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1、精品学习资源YanCheng Institute of Technology课程设计说明书课程名称智能仪器设计课程设计设计题目激光二极管温度掌握系统设计专业自动化同学姓名刘玉龙班级B 自动化 103 班学号1010603317完成日期2021 年 12 月 19 日盐城工学院电气学院欢迎下载精品学习资源目录1绪论21.1 激光二极管的特点及应用21.2 激光二极管温度掌握技术讨论现状21.3 本课题的基本要求及主要讨论内容22激光二极管温度掌握系统的方案设计32.1 温控系统软件结构与流程图42.2 系统数据显示模块53系统硬件设计53.1 温度传感器及其处理电路63.1.1温度传感器与铂热电
2、阻63.1.2 铂热电阻处理电路133.2 单片机介绍 143.3 A/D转换器及其电路 .15 3.3.1MAX187 特点.153.3.2 MAX187管脚.163.3.3MAX187操作时序.173.3.4 MAX187精度运算 .183.3.5 MAX187的源代码程序 .193.4 系统显示电路 3.4.1MAX7219管脚 .21.203.4.2MAX7219 源代码程序 .223.5半导体制冷硅 TEC 简介 .234收成和体会245 参考文献266 附录6.1 电路设计总图欢迎下载精品学习资源1 绪论一、背景及意义随着电子技术的进展，人们的生活日趋数字化，单片机掌握无疑是人们追
3、求的目标之一，它所给人带来的便利也是不行否定的，其中数字温度计就是一个典型的例子，但人们对它的要求越来越高，要为现代人工作、科研、生活、供应更好的更便利的设施就需要从数单片机技术入手，一切向着数字化掌握， 智能化掌握方向进展；多功能的数字温度计可以给我们的生活带来很大的方 便；支持“一线总线”接口的温度传感器简化了数字温度计的设计，降低了成本激光器的创造无疑是科学史上最宏大的创造之一，1960 年 5 月，美国休斯顿试验室的物理学家梅曼 T.H.Mainmna 正式宣布制成红宝石激光器，开创了激光技术的先河；激光在现代工业、农业、医学、通讯、国防、科学等方面有着广泛的应用，这与激光具有高亮度、
4、高单色性、高方向性分不开；由于激光器有这些优点，促使人们研制更好的激光器，推动了激光器的进展；关键词：激光二极管温度系统半导体制冷器LCD 显示技术 温度传感器1.1 激光二极管 LD 的特点及应用以半导体材料为工作物质的LD 有如下一些特点 : 体积小，简洁组装进其它设备中；低功率、低电流 一般为 2 伏特电压时巧毫安 直接抽运，可由统的晶体管电路直接驱动；能有效地将电能转化为光能实际效率大于50%；能以 2 万兆赫兹以上的频率直接调制抽运电流，进而调制其输出；能在单片上与电子场效应晶体管、微波振荡管、双极性晶体管以及V 族半导体的光学部件形成集成光电子电路；基于半导体的制造技术，适用于大批
5、量生产；在输出光束大小上与典型的硅基光纤相容，能调剂输出光束的波长使其工作在这类光纤的低损耗、低色散区域；欢迎下载精品学习资源由于 LD 有上述良好的特点，在干涉测量、固体激光器和光储备等技术领域有着广泛的应用，引起人们极大的关注和深厚的讨论爱好，近年来半导体激光器得到了快速进展；随着半导体激光器功率的增大，激光器自身的温度变化对激光器输出性能的影响就比较明显了如在 LD 作为固体激光器泵浦源时产生的波长漂移 0.30. 4nm/，所以工程中对 LD 温度进行掌握是特别必要的；本温度掌握系统的被控对象是中小型功率LD 产生的温度；目前中小型功率的DL 在科研、国防、工业中应用广泛，因此对它的温
6、度掌握有很大的现实及经济意义；1.2 LD 温度掌握技术讨论现状激光二极管工作时，其值电流和功率稳固性对温度敏锐；随着温度的提高，需要有更多的载流子注入来维护所需的粒子数反转；典型 LD 在不同的温度下的激光输出功率与正向工作电流关系如下:1）在同一温度条件下，当正向工作电流小于某一值时，激光输出功率接近于零；而当正向工作电流超过该值时，激光的输出功率随正向工作电流的增长呈直线上升关系，这个值被称为DL 的值；2值电流随温度的上升而上升，于是整个激光管的特性曲线基本上随温度的变化而平行移动；因此 LD 的性能受自身温度影响较大，国内很多科研单位进行了各种尝试，试图找出各种控温精确稳固，价格适中
7、的方案；国内外在此方面都作了很多讨论，在测温元件的选取，掌握方法，和加热制冷装置方面做出了不同的尝试，给这方面讨论工作供应了珍贵体会；控温精度也逐步提高由 1到 0.1改变；全部这一切推动了 LD 的广泛应用，今后随着 LD 控温精度的提高，信任LD 将会有更大的进展前景；1.3 本课题的基本要求及主要讨论内容本课题基本要求 : 利用单片机对LD 进行温度掌握； LD 工作温度设定范畴:10 40， LD 温度测量精度为 0.1，系统控温精度达到0.2，当前温度用 LCD 实时显示出来；本课题主要讨论内容 : 被控对象 LD 由于注入电流而产生的温度信号经过传感器及其处理电路 采样保持、放大
8、，对 LD 温度值和设定温度值之间的偏差进行调整掌握，输出的数字掌握量通过单片机来掌握半导体制冷器元件，以掌握LD 温度；本课题讨论的重点是 LD 温度在 10一 40范畴内，设计原理图使本温度掌握系统的控温精度达到 0.1以内；欢迎下载精品学习资源2. 系统的方案设计Pt100信号调理MAX187欢迎下载精品学习资源半导体制冷硅显示图 1：硬件结构图AT89C51欢迎下载精品学习资源图 1 中激光二极管产生的温度信号经过温度传感器铂热电阻Pt100变成的电信号，经过放大、滤波等信号处理电路，由信号A/D 转换器送入到微掌握器，与单片机系统所设置的温度信号进行比较，使激光二极管温度值在系统所要
9、求的控温精度范畴内，稳固在设定的温度点；2.1 温控系统软件结构与流程图依据系统设计要求，软件设计采纳了结构程序模块化设计；本温控系统软件的总体可分为系统初始化模块及系统数据显示模块二大部分；图2 所示的是系统总流程图；在本模块内 LD 温控系统第一设置硬件中芯片的地址，初始化系统 MAX187 与的数据显示芯片 MAX7219 ；系统刚开头工作时，设置 MAX187 输出为10，使本温控系统的执行机构半导体制冷器处于不工作状态；对于数据显示芯片 MAX7219 设置包括 BCD 译码器、多位扫描电路、段驱动器、位驱动器和用于存放每个数据位的8x8 静态 ARM 以及数个工作寄存器，通过指令设
10、置这些工作寄存器，可以使MAX7219进入不同的工作状态；在本温度掌握系统 中，设置 MAX7219 芯片的 CBD 译码寄存器为译码方式；扫描位数寄存器设置3 位，即系统能显示 3 位 LED ；亮度掌握寄存器设置输出电流的9/32；数位寄存器在系统开头时设置 2004 一 07，即当 LED 显示此数字时，就表示系统己正常工作了；系统正常工作后，第一测量激光二极管工作的环境温度，即室温，然后把系统最初的温度设定量设置为室温；这样，本温控系统就完成了初始化设置了；开头系统初始化温度采集与转换欢迎下载精品学习资源图 2：系统掌握模块流程图2.2 系统数据显示模块系统初始化后，发送数据采集指令，
11、采集温度数据；我们把温度数据储存在微掌握器的内存中，然后微掌握器发送指令掌握P2.0、P2.1、P2.2，依据MAX7219 数字显示时序，把温度数据串行的传送给MAX7219 芯片进行显示；这样，就防止了微掌握器直接定时对LED 显示，微掌握器有更多的时间来掌握被控对象的温度；3 系统硬件设计本部分是系统的硬件电路设计部分，包括温度传感器及其处理电路设计、单片机接口电路设计、半导体制冷器的设计，实现了对激光二极管温度信号的测量、掌握及显示；掌握量通过单片机的输出通道，掌握半导体制冷器，进而实现系统对被控对象激光二极管的温度掌握；3.1 温度传感器及其处理电路本节是系统的激光二极管温度信号采集
12、部分，激光二极管温度信号是本温控系统的信号源；激光二极管温度的测量及掌握精度都与温度信号的提取采集有关，因此精确的温度信号采集是特别重要的；温度是非电量，温度信号需用温度传感器变成电信号后进行采集，激光二极管温度掌握系统用的温度传感器是工程中常用的铂热电阻；欢迎下载精品学习资源3.1.1 温度传感器与铂热电阻温度是一个很重要的物理量，自然界中任何物理、化学过程都紧密地与温度相联系；在国民经济各部门，如电力、化工、机械、冶金、农业、医学等以及人们地日常生活中，温度检测与掌握是特别必要的；在国防现代化及科学技术现代化中，温度的精确检测及掌握更是必不行少的；温度是表征物体或系统冷热程度的物理量，温度
13、单位是国际单位制中七个基本单位之一；由于温度是非电量，因此，对温度的检测与掌握需使用传感器或温度敏锐元件；温度传感器种类很多，常用的温度传感器有热膨胀式传感器，电阻式传感器，热电偶传感器，集成温度传感器等；针对本温控系统温度测量与掌握的精度要求比较 高，系统采纳了线性度、测量精度与热响应时间都比较好的铂热电阻作为系统的温度传感器；欢迎下载精品学习资源图 3：线性化电路图pt100是铂热电阻，它的阻值会随着温度的变化而转变；PT 后的100 即表示它在0时阻值为 100 欧姆，在 100 时它的阻值约为138.5欧姆；它的工业原理：当PT100在0 摄氏度的时候他的阻值为 100 欧姆，它的的阻
14、值会随着温度上升它的阻值是成匀速增涨的；组成的部分 : 常见的 pt1oo 感温元件有陶瓷元件，玻璃元件，云母元件，它们是由铂丝分别绕在陶瓷骨架，玻璃骨架，云母骨架上再经过复杂的工艺加工而成薄膜铂电阻薄膜铂电阻：用真空沉积的薄膜技术把铂溅射在陶瓷基片上，膜厚在2 微M以内，用玻璃烧结料把 Ni（或Pd ）引线固定，经激光调阻制成薄膜元件；热电偶热电偶5是一种感温元件，是一次外表；它直接测量温度，并把温度信号转换成热电动势信号 , 通过电气外表（二次外表）转换成被测介质的温度；热电偶测温的基本原理是两种不同成份的材质导体组成闭合回路 ,当两端存在温度梯度时 ,回路中就会有电流通过，此时两端之间就
15、存在电动势热电动势，这就是所谓的塞贝克效应；两种不同成份的均质导体为热电极，温度较高的一端为工作端，温度较低的一端为自由端，自由端通常处于某个恒定的温度下；依据热电动势与温度的函数关系, 制成热电偶分度表； 分度表是自由端温度在 0时的条件下得到的，不同的热电偶具有不同的分度表；在热电偶回路中接入第三种金属材料时，只要该材料两个接点的温度相同，热电偶所产生的热电势将保持不变，即不受第三种金属接入回路中的影响；因此，在热电偶测温时，可接入测量外表，测得热电动势后，即可知道被测介质的温度；工作原理两种不同成份的导体（称为热电偶丝材或热电极）两端接合成回路，当接合点的温度不同时，在回路中就会产生电动
16、势，这种现象称为热电效应，而这种电动势称为热电势；热电偶就是利用这种原理进行温度测量的，其中，直接用作测量介质温度的一端叫做工作端（也称为测量端），另一端叫做冷端（也称为补偿端）；冷端与显示外表或配套外表连接，显示外表会指出热电偶所产生的热电势；热电偶实际上是一种能量转换器，它将热能转换为电能，用所产生的热电势测量温度，对于热电偶的热电势，应留意如下几个问题： 1：热电偶的热电势是热电偶工作端的两端温2 度函数的差，而不是热电偶冷端与工作端，两端温度差的函数；2 ：热电偶所产生的热电势的大小，当热电偶的材料是匀称时，与热电偶的长欢迎下载精品学习资源度和直径无关，只与热电偶材料的成份和两端的温差
17、有关； 3：当热电偶的两个热电偶丝材料成份确定后，热电偶热电势的大小，只与热电偶的温度差有关；如热电偶冷端的温度保持肯定，这进热电偶的热电势仅是工作端温度的单值函数；将两种不同材料的导体或半导体A 和B 焊接起来，构成一个闭合回路，如下列图；当导体 A 和B的两个执着点 1 和2 之间存在温差时，两者之间便产生电动势，因而在回路中形成一个大小的电流,这种现象称为热电效应；热电偶就是利用这一效应来工作的；特点装配简洁，更换便利压簧式感温元件，抗震性能好测量范畴大 机械强度高，耐压性能好 耐高温可达 2400 度热电偶 - 种类及结构形成（ 1） 热电偶的种类常用热电偶可分为标准热电偶和非标准热电
18、偶两大类；所调用标准热电偶是指 国家标准规定了其热电势与温度的关系、答应误差、并有统一的标准分度表的 热电偶，它有与其配套的显示外表可供选用；非标准化热电偶在使用范畴或数 量级上均不及标准化热电偶，一般也没有统一的分度表，主要用于某些特殊场 合的测量；标准化热电偶我国从1988年1 月1 日起，热电偶和热电阻全部按IEC 国际标准生产，并指定 S、B、E、K、R、J、T 七种标准化热电偶为我国统一设计型热电偶；2 热电偶的结构形式为了保证热电偶牢靠、稳固地工作，对它的结构要求如下：组成热电偶的两个热电极的焊接两个热电极彼此之间应很好地绝缘，以防短路；补偿导线与热电偶自由端的连接要便利牢靠；爱护
19、套管应能保证热电极与有害介质充分隔离；常用热电偶材料热电偶分度号热电极材料使用温度范畴（） 正极负极S 铂铑合金（铑含量 10 % ） 纯铂0-1400R 铂铑合金（铑含量 13 % ） 纯铂0-1400B 铂铑合金（铑含量 30% ） 铂铑合金（铑含量 6% ） 0-1400 K 镍铬镍硅 -200-+1000T 纯铜铜镍 -200-+300J 铁铜镍 -200-+600N 镍铬硅镍硅 -200-+1200E 镍铬铜镍 -200-+700热电偶的种类 : 装配热电偶 4 ，铠装热电偶，端面热电偶，压簧固定热电偶，高温热电偶，欢迎下载精品学习资源铂铑热电偶，防腐热电偶，耐磨热电偶，高压热电偶，
20、特殊热电偶，手持式热电偶，微型热电偶，贵金属热电偶,快速热电偶 ,钨铼热电偶等等；热电偶的基本定律1，均质导体定律由同一种均质材料（导体或半导体）两端焊接组成闭合回路，无论导体截面如何以及温度如何分布，将不产生接触电势，温差电势相抵消，回路中总电势为零；可见，热电偶必需由两种不同的均质导体或半导体构成；如热电极材料不匀称，由于温度梯存在，将会产生附加热电势；2，中间导体定律在热电偶回路中接入中间导体（第三导体），只要中间导体两端温度相同，中间导体的引入对热电偶回路总电势没有影响，这就是中间导体定律；应用:依据中间导体定律，在热电偶实际测温应用中，常采纳热端焊接、冷端开路的形式，冷端经连接导线与
21、显示外表连接构成测温系统；有人担忧用铜导线连接热电偶冷端到外表读取 mV 值，在导线与热电偶连接处产生的接触电势会使测量产生附加误差；依据这个定律，是没有这个误差的！3，中间温度定律热电偶回路两接点（温度为 T、T0）间的热电势，等于热电偶在温度为T、Tn时的热电势与在温度为 Tn、T0 时的热电势的代数和； Tn 称中间温度；应用:由于热电偶 E-T 之间通常呈非线性关系 ,当冷端温度不为 0时，不能利用已知回路实际热电势 E（t,t0 直接查表求取热端温度值；也不能利用已知回路实际热电势 E（ t,t0 直接查表求取的温度值，再加上冷端温度确定热端被测温度值，需按中间温度定律进行修正4，参
22、考电极定律这个定律是专业人士才讨论、关注的，一般生产、使用环节的人士不太明白，简洁说明就是：用高纯度铂丝做标准电极，假设镍铬-镍硅热电偶的正负极分别和标准电极配对，他们的值相加是等于这支镍铬-镍硅的值；热电偶3 的安装要求对热电偶与热电阻的安装,应留意有利于测温精确 ,安全可考及修理便利 ,而且不影响设备运行和生产操作.要满意以上要求 ,在挑选对热电偶和热电阻的安装部位和插入深度时要留意以下几点:1、为了使热电偶和热电阻的测量端与被测介质之间有充分的热交换,应合理挑选测点位置 ,尽量防止在阀门 ,弯头及管道和设备的死角邻近装设热电偶或热电阻. 2、带有爱护套管的热电偶和热电阻有传热和散热缺失,
23、为了削减测量误差 ,热电偶和热电阻应当有足够的插入深度 :(1) 对于测量管道中心流体温度的热电偶 ,一般都应将其测量端插入到管道中心处垂直安装或倾斜安装 .如被测流体的管道直径是 200 毫M,那热电偶或热电阻插入深度应挑选 100 毫M；(2) 对于高温高压和高速流体的温度测量 如主蒸汽温度 ,为了减小爱护套对流体的阻力和防止爱护套在流体作用下发生断裂,可实行爱护管浅插方式或采纳热套 式热电偶 .浅插式的热电偶爱护套管 ,其插入主蒸汽管道的深度应不小于 75mm ；热套式热电偶的标准插入深度为 100mm ；(3) 假如需要测量是烟道内烟气的温度,尽管烟道直径为 4m, 热电偶或热电阻插入
24、深度1 m欢迎下载精品学习资源(4) 当测量原件插入深度超过 1m 时,应尽可能垂直安装 ,或加装支撑架和爱护套管 .故障处理案例热电偶输入产生故障判别法依据外表接线图进行正确接线通电后，外表先是显示外表的热电偶分度号，接着显示外表量程范畴，再测外表下排的数码管显示设定温度，外表上排数码管显 示 测 量 温 度 ； 如 仪 表 上 排 数 码 管 显示 不 是 发 热体 的温 度 ， 而 显示“ OVER ”、“ 0000 ”或“ 000 ”等状况，说明外表输入部位产生故障,应作如下试验： A）把热电偶从外表热电偶输入端拆下，再用任何一根导线把外表热电偶输入端短路；通电时，外表上排数码管显示值
25、约为室温时，说明热电偶内部连线开路，应更换同类型热电偶；如仍是以上所说的状况，说明外表在运输过程中， 外表的输入端被损坏，要调换外表； B）把上述故障外表的热电偶拆去，换用旁边运行正常的同种分度号外表上接入的热电偶，通电后，原故障外表上排数码管显示发热体温度时，说明热电偶内部连线开路，更换同类型热电偶；如仍是以上所说的状况，说明外表在运输过程中，外表的输入端被损坏，要更换外表；C）把有故障的热电偶从外表上拆下来，用万用表放在测量欧姆（R） *1 档， 用万用表两表棒去测热电偶两端，如万用表上显示的电阻值很大，说明热电偶内部连接开路，更换同类型热电偶；否就有肯定阻值，说明外表输入端有问 题，应更
26、换外表； 2）依据外表接线图接线正确，如外表通电后，外表上排数码管显示有负值等现象，说明接入外表的热电偶“ +”与“”接错而造成的；只要重新调换一下即可；3）接线正确外表在运行时，外表上排数码管显示的温度与实际测量的温度相差30º ；C60º ；C；甚至相差更大，说明外表的分度号与热电偶的分度号搞错；按热电偶分度号 B、S、K、E 等热电偶的温度（ º ；C）与毫伏（ MV ）值的对应关系来看，同样温度（ º ；C）的情形下，产生的毫伏值（ MV ） B 分度号最小， S 分度号次小， K 分度号较大， E 分度号最大，依据此原理来判别；热电偶是工业上最常用的温
27、度检测元件之一，热电偶工作原理是基于赛贝克seeback 效应,即两种不同成分的导体两端连接成回路，如两连接端温度不同，就在回路内产生热电流的物理现象；其优点是：测量精度高；因热电偶直接与被测对象接触，不受中间介质的影响；测量范畴广；常用的热电偶从-50+1600 均可边续测量，某些特殊热电偶最低可测到 -269 （如金铁镍铬），最高可达 +2800 （如钨 -铼）；构造简洁，使用便利；热电偶通常是由两种不同的金属丝组成，而且不受大小和开头的限制，外有爱护套管，用起来特别便利；因此，它不仅广泛应用于工业测温，而且被制成标准的基准仪；1. 热电偶测温基本原理将两种不同材料的导体或半导体A 和B
28、焊接起来，构成一个闭合回路，如图2-欢迎下载精品学习资源1-1 所示；当导体A 和B 的两个执着点 1 和2 之间存在温差时，两者之间便产生电动势,因而在回路中形成一个大小的电流 ,这种现象称为热电效应；热电偶就是利用这一效应来工作的；2. 热电偶的种类及结构形成（ 1）热电偶的种类常用热电偶可分为标准热电偶和非标准热电偶两大类；所调用标准热电偶是指国家标准规定了其热电势与温度的关系、答应误差、并有统一的标准分度表的热电偶，它有与其配套的显示外表可供选用；非标准化热电偶在使用范畴或数量级上均不及标准化热电偶，一般也没有统一的分度表，主要用于某些特殊场合的测量；标准化热电偶我国从 1988 年1
29、 月1 日起，热电偶和热电阻全部按 IEC 国际标准生产，并指定 S、B、E、K、R、J、T 七种标准化热电偶为我国统一设计型热电偶；2 热电偶的结构形式为了保证热电偶牢靠、稳固地工作，对它的结构要求如下：组成热电偶的两个热电极的焊接必需坚固；两个热电极彼此之间应很好地绝缘，以防短路；补偿导线与热电偶自由端的连接要便利牢靠；爱护套管应能保证热电极与有害介质充分隔离；3. 热电偶冷端的温度补偿由于热电偶的材料一般都比较珍贵（特殊是采纳贵金属时），而测温点到外表的距离都很远，为了节约热电偶材料，降低成本，通常采纳补偿导线把热电偶的冷端（自由端）延长到温度比较稳固的掌握室内，连接到外表端子上；必需指
30、出，热电偶补偿导线的作用只起延长热电极，使热电偶的冷端移动到掌握室的外表端子上，它本身并不能排除冷端温度变化对测温的影响，不起补偿作用；因此，仍需采纳其他修正方法来补偿冷端温度t0 0时对测温的影响；在使用热电偶补偿导线时必需留意型号相配，极性不能接错，补偿导线与热电 偶连接端的温度不能超过 100 ；4、热电阻材料热电阻大都由纯金属材料制成，目前应用最多的是铂和铜，其中铂热电阻的测量精确度是最高的；此外，现在已开头采纳镍、锰和铑等材料制造热电阻；欢迎下载精品学习资源图 4 为 PT100热电阻温度传感器是利用导体或半导体的电阻率随着温度值变化而变化的原理制成的，实现了将温度变化转化为元件电阻
31、的变化；它主要用于对温度和温度有关参数检测与掌握；人们把由金属铂制成的温度传感器成为铂热电阻；铂热电阻具有测温范畴大、稳固性好、示值复现性高和耐氧化等特点，常被用来作为国际标准温度计；铂电阻的非线性特点依据国际电工委员会的铂热电阻技术标准，铂电阻 Pt100 在 0 650范畴内，符合 ITS 一 90 的国际分度表函数2Rt 可用式表示 :R=R0l+At+Bt（31）式中 R，R0 分别是 t 和 0时的铂电阻阻值， A=3.90802x10 -1，B=- 5.80195x1 0-2，其中， 100 就是铂在 0时的电阻值为 100 ，即式 4 一 1中R0=100；由式 4 一l 可以看
32、出，在 0 一 650范畴内有非线性误差，特殊是温度越高时，非线性越厉害；对本温度掌握系统，采纳电桥电路来实现测量电路的线性化，如图 3；因此本温控系统铂热电阻的温度与电阻值的函数关系可用式表示为：R=R0l+At（32）对于本温控系统，式中R0=100；，温度 t 在 10 一 40之间取值；3.1.2 铂热电阻处理电路由上可知 :温度 t 在 10 一 40之间，铂电阻的阻值R，与温度 t 是线性关系，所以只要给铂热电阻通恒定电流，温度信号就转变成电信号；系统采纳给铂电阻欢迎下载精品学习资源供以恒定电流采集其上电压的方法来采集温度信号，在10时，铂热电阻的两端电压为V10=2.5977V
33、， 在 40 时 ， 铂 热 电 阻 的 两 端 电 压 为 V 40=2.8908V ， V=0.2931V ；可见由于受流过铂热电阻的电流比较小的限制，温度在10 一 40 变化时，铂热电阻的两端电压变化很小，为此采纳图4 放大铂热电阻输出的电信 号 ， V1 、 V2接 铂 电 阻 两 端 ， V0为 输 出 电 压 ， 放 大 倍 数 为134.096/0.2401=13.97，4.096V 为 MAX187 内部基准电压；由电路图得：V1-V2/R3=V4-V5/R3=V3-V6/R3+R1+R2（33） R7*V6/R6+R7=R4*V8-V3R4+R5+V3（34） V0-V8/
34、R8+R9=V0/R9（ 35）由于 R3= R4=R6=R5=R7=R8=R9=1KR1=R2=6K就可以推出仪用放大器闭环增益为A f = 13欢迎下载精品学习资源图 5：信号处理电路图3.2 单片机介绍本部分是激光二极管温度掌握系统的数字电路，也是掌握器硬件的核心部分， 主要设计微掌握器及其外围接口电路，包括信号的输入、输出通道及系统数字 显示电路；如上节所述，被控对象激光二极管的温度信号经过传感器及放大电 路后，生成 04V 的模拟电压信号；微掌握器需要的是数字信号，本节将论述欢迎下载精品学习资源信号之间转换、信号的显示及数字掌握器的硬件电路部分；微掌握器，亦称单片机或单片微型运算机；
35、它是把中心处理器CUP 、随机存取储备器 ARM 、只读储备器 ORM 、输入 /输出端口 I/0 等主要运算机功能部件都集成在一块集成电路芯片上的微型运算机；它的结构与指令功能都是依据工业掌握的要求设计的，在智能掌握系统中，微掌握器得到了广泛的应 用；运算机的产生加快了人类改造世界的步伐，但是它究竟体积大；微运算机 单片机 在这种情形下产生了；从单片机显现至今，单片机广泛应用在很多领域之中，从导弹的导航装置，到飞机上各种外表的掌握，从运算机的网络通讯与数据传输，到工业自动化过程的实时掌握和数据处理，以及我们生活中广泛使用的各种智能 CI 卡、电子宠物等，这些都离不开单片机；单片机的种类很多，
36、有 PIC 系列、 Motorola 系列等， TI 公司的 MSP430 系列单片机的应用目前增长较快；各个系列的单片机各有所长，在处理速度、稳定性、 I/O 才能、功耗、功能齐全、价格等方面各有优劣；这些种类繁多的单片机家族，给我们单片机的挑选供应了很大的余地；本系统选用 AT89C51 作为 CPU；AT89C51 是一种带 4K 字节闪耀可编程可擦除只读储备器的低功耗、低价格，高性能8 位微处理器；该单片机的可擦除只读储备器可以反复擦除 1000 次；该器件采纳 ATMEL高密度非易失储备器制造技术制造，与工业标准的 MCS一 51 指令集和输出管脚相兼容；由于将多功能8 位 CPU和
37、闪耀储备器组合在单个芯片中， ATMEL 的 AT89C51 是一种高效微掌握器；AT89C51的主要特性如下 : 与 MCS一 51 兼容；4K 字节可编程闪耀储备器；寿命:1000 写/ 擦循环数据保留时间 :10 年；全静态工作 :OHz 一 24Hz；三级程序储备器锁定； 128*8 位内部 RAM；32 可编程 1/0线；两个 16 位定时器 / 计数器；5 个中断源；可编程串行通道；低功耗的闲置和掉电模式；片内振荡器和时钟电路等；AT89C51 管脚如图 6欢迎下载精品学习资源图 6：AT89C51 管脚图欢迎下载精品学习资源3.3 A/D 转换器接口是运算机与外部设备交换信息的桥
38、梁，它包括输入接口和输出接口；单片机接口技术是讨论单片机与外部芯片之间如何交换信息的技术，外部的各种信息通过输入接口送入单片机，而单片机的各种信息通过输出接口送到外部芯片中，因此单片机需通过信息转换器件实现信息的沟通与掌握；人们把由模拟量到数字量转换器件称为模拟一数字转换器，简称 A/D 转换器或 ADC；A/D 转换器在数据采集和掌握系统中得到了广泛应用；常用的A/D 转换方式有逐次靠近式和双斜积分式，前者转换时间短 几个微秒一几百个微秒 ，但抗干扰才能差；后者转换时间长 几十个毫秒 几百个毫秒 ，抗干扰才能较强；因此在信号变化缓慢，现场干扰严峻的场合，宜采纳双斜积分式A/D 转换器；A/D
39、 转换器的主要技术指标有转换时间、辨论率及线性误差等；下面介绍本系统所用的 MAX1873.3.1 MAX187特点 12 位辨论率；单一+ 5V 工作电压 , 工作电流 1. 5mA , 关断电流 2A；内部采样 /保持电路 ,75Ksps采样速率； 1/2LSB 整体非线形度；内部 4. 096V基准电压 ,与SPI、QSPI 及Mi2crowire兼容的 3 线串行接口；3.3.2 MAX187管脚欢迎下载精品学习资源图 7：MAX187 管脚图VDD:电源端接+ 5V；AIN: 采样模拟信号输入端 ,0 VREF；SHDN三: 电平关闭输入端；REF : 用于模拟转换的基准电压端 ,
40、使用外部基准电源时用作输入；GND模: 拟地和数字地；欢迎下载精品学习资源CS:片选信号输入端；SCLK:串行时钟输入端；DOUT串: 行数据输入端 , 数据在 SCLK下降沿输出；3.3.3 MAX187操作时序完整的操作时序如图 7所示；使用内参考时 , 在电源开启后 , 经过20 ms 后参考引脚的 4.7 F电容充电完成 , 可进行正常的转换操作； A/D 转换的工作过程是 : 当CS为低电平常 , 在下降沿 MAX187的T/H 电路进入保持状态 , 并开头转换 ,8.5 S后DOUT输出为高电平作为转换完成标志；这时可在SCLK端输入一串脉冲将结果从 DOUT端移出 ,读入单片机中
41、处理；数据读取完成后将CS置为高电 平；要留意的是 :在CS置为低电平启动 A /D转换后,检测到 DOUT有效 或者延时8.5 S以上 ,才能发SCLK移位脉冲读数据 , SCLK至少为 13 个；发完脉冲后应将 CS置为高电平；图 8：MAX187 操作时序图欢迎下载精品学习资源1.4MAX187 精度运算欢迎下载精品学习资源MAX187 的 A/D 位数是 12 ，就1/213=1/8192欢迎下载精品学习资源系统的精度是 0.1 ，系统的温度范畴是10 40，系统的精度指标仍有 10 倍的原就，就0.1/40/10=1/40001/81921/4000即可证明 MAX187 满意系统精度要求3.3.5 MAX187的源代码程序MAX187 :SETB CS；置CS 无效CLR SCLK CLR SCLK； SCLK初始化为低 RLC A NOPPUSH ACCNOPMOV A ,BCLR CS； CS 有效RLC AACALL D134N；S 调延时子程序 MOV B ,A ACALL D134NSPOP ACCNOP NOPSETB SCLK DJNZ R7 ,MAX1871 NOP ACALL D134NSCLR SCLK；转换开头SETB CS；片选信号无效 ,NOP RETMOV R7 , # 12 D134NS:MOV R7 , # 5；延时MOV