引言

在智能儀表設(shè)計中，經(jīng)常用到A/D轉(zhuǎn)換器,。在常用的A/D轉(zhuǎn)換中,，7135應(yīng)用最為廣泛,，它具有41/2位A/D轉(zhuǎn)換精度,，抗干擾能力強，價格低廉,，主要用于檢測參數(shù)的測量顯示,，在智能儀器儀表中，常利用其A/D轉(zhuǎn)換特性,，與單片機串行連接,，通過簡單的人機界面實現(xiàn)對A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的智能控制。本文以PIC單片機與ICL7135的實際工程應(yīng)用為例,，介紹一款智能溫度控制儀表在溫度變送器中的應(yīng)用,。

1 PIC單片機

PIC系列8位CMOS單片機具有獨特的RISC結(jié)構(gòu),，數(shù)據(jù)總線和指令總線分離的哈佛總線（Harvard）結(jié)構(gòu)，使指令具有單字長的特性,，且允許指令碼的位數(shù)可多于8位的數(shù)據(jù)位數(shù),，這與傳統(tǒng)的采用CISC結(jié)構(gòu)的8位單片機相比，可以達到2:1的代碼壓縮,，速度提高4倍,。

PIC有優(yōu)越開發(fā)環(huán)境、徹底的保密性,、PIC以保密熔絲來保護代碼,，用戶在燒入代碼后熔斷熔絲，別人再也無法讀出,，除非恢復(fù)熔絲,、自帶看門狗定時器，可以用來提高程序運行的可靠性,。在本工程項目中選用了PIC中檔單片機PIC16F62x,，內(nèi)部含有2K flash、224字節(jié)SRAM,、128字節(jié)EEPROM、16個I/O口,、1個CCP捕獲通道,、2個比較器通道、2個8位1個16位定時器,、具有UART功能,。

2 7135 A/D轉(zhuǎn)換原理

7135采用高阻抗差分輸入方式，總失調(diào)電壓小于10μV,，其A/D轉(zhuǎn)換器采用雙積分式,，共分4個階段：自動調(diào)零，輸入信號積分,，標準信號反積分,，積分器歸零。其當個轉(zhuǎn)換過程如圖1所示,。

由圖1可以看出,，7135在對輸入信號進行積分時，其BUSY信號線由低向高跳變并一直保持高電平,，直到標準信號反積分結(jié)束時才跳變到低電平,。在此過程中，對輸入信號的積分一般保持10001個時鐘脈沖,，而在滿量程的情況下,，反相標準積分值為20001（當Vin="2Vref"時）,，對于不同的模擬量輸入，7135反向標準積分脈沖數(shù)不同,，BUSY信號的高電平寬度也不同,，且反向積分脈沖數(shù)正比于輸入信號幅度，與測量結(jié)果有一一對應(yīng)關(guān)系,。在轉(zhuǎn)換過程中,，7135提供一輸入信號極性判斷引腳POL，當輸入（Vin+-Vin-）為正值時,，POL信號為高電 平,，（Vin+-Vin-）為負值時，POL信號為低電平,。

3 7135與PIC單片機的串行連接

由7135的轉(zhuǎn)換原理可知,，可以通過脈沖計數(shù)的方式獲得測量的結(jié)果，且只需要3條控制線CLK,，BUSY,，POL。Microchip推出的PIC系列單片機具有驅(qū)動能力大,，抗干擾能力強,，價格適中等優(yōu)點。其推出的PIC16F6X系列,，有2~4K  FLASH內(nèi)存,，1個16位定時器，2個CCP比較/捕捉模塊,，多于22個I/O,，唯一的遺憾是沒有符合7135的采樣時鐘?？紤]到儀表需要通信及隔離模擬變送輸出,，采用16M晶振，利用16位定時器T1作為7135的同步計數(shù)脈沖,，BUSY接于CCP1引腳,，工作于捕捉方式，用于測量脈沖寬度,；而7135的CLK時鐘,，則利用CPU的晶振接于高速反相器，再經(jīng)分頻取出,?？紤]到采樣速度及對50Hz電源的抗干擾影響，以及溫度變量的慣性大的特點,，取CLK="250kHz",，采樣速度約為4次/min,。系統(tǒng)硬件聯(lián)接如圖2：

在實際應(yīng)用中，監(jiān)測的對象為玻璃熔爐的溫度,，采用熱電偶將信號采集到變送器,。作為溫度變送器還必須要考慮環(huán)境溫度的影響。其次,，還要考慮到器件的溫度漂移,，必須在后期得到的數(shù)據(jù)對這兩個干擾量進行處理才能得到真實的溫度值。因此在模擬量的輸入部分有三個量需要采集,，通過多路模擬開關(guān)隔離,，再將信號送給運算放大器后進行A/D轉(zhuǎn)換。在A/D轉(zhuǎn)換部分,，由于ICL7135本身沒有自帶的參考電壓,，因此設(shè)計中必須配以精確的參考電壓源。

實際應(yīng)用中采用的是TL431可調(diào)電壓基準,，應(yīng)用中達到了生產(chǎn)要求,，效果良好。在變送器的輸出部分則需加以隔離并且MAX485的輸出端接以上,，下拉電阻,。

4 A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果的計算處理

定時器T1的時鐘和7135的時鐘不是同一個輸入，T1的時鐘為系統(tǒng)時鐘的1:128分,，而7135的CLK為125KHz,，為CPU引腳輸出的方波脈沖。7135的BUSY腳接CPU具有電平中斷功能的引腳,，這樣當BUSY為高時便開始計入脈沖數(shù)，直到一次轉(zhuǎn)換完畢,。對熱電偶通道所測得的數(shù)據(jù)根據(jù)其電壓—溫度特性表進行處理后得到其溫度值,，對溫度飄移則視POLARITY的極性而定，若為正則將其用熱電偶溫度值減去,，否則則加,。環(huán)境溫度直接相加。溫度數(shù)據(jù)處理完畢等待上位機發(fā)送指令上傳即可,。

5 軟件設(shè)計

系統(tǒng)軟件的設(shè)計中含有以下幾個處理模塊：初始化及主程序模塊,，中斷處理模塊，數(shù)據(jù)處理及傳送控制輸出模塊,。其中中斷處理模塊包括通訊中斷,，捕捉中斷處理。數(shù)據(jù)處理及傳送控制輸出模塊則包括溫度對象的數(shù)據(jù)處理,，串行通訊的接收與發(fā)送控制,。以下簡要介紹主程序運行流程與7135電平中斷處理,。程序流程如下：

在A/D轉(zhuǎn)換過程中，因為BUSY腳上升沿時開始脈沖計數(shù),，下降沿是計數(shù)即完畢,，所得結(jié)果存放在CCP寄存器中，它是分CCPR1H與CCPR1L高,、低兩個字節(jié)共16位寄存器,。將CCPR1H左移4位加上CCPR1L再減去10001，即為A/D轉(zhuǎn)換脈沖的計數(shù)值,。將轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)按前述方法由軟件進行進一步處理,。對采樣數(shù)據(jù)的處理過程中，可取對每4次或8次采樣值進行脈沖濾波,，或可以結(jié)合其他濾波方法一起例如一階濾波方法對數(shù)據(jù)進行處理,，送顯，控制,，這樣能使測量更準確,，顯示更穩(wěn)定。為保證生產(chǎn)的持續(xù)穩(wěn)定進行提供有力保障,。

6 結(jié)束語

此溫度變送器的工作環(huán)境相當惡劣,，靜電干擾非常大，在調(diào)試過程中甚至出現(xiàn)了芯片被靜電激穿燒壞的現(xiàn)象,，在串行通信的前端加光耦隔離并對MAX485芯片A,、B分別上拉到電源和下拉到地起到了良好的保護作用，在長時間的使用期間此變送器無論是在穩(wěn)定性,、精度,、 實時性還是安全性上都表現(xiàn)良好，滿足了實際生產(chǎn)的需要,。

本文作者創(chuàng)新點是以PIC單片機與ICL7135的實際工程應(yīng)用為例,，詳細闡述PIC單片機與ICL7135將檢測到的溫度進行轉(zhuǎn)換處理后通過串行口傳送給上位機，應(yīng)用于高精度的溫度檢測儀表中,，介紹了一款智能溫度控制儀表在溫度變送器中的應(yīng)用,。對于實際生產(chǎn)有重要的借鑒意義。項目經(jīng)濟效大約50萬元,；數(shù)據(jù)來源主要是通過脈沖計數(shù)的方式獲得測量的結(jié)果,；研究方法：利用含有初始化及主程序模塊、中斷處理模塊,、數(shù)據(jù)處理及傳送控制輸出模塊的設(shè)計軟件來模擬實驗研究,，其中中斷處理模塊包括通訊中斷，捕捉中斷處理,。數(shù)據(jù)處理及傳送控制輸出模塊則包括溫度對象的數(shù)據(jù)處理,，串行通訊的接收與發(fā)送控制,。