幫助，并處于很重要的位置。對(duì)于迅猛發(fā)展的EDA技術(shù)的綜合運(yùn)用，從EDA技術(shù)的綜合應(yīng)用系統(tǒng)的深度來(lái)分，可分為3個(gè)層次：功能電路模塊的設(shè)計(jì)；算法實(shí)現(xiàn)電路模塊的設(shè)計(jì)；片上系統(tǒng)/嵌入式系統(tǒng)/現(xiàn)代DSP系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。從EDA技術(shù)的綜合應(yīng)用系統(tǒng)的最終主要

41、硬件結(jié)構(gòu)層來(lái)分，已出現(xiàn)6中形式：CPLD/FPGA系統(tǒng)；CPLD/FPGA+MCU系統(tǒng)；CPLD/FPGA+專(zhuān)用DSP處理器系統(tǒng)；基于FPGA實(shí)現(xiàn)的現(xiàn)代DSP系統(tǒng)；基于FPGA實(shí)現(xiàn)的SOC片上系統(tǒng)；基于FPGA實(shí)現(xiàn)的嵌入式系統(tǒng)；</p><p>　　從EDA技術(shù)的綜合應(yīng)用系統(tǒng)的完善層次來(lái)分：EDA綜合系統(tǒng)--主體電路的設(shè)計(jì)—仿真及硬件驗(yàn)證；主體電路的設(shè)計(jì)—仿真硬件驗(yàn)證-系統(tǒng)外圍電路的PCB的設(shè)計(jì)與制作；主體電路的

42、設(shè)計(jì)—仿真及硬件驗(yàn)證—系統(tǒng)整體電路PCB的設(shè)計(jì)與、制作及系統(tǒng)的組裝調(diào)試。</p><p>　　隨著微型計(jì)算機(jī)及微電子技術(shù)在測(cè)試領(lǐng)域中的廣泛應(yīng)用，儀器儀表在測(cè)量原理、準(zhǔn)確度、靈敏度、可靠性、功能及自動(dòng)化水平等方面都發(fā)生了巨大的變化，逐步形成完全突破傳統(tǒng)概念的新一代儀器：智能儀器。在信息技術(shù)的高速發(fā)展和人工智能應(yīng)用的推動(dòng)下，智能儀器必將有更大的發(fā)展。測(cè)試儀器的智能化是現(xiàn)代儀器儀表發(fā)展的主流方向。</p>

43、<p>　　本設(shè)計(jì)課題智能溫度控制器利用當(dāng)今流行的EDA（電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化）技術(shù)，綜合應(yīng)用單片機(jī)與FPGA技術(shù)，通過(guò)功能的合理劃分充分發(fā)揮單片機(jī)與FPGA各自的優(yōu)點(diǎn)，這是智能儀表的發(fā)展方向。</p><p>　　智能溫度控制器的功能</p><p>　　計(jì)算機(jī)與測(cè)量控制儀器的結(jié)合產(chǎn)生了智能控制儀器。隨著傳感器技術(shù)發(fā)展、A/D等新器件出現(xiàn)、單片機(jī)與DSP的廣泛應(yīng)用、特別是ASIC、

44、FPGA/CPLD技術(shù)在智能儀器中的廣泛應(yīng)用，智能儀器的結(jié)構(gòu)更緊湊，性能更優(yōu)良。</p><p>　　本次設(shè)計(jì)智能溫度控制器的主要功能：</p><p>　　1）數(shù)據(jù)采集功能：可將現(xiàn)場(chǎng)的模擬溫度信號(hào)進(jìn)行采集、量化轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，送給單片機(jī)進(jìn)行處理。</p><p>　　2）數(shù)據(jù)處理功能：可將采樣后的數(shù)字量進(jìn)行數(shù)字濾波、線性化標(biāo)度變換、PID運(yùn)算。</p>

45、<p>　　3）控制功能：可使現(xiàn)場(chǎng)的溫度保持與目標(biāo)溫度一致（滿足工藝精度）。</p><p>　　4）數(shù)據(jù)顯示功能：可將現(xiàn)場(chǎng)的溫度值利用數(shù)碼管顯示，比較直觀了解工藝現(xiàn)場(chǎng)情況。</p><p>　　5）報(bào)警功能：當(dāng)溫度值超過(guò)警戒溫度值是進(jìn)行報(bào)警，以引起操作人員注意并采取相關(guān)措施。</p><p>　　智能溫度控制器的發(fā)展展望</p><

46、p>　　基于計(jì)算機(jī)的測(cè)控儀器發(fā)展至今，大致可以分為三個(gè)發(fā)展階段：</p><p>　　第一階段利用計(jì)算機(jī)增強(qiáng)傳統(tǒng)儀器的功能。隨著計(jì)算機(jī)系統(tǒng)性能價(jià)格比的不斷上升，用計(jì)算機(jī)控制測(cè)控儀器成為一種發(fā)展趨勢(shì)。</p><p>　　第二階段開(kāi)放式的儀器結(jié)構(gòu)。儀器硬件上出現(xiàn)了兩大技術(shù)進(jìn)步：一是插入式計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集卡；二是VXI儀器總線標(biāo)準(zhǔn)的確立。這些新的技術(shù)使儀器的構(gòu)成得以開(kāi)放，消除第一階段內(nèi)在的

47、有用戶定義和供應(yīng)商定以和供應(yīng)商定義儀器功能的區(qū)別。</p><p>　　第三階段虛擬儀器的框架得到了廣泛認(rèn)同和采用。軟件領(lǐng)域面向?qū)ο蠹夹g(shù)把任何用戶構(gòu)建VI需要知道的東西封裝起來(lái)。許多行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)在硬件和軟件領(lǐng)域產(chǎn)生，發(fā)展到這一階段，人們認(rèn)識(shí)到了VI軟件框架才是數(shù)據(jù)采集和儀器控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的關(guān)鍵。</p><p>　　網(wǎng)路技術(shù)和計(jì)算機(jī)總線技術(shù)的發(fā)展，在加上測(cè)控任務(wù)的復(fù)雜化以及遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)任務(wù)等迫

48、切需求，促進(jìn)了測(cè)控儀器向網(wǎng)絡(luò)化的方向快速的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)化儀器包括基于計(jì)算機(jī)總線技術(shù)的分布式測(cè)控儀器，基于INTERNET/INTERNET的虛擬儀器，嵌入式INTERNET的網(wǎng)絡(luò)化儀器，基于IEEE1451標(biāo)準(zhǔn)的智能傳感系統(tǒng)以及基于無(wú)線通訊網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)化儀器 系統(tǒng)等，他們?cè)谥悄芙煌?、信息家電、家庭自?dòng)化、工業(yè)自動(dòng)化、環(huán)境監(jiān)測(cè)及遠(yuǎn)程醫(yī)療等眾多領(lǐng)域得到越來(lái)越來(lái)廣泛的應(yīng)用。</p><p><b>　　硬件設(shè)計(jì)&

49、lt;/b></p><p>　　智能溫度控制器原理框圖</p><p>　　智能溫度控制器系統(tǒng)框圖見(jiàn)附錄（一）所示</p><p>　　單片機(jī)AT89C51及FPGA/CPLD簡(jiǎn)介</p><p>　　單片機(jī)AT89C51簡(jiǎn)介</p><p>　　單片機(jī)（又稱為微控制器）的出現(xiàn)是計(jì)算機(jī)發(fā)展史上的一個(gè)重要的里程碑

50、，它以體積小、功能全、性價(jià)比高等諸多優(yōu)點(diǎn)而獨(dú)具特色，在工業(yè)控制、尖端武器、通訊設(shè)備、信息處理、家用電器等嵌入式應(yīng)用領(lǐng)域中獨(dú)占熬頭。</p><p>　　單片機(jī)的主要特點(diǎn)：（1）系統(tǒng)性強(qiáng)。（2）可讀性強(qiáng)。（3）操作性強(qiáng)。（4）實(shí)踐性強(qiáng)。（5）力圖反映新技術(shù)的發(fā)展。（6）力圖體現(xiàn)新器件的應(yīng)用?，F(xiàn)在結(jié)合AT89C51來(lái)具體介紹。</p><p><b>　　AT89C51概述</

51、b></p><p>　　單片機(jī)是在一塊芯片上集成了CPU、RAM、ROM、定時(shí)/計(jì)數(shù)器和多功能I/O接口等計(jì)算機(jī)所需要的基本功能部件的大規(guī)模集成電路，又稱MCU。51系列單片機(jī)包括以下幾個(gè)部分：</p><p><b>　　一個(gè)八位CPU。</b></p><p>　　一個(gè)片內(nèi)震蕩器及時(shí)鐘電路。</p><p>

52、　　4KB ROM程序存儲(chǔ)器。</p><p>　　128B RAM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。</p><p>　　可尋址64KB外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和64KB外部程序存儲(chǔ)器的控制電路。</p><p>　　32條可編程的I/O線（4個(gè)8位并行I/O接口）。</p><p>　　2個(gè)16位的定時(shí)/計(jì)數(shù)器。</p><p>　　1個(gè)可編程的

53、全雙工串型接口。</p><p>　　5個(gè)中斷源、2個(gè)優(yōu)先級(jí)嵌套中斷結(jié)構(gòu)。</p><p>　　AT89C51時(shí)鐘電路、復(fù)位電路圖如圖2.1所示</p><p>　　圖2.1 AT89C51內(nèi)部震蕩時(shí)鐘電路圖及復(fù)位電路圖</p><p>　　單片機(jī)管腳圖及管腳功能</p><p>　　AT89C51管腳圖如圖2.2所示

54、</p><p>　　圖2.2 AT89C51管腳圖</p><p>　　GND： 接地管腳。</p><p>　　VCC： 電源端，接+5V電壓。</p><p>　　XTAL1 XTAL2：接外部晶體的一個(gè)引腳。</p><p>　　RST： 1.復(fù)位信號(hào)輸入。 2.VCC掉電后可接備用電源，底功率情況下保持內(nèi)部

55、RAM中的數(shù)據(jù)。</p><p>　　ALE： 地址鎖存信號(hào)。當(dāng)單片機(jī)訪問(wèn)外部，該引腳的輸出信號(hào)ALE用于所存P0口的低八位地址。</p><p>　　PSEN：程序存儲(chǔ)器允許。輸出單片機(jī)訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器。</p><p>　　EA： 1.EA=0，單片機(jī)只訪問(wèn)內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。2.EA=1，訪問(wèn)內(nèi)部存儲(chǔ)器。當(dāng)超過(guò)內(nèi)部程序存儲(chǔ)范圍時(shí)自動(dòng)訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器。<

56、/p><p>　　P0.0-P0.7：數(shù)據(jù)/地址低八位復(fù)用總線端口。</p><p>　　P1.0-P1.7：靜態(tài)復(fù)用端口。</p><p>　　P2.0-P2.7：高八位地址總線動(dòng)態(tài)端口。</p><p>　　P3.0-P3.7：雙功能靜態(tài)端口。</p><p>　　FPGA/CPLD簡(jiǎn)介</p><

57、p>　　歲著電子技術(shù)的不斷發(fā)展，電子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法也發(fā)生了很大的變化，傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法正逐步退出歷史舞臺(tái)，而基于EDA技術(shù)的芯片設(shè)計(jì)正在成為電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主流。大規(guī)?？删幊踢壿嬈骷﨏PLD和FPGA是當(dāng)今應(yīng)用最廣泛的兩類(lèi)可編程專(zhuān)用集成電路（ASIC）?？删幊踢壿嬈骷?0世紀(jì)70年代發(fā)展起來(lái)的一種新型邏輯器件，是一種由用戶編程來(lái)實(shí)現(xiàn)某種邏輯功能的新興器件，芯片內(nèi)的邏輯門(mén)、觸發(fā)器等硬件資源可由用戶配置來(lái)連接來(lái)實(shí)現(xiàn)專(zhuān)用的用戶邏輯功能。它

58、是大規(guī)模集成電路技術(shù)飛速發(fā)展與計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)輔助生產(chǎn)和計(jì)算機(jī)輔助測(cè)試相結(jié)合的一種產(chǎn)物，是現(xiàn)代數(shù)字系統(tǒng)向超高集成度、超低功耗、超小封狀和專(zhuān)用化方向發(fā)展的重要基礎(chǔ)。它的應(yīng)用和發(fā)展不僅簡(jiǎn)化了電路設(shè)計(jì)，降低了成本，提高了系統(tǒng)的可靠性和保密性，而且給數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法帶來(lái)了革命性的變化。目前常用的可編程邏輯器件從結(jié)構(gòu)上可將其劃分為兩大類(lèi)：CPLD和現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列FPGA</p><p>　　MAX+PLUSⅡ簡(jiǎn)介

59、</p><p>　　MAX+PLUSⅡ是Altera公司為開(kāi)發(fā)其可編程邏輯器件而推出的專(zhuān)用軟件，其易學(xué)、易用、界面友好且集成化程度高，全稱是Multiple Array Matrix and Progtammable Logic User SystemⅡ（多陣列矩陣及可編程邏輯用戶系統(tǒng)Ⅱ）。MAX+PLUSⅡ是一個(gè)完全集成化的可編程邏輯環(huán)境，能滿足用戶各種各樣的設(shè)計(jì)需要。他支持Altera公司的不同結(jié)構(gòu)器件，可

60、在多平臺(tái)上運(yùn)行。MAX+PLUSⅡ具有突出的靈活性和高效性，為設(shè)計(jì)者提供了多種可自由選擇的設(shè)計(jì)方法和工具。豐富的圖形界面，可隨時(shí)訪問(wèn)的在線幫助文檔，使用戶能夠快速輕松的掌握和使用MAX+PLUSⅡ軟件。</p><p>　　MAX+PLUSⅡ軟件眾多突出出的特點(diǎn)如下：</p><p>　　1）.開(kāi)放式的界面：MAX+PLUSⅡ軟件可與其他工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計(jì)輸入、綜合與校驗(yàn)工具相連接它EDA工具

61、的接口遵循EDIF200、EDIF300、參數(shù)模塊庫(kù)LPM，標(biāo)準(zhǔn)延遲格式SDF2.0等多種標(biāo)準(zhǔn)MAX+PLUSⅡ軟件接口允許用戶使用Altera或標(biāo)準(zhǔn)的EDA設(shè)計(jì)輸入工具來(lái)創(chuàng)建邏輯設(shè)計(jì)MAX+PLUSⅡ的編譯器對(duì)Altera器件的設(shè)計(jì)進(jìn)行編譯，使用Altera或其他EDA校驗(yàn)工具進(jìn)行器件級(jí)或板級(jí)仿真。</p><p>　　2）.設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)無(wú)關(guān)：MAX+PLUSⅡ支持Altera公司的各種可編程邏輯器件，提供了工業(yè)

62、界真正與結(jié)構(gòu)無(wú)關(guān)的可編程邏輯設(shè)計(jì)環(huán)境。MAX+PLUSⅡ的編譯器還提供了邏輯綜合與優(yōu)化功能以減輕用戶的設(shè)計(jì)負(fù)擔(dān)。</p><p>　　3）.完全集成化：MAX+PLUSⅡ的設(shè)計(jì)輸入、綜合編譯、時(shí)序分析、仿真校驗(yàn)下載/配置全部集成在一起，加快動(dòng)態(tài)調(diào)試，縮短開(kāi)發(fā)周期；</p><p>　　4）.豐富的設(shè)計(jì)庫(kù)：MAX+PLUSⅡ提供豐富的庫(kù)單元共設(shè)計(jì)者使用，其中包括74系列的全會(huì)部器件和多種特殊

63、的邏輯功能以及參數(shù)化的兆功能。</p><p>　　5）.支持多種硬件描述語(yǔ)言，包括VHDL、Verilog HDL、AHDL語(yǔ)言。</p><p>　　6）.模塊化工具：設(shè)計(jì)者可從各種設(shè)計(jì)輸入、編輯、校驗(yàn)及器件編程工具中作出選擇，形成用戶風(fēng)格的開(kāi)發(fā)環(huán)境，必要時(shí)還可以在保留原始功能的基礎(chǔ)上添加新的功能。</p><p>　　MAX+PLUSⅡ的設(shè)計(jì)過(guò)程包括設(shè)計(jì)輸入、

64、項(xiàng)目編譯、功能時(shí)序仿真、編程配置。其中常用的設(shè)計(jì)輸入方法有：通過(guò)MAX+PLUSⅡ圖形編輯器創(chuàng)建圖形文件（.gdf）；通過(guò)MAX+PLUSⅡ文本編輯器,使用VHDL語(yǔ)言創(chuàng)建文本設(shè)計(jì)文件（.vhd）。使用Verilog HDL語(yǔ)言創(chuàng)建文本文件（.V）。</p><p><b>　　VHDL語(yǔ)言簡(jiǎn)介</b></p><p>　　20世紀(jì)80年代后期，美國(guó)國(guó)防部開(kāi)發(fā)的VHD

65、L語(yǔ)言是IEEE標(biāo)準(zhǔn)化的硬件描述語(yǔ)言，并且已經(jīng)成為系統(tǒng)的國(guó)際工人標(biāo)準(zhǔn)，得到眾多的EDA公司的支持。其全稱為（Very High Speed Integerated Circuit）Hardware Description Language。</p><p>　　VHDL語(yǔ)言覆蓋面廣，描述能力強(qiáng)，能支持硬件的設(shè)計(jì)、驗(yàn)證、綜合和測(cè)試，是一種多層次的硬件描述語(yǔ)言。其設(shè)計(jì)描述可以是描述電路具體組成的結(jié)構(gòu)描述，也可以是描繪

66、素電路功能的行為描述。這些描述可以從最抽象的系統(tǒng)級(jí)直到最精確的邏輯級(jí)甚至門(mén)級(jí)。</p><p>　　VHDL語(yǔ)言設(shè)計(jì)系統(tǒng)一般采用自頂向下的分層設(shè)計(jì)方法。首先從系統(tǒng)級(jí)功能設(shè)計(jì)開(kāi)始，對(duì)系統(tǒng)高層模塊進(jìn)行行為描述和功能仿真。系統(tǒng)的功能驗(yàn)證完成后，將抽象的高層設(shè)計(jì)自頂向下逐級(jí)進(jìn)行細(xì)化，直到與所用可編程邏輯器件相對(duì)應(yīng)的邏輯描述。</p><p>　　VHDL語(yǔ)言的主要優(yōu)點(diǎn)有：</p>&

67、lt;p>　　具有強(qiáng)大的功能，覆蓋面廣，描述能力強(qiáng)，可用語(yǔ)從門(mén)級(jí)電路級(jí)直至系統(tǒng)級(jí)的描述仿鎮(zhèn)和綜合。有良好的可讀性，他可以被計(jì)算機(jī)接受，也容易被讀者理解。有良好的可移植性，可以在不同的設(shè)計(jì)環(huán)境和系統(tǒng)平臺(tái)中使用。</p><p><b>　　放大器 三運(yùn)放</b></p><p><b>　　儀表放大器的概述</b></p>&l

68、t;p>　　在實(shí)際工程中，來(lái)自現(xiàn)場(chǎng)的傳感器信號(hào)往往帶有較大的共模 ，而單個(gè)運(yùn)放電路的差動(dòng)輸入端難以起到很好的抑制作用。因此，A/D通道中的前置放大器常采用由一組運(yùn)放構(gòu)成的測(cè)量放大器，也稱儀表放大器，如圖2.3所示。</p><p>　　經(jīng)典的測(cè)量?jī)x表放大器是由三個(gè)運(yùn)放組成的對(duì)稱結(jié)構(gòu)，測(cè)量放大器的差動(dòng)輸入端VIN+和VIN-分別是兩個(gè)運(yùn)放A1，A2的同相輸入端，輸入阻抗很高，而且完全對(duì)稱的直接與被測(cè)信號(hào)相連，

69、因而有著急強(qiáng)的抑制共模干擾能力。</p><p><b>　　儀表放大基本電路圖</b></p><p><b>　　如圖2.3所示</b></p><p>　　圖2.3 儀表放大基本電路圖</p><p>　　溫度補(bǔ)償器件 AD590</p><p>　　AD590溫度傳感

70、器簡(jiǎn)介</p><p>　　AD590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，其規(guī)格如下:</p><p>　　1） 度每增加1℃，它會(huì)增加1μA輸出電流；</p><p>　　2） 可測(cè)量范圍-55℃至150℃；</p><p>　　3） 供電電壓范圍+4V至+30V；</p><p>　　AD

71、590管腳圖及元件符號(hào)</p><p>　　AD590管腳圖及元件圖如圖2.4所示</p><p>　　圖2.4 AD590管腳及元件圖</p><p>　　AD590的基本應(yīng)用電路及輸出電流值</p><p>　　圖2.5 AD590基本應(yīng)用電路圖</p><p>　　AD590的輸出電流值說(shuō)明如下： </p

72、><p>　　其輸出電流是以絕對(duì)溫度零度（-273℃）為基準(zhǔn)，每增加1℃，它會(huì)增加1μA輸出電流，因此在室溫25℃時(shí)，其輸出電流Iout=（273+25）=298μA。</p><p>　　AD590的應(yīng)用電路圖如圖2.6所示</p><p>　　圖2.6 AD590應(yīng)用電路圖</p><p><b>　　電路分析：</b>

73、;</p><p>　　1、 AD590的輸出電流I=（273+T）μA（T為攝氏溫度），因此測(cè)量的電壓V為（273+T）μA×10K=（2.73+T/100）V。為了將電壓測(cè)量出來(lái)又務(wù)須使輸出電流I不分流出來(lái)，我們使用電壓跟隨器其輸出電壓V2等于輸入電壓V。</p><p>　　2、 由于一般電源供應(yīng)教多器件之后，電源是帶雜波的，因此我們使用齊納二極管作為穩(wěn)壓元件，再利用可變電

74、阻分壓，其輸出電壓V1需調(diào)整至2.73V</p><p>　　3、 接下來(lái)我們使用差動(dòng)放大器其輸出Vo為（100K/10K）×（V2-V1）=T/10，如果現(xiàn)在為攝氏28℃，輸出電壓為2.8V，輸出電壓接AD轉(zhuǎn)換器，那么AD轉(zhuǎn)換輸出的數(shù)字量就和攝氏溫度成線形比例關(guān)系。</p><p><b>　　注意事項(xiàng)：</b></p><p>　

75、　1、 Vo的值為Io乘上10K，以室溫25℃而言，輸出值為10K×298μA=2.98V；</p><p>　　2、 測(cè)量Vo時(shí)，不可分出任何電流，否則測(cè)量值會(huì)不準(zhǔn)；</p><p>　　摸數(shù)轉(zhuǎn)換器件 ADC0809</p><p>　　多通道A/D轉(zhuǎn)換器ADC0809</p><p>　　由于微型計(jì)算機(jī)運(yùn)行速度很快，而很多的模擬

76、變化速度慢，故通常一臺(tái)計(jì)算機(jī)可以采集多個(gè)數(shù)據(jù)。為滿足系統(tǒng)的要求，在一些A/D轉(zhuǎn)換器中除設(shè)有A/D轉(zhuǎn)換電路外，還含有多路開(kāi)關(guān)，用以選擇模擬量輸入通道，使通道中的任何一個(gè)模擬通道信號(hào)能夠直接進(jìn)入A/D轉(zhuǎn)換器。本設(shè)計(jì)中應(yīng)用的就是八路多路開(kāi)關(guān)ADC0809，現(xiàn)對(duì)ADC0809進(jìn)行介紹。</p><p>　　ADC0809的電路組成及轉(zhuǎn)換原理</p><p>　　ADC0809含有8位A/D轉(zhuǎn)換器、

77、8路多路開(kāi)關(guān)，以及與微型計(jì)算機(jī)兼容的控制邏輯的CMOS組件，其轉(zhuǎn)換方法為逐漸逼近型。在A/D轉(zhuǎn)換器內(nèi)部有一個(gè)高阻抗斬波比較器，一個(gè)帶模擬開(kāi)關(guān)樹(shù)組的256電阻分壓器，以及一個(gè)逐次逼近型寄存器。8路的模擬開(kāi)關(guān)的通/斷由地址所存器和譯碼器器控制，可以在8路的8個(gè)通道中訪問(wèn)任意一個(gè)單邊的模擬信號(hào)。其原理圖，如圖2.7所示。</p><p>　　AD0809的主要性能指標(biāo)：</p><p>　?。?

78、）分辨率 是指A/D轉(zhuǎn)換器對(duì)微小輸入信號(hào)變化的敏感程度。分辨率越高，轉(zhuǎn)換時(shí)對(duì)輸入量微小變化的越靈敏。通常用數(shù)字量的位數(shù)來(lái)表示，如8位、10位、12位等。分辨率為n，表示它可以對(duì)滿刻度的1/2n的變化量作出反應(yīng)。即：分辨率=滿量程值/2n；</p><p>　　（2）轉(zhuǎn)換精度 A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換精度可以用絕對(duì)誤差和相對(duì)誤差來(lái)表示。所謂絕對(duì)誤差，是指對(duì)應(yīng)于一個(gè)給定的數(shù)字量A/D轉(zhuǎn)換器的誤差，其誤差的大小由實(shí)際模

79、擬量輸入值和理論值之差來(lái)度量；</p><p>　　圖2.7 ADC0809內(nèi)部原理結(jié)構(gòu)</p><p>　　這種器件無(wú)須進(jìn)行零位和滿量程調(diào)整。由于多路開(kāi)關(guān)的地址輸入部分能夠進(jìn)行鎖存和譯碼，而且其三態(tài)TTL輸出也可以鎖存，所以容易與微型計(jì)算機(jī)接口的連接。</p><p>　　從圖中可以看出，ADC0809有兩部分組成。第一部分分為8通道模擬轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，其基本原理與C

80、D4052類(lèi)似，控制C，B，A和地址鎖存允許端子，可使一個(gè)通道被選中。地二部分為一個(gè)8位的逐漸逼近型A/D轉(zhuǎn)換器，它有比較器，控制邏輯，數(shù)字量輸出鎖存器，逐次逼近型寄存器以及開(kāi)關(guān)樹(shù)組和256R梯形電阻組成，由后兩種電路D/A轉(zhuǎn)換器?？刂七壿嬘脕?lái)控制逐次逼近寄存器從高位到低位逐次取“1”，然后將此數(shù)字量送到開(kāi)關(guān)樹(shù)組，以控制K7～K0是否與參考電平相聯(lián)。參考電平經(jīng)過(guò)256R電阻網(wǎng)絡(luò)輸出一個(gè)模擬電壓Vc，Vc與輸入模擬量Vx在比較器中進(jìn)行比較

81、。當(dāng)Vc＞Vx時(shí)，該位Di=0；若Vc≤Vx，則Di=1，且一直保持到比較結(jié)束。照此處理，從D7～D0比較8次，逐次逼近寄存器中的數(shù)字量，即與模擬量Vx所相當(dāng)?shù)臄?shù)字量等值。次數(shù)字量進(jìn)入后存于鎖存器，并同時(shí)發(fā)出結(jié)束轉(zhuǎn)換信號(hào)。</p><p>　　ADC0809的引腳圖及功能</p><p>　　ADC0809的引腳如圖2.8所示</p><p>　　圖2.8 ADC

82、0809引腳圖</p><p>　　根據(jù)圖2.8所示?？梢钥闯鯝DC0809的引腳功能如下所述。</p><p>　　1） IN7～I(xiàn)N0：八個(gè)模擬輸入端；</p><p>　　2） START：?jiǎn)?dòng)信號(hào)。當(dāng)START為高電平時(shí)，A/D轉(zhuǎn)換開(kāi)始；</p><p>　　3） EOC：轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)。當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束后，發(fā)出一個(gè)正脈沖，表示A/D轉(zhuǎn)

83、換完畢。此信號(hào)可以作為A/D轉(zhuǎn)換是否結(jié)束的檢測(cè)信號(hào)，高電平有效；</p><p>　　4） OE：輸出允許信號(hào)。當(dāng)此信號(hào)有效時(shí)，允許從A/D轉(zhuǎn)換的寄存器中讀取數(shù)字量；</p><p>　　5） 此信號(hào)可以作為ADC0809的片選信號(hào)，高電平有效；</p><p>　　6） CLOCK：實(shí)時(shí)時(shí)鐘?？梢酝ㄟ^(guò)外接RC電路改變時(shí)鐘頻率；</p><p&g

84、t;　　7） ALE：地址鎖存允許，高電平有效。當(dāng)ALE為高電平時(shí)，允許C，B，A所示的通道被選中，并把該模擬量接入A/D轉(zhuǎn)換器；</p><p>　　8） C，B，A：通道號(hào)選擇端子。C為最高位，A為最低位；</p><p>　　9） D7～D0：數(shù)字量輸出端；</p><p>　　10） V（REF）+，V（REF）-：參考電壓端子。用來(lái)提供D/A轉(zhuǎn)換器的權(quán)電阻

85、的標(biāo)準(zhǔn)電平。一般輸入為+5v與-5v；</p><p>　　11）VCC：電源端子。接+5V；</p><p>　　12）GND：接地端；</p><p>　　ADC0809的時(shí)序圖</p><p>　　ADC0809的時(shí)序圖，如圖2.9所示</p><p>　　圖2.9 ADC0809時(shí)序圖</p>&

86、lt;p>　　ADC0809的技術(shù)指標(biāo)</p><p>　　1） 單一電源，+5V供電，模擬輸入范圍為0～5V；</p><p>　　2） 分辨率為八位；</p><p>　　3） 功耗為15mW；</p><p>　　4） 轉(zhuǎn)換速率取決于芯片的時(shí)鐘脈沖頻率。時(shí)鐘頻率范圍：10～128KHz，當(dāng)CLOCK5等于500KHz時(shí)，轉(zhuǎn)換速率為

87、128μs；</p><p>　　5） 可鎖存三態(tài)輸出，輸出與TTL兼容；</p><p>　　6） 無(wú)須進(jìn)行零位與滿量程調(diào)整；</p><p>　　7） 溫度范圍為-40℃～+85℃；</p><p>　　8） 最大不可調(diào)誤差；</p><p>　　AD0809 地址輸入通道選擇如表2.1所示</p>

88、<p>　　總之，ADC0809具有較高的轉(zhuǎn)換速率和精度，受溫度的影響較小，能夠較長(zhǎng)時(shí)間的保持精度，重復(fù)性好，功耗較低，具有八路模擬轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)。所以對(duì)過(guò)程控制是比較理想的器件。</p><p>　　多路選擇開(kāi)關(guān) CD4052</p><p><b>　　CD4052簡(jiǎn)介</b></p><p>　　CD4052是雙四路的多路開(kāi)關(guān)，主要應(yīng)

89、用是把多個(gè)模擬量參數(shù)分時(shí)地接通并送入A/D轉(zhuǎn)換器。即完成多到一的轉(zhuǎn)換；或者把經(jīng)計(jì)算機(jī)處理，且由D/A轉(zhuǎn)換完的模擬信號(hào)按一定的順序輸出到不同的控制回路中。即完成一到多的轉(zhuǎn)換。前者稱為多路開(kāi)關(guān)，后者稱為多路分配器。</p><p><b>　　CD4052的特點(diǎn)</b></p><p>　　1） 采用標(biāo)準(zhǔn)的雙列直插式結(jié)構(gòu)，尺寸小，便于安排；</p><

90、p>　　2） 直接與TTL或COMS電平相容；</p><p>　　3） 內(nèi)部帶有通道選擇譯碼器，使用方便；</p><p>　　4） 可采用正或負(fù)雙極性輸入；</p><p>　　5） 轉(zhuǎn)換速度快，導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)間在1μs左右，有的甚至更快；</p><p>　　6） 壽命長(zhǎng)無(wú)機(jī)械磨損。接通電阻低，一般小于100歐姆；</p>

91、;<p>　　7） 斷開(kāi)電阻高，通常在10000000000歐姆以上；</p><p>　　CD4052管腳及管腳圖</p><p>　　它有2個(gè)通道選擇輸入端A、B和一個(gè)禁止輸入端INH。B、A得到的信號(hào)用來(lái)選擇四路通道之一被接通。INH=‘1’，即INH=VDD時(shí)，所有的通道都斷開(kāi)禁止模擬量輸入；當(dāng)INH=‘0’，即INH=VSS時(shí)，通道接通，允許模擬量輸入。輸入的信號(hào)的

92、范圍是VDD～VSS。所以，用戶可以根據(jù)自己的輸入信號(hào)范圍和數(shù)字控制信號(hào)的邏輯電平來(lái)選擇VDD、VSS、VEE的電壓值。該類(lèi)芯片允許3種電壓的范圍是VDD～VSS、VDD～VEE為-0.5v～15v。</p><p>　　表2.2 CD4052真值表</p><p>　　圖2.10 CD4052管腳圖</p><p>　　看門(mén)狗X25045 的應(yīng)用</p&

93、gt;<p><b>　　概 述</b></p><p>　　工控系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)，通常都會(huì)遇到各種各樣的現(xiàn)場(chǎng)干擾，抗干擾能力是衡量工控系統(tǒng)性能的一個(gè)重要指標(biāo)?？撮T(mén)狗(Watchdog)電路是自行監(jiān)測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行的重要保證，幾乎所有的工控系統(tǒng)都包含看門(mén)狗電路。在8096系列單片機(jī)和增強(qiáng)型8051系列單片機(jī)中，該系統(tǒng)已經(jīng)做在芯片內(nèi)部，用戶只要用軟件開(kāi)放它就可以，使用很方便。但目前工控系

94、統(tǒng)仍在使用廉價(jià)的普通型8051系列單片機(jī)，則看門(mén)狗電路必須由用戶自己建立。 看門(mén)狗電路一般有軟件看門(mén)狗和硬件看門(mén)狗兩種。軟件看門(mén)狗不需外接硬件電路，但系統(tǒng)需要出讓一個(gè)定時(shí)器資源，這在許多系統(tǒng)中很難辦到，而且若系統(tǒng)軟件運(yùn)行不正常，可能導(dǎo)致看門(mén)狗系統(tǒng)也癱瘓。硬件看門(mén)狗是真正意義上的“程序運(yùn)行監(jiān)視器”，如計(jì)數(shù)型的看門(mén)狗電路通常由555多諧振蕩器、計(jì)數(shù)器以及一些電阻、電容等組成，分立元件組成的系統(tǒng)電路較為復(fù)雜，運(yùn)行不夠可靠。</p>

95、<p><b>　　X25045 簡(jiǎn)介</b></p><p>　　X25045是美國(guó)Xicor公司的生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)化8腳集成電路，它將EEPROM、看門(mén)狗定時(shí)器、電壓監(jiān)控三種功能組合在單個(gè)芯片之內(nèi)，大大簡(jiǎn)化了硬件設(shè)計(jì)，提高了系統(tǒng)的可靠性，減少了對(duì)印制電路板的空間要求，降低了成本和系統(tǒng)功耗，是一種理想的單片機(jī)外圍芯片。X25045引腳如圖2.11所示。</p><

96、;p>　　圖2.11 X25045引腳圖</p><p><b>　　其引腳功能如下：</b></p><p>　　1） CS：片選擇輸入；</p><p>　　2） SI：串行輸入，數(shù)據(jù)或命令由此引腳逐位寫(xiě)入X25045；</p><p>　　3） SCK：串行時(shí)鐘輸入，其上升沿將數(shù)據(jù)或命令寫(xiě)入，下降沿將數(shù)據(jù)輸

97、出；</p><p>　　4） WP：寫(xiě)保護(hù)輸入。當(dāng)它低電平時(shí)，寫(xiě)操作被禁止；</p><p>　　5） Vss：地；；</p><p>　　6） Vcc：電源電壓；</p><p>　　7） RESET：復(fù)位輸出；</p><p>　　X25045相關(guān)指令</p><p>　　在讀寫(xiě)操作之前，

98、需要先向它發(fā)出指令，指令名及指令格式，如表2.3所示。</p><p>　　表2.3X25045相關(guān)指令</p><p>　　X25045電路相關(guān)設(shè)計(jì)及工作原理</p><p>　　X25045硬件連接圖如圖2.13所示</p><p><b>　　工作相關(guān)原理</b></p><p>　　X25

99、045芯片內(nèi)包含有一個(gè)看門(mén)狗定時(shí)器，可通過(guò)軟件預(yù)置系統(tǒng)的監(jiān)控時(shí)間。在看門(mén)狗定時(shí)器預(yù)置的時(shí)間內(nèi)若沒(méi)有總線活動(dòng)，則X25045將從RESET輸出一個(gè)高電平信號(hào)，經(jīng)過(guò)微分電路C2、R3輸出一個(gè)正脈沖，使CPU復(fù)位。圖2電路中，CPU的復(fù)位信號(hào)共有3個(gè)：上電復(fù)位(C1、R2)，人工復(fù)位(S、R1、R2)和Watchdog復(fù)位(C2、R3)，通過(guò)或門(mén)綜合后加到RESET端。C2、R3的時(shí)間常數(shù)不必太大，有數(shù)百微秒即可，因?yàn)檫@時(shí)CPU的振蕩器已經(jīng)在

100、工作。</p><p>　　圖2.12 X25045看門(mén)狗電路硬件連接圖</p><p>　　看門(mén)狗定時(shí)器的預(yù)置時(shí)間是通過(guò)X25045的狀態(tài)寄存器的相應(yīng)位來(lái)設(shè)定的。如表2.4所示，X25045狀態(tài)寄存器共有6位有含義，其中WD1、WD0和看門(mén)狗電路有關(guān)，其余位和EEPROM的工作設(shè)置有關(guān)。</p><p>　　表2.4 X25045狀態(tài)寄存器</p>

101、<p>　　WD1＝0，WD0=0，預(yù)置時(shí)間為1.4s。WD1＝0，WD0=1，預(yù)置時(shí)間為0.6s。WD1＝1，WD0=0，預(yù)置時(shí)間為0.2s。WD1＝1，WD0=1，禁止看門(mén)狗工作。</p><p>　　看門(mén)狗電路的定時(shí)時(shí)間長(zhǎng)短可由具體應(yīng)用程序的循環(huán)周期決定，通常比系統(tǒng)正常工作時(shí)最大循環(huán)周期的時(shí)間略長(zhǎng)即可。編程時(shí)，可在軟件的合適地方加一條喂狗指令，使看門(mén)狗的定時(shí)時(shí)間永遠(yuǎn)達(dá)不到預(yù)置時(shí)間，系統(tǒng)就不會(huì)

102、復(fù)位而正常工作。當(dāng)系統(tǒng)跑飛，用軟件陷阱等別的方法無(wú)法捕捉回程序時(shí)，則看門(mén)狗定時(shí)時(shí)間很快增長(zhǎng)到預(yù)置時(shí)間，迫使系統(tǒng)復(fù)位。</p><p><b>　　過(guò)零檢測(cè)硬件電路</b></p><p>　　過(guò)零檢測(cè)的原理及作用</p><p>　　過(guò)零檢測(cè)的基本原理是：</p><p>　　過(guò)零檢測(cè)電路主要有電壓比較器LM311于光電

103、隔離器件4N25。LM311將50Hz正弦交流電壓變成方波。方波上升沿和下降沿分別作為單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的觸發(fā)信號(hào)，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器輸出的窄脈沖經(jīng)二極管或門(mén)混合，就得到對(duì)應(yīng)于220V電勢(shì)過(guò)零時(shí)刻的同步觸發(fā)脈沖。此脈沖作為控制時(shí)的時(shí)間計(jì)數(shù)脈沖。</p><p><b>　　過(guò)零檢測(cè)電路圖</b></p><p><b>　　如圖2.13所示</b></

104、p><p>　　圖2.13 過(guò)零檢測(cè)電路圖</p><p>　　MAX7407與MOC3021 簡(jiǎn)介</p><p><b>　　MAX7407簡(jiǎn)介</b></p><p>　　MAX7407主要是將一定的電壓脈沖值放大，達(dá)到可以驅(qū)動(dòng)一定器件的目的。在本次設(shè)計(jì)中由于FPGA直接產(chǎn)生的脈沖不足以使可控硅導(dǎo)通所以在輸出觸發(fā)脈沖

105、的管腳上加上一個(gè)發(fā)大，達(dá)到可以觸發(fā)可控硅的脈沖電壓幅度值。</p><p>　　MAX7407管腳圖</p><p><b>　　如圖2.14所示</b></p><p>　　圖2.14 MAX7407管腳圖</p><p><b>　　MOC3021簡(jiǎn)介</b></p><p

106、>　　MOC3021時(shí)一個(gè)光電隔離器件，主要作用是可以防止在強(qiáng)電與弱電之間對(duì)控制產(chǎn)生干擾信號(hào)。由于在本次設(shè)計(jì)中可控硅的一端與FPGA的輸出脈沖管腳相連，一端與220v交流電相連，220v的交流信號(hào)可以產(chǎn)生對(duì)觸發(fā)脈沖的干擾信號(hào)，所以在此加一個(gè)光電隔離器件?？梢酝耆@樣的干擾。</p><p>　　MOC3021管腳圖</p><p>　　圖2.15 MOC3021管腳圖</

107、p><p>　　MOC3021 邏輯圖如圖所示</p><p>　　圖2.16 MOC3021邏輯圖</p><p><b>　　可控硅的連接及控制</b></p><p>　　可控硅簡(jiǎn)介及工作原理</p><p><b>　　可控硅簡(jiǎn)介</b></p><

108、p>　　可控硅又稱為晶閘管。普通的反向阻斷晶閘管是應(yīng)用最為廣泛的一種晶閘管，以前被稱之為單相可控硅或可控硅整流元件（Silicon Controlled Rctifier 簡(jiǎn)稱SCR）本設(shè)計(jì)應(yīng)用的是雙相可控硅（雙相晶閘管）</p><p>　　雙向可控硅也叫三端雙向可控硅，簡(jiǎn)稱（TRIAC）。雙向可控硅在結(jié)構(gòu)上相當(dāng)于兩個(gè)單向可控硅反向連接，如圖2.17所示。這種可控硅具有雙向?qū)üδ?。其通斷狀態(tài)有控制極G決

109、定。在控制極上加正向脈沖或是或負(fù)向脈沖可使正向或反向?qū)?。這種電路的優(yōu)點(diǎn)是控制電路簡(jiǎn)單，沒(méi)有反向耐壓?jiǎn)栴}，因此特別適合做交流無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)使用。</p><p>　　和大功率的場(chǎng)效應(yīng)管一樣，可控硅與微型計(jì)算機(jī)接口連接時(shí)也需要加光電隔離器，觸發(fā)脈沖應(yīng)大于4V；脈沖寬度應(yīng)大于20μs。在單片機(jī)控制系統(tǒng)中，常用單片機(jī)的某一根接口線或外接I/O接口的某一位產(chǎn)生觸發(fā)脈沖。為提高效率，要求觸發(fā)脈沖與交流電壓同步，通常采用檢測(cè)交流

110、過(guò)零點(diǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)。</p><p>　　可控硅的符號(hào)、結(jié)構(gòu)圖及伏安特性如下圖所示</p><p>　　圖2.17 可控硅的符號(hào)結(jié)構(gòu)圖及特性曲線</p><p><b>　　可控硅的連接電路圖</b></p><p><b>　　如圖2.18所示</b></p><p>　　圖2.

111、18 可控硅控制電路圖</p><p><b>　　可控硅調(diào)功觸發(fā)圖解</b></p><p><b>　　如圖2.19所示</b></p><p>　　圖2.19 可控硅調(diào)功觸發(fā)圖解</p><p><b>　　鍵盤(pán)的設(shè)計(jì)</b></p><p>

112、<b>　　鍵盤(pán)簡(jiǎn)介</b></p><p>　　鍵盤(pán)是若干按鍵的集合，是向系統(tǒng)提供操作人員干預(yù)命令及數(shù)據(jù)的接口設(shè)備。鍵盤(pán)可以分為編碼鍵盤(pán)和非編碼鍵盤(pán)兩種類(lèi)型。前者能自動(dòng)識(shí)別按下的鍵并產(chǎn)生相應(yīng)的代碼，以并行或串行方式發(fā)送給CPU。它使用方便、接口簡(jiǎn)單、響應(yīng)速度快，但需要專(zhuān)用的硬件電路。后者則通過(guò)軟件來(lái)確定按鍵并計(jì)算鍵值。這種方法雖然沒(méi)有編碼鍵盤(pán)速度快，但它不需要專(zhuān)用的硬件支持，因此得到廣泛的

113、應(yīng)用。</p><p>　　鍵盤(pán)時(shí)計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中一個(gè)重要的組成部分，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該注意以下問(wèn)題</p><p>　　1）.按鍵的確認(rèn)；2）.重鍵與連擊的處理；3）.按鍵防抖動(dòng)技術(shù)；</p><p>　　本次設(shè)計(jì)主要采用4×4矩陣非編碼鍵盤(pán)，利用FPGA/CPLD進(jìn)行鍵盤(pán)按鍵掃描與鍵值譯碼。</p><p><b>　　鍵盤(pán)

114、的連接電路圖</b></p><p><b>　　如圖2.20所示</b></p><p>　　圖2.20 鍵盤(pán)的連接電路圖</p><p><b>　　按鍵位置與數(shù)碼關(guān)系</b></p><p><b>　　如表2.4所示：</b></p><

115、p>　　表2.5 按鍵位置與數(shù)碼關(guān)系</p><p>　　聲光報(bào)警及工作指示燈的電路設(shè)計(jì)</p><p><b>　　聲光報(bào)警方法</b></p><p>　　在控制系統(tǒng)中通常采用聲、光及語(yǔ)言進(jìn)行報(bào)警。在本次設(shè)計(jì)中主要應(yīng)用聲光同時(shí)報(bào)警。其中光報(bào)警取自發(fā)光二極管；聲音報(bào)警則通過(guò)單片機(jī)發(fā)出頻率不同的脈沖，經(jīng)過(guò)放大后驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)聲進(jìn)行報(bào)警。&

116、lt;/p><p><b>　　聲光報(bào)警電路圖</b></p><p>　　圖2.21 聲光報(bào)警電路圖</p><p>　　數(shù)據(jù)顯示及數(shù)碼管LED的連接</p><p><b>　　數(shù)碼管簡(jiǎn)介</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)顯示需要使用的是四個(gè)七段顯示數(shù)碼管。在計(jì)時(shí)結(jié)果顯示

117、電路中，七段數(shù)碼管顯示部分是一個(gè)不容易忽視的環(huán)節(jié)，如果處理不得當(dāng)，困難引起系統(tǒng)功率過(guò)大，產(chǎn)生散熱問(wèn)題，嚴(yán)重時(shí)可能引起系統(tǒng)的燒毀。為拉解決好以上的問(wèn)題，下面對(duì)七段數(shù)碼管及數(shù)碼管顯示電路做簡(jiǎn)單的介紹。</p><p>　　通常點(diǎn)亮一個(gè)LED所需要的電流是5～20mA，通電的電流越大，LED的亮度越高，相對(duì)也會(huì)使其壽命縮短。一般以10mA的導(dǎo)通電流來(lái)估算它所必須的阻值，其計(jì)算方式參考圖2.22所示</p>