测量，从工业到环境保护、实用电器、汽车工业及航空航天),发展新型产品、适应特殊环境的测温、显示数字化、标定自动化等发展.
1.3 国内外数字直流调速检测方法据了解,目前对电流调速的测量主要是用间断法和连续法来间隔或者连续监测钢水温度。在方式上同其他领域的温度测量一样，也主要采用接触式和非接触式两种方式。
(1) 间断法电流调速测量
据调研国内外大多数钢铁企业采用一次性消耗式热电偶间断测量钢水温度。
常用的间断数字直流调速方法主要有以下几种:
(a) 侵入式电流调速
该方法被各国普遍使用。根据被测对象的不同，其结构也有差异，但其基本结构是把热电偶装在一根较长的钢管中，热电偶的测量端要焊接或绞接起来，热电极用瓷柱或钢玉管绝缘，未能经受钢水及炉渣的高温浸蚀，钢管的前端套有石墨管。在保证测量准确度和不损坏枪体的情况下，应力求轻便，依据测量范围可选用下列不同的测温元件。
(b) 快速数字直流调速
(2) 连续法数字直流调速
以上所述的是间断测量数字直流调速，但近几年来，随着连铸和炉外精炼技术的迅猛发展，世界各国开始致力于钢水的连续测温。只有连续测温才能及时反映炉内冶炼过程的温度变化，弥补间断测温的不足。但目前还没有一项成熟的技术能做到这一点，钢水连续测温一直是PA待解决的重大研究课题之一。国内外该项研究主要集中在改进热电偶保护套管材质上，近二、三十年来，金属陶瓷材料得到了迅猛的发展，它的优异性能使其在各种技术领域得到应用，特别在冶金高温领域，金属陶瓷材料的耐高温、耐侵蚀和抗震性能引起冶金工作者的注意。采用耐高抗渣的金属陶瓷保护套管，然后浸入钢水中测量温度己被证实是可行的。关于钢水连续测温，以前只在带有等离子加热调温装置的连铸中间包试用，尚未普及。工业实验结果表明:新研制的温度传感器和上插安装方式用于中间包连续测温是可行的;连续测温精度与传统的点测方式相比，只要二者插入位置相同，偏差
2℃以内。目前，世界上仅少数国家实现了钢水连续测温，较成功的有日本、比利时等国家，且钢水连续测温费用高，日本产传感器的价格每只约合人民币2万元。连续测温传感器的价格过高，无论国内还是国外的钢铁厂都难以承受，1996年以后基本上处于停顿状态。因此，测温今后的主攻方向是降低传感器的成本，提高实用性。
目前,钢水测温主要采用热电偶加保护管的方法进行监测温度1974年我国研制出Mo-MgO金属陶瓷热电偶保护管，1975年在鞍山钢铁公司150t转炉上用更换套管法，两次突破全炉役钢水连续测温。据资料表明我国转炉钢水连续测温技术己经达到世界先进水平，但是没有普及。各国主要用于钢水连续测温的热电偶保护管如表1.1所示。
据我们所查到的有关资料可以知道，钢水连续测温技术尚为成型。钢水测温环境恶劣，要实现连续测温，必须解决在特定环境下温度传感器的保护这一技术难题。
表 1. 1 钢水测温用热电偶常用保护管
the common protect pipe of therrnocole used in continuously measuring
of molten steel's temperature
根据调研,目前我国数字直流调速测量多采用快速单片机间断测量，即所谓的点测方法。同点测相比，连续测温有许多优点:提高转炉终点温度控制命中率;提高炉龄;减少铁合金消耗量;能提供必要的工艺参数。.
第2章 两种典型温度传感器的探讨2.1电流传感器简介电流是一个基本的物理量，自然界中的一切过程无不与电流密切相关。电流传感器是最早开发，应用最广的一类传感器。根据美国仪器学会的调查，1990年，电流传感器的市场份额大大超过了其他的传感器。从17世纪初伽利略发明温度计开始，人们开始利用温度进行测量。真正把温度变成电信号的传感器是1821年由德国物理学家赛贝发明的，这就是后来的热电偶传感器。50年以后，另一位德国人西门子发明了铂电阻温度计。在半导体技术的支持下，本世纪相继开发了半导体热电偶传感器、PN结温度传感器和集成温度传感器。与之相应，根据波与物质的相互作用规律，相继开发了声学温度传感器、红外传感器和微波传感器。
按照调度传感器输出信号的模式，可大致划分为三大类：数字式温度传感器、逻辑输出调度传感器、模拟式调度传感器。
一、模拟数字直流调速传感器
传统的模拟数字直流调速传感器，如热电偶、热敏电阻和RTDS对温度的监控，在一些温度范围内线性不好，需要进行冷端补偿或引线补偿；热惯性大，响应时间慢。集成模拟温度传感器与之相比，具有灵敏度高、线性度好、响应速度快等优点，而且它还将驱动电路、信号处理电路以及必要的逻辑控制电路集成在单片IC上，有实际尺寸小、使用方便等优点。常见的模拟温度传感器有LM3911、LM335、LM45、AD22103电压输出型、AD590电流输出型。这里主要介绍该类器件的几个典型。
1、AD590数字直流调速传感器
AD590是美国模拟器件公司的电流输出型数字直流调速传感器，供电电压范围为3～30V，输出电流223μA（-50℃）～423μA（+150℃），灵敏度为1μA/℃。当在电路中串接采样电阻R时，R两端的电压可作为喻出电压。注意R的阻值不能取得太大，以保证AD590两端电压不低于3V。AD590输出电流信号传输距离可达到1km以上。作为一种高阻电流源，最高可达20MΩ，所以它不必考虑选择开关或CMOS多路转换器所引入的附加电阻造成的误差。适用于多点温度测量和远距离温度测量的控制。
2、LM135/235/335数字直流调速传感器
LM135/235/335系列是美国国家半导体公司（NS）生产的一种高精度易校正的集成温度传感器，工作特性类似于齐纳稳压管。该系列器件灵敏度为10mV/K，具有小于1Ω的动态阻抗，工作电流范围从400μA到5mA，精度为1℃，LM135的温度范围为-55℃～+150℃，LM235的温度范围为-40℃～+125℃，LM335为-40℃～+100℃。封装形式有TO-46、TO-92、SO-8。该系列器件广泛应用于温度测量、温差测量以及温度补偿系统中。
二、逻辑输出型数字直流调速传感器
在许多应用中，我们并不需要严格测量温度值，只关心温度是否超出了一个设定范围，一旦温度超出所规定的范围，则发出报警信号，启动或关闭风扇、空调、加热器或其它控制设备，此时可选用逻辑输出式温度传感器。LM56、MAX6501-MAX6504、MAX6509/6510是其典型代表。
1、LM56数字直流调速开关
LM56是NS公司生产的高精度低压数字直流调速开关，内置1.25V参考电压输出端。最大只能带50μA的负载。 电源电压从2.7～10V，工作电流最大230μA，内置传感器的灵敏度为6.2mV/℃，传感器输出电压为6.2mV/℃×T+395mV。
2、MAX6501/02/03/04数字直流调速监控开关
MAX6501/02/03/04是具有逻辑输出和SOT-23封装的数字直流调速监视器件开关，它的设计非常简单：用户选择一种接近于自己需要的控制的数字直流调速门限（由厂方预设在-45℃到+115℃，预设值间隔为10℃）。直接将其接入电路即可使用，无需任何外部元件。其中MAX6501/MAX6503为漏极开路低电平报警输出，MAX6502/MAX6504为推/拉式高电平报警输出，MAX6501/MAX6503提供数字直流调速预置门限（35℃到+115℃），当温度高于预置门限时报警；MAX6502/MAX6504提供冷温度预置门限（-45℃到+15℃），当温度低于预置门限时报警。 对于需要一个简单的温度超限报警而又空间有限的应用如笔记本电脑、蜂窝移动电话等应用来说是非常理想的，该器件的典型温度误差是±0.5℃，最大±4℃，滞回温度可通过引脚选择为2℃或10℃，以避免温度接近门限值时输出不稳定。这类器件的工作电压范围为2.7V到5.5V，典型工作电流30μA。
三、数字式数字直流调速传感器
1、MAX6575/76/77 数字直流调速传感器
如果采用数字式接口的温度传感器，上述设计问题将得到简化。同样，当A/D和微处理器的I/O管脚短缺时，采用时间或频率输出的温度传感器也能解决上述测量问题。以MAX6575/76/77系列SOT-23封装的温度传感器为例，这类器件可通过单线和微处理器进行温度数据的传送，提供三种灵活的输出方式--频率、周期或定时，并具备±0.8℃的典型精度，一条线最多允许挂接8个传感器，150μA典型电源电流和2.7V到5.5V的宽电源电压范围及-45℃到+125℃的温度范围。它输出的方波信号具有正比于绝对温度的周期，采用6脚SOT-23封装，仅占很小的板面。该器件通过一条I/O与微处理器相连，利用微处理器内部的计数器测出周期后就可计算出温度。
2、可多点检测、直接输出数字量的数字直流调速传感器DS1612
DS1612是美国达拉斯半导体公司生产的CMOS数字直流调速传感器。内含两个不挥发性存储器，可以在存储器中任意的设定上限和下限温度值进行恒温器的温度控制，由于这些存储器具有不挥发性，因此一次定入后，即使不用CPU也仍然可以独立使用。
数字直流调速检测有许多方法，但考虑到实际应用于高温测量，同时要将温度信号转变成电信号来处理，因此采用热电偶来作为检测系统的一次仪表。热电偶结构简单、容易制造、价格便宜、准确度高、测温范围广，目前己经在许多场合有所应用。因此，本文中主要讨论数字直流和AD590的详细情况.
2.2电流传感原理数字直流调速是数字直流调速的敏感元件,它是一种将数字直流调速转换为电势大小的热电式传感器。它的测温原理是基于1821年赛贝克发现的热电现象。两种不同的物体A和B连接在一起，构成一个闭合回路，当两个接点1和2的温度不同时(见图2.1)，如T>To，在回路中就会产生热电动势，此种现象为热电效应。该热电动势就是著名的“赛贝克温差电动势”，简称“热电动势”.记为
导体A, B称为热电极。接点1通常是焊接在一起的，测量时将它于测温场所感受被测温度，故称为测量端。接点2要求温度恒定，称为参考端.热电偶就是通过测量热电动势来实现温度测量的.
2.3电流传感闭合回路的总热电动势直流电产生的热电动势实际上是由接触电势和温差电势所组成。接触电动势是由于两种不同材质的导体接触时产生的电势，而温差电势则是对同一导体当其两端温度不同时产生的电势。在图2.1所示的闭合回路中，两个接触点有两个接触电势
与
(To)，又因为T>To，在导体A和B中还各有一个温差电势。因此闭合回路总电动势
应为接触电势与温差电势的代数和，即:
(2.1)
各接点的分热电势。等于相应的接触电势与温差电势的代数和
(2.2)
式中，
为汤姆逊系数，它表示温差为10C(或1K)时所产生的电动势值，它的大小与材料性质及两端温度有关。
在总电动势中，接触电势较温差电势大得多，因此，它的极性也就取决于接触电势的极性。当T>T。时
与总热电动势的方向一致，而与总电动势方向相反。所以总热电动势可表示成如下形式
(2.3)
由此可见，热电偶回路的总热电动势等于各接点分电动势的代数和
(2.4)
对于己选定的热电偶，当参考端温度恒定时，为常数C，则总电动势就变成测量端温度T的单值函数
(2.5)
上式表明，当
恒定不便时，热电偶所产生的热电动势只随测量端温度变化而变化，即一定的热电动势对应着一定的温度。在热电偶分度表中，参考端温度均为0℃以，测量热电动势的办法能够测温，这就是热电偶测温的基本原理。
2.4数字直流调速系统的信号采集部分构成设计电流作为被测物理量，必须经过数字直流电元件检测。由于采用的不是现成的测温仪表，因此首先应将温度转换成单片机可以处理的信号。在此选择热电偶来完成温度向电压信号的转换。
2.4.1直流电类型的选择数据采集部分由直流电来完成。作为电流调速的一次仪表，对它的选择将直接影响检测精度。热电偶包括标准化、非标准化以及非金属热电偶，由于本数字直流检测系统主要用于金属液体、加热炉的温度测量，大多数为高温环境，因此在选择热电偶时，电流偶的使用范围、使用气氛尤其重要。
本仪器本着通用性出发，设计时考虑到仪器应适合多种热电偶测量，这样能大大提高仪器使用范围，用户可根据不同的测温范围选择相应的热电偶。
本系统采用4种热电偶，分别是:乌徕3一乌徕25热电偶，铂锗30一铂锗6(双 铂锗)热电偶，铂锗13一铂热电偶，镍铬一镍硅热电偶。各种热电偶的使用温度限制如表2.11，用户可以根据实际测量温度范围选择合适的热电偶，以便满足使用要求又不浪费。
乌徕3一乌徕25热电偶是非标准化数字直流调速偶，目前由于生产工艺的改进，国产的该种热电偶的热电极丝均匀性很好，互换性很强，实现了统一分度，并与国际一致。该热电偶的特点是:热电极丝熔点高(3300℃ ),蒸汽压低，极易氧化;在非氧化气氛中化学稳定性好;热电动势大，灵敏度高，价格便宜。乌徕3一乌锌25热电偶的电极丝直径通常为0.2～-0.5mm,精度为
1%t，也可达
0.5 %t或更高。因此在实际应用过程中，可根据实际要求的精度选择不同精度的本系列热电偶。
乌徕3－乌徕25热电偶温度上限很高，最高使用温度达到2800℃ ，而且稳定性好。乌徕热电偶极易氧化，适于在惰性或干燥氢气中使用，或用致密的保护管使之与氧隔绝才能使用。炼钢过程中的钢水温度高达1700℃左右，为了能够连续测量高温，必须采用能够耐高温的热电偶，乌徕热电偶长期使用的测量温度上限是2000℃短期使用时测量上限可达2800℃但在高于2300℃度时数据分散，因此最好在2000℃以下使用。根据该热电偶的特性以及实际使用和安装情况，选用该种热电偶进行钢水温度检测。它在2000℃时对应的输出电压是35.707mV.
该种数字直流调速偶是一种典型的高温数字直流调速偶，分度号为B。它的正极为含锗30%的铂锗合金(BP)，负极为含锗6%的铂锗合金(BN)。两级均为铂姥合金，故称双铂锗热电偶。该种热电偶的特点是，在室温下电动势极小(25℃时为一21iV, 50℃时为3uV)，故在测量时可不用补偿导线，可忽略参考端温度变化的影响。它的长期使用温度为1600℃短期使用温度为1800℃铂锗6合金的熔点为1820℃，限制其使用上限。双铂锗热电偶的热电动势率较小，因此，需配用灵敏度较高的显示仪表。该热电偶在最高温度时的输出电压为13.814mVo
该数字直流调速偶正极为铂铭合金(RP)，负极为纯铂(RN)。热电性能稳定、抗氧化性强，宜在氧化性、惰性气氛中使用。它的热电动势率较大，准确等级很高，通常用作标准，它的使用温度范围广、均质性及互换性好。该热电偶常用于高温测量，长期使用温度为1400℃。该热电偶最高使用温度为1600℃，对应的输出电压为18.842mV.
该数字直流调速偶正极为含铬10%的镍铬合金，负极为含硅3%的镍硅合金(KN),是K型热电偶，它的特点是使用温度范围宽，高温下性能稳定，热电动势与温度的关系近似线性，价格便宜。该热电偶可在氧化性及惰性气氛中连续使用，常期使用温度是100℃短期使用温度为1200℃经过选择后优质K型热电偶可以作为标准，用以分度工作用镍铬一镍硅等贱金属热电偶。该热电偶是贱金属热电偶，价格便宜，在同一测温场所中,可多安装几只热电偶，利用其灵敏度高和热电特性近似线性的特点，达到准确测量的目的。该热电偶的最高使用温度是1300℃，对应的输出电压是52.398mV.
2.4.2补偿导线的选择在一定温度范围内，与所用数字直流调速偶的热电特性相同的一对带有绝缘层的导线称为补偿导线。若与所配用的热电偶正确连接，其作用是将热电偶的参考端延伸到远离热源或环境温度较恒定的地方。通过使用补偿导线，可以改善热电偶测温线路的机械与物理性能，同时降低测量线路的成本。
由数字直流调速偶测温原理可知，图2.2所示的(a)回路的总电动势为
(2.6)
而(b)回路的总热电动势为
(2.7)
因此，能满足式(2.7)要求的连接导线，就能起到补偿导线的作用。
对标准数字直流调速偶来说,据数字直流调速偶补偿导线标准(GB4989-4990-85)，其型号可分为SC, KC, KX, EX, JX, TX, NX，其中型号头一个字母与配用热电偶的分度号相对应。字母“X”表示延伸型补偿导线。字母“C”表示补偿型补偿导线。其中延伸型补偿导线是指能满足式(2.7)的条件，又能使式(2.8)成立。即其材质与所配用热电偶的热电极化学成分相同。补偿型补偿导线是指能满足式(2. 7)的条件，不能满足式(2.8)的条件，即其材质与所配用热电偶的热电极化学成分不同，它只能在一定温度范围内与热龟偶的热电性能一致。
A=A′ B=B′ (2.8)
非标准数字直流调速偶一乌锌系列热电偶补偿导线，目前列于我国专业标准ZBN05002-88)中，其型号分为G型和H型。
补偿导线的选用遵循以下原则
(1)各补偿导线只能与相应型号的热电偶匹配使用。
(2)补偿导线与热电偶连接点的温度,得超过规定的使用温度范围，通常接点温度在100℃以下，耐热用补偿导线可达200℃对延伸型补偿导线不应严格限制)。
(3)由于补偿导线与电极材料并不完全相同(延伸型除外)，所以,接点处两接点温度必须相同,则会引入误差。
(4)在使用补偿导线时，切勿将极性接反。
现举例说明使用补偿导线后，实际的温度计算。采用K型热电偶测温时，电
炉的实际温度t=1000℃ ，仪表的环境温度t= 20℃，热电偶参考端温度
= 500℃,如果热电偶与仪表之间采用补偿导线和铜线连结，其计算结果如下。
先由K型数字直流调速偶分度表查得
=41.269mV,E ,p=2.022mV,E2O=0.798mVo当采用补偿导线连接时，根据中间温度定则，其显示仪表所指示的热电动势应为测量端与补偿导线自由端热电动势之差为
=41.269-0.798=40.471mV(相当于980℃) (2.9)
当采用铜线连接时，根据中间金属定则，实际测出的热电动势为
=41.269-2.022=39.247mV (相当于948℃) (2.10)
由该例可以看出使用补偿导线可以大大提高测量准确性。
2.4.3数字直流的冷端补偿2.4.3.1 数字直流参考端温度的影响
由数字直流测温原理可知热电偶的输出电压是
(2.11)
即，数字直流调速偶因温度变化产生的热电动势是测量端温度与参考端温度的函数差，而不是温度差的函数。那么，当参考端温度恒定时，热电动势就变成测量端温度的单值函数。我们经常使用的数字直流调速偶分度表及显示仪表，都是以热电偶参考端为0℃作先决条件的。因此，在使用时必须保证这一条件，否则就不能直接应用热电偶分度表。如果参考端温度是变化的，引入的测量误差也是变量。由此可见，参考温度的变化将直接影响测量准确度。但在实际测温时，因热电偶的长度受到被测介质与环境稳度的影响，不仅其参考端温度难以保持O℃，而且往往是波动的，无法进行参考端温度的修正。因此，要把变化很大的参考端温度所带来的误差通过采取一定措施予以补偿。
2.4.3.2 数字直流冷端补偿电路的设计
由上一节我们知道，在一定温度范围内，补偿导线热电性能与热电偶基本一
致。它的作用只是把参考端移至离热源较远或环境温度恒定的地方，但不能消除
参考端不为零度的影响，因此必须进行冷端补偿。热电偶冷端(参考端)通常放在室内为室温，则需要对查表得到的温度进行冷端补偿，具体做法是采用AD590集成温度传感器测量室温.
AD590是绝对温度/电流变换器。这种器件以电流作为输出量指示温度，其典
型的电流温度灵敏度是1A/K。它是两端器件，使用非常方便。作为一种高阻电流源，对于它不需要考虑传输线上电压信号损失和噪声的干扰问题，因此特别适合作远距离测量或控制应用。出于同样理由，AD590也特别适合用于多点测温系统，而不必考虑选择开关或CMOS多路转换开关所引入的附加电阻造成的误差。由于采用独特的电路结构，并利用最新的薄膜电阻激光微调技术作最后的标定，具有很高精度
当AD590两端加+4V
30V电压时，呈现高阻抗，其输出温度与绝对温度成正比，能够保证在298.2K (25℃)时输出的电流为298.2uA，是一个线性温度恒流源。冷端温度测量放大电路如图2.3所示。图中，在AD590后采用一般运放构成增益为1的缓冲器(跟随器)，以提高输出带负载能力，其输出经多路转换开关送到模/数转换器输入端。单片机测得冷端温度后，加上查表所得温度即为热电偶测得的实际温度值。
图2.3 冷端温度测量放大电路
Figure2.3 Measure magnify circuit of cold end temperature
2.5 AD590集成数字直流调速实验的探讨目前,常用成品的电流型集成温度传感器并不如电压型的多，最具代表的是AD590集成温度传感器。AD590集成温度传感器的测温范围在－55-+150℃之间，温度系数为1
A /℃，并具有相当于绝对零度时输出电量为零的特性。该传感器属于电流型，其输入量为温度，输出为电流，体积很小，且具有互换性好、线性度好、信号可长线传输、抗电压干扰能力强、长期稳定性高、配用电路简单等优点，因而已成为工业应用中测温范围在－55℃— +150℃的首选温度传感器。
2.5.1 AD590数字直流调度传感器测速原理某些结型半导体器件，例如二极管和三极管对温度呈现出敏感性，因而可用作温度敏感元件，因此可以利用这个特性，从它的输出电量的大小直接换算，而得到绝对温度值。AD590便是根据此原理制造的一种半导体集成温度传感器。电流型温度传感器，由于输出的是电流，传输线的电阻及接触电阻不会引起误差，因此适合长线传输，但要采用屏蔽线，以防干扰。
图2-4为AD590型集成温度传感器的封装图及内部原理图。AD590只适用于直流电源工作，不需要进行线性补偿，接口也很简单。其基本的工作原理是利用电路能产生一个与绝对电流成正比的电流输出，而作为绝对温度与电流的转换器件，实现温度一电流的转换。
AD590的内部电路图中,R,的阻值为R，的四倍，它们俩的作用是控制流过T,-T;晶体管的总电流与
晶体管的电流之比为4:1克服了因管
集电极电位与其他PNP管集电极电位不同而引起的误差。
的作用是将由
产生的与绝对温度成正比的输出电压转换成电流，并对电流进行调节。
的作用一方面是与
对称以平衡
的集电极电压，减小管基区调制效应引起的误差。另一方面，
又起电源极性保护作用，防止电源极性接反而烧坏内部器件。
AD590在出厂之前，须对T,,T6在25℃时进行激光微调，让其输出温度表为NA/K。而实际上是达不到的，因此，根据校正误差的不同AD590又分为1, J, K, L, M几档，而AD5901的校正误差就达100℃在应用时，若不进行补偿，对测量的精度将产生较大影响。
图2.4 AD590的内部封装及内部结构
2.5.2 AD590数字直流调度电路的设计与分析有关AD590的测温电路在参考文献[2]中都有介绍，其具体电路如图2.5所示。由于AD590的输出是与绝对温度(K)成正比的，其在0℃时输出电流273.2uA，为了使AD590的输出与摄氏温度(℃)成比例关系，电路中用一支稳压管2WD7C经R1电阻限流后，提供273.2uA的抵消电流,与AD590在0℃ (273.2K)时输出的电流相抵消。
上的反馈电阻R2用来将l
A/℃的电流调整到4mV/℃，使AD590在0-100℃的测量范围内的输出电压在0-4V之间变化。
由图2-10可得
,, I、
，分别为
图2.5 AD590电路测温原理图
(2.12)
I=k(t+273.16) (2.13)
(2.14)
其中k为温度系数，1UA/℃.
根据电路原理，可得
-I+
+
=0 (2.15)
将(2-12)、(2-13). (2-14)分别代入(2-15)，可得:
(2.16)
则电压输出为:
(2.17)
若取273.16-
=0. 则上式转化为:
(2.18)
则由可知,
与t成线性关系.
2.5.3 电流型AD590在控制方面的应用下图是AD590型传感器用于数字直流调速内部恒温控制的实际应用电路。
图中
右侧的电路为可变脉宽调制器，以形成无开关控制的平滑响应。AD590的输出电流在反相运算放大器
的负输入端与基准电流比较，
为滤波器，
将电流作加法运算，放大误差信号，根据温度值，调节脉冲宽度驱动加热器。为了获得最稳定的动态响应，将AD590用硅脂粘贴在加热器上。由于AD590电流输出型传感器与温度的比例关系为1
A/K,可调整芯片上的薄膜温度，使温度为298.2K(25℃),输出电流为298.2
A.这样就可以很方便的控制电炉温度.
图3.7 用电流型AD590温度传感器的温度控制系统
第3章 基于单片机的数字直流调速系统的硬件设计3.1系统总体设计仪器总体原理框图如图3.1所示。
整个仪器除感温元件外，主要由隔离放大电路、数据转换电路、单片机、键盘显示电路、打印机以及上位PC机组成。感温元件检测温度后，将温度信号转变成电压信号，由于温度测量元件的输出电压非常小，因11}必须经过放大后才能被准确测量。电压信号经过A/D转换后变成数字信号，由单片机进行数据处理及进行相应的显示。
3.2单片机介绍本设计选用8031单片机，这种型号的单片机是Intel公司1980年推出MCS-51系列的8位高档机之一，其内部资源分配如下:八位CPU，寻址能力64KB: 128字节RAM; 4个八位I/0接口电路;一个串行全双工异步接口;5个中断源和两个16位定时/计数器。其中，4个I/O端口用于传送数据/地址。由于每个端口的结构各不相同，因此它们在功能和用途上差别颇大，下面对I/0并行口进行说明:
A) PO口:PO口是一个漏极开路的8位双向UO端口，每位能驱动8个LS型TTL负载.共有8条引脚，有两种不同功能。第一种是8031不带片外存储器，PO口可 以 作 为通用帕口使用，用于传送CPU的输入/输出数据。这时，输出数据 可 以得 到锁存，不需要外接专用锁存器，输入数据可以得到缓冲，增加了数据输入的可靠性;第二种是8031带片外存储器，PO口在CPU访问片外存储器时先用于传送片外存储器的低8位地址，然后传送CPU对片外存储器的读写数据 。在本设计系统中由于功能需要，对存储器、I/O接口电路等均进行了扩展,共扩展了48K存储器，属于第二种情况。
B) P1口:P1口是一个带内部上拉电阻的8位准双向1/0端口，在P1口作为输入口使用时，应先向P1口锁存器(地址90H)写入全1，此时P1口引脚由内部上拉高电平。当P1口作为通用1/0口使用时，P1.7--PLO的功能和PO口的第一功能相同，也用于传输用户的输入或输出数据。在本系统设计中，P1口没有使用,可用于以后的功能扩展。
C) P2口:P2口也是一个带内部上拉电阻的8为准双向I/0端口。P2口的每一位能驱动( 吸收或输出电流)4个LS型TTL负载。它也有两种功能。第一功能是可以作为通用Vo口使用;第二功能是和PO口第二功能相配合，用于输出片外存储器的高8位地址，共同选中片外存储器单元，但不能象PO口那样传送存储器的读写数据.本设计中，P2口的高六位作为片选地址线，接两片地址译码器74LS138的A,B,C引脚。
D) P3口:是一个带内部上拉电阻的8位准双向v0端口，第一功能和P0, P1,P2的第一功能相同，第二功能作为控制用，每个引脚功能各不相同，如表3.1所示
3.3信号输入部分设计3.3.1信号输入部分总体设计热电偶输出的是模拟电压信号，首先经过隔离放大器将输入与输出进行隔离，然后通过放大电路将微弱的电信号放大为与A/D所匹配的输入电压。由于单片机只能处理数字信号，故需对这些信号进行A/D转换，变为数字信号。该部分主要由一片隔离放大器ISO100、一片单片集成测量放大器AD521来实现隔离和放大;采用1片8选1的模拟开关CD4051将输入信号和冷端补偿信号引入;采用一片AD1674将输入的模拟信号转变为数字信号送入数据存储器。输入部分模块如图
3.2所示。
3.3.2 芯片选用及电路连接1)隔离放大器
在有强电或强电磁干扰的环境中，为了防止电网电压或其它电磁干扰损坏测
量回路，通常在输入通道采用隔离技术。实现隔离的一种很有用的器件是隔离放
大器隔离放大器是输入边和输出边间电绝缘的放大器。隔离放大器分为两类:一类是电磁祸合隔离放大器，也称为变压器祸合隔离放大器;另一类是光电祸合隔离放大器。一般地讲，变压器祸合隔离放大器有比光电祸合隔离放大器更高的精度(可达0.01%)，但速度比光电祸合隔离放大器慢。
本设计中选用ISO100进行隔离，它是一种小型廉价的光电隔离放大器。其内部通过LED发光激励，光电管接收传输，t实现输入和输出间的电隔离。隔离电压高达750V。在240V/50HZ时，输出、输入回路的漏电流小于0.3
A。ISO100基本上是一种单位增益电流放大器，由于输入回路和输出回路间通过光电祸合传送信号，因而具有高压隔离性能。它既可以工作在单极性模式，也可工作在双极性模式:既可工作于输出电流模式，也可工作在输出电压模式。该隔离放大器的特点是体积小、失调电压低、漂移小、频带宽、漏电流小和价格低。在测温电 路中，ISO100的接法如图3.3。该电路采用双极性工作方式，整个电源由722隔离电源提供。热电偶的测量温度变化时，热电偶能给出mV级的电压信号，为了保证双极性时的线性状态，必须通过输入电阻R4将电压信号转为士1OuA的电流信号。在输出端可得到与温度成正比的电压信号
.
由于要求输入电流在
0
范围内，因此必须正确选择电阻R4。本设计中采用四种热电偶，各种热电偶输出电压范围不同.因此必须以最大的输出电压为基准进行设计。由前面可知镍铬一镍硅热电偶的电压输出最大约为53mV。因此
可以求得R4的电阻值为；
(3.1)
在此选取R4为6K.
(2)测量放大器
热电偶的输出电压经过ISO100隔离放大(单增益)后，将输出电压送给测量放大器进行放大，以便放大后的输出电压和A/D转换器的量程相匹配。
测量放大器的输入阻抗高，易于与各种信号源相匹配。它的输入失调电压、
输入失调电流及输入偏置电流小，时间漂移小，因而稳定性好。它的共模抑制比
大，适用于在大的共模电压背景下对微小差模信号的放大。它是一种高性能的放
大器，常用于热电偶、应变电桥、流量计量、生物测量以及其它有较大共模干扰
下的本质上是直流缓变的微弱差模信号放大051
本设计中选用AD521，它是美国AD公司生产的第二代单片集成精密仪表放大器。AD521的特性参数如下；
A)放大倍数
，可调范围为0.1～1000.
B)温度稳定性为(3
0.05G)PPM/℃
C)失调电压为0.5mV.
D)差模输入电阻为3X
.
E)共模输入电压为6X
.
F)温漂系数为1.5
V/℃.
它的实际接法如图3.4所示, AD521的输出为；
(3.2)
式中输入差模信号为
。改变
和Ｒg就可以改变放大器的放大倍
数。选用
=100K
可以得到稳定的放大特性，放大器的倍数在0－1000之间可调.使用AD521时，要特别注意为偏置电流提供回路。为此，输入(引脚1和引脚3)端必须与电源的地线相连构成回路.
3) 测量放大器电阻Ra的选取
由图3.3可知，测量放大器的输出将送给A/D转换器AD1674，为了保证测量准确度，必须使输出电压和A/D转换器的量程相匹配。在本设计中，允许采用四种热电偶作为温度测量元件，各种热电偶的输出电压范围不同，因此必须对各种热电偶匹配不同的放大倍数，使它们将各自输出的微弱电压信号经过不同放大倍数的放大后都能达到A/D转换器的满量程。由AD521的连接图可知，该设计中采用单极性模拟量输入，满量程为OV～＋IOV ，因此各热电偶测得的温度值转变成微弱的电压信号后，经过AD521放大后都要达到10V .下面针对各种不同的热电偶进行放大倍数和Re,值的选取。
该热电偶在0～1820℃的温度范围内的输出电压为0～13.841mV，若经过隔离放大后要达到0～1OV，则放大倍数应为:
(3.3)
由此可得:
(3.4)
(B)铂锗13－铂热电偶
该热电偶在0-1760℃的温度范围内的输出电压为0～21.006mV，若经过隔
离放大后要达到0～IOV，则放大倍数为:
(3.5)
由此可得：
(3.6)
4) 模拟开关
在该设计中热电偶的冷端补偿和显示系统处于同一温度下，为了实现热电偶
的冷端补偿，就必须测量出所处环境的温度。在此采用AD590作为环境温度的检测元件，其输出同样是模拟信号，因此也必须经过A/D转换器进行转换，为了降低成本，可以和热电偶的输出电压信号共用一个A/D转换器，因此就要用到多路转换开关，实现两路信号的选择。选用的CD4051是单片集成的CMOS8通道模拟多路开关，它有三个输入端A,B,C和一个禁止端INH。从ABC输入的信号用来选择8个通道中的一个。INH=1时，通道断开，禁止模拟量输入;当INH=O时，通道接通，允许模拟量输入。其主要参数:① 导通电阻RON典型值为400
;② 输入电容C,=7.5PF;③ 导通电阻路差△RON=10
;④ 平均延迟时间
320ms
5)A/D转换器的选择
本设计中选用的AD1674是AD574/AD674的换代产品，完全兼容AD574/AD674芯片的引脚、应用特性及诸方面的功能。AD1674主要有如下特点,
(A)12位逐次逼近式ADC，转换速度仅为lob，适合在高精度快速采样系统中使用。
(B)其内部集成有转换时钟、参考电压源和三态输出锁存器，使用方便，可
与微机直接接口。
(C)输入模拟电压既可以是单极性也可以是双极性。单极性输入时为0～
+1OV;双极性输入时为土5V或
10V .
(D)该芯片自带采样保持器，可直接与被转换的模拟信号相连，而且性能价
格比高。
该芯片共有6根控制线: 
为片选线，低电平有效，接至译码器的输出线
;CB为片选使用线,高电平有效，由8031的
和
与非之后控制;
为读出/转换控制线.若使为
为0，则启动本芯片工作，若为1，则本芯片处于允许读写数字量状态，将其与8031的取反后相连;A0和12/
这两条控制线决定进行12位还是8位A/D转换，将AO与地址线相连，12/
直接接地;控制线STS为转换状态输出线，STS为高电平时表示A/D处于转换状态，为低电平时表示转换完成，将其接至8031P1口的
. CPU根据
确定A/D转换状态，电路连接图如图3.7所示。
在本设计中,AD1674连接成单极性输入电路，输入电压为
=OV～10V .输出数字量为无符号二进制码，计算公式为；
D=4096
/
(3.7)
式中，为输入模拟电压; 
为满量程输入电压，在此设计中=1OV 。系统的分辨率为:
(3.8)
3.4单片机及其扩展I/O口的设计单片机系统的基本构成为一片8031外接两片74LS138译码器、两片程序存储器芯片27256和27128、两片数据存储器芯片62256和62128。其中27256和27128用于扩展48KROM. 62256和62128用于扩展48KRAM，分别用来存放程序、表格和数据。图3.6中两片74LS138译码器分别用于扩展片选线和线选线，74LS373用于数据锁存。下面介绍芯片选用及电路连接。
3.4.1地址锁存器由于8031单片机的PO口是分时复用的地址/数据总线，因此在进行程序存储器扩展时，必须用地址锁存器将地址信号从地址/数据总线中分离开来。74LS373
是带三态缓冲输出的八D锁存器，将它的锁存控制端G直接与8031的锁存控制信号端ALE相连，在ALE下降沿进行地址锁存。采用74LS373作锁存器的地址总线扩展电路如图3.6所示。由8031单片机时序分析可知，有效地址信号是在ALE(地址锁存允许)信号变高的同时出现的，并在ALE由高变低时，将出现在PO口的地址信号锁存到外部地址锁存器中，直到下一次ALE变高时，地址才发生变化。
3.4.2程序存储器扩展由于本课题是通过测量热电偶的热电动势后，将所得电动势同己知的热电偶
分度表对照求得被测温度，因此首先必须将已知的温度分度表存储起来，以供单
片机进行查询。这些数据是不可改变的，将其存储在程序存储器中。在本系统中，
采用四种热电偶，因此要存储的表格占有大量的存储空间，因此扩展48K程序存
储器，用于存储程序和固定不变的数据。
27256是32K
8位EPROM器件，它有15根地址线A14-AO输入，能区分15位二进制地址信息，
种状态，即存在32768个存储单元。这15根地址线分别与8031的PO口和P2.0～P2.6连接，当8031发出15位地址信息时，可分别选中27256片内32K字节存储器中任一单元。同理，27128内有
=16384个存储单元，地址线分别与8031的PO口和P2.0～P2.5联接。
27256和 27128的20引脚
为片选信号输入端，低电平有效，图中27256与
，
、
、
通过与非门及一个非门控制27256;
，
通过与非门74LSOO及一个非门控制27128控制该芯片是否工作。
与74LS138引脚的连接决定27256和27128共48K字节存储器在整个8031扩展程序存储器64KB空间中的位置。根据上述电路的接法，27256占有的扩展程序存储器直空间为OOOOH-7FFFH,27128占有的空间为8000H -BFFFH。控制线
用于控制程序存储器处于正常工作状态还是编程/校验状态，将其与+5V电源相连，使其始终处于正常工作状态;控制线
与8031的片外ROM选通线相连，用于控制输出，当输入一个TTL高电平时，数据线处
3.7 8031存储器扩展电路图
Figure 3.6 Circuit diagram of 8031 memory
于高阻状态，若输入TTL低电平时处于读出状态027256和27128的
端由8031的PSEN引脚信号控制。在一个机械周期中PSEN信号两次有效。当PSEN信号由高电平变成低电平时，允许27256和27128输出，所指定的存储单元的内容送上PO口线，在PSEN的上升沿将数据打入单片机CPU内。
3.4.3数据存储器扩展扩展的数据存储器空间地址同外扩程序存储器一样，由P2口提供高8位地址，PO口为分时提供低8位地址和8为双向数据总线。由8031的RD (P3 .7 )和WR (P3.6)信号控制，出允许端( OE)由读选通信号PSEN控制，即使与片外数据存储器RAM的读和写而片外程序存储器EPROM的输EPROM共处一地址空间，但由于控制信号即使用的数据传输指令不同，故不会发生总线冲突。
3.4.4可编程并行I/0接口器件的扩展(1)概述
Intel公司常用外围器件有很多，它们可以与MCS-51单片机直接接口。本设计中用了一片8255和一片8279。下面仅阐述可编程I/O口8255芯片在本设计中的用法，8279在键盘显示电路中加以阐述。
8255是 Intel公司生产的可编程外围接口芯片，它具有3个8位的并行1/0口，分别称为PA口、PB口和PC口，其中PC又分为高4位和低4位口。它们都可通过软件编程来改变其工作方式。8255可以与MCS-51系列单片机直接接口。
单片机与8255之间的接口是通过对其数据总线、标准的读/写以及片选信号的控制来完成的。对8255设置不同的控制字可使其选择以下三种基本的工作式:
方式0—基本输入/输出
方式1－选通输出/输入
方式2—口A为双向总线
PA口可作为输入或输出口，其输入/输出的工作方式有基本的(方式0)、选通的(方式1)、双向的(方式2); PB口有方式0和1两种工作方式:PC口即可用于方式0工作，又可作为队和PB口选通方式的控制口。8255的PA口、PB口、PC口和控制寄存器的地址由A0, Al的不同编码确定，8031的低二位地址线P0. 1和P0.0 分别与8255的Al和AO端联接，以确定四个端口地址。在电路连接中选用了译码器输出Y15与8255的CS端连接用以选中8255芯片。设P2.0, P 2.1 以Pl.2- P1.7 均为低电平，则各端口的地址如下:
PA口: FCOOH
PB口: FC01H
PC口: FC02H
控制寄存器: FC03H
(2 )8 255工作方式选择
8255的三种T-作方式，即方式0、方式1、方式2。
①方式0 :这种方式不需任何选通信号或联络信号，A口、B口及C口的两个4位口中任意一个端口多可以被设定为输入或输出。作为输出口时，输出数据被
锁存;而作为输入口时，输入数据不锁存。
②方式1(选通输入/选通输出方式):PA口和PB口可工作在这种工作方式，而PC则固定其中某些位为以口或PB口的联络信号，以便8255和外设之间，或是8255和CPU之间传送状态信息以及中断请求信号。A, B, C三个R分为两组:A组包括A口和C口的高4位，A口可编程设定为输入口或输出口，C口的高4位则用来作为输入/输出操作的控制和同步信号;B组包括B口和C口的低4位，B口可由编程设定为输入或输出口，C口的低4位则用来作为输入/输出操作的控制和同步信号。A口和B口的输入数据或输出数据都被锁存。
③方式2(双向总线方式):在这种方式下，A口为8位双向总线口，C口的
PC3-PC7用来作为输入/输出的同步控制信号。应该注意的是，只有A口允许作为双向总线口使用，这是B口和PCO～PC3则可编程为方式0或工作方式１。
在本设计中，主要用8255作基本输入/输出口，故选用方式0。在本设计中3255各端口的实际使用情况如表3.2所示。
(3) 8255控制字
8255有两种控制字，即:控制PA口、PB口和PC口工作方式的方式控制字;专门控制PC口各位置位复位控制字。两种控制字均写入口地址为FC03H的控制寄存器中，由最高位0或1状态来区分写入的内容为那一种控制字。
A)方式控制字
方式控制字设置8255三个口为方式0、方式1、方式2(仅对队口)，可由CPU用“写”指令输出一个控制字到8255的控制寄存器来设置，其控制功能及格式如图3.7所示·方式控制字的特征是最高位为h在本设计中8255工作在方式0, PA口及PC口都工作在输出方式，图3.7可知应将80H(10000000B)写入控制寄存器。
B)PC口位控制字
8255的PC口具有位操作功能，PC口位置位/复位控制字是一种对PC口的位操作命令，直接把PC口的某位置1或清0。它的标志位是最高位为0。控制字的D3-D1位的不同编码确定PC口的PCO-PC7所选位，DO位的状态决定置位还是复位。
3.5键盘、显示器的设计3.5.1键盘键盘分为独立式键盘和矩阵式键盘。本设计选用矩阵式键盘，可以减少所占1/O口的数量。键盘的面板图见图3.8
图3.8 键盘面板图
各功能键如下:
复位键:在键盘控制方式下，运行一次，需复位一次;在微机控制方式下，不需要复位。第一次是上电复位，如果在不关机的情况下再进行第二次、测量，则需要按复位键，复位键按下之后，系统初始化，LED显示六个“8”。
打印键:在检测完之后，结果会显示在LED上，如果需要打印，直接按打印
键并回车;如果不需要打印，按复位键，等待下次检测。
数字键:1-6数字用于传感器的选择。
取消键:在输入传感器选择号时，若不小心输入错误，想重新输入，则按取消键进行修改。
运行键:按下此键后，就开始检测了。
回车键:在输入了传感器选择号后，按回车键进行确认，如果不按回车键系
统继续等待输入。此外，在按下打印键后，也需要确认键进行确认。
A-E键:在本设计中没有使用，留作以后进行升级时使用。
3.5.2显示器单片机应用系统中使用的显示器主要有发光二极管显示器LED (Light
Emitting Diode);液晶显示器LCD(Liquid Crystal Display)，近年也有配置CRT
显示器的。LCD和CRT显示器可进行图形设计，但接口比较复杂，成本也较高;LED显示器价格便宜、配置灵活、与单片机接口方便，因此本设计中采用的是LED显示器。
电路连接为8279扩展I/O控制的8位共阴极LED动态显示接口电路。由于所有8位段选线皆由一个UO口控制，因此，在每一瞬间，8位LED会显示相同的字符，要想每位出现不同的字符，就必须采用扫描方法轮流点亮各位LED,即在每一瞬间只使某一位显示字符，在此瞬间，段选控制1/O口输出相应字符段选码(字形码)，而位选则控制1/O口在该显示为送入选通电平(因为LED为共阴极，故应送低平)，以保证该位显示相应的字符。如此轮流，使每位分时显示该位应显示字符逐位轮流点亮各个LED，每一位停留1ms，在10～20ms之内再一次点亮，重复不止，这样，利用人的视觉暂留就好像六位LED同时点亮了。在本系统中，LED显示器的显示方式采用的是动态显示方式。
3.5.3 8279键盘显示接口芯片
在本系统中采用8279可编程键盘、显示器接口芯片。8279是一种专用于键盘、显示器的接口器件，它能对显示器自动扫描，能识别键盘上闭合键的键号，提高CPU的工作效率。8279包括键盘输入瀚出和显示两部分。键盘部分提供扫描工方式，可以和具有64个按键和传感器的阵列相连。能自动消除抖动以及对n个键时按下采取保护。显示部分为发光二极管、荧光管及其它为显示器提供了按扫描方式工作的显示接口，它为显示器提供多路复用信号可显示多达16位的字符或字。
由于显示器所需电流比8279输出的电流大，所以在显示器前端用7407驱动器对8279的输出电流进行放大。8279的中断请求信号线IRQ经反向驱动器74F04接至8031外部中断INTI，这样，可通过中断方式对按键进行处理。这部分可用框图3.9表示。
图 3.9 键盘显示模块
Figure3.9 The sketch map of keyboard and show
1) 8279引脚及功能
DO-D7:双向、三态数据总线，用于和系统数据总线相连，在CPU和8279之间传送命令和数据。
RESET:复位输入线，高电平有效。
:片选输入线，低电平有效。当CS =0时，8279被选中，允许CPU对其进行读写操作。
:系统时钟输入线，用于8279内部定时，以产生其工作所需时序。
、
:读写信号输入线，低电平有效。
A0；缓冲器地址输入线，当AO=1时，若CPU进行写操作，则写入字节是命令字；若CPU进行读操作，则读出的字节是状态字。当AO=0时，写入或读出字节均为数据。
IRQ:中断请求输入线，高电平有效。
SL4～SL O:扫描输出线，用来扫描键盘和显示器。
RLO～RL7:回复输入线，是传感器矩阵或键盘矩阵的列信号输入线。
CNTL/STB:控制/选通输入线，高电平有效。
OUTAO～OUTA3:A 组显示信号输出线。
OUTBO～OUTB3:B 组显示信号输出线。
2)8279键盘显示电路设计
(A)8279与8031的接口
数据线:DO-D7接于系统数据总线PO.0-PO.7，用于CPU和8279间的数据/命令传送。
控制线:时钟CLK接于ALE，为8279提供内部时钟的输入端。
中断申请端IRQ:经反向器接于INTI。
,
:与8031读写线相连，控制8279的读写操作。
地址线:由端和AO端决定。与译码器的输出线相连，当AO=0时，8279选中。(B)8279与显示器接口
8279的SLO-SL2接一译码器74LS138，译码器的输出接正向驱动器7407的输入端，7407的输出作为8个显示器的位选线;8279的输出端OUTAOOUTA3,OUTBO-OUTB3以及另一正向驱动器7407接显示器的字段码输入端。
(C)8279与键盘接口
把SL0～SL7经74LS138译码器输出后的Y0, Y1键盘输入线(列线)，RL0-RL7为行线输入，故驱动2X8阵列的键盘。端作为由连接图可确定8279的地址:8279命令口和状态口地址为EOFFH; 8279数据口地址为EOFEH.
3.6模拟信号输出部分设计3.6.1信号输出部分的总体设计系统经过数据采集、数据处理之后，获得被测对象的温度值，但在有些时候需要控制被控对象的温度，因此，要由单片机系统发出控制信号，进行系统控制。可是由8031输出的控制信号是数字信号，需将其经过数/模转换变为模拟信号，再经功率放大，才能控制加热炉、热处理炉等。这一功能由一片DAC0832来完成，由于DAC0832是一种电流输出型D/A芯片，因此其后端接一片运算放大器构成反相输出电路以实现电压信号输出，然后再接入一片多路模拟开关CD4051,将输出扩展为8路。由上述可知，该部分具有8路模拟信号输出能力。这部分的接口电路图如图3.10所示。
3.6.2芯片的选择1)D/A转换器选用DAC0832，此芯片是8位分辨率的D/A集成芯片，与微处理机完全兼容，具有价格低廉、接口简单、转换控制容易等优点，主要有如下特点.
(A)可单缓冲或双缓冲数字输入;
(B)只需在满量程下调整其线性度;
(C)低功耗，20mW;
(D)内部无参考电压源，须外接参考电压源;
(E)属于电流输出型数模转换器，要获得模拟电压输出时，需外加转换电路;
(F)有5根控制线，
:片选线，当其为低电平时，本片被选中工作;ILE:
允许数字输入线，当ILE为高电平时，允许数字量输入;
:控制输入线，低电平有效;
和
:写命令输入线，
用于控制数字量到输入寄存器，若
为‘1'，
为‘0'和
为‘0'同时满足，则接收信号;若上述条件有一个不满足则锁存数据。
用于控制D/A转换时间:若XFER和WR2同时为低电平，则输出跟随输入，否则锁存数据。
和
的脉冲宽度要求不小于500ns。
系统设计的多路输出，并不需要同时输出，因此采用单缓冲方式接口。接口
电路如图3.10所示:其数字量输入线D17-DIO与8031的P07-POO相连;传送控制线
和写命令输入线
都与地相连，使其始终有效，写命令线
与8031的丽相连，控制接收信号将允许数字输入线ILE接高电平，始终处于允许数字输入状态;将其片选线
与译码器的输出控制引脚
相连。
和接地，故DAC0832的，"8位寄存器”工作于直通方式。8位输入寄存器受和端信号控制，而且由译码器输出地址Adress送来。因此8031执行如下两条指令就可以在上面产生低电平信号，使DAC0832接收8031送来的数字量。
MOV R0， #Adress
MOVC @R0, A
图3.10 DAC0832与8031的接线图
Figure3 .10 Circuit diagram between DAC0832 and 8031 microcomputer
(2)放大器的选用
放大器选用OP-07，其主要特征是开环增益和共模抑制比很高(一般l00dB )，而失调电压和失调电流、温漂以及噪声又很小，主要用于稳定积分、精密加法比较、闽值电压检测、微弱信号精确放大等场合，其电源电压范围为
3～18V，输入电压范围是。0～
14V。在图3.10电路连接中，放大器输出端直接反馈到Rfb,其产生的模拟输出电压是单极性的.
3.7 基于单片机的数字直流调速系统在数字直流调速过程中，电流调速是必控参数。这里探讨一种基于单片机的数字直流调速的便携式系统。
该系统组成和工作原理如下图（3.11）所示。测温硬件主要由直流调速前置微弱信号处理模拟电路部分，以80C31BH为核心的低功耗微机和DC-DC电源组成。模拟电路部分由放大，冷端温度补偿，滤波，A/D转换器等组成。微机部分由80C31BH及EPROM程序存储器，数据存储器，时钟电路，显示及键盘等电路组成。
3.12基于单片机的数字直流调速系统的工作原理
3.13基于单片机的数字直流调速系统组成
该系统具有如下功能和指标；
- 检测范围为1000～2000℃
- 测量误差≤0.1%～0.2%；对上述电流范围；折合误差为±1～2℃；
- 快速、连续检测方式（可供选择）；
- 断偶指示；
- 峰值锁存；
- 上/下限报警。
根据上诉指示可知，其测量温度值是很精确的，因此直流电及前置放大电路是至关重要的。为此选用了B型或S型热电偶（约10V/℃）和失调电压在0.05微伏以下的斩波放大器ICL7650（斩波自稳器）的高精度运行；否则不能保证其测温精度。其前置放大器如下图所示。
由直流电测温理论可知，当测温端温度为t，冷端（通常指环境）温度为
时，设To=0℃，直流电产生电势为:
(3.9)
若
≠
；则由
根据分度关系确定仪表指示温度
产生△
的误差,因此,热电偶冷端温度要进行补偿.本电路采用了模拟量叠加法实现冷端温度的补偿.选用了半导体集成温度传感器AD590对-50～+50℃之间温度进行自动补偿.AD590的灵敏度为
1
A/K.通过精密电位器
将电流信号转换成电压信号
,此时运算放大器
输入端电压为:
(3.10)
适当调整和
可使=
,那么运算放大器A
的输入电压为:
(3.11)
这样就实现了直流电的自动补偿功能,且在-50～+50℃之间,误差优于
℃.
另外,为了实现直流电报警功能,在前置放大器的信号输入端设置一个大阻值(10M
)的上拉电阻R
(歇火电路),当正常工作时,热电偶电阻值很小,几微安的电流基本不会产生电压,一旦热电偶烧断,则前置放大器就会饱和,且输出电压高,此时,A/D转换器7109的OR管脚输出溢出电平给单片机80C31BH,并进行断偶报警.
第4章 结论与展望4.1结论基于单片机系统的数字直流调速系统是单片机控制的智能化仪器，它的主要特点是:该仪器的数学模型、测量原理简单，选用精密测量元器件和抗干扰、低温漂的精密电子元件。该仪器应用四种不同的传感器，用户可根据不同的测温范围选择合适的传感器，这就解决了一般温度检测仪表只针对一种热电偶的问顾.伸仪裹的使用范围大大提高。该仪器采用AD590集成温度传感器测量室温，很好地解决了热电偶冷端补偿问题，提高了测量准确度。该仪器可以进行温度的实时显示，可以通过查询键查询温度的历史记录值，还可以随时显示、更改时间，使用方便。
多功能温度测量仪的研制开发具有广阔的应用前景，有待于进一步将其应用推广。经分析论证，误差很小:整个单片机系统稳定、可靠、准确。
4.2展望随着现代自动控制技术以及计算机技术的迅猛发展和日益完善，工业生产过程已经逐步走向标准化、自动化。同时对自动控制系统和检测装置提出了更高的要求。同样地，对于国内的仪器仪表的研制和开发行业以及生产和使用热电偶测温元件的厂家来说，热电偶的技术也在不断的提高和发展。然而,任何产品都有一个不断改进和完善的过程,只有在调试和使用过程中才能知道产品实际存在的问题。
增加本产品的实际使用性，将设计中的PCB板分成三块，即:信号输入PCB板，单片机系统PCB板和键盘/显示PCB板。这样不仅可以减小产品的体积，还可以降低数/模信号之间的干扰。
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致 谢本文是在XXX老师的悉心指导下完成的。XXX老师对我毕业设计的总体方案、设计原理图电路图提出意见并辛勤指导。在四年的学习期间，各位老师给了我知识,也教给我获取知识的很多方法.这次我的毕业设计指导老师XXX老师对我严格要求,在指导过程中严谨的治学态度、忘我的工作热情使我印象深刻.在此，特向物理系的全体老师和我的指导老师表示衷心的感谢与敬意。
在本设计和论文的撰写过程中，还得到了我同窗们的关心与帮助，特此一并向他们表示诚挚的谢意。
