桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第 7 页 共 45 页
图2-4 RC低通滤波电路
2.4 OP07放大电路
设计采用运算放大器OP07作为主芯片组建电压放大电路，放大经过RC低通滤波器电路后的电压信号。OP07芯片是一种低噪声，非斩波稳零的双极性运算放大器集成电路。由于OP07具有非常低的输入失调电压，所以OP07在很多应用场合都不需要额外的调零。OP07同时具有输入偏置电流低各和开环增益高的特点。这种低失调电压、高开环增益的特性使得OP07特别适用于高增益的测量设备和放大传感器输出的信号。
温度传感器TC1047在0℃到40℃的电压输出范围为0.5V到0.9V，每10mV变化一度，精度要求为0.5℃。而采用的是8位的A/D转换，最大能分辨20mV电压变化，放大器的放大倍数为5即可满中要求。设计要求能实时快速地采集温度的变化，对采集的速度有较高的要求，不能通过模拟开关来分时放大每一通道的电压信号，而是每个通道都有各自的放大电路，这样就可以大大提高温度采集的速度。单通道放大电路原理图如图2-5所示。
图2-5 单通道电压放大电路
桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第 8 页 共 45 页
如上图2-5所示为三运放组成的差分放大电路，其中U9和U10都是组成电压跟随器，用于增大输入阻抗减小输出阻抗。U10的管脚3输入温度传感器的输出电压，U11用于将电压进行差分放大。需要根据要求计算各电阻的参数值。
U10的输出电压为：
V3?(V1?R3)……………………………………（2-1）
R2?R3根据运算放大器虚短虚断的特性可得：
V2?V4V4?Vout………………………………（2-2） ?R1RV1其中:V3?V4,V1?Vin,V2?0………………………………………（2-3） 由公式（2-1）、（2-2）和（2-3）可计算出如下表达式：
Vout(R1?RV1)?R3……………………………（2-4） ?Vin(R2?R3)?R1其中表达式（2-4）中R1、R2、R3、RV1为电阻阻值，单位为?;Vin、Vout分别为输入输出电压，单位为V。设表达式（2-4）中的
Vout?G,G即为电压放大倍数，为了方便计Vin算，取R1?R2?1?，R3?5.1?,将G?5和所选择的电阻阻值代入（2-4）可得：
5?(1?RV1)?5.1
(1?5.1)?1解得：RV1?4.98?,电阻RV1用一个50?的滑动变阻器代替，便于放大倍数的调节。 2.5 A/D转换电路
设计采用两片分辨率为8位的A/D转换芯片ADC0832将已放大的模拟电压信号转换为单片机可以处理的数字信号。ADC00832为8位分辨率的逐次逼近型双通道A/D转换芯片，其最高分辨可达256级，可以适应一般模拟量的转换要求。其内部电源输入与参考电压复用，使得芯片的模拟电压输入在0～5V之间。芯片的转换时间仅为32us，具有双数据输出可作为数据校验，以减小误差，转换速度快且性能稳定性强。独立的芯片使能输入，使多器件挂接和处理器控制变得更加方便。
设计要求采集4通道的模拟量，而单片ADC0832只有双通道，所以选择使用2片ADC0832。之所以选择两片ADC0832作为A/D转换电路，而不是选择集成有多通道的A/D转换芯片，如ADC0834或ADC0838，而这两个芯片在操作时更复杂，编写软件时会降低模拟
桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第 9 页 共 45 页
量采集的速度，若选用常用的转换芯片ADC0809,在频率为500KHZ时，转换速度才128us，速度也达不到。在设计时将两片芯片的引脚CLK、DI和DO分别对应并联在一起连接到单片片机的三个I/O口上，而两芯片的片选信号CS则连接到不同的I/O口上，可以通过片选端来选择要操作的A/D芯片。两片ADC0832组成的A/D转换电路原理图如图2-6所示。
图2-6 A/D转换电路
2.6 LCD1602显示电路
设计LCD1602主要用于显示采集到的4路温度值。LCD1602是常用的液晶显示屏，它显示的内容为16×2，即可以显示两行，每行16个字符，目前绝大多数字符液晶基于HD44780液晶芯片的，控制原理是完全相同的，因此基于HD44780写的控制程序可以很方便地应用于市面上大部分的字符型液晶。LCD1602工作电压为3.3V或5V，内含复位电路，提供各种控制命令如：清屏、字符闪烁、光标闪烁、显示移位等多种功能。有80字节显示数据存储器DDRAM，内建有192个5X7点阵的字型的字符发生器CGROM和8个可由用户自定义的5X7的字符发生器CGRAM。
图2-7 LCD1602显示电路
LCD1602主要由控制引脚和数据引脚2个部分组成。参考图2-7其中RS和RW两个引脚用于控制LCD1602的写操作类型，当RS和RW均为0时，即都为低电平时，则此次
桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第 10 页 共 45 页
单片机发送的8位数为对LCD1602的控制命令，通过命令类型的判断执行相应的LCD的配置。而当RS为1即高电平时，则发送的8位数为需要显示的内容，LCD对其进行显示。每次的写命令，需要将LE控制引脚置为高电平，使能此次写，平时状态则置为低电平。引脚1和2分别为LCD的电源和接地端，引脚15和16分别为LCD背光调节的正极和负极，分别接上电源和地。LCD的3引脚用于调整字符显示的对比度，此部分通过外加一个10K电位器，接电源和地之间来实现手动的调整，一般当对比度不够高时，字符不会显示，而增加太多时会出现重影，因此合适的对比度对于显示效果比较重要。 2.7 串口通信电路
设计采用MAX232芯片进行单片与PC之间的电平转换，实现单片机与PC机之间的通信。MAX232芯片是美信（MAXIM）公司专为RS-232标准串口设计的单电源电平转换芯片，使用+5V单电源供电。由于电脑串口RS232电平是-10V，+10V，而一般的单片机应用系统的信号电压是TTL电平0 V和+5V,MAAX232就是用来进行电平转换的,该器件包含2驱动器、2接收器和一个电压发生器电路提供TIA/EIA-232-F电平。该器件符合TIA/EIA-232-F标准，每一个接收器将TIA/EIA-232-F电平转换成5-V TTL/CMOS电平。每一个发送器将TTL/CMOS电平转换成TIA/EIA-232-F电平。
图2-8 串口通信电路
串口通信电路原理图设计如图2-8所示。此次设计的串口通信电路主要使用MAX232芯片来实现电平转换。其中T1IN和R1OUT分别接单片机的发送引脚TXD和接收引脚RXD，MAX232外接5个1uf电容为经典电路的接法，主要实现振荡式升压将单片机的电平变成符合计算机的电平类型。与计算机接口电路使用RS232 DB9接头，由于不需要奇偶校验等，因此只需接其中3根线，即发送、接收和地线。
桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第 11 页 共 45 页
2.8 电源稳压电路
设计要求运算放大器OP07需要在正负电源下工作，并且A/D的参考电压值也需要较
稳定。为了使电路正常并且稳定工作，选用L78××/ L79××稳压芯片设计稳压电源。L78××系列是三端正电源稳压芯片，它有一系列固定的固定的正电压输出，应用十分广泛。芯片内部有电流限制、过热保护以及安全工作区的保护，使它基本不会损坏。如果能够提供足够的散热片，就能够提供大于1.5A的输出电流。虽然芯片是按照固定输出电压来设计的，但是接入适当的外部器件后，就能获得各种不同的输出电压和输出电流。L79××系列是三端稳压芯片除了输出是负电压之外，其余特性与L78××系列是三端稳压芯片基本一致。
图2-9 稳压电源电路
电源电路原理图如图2-9所示。选用L7812和L7912稳压芯片分别得到稳定的正12V和负12V电压。而A/D转换芯片、温度传感器和单片机等都需要正5V的工作电压，选用L7805稳压芯片得到稳定的正5V电压输出。其中P5用于接220V交流转12V交流的变压器，对12V交流经过整流后输出直流正电压和直流负电压。将整流后的直流电压经过一个2200uF和一个0.33uF的电容后可以得到较稳定的直流电压。然后通过稳压芯片L7812和L7912就可以得到稳定的正负12V电压，把稳压管输出的正12V作为L7805的输入，L7805就可以输出稳定的正5V电压。