基于单片机温度控制系统设计的输出通道设计部分_课程设计任务书(编辑修改稿)

基于单片机温度控制系统设计的输出通道设计部分_课程设计任务书(编辑修改稿)内容摘要：

感器是整个控制系统获取被控对象特征的重要部件，它的特性直接影响系统的精度，数字式温度传感器 DS18B20 是最新的“一线器件” . 它具有体积小、适用电压宽、经济，实用、线性度很好，精度较高、且其本身已经进行了校正，使用时不需再进行调整等特点。 本系统采 用 DS18B20 作为温度传感器，采集的数据直接送到单片机中。 现场温度直接以“一线总线”的数字方式传输，大大提高了系统的抗干扰性 . 适合于恶劣环境的现场温度测量。 温度测量范围为－ 55℃～＋ 125℃，可编程为 9 位～ 12 位 A/D 转换精度，测温分辨率可达 ℃，被测温度用符号扩展的 16 位数字量方式串行输出。 其工作电源既可在远端引入，也可采用寄生电源方式产生。 多个 DS18B20 可以并联到 3 根或 2 根线上， CPU 只需一根端口线就能与诸多 DS18B20 通信，占用微处理器的端口较少，可节省大量的 引线和逻辑电路。 以上特点使 DS18B20 非常适用于远距离多点温度检测系统。 性能价格比也非常出色。 因此选择 18B20 作为本电路的温度传感器。 DS18B20 的接法如图 所示。 8 DQ 为数字信号输入 /输出端； GND 为电源地； VDD 为外接供电电源输入端。 图 DS18B20 的使用接线图 DALLAS 最新单线数字温度传感器 DS18B20 简介新的 “一线器件 ”体积更小、适用电压更宽、更经济 Dallas 半导体公司的数字化温度传感器 DS1820 是世界上第一片支持 “一线总线 ”接口的温 度传感器。 一线总线独特而且经济的特点，使用户可轻松地组建传感器网络，为测量系统的构建引入全新概念。 DS18B DS1822 “一线总线 ”数字化温度传感器 同 DS1820 一样， DS18B20 也 支持 “一线总线 ”接口，测量温度范围为 55176。 C~+125176。 C，在 10~+85176。 C 范围内 ,精度为 177。 176。 C。 DS1822 的精度较差为 177。 2176。 C。 现场温度直接以 “一线总线 ”的数字方式传输，大大提高了系统的抗干扰性。 适合于恶劣环境的现场温度测量，如：环境控制、设备或过程控制、测温类消费电子产品等。 与前一代产品不 同，新的产品支持 3V~，使系统设计更灵活、方便。 而且新一代产品更便宜，体积更小。 DS18B DS1822 的特性 DS18B20 可以程序设定 9~12位的分辨率，精度为 177。 176。 C。 可选更小的封装方式，更宽的电压适用范围。 分辨率设定，及用户设定的报警温度存储在 EEPROM 中，掉电后依然保存。 DS18B20 的性能是新一代产品中最好的。 性能价格比也非常出色。 DS1822 与 DS18B20 软件兼容，是 DS18B20的简化版本。 省略了存储用户定义报警温度、分辨率参数的 EEPROM，精度降低 为 177。 2176。 C，适用于对性能要求不高，成本控制严格的应用，是经济型产品。 继 “一线总线 ”的早期产品后， DS1820 开辟了温度传感器技术的新概念。 DS18B20 和 DS1822 使电压、特性及封装有更多的选择，让我们可以构建适合自己的经济的测温系统。 DS18B20 内部结构主要由四部分组成： 64 位光刻 ROM、温度传感器、非挥发的温度报警触发器 TH 和 TL、配置寄存器。 DS18B20 的管脚排列如下 : 9 图 DS18B20 的管脚排列图 DQ 为数字信号输入 /输出端； GND 为电源地； VDD 为外接供电电源输 入端（在寄生电源接线方式时接地）。 光刻 ROM 中的 64 位序列号是出厂前被光刻好的，它可以看作是该 DS18B20 的地址序列码。 64 位光刻 ROM 的排列是：开始 8 位（ 28H）是产品类型标号，接着的 48 位是该 DS18B20 自身的序列号，最后 8 位是前面 56 位的循环冗余校验码（ CRC=X8+X5+X4+1）。 光刻 ROM 的作用是使每一个 DS18B20 都各不相同，这样就可以实现一根总线上挂接多个 DS18B20 的目的。 DS18B20 中的温度传感器可完成对温度的测量，以 12 位转化为例 :用 16 位符号扩展的二进制补码读数形式提供，以℃ /LSB 形式表达，其中 S 为符号位。 12 位转化后得到的 12 位数据 L S Byt eM S Byt e2 3 2 2 2 1 2 0 2 1 2 2 2 3 2 4b i t7 b i t6 b i t5 b i t4 b i t3 b i t2 b i t1 b i t0S S S S 2 6 2 42 5Sb i t15 b i t14 b i t13 b i t12 b i t11 b i t10 b i t9 b i t8 这是 12 位转化后得到的 12 位数据，存储在 18B20 的两个 8 比特的 RAM 中，二进制中的前面 5 位是符号位，如果测得的温度大于 0，这 5 位为 0，只要将测到的数值乘于 即可得到实际温度；如果温度小于 0，这 5 位为 1，测到的数值需要取反加 1 再乘于 即可得到实际温度。 例如 +125℃的数字输出为 07D0H， +℃的数字输出为 0191H，℃的数字输出为 FF6FH， 55℃的数字输出为 FC90H。 10 GNDVCCDDS18B20VCCR ΩAT89S52 温度检测控制电路图 电炉功率控制 采用对电炉两端的电压进行通断的方法 ,用单片机产生 PWM 波以实现对水加热功率进行控制 ,不同的占空比对应不同的功率 ,具体控制中占空比的实时值是根据模糊控制规则自动调节。 (1) 弱电控制强电 : 用固态继电器 ,其电路图如图 所示。 图 固态继电器电路图 (3)加热器的功率控制接口 由于要用 AT89S52 控制高压和大电流的负载工作，显然不能将负载直接接到单片机的 11 I/O 线上，必须经过单片机的功率接口来驱动 . 单片机输出的控制信号为占空比可 变的脉冲信号，该信号控制继电器和可控硅的导通时间，以此来控制控制加热器的功率 .加热器的功率控制电路如图 所示 图 加热器的功率控制电路 3 输出通道设计 模拟量输出通道的任务 把计算机处理后的数字量信号转换成模拟量电压或电流信号，去驱动相应的执行器，从而达到控制的目的模拟量输出通道 (称为 D/A 通道或 AO通道 )构成 一般是由接口电路、数 /模转换器 (简称 D/A 或 DAC)和电压 /电流变换器等，模拟量输出通道基本构成 多 D/A结构和共享 D/A 结构。 12 D/A 转换器工作原理 现以 4 位 D/A 转换器为例说明其工作原理，如图 22 所示。 假设 D D D D0全为 1，则 BS BS BS BS0 全部与 “ 1” 端相连。 根据电流定律，有： RVRVI 4R E F3R E F3 222  RVII 4RE F232 222  RVII 4RE F121 222  RVII 4RE F010 222  由于开关 BS3 ~ BS0 的状态是受要转换的二进制数 D D D D0 控制的，并不一定全是 “ 1”。 因此， 可以得到通式： 00112233O U T IDIDIDIDI  RVDDDDI 4R E F00112233O U T 2)2222(  考虑到放大器反相端为虚地，故： OUTRfb II  选取 Rfb = R ，可以得到： 4R E F00112233RFO U T 2)2222( VDDDDRIV f  对于 n 位 D/A 转换器，它的输出电压 VOUT 与输入二进制数 B( Dn1~ D0) 的关系式可写成： nnnnn VDDDDV 2)2222( R E F00112211O U T   nVB 2REF 输出电压除了与输入的二进制数有关 ，还与运算放大器的反馈电阻 Rfb 以及基准电压VREF 有关。 13 D/A 转换器的性能指标 D/A 转换器性能指标是衡量芯片质量的重要参数，也是选用 D/A 芯片型号的依据。 主要性能指标有： （ 1）分辨率 （ 2）转换精度 （ 3）偏移量误差 （ 4）稳定时间 分辨率 是指 D/A 转换器能分辨的最小输出模拟增量，即当输入数字发生单位数码变化时所对应输出模拟量的变化量，它取决于能转换的二进制位数，数字量位数越多，分辨率也就越高。 其分辨率与二进制位数 n呈下列关系： 分 辨率 = 满刻度值 /（ 2n1） =VREF / 2n 转换精度 是指转换后所得的实际值和理论值的接近程度。 它和分辨率是两个不同的概念。 例如，满量程时的理论输出值为 10V，实际输出值是在 ~ 之间，其转换精度。