非晶材料电特性测量和温度控制系统的设计

摘要

非晶材料在晶化过程中表现出明显的电、磁等特性，而这些特性是表征晶化过程晶核组织结构的敏感性能指标，根据晶化过程的这个特性，如果能够方便、灵活地控制品化过程的温度，就可以在一定程度上控制非晶的组织特性。本文设计了一种测控系统，通过“在线”控制晶化的温度，实时测量晶化过程电阻率，获得晶化过程温度和电阻率之间的实验数据。 该系统由两部分组成，一部分是电阻率测量系统，另一部分是温度测量控制系统。 电阻率测量部分采用四探针法原理，设计了高稳定度的恒流源电路，高精度直流放大电路和快速A/D转换电路。恒流源电路利用深度负反馈技术得到稳定的电流输出。直流放大器采用高输入阻抗的仪表放大器，消除了接触电阻的影响，并通过单片机的控制实现变增益放大，提高了测量精度。 温度测量控制部分，采用K型热电偶和串行模数转换器MAX6675检测晶化箱的温度，MAX6675内部集成冷端补偿和校正功能，转换后的信号可直接换算成温度值。在温度控制中，应用史密斯—模糊自调整PID算法，计算产生PWM信号，作为双向可控硅的过零触发信号，控制电热丝的加热功率，实现对晶化箱温度的快速和精确的控制。 系统的主控芯片选择MSP430F449，并将μC/OS—Ⅱ操作系统植入MSP430CPU，通过应用层任务的设计，实现测量控制功能。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1课题意义

1.2课题研究现状

1.3课题研究内容

1.3.1设计方案

1.3.2论文主要内容和章节安排

第2章电阻率测量

2.1测量方案设计

2.2恒流源电路

2.3直流放大电路

2.3.1放大器的选择

2.3.2放大电路设计

2.4模数转换

2.4.1功能要求与器件选型

2.4.2模数转换电路与MAX144的应用

第3章温度的测量与控制

3.1温度的测量的要求与方案设计

3.1.1热电偶的应用

3.1.2 MAX6675在测温系统中的应用

3.2加热电路

3.3温度控制算法

3.3.1 PID控制

3.3.2模糊自调整PID控制

3.3.3史密斯预估控制

3.3.4史密斯-模糊自调整PID控制系统

第4章控制系统硬件设计

4.1 MSP430介绍

4.1.1 MSP430单片机的特点

4.1.2 MSP430系列与89C51系列的比较

4.1.3 MSP430单片机型号选择

4.2人机交互功能设计

4.2.1键盘输入系统

4.2.2液晶显示

4.3数据传输和通讯

4.3.1串口通讯协议RS-232-C标准

4.3.2上下位机通讯电路的设计

第5章系统软件设计

5.1 μC/OS-Ⅱ简介

5.1.1 μC/OS-Ⅱ的管理系统

5.1.2 μC/OS-Ⅱ的组成部分

5.2在MSP430F449上移植μC/OS-Ⅱ

5.2.1移植μC/OS-Ⅱ概要

5.2.2 OS_CPU.H文件的移植

5.2.3 OS_CPU_C.C文件的移植

5.2.4 OS_CPU_A.ASM文件的移植

5.3系统软件中的主要任务设计

5.3.1温度实时采集任务设计

5.3.2键盘输入任务设计

5.3.3温度控制任务设计

5.3.4电阻率测量任务设计

5.3.5出错报警任务设计

结论和展望

参考文献

致谢

附录 攻读学位期间所发表的学术论文目录