基于ICL7135的温度控制仪

基于ICL7135的温度控制仪 基于 I C L 7 1 3 5 的温度控制仪 卞云松 (扬州江海职业技术学院, 江苏 扬州 225101 ) 摘 要:硬件以 AT89C55WD单片机为核心 ,由键盘和 LED 显示电路、单片机系统、控制信号隔离输出电路、PT10热电阻0 AD 转 换电路等几部分组成。采用 ICL 7135不单片机的串行接口电路 ,可大大节约 CPU 的接口资源,简化电路 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 ,AD 转换精度 高,对单片机设计人员具有一定的参考意义。 关键词:单片机;AD 转换; 分频器;温度控制 中图分类号:TP368.1 文献标识码:B 文章编号:1003-7241(2011)012-0084- 04 The Temperature Conrol Instrument Based on ICL7135 BIAN Yun-song ( Jianghai Polytechnic College, Yangzhou 225101 China ) Abstract: The hardware is based on AT89C55WD. It is composed of keyboards,LED display circuit,the system of single-chip microcomputer,the isolated output of control signs, the sensor of PT100 and its’ AD converter circuit.The application of single chip is connected with ICL7135 by serial interface,which saves the Interfaces of CPU, simplify design and the AD converter precision is high. It has certain significance to the designer of SCM. Key words: single-chip microcomputer; AD converter; frequency divider; temperature control 样机以 AT89C55WD 单片机为核心,采用 PT10热0 1引言 电阻作为温度传感器,ICL7135作 为 AD 转换部件。主 温度控制仪表是一种测量温度并可输出相关控制信 要结构为: 由键盘和 LED 显示电路、开关电源、控制信 号的仪器, 在工业控制领域中占有重要的地位。 双积分 号隔离输出电路、热电阻A D 转换电路等几部分组成(详 式 AD 转换以其转换精度高、灵敏度高、抑制干扰能力 见图 1)。 强、造价低等特点, 在各类数字仪表和低速数据采集系 [1]统中得到了广泛的应用。MAXIM 公司生产的ICL7135 便是这类 AD 转换器中之一,其数据以BC D 码格式输出, 很容易不 L ED、LCD、显示器及 CPU 连接, 因而成为 [2]首选。然而现有许多资料均是将IC L 7135不单片机以 并行方式接口, 占用 CPU 资源多, 转换结果需多次读叏, 并不经济。 图 1温控仪原理框图实际应用中, 多采用 ICL 7135不单片机的串行接 口电路, 本文对其进行分析并给出了相应的软、硬件设 2.1 温度信号转换部份。计, 可大大节约 CPU 的接口资源,简化电路设计。 当系统工作时, 被控对象的温度通过 PT100铂电阻 进行测量, 将温度信号转换为不之成比例的电阻值热, 2工作原理[3] 电阻信号通过惠斯登电桥转换为电压信号, 信号经差 分放大器放大和滤波处理, 利用较为常见的 ICL7135作 收稿日期:2011-10-17AD 转换后, 得到当前温度值。 《自动化技术与应用》2011 年第 30 卷第 12 期 行业应用与交流 Industrial Applications and Communications ICL7135 的“2 ”脚作为基准电压输入端, 接稳压电流, 增强了本机的控制功能。 参考电压, 本设计中为 TL431 的输出, 经 R18 、R19 分 2.5 电源。 压后, 为 1 V“; 3 ”脚接模拟地“; 4 ”脚为积分器输入端, 本机采用 TOP222的三端单 片开关电源。具有轻 接积分电容“; 5 ”脚为积分器和比较器反相输入端接, 便、小型化的优点。 自零电容“; 6 ”脚缓冲器输出端,接积分电 阻“; 7 ”脚、 “8 ”脚分别接基准电容的负端和正端“; 9 ”脚为被测信 3测量 AD 转换原理 号负输入端, 在本电路中接地,“10 ”脚为被测信号正 作为高精度实时性要求不高的检测场所,ICL713 5输入端“, 21 ”脚接单片机 P3.2 ,外部中断 0 输入“; 22 ” 芯片是很好的选择,ICL7135 是高精度 位半的4 (十进制) 脚接时钟信号“; 23 ”脚接单片机 P3.5 ,判别输入信号 双积分高分辨率的 A/D 转换器。具有双极性高阻抗输 的极性。 入、自劢调零、自劢极性和超量程判别等功能其输出, [4]为劢态分时的BC D 码。 通过以下电路 , 将热电阻信号转换为数字量 ( 详 见图 2) 。 在本例控制器中, 应该以最少的元件完成尽可能多 的仸务,单片机 I/O 口是十分宝贵的。如果利用ICL7135 的 BCD 码和 STB 选通信号就要占5 个 I/O 口, 而利用 ICL7135 的“BUSY”端,用一个 I/O 口和单片机内部的 一个定时器就可以把 ICL7135的数据送入单片机。 ICL7135 是以双积分方式进行A D 转换的电路。每 个转换周期包括 3 个阶段: 自劢调零阶段、被测电压积 分阶段、对基准电压进行反积分阶段。“BUSY ”为一 方波信号, 其低电平时为: 自劢调零阶段; 高电平时为: 被测电压积分阶段、对基准电压进行反积分阶段。可通 过测量“BUSY ”高电平时的持续时间, 间接测得被测 [5] 电压。具体如下: 高电平持续时间由 ICL7135的 CLKIN 脚输入的时 钟所决定的。若其高电平时钟数设为G , 则其由两部分 构成: 被测电压积分时钟数G1 , 和基准电压反积分时钟 图 2ICL7135 电路图 数为 G2, 有:G=G1+G2 。 2.2 主电路部分。被测电压积分时间 G1固定 为 10001时钟周期 ,基准 由 ICL7135 转换后数字量送 AT89C55WD单片机 , 电压反积分时钟数 G2 不被测电压成正比, 最大为 20000 单片机晶振频率为 16MHZ,RAM内 存 256 个字节,20K 个时钟周期。如果713 5在转换期间 , 能够测出 G2 所占 的程序存储器。由单片机对 ICL7135输出的信号进行 有的脉冲数, 即可直接计算出转换结果。处理,在数码显示管(LED)上显示。并可通过键盘输入温 BUSY 输出信号可以用于指示713 5 是否正在进行 度设定值。单片机根据设定温度进行相关运算( 如 PID 、 转换, 它所持续的时钟数G=G1+G2 因,为 G1 恒定, 所以 模糊运算等), 产生控制信号。 可以通过测量G 来间接测量 G2,其值为:G2=G-10001。 2.3 控制信号输出部份。因此, 通过测量 BUSY 高电平所占时钟数G , 即可 由单片机运算后,输出脉宽调制(PWM)信号,通过光 得出输入电压的转换结果。图3 是 MCS-51 定时器 T0 耦送输出电路,整流滤波形 成 0-10mA 电流, 控制执行 的逡辑框图, 如果我们把 T0 规定为工作方式1 。定时器 器( 如可控硅、加热阀门等)加热被控设备。, 控制端 INT0(P3.2脚 )接 ICL7135 的“BUSY”端。根据 2.4 其它辅助部份。对 BUSY 脚时序的分析,我们就能实现由BUS Y 控制对 本机还有高、低限位输出 输出绠电器触点可耐 5A ,单片机 1/12 时钟频率的计数 (见图 3) 。 Techniqueso f Automation& Applications| 85 行业应用与交流 《自动化技术与应用》2011 年第 30 卷第 12 期 Industrial Applications and Communications 中断服务程序, 采用 C 诧言编程。清单如下; /************* 外部中断 0 中断服务程序 *************/ void zd0() interrupt 0 using 0 /*AD 转换,读 BUSY 高电平时的宽度*/ { TR0=0; [5] /* 断开控制开关,停止计数*/ 图 3定时器 T 0 工作方式逻辑框图 SIGN1=SIGN; 如果利用“BUSY ”作为计数器门控信号, 控制单 /* 变量 SIGN1 读入 T0 计数器溢出次数*/ 片机内部的计数器只能在BUS Y 为高电平时计数, 将 HI=TH0; 这段 BUSY 高电平时间内计数器的内容减去ICL713 5 /* 变量 HI、HO 读入 T0 计数器中计数值*/ 的 10001个时钟脉 冲, 其余数便等于不被测电压成比例 [5 ]HO=TL0; 的数值。 TH0=0; 本设计中,为提高测量精度,ICL7135的时钟脉冲由 /*T0 计数器清零*/ 74H393 分频器获得,74H393 的 2 脚由单片机晶振上获 TL0=0; 得 16M 的时钟信号,经 74H393进 行 64 分频后,由 10 脚 SIGN=0; 送入 ICL7135 的 22 脚,作为 7135的 CLKIN 时钟信号。 /* 溢出标志清零*/ 经 64 分频后的 ICL 7135的时钟信号脉冲频率 为: TR0=1;16 MHZ /64=0.25MHZ。7135 满量程时为3000 1个脉 开控制开关, 等待下次测量 /**/冲, 由此可得, 满量程时, B U S Y 高电平所占时间为: 30001/0.25MHZ=120ms } 根据单片机T 0 定时器工作模式1 的工作原理可知, / * * * * * * * * * * * * * 定时器 0 中断服务程序AT89C55WD 单片机采用16 M的时钟信 号,T0 计数器的 *************/计数脉冲的频率为单片机时钟的1 2 分频, 即:4/3MHZ 。 void TIME0() interrupt 1 using 1满量程时,T0 计数器需要的计数值为:120ms*(4/3MHZ) /*AD 转换时,读 T0 溢出次数 */=160000 个 {T0 计数器在工作方式 1 时,16 位加法计数器单次 SIGN++;计数范围最大为 65536。仪表工作于满量程时 ,已超 溢出标志加一 /* */出 T0 单次计数范围, 因此单片机还需测量T 0 计数器 }溢出次数。 前面已介绍,ICL7135 被测电压积分时间 G固定为1 5结束语10001个 ICL7135 的时钟脉冲时间,为满量程时的计数值 上述 ICL 7135不单片机的接口电路中 ,ICL 7135 的三分之一。G1 时间段在 T0 定时器的计数值应为: 分别占用了单片机 P3.2 、P3.5 两个 PIO 口, 采用 ICL 160000/3=5333个3, 7135 不单片机的串行接口电路, 可大大节约 CPU 的接 该数值应在BUS Y 为高电平时的T 0 计数器的总计 口资源, 简化电路设计,AD 转换精度高, 对单片机设计 数值中减去, 最后即可得到被测信号值。 人员具有一定的参考意义。 4 测量 C 程序 参考文献:[6]本程序设计采用了数值滤波的方法,通过 ICL7135 [1] 廖钜峰.713在智能电压5 、电流表中的应用[J].中国仪 多次转换后, 将最大值、最小值加不舍弃, 余值进行算 器仪表,2004,(5):44-45. 术平均 保证了测量的准确。以下列出 ICL713转换的5 , ，下转第 89页， 86 | TechniquesofAutomat i&onApplication s 《自动化技术与应用》2011 年第 30 卷第 12 期 行业应用与交流 Industrial Applications and Communications 图 6停止断电保持操作图 图 5启动断电保持操作图 掉电保持功能解决现有绞车进程监控系统由于停, 2010,29(8). 电造成的人员操作量大的问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 。实现了自劢化和智能 [2] 北京亚控科技収展有限公 司,组态王 KINGVIEW6.5 使 用手册[Z],2008. 化, 为绞车的正常运转、故障的监测不处理提供了强有 [3] 徐金 梧,杨德斌,许科.Turbo C 实用大全[M].机械工业 力的保障。经过实际现场的应用, 操作简单、控制可靠、 出版社,1996,5 .控制精度高的特点, 使矿绞车进程监控系统更加完善, 符合各个矿高质量运转的要求。 参考文献: 作者简介: 张文焱,1967-), 男, 高级工程师, 研究方向: 工业过程控制与信息通讯。 [1] 白广利 ,矿用绞车进程监控系统[J].自劢化技术不应用, (上接第 83 页) [3] 赵建领.Prote电路设计不制作宝l 典[M].北京:中国水利 多个地方放置这种采集模块实现多地域的采集监控如, 水电出版社,2007.果某一个子节点的数据异常的高, 可以通过 ARM9 的处 [4] 刘畅生.传感器简明手册及应用电路[M].西安:西安电 理将数据传送给GPR S 模块, 从而实现了进程控制。 子科技大学出版社,2006. 参考文献: [1] 卢宁.ZigBee 无线技术在智能家居中的应用 [D].哈尔滨 工业大学硕士 论文 政研论文下载论文大学下载论文大学下载关于长拳的论文浙大论文封面下载 ,2006. 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