理學(xué)PTCR壽命特性測試儀器設(shè)計

1、第一章 緒論1.1 引言儀器儀表是人類對物資世界的信息進行測量、控制及有效利用的基本手段和設(shè)備，是信息產(chǎn)業(yè)的源頭和重要組成部分。儀器儀表的發(fā)展水平是國家科技水平和綜合國力的重要標(biāo)志之一。測試儀器儀表從單臺、單功能向智能式測試儀器（或稱虛擬儀器、柔性儀器）和系統(tǒng)發(fā)展是一個新的重要發(fā)展方向，他是計算機硬件、軟件、總線技術(shù)、測試技術(shù)與儀器技術(shù)密切結(jié)合的產(chǎn)物1。當(dāng)前，我國在智能式系列測試儀器與智能系列自動化測試系統(tǒng)的研究與產(chǎn)業(yè)化方面均有重大進展。PTCR( Positive TemperatureCoefficientResistance)是指正溫度系數(shù)熱敏電阻，其顯著特性是隨著溫度的升高其阻值陡然增

2、大，運用此特性可應(yīng)用于溫度控制、過流過熱保護等場合2。PTCR性能包括:電阻-溫度，電流-時間、電壓-電流特性，電阻-頻率特性等。由于PTCR所具有的特殊功能，己在許多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。為了能更好地了解和使用PTCR，對PTCR的電特性進行測試是必要的。1.2 PTCR的基本概念及應(yīng)用為了能更好地設(shè)計PTCR綜合性能測試系統(tǒng)，必須對PTCR基本特性有深入的了解，從分析PTCR的基本概念入手，分析研究PTCR的特性。1.2.1 PTCR的基本概念熱敏電阻是開發(fā)早、種類多、發(fā)展較成熟的敏感元器件。熱敏電阻由半導(dǎo)體陶瓷材料或者有機材料組成，利用的原理為溫度引起的電阻變化。目前得到普遍使用的PTCR按

3、材料可以分為陶瓷PTCR和有機PTCR，有機PTCR有價格低、常溫電阻小等優(yōu)點，陶瓷PTCR有重復(fù)性好的特點，兩種PTCR各有優(yōu)缺點.兩種PTC電阻有著不同的PTC效應(yīng)機理3。陶瓷PTC電阻：陶瓷PTCR的PTC效應(yīng)是由陶瓷基體中的晶界層產(chǎn)生，而晶粒本身并沒有PTC效應(yīng)。其PTC效應(yīng)的強度、常溫電阻值的大小和基體中的晶粒大小、種類等都有一定的關(guān)系。有機PTC電阻：一般認為是有機基體中摻雜的導(dǎo)電粒子聚集形成導(dǎo)電鏈，隨著溫度的升高導(dǎo)致導(dǎo)電鏈的斷裂或?qū)щ娏Ｗ訑U散從而使有機PTC電阻的電阻變大，特別在有機晶體的熔融點附近，導(dǎo)電鏈的狀況急劇變化導(dǎo)致有機PTCR的電阻值也急劇上升顯現(xiàn)出強烈的PTC效應(yīng)。其

4、PTC效應(yīng)的強度、常溫電阻的大小和填充的碳粒的含量、大小、表面積以及在基體內(nèi)的分布情況等都有關(guān)系。1.2.2 PTCR的主要參數(shù)（1）額定零功率電阻零功率電阻，是指在某一溫度下測量PTC熱敏電阻值時，加在PTC熱敏電阻上的功耗極低，低到因其功耗引起的PTC熱敏電阻的阻值變化可以忽略不計。額定零功率電阻指環(huán)境溫度25條件下測得的零功率電阻值。（2）最小電阻指PTC熱敏電阻可以具有的最小的零功率電阻值。（3）居里溫度對于PTC熱敏電阻的應(yīng)用來說,電阻值開始陡峭地增高時的溫度是重要的，我們將其定義為居里溫度。（4）溫度系數(shù)PTC熱敏電阻的溫度系數(shù)定義為溫度變化導(dǎo)致的電阻的相對變化。溫度系數(shù)越大，PT

5、C熱敏電阻對溫度變化的反應(yīng)越靈敏。（5）表面溫度表面溫度是指當(dāng)PTC熱敏電阻在規(guī)定的電壓下并且與周圍環(huán)境間處于熱平衡狀態(tài)已達較長時間時,PTC熱敏電阻表面的溫度。（6）動作電流流過PTC熱敏電阻的電流，足以使PTC熱敏電阻自熱溫升超過居里溫度,這樣的電流稱為動作電流。動作電流的最小值稱為最小動作電流。（7）動作時間環(huán)境25條件下，給PTC熱敏電阻加一個起始電流(保證是動作電流)，通過PTC熱敏電阻的電流降低到起始電流的50%時經(jīng)歷的時間就是動作時間。（8）不動作電流流過PTC熱敏電阻的電流，不足以使PTC熱敏電阻自熱溫升超過居里溫度，這樣的電流稱為不動作電流。不動作電流的最大值稱為最大不動作電

6、流。（9）最大電流最大電流是指PTC熱敏電阻最高的電流承受能力。超過最大電流時PTC熱敏電阻將會失效。（10）殘余電流殘余電流是在最大工作電壓下，熱平衡狀態(tài)下的電流。（11）最大工作電壓最大工作電壓是指在規(guī)定的環(huán)境溫度下，允許持續(xù)地保持在PTC熱敏電阻上最高的電壓。對同一產(chǎn)品而言,環(huán)境溫度越高，最大工作電壓值越低。（12）額定電壓額定電壓是在最大工作電壓Vmax以下的供電電壓。（13）擊穿電壓擊穿電壓是指PTC熱敏電阻最高的電壓承受能力.PTC熱敏電阻在擊穿電壓以上時將會擊穿失效。1.2.3 PTCR的特性介紹電阻-溫度特性：由于a度的升高導(dǎo)致PTCR內(nèi)部結(jié)構(gòu)或狀態(tài)的變化，在PTCR材料的居里

7、點附近變化特別明顯。根據(jù)電阻一溫度曲線變化速度的不同，PTCR電阻可以分為緩變型和突變型。其中突變型根據(jù)居里點的不同又可以分為低居里點突變型和高居里點突變型（如圖1-1）。根據(jù)其特性的不同.應(yīng)用的場合也不同。利用PTCR的此特性可以用作過熱、過流保護器件。圖1-1 PTC熱敏電阻的阻溫特性電流-時間特性：其電流隨時間呈指數(shù)形式衰減，衰減系數(shù)與電阻溫度系數(shù)成正比，與外加電壓、PTCR的熱容、元件的形狀和大小均有關(guān)系。利用PTCR的此特性可以用作消磁電阻。（如圖1-2）圖1-2 PTC熱敏電阻的電流時間特性電壓-電流特性：包括零功率伏一安特性、靜態(tài)伏一安特性等。通過靜態(tài)伏一安特性我們可以知道PTC

8、R在工作狀況下的情況，也有利于我們確定PTCR的工作點和適用條件。（如圖1-3）圖1-3PTC熱敏電阻的不同溫度下的伏安特性電阻-頻率特性：PTCR的電阻率不僅和外加的電壓大小有關(guān)，同時還與所加電壓的頻率有關(guān)。每加一次電壓PTC電阻就有一定的變化，合格的PTC電阻的變化范圍為±15。1.2.4 PTCR的典型應(yīng)用利用熱敏電阻器的阻溫特性，可以制成溫度開關(guān)，以實現(xiàn)對馬達、變壓器、大功率晶體管等電路的過熱保護4。這種熱敏電阻多采用突變型的，并且要求有低的電阻率(以便減少對負載的影響)、大的溫度系數(shù)以保證良好的開關(guān)特性)及高耐壓特性(以提高產(chǎn)品的可靠性)。PTC過電流保護元件可使用的應(yīng)用范

9、疇包括:冰箱、空調(diào)等家電的保護、手機電池、熱水器、微波爐、電暖器、工業(yè)儀表、運載火箭、人造衛(wèi)星、飛機坦克、食品加工、揚聲器、醫(yī)療儀器、糧食倉庫、火災(zāi)報警、汽車水箱、電機、摩托車、電子、通信(包括程控電話交換機)等。另外PTC元件的其他應(yīng)用如下：（1）用作恒溫加熱PTC熱敏電阻具有恒溫作用,當(dāng)PTC發(fā)熱元件通電時,溫度較低,此時電阻小,功率很大,能迅速加熱,溫度逐漸上升到居里溫度時,由電阻2溫度曲線可知, 電阻急劇增大,可達37個數(shù)量級(103107倍)。此時在恒壓作用下通過元件的電流則減小, 相應(yīng)元件溫度亦降低,于是電阻值減小。而這時,由于電阻的減小又導(dǎo)致通過熱敏電阻元件的電流增大,元件溫度升

10、高,電阻增大,從而使電流又開始減小。這樣,通過重復(fù)上述過程,元件本身就起到了自動調(diào)節(jié)溫度的作用。因為PTC元件具有自然壽命長、自動恒溫、無明火、高可靠性、節(jié)能效果顯著等特點。（2）用作自動開關(guān)利用PTC 熱敏電阻的電流-時間特性,可將其用作啟動開關(guān)使用,如壓縮機電機的啟動電路、無觸點繼電器等。在壓縮機啟動電路中,因PTC元件結(jié)構(gòu)簡單,無運動零件,無噪聲,可靠性好,對電壓波動的適應(yīng)性強,對壓縮機的匹配范圍廣,壽命長,啟動時間短,工作安全,因此逐步取代了電流型重力式啟動繼電器。（3）用作電機或電器設(shè)備的保護器電機損壞的原因,經(jīng)常是超負荷、斷相或者電機的傳動部分發(fā)生機械故障,造成電機繞組發(fā)熱,溫度升

11、高到超過電機的最高允許溫度?？梢? 各種原因最終歸結(jié)為發(fā)熱,因此可以利用對溫度變化高靈敏度的PTC 熱敏電阻作過熱保護元件,采用開關(guān)型的正溫度系數(shù)的PTC熱敏電阻更好。因為這種PTC 熱敏電阻的電阻2溫度特性在居里溫度以下時,電阻值隨溫度變化小,超過這一溫度時阻值急劇上升,具有開關(guān)的特性, 更適用于作保護電器。1.3 PTCR特性測試儀器的發(fā)展現(xiàn)狀關(guān)于PTCR特性測試設(shè)備可分為兩部分，一是測試PTCR材料本身的，二是對PTCR性能的測試。對前者材料科學(xué)有許多專門測試設(shè)備.在此我們不加以論述。本文所研究的PTCR測試設(shè)備指的是PTCR產(chǎn)品特性測試儀器或者是PTCR材料封裝成PTCR器件特性測試設(shè)

12、備。隨著PTCR應(yīng)用領(lǐng)域的擴大，國內(nèi)出現(xiàn)了許多PTCR生產(chǎn)的廠家，為了能生產(chǎn)出合格產(chǎn)品，必須進行產(chǎn)品性能測試。PTC熱敏電阻由于自己特殊的性質(zhì)，在40多年的發(fā)展中，取得了廣泛的應(yīng)用，特別是近年來，隨著彩電、電冰箱等家用電器的普及，對PTCR需求量猛增。熱敏電阻是開發(fā)早、種類多、發(fā)展較成熟的敏感元器件。熱敏電阻由半導(dǎo)體陶瓷材料組成，利用的原理是溫度引起的電阻變化。因此可以測量電導(dǎo)來推算出溫度的高低。PTCR的壽命就決定產(chǎn)品的的使用期限。因此，PTCR的壽命特性測試是生產(chǎn)過程中不可或缺的一部分。目前，由于缺乏優(yōu)良性能價格比的PTCR性能專用測試設(shè)備，大部分生產(chǎn)廠家采用人工測試方法.通常采用普通高精

13、度萬用表進行電阻測量，普通溫度計對一些溫度點進行阻溫特性測試這些傳統(tǒng)方法，測量時間長而且需要人工直接參與5。費時，精度也不高。特別是在進行動作特性和不動作特性測試時，還需要配備其他輔助設(shè)備進行相應(yīng)特性測試，這樣提高了測試設(shè)備的投入。由于PTCR的電特性比較復(fù)雜，采用普通儀器設(shè)備進行測試比較煩瑣，速度很慢且不利于進行準(zhǔn)確的測量，或者測試時需要大量人工進行參與，在進行少量的測試時這種方法是可以采用的。但隨著市場需求的擴大.對產(chǎn)品質(zhì)量要求相應(yīng)提高。采用原始的通用儀器設(shè)備測試方法已不能滿足要求，這就要求我們研制專用PTCR測試設(shè)備，力求節(jié)省人力財力資源，提高測試精度和速度。眾所周知，PTC元件在通電瞬

14、間，電阻值很小，從而有較大的電流通過，在溫度超過元件的居里點后，電阻急劇上升，電流也隨之減小，然后漸漸穩(wěn)定。壽命測試儀就是利用電阻這一特性。1.4 小結(jié)本章節(jié)詳細介紹了PTCR的發(fā)展現(xiàn)狀以及PTCR的幾種基本特性和應(yīng)用狀況。介紹了此次課題設(shè)計的重要性和必要性。第二章PTCR壽命特性測試儀基本原理2.1 PTCR工作原理PTC熱敏電阻(正溫度系數(shù)熱敏電阻)是一種具溫度敏感性的半導(dǎo)體電阻，一旦超過一定的溫度(居里溫度)時，它的電阻值隨著溫度的升高幾乎是呈階躍式的增高。PTC熱敏電阻本體溫度的變化可以由流過PTC熱敏電阻的電流來獲得，也可以由外界輸入熱量或者這二者的疊加來獲得。陶瓷材料通常用作高電阻

15、的優(yōu)良絕緣體，而陶瓷PTC熱敏電阻是以鈦酸鋇為基，摻雜其它的多晶陶瓷材料制造的，具有較低的電阻及半導(dǎo)特性。通過有目的的摻雜一種化學(xué)價較高的材料作為晶體的點陣元來達到的：在晶格中鋇離子或鈦酸鹽離子的一部分被較高價的離子所替代,因而得到了一定數(shù)量產(chǎn)生導(dǎo)電性的自由電子。對于PTC熱敏電阻效應(yīng),也就是電阻值階躍增高的原因，在于材料組織是由許多小的微晶構(gòu)成的，在晶粒的界面上，即所謂的晶粒邊界(晶界)上形成勢壘，阻礙電子越界進入到相鄰區(qū)域中去，因此而產(chǎn)生高的電阻。這種效應(yīng)在溫度低時被抵消：在晶界上高的介電常數(shù)和自發(fā)的極化強度在低溫時阻礙了勢壘的形成并使電子可以自由地流動。而這種效應(yīng)在高溫時，介電常數(shù)和極化

16、強度大幅度地降低，導(dǎo)致勢壘及電阻大幅度地增高，呈現(xiàn)出強烈的PTC效應(yīng)。2.2 PTCR壽命特性測試儀主要技術(shù)指標(biāo)該測試儀各項技術(shù)指標(biāo)及參數(shù)如下：環(huán)境條件：工作溫度范圍-1040儀器電源：市電(220VAC  5060Hz)沖擊電流：0.510A沖擊次數(shù)（工作周期數(shù)）：105（可設(shè)定）樣品工位數(shù)：10個限流電阻RL： 9樣品順序通電、斷電時間間隔：0.5秒、1.0秒、2.0秒、4.0秒通、斷電壓時間：均為99小時范圍內(nèi)可調(diào)節(jié)順序加電壓指示：綠色LED產(chǎn)品檢測不合格指示：紅色LED2.3 測試儀的基本原理由于PTCR熱敏電阻的熱開關(guān)特性，其特點是常溫電阻低，加壓（220V）瞬間沖擊電流很

17、大（幾安培幾十安培），加電后由于元件自熱升溫，導(dǎo)致阻值迅速增加，而流過樣品的電流迅速衰減。采用常用加壓方法，如果一次加壓的樣品數(shù)量多，其初始電流非常大，容易引起供電設(shè)備的損壞，為此必須采用順序加壓的方式提高檢測效率。據(jù)此，測試儀的工位數(shù)為十只。啟動時斷電器閉合，10路元件依次加上電壓，間隔時間為1s，當(dāng)達到設(shè)定的通電時間后，電壓時動作執(zhí)行繼電器K是依次斷開。雖然每個元件加電壓的時刻不一樣，但我們采用先加壓先斷開，后加壓后斷開的辦法，仍保證了每一元件的加電壓、斷電壓時長是一樣的。斷電時間到后沖擊次數(shù)加一，且儀器開始下一次沖擊，直到達到予設(shè)置的沖擊次數(shù)后自動停止測試。通斷電時間及沖擊次數(shù)均設(shè)置可調(diào)

18、。對元件的加電過程是順序加電，而斷電則為同時，也就是說第一個待測樣品和第十個待測樣品加電時間在一個周期內(nèi)相差9S，當(dāng)沖擊次數(shù)上1000次甚至更多時，樣品之間的加電時間相差很遠，由此可能帶來很大的測量誤差，導(dǎo)致測試結(jié)果不準(zhǔn)確。此外，當(dāng)批量生產(chǎn)的產(chǎn)品合格率較低時，由于每一樣品回路靠保險絲保護，當(dāng)某一樣品擊穿后，由于保險絲的熔斷特性，不僅使樣品燒毀，而且使固定測試樣品的夾具燒毀。，測試過程中出現(xiàn)明火導(dǎo)致測試的安全性大大降低，且失效樣品通道沒有指示。如果中途全部樣品擊穿，儀器也要繼續(xù)測試直至沖擊次數(shù)達到設(shè)定值（除非人工停止）。因此，每一測試回路都有擊穿（過電流）保護電路，確保當(dāng)一路樣品擊穿時該電路起保

19、護作用，僅將該測試回路斷開而不影響其余回路的測試工作，同時對測試夾具進行保護，無須頻繁地更換保險和夾具，從而使測試效率大大提高，且測試成本降低。由兩個比較器組成的測試PTCR阻值變化范圍部分中，兩比較器的基準(zhǔn)電壓要求可調(diào)，我們我們使用運算放大器來組成可調(diào)電壓源電路。MCS-51系列單片機通過外接8255擴展I/O口，對多個繼電器操作實現(xiàn)10工位的測試過程。測試數(shù)據(jù)通過ADC0809傳遞給單片機，單片機對傳來數(shù)據(jù)進行處理，判斷電阻變化范圍是否在操作所設(shè)定的范圍內(nèi)，如果不是則說明此PTCR產(chǎn)品不合格，單片機將此PCTR的工位號送到LED顯示，并報警。2.4 小結(jié)本章節(jié)初步介紹了PTCR壽命特性測試

20、儀的基本原理，提出了測試儀應(yīng)該具備的基本參數(shù)，提出了設(shè)計的初步思想以及設(shè)計應(yīng)該考慮的問題第三章 PTCR壽命特性測試儀硬件設(shè)計3.1 硬件系統(tǒng)基本構(gòu)成硬件系統(tǒng)的主要部分由控制按鍵、AT89C51單片機、比較器模塊、8255I/O擴展芯片、LED指示燈組模塊、ADC0809模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊組成。硬件組成原理如圖3-1：時鐘電路復(fù)位電路80518255I/O擴展比較器模塊8279芯片ADC0809模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊待測產(chǎn)品組鍵盤顯示圖3-1 硬件原理圖3.2 單片機的選取及原理單片微型計算機是指集成在一個芯片上的微型計算機，也就是把組成微型計算機的各種功能部件，包括CPU（Central Processin

21、g Unit）、隨機存取存儲器RAM（Random Access Memory）、只讀存儲器ROM（Read-only Memory）、基本輸入/輸出(Input/Output)接口電路、定時器/計數(shù)器等部件都制作在一塊集成芯片上，構(gòu)成一個完整的微型計算機，從而實現(xiàn)微型計算機的基本功能6。由于它的結(jié)構(gòu)和指令功能都是按工業(yè)控制要求設(shè)計的，特別適用于工業(yè)控制及數(shù)據(jù)處理場合，同時也因為單片機具有體積小、重量輕、價格便宜、功耗低、控制功能強及運算速度快等特點，因此廣泛應(yīng)用于：測試系統(tǒng)、智能儀表、機電一體化產(chǎn)品、功能集散系統(tǒng)和并行多控制系統(tǒng)。本系統(tǒng)的核心是單片機，所以必須先充分了解單片機的特點以及選擇一

22、款適合的單片機型號。3.2.1 80C51系列單片機的特點80C51系列單片機是在美國INTEL公司于20世紀(jì)80年代推出的MCS-51系列高性能8位單片機的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的，他在單一芯片內(nèi)集成了并行I/O口、異步串行口、16位定時器/計數(shù)器、中斷系統(tǒng)、片內(nèi)RAM和片內(nèi)ROM以及其他一些功能部件?，F(xiàn)在80C51系列單片機已有許多品種，不同公司推出的80C51具有各自的功能特點；但它們的內(nèi)核都是以Intel公司的MCS-51為基礎(chǔ)，并且指令系統(tǒng)兼容，從而給用戶帶來了廣闊的選擇范圍，同時又可以采用相同的開發(fā)工具。80C51系列單片機可分為無片內(nèi)ROM型和帶片內(nèi)ROM型兩種。對于無片內(nèi)ROM型的芯片

23、，必須外接EPROM才能應(yīng)用。80C51系列單片機在存儲器的配置上采用程序存儲器與數(shù)據(jù)存儲器分開的結(jié)構(gòu)，利用不同的指令和尋址方式進行訪問，可分別尋址64KB的程序存儲器空間和64KB的數(shù)據(jù)存儲器空間，充分滿足工業(yè)測量控制的需要。80C51系列單片機共有111條指令，包括乘除指令和位操作指令。中斷源有5個（8032/8052為6個），分為2個優(yōu)先級，每個中斷源的優(yōu)先級是可編程的。ROM型80C51在單芯片應(yīng)用方式下其4個并行I/O口都可以作為輸入/輸出使用，在擴展方式下需要采用P0和P2口作為片外擴展地址總線使用。80C51單片機內(nèi)部集成了一個全雙工的異步串行接口，可同時發(fā)送和接受數(shù)據(jù)，為單片機

24、之間的相互通信或與上位機通信帶來極大的方便。3.2.2 80C51系列單片機的結(jié)構(gòu)MCS-51單片機的典型芯片是8031、8051、8751。8051內(nèi)部有4KB ROM，8751內(nèi)部有4KB EPROM，8031內(nèi)部無ROM；除此之外，三者的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及引腳完全相同。因此，以8051為例，說明本系列單片機的內(nèi)部組成及信號引腳。8051單片機的基本組成請參見圖3-2。下面介紹各部分的基本情況。CPU（運算器）（控制器）P1串行口數(shù)據(jù)存儲器RAMP0P2程序存儲器ROM/EPROM特殊功能寄存器（SFR）定時器/計數(shù)器中斷系統(tǒng)P38888ALEPSENEARESETXTAL1XTAL2圖3-2MC

25、S-51單片機結(jié)構(gòu)框圖（1）中央處理器（CPU）中央處理器是單片機的核心，完成運算和控制功能。MCS-51的CPU能處理8位二進制數(shù)或代碼。（2）內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器（內(nèi)部RAM）8051芯片中共有256個RAM單元，但其中后128單元被專用寄存器占用，能作為寄存器供用戶使用的只是前128單元，用于存放可讀寫的數(shù)據(jù)。因此通常所說的內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器就是指前128單元，簡稱內(nèi)部RAM。（3）內(nèi)部程序存儲器（內(nèi)部ROM）8051共有4KB掩膜ROM，用于存放程序、原始數(shù)據(jù)或表格，因此，稱之為程序存儲器，簡稱內(nèi)部ROM。（4）定時/計數(shù)器8051共有兩個16位的定時/計數(shù)器，以實現(xiàn)定時或計數(shù)功能，并以其定時或

26、計數(shù)結(jié)果對計算機進行控制。（5）并行I/O口MCS-51共有4個8位的I/O口（P0、P1、P2、P3），以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的并行輸入/輸出。（6）串行口MCS-51單片機有一個全雙工的串行口，以實現(xiàn)單片機和其它設(shè)備之間的串行數(shù)據(jù)傳送。該串行口功能較強，既可作為全雙工異步通信收發(fā)器使用，也可作為同步移位器使用。（7）中斷控制系統(tǒng)MCS-51單片機的中斷功能較強，以滿足控制應(yīng)用的需要。8051共有5個中斷源，即外中斷兩個，定時/計數(shù)中斷兩個，串行中斷一個。全部中斷分為高級和低級共兩個優(yōu)先級別。（8）時鐘電路MCS-51芯片的內(nèi)部有時鐘電路，但石英晶體和微調(diào)電容需外接。時鐘電路為單片機產(chǎn)生時鐘脈沖序列。系

27、統(tǒng)允許的晶振頻率一般為6 MHz和12 MHz。3.2.3 80C51單片機引腳說明MCS-51系列單片機芯片為40條引腳，HMOS工藝制造的芯片采用雙列直插（DIP）方式封裝，其引腳示意圖如圖3-3所示。各引腳功能說明如下：（1）電源引腳VCC（40）接+5V電源正端。VSS（20）接+5V電源地端。（2）外接晶體引腳XTAL1（19）和XTAL2（18）兩端接石英晶體。（3）輸入/輸出引腳P0口（32-39）在不接片外存儲器與不擴展I/O口時，可作為準(zhǔn)雙向輸入/輸出口。在接有片外存儲器或擴展I/O口時，P0口分時復(fù)用為低8位地址總線和雙向數(shù)據(jù)總線。圖3-3 8051引腳圖P1口（1-8）可

28、以作為準(zhǔn)雙向I/O口使用。P2口（21-28）一般可作為準(zhǔn)雙向I/O口使用，在接有片外存儲器或擴展I/O口且尋址范圍超過256字節(jié)，P2口用作高8位地址總線。P3口（10-17）除了作準(zhǔn)雙向I/O口使用外，還可以將每一位用于第二功能。P3口的第二功能如表3-1所示。表3-1 P3口第二功能引腳第二功能P3.0RXD 串行口輸入端P3.1TXD 串行口輸出端P3.2INT0 外部中斷0請求輸入端，低電平有效P3.3INT1 外部中斷1請求輸入端，低電平有效P3.4T0 定時器/計數(shù)器0計數(shù)脈沖輸入端P3.5T1 定時器/計數(shù)器1計數(shù)脈沖輸入端P3.6WR 外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通信號輸出端，低電平有

29、效P3.7RD 外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通信號輸出端，低電平有效（4）控制線引腳ALE/PROG（30）地址鎖存有效信號輸出端。ALE在沒個機器周期內(nèi)輸出兩個脈沖。在訪問片外程序器期間，下降沿用于控制鎖存P0輸出的低8位地址；在不訪問片外程序存儲器期間，可作為對外輸出的始終脈沖或用于定時項目。PSEN（29）片外程序存儲器讀選通信號輸出端，低電平有效。RST/VPD（9）該引腳為單片機的上電復(fù)位或掉電保護端。當(dāng)單片機振蕩器工作，該引腳上出現(xiàn)持續(xù)兩個周期的高電平，就可實現(xiàn)復(fù)位操作，使單片機回復(fù)到初始狀態(tài)。VPP/EA（31） EA為片外程序存儲器選用端。該引腳有效（低電平）時，只選用片外程序存儲器，否

30、則單片機上電或復(fù)位后選用片內(nèi)程序存儲器。綜上所述。MCS-51系列單片機的引腳可歸納為以下兩點：a 單片機功能多，引腳數(shù)少，因而許多引腳都具有第二功能。b 單片機對外呈現(xiàn)3總線形式，有P0、P2口組成16位地址總線；由P0口分時復(fù)用為數(shù)據(jù)總線；由ALE、PSEN、RST、EA與P3口中的INT0、INT1、T0、T1、WR、RD共10個引腳組成控制總線，由于是16位地址線，因此，可使片外存儲器的尋址范圍達到64KB。3.2.4 80C51單片機的復(fù)位電路MCS-51系列單片機有上電復(fù)位和按鈕復(fù)位兩種方法7，上電復(fù)位是指加電瞬間，在RST引腳上出現(xiàn)大于10ms的正脈沖，使單片機進入復(fù)位狀態(tài)。按鈕

31、復(fù)位又可分為按鈕脈沖復(fù)位和按鈕電平復(fù)位。用戶按下“復(fù)位”按鈕使單片機進入復(fù)位狀態(tài)。按鈕復(fù)位是靠外部電路來實現(xiàn)的。幾種復(fù)位電路如圖3-4所示。圖3-4 各種復(fù)位電路3.2.5 80C51單片機時鐘電路8051芯片的時鐘產(chǎn)生有兩種方式：內(nèi)部時鐘方式和外部時鐘方式，在這個系統(tǒng)中我們采用內(nèi)部時鐘方式，如圖3-5所示。圖3-5 單片機的兩種時鐘電路片內(nèi)高增益反相放大器通過XTAL1、XTAL2外接作為反饋元件的晶體與電容組成的并聯(lián)諧振回路構(gòu)成一個自激蕩器向內(nèi)部時鐘電路提出振蕩時鐘。振蕩器的頻率主要取決于晶體的振蕩頻率，在這里我們選用振蕩頻率為12MHz的晶體。電容C1、C2的值有微調(diào)作用，取30pF。3

32、.3 I/O口擴展芯片8255的原理及電路設(shè)計Intel8255芯片是配合Intel微處理器而設(shè)計的通用可編程并行1/O接口器件，它能把外圍設(shè)備連到微型計算機總線上，通用性強，使用靈活，可以用程序來設(shè)置和改變芯片的工作方式，是一種典型的可編程并行接口芯片8。8255共有三種模式:基本的輸入/輸出(方式0)、有選通的輸入/輸出(方式1)和雙向總線輸入/輸出(方式2).在壽命特性測試儀器的硬件設(shè)計中因為要考慮到要實現(xiàn)多工位測試的要求，所以僅僅使用單片機的自身I/O口是不能滿足要求的，故需要利用8255芯片來擴展I/O口，以滿足設(shè)計所需。3.3.1 8255 I/O擴展芯片引腳8255芯片引腳圖如3

33、-6所示：除了電源(VCC)和地GND)以外，其它引腳信號可分為兩組:（1）和外設(shè)一邊相連的l PA7-PA0 端口A的數(shù)據(jù)信號，根據(jù)工作方式A口可工作于輸入、輸出方式或雙向方式。l PB7-PBO端口B的數(shù)據(jù)信號，根據(jù)工作方式B口可工作于輸入或輸出方式，但端口B不能工作在雙向方式。l PC7-PC0 端口C的數(shù)據(jù)信號，根據(jù)工作方式C口的數(shù)據(jù)線可作為輸入/輸出線、控制線和狀態(tài)線。圖3-6 8255引腳圖（2）和CPU一邊相連的l RESET 復(fù)位信號(高電平有效)，復(fù)位后，A口、B口、C口均被自動設(shè)為輸入方式，同時所有內(nèi)部寄存器/鎖存器都被清零。l D7-D0雙向數(shù)據(jù)總線，和系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線相連，

34、用來讀/寫數(shù)據(jù)和控制字。片選信號(低電平有效)，只有當(dāng)有效信號到來時，讀信號RD和寫信CS號WR才對8255有效。l CS片選信號(低電平有效)，只有當(dāng)有效信號到來時，讀信號RD和寫信號WR才對8255有效。l RD 芯片讀信號(低電平有效)，當(dāng)RD有效時，CPU可以從8255中讀取輸入數(shù)據(jù)和狀態(tài)字。l WR 芯片寫信號(低電平有效)，當(dāng)WR有效時，CPU可以往8255中寫入控制字或數(shù)據(jù)。l A1與A0端口選擇線。8255內(nèi)部有3個數(shù)據(jù)端口(A.B.C口)和一個控制端口，規(guī)定當(dāng)Al. A0為00時，選中A口;為01時，選中B口;為10時，選中C口;為11時，選中控制口。3.3.2 8255 I

35、/O擴展芯片結(jié)構(gòu)8255的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3-7所示：數(shù)據(jù)總線緩沖器讀/寫控制邏輯B組控制A組控制A口B口C口上半部分C口下半部分D7D0RDWRA0A1RESETCSPA7PA0PC7PC4PC3PC0PB7PB0圖3-7 8255內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖由圖可以看出，8255由外設(shè)接口、A組和B組控制、讀/寫控制電路和數(shù)據(jù)總線緩沖器四部分組成。（1）外設(shè)接口8255有A、B、C三個端口，每個端口都是8位的，都可以通過編程選擇作為輸入或者輸出，但是每個端口都有自己的特點。A口：有一個8位的數(shù)據(jù)輸入鎖存器和一個8位的輸出鎖存/緩沖器。端口A不管用做輸入還是輸出，數(shù)據(jù)均受到鎖存。B口：有一個8位的數(shù)據(jù)輸入緩沖和一

36、個8位的輸出鎖存/緩沖器。斷口B用作輸入時，數(shù)據(jù)不會受到鎖存，用作輸出時，數(shù)據(jù)會受到鎖存。C口：有一個8位的數(shù)據(jù)輸入緩沖器和一個位的輸出鎖存/緩沖器。端口C用作輸入時，數(shù)據(jù)不會受到鎖存，用作輸出，數(shù)據(jù)會受到鎖存。（2）A組和B組控制8255的3個端口除了可以分別單獨使用之外，還可以分成兩組使用，分別成為A組和B組。這時A口和B口作為獨立的輸入和輸出端口，而C口被分成兩個4為端口，分別用來作為A口和B口的輸出控制信號和輸入狀態(tài)信號。A組控制電路控制A口和C口的高4位（PC7-PC4）的工作方式。B組控制電路控制B口和C口的低4位（PC3-PC0）的工作方式。（3）讀/寫控制電路讀/寫控制電路復(fù)雜

37、管理8255的數(shù)據(jù)傳輸過程。他接收CS和來自系統(tǒng)地址總線的信號A1、A0以及來字控制總線的信號RESET、WR、RD，將這些信號組合之后，得到對A組控制部件和B組控制部件的控制命令，并將命令發(fā)送給這兩個部件，以完成催數(shù)據(jù)、狀態(tài)信息和控制信息的傳輸。（4）數(shù)據(jù)總線緩沖器這是一個雙向三態(tài)的8位數(shù)據(jù)緩沖器，8255正是通過它與系統(tǒng)總線相連。輸入數(shù)據(jù)、輸出數(shù)據(jù)和命令都是通過該緩沖器傳遞的。3.3.3 8255 的工作方式（1）工作方式0 工作方式0是一種基本輸入/輸出工作方式。這種方式?jīng)]有固定的用于應(yīng)答的聯(lián)絡(luò)信號，也不使用中斷，這種工作方式對三個端口都有效，所具有的功能為：三個端口可由程序設(shè)置為輸入或

38、者輸出；輸出帶鎖存功能，輸入不帶鎖存功能；通過簡單的輸入/輸出指令對三個端口任意一個進行讀/寫操作。（2）工作方式1工作方式1是一種選通式輸入/輸出方式。這種工作方式必須帶有一些控制聯(lián)絡(luò)信號，用選通信號對數(shù)據(jù)進行選通，再進行輸入/輸出操作，這種工作方式對PA口和PB口有效，所具有的功能為：三個端口分成A組、B組兩組；每一組含有一個8位數(shù)據(jù)口和一個4位與之配套控制/狀態(tài)端口；輸入、輸出均帶有鎖存功能。這種工作方式常用作外設(shè)設(shè)備與CPU之間構(gòu)成一個中斷式暫態(tài)輸入/輸出接口。（3）工作方式2工作方式2是一種雙向傳送的方式，必須帶有一些控制聯(lián)絡(luò)信號，通過工作方式2可實現(xiàn)雙機并行通信，這種工作方式僅對P

39、A口有效，所具有的功能為：一個8位雙向數(shù)據(jù)輸入/輸出端口PA口和一個5位與之配套控制/狀態(tài)口；輸入輸出均帶鎖存功能。這種工作方式，常用作雙CPU之間構(gòu)成一種查詢或中斷式的雙機并行通信。3.3.4 8255與單片機接口技術(shù)8255與單片機（8051）連接接口圖如圖3-8所示：圖3-8 8255與80C51單片機的接口電路圖中8255的RESET、WR、RD分別與8051的RST、WR、RD引腳相連接數(shù)據(jù)口連8051的P0口。8255的片選信號CS連到8051的P2.7。端口地址選擇信號A1、A0由P0.1、P0.0經(jīng)74LS373鎖存后提供。根據(jù)線選法，該電路中8255的PA、PB、PC以及控制

40、口的地址分別是7FFCH、7FFDH、7FFEH、7FFFH。3.4 AD轉(zhuǎn)換芯片與MCS-51單片機接口電路設(shè)計ADC（Analog Digital Converter）的功能是將輸入模擬量轉(zhuǎn)換為與其成比例的數(shù)字量9。它是智能化測量控制儀表的一種重要組成器件。按其工作原理，有比較式ADC、積分式ADC以及電荷平衡式ADC等。（1） AD轉(zhuǎn)換的主要性能指標(biāo)a 分辨率分辨率通常用二進制的位數(shù)表示，它表示對滿量程的1/2n的增量作出反應(yīng)。b 量程量程即能轉(zhuǎn)換的電壓范圍。c 精度精度含有絕對精度和相對精度兩種表示方法。絕對精度就是指任何數(shù)碼所對應(yīng)的實際模擬電壓與其理想電壓值之差的最大值。相對精度就是

41、指任何數(shù)碼所對應(yīng)的實際模擬電壓與其理想電壓值之差的最大值占輸入模擬電壓的百分比。 d 轉(zhuǎn)換時間完成一次A/D轉(zhuǎn)換所需要的時間，又稱孔徑時間。e 輸出邏輯電平一般與TTL電平配合。f 輸出代碼一般輸出為二進制碼，也有BCD碼及段碼輸出方式。g 工作溫度范圍在一定的溫度范圍內(nèi)才能保持額定精度標(biāo)準(zhǔn)。h 對基準(zhǔn)電壓要求考慮是否外接精密基準(zhǔn)電源。在本系統(tǒng)中采用的是ADC0809芯片，ADC0809分辨率為8位，轉(zhuǎn)換時間為100微秒，誤差范圍為±1/2±1，模擬輸入范圍為0+5V，數(shù)字電平輸出為TTL電平，工作電壓為+5V。3.4.1 AD轉(zhuǎn)換芯片引腳ADC0809的引腳圖如圖3-9所

42、示。ADC0809模數(shù)轉(zhuǎn)換器的引腳功能：IN0IN7：8路模擬量輸入。A、B、C：3位地址輸入，2個地址輸入端的不同組合選擇八路模擬量輸入。ALE:地址鎖存啟動信號，在ALE的上升沿，將A、B、C上的通道地址鎖存到內(nèi)部的地址鎖存器，并經(jīng)地址譯碼得到地址輸出，可以選擇相應(yīng)的模擬輸入通道。D0D7：八位數(shù)據(jù)輸出線，A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果由這8根線傳送給單片機。OE：允許輸出信號。當(dāng)OE=1時，即為高電平，允許輸出鎖存器輸出數(shù)據(jù)。START：啟動信號輸入端，START為正脈沖，其上升沿清除ADC0808的內(nèi)部的各寄存器，其下降沿啟動A/D開始轉(zhuǎn)換。圖3-9 ADC0809引腳圖EOC：轉(zhuǎn)換完成信號。轉(zhuǎn)換開始

43、時變低，轉(zhuǎn)換結(jié)束時變高，變高時將轉(zhuǎn)換結(jié)果打入三態(tài)輸出鎖存器。如果將EOC和START相連，加上一個啟動脈沖則連續(xù)進行轉(zhuǎn)換。CLK：時鐘輸入信號，0809的時鐘頻率范圍在101200kHz，典型值為640kHz。VREF（+）：正基準(zhǔn)電壓輸入端。VREF（-）：負基準(zhǔn)電壓輸入端。通常將VREF（+）+5V，VREF（-）接地。VCC：電源電壓，可從+5V+15V。3.4.2 AD轉(zhuǎn)換芯片原理ADC0809是一種較為常用的8路模擬量輸入，8位數(shù)字量輸出的逐次比較式ADC芯片，圖3-10為ADC0809的原理結(jié)構(gòu)圖。芯片的主要部分是一個8位的逐次比較式A/D轉(zhuǎn)換器、8路模擬開關(guān)、一個地址鎖存與譯碼器

44、和一個三態(tài)輸出鎖存緩沖器組成。芯片能夠?qū)Χ嗦纺M信號進行分時采集和轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)送入三態(tài)輸出數(shù)據(jù)鎖存器。8位模擬開關(guān)地址鎖存與譯碼器8位A/D轉(zhuǎn)換器三態(tài)輸出鎖存緩沖器IN7IN0ALEADDAADDBADDCSTART EOC CLKDB7DB0VREF（+）VREF（-）圖3-10 ADC0809原理圖ADC0809的主要性能參數(shù)：（1） 分辨率為8位（2） 最大不可調(diào)誤差小于±LSB（3） 輸入電壓范圍0+5V，通過外接電阻可實現(xiàn)雙極性輸入（4） 具有鎖存控制的8路模擬開關(guān)（5） 單一的+5V電源（6） 輸出為二進制編碼與TTL電平兼容（7） 功耗為15mW（8） 轉(zhuǎn)換時間取

45、決于外部時鐘頻率、外部時鐘頻率范圍為101280KHz，當(dāng)頻率為500KHz時，轉(zhuǎn)換時間為128微秒。（9） 不必進行調(diào)零和調(diào)滿量程3.4.3 ADC0809與8051的接口技術(shù)ADC與8051的接口電路如圖3-11所示：圖中所示的為ADC0809與單片機8051的一種接口電路。采用線選法規(guī)定其端口地址，用單片機的P2.7作片選信號，P2.0、P2.1、P2.2連接ADDA、ADDB、ADDC作通道選擇信號，因此端口地址為70FFH。圖3-11 ADC0809與8051的接口電路片選信號WR信號一起經(jīng)“或非”門產(chǎn)生ADC0809的啟動信號START和地址鎖存信號ALE，片選信號與RD信號經(jīng)“或

46、非”門產(chǎn)生ADC0809輸出允許OE。OE=1時選通三態(tài)門使輸出鎖存器中的轉(zhuǎn)換結(jié)果送入數(shù)據(jù)總線。ADC0809的EOC信號經(jīng)反相后接到8051的INT0引腳用于產(chǎn)生轉(zhuǎn)換完成的中斷請求信號。3.5 8279可編程鍵盤/顯示芯片電路設(shè)計鍵盤輸入及顯示輸出是智能化測量控制儀表不可缺少的組成部分10。為了減輕CPU的負擔(dān)，少占用它的工作時間，目前已經(jīng)出現(xiàn)了專供鍵盤及顯示器接口用的的可編程接口芯片。Intel公司生產(chǎn)的8279可編程鍵盤/顯示接口芯片就是較為常用的一種。3.5.1 8279的工作原理和芯片引腳8279分為兩個部分：鍵盤部分和顯示部分。鍵盤部分：能夠提供64按鍵陣列（可擴展為128）的掃描

47、接口，也可以接傳感器陣列。鍵的按下可以是雙鍵鎖定或N鍵互鎖。鍵盤輸入經(jīng)過反彈電路自動消除前后沿按鍵抖動影響之后，被選通送入一個8字符的FIFO（先進先出棧）存儲器。如果送入的字符多于8個，則益處狀態(tài)置位。按鍵輸入后將中斷輸出線升高電平向CPE發(fā)出中斷申請。顯示部分：對7段LED或其他期間提供顯示接口。8279有個內(nèi)部的16×8顯示RAM，組成一對16×4存儲器，顯示RAM可由CPU寫入或讀出。顯示方式有從右進入的計算器方式和從左進入的電傳打字方式。顯示RAM每次讀/寫之后，其地址自動加一。芯片各顯示接口的管腳和管腳功能如圖3-12所示。圖3-12 8279引腳排列圖DB0D

48、B7：8位數(shù)據(jù)總線與系統(tǒng)數(shù)據(jù)總相連，用CPU和8279間的數(shù)據(jù)/命令傳送。CS：片選信號CS=0時，CPU讀寫有效，8279被選中。WR：WR=0 ，CPU控制信號有效,控制8279寫操作。A0：數(shù)據(jù)選擇輸入線，A=0，CPU讀出為數(shù)據(jù)；A=1，CPU寫入數(shù)據(jù)為命令字，讀出數(shù)據(jù)為狀態(tài)字。BD：消隱輸出線。BD=0有效。在切換顯示數(shù)據(jù)或使用消令時，該信號將顯示器熄滅。CLK：外部時鐘信號輸入線。8279通過內(nèi)部定時器將該信號變?yōu)閮?nèi)部時鐘。內(nèi)部時鐘頻率的高低直接決定顯示器的掃描時間，通常與編程設(shè)置為100 Hz，此時，每位顯示數(shù)碼管的選通時間為0.64ms，設(shè)定顯示字符8位和16位時，顯示掃描周期

49、分為5.1ms和10.2ms。OUTA0OUTA3：A組顯示數(shù)據(jù)輸出線。OUTB0OUTB3：B組顯示數(shù)據(jù)輸出線。兩組數(shù)據(jù)輸出線可獨立使用,也可合并使用。合并使用時OUTA3為最高位，OUTB0為最低位。SL0SL3：掃描輸出線。有2種工作方式，即譯碼(4選10)和編碼(16選1)輸出。方式選擇可通過編程設(shè)定。RL0RL7 (回復(fù)線)：輸入線。它們是鍵盤矩陣或傳感器矩陣的列或行信號輸入線。3.5.2 8279與8051單片機的接口電路8279與8051單片機接口電路原理如圖3-13所示。圖3-13 8279與8031單片機接口電路原理圖中所示是8031/8051單片機應(yīng)用系統(tǒng)的鍵盤顯示驅(qū)動電路

50、. 8279的A、B口顯示數(shù)據(jù)輸出線分別與2個7447譯碼/驅(qū)動器的輸入端相連。SL0SL3掃描輸出線接在38線譯碼74LS138的輸入端，輸出經(jīng)8位驅(qū)動電路后，每位同時驅(qū)動2位七段數(shù)碼管。因此該電路可同時驅(qū)動16路七段十進制數(shù)碼管。圖中74LS47的消隱輸入BI端與8279的BD端連，當(dāng)8279的顯示數(shù)據(jù)切換時，BD端輸出低電平，使74LS47的輸出均為低電平，將顯示熄滅。由于74LS47的輸出驅(qū)動電流可達20mA，能直驅(qū)動七段數(shù)碼管。位驅(qū)動的實用電路很多，通常采用集成元件組成。來自RL0RL7的8根回復(fù)線的回復(fù)信號，由回復(fù)緩沖器并鎖存。在鍵盤工作方式中，回復(fù)線作為行列式鍵盤的行列輸入線。在

51、逐行列掃描時，回復(fù)線用來搜索每一行列中閉合的鍵。當(dāng)某一鍵閉合時，去抖電路被置位，延時等待10ms后，再檢驗該鍵是否繼續(xù)閉合，并將該鍵的地址、控制狀態(tài)一起形成鍵盤數(shù)據(jù)被送8279內(nèi)部FIFO(先進先出)存儲器，即是8279的IRQ端。鍵盤數(shù)據(jù)格式為：D7控制、D6移位、D5D3掃描、D2D0回復(fù)?？刂坪鸵莆?D7、D6)的狀態(tài)由兩個獨立的附加開關(guān)決定，而掃描(D5、D4、D3 )和回復(fù)(D2、D1、D0)是被按鍵置位的數(shù)據(jù)。3.5.3 LED顯示器的設(shè)計系統(tǒng)采用8位的LED顯示器，LED顯示器是由發(fā)光二極管顯示字段組成的顯示器件。我們用七段發(fā)光二極管來顯示一位，采用共陰極連接。共陰極LED顯示器

52、的發(fā)光二極管陰極接地，當(dāng)二極管陽極為高點平時，發(fā)光二極管點亮。管腳輸入不同的8位二進制來顯示不同的字符。把輸入的二進制碼叫做段選碼。共陰極的段選碼如表3-2所示。LED的顯示方式又分為靜態(tài)顯示方式和動態(tài)顯示方式兩種，由于N位態(tài)顯示要求有N*8根I/O口線，占用I/O口太多，我們采用動態(tài)顯示方式，按照給定的掃描頻率輪流選通每個數(shù)碼顯示位，掃描信號由8279提供。表3-2 七段LED的段選碼顯示的字符共陰極段選碼顯示的字符共陰極段選碼03FH56DH106H67DH25BH707H34FH87FH466H96FH3.6 PTCR阻值變化測試部分電路設(shè)計根據(jù)壽命特性測試儀的參數(shù)要求，測試儀的工位數(shù)為

53、十只，測試部分電路圖如所示。十路測試位按順序給待測PTCR加220V電壓，加電壓時間由單片機通過繼電器控制。加電壓后，單片機給繼電器信號斷開沖擊電壓網(wǎng)絡(luò)，將測試網(wǎng)絡(luò)連通，開始測試，測試數(shù)據(jù)傳給比較器模塊。如果變化范圍超過設(shè)定的基準(zhǔn)范圍，比較器將給信號給單片機，單片機發(fā)出報警信號。3.6.1 比較器模塊設(shè)計電壓比較器是對輸入信號進行鑒幅與比較的電路11，是組成非正弦波發(fā)生器發(fā)生電路的基本單元電路，在測量和控制中有著相當(dāng)廣泛的應(yīng)用。電壓比較器的輸出電壓U0與輸入電壓U1的函數(shù)關(guān)系一般用曲線來描敘，稱為電壓傳輸特性。輸入電壓是模擬信號，而輸出電壓只有兩種可能的狀態(tài)，不是高電壓UOH，就是低電平UOL

54、，用以表示比較的結(jié)果。使從UOH越變?yōu)閁OL，或者從UOL越變?yōu)閁OH的輸入電壓稱為閥值電壓，或轉(zhuǎn)折電壓。電壓比較器有三種：單限比較器、滯回比較器和窗口比較器。本設(shè)計中采用應(yīng)用比較廣泛的單限比較器。比較器模塊由二個比較器組成雙限比較器，其中一個比較器用作上限，一個比較器用作下限。比較器模塊原理電路如圖3-15所示。A1A2D1DIODED2DIODER1R2DZURHURLU1UOUO1UO2圖3-15 雙限比較器模塊原理電路外加參考電壓URHURL，電阻R1、R2和穩(wěn)壓管DZ構(gòu)成限幅電路。當(dāng)輸入電壓U1大于URH時，必然大于URL，所以集成運放A1的輸出UO1=+UOM，A2的輸出UO2=U

55、OM。使得二極管D1導(dǎo)通，D2截止，穩(wěn)壓管DZ工作在穩(wěn)定狀態(tài)，輸出電壓UO=+UZ。當(dāng)U1小于URL時，必然小于URH，所以A1的輸出UO1=UOM ,A2的輸出UO2=+ UOM。因此D2導(dǎo)通，D1截止，DZ工作在穩(wěn)壓狀態(tài)，UO為+UZ。當(dāng)URLU1URH時，D1和D2均截止，穩(wěn)壓管截止，UO=0。在此設(shè)計系統(tǒng)中，通過對I/O的編程，控制繼電器的動作來實現(xiàn)10個工位輪流測試待測PTC熱敏電阻在加高壓后的阻值變化。通過判斷阻值變化的情況來確定此PTC熱敏電阻是否符合要求，達到測試其壽命特性的目的。3.6.2 比較器基準(zhǔn)可調(diào)電壓電路電路原理圖如圖3-16所示。圖中D0為高精度的穩(wěn)壓二極管，穩(wěn)壓管

56、電阻R、R1的精度和穩(wěn)定性由輸出電壓U0的要求來決定，運算放大器應(yīng)選擇低失調(diào)電壓、低失調(diào)電流和低噪聲、低漂移的集成運算放大器。圖3-16 可調(diào)電壓電路原理圖由運算放大器的工作原理可知：從上式可以看出，只要參考電壓U1恒定值，是一定值，則輸出電壓U0是一穩(wěn)定值。改變的值就可得到不同的U0值，一般選定電阻R的值，改變R1，來調(diào)節(jié)輸出電壓。在測試系統(tǒng)中通過改變滑片電阻的大小來調(diào)節(jié)比較器的基準(zhǔn)電壓，從而使測試的參數(shù)范圍可調(diào)，達到設(shè)計目的。3.7 小結(jié)在此章節(jié)中詳細介紹了硬件的各部分的設(shè)計過程，對所選取的單片機進行了詳細論述，以及基于此單片機各種外圍電路的詳細設(shè)計，對于設(shè)計的思想作了細節(jié)的補充。課題的設(shè)計采用分模塊設(shè)計，便于在電路出現(xiàn)了問題時能第一時間的找出問題解決問題，也有利于系統(tǒng)的擴展。第四章PTCR壽命特性測試儀抗干擾設(shè)計隨著電子技術(shù)和計算機技術(shù)在電器產(chǎn)品的廣泛應(yīng)用，電子產(chǎn)品的抗干擾問題變得更為突出。目前，智能化控制系統(tǒng)在我國的各個領(lǐng)域己普遍應(yīng)用。在實驗室或干擾源較少的環(huán)境中應(yīng)用的這類控制系統(tǒng)其可靠性基本上能夠滿足要求，而應(yīng)用于工業(yè)環(huán)境中的這類控制系統(tǒng)則有些不盡人意。因為工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境往往比較惡劣，干擾比較多，有些干擾會嚴重破壞程序或器件性能改變或嚴重損壞器件，甚至可能會涉及到經(jīng)濟效益和操作人員的生命安全。而且現(xiàn)在