加热炉温度控制系统设计-卢雨生(2)

10 11 12 13 14 1.3.2 桥式测量电路设计 NC REF SENSE DATA GUARD R GAIN 不接 参考端 补偿端 数据保护端 增益补偿端 测量电路由测温元件和电阻元件构成的，如图1-3所示，此电路为典型的桥式测量电路，可在低电压、高阻抗、大噪声的环境中获得最佳性能。 +15V8R0+15VptRGrVCC10-15V114235R710K6127119out4图1-3 桥式测量电路 该桥式电路能够把温度变化所引起的热电阻阻值的变化转换成电压信号送给放大器的输入端，由于铂电阻安装在内，通过长导线接入控制台，为了减少引线电阻的影响采用三线制接法。 AD522是高精度集成放大器，AD522的第1引脚和第3引脚为信号差动输入端；第2、14引脚外接电阻RG用于调整放大倍数；第4、6引脚为条零端；第13引脚为数据屏蔽端；第12脚为测量端；第11脚为参考端；这两端的电压差即为加到负载上的电压信号。使用时，测量端与OUT输出端（第7脚）在外部相连接，输出放大后的信号。将信号地与放大器的电源地（第9脚）相连接为放大器的偏置电流提供通路。 11.4 单片机最小系统外围电路

1.4.1 单片机8051

238051有40条引脚。其中有2条主电源引脚，2条外接晶体引脚，4条控制或其它电源复用的引脚，32条I/O引脚，如图1-4所示。

由于8051片内数据存储器和程序存储器的地址有限，因此需要扩展。

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本次设计扩展了8K×8位紫外线擦除电可编程只读存储器2764和8K×8位静态随机存储器6264，8051扩展如图1-5所示。 38051123456781312151431191891716P10P11P12P13P14P15P16P17INT1INT0T1T0EA/VPX1X2RESETRDWRP20P21P22P23P24P25P26P27P00P01P02P03P04P05P06P0721222324252627283938373635343332456RXDTXDALE/PPSEN10113029 图1-4 8051芯片 2026U10223212425P20P21P22P23P24P25P26P27P00P01P02P03P04P05P06P0721222324252627283938373635343332A12A11A10A9A8CE20U11223212425CS2u5123456781312151431191891716P10P11P12P13P14P15P16P17INT1INT0T1T0EA/VPX1X2RESETRDWR8051u4347813141718D0D1D2D3D4D5D6D774LS373OELE2764A7A6A5A4A3A2A1A0256912151619345678910271A7A6A5A4A3A2A1A0PGMVPPOEA12A11A10A9A86264D0D1D2D3D4D5D6D71112131415161718345678910A7A6A5A4A3A2A1A0WECS1D0D1D2D3D4D5D6D7OE11121314151617181112227RXDTXDALE/PPSEN10113029图1-5 8051单片机的外部扩展 1.4.2 电源电路设计 由于系统用到的电源有5V、12V、15V，普通的5V直流稳压电源已不能够满足要求，所以需要设计一种5～15V电压可调的直流稳压电源电路。 电源电路设计依据电子技术相关知识为基本原理，电路主要由取样、基准电压、比较放大、调整四部分组成[3]。原理框图如1-6所示。 4 22 T1NPNR3RES2U 8R1RES2T421A+C1200uFDW2CM532KRWC2470uFRR23图1-6 电源电路原理框图 1.4.3 看门狗电路设计 在实际应用系统中，为了保证复位电路可靠的工作，常将RC电路接施密特电路后再接入单片机复位端；或采用专用的复位电路芯片。MAX813L是MAXIN公司生产的一种体积小、功耗低、性价比高的带看门狗和电源监控功能的复位芯片，其引脚图如图1-7，引脚功能如下： 234（1）MR：手动复位输入端，低电平有效。当该端输入低电平保持140ms以上，MAX813L就输出复位信号。

（2）RESET：复位信号输出端。上电时，自动产生200ms的复位脉冲（高电平）；手动复位端输入低电平时，该端也产生复位信号输出。

（3）WDI：看门狗输入端。程序正常运行时，必须在小于1.6s的时间间隔内向该输入端发送一个脉冲信号，以清除芯片内部的看门狗定时器，WDO 端输出低电平。

（4）WDO ：看门狗信号输出端。正常工作时输出保持高电平，看门狗输出时，该端输出信号由高电平变为低电平。

（5）PFI：电源故障输入端。当该端输入电压低于1.25V时，PFO 端输出低电平。

（6）PFO ：电源故障输出端。电源正常时输出保持高电平，电源电压变低或掉电时，输出由高电平变为低电平。

（7）VCC：工作电源，接+5V。 （8）GND：接地端。

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图1-7 MAX813L引脚图

运行出现“死机”时的自动复位和随时的手动复位。

为实现单片机死机时自动复位功能，需要在软件设计中，P1.7不断输出脉冲信号（时间间隔小于1.6s），如果因某种原因单片机进入死循环，则P1.7无脉冲输出。于MAX813L与单片机的连接电路如图1-8所示，该电路可以实现上电复位，程序是1.6s后在MAX813L的WDO 端输出低电平，该电平加到WDO 端，使MAX813L产生一个200ms的复位脉冲输出，使单片机有效复位，系统重新开始工作。

图1-8 单片机与看门狗电路连接

1.4.4 系统时钟电路设计

时钟电路用于产生单片机工作所需的时钟信号。8051内部有一个高增益反向放大器，用于构成振荡器，引脚XTAL1和XTAL2分别是此放大器的输入端和输出端。在XTAL1和XTAL2两端跨接晶体或陶瓷谐振器，就构成了稳定的自激振

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2 3荡器，其发出的脉冲直接送入内部时钟发生器。见图1-9。外接晶振时C1、C2值常选择为30pF左右；外接陶瓷谐振器时，C1、C2约为47pF。C1、C2对频率有微调作用，振荡频率范围是1.2～12MHz。 内部时钟发生器实质是一个二分频的触发器，其输出信号是单片机工作所需的时钟信号。一般要求，外接的脉冲信号应当是高、低电平的持续时间大于20ns，且频率低于12MHz的方波。这种方式适合于多块芯片同时工作，便于同步。 8051123456781312151430PF31P10P11P12P13P14P15P16P17INT1INT0T1T0EA/VPX1X2RESETRDWRP20P21P22P23P24P25P26P27P00P01P02P03P04P05P06P072122232425262728393837363534333212MHZ30PF191891716RXDTXDALE/PPSEN10113029图1-9 时钟电路 1.5 数据采集电路的设计 数据采集在控制系统中是一个很重要的环节，其性质的好坏直接影响控制的精度，由于本次设计要求测量多点温度值，所以选择芯片CD4051为多路转换开关，AD574为模数转换器。 1.5.1 模数转换器AD574 模拟量输入接口的功能是把工业生产控制现场送来的模拟信号转换成能接收的数字信号。 本次设计选用的A/D转换器为AD574。AD574是AD公司生产的12位逐次逼近型A/D转换芯片，它将A/D转换电路、基准电压、时钟、比较器、逐次逼近寄存器以及输出缓冲存储器等集成在一块芯片上，并具有三态输出。在一般情况下，无需加任何外部电路，只要接上+5V及-15V电源，加上模拟输入，给出启动转换信号，即可实现12位A/D转换。 7

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