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1、常州工学院毕业设计论文 摘 要本文介绍了原棉水分测定仪的工作原理及硬件电路设计。根据电阻式棉花水分测定仪原理，利用AT89C51.CC03新型单片机设计了一种棉花水分测定仪。此芯片片内采用闪烁存储（Flash memory）制造技术，无须外加EEPROM，并有内置ADC模数转换器；功耗低、可加密、低价格、支持两种可选的省电模式休眠模式和掉电模式。该仪器用半导体温度传感器实现了半自动测试、温度自动补偿，具有自动换档功能，语音报警功能，显示采用点阵式液晶片，能显示所测棉花回潮率及相关的提示汉字；棉花压紧机构的运动位置由霍尔传感器自动判断，测量结果的温度补偿由单片机的计算功能实现。具有测试快捷、数据
2、稳定准确、使用方便等特点。关键词：棉花回潮率；单片机；水分测定仪；自动温度补偿；液晶显示 ABSTRACTIntroducing the raw cotton humidity measures the work principle and the hardware telephone designs of the instrument. According to the resistance method cotton humidity test principle, made use of a machine of AT89C51CC03 to design a kind of cotto
3、n humidity measurement instrument The adoption scintillation storage( the Flash memory) manufacturing technique inside this chip slab, need not the in addition EEPROM, also inside place the ADC mold few transducer ; The consume low, can encrypt, the low price space, support two kinds of provinces of
4、 eligibility electricity mode-dormancy mode and drop to give or get an electric shock the mode . That instrument spread the feeling machine to carry out the semiautomatic test, the temperature auto with the temperature of semiconductor offset, have the au to shift gear the function, the speech repor
5、ts to the police the function, display adoption dot a type LCD slab, can display the cot ton measure to return to the tide rate and related Chinese characters of prompts ; The cotton compress tightly the sport location of the instrument to be spread the automatic judgment of the feeling machine by t
6、he pressure pickup , measuring the temperature compensation of result to be carry out by the computing function of a machine. Have the test fast, the data stabilization is accurate, usage convenience etc. characteristics.Keywords: cotton moisture content; microcomputer; the humidity measurement inst
7、rument; auto temperature compensation; The LCD manifestation目 录摘 要I目 录III第一章 绪 论11.1课题来源11.2课题研究的目的和意义21.3国内外现状21.4论文的主要内容4第二章 课题简介及设计要求52.1课题简介52.2设计要求62.2.1总体要求62.2.2性能指标72.3 本章小结7第三章 仪器硬件设计83.1总体方案设计83.1.1 方案设计83.1.2 单片机外围电路设计方案93.1.3 测温电路设计方案比较103.2各模块设计113.2.1电源设计113.2.2测水电路设计183.2.3 测温电路设计193.
8、2.4 显示电路设计213.2.5 语音电路设计223.2.6 单片机外围电路设计263.2.7 其它电路及设计273.2.8 硬件总图313.3 本章小结33第四章 硬件电路仿真344.1仿真平台简介344.2仿真结果分析364.3 本章小结42第五章 结论与展望435.1结论435.2展望43第六章 设计心得44参考文献45致 谢47附 录4853第一章 绪 论1.1 课题来源棉花在收购或买卖时需要根据国家的相关标准测试一些数据，回潮率是其中的一项重要的指标，是影响棉花的品级和棉花加工质量的一个关键参数，也是棉花加工质量监控系统中的一项重要控制参量，对于收购棉花的公司和使用棉花的企业来说都
9、具有重要意义。GB1103-1999棉花细绒棉国家标准将检验分成两部分，即品质检验和公量检验。品质检验内容包括品级、长度、马克隆值、异性纤维、断裂比强度、短纤维率、棉结的检验；公量检验内容包括含杂率、回潮率、籽棉公定衣分率和成包皮棉公量的检验。原棉实际回潮率是决定公量计算的关键因素之一，而棉花的品质一般在其生长、加工过程中就已决定，因此在实际工作中，人们往往比较注重回潮率对公量多少的影响，却很少去注意回潮率与品质检验的关系。 但事实上，棉花的回潮率对其品质检验同样有着不可忽视的影响。回潮率过高，则棉纤维弹性减小，光泽降低，而强力增大；回潮率过低，则棉纤维弹性增大，光泽上升，而强力下降，从而对棉
10、花的正确定级产生误导。在籽棉水分控制上，GBl103l999 棉花细绒棉规定棉花公定回潮率为8.5，棉花回潮率最高限度为l0.5。正常采摘的棉花水分含量一般在l3左右。近几年来少量棉农质量意识淡薄，采摘露水花，不晒交售。露水花的籽和纤维都会含有大量的水分，一般在l3%l4%左右。更有一些不法棉贩从棉农手里套购籽棉(占收购数量80%)进行掺水，性质十分恶劣。掺水籽棉水分在l4%以上，最高的可达20%30%。而收购加工企业敞开收购，收购水分标准为l4%，超一扣一仍照收不误，因此造成了部分地区90%以上为超水分籽棉的严重后果。超水分籽棉对棉花质量的危害在于棉花收购、加工、储存各个环节，对皮棉质量造成
11、相当大的影响。从籽棉收购环节看，收购的超水分籽棉成堆挤压后，由于微生物的作用，籽棉堆开始发热，温度越高，微生物运动速度越快，有时棉堆内部温度可达7080。棉纤维表皮层是由蜡质、脂肪、果胶、多缩戊糖等物质组成。这些物质在高温下开始溶解，溶解后的籽棉会出现高热，伴有黏液和发酵后的异常气味。这种棉纤维遇空气迅速氧化变黄，轧后皮棉最高不超过五级。当超水籽棉温度达到一定程度后，纤维开始炭化，甚至可引起自燃火灾。从加工环节看，籽棉如果超过l2%的水分，机械就不能正常运转，特别是轧花机。当籽棉形成棉卷后，由于籽棉水分过高，高速运转时容易板结而造成停车，不可能形成蓬松棉卷状态，轧后皮棉出现异常形状、无光泽、色
12、呆甚至暗灰。目前，部分轧花厂具备籽棉烘干条件，但烘干温度过高，同样对纤维有损伤，并会使衣分不正常，增加了短纤、棉结等杂质。一般来讲，相同等级的正常水分的籽棉和超水分籽棉加工后皮棉质量有一个级的差别。从储存环节看，由于超水分皮棉经过加压后包内密度很大，纤维变异快，贮存一段时间后会形成板结、棉纤维泛黄等质量变异，严重影响皮棉质量和使用价值。棉花水分测定的标准方法是烘干失重法。这种方法测量准确，重复性好，但需要天平、烘箱等实验设备，只宜用于实验室使用，不能满足棉花收购现场的使用要求。近年来，随着电子技术和计算机技术的迅猛发展，以电测法为代表的棉花水分快速检测技术迅速发展，新型棉花水分快速测定仪器不断
13、问世，但由于受棉花品种、品质的影响仍不够完善，使得我国棉花收购长期存在依靠收棉人员凭感官判定棉花水分含量的问题，无法从根本上保证国家的棉花收购质量。本课题根据当前市场上的棉花水分测试仪存在不足之处，运用单片机技术进行设计的。1.2 课题研究的目的和意义 随着技术的不断革新，新型电子产品不断的问世，市场上现有的棉花水分测定仪显得有些陈旧，不能满足棉检的要求。本课题研究的原棉水分测定仪是根据GB6102.2-85电测器法的有关规定,在保持传统电测器的压力、取样数量、极板面积和上、下层电压参数不变的条件下,采用新型单片机控制（有内置EEPROM及模数转换器）,选用CMOS集成电路,用液晶显示代替指针
14、式仪表,用半导体温度传感器代替热敏电阻,用快速推拉式机构（霍尔传感器自动判断压力到位）代替传统螺旋式压力器等,实现了快速测试、温度自动补偿、数码显示、语音提示换档和显示测试结果等功能。 棉花水分是指棉纤维中含有的水分子。棉花含水量的多少影响棉花的真实重量和棉纤维的物理、化学性能，对棉花生产、收购、初加工、运输储存及纺织使用等方面，都有密切的关系，因此,原棉水分测定是棉花检验的一个重要环节,但原棉水分受环境影响大,测试结果随机性强,因此,选择性能稳定、环境适应性强、测量准确、使用方便的测量仪器,对严格收购标准,确保棉检部门的权威性和公正性具有重要意义。1.3 国内外现状1991年，人们对电阻式水
15、分仪的测试方法开始进行考证，目的是为了提高这种测试仪的测试准确度。通过这项研究，又派生出了一种新型的电阻式水分测试仪，这种新型的水分测试仪的测量精度至少达到了烘箱式测水法的测量精度。它的测值准确，并且在分级室的条件下，它使用可靠。Anthony和Byler 先生于1994年对目前所用于扎花厂水分测试的测试系统进行了测试研究，人们寻求一种价格较为便宜的替代品（测试仪）-复阻抗式水分测试仪，这种型式的测试元件可用于水分自动控制系统。1995年一种电池供电便携式水分测试仪研究出厂并且经过了测试值校正和检验。这种仪器功耗比较低，主要用于自动化测试室或扎花厂，但是它没有配置显示装置，只能将测得的数据传输
16、到另一台计算机上去贮存和显示。2002年7月，诞生了基于电阻测量原理的新型棉花水分在线自动测量仪。2004年，研制出了MWS型原棉水分测定仪。目前，电阻式水分测试仪已经用于扎花厂、棉花收购、棉检部门多年。国内最常见的测试方法有两种:烘箱法和直流电阻法。利用烘箱法测定棉花回潮率的基本方法是通过电热丝加热,将烘箱内空气温度升高至一定值,使箱内的水分蒸发于热空气中。烘箱内热空气中水分含量不断增加,并通过排气装置将湿热空气排出箱外,为棉花内所含水分不断蒸发散失创造条件。由于棉花内水分不断蒸发散失,重量不断减少,当重量烘干不变时,即为棉花的干重。根据国际标准规定,烘箱应使用通风烘箱,供给预干燥空气(水分
17、含量小于0.01g/cm3),烘箱内的气流速率为4min内至少为箱内体积的1倍。国内的烘箱主要为Y802型和Y802A型两种,Y802型恒温烘箱是对流式通风箱,通风良好,缺点是箱内温度差异较大,在称重时有气流影响,但基本上满足通风的要求。Y802A 型恒温烘箱是半封闭式烘箱,烘箱内用一个风扇推动空气在箱内流动,箱内外通风不良,不能换气,试样中蒸发的水分大部分留在烘箱内,不能散发,所以箱内湿气的相对温度偏高,测得回潮率偏低。烘箱法测量棉纤维回潮率的实验步骤主要有以下几步:1、校正链条天平,调节接触湿度计的接触点在规定范围。开启烘箱电源总开关,供烘箱内加热。 2、取一个干净的称量瓶及一定棉花(约2
18、g),将棉花装入称量瓶中,在天平托盘上称量,并记下数据。称取时动作必须敏捷,以防止试样在空气中吸湿或放湿。 3、将装有棉花的称量瓶瓶盖打开,迅速放入烘箱中烘烤,烘箱温度大约为1052。4、半小时后,盖上称量瓶瓶盖并将其取出,立即放入干燥器中。 5、待冷却后,将其放在天平托盘上称量,并记下数据。6、将称量瓶连同棉花再次放入烘箱烘烤半小时后取出并冷却,再次在天平托盘上称量,并记下数据。若前后两次称得的干重之差与后一次干重之比小于0.05%,则后一次重量即为干燥重量。7、应用公式： (其中W 为纺织材料的回潮率,G为纺织材料的湿重,G0为纺织材料的干重),计算棉纤维的回潮率大小。烘箱法的优点是测试结
19、果稳定、准确、一般不受环境条件的影响。烘箱法的缺点是“耗能、费时” (功耗2.75kW，每次试验时间至少3小时)，故不能满足快速测试和纤维收购部门收购现场测试的需要。Y412系列原棉水分测试仪采用直流测试技术可实现对原棉回潮率的快速测试，是目前国内应用最为广泛的快速测湿仪。但是，Y412系列原棉水分测试仪采用直流测试技术且利用表头通过逐台仪器进行标定来确定回潮率显示刻度，存在如下几个缺陷: 1、由于每台仪器出厂前均需经过标定，当仪器使用一段时间后，必须经常利用烘箱法对仪器进行校正，否则其误差将不可预测。2、互换性差，Y412系列原棉水分测试仪只能用于棉花的含水率测试，不能用于其它纤维的含水率测
20、试。对于以上缺陷可利用单片机及其数据处理功能加以解决。 国家标准GB6102.285原棉回潮率试验方法电测器法对电测法所用的电测器的技术条件作了如下规定： 1、测量电压：3605V； 2、极板压力：755kg； 3、极板面积：235100； 4、表头刻度：分度为0.1%，用棉花电阻校验箱校验时，表头指针偏差不大于0.05%； 5、棉花电阻校验箱：1M以上，阻值误差不大于1%，1M以下，阻值误差不大于0.5%； 6、压力校验器：755kg；经大量的试验和应用经验表明，下层测水电压为：451.125V。1.4 论文的主要内容本论文研究的是棉花水分测定仪。此仪器主要包括硬件和软件的研究，其中我承担仪
21、器硬件部分的设计，另外一位同学作软件部分的设计。在论文的第一章中阐述了课题研究的来源、目的、意义以及国内外研究的现状。第二章阐述了课题的简介，总体设计要求及性能指标。第三章阐述了仪器的硬件设计：总体方案的比较、各模块电路的设计及PCB板的生成。第四章阐述了仿真平台说明及局部电路的仿真。第五章阐述了设计结论与展望（总结全文）。最后第六章设计心得。第二章 课题简介及设计要求2.1 课题简介本课题主要研究一种新型的采用电测法来快速测量棉花回潮率的仪器。近年来，随着电子技术和计算机技术的迅猛发展，以电测法为代表的棉花水分快速检测技术迅速发展，新型棉花水分快速测定仪器不断问世，因此，本次研究的棉花水分测
22、试仪就应该相对于市场上现有的测试仪，有更多的优点。该仪器采用电阻法测水原理,即不同含水率的棉花导电性能不同,含水率高的电阻小,含水率低的电阻大,且二者之间呈非线性的负相关系,即 (其中m为质量比电阻, M 为含水率,K为常数,n=11.4),故不能用所测电阻直接求出回潮率,而要以电阻转换的数字信号作为存储器的回潮率数据地址,查表求得对应的回潮率值。此外,棉花的密度、温度及外加电压对其电阻影响也很大,因此测量时要有温差补偿电路,并固定棉花的密度和外加电压,消除这些因素对测试结果的影响。回潮率为试样中吸着的水量占试样干燥重量的百分率。用下式表示： (1)式中： W- 回潮率； - 湿纤维重量（g）
23、； - 干纤维重量（g）。棉纤维的回潮率是指纤维在各种大气环境下自然吸收水分的能力,根据使用目的的不同还可分为标准大气条件回潮率和公定回潮率。棉纤维在标准大气条件下(温度为202,相对湿度为65%2%)的回潮率,称为标准大气条件回潮率。国家为了贸易和成本核算等需要,由国家对各种纤维规定的回潮率,称为公定回潮率。棉花水分快速测定的影响因数有：1、棉花的纤维长度 ；2、棉花的纤维细度； 3、棉花的纤维卷曲；4、棉花的纤维成熟度；5、棉花的温度；6、其他因数（棉花的含油率、含糖量、紧实度、陈化及棉花中的不孕种子、棉子、破子等杂质）。温度补偿规律。棉纤维中所含的水分是电的导体，水的温度越高，导电性越强
24、。对于上、下层而言，在温度0+41的范围内，同一水分含量的棉纤维，温度相差1时，其回潮率差异为0.1%。若以26为基准温度，被测棉纤维的温度按每升高1减少回潮率0.1%，每降低1增加回潮率0.1%，以此类推进行补偿。补偿规律公式如下： (2)式中： W 为温度补偿后的回潮率； W- 为未进行温差补偿的回潮率； K 为温度补偿系数，上、下层为0.1； T 温度值。表2-1 基准温度下相应回潮率的棉花电阻值上 层下 层回潮率（%）对应电阻值（M）回潮率（%）对应电阻值（M）730.85130.15087.30140.07193.150150.040101.62110.710120.28在本次研究的
25、仪器中，主要涉及温度、湿度传感器、电子技术、计算机技术、信息处理以及有关棉花专业知识。在仪器中引入新型单片机，利用其超强的信息处理能力，可大大改善仪器的功能和性能，可以使仪器做到体积小、结构简单、功耗低。利用单片机的软件来设置测量基准，是避免棉花品种、品质影响的最有效方法。利用霍尔器件的磁敏特性，通过感应弹簧压紧到位后发出信号让单片机发出开始测量信号，实现了对压紧到位的自动判断。为提高传感器取样的准确性，研制避免人为因数影响和不均匀因数影响的棉花水分取样传感器。加强仪器的数据处理能力，利用单片机软件设计来实现采用各种去误差的方法提高水分快速测定的准确性与重复性。2.2 设计要求2.2.1 总体
26、要求要求所设计的棉花水分测定仪体积小、性价比好、测试快捷、数据稳定准确、使用方便等特点。具有自动换档功能、语音报警功能，水分仪显示采用点阵式液晶片，显示所测棉花回潮率及相关的提示汉字。仪器的测量误差要小于国家标准。2.2.2 性能指标测量水分范围：7.015%u 环境温度：041测量精度:0.5% 显示时间：3秒u 显示：液晶显示 温度补偿：041u 电 压：360V和45V 压力器整定压力：75kg水分仪具有自动换档功能，语音报警功能，能显示所测棉花回潮率及相关的提示汉字。（其中测量水分范围中，上层为7%12%，下层为13%15%）2.3 本章小结本章首先介绍了电阻法测水原理，以及棉花回潮率
27、的概念，并给出了回潮率的定义公式；然后对棉花水分测定相关影响因数作了说明，其中详细说明了温度的影响，并给温度补偿规律公式。最后，文章给出了本次毕业设计的总体要求和性能指标。第三章 仪器硬件设计3.1 总体方案设计3.1.1 方案设计原棉水分测定是棉花检验的一个重要环节,但原棉水分受环境影响大,测试结果随机性强,因此,选择性能稳定、环境适应性强、测量准确、使用方便的测量仪器,对严格收购标准,确保棉检部门的权威性和公正性具有重要意义。此原棉水分测定仪是根据GB6102.2-85电测器法的有关规定,在保持传统电测器的压力、取样数量、极板面积和各层电压参数不变的条件下,采用单片机控制,选用CMOS集成
28、电路,用数字显示代替指针式仪表,用半导体温度传感器代替热敏电阻,用快速推拉式机构代替传统螺旋式压力器等,实现了快速测试、温度自动补偿、数码显示、语音提示换档和显示测试结果等功能。测试过程：将50g的被测棉花放入由2个极板组成的水分传感器中,推动压力器,带动活动极板移动压缩被测棉花,当极板到指示位置(即压力为75kg)时,通过霍尔传感器电源开关自动接通,9V干电池经直流电压变换器生成上、下层测试电压；水分传感器将棉花水分转换成取样电阻RQY的电压信号,经测水电路放大后输出，再经A/D转换后送入单片机寄存；温度传感器将温差信号转换成电信号,经测温电路放大,A/D转换后送入单片机寄存,单片机将2个信
29、号运算处理后，送LCD液晶显示器上显示出来。如果超出测量范围，单片机还会发出信号，使语音芯片发出语音报警。系统CPU选择ATMEL公司的C51系列单片机AT89C51。CC03,此芯片片内采用闪烁存储（Flash memory）制造技术，无须外加片外存储器，并有内置ADC模数转换器；并且具有功耗低、可加密、低价格、支持两种可选的省电模式休眠模式和掉电模式。因此，是一款性价比较高的CPU芯片。硬件电路按照模块化设计方法设计,其中包括脉冲电源倍压电路、单片机硬件电路、上下层测水电路、温度补偿电路、语音电路、显示电路及欠电压检测电路等。总体硬件框图如图3-1：图3-1 总体硬件框图3.1.2 单片机
30、外围电路设计方案在现有的棉花水分测定仪中，单片机外围电路设计大同小异。单片机基本采用8051或AT89C55。虽然这些单片机功耗低，有些芯片片内采用闪烁存储（Flash memory）制造技术，并且具有功耗低、可加密、低价格、支持两种可选的省电模式休眠模式和掉电模式。但是在使用这些单片机设计电路的时候都需要外接一块EEPROM芯片，以存取测量数据用；而且在将棉花水分测量及温度测量的模拟数据转换为数字量的时候，需要在单片机外面接一块模数转换芯片，这样就大大增加了PCB板的印刷面积，而且元件的数量也相应增加了，给芯片之间的连接带来了麻烦。现有仪器中的单片机部分，如图3-2：图3-2 单片机内无EE
31、PROM及ADC 在本次设计中单片机选用ATMEL公司的AT89C51.CC03，芯片具有普通单片机的存储器，有256个字节的随机存取数据存储器（RAM）,有2048个字节的ERAM, 64K的Flash程序存储器，2K Flash启动载入程序（Boot loader）存储器，2K字节的EEPROM；并且具有内置的10位(也可8位)的模数转换器，P1口为模数输入口。拥有三个16位定时计数器，全双工UART 兼容80C51。AT89C51.CC03主要是给予对电磁式放射量的减少。选用此芯片后可使硬件设计的工作量减少，而且芯片的性能更稳定。（具体设计见3.2.6）ADC的分辨率是指使ADC输出数字
32、量最低位变化1所对应的模拟量输入电压变化值，在此单片机中的ADC的分辨率为5V/210=4.98mV/s,符合转换的使用要求。3.1.3 测温电路设计方案比较在本设计中温度自动补偿电路有两种设计方案：温度传感器采用热敏电阻，利用电桥平衡原理进行温度的采样，然后放大送到ADC转换器。温度传感器采用半导体器件，利用半导体温感的电阻随温度变化而产生电阻的变化，使LM324的输出产生变化，通过二级LM324对信号的放大，然后送到ADC转换器，送入单片机进行处理。直流电桥电路如下图3-3：图3-3 直流电桥电路 四个电阻R1、R3和R4、R2两两串联（接点为A和B）接直流电源E。根据串联电路电阻分压关系
33、，得C、D两点的电压分别为： = （3） = （4）当=， = 时，则有 = （5）这就是通常所说的电桥平衡条件。也就是说当R1：R2 =R3：R4时，VC =VD，连接在C、D两点的电流表就没有读数。若R3采用热敏电阻，当温度上升时。R3的阻值并降低，于是R1：R2不等于R3：R4，电桥的平衡条件就被破坏，C、D两点间就有了电位差，电流表就有了读数，R3的阻值降低越大，C、D两点间的电位差就越大，电流表的读数就越大。适当选取桥臂电阻的阻值就可以使电表指针在零点和满度之间变动。 以上所讲的是电阻R3的阻值从大到小，电源极性如上图连接时的情况，C点的电位比D点的电位高，电流就从C点流向D点，电流
34、极性应C点接正，D点接负。如果电源极性反过来接，则电表指针倒转，就应该将电流表极性也反过来接，或者R3、R4位置对调。在温差测量电路中，参数设计应使电桥从不平衡到平衡。电桥一开始就工作在不平衡状态，通常取R1=R2，而R3总是小于R4，使电桥一开始就达到满度值，逐渐增大R3的阻值，可使电表指针从满度逐渐下降，当R3增大到等于R4时，指针降到零位线，此时C点电位等于D点电位，电流表中没有电流流动，电桥平衡。用Dt为HHPN结型半导体温度传感器,由于Dt是线性元件,当温度在041变化时,温度电路的输出也是线性的。当温度升高1时,其正向电压降低4mV,因此,根据管压降的变化量可以确定温度补偿值。（具
35、体设计见3.2.3）3.2 各模块设计3.2.1 电源设计一、+5V电压产生电路设计 该电路核心芯片采用三端固定式集成稳压器7805，它是固定输出电压式稳压器，片内具有过流保护和过热保护功能，外接两只电容就可以构成稳压电路。当输入电压Vi、输出电流Io或温度发生变化时，输出电压Vo可保持不变；另外，当输出短路，可使输出电流Io限制为一定值；若集成稳压器过热，则稳压器停止工作，以免稳压器遭到损坏。基本应用电路如图3-4：图3-4 7805的基本应用电路 图3-4中电路输入电压有波动时，为了使电路能稳定工作，在输入和输出部分分别接入电容C2、C3。C2为输入稳定电容，当稳压器输入阻抗降低时，防止发
36、生振荡，可采用0.11uF的陶瓷电容或钽电容。C3为输出稳压电容，对于降低输出纹波、输出噪音及负载电流变化的影响有好的效果，可采用0.11uF的陶瓷电容或钽电容。当集成稳压器上加电压ViVo，Vo3.5V 时，此端开路；V+ 3.5V时，应将此端接地。以改善电路的低压工作性能。OSC(7)：振荡器外接电容或时钟输出端。此端不接电容时，振荡频率为10kHz，若需降低内部振荡频率，应外接电容C。当C=100pF时，flkHz；C=1000pF时，f100Hz。振荡信号亦可由此端引出。V+ (8)：正电源端，范围为1.510.5V。将+5V电压变换为-5V电压的具体电路设计如图3-7：图3-7 76
37、60的引脚排列 图3-7中的C20、C25均采用10uF的钽电容，以提高电源转换效率。需要指出的是：当V+ +6.5V时，为避免芯片损坏，输出电路须串接一个二极管VD。该电路的最大负载电流为10mA。三、-12V电压产生电路（提供给T6963C） 本设计中采用DCDC变换器控制集成电路MC34063。该器件本身包含了DCDC变换器所需要的主要功能的单片控制电路。它由具有温度自动补偿功能的基准电压发生器、比较器、占空比可控的振荡器，R-S触发器和大电流输出开关电路等组成。该器件既可用于升压变换器也可用于降压变换器的控制，由它构成的DCDC变换器仅用少量的外部元器件。主要特征：输入电压范围：2.5
38、40V输出电压可调范围：1.2540V输出电流可达：1.5A工作频率：最高可达100kHzMC34063的封装形式为塑封双列8引线直插式，其引脚排列如图3-8：图3-8 MC34063引脚排列引脚说明：1、引脚为开关管集电极。2、引脚为开关管发射极。3、引脚为定时电容。4、引脚为接地端（GND）。5、引脚为比较器反相输入端。6、引脚为电源端（VCC）。7、引脚为IPK检测端。8、引脚为驱动管集电极。 该器件组成DCDC降压变换器电路时，比较器的反相输入端(脚5)通过外接分压电阻R30、R31监视输出电压Uo（参照设计电路），其中，输出电压： （6）由公式可知输出电压Uo，仅与R30、R31数值
39、有关，因1.25V为基准电压，恒定不变。若R30、R31阻值稳定，Uo亦稳定。在设计DCDC变换器时，首先应确定的参数如下(参照设计图3-9)：U (输入电压)：如果该电压不是一个稳定的值，那么，对于降压变换器，应该取Ui的最大值进行计算；对于升压变换器，应该取Ui的最小值进行计算。 (输出电压)：它的稳压值由和决定，其计算公式为： （7）(输出电流)：是DCDC变换器的输出电流。(振荡器频率)：它决定开关管的通断频率。(输出电压纹波峰-峰值)：该参数用于决定输出滤波电容的数值。具体的电路设计如图3-9（此电路为自行搭成的-12V电压产生电路）：图3-9 -12V电压产生电路四、上、下层测量用
40、电压电路设计1、稳压电路部分设计本设计采用LM317稳压电路进行设计。LM317为三端可调式集成稳压器，输出电压由2个外接电阻设定。其三个输出端为Vi、Vo、ADJ，工作时在Vo与ADJ之间常为恒定电压VREF，若调整ADJ的电压为VADJ，则输出电压，调整VADJ就可以得到任意输出电压Vo。在本电测器中，以LM317为核心组成的可调直流电源，与传统电测器中由分立元件搭成的串联负反馈式稳压电源相比，具有使用元件少，调整方便，性能可靠等优点。其具体设计如图3-10：图3-10 以LM317为核心的稳压电路图3-10中电阻R4=100、R8=240电位器W1为150。根据公式，当电位器W1调到零时
41、，输出电压取得最小值： （8）当电位器W1调到最大阻值150时，输出电压取得最大值： （9）则可调直流稳压电源的输出电压调节范围为4.256.1V，可以满足上、下层电压调整的需要。 2、脉冲直流电压变换器的设计此直流电压变换器由推挽振荡器，升压变压器，倍压整流滤波等三部分组成。 推挽振荡器它由三极管V1、V2和脉冲直流电压变压器的初级构成（如直流电压变换器图）。图中R15为V1、V2的偏置电阻，Wc1、Wc2是变压器的初级线圈，Wb1、Wb2是反馈线圈。电源接通后，由直流稳压电源供给的直流电压通过R15和反馈线圈Wc1、Wc2向V1、V2 注入电流而同时导通，但两管工作状态不可能完全对称。例如
42、，V1的导电能力比较强（即放大倍数较大），流过Wc1集电极电流较大，集电极电压向正方向增长。由于Wc1和Wb1之间的耦合作用使V1的基极电压向负方向发展，结果V1的基极电流进一步增强，集电极电位进一步趋正，这样强烈的正反馈过程，使电流增长很快，直到变压器达到饱和为止。这时V1也开始由放大状态进入了饱和导通状态，同时由于变压器初级线圈的自感作用，使V2的集电极向负方向增长，通过Wc2和Wb2的耦合作用，使V2基极电压向正方向变化，使V2注入的电流减小，导电更弱，结果使V2很快截止，相当于开关断开。 当铁芯里的磁通饱和后，磁通变化率等于零，变压器线圈上的感应电动势也随着消失，各线圈内的电流此时急剧
43、减小，因此而引起极性相反的感应电动势产生。同样在正反馈作用下，原先导通的管子电流迅速减小而截止，而原先截止的管子很快导通饱和，V1和V2周而复始的轮流导通和截止，使变压器的初级流过交变电流，由于两管子连接成了推挽电路，加强了正反馈作用，输出波形较好，变换速率高，损耗小。电容C1的作用是提供交流通路，使基极有足够的正反馈电流，有助于电路的翻转。 升压变压器脉冲变压器（如图3-11），变压器次级线圈设计成升压方式，当初级线圈中有交变电流流过时，通过此变压器，在次级线圈中便产生升高的电压。 图中Wb1、Wb2用漆包线双线并绕8圈；Wc1、Wc2为44圈。次级绕组Ws为1620圈，得上层交流电压180V，于203匝处抽头得下层交流电压22.5V。变压器的次级线圈的计算可根据下式： （10）式中： - 初级线圈的匝数； - 次级线圈的匝数； - 原边电压； - 负边电压； 脉冲变压器是直流电压变换器中最关键的一个元件，要求分布电容小，波形好，漏磁小，工作效率高。因此变压器的线圈绕制要合理，铁芯应具有较高的导磁系数。故选用磁感