目錄第一章緒論 11.1題目來源及研究意義 11.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 11.3本文主要研究?jī)?nèi)容 3第二章系統(tǒng)方案選定 42.1供熱系統(tǒng)簡(jiǎn)介及改良 42.2系統(tǒng)方案確定 5控制系統(tǒng)原理 72.2.2控制電路結(jié)構(gòu)圖 72.2.3系統(tǒng)技術(shù)參數(shù) 8系統(tǒng)工作任務(wù) 82.2.5控制算法確實(shí)定 92.2.6補(bǔ)水控制方案確定 11第三章硬件電路設(shè)計(jì) 153.1硬件電路的根本組成 153.2前向通道設(shè)計(jì) 15溫度傳感器 153.2.2壓力傳感器 16流量傳感器 183.3單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 223.3.1CPU的介紹 22單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì) 253.3.38255A擴(kuò)展接口 28外部電路鍵盤與顯示智能控制芯片HD7279 303.3.5打印機(jī)PP40 333.3.6ISD1420語音芯片實(shí)現(xiàn)的報(bào)警電路 363.3.7電源以及通訊局部 383.4后向通道設(shè)計(jì) 413.4.1D/A轉(zhuǎn)換電路 413.4.2驅(qū)動(dòng)電路 43第四章軟件設(shè)計(jì) 464.1設(shè)計(jì)思想 464.2溫度控制算法 464.3程序設(shè)計(jì) 48總結(jié) 52致謝 53附錄1：?jiǎn)纹瑱C(jī)控制的智能供熱監(jiān)控系統(tǒng)原理圖 56附錄2：程序清單 圖2-4模糊控制器方框圖由于模糊控制不需要知道被控對(duì)象精確的數(shù)學(xué)模型，且其魯棒性能較強(qiáng)，所以得到廣泛應(yīng)用。3、Fuzzy-PID控制模糊控制和經(jīng)典PID進(jìn)行不同形式的結(jié)合構(gòu)成復(fù)合模糊PID控制器[12]。這種控制算法的特點(diǎn)是根據(jù)偏差的大小采用不同的控制算法。當(dāng)溫度偏差較大時(shí)采用Fuzzy控制，可以加快響應(yīng)速度，當(dāng)溫度偏差較小進(jìn)入穩(wěn)態(tài)過程后切換到PID控制，消除靜差，提高控制精度。供熱模糊PID控制器是在普通模糊控制的根底上，增加一個(gè)常規(guī)的PID控制器從而構(gòu)成了一個(gè)混合PID模糊控制器，同時(shí)增加了一個(gè)系統(tǒng)常規(guī)庫B，用于對(duì)常規(guī)PID控制器得參數(shù)進(jìn)行模糊調(diào)節(jié)。通過規(guī)那么庫B對(duì)PID控制器得積分參數(shù)在線調(diào)節(jié)，間接調(diào)整了系統(tǒng)控制規(guī)那么，并對(duì)由于模糊化使常規(guī)模糊控制器喪失的信息進(jìn)行了補(bǔ)償，因此可增強(qiáng)控制系統(tǒng)的魯棒性、自適應(yīng)能力、提高系統(tǒng)的控制精度，防止了普通PID模糊控制器在模糊控制與常規(guī)的PID控制器之間切換時(shí)產(chǎn)生的“毛刺〞，使系統(tǒng)性能得以提高和完善。因此，在現(xiàn)行的集中供熱中模糊PID控制器被廣泛應(yīng)用。對(duì)以上控制算法小結(jié)：PID控制結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，參數(shù)調(diào)整方便等優(yōu)點(diǎn)，而PID控制的性能取決于參數(shù)的整定情況，對(duì)那些對(duì)象模型復(fù)雜和難以確定精確模型的控制系統(tǒng)，具有很大的局限性，而且它的快速性和超調(diào)量之間的矛盾關(guān)系，使它不一定能滿足調(diào)節(jié)時(shí)間短、超調(diào)小的技術(shù)要求。模糊控制魯棒性好，無需知道被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型，且在快速性方面有著自己的優(yōu)勢(shì)，但模糊控制易受模糊規(guī)那么有限等級(jí)的限制而引起穩(wěn)態(tài)誤差。模糊PID控制可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)對(duì)PID參數(shù)的最正確調(diào)整，應(yīng)用在具有明顯的純滯后、非線性、參數(shù)時(shí)變類似于溫度這樣特點(diǎn)的控制對(duì)象可以獲得很好的控制性能。大量的理論研究和實(shí)踐也充分證明了用模糊自整定PID控制溫度是一個(gè)非常好的解決方法。它不僅能發(fā)揮模糊控制的魯棒性好、動(dòng)態(tài)響應(yīng)好、上升時(shí)間快和超調(diào)小的特點(diǎn)，又具有PID控制器的動(dòng)態(tài)跟蹤品質(zhì)和穩(wěn)態(tài)精度。因此在溫度控制器設(shè)計(jì)中，采用PID參數(shù)模糊自整定復(fù)合控制，實(shí)現(xiàn)PID參數(shù)的在線自調(diào)整功能，可以進(jìn)一步完善PID控制的自適應(yīng)性能，在實(shí)際應(yīng)用中也取得了較好的效果。因此，系統(tǒng)采用模糊PID控制算法。補(bǔ)水控制方案確定為了保證供熱系統(tǒng)正常運(yùn)行，需采取定壓補(bǔ)水控制。供熱系統(tǒng)定壓補(bǔ)水控制的原理圖，如圖2-5所示。當(dāng)供熱系統(tǒng)中膨脹水量小于漏失水量時(shí)，需對(duì)供熱系統(tǒng)進(jìn)行補(bǔ)水，否那么難以維持供熱系統(tǒng)的定壓點(diǎn)壓力，供熱系統(tǒng)無法正常工作，因此深入研究供熱系統(tǒng)定壓補(bǔ)水方法有助于提高供熱系統(tǒng)運(yùn)行的可靠度。供熱系統(tǒng)定壓補(bǔ)水的控制原理當(dāng)供熱系統(tǒng)漏水時(shí)系統(tǒng)壓力降低，定壓點(diǎn)的壓力傳感器將此信息〔電壓信號(hào)〕傳給比較器，壓力調(diào)節(jié)器根據(jù)比較器輸出的偏差信號(hào)啟動(dòng)執(zhí)行器〔補(bǔ)水泵〕向供熱系統(tǒng)補(bǔ)水，使定壓點(diǎn)的壓力升高，壓力偏差逐漸減小，當(dāng)壓力偏差為0〔即測(cè)量值等于給定值〕或很小時(shí)，補(bǔ)水泵停止運(yùn)行。壓力調(diào)節(jié)器為自力式壓力調(diào)節(jié)閥或電接點(diǎn)壓力表[13]。壓力壓力偏差壓力測(cè)量值壓力調(diào)節(jié)器控制信號(hào)壓力干擾量壓力給定值12345圖2-5供熱系統(tǒng)定壓補(bǔ)水控制原理圖1.比較器2.壓力調(diào)節(jié)器3.執(zhí)行器4.調(diào)節(jié)對(duì)象5.壓力傳感器1、補(bǔ)水定壓的原理及方式補(bǔ)水定壓的原理是利用循環(huán)泵入口處網(wǎng)路回水的壓力控制閥門開度,當(dāng)壓力過低時(shí),啟動(dòng)補(bǔ)水泵,閥11開大,增加進(jìn)入網(wǎng)路的補(bǔ)水量,使壓力上升到要求的壓力;當(dāng)壓力過高時(shí),閥11關(guān)小,減少進(jìn)入網(wǎng)路的補(bǔ)水量,使壓力下降到規(guī)定值。始終保持系統(tǒng)壓力在規(guī)定的范圍,保持補(bǔ)給水泵補(bǔ)給的水量與系統(tǒng)的泄漏水量相適應(yīng),從而維持系統(tǒng)動(dòng)水壓曲線的位置,到達(dá)整個(gè)網(wǎng)路穩(wěn)定運(yùn)行。熱水采暖系統(tǒng)定壓方式有:①高架水箱定壓;②補(bǔ)給水泵定壓;③惰性氣體(氮?dú)?定壓;④蒸氣定壓。其中氮?dú)舛▔?、蒸氣定壓因需消耗氮?dú)狻⒄魵?設(shè)備也較復(fù)雜,多用在供水溫度較高的供熱系統(tǒng)中,低溫?zé)崴膳２捎醚a(bǔ)給水泵定壓方式。如圖2-6所示。圖2-6補(bǔ)給水泵補(bǔ)水定壓工作原理示意圖1—除污器;2—網(wǎng)路循環(huán)水泵;3—換熱器;4—軟化水箱;5—補(bǔ)給水泵;6—分水器;7—集水器;8—止回閥;9—壓力表;10—熱用戶;11—補(bǔ)給水控制閥2、補(bǔ)給水泵補(bǔ)水定壓存在的問題[15]換熱站采用補(bǔ)給水泵補(bǔ)水定壓存在以下幾方面的問題:①系統(tǒng)調(diào)整頻繁。②突發(fā)性事故多。為防止事故的再次發(fā)生,除加強(qiáng)運(yùn)行人員的工作責(zé)任心外,對(duì)系統(tǒng)的補(bǔ)水定壓方式作一些改良是十分必要的。3、換熱站補(bǔ)水定壓的工作原理和改良方案[16]〔1〕工作原理當(dāng)系統(tǒng)初運(yùn)行時(shí),系統(tǒng)注水靠初運(yùn)行補(bǔ)水泵將軟化水補(bǔ)入系統(tǒng),直至系統(tǒng)充滿,并到達(dá)規(guī)定的壓力范圍內(nèi),然后啟動(dòng)循環(huán)泵正常運(yùn)行。系統(tǒng)正常運(yùn)行后,關(guān)閉初運(yùn)行補(bǔ)水泵,由壓力控制器(14)控制恒壓點(diǎn)的壓力值在規(guī)定的范圍之內(nèi)。假設(shè)恒壓點(diǎn)的壓力下降到規(guī)定壓力的下限時(shí),壓力控制器(14)接通,發(fā)出信號(hào),常閉電磁閥(4)翻開,噴射補(bǔ)水環(huán)路接通,這時(shí),循環(huán)水泵出口處的一小局部高壓水經(jīng)沖射水管(3)進(jìn)入水射擊器(1),產(chǎn)生噴射作用,經(jīng)引射水管(12)抽吸軟化水箱(11)內(nèi)的軟化水,在水射器內(nèi)混合后,通過逆止閥(8)經(jīng)補(bǔ)水管(7)補(bǔ)入系統(tǒng);當(dāng)恒壓點(diǎn)壓力到達(dá)規(guī)定壓力上限時(shí),壓力控制器(14)斷開,電磁閥(4)關(guān)閉,切斷噴射補(bǔ)水環(huán)路,停止補(bǔ)水。壓力控制器與循環(huán)水泵電氣連鎖,即只有啟動(dòng)循環(huán)水泵,壓力控制器才通電,處于工作狀態(tài)。如果電磁閥(4)失靈,可關(guān)閉截止閥(5)根據(jù)回水管上的壓力顯示,手動(dòng)控制旁通閥(6)進(jìn)行補(bǔ)水?！?〕改良方案通過參考有關(guān)資料和分析思考,對(duì)換熱站提出了由原來的補(bǔ)水泵補(bǔ)水定壓改為水噴射器自動(dòng)補(bǔ)水定壓[17]。主要由水噴射器、電磁閥、逆止閥及壓力控制器組成。由補(bǔ)給水泵補(bǔ)水定壓改良為水噴射泵自動(dòng)補(bǔ)水定壓,除能消除補(bǔ)水泵定壓存在的缺乏,還具有如下優(yōu)點(diǎn):①能防止因啟動(dòng)頻繁而引起的系統(tǒng)運(yùn)行不穩(wěn)定。②自動(dòng)調(diào)節(jié)，減少了突發(fā)性事故。③結(jié)構(gòu)方面，更簡(jiǎn)單、緊湊、制作安裝容易,占地面積小,節(jié)省基建投資。④維護(hù)方面，維修量少,無運(yùn)轉(zhuǎn)部件,不需備用設(shè)備及備品備件。圖2-7采用水噴射器自動(dòng)補(bǔ)水定壓方式的熱水供暖示意圖1—水射器;2—循環(huán)水泵;3—沖射水管;4—電磁閥;5—截止閥;6—旁通截止閥;7—補(bǔ)水管;8—逆止閥;9—平安閥;10—初運(yùn)行補(bǔ)水泵;11—軟化水箱;12—引射水管;13—初運(yùn)行吸水管;14—壓力控制器;15—補(bǔ)水控制截止閥;16—換熱器;17—分水器;18—除污器;19—集水器;20—供熱用戶

第三章硬件電路設(shè)計(jì)3.1硬件電路的根本組成本系統(tǒng)的關(guān)鍵是單片機(jī)對(duì)供熱蒸汽管道、供水管道、回水管道的溫度、壓力、流量、熱流量等參數(shù)的測(cè)量與控制，并將測(cè)量數(shù)據(jù)通過光電隔離20mA通訊電流環(huán)傳送給工控機(jī)；熱水流量?jī)x負(fù)責(zé)對(duì)主要管道末端供水、回水的溫度、壓力、流量及熱量進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并將數(shù)據(jù)傳送給單片機(jī)，因此需要控制器、數(shù)據(jù)采集與處理電路，數(shù)據(jù)傳輸和通訊電路，報(bào)警電路，硬件接口電路，包括溫度傳感器、流量傳感器、壓力傳感器、A/D轉(zhuǎn)換器、D/A轉(zhuǎn)換器、主機(jī)、顯示器和鍵盤、執(zhí)行器、電源等。以下是對(duì)局部組成器件的作用簡(jiǎn)要說明。①傳感器和執(zhí)行器傳感器將供熱系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)和故障信息轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，包括溫度、流量、壓力、系統(tǒng)最不利點(diǎn)壓力值等。執(zhí)行器直接操作熱力站系統(tǒng)中各種泵、閥、電機(jī)等。②信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊將傳感器信號(hào)調(diào)理為標(biāo)準(zhǔn)的模擬量和數(shù)字量輸入送給微機(jī)并將微機(jī)輸出信號(hào)進(jìn)行功率放大后驅(qū)動(dòng)執(zhí)行器。③主機(jī)主機(jī)實(shí)時(shí)測(cè)量出供熱系統(tǒng)各運(yùn)行參數(shù)并且控制執(zhí)行器做出正確動(dòng)作，要求抗干擾能力強(qiáng)，能夠長(zhǎng)期不間斷地穩(wěn)定運(yùn)行。④通訊由于各熱力站遍布于整個(gè)供暖區(qū)域，必須考慮與管理調(diào)控中心通訊功能，遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)通信比較可行的方法有Internet或者使用Modem通過線直接進(jìn)行串行通信。從實(shí)時(shí)性和平安性考慮，選用后者?？偟膩碚f，系統(tǒng)主要分為前向通道、單片機(jī)系統(tǒng)和后向通道。3.2前向通道設(shè)計(jì) 溫度傳感器供熱控制系統(tǒng)中需要檢測(cè)室外溫度、一次熱網(wǎng)供回水溫度、二次熱網(wǎng)的供回水溫度。所以測(cè)溫元件采用性能穩(wěn)定、壽命長(zhǎng)、互換性好的標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度傳感器。因此本設(shè)計(jì)采用了溫度傳感器Pt100。1、溫度傳感器Pt100的工作原理金屬鉑具有電阻溫度系數(shù)大，感應(yīng)靈敏；電阻率高，元件尺寸小；電阻值隨溫度變化而變化根本呈線性關(guān)系；在測(cè)溫范圍內(nèi)，物理、化學(xué)性能穩(wěn)定，長(zhǎng)期復(fù)現(xiàn)性好，測(cè)量精度高，是目前公認(rèn)制造熱電阻的最好材料。但鉑在高溫下，易受復(fù)原性介質(zhì)的污染，使鉑絲變脆并改變電阻與溫度之間的線性關(guān)系，因此使用時(shí)應(yīng)裝在保護(hù)套管中。

利用鉑的此種物理特性制成的傳感器稱為鉑電阻溫度傳感器，通常使用的鉑電阻溫度傳感器有Pt100，電阻溫度系數(shù)為0.0039／℃，0℃時(shí)電阻值為100Ω，電阻變化率為0.3851Ω／℃。鉑電阻溫度傳感器精度高，穩(wěn)定性好，應(yīng)用溫度范圍廣，是中低溫區(qū)〔-200℃～650℃〕最常用的一種溫度檢測(cè)器，不僅廣泛應(yīng)用于工業(yè)測(cè)溫，而且被制成各種標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)。在IEC75國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，溫度系數(shù)，、為統(tǒng)一設(shè)計(jì)型鉑電阻。Pt100傳感器是利用鉑阻的阻值隨溫度變化而變化,并呈定函數(shù)關(guān)系的特性來測(cè)溫的。其溫度/阻值對(duì)應(yīng)關(guān)系為:〔1〕-200℃＜t＜0℃時(shí),=100[〔2〕0℃≤t≤850℃2、Pt100的主要技術(shù)參數(shù)測(cè)溫范圍:-200℃～+850允許偏差值℃:A級(jí)+/-(0.15+0.002|t|),B級(jí)+/-(0.30+0.005|t|);熱響應(yīng)時(shí)間＜30s;最小置入深度≥200mm;允通電流≤5mA;壓力傳感器在集中供熱系統(tǒng)中，回風(fēng)管道內(nèi)必須按照要求安裝過濾網(wǎng)，以濾除供熱現(xiàn)場(chǎng)帶走的灰塵。通過對(duì)過濾網(wǎng)兩端的壓差的測(cè)量，可及時(shí)了解過濾網(wǎng)的通風(fēng)狀況，以解決是否進(jìn)行清潔。在本次設(shè)計(jì)中選用的是歐德1151系列電容式差壓變送器，該傳感器是北京歐德儀表科技生產(chǎn)的，1151系列電容式差壓變送是以微處理器為核心的壓力傳感儀表，是基于傳統(tǒng)1151的δ元件的兩線制智能變送器。1151系列壓力/差壓變送器，可配31/2位數(shù)字LCD液晶顯示器作現(xiàn)場(chǎng)輸出指示，也可配指針式電流表0～100%作現(xiàn)場(chǎng)輸出指示?！?〕、性能特點(diǎn)〔1〕就地按鍵調(diào)整零點(diǎn)和量程；〔2〕量程比15:1或10:1；〔3〕阻尼可調(diào)；

〔4〕輸出電流開平方功能；〔5〕具有自診斷及故障輸出報(bào)警功能；

〔6〕帶有EEPROM非易失性存儲(chǔ)器不怕斷電喪失數(shù)據(jù)。

(2)、技術(shù)指標(biāo)

測(cè)量介質(zhì)：液體、氣體和蒸氣

測(cè)量范圍：詳見型號(hào)表

供電電源：12～45VDC，帶LCD數(shù)字顯示器為15-45VC，一般為24VDC

輸出信號(hào)：4～20mA

負(fù)載特性：載電阻RL≤50(Vs－12)Ω，其中Vs為供電電源電壓

指示表：電流表線性指示0～100%和平方根指示0～10，或31/2

位LCD液晶顯示百分?jǐn)?shù)或測(cè)量值

防爆：a.隔爆型：dⅡBT5

b.本質(zhì)平安型：iaⅡCT6量程和零位：外部連續(xù)可調(diào)正負(fù)遷移：差壓變送器：最大正遷移量為500%；最大負(fù)遷移量為600%壓力變送器：最大正遷移量為500%；最大負(fù)遷移量不大于大氣壓絕對(duì)壓力變送器：最大正遷移量為500%；無負(fù)遷移環(huán)境溫度范圍：一般變送器：－25℃～75℃帶現(xiàn)場(chǎng)顯示器：－15℃～70℃過載壓力：不超過規(guī)定壓力的1.15倍濕度：相對(duì)濕度為0～100%容積變化量：＜0.16cm3阻尼(階躍響應(yīng)):在0.2s到1.67s之間可調(diào)啟動(dòng)時(shí)間：2s，不需要預(yù)熱精度：±0.2%，±0.25%，±0.5%，具體見型號(hào)規(guī)格表穩(wěn)定性：六個(gè)月內(nèi)不超過變送器精度溫度影響：在最大量程時(shí)，每10℃變化量靜壓影響：在最大量程時(shí)的影響振動(dòng)影響：在任意軸向上，振動(dòng)頻率為200時(shí)，誤差為測(cè)量范圍上限的±0.05%/g，量程代號(hào)2為±0.25%/g電源影響：小于輸出量程的±0.005%/V負(fù)載影響：供電恒定時(shí)負(fù)載變化沒有影響安裝位置影響：最大可產(chǎn)生0.24kPa的零點(diǎn)誤差，通過調(diào)零消除，對(duì)量程沒有影響排氣/排液閥、法蘭和接頭：見訂購指南灌充液:硅油或惰性油螺栓:碳鋼鍍鉻殼體材料:低銅鋁合金引壓連接件：在壓力容室上的和外界連接用的螺栓孔為1/4NPT，中心距54；接頭1/2NPT或M20×1.5陽螺紋球錐面密封，帶接頭時(shí)中心距50.8、54、57.2mm(NPT錐管螺紋符合GB/T1271691)電氣接口：M20×1.5重量：約5kg〔不帶附件〕3.2.3流量傳感器在供熱系統(tǒng)中，必須對(duì)每臺(tái)熱風(fēng)機(jī)組的循環(huán)水流量進(jìn)行計(jì)算。本設(shè)計(jì)采用天津產(chǎn)LWGY-80式渦輪流量計(jì)[18]，傳感器用插入桿將一個(gè)較小的切向式渦輪頭插到大口徑管道的預(yù)定深度處，流體流動(dòng)時(shí)推動(dòng)渦輪頭的切向式葉輪旋轉(zhuǎn)，使磁阻式傳感元件發(fā)出電脈沖流量信號(hào)，流量信號(hào)輸入工控機(jī)。這種傳感器精度高，穩(wěn)定可靠，維護(hù)工作量小。該傳感器是深圳市波特傳感儀器儀表生產(chǎn)的。

〔1〕、LWGY-80DE特點(diǎn)：⑴壓力損失小，葉輪具有防腐功能；

⑵具有較高的抗電磁干擾和抗震動(dòng)能力，性能可靠工作壽命長(zhǎng)；

⑶采用先進(jìn)的超低功耗單片微機(jī)技術(shù)，整機(jī)功能強(qiáng)，功耗低，性能優(yōu)越，具有非線性精度補(bǔ)償功能的智能顯示器。修正公式精度優(yōu)于±0.02%；

⑷儀表系數(shù)可由按鍵在線設(shè)置，并可顯示在LCD屏上，LCD屏直觀清晰，可靠性高；⑸用EEPROM對(duì)累積流量、儀表系數(shù)進(jìn)行掉電保護(hù)。保護(hù)時(shí)間大于10年。

LWGY渦輪流量傳感器與顯示儀表配套組成渦輪流量計(jì)。傳感器具有精度高，重復(fù)性好，壽命長(zhǎng)操作簡(jiǎn)單等特點(diǎn)?？蓮V泛應(yīng)用于石油，化工，冶金，造紙等行業(yè)測(cè)量液體的體積瞬時(shí)流量和體積總量。〔2〕、主要技術(shù)參數(shù)：⑴準(zhǔn)確度：0.5級(jí)，1.0級(jí)；⑵使用條件：測(cè)量范圍：10～100m3/h最大工作電壓：2.5Pma介質(zhì)溫度：-20～+120環(huán)境溫度：-20～+50傳輸距離：傳感器至顯示儀表的距離可達(dá)500m防爆等級(jí)：dIIBT4前置放大器的工作電源：+12V渦輪流量計(jì)采用瞬時(shí)計(jì)時(shí)方式〔設(shè)定時(shí)標(biāo)門，采集信號(hào)脈沖數(shù)〕。利用AT89C51內(nèi)部的定時(shí)器2對(duì)高速輸入的信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，即對(duì)渦流流量計(jì)輸出的脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)。電路中光藕器件，是為了防止干擾和拉低渦流流量計(jì)輸出脈沖低電平幅度而設(shè)計(jì)的。74LS123為穩(wěn)壓器件，用來濾除脈沖上升沿附近的干擾信號(hào)。4.A/D轉(zhuǎn)換電路⑴A/D7731在溫度、壓力測(cè)量中的應(yīng)用由于溫度由于溫度傳感器輸出的電壓信號(hào)為mV信號(hào),采用傳統(tǒng)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器,要外加放大器、調(diào)理電路等,這樣使電路復(fù)雜且難于控制精度,為此采用AD7731,使電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單,可直接采樣處理溫度傳感輸出的弱信號(hào),到達(dá)理想的效果。將其應(yīng)用到鉑電阻進(jìn)行高精確度的測(cè)溫系統(tǒng)中，保證了0.001℃⑵在壓力測(cè)量中的應(yīng)用AD7731具有獨(dú)特的前端增益可編程功能，允許AD7731直接接收來自差壓傳感器的寬范圍輸入信號(hào)，范圍可分七個(gè)檔位。單極性：0-+20mv,+40mv,+80mv,+160mv,+320mv,+640mv,+1.28v。雙極性：0-20mv,40mv,80mv,160mv,320mv,640mv,1.28v。表3-1AD7731引腳功能引腳名稱功能說明1SCLK串行時(shí)鐘輸入引腳,這個(gè)時(shí)鐘信號(hào)可以是連續(xù)的或不連續(xù)的。2MCLKIN主時(shí)鐘輸入引腳。3MICLKOUT主時(shí)鐘輸出引腳,將石英晶體或諧振元件接在引腳2與3之間就可產(chǎn)生主時(shí)鐘信號(hào)。4POL串行時(shí)鐘極性的選擇,當(dāng)此為高電平時(shí),在SCLK時(shí)鐘下降沿將輸出移位存放器的數(shù)據(jù)輸出到DOUT;當(dāng)為低電平時(shí),在SCLK時(shí)鐘的有效性與上面情況相反。5/SYNC同步控制輸入,低電平有效。6/RESET復(fù)位輸入引腳。7NC不連接。8AGND模擬地。9AVDD模擬電源,正常工作電壓為+5V。10AIN1模擬輸入端,在單端輸入方式時(shí),通道1和通道2的信號(hào)輸入端,在差動(dòng)方式時(shí),AIN1為正輸入端,AIN2為負(fù)輸入端。11AIN212AIN3/D1模擬輸入端,在單端輸入方式時(shí),道通3和通道4的信號(hào)輸入端在差動(dòng)方式時(shí),AIN3為正輸入端,AIN4為負(fù)輸入端。也可通過方式存放器的DEN為設(shè)置位數(shù)字輸出。13AIN4/D014REFIN(+)基準(zhǔn)電壓輸入端。15REFIN(-)基準(zhǔn)電壓輸出端。16AIN5模擬輸入端,在單端輸入方式時(shí),通道5信號(hào)輸入端,在差動(dòng)方式時(shí),AIN5為正輸入端與AIN6構(gòu)成差分輸入。17AIN6在單端輸入方式時(shí)為信號(hào)參考端,在差動(dòng)方式時(shí),與AIN5構(gòu)成差分輸入。18/STANDBY待機(jī)方式控制端。19/CS芯片選擇端。20/RDY狀態(tài)信號(hào)輸出端,當(dāng)為低電平時(shí),表示有一待讀取的轉(zhuǎn)換結(jié)果或者校準(zhǔn)周期結(jié)束。21DOUT串行數(shù)據(jù)輸出。22DIN串行數(shù)據(jù)輸入。23DVDD數(shù)字電源,正常工作電壓為+3V或者+5V。24DGND數(shù)字地。由于壓力傳感器輸出的電壓信號(hào)是寬動(dòng)態(tài)范圍的低頻毫伏級(jí)信號(hào)，采用傳統(tǒng)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，要加程控放大器，調(diào)理電路，這樣使整個(gè)電路復(fù)雜且難以控制精度，為此采用了高精度的AD7731。這樣，不但可以直接采樣處理壓力傳感器輸出的弱信號(hào)。而且使整個(gè)測(cè)力系統(tǒng)的理論精度到達(dá)24位。其與壓差傳感器的連接圖見圖3-2。圖3-2AD7731與AT89C51及采樣局部接線圖3.3單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)CPU的介紹AT89C51是一種4字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器〔FPEROM—FalshProgrammableandErasableReadOnlyMemory〕的低電壓，高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機(jī)[19]。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案?！?〕主要特性：

·與MCS-51兼容·4K字節(jié)可編程閃爍存儲(chǔ)器

·壽命：1000寫/擦循環(huán)·數(shù)據(jù)保存時(shí)間：10年

·全靜態(tài)工作：0Hz-24Hz·三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定

·128*8位內(nèi)部RAM·32可編程I/O線

·兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器·5個(gè)中斷源

·可編程串行通道·低功耗的閑置和掉電模式

·片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路〔2〕引腳圖及管腳說明：

AT89C51引腳如圖3-3所示：3-3AT3-3AT89C51引腳圖引腳說明：VCC：供電電壓。GND：接地。

P0口：P0口為一個(gè)8位漏級(jí)開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當(dāng)P1口的管腳第一次寫1時(shí)，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時(shí)，P0口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，P0輸出原碼，此時(shí)P0外部必須被拉高。

P1口：P1口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口作為第八位地址接收。

P2口：P2口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個(gè)TTL門電流，當(dāng)P2口被寫“1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)，P2口輸出其特殊功能存放器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。

P3口：P3口管腳是8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個(gè)TTL門電流。當(dāng)P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流〔ILL〕這是由于上拉的緣故。P3口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。P3口可作為AT89CRST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持RST腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的低位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時(shí)，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過一個(gè)ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時(shí)，AL只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令時(shí)ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無效。/PSEN：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。在由外部程序存儲(chǔ)器取址期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次/PSEN有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的/PSEN信號(hào)將不出現(xiàn)。

/EA/VPP：當(dāng)/EA保持低電平時(shí)，那么在此期間使用外部程序存儲(chǔ)器〔0000H-FFFFH〕，不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。注意加密方式1時(shí)，/EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)/EA端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源〔VPP〕。

XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。

XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。

表3-1P3口的一些特殊功能口口管腳備選功能P3.0RXD〔串行輸入口〕P3.1TXD〔串行輸出口〕P3.2/INT0〔外部中斷0〕P3.3/INT1〔外部中斷1〕P3.4T0〔記時(shí)器0外部輸入〕P3.5T1〔記時(shí)器1外部輸入〕P3.6/WR〔外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通〕P3.7/RD〔外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通〕〔3〕振蕩器特性：

XTAL1和XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)器件，XTAL2應(yīng)不接。有余輸入至內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)要通過一個(gè)二分頻觸發(fā)器，因此對(duì)外部時(shí)鐘信號(hào)的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的上下電平要求的寬度?！?〕芯片擦除：

整個(gè)PEROM陣列和三個(gè)鎖定位的電擦除可通過正確的控制信號(hào)組合，并保持ALE管腳處于低電平10ms來完成。在芯片擦操作中，代碼陣列全被寫“1”且在任何非空存儲(chǔ)字節(jié)被重復(fù)編程以前，該操作必須被執(zhí)行。

此外，AT89C單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)㈠微處理器監(jiān)控器MAX813L1.MAX813L芯片及其工作原理⑴芯片特點(diǎn)[20]·

加電、掉電以及供電電壓下降情況下的復(fù)位輸出，復(fù)位脈沖寬度為200ms。

·

獨(dú)立的看門狗輸出，如果看門狗輸入在1.6s內(nèi)未被觸發(fā)，其輸出將變?yōu)楦唠娖?。?/p>

1.25V門限值檢測(cè)器，用于電源故障報(bào)警、電池低電壓檢測(cè)或＋5V以外的電源監(jiān)控?！?/p>

低電平有效的手動(dòng)復(fù)位輸入。

·

8引腳DIP封裝。MAX813L引腳如下如所示：圖3-4MAX813L引腳圖⑵引腳功能及工作原理ⅰ.手動(dòng)復(fù)位輸入端〔〕當(dāng)該端輸入低電平保持140ms以上，MAX813L就輸出復(fù)位信號(hào).該輸入端的最小輸入脈寬要求可以有效地消除開關(guān)的抖動(dòng)。與TTL/CMOS兼容。ⅱ.工作電源端〔〕：接+5V電源。ⅲ.電源接地端〔〕：接0V參考電平。ⅳ.電源故障輸入端〔〕當(dāng)該端輸入電壓低于1.25V時(shí)，5號(hào)引腳輸出端的信號(hào)由高電平變?yōu)榈碗娖健?/p>

ⅴ.電源故障輸出端〔)電源正常時(shí)，保持高電平，電源電壓變低或掉電時(shí)，輸出由高電平變?yōu)榈碗娖健?/p>

ⅵ.看門狗信號(hào)輸入端〔〕程序正常運(yùn)行時(shí)，必須在小于1.6s的時(shí)間間隔內(nèi)向該輸入端發(fā)送一個(gè)脈沖信號(hào)，以去除芯片內(nèi)部的看門狗定時(shí)器。假設(shè)超過1.6s該輸入端收不到脈沖信號(hào)，那么內(nèi)部定時(shí)器溢出，8號(hào)引腳由高電平變?yōu)榈碗娖健?/p>

ⅶ.復(fù)位信號(hào)輸出端〔〕上電時(shí)，自動(dòng)產(chǎn)生200ms的復(fù)位脈沖；手動(dòng)復(fù)位端輸入低電平時(shí)，該端也產(chǎn)生復(fù)位信號(hào)輸出。

ⅷ.看門狗信號(hào)輸出端〔〕正常工作時(shí)輸出保持高電平，看門狗輸出時(shí)，該端輸出信號(hào)由高電平變?yōu)榈碗娖健?/p>

⑶根本工作原理

工業(yè)環(huán)境中的干擾大多是以窄脈沖的形式出現(xiàn)，而最終造成微機(jī)系統(tǒng)故障的多數(shù)現(xiàn)象為“死機(jī)〞。究其原因是CPU在執(zhí)行某條指令時(shí)，受干擾的沖擊，使它的操作碼或地址碼發(fā)生改變，致使該條指令出錯(cuò)。這時(shí)，CPU執(zhí)行隨機(jī)拼寫的指令，甚至將操作數(shù)作為操作碼執(zhí)行，導(dǎo)致程序“跑飛〞或進(jìn)入“死循環(huán)〞。為使這種“跑飛〞或進(jìn)入“死循環(huán)〞的程序自動(dòng)恢復(fù)，重新正常工作，一種有效的方法是采用硬件“看門狗〞技術(shù)。用看門狗監(jiān)視程序的運(yùn)行。假設(shè)程序發(fā)生“死機(jī)〞，那么看門狗產(chǎn)生復(fù)位信號(hào)，引導(dǎo)單片機(jī)程序重新進(jìn)入正常運(yùn)行。圖3-5單片機(jī)掉電方式控制電路此外，工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)由于諸多大型用電設(shè)備的投入或撤出電網(wǎng)運(yùn)行，往往造成系統(tǒng)的電源電壓不穩(wěn)，當(dāng)電源電壓降低或掉電時(shí)，會(huì)造成重要的數(shù)據(jù)喪失，系統(tǒng)不能正常運(yùn)行。假設(shè)設(shè)法在電源電壓降至一定的限值之前，單片機(jī)快速地保存重要數(shù)據(jù)，將會(huì)最大限度地減少損失。單片機(jī)的掉電工作方式電路原理圖如圖3-5所示：當(dāng)設(shè)置為1時(shí)，激活掉電方式，此時(shí)＝0，與非門輸出為低電平，時(shí)鐘發(fā)生器停止工作，單片機(jī)內(nèi)所有運(yùn)行狀態(tài)均被停止，只有片內(nèi)RAM和SFR中的數(shù)據(jù)被保存起來。在單片機(jī)系統(tǒng)中可借助于一定的外部附加電路監(jiān)測(cè)電源電壓，并在電源發(fā)生故障時(shí)及時(shí)通知單片機(jī)〔如通過引發(fā)中斷來實(shí)現(xiàn)〕快速保存重要數(shù)據(jù)，且斷開外圍設(shè)備用電電源，使整個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)的功耗降到最少。當(dāng)電源恢復(fù)正常時(shí)，取消掉電工作方式，通過復(fù)位單片機(jī)，使系統(tǒng)重新正常工作。圖3-6是MAX813L在單片機(jī)系統(tǒng)中的典型應(yīng)用線路圖。此電路可以實(shí)現(xiàn)上電、瞬時(shí)掉電以及程序運(yùn)行出現(xiàn)“死機(jī)〞時(shí)的自動(dòng)復(fù)位和隨時(shí)的手動(dòng)復(fù)位；并且可以實(shí)時(shí)地監(jiān)視電源故障，以便及時(shí)地保存數(shù)據(jù)。本電路巧妙地利用MAX813L的手動(dòng)復(fù)位輸入端。只要程序一旦跑飛引起程序“死機(jī)〞，端電平由高到低，當(dāng)變低超過140ms，將引起MAX813L產(chǎn)生一個(gè)200ms的復(fù)位脈沖。同時(shí)使看門狗定時(shí)器清0和使引腳變成高電平。也可以隨時(shí)使用手動(dòng)復(fù)位按鈕使MAX813L產(chǎn)生復(fù)位脈沖，由于為產(chǎn)生復(fù)位脈沖端要求低電平至少保持140ms以上，故可以有效地消除開關(guān)抖動(dòng)。該電路可以實(shí)時(shí)地監(jiān)視電源故障〔掉電、電壓降低等〕。圖3-6中R1的一端接未經(jīng)穩(wěn)壓的直流電源。電源正常時(shí)，確保R2上的電壓高于1．26V，即保證MAX813L的PFI輸入端電平高于1.26V。當(dāng)電源發(fā)生故障，PFI輸入端的電平低于1.25V時(shí)，電源故障輸出端電平由高變低，引起單片機(jī)中斷，CPU響應(yīng)中斷，執(zhí)行相應(yīng)的中斷效勞程序，保護(hù)數(shù)據(jù)，斷開外部用電電路等。

圖3-6MAX813L與AT89C51連線圖3.3.38255A擴(kuò)展接口AT89C51的I/O〔輸入/輸出〕接口是AT89C51單片機(jī)與外部設(shè)備交換信息的橋梁。本設(shè)計(jì)中AT89C51已經(jīng)有4個(gè)I/O口，但是P0口和P2口用作16位地址總線和8位數(shù)據(jù)總線，真正用作I/O口的只有P1口的8位I/O線和P3口的某些位線。由于AT89C51的I/O資源有限，因此，本設(shè)計(jì)需要外擴(kuò)I/O接口電路。采用的是可編程并行I/O芯片8255A[21]。Intel8255A是一種通用的可編程并行I/O接口芯片，也是應(yīng)用最廣泛的并行I/O接口芯片。

1、8255A的結(jié)構(gòu)

8255A由4局部組成：

(1)數(shù)據(jù)總線緩沖器

(2)三個(gè)8位端口PA、PB、PC，其中PC口可分為兩個(gè)4位端口，可分別同端口A和端口B配合使用，可以用作控制信號(hào)輸出等。

(3)A組和B組的控制電路。

(4)讀/寫控制邏輯。

2、8255A的工作方式

8255A有三種工作方式：方式0、方式1和方式2。

(1)方式0——根本輸入/輸出

在此工作方式下，每個(gè)口都作為根本的輸入輸出口，C口的高4位和低4位以及A口和B口都可獨(dú)立地設(shè)置為輸入口和輸出口。

在此工作方式下：輸出的數(shù)據(jù)被鎖存，而輸入的數(shù)據(jù)不被鎖存。

(2)方式1——選通輸入/輸出

此工作方式下，三個(gè)端口分為A、B兩組，A、B兩個(gè)口仍用作數(shù)據(jù)輸入輸出口，而C口分成兩局部，分別作為A口和B口的聯(lián)絡(luò)信號(hào)。在8255A中，聯(lián)絡(luò)信號(hào)是3位，兩個(gè)數(shù)據(jù)口，共用去C口的6位，剩余的兩位仍可作為數(shù)據(jù)位使用。

(3)方式2——雙向選通輸入/輸出

此工作方式只限于A組使用，它用A口的8位數(shù)據(jù)線，用C口的5位進(jìn)行聯(lián)絡(luò)。工作時(shí)輸入輸出都能被鎖存。

當(dāng)A口工作在方式2時(shí)，B口可以在方式0或方式1工作。8255A的初始化在使用8255A時(shí)，首先要由CPU對(duì)8255A寫入控制命令字。有兩種控制命令字：方式選擇控制字和C口按位置位/復(fù)位控制字。8255A的各種工作方式都要由控制命令字來設(shè)定，這個(gè)設(shè)置過程稱為：“初始化〞。3、鎖存器74LS373芯片74LS373是帶有三態(tài)門的八D鎖存器，當(dāng)使能信號(hào)線OE為低電平時(shí)，三態(tài)門處于導(dǎo)通狀態(tài)，允許1Q-8Q輸出到OUT1-OUT8，當(dāng)OE端為高電平時(shí)，輸出三態(tài)門斷開，輸出線OUT1-OUT8處于浮空狀態(tài)。G稱為數(shù)據(jù)打入線，當(dāng)74LS373用作地址鎖存器時(shí)，首先應(yīng)使三態(tài)門的使能信號(hào)OE為低電平，這時(shí)，當(dāng)G端輸入端為高電平時(shí)，鎖存器輸出〔1Q-8Q〕狀態(tài)和輸入端〔1D-8D〕狀態(tài)相同；當(dāng)G端從高電平返回到低電平〔下降沿〕時(shí)，輸入端〔1D-8D〕的數(shù)據(jù)鎖入1Q-8Q的八位鎖存器中。當(dāng)用74LS373作為地址鎖存器時(shí)，它們的G端可直接與單片機(jī)的鎖存控制信號(hào)端ALE相連，在ALE下降沿進(jìn)行地址鎖存[22]。引腳的說明如下：D0～D7：鎖存器8位數(shù)據(jù)輸入線Q0～Q7：鎖存器8位數(shù)據(jù)輸出線GND：接地引腳Vcc：電源引腳，＋5V有效OE：片選信號(hào)引腳G：鎖存控制信號(hào)輸入引腳。4、8255A與單片機(jī)的連線圖圖3-7是AT89C51單片機(jī)擴(kuò)展1片8255A的電路圖。圖中74LS373是地址鎖存器，P0.1、P0.1經(jīng)74LS373與8255A的地址線A1、A0連接；P0.7經(jīng)74LS373與片選端相連，其他地址線懸空；8255A的控制線、直接接于AT89C51的、端；數(shù)據(jù)總線P0.0～P0.7與8255A的數(shù)據(jù)線D0～D7連接。圖3-7HD7279引腳圖外部電路鍵盤與顯示智能控制芯片HD7279單片機(jī)作為一種嵌入式微處理器,在自動(dòng)化儀表和智能模塊等測(cè)控系統(tǒng)中,得到了廣泛的應(yīng)用。其數(shù)顯局部和鍵盤接口的設(shè)計(jì)是以單片機(jī)為核心的測(cè)控系統(tǒng)的重要組成局部,如何進(jìn)行數(shù)顯和鍵盤局部的設(shè)計(jì)對(duì)于測(cè)控系統(tǒng)有著重要的意義。針對(duì)單片機(jī),通用的方法采用擴(kuò)展并行接口芯片8255A或者8279芯片來解決,這兩種方法編程與電路均較復(fù)雜。對(duì)于外圍I/O線較少的其他型號(hào)單片機(jī)來說,顯然是不適用的[23]?！?〕、智能顯示驅(qū)動(dòng)芯片HD7279的工作原理該芯片具有串行接口,可以同時(shí)驅(qū)動(dòng)8位共陰極數(shù)碼管和連接64鍵的鍵盤矩陣,單片即可以完成數(shù)碼顯示和鍵盤接口的全部功能,而且該芯片自帶RC振蕩電路,無需外接時(shí)鐘,與單片機(jī)的接口電路簡(jiǎn)單,只需四條I/O線。它的主要特點(diǎn)是串行接口，各位獨(dú)立控制譯碼/不譯碼且有消隱和閃爍屬性；通過左移/右移指令能方便的實(shí)現(xiàn)顯示數(shù)碼的左右移動(dòng)。內(nèi)含64鍵鍵盤控制接口及去抖動(dòng)電路。⑴HD7279的引腳圖及引腳的說明〔見表3-3〕HD7279采用串行方式與微機(jī)處理器通訊，各引腳功能見表4所示。串行數(shù)據(jù)從DATA引腳送入芯片，并由CLK端同步，當(dāng)片選信號(hào)變?yōu)榈碗娖胶螅珼ATA引腳上的數(shù)據(jù)在CLK引腳的上升沿被寫入HD7279的緩沖存放器。表3-2引腳說明引腳名說明CS片選輸入端CLK同步時(shí)鐘輸入端,上升沿有效DATA串行數(shù)據(jù)輸入/輸出端KEY按鍵有效輸出端,電平有效SG~SA段g～段a驅(qū)動(dòng)輸出DP小數(shù)點(diǎn)驅(qū)動(dòng)輸出DIG0～7數(shù)碼管0～7驅(qū)動(dòng)輸出CLK0振蕩輸出RCRC振蕩器連接端〔2〕HD7279的控制指令HD7279的控制指令分兩大類:純指令和數(shù)據(jù)指令,而數(shù)據(jù)指令又分為帶有數(shù)據(jù)的指令，寬度為16BTTCLK脈沖和讀取鍵盤數(shù)據(jù)指令，寬度為16BTT，前8個(gè)為微處理器發(fā)送到HD7279的指令，后8個(gè)16BTT為HD7279返回鍵盤代碼。執(zhí)行此指令時(shí)，HD7279的DATA端在第9個(gè)CLK脈沖的上升沿邊為輸出狀態(tài)，并與第16個(gè)脈沖的下降沿恢復(fù)為輸出狀態(tài)，等待接受下一個(gè)指令。其指令格式和操作見表3-3和表3-4。表3-3純指令指令名指令格式操作復(fù)位A4H顯示字符消隱,閃爍被去除測(cè)試BFH點(diǎn)亮所有LED左移A1H所有顯示左移一位,最后一位為空右移A0H所有顯示右移一位,最后一位為空循環(huán)左移A3H所有顯示左移一位,最后一位為原最左內(nèi)容循環(huán)右移A2H所有顯示右移一位,最后一位為原最右內(nèi)容⑴純指令①復(fù)位指令0A4H；②測(cè)試指令0BFH；③左移指令0A1H；④右移指令0A0H；⑤循環(huán)左移指令0A3H；⑥循環(huán)右移指令0A2H。表3-4數(shù)據(jù)指令指令名指令格式操作方式0譯碼10000a2a數(shù)據(jù)d3d2d1d0寫入地址a2a1a方式1譯碼11001a2a數(shù)據(jù)d3d2d1d0寫入地址a2a1a下載數(shù)據(jù)11001a2a相應(yīng)數(shù)據(jù)為1時(shí)對(duì)應(yīng)地址a2a1a0讀鍵盤00010101d7-d0無鍵0FFH,有鍵按下0-3FH消隱控制A8Hd7-d0di=1,那么該位消隱閃爍控制88Hd7-d0di=1,那么該位閃爍需要說明的是表3-4中的譯碼方式0為8421譯碼,譯碼方式1為二進(jìn)制譯碼。⑵帶有數(shù)據(jù)的指令①下載數(shù)據(jù)并譯碼②下載數(shù)據(jù)但不譯碼③閃爍控制④消隱控制⑤段點(diǎn)亮指令⑥段熄滅指令⑶讀取鍵盤數(shù)據(jù)指令該指令從HD7279讀出當(dāng)前的按鍵代碼，與其它指令不同，此指令的前一個(gè)字節(jié)為控制器傳送到HD7279的指令，而后一個(gè)字節(jié)那么為HD7279返回的按鍵代碼?；趯?duì)HD7279的介紹，為了簡(jiǎn)化電路采用HD7279實(shí)現(xiàn)的鍵盤顯示電路的連線圖如以下列圖3-10。圖3-8PP40與單片機(jī)的連接圖打印機(jī)PP40PP40描繪器與AT89C51單片機(jī)接口,可以構(gòu)成帶有實(shí)時(shí)打印輸出的高性能的智能儀器或便攜式儀表,也可構(gòu)成帶實(shí)時(shí)就地打印輸出的控制系統(tǒng)[24]。隨著工業(yè)的開展,在生產(chǎn)過程中所需要的計(jì)量和測(cè)試儀器、儀表已逐步向數(shù)字化、智能化、便攜式的方向開展。PP40描繪器具有功能強(qiáng),價(jià)格低,體積小,使用方便,接口靈活的特點(diǎn),非常適合作為智能儀器、便攜式儀器或?qū)崟r(shí)控制系統(tǒng)的硬拷貝輸出局部。其具有較大的實(shí)用性和廣泛的應(yīng)用范圍。因此，本設(shè)計(jì)中采用的輸出打印設(shè)施是描繪器PP40。1、PP40描繪器簡(jiǎn)介PP40描繪器是智能型字符及圖形描繪器,它能描繪出所有可顯示的ASCⅡ字符和高精度的彩色圖形、圖表、曲線。它和外部的接口采用標(biāo)準(zhǔn)化的Centronics標(biāo)準(zhǔn)。PP40描繪器可工作在文本模式或字符圖形模式,兩種模式可通過軟件命令任意轉(zhuǎn)換,它可以由軟件控制前后反復(fù)走紙,調(diào)換4種顏色的繪圖筆,字符尺碼可有64種選擇,可用實(shí)線或15種虛線繪制圖形、圖表。⑴PP40的接口信號(hào)PP40采用36芯球插座連接,插座外形及芯線編號(hào)如圖3-11所示,接口信號(hào)定義及功能見表3-6。圖3-9PP40描繪器接口插座示意圖表3-5PP40接口的插座芯位、信號(hào)定義及功能芯位信號(hào)功能說明1STRBE選通信號(hào)2～9D1～D88位并行數(shù)據(jù)總線10ACK應(yīng)答信號(hào),表示描繪器準(zhǔn)備接收下一批數(shù)據(jù)11BUSY描繪器“忙〞狀態(tài)信號(hào),該信號(hào)高電平表示描繪器正在工作中,不能接收新數(shù)據(jù)送入12、15GND—其余不接—PP40接口信號(hào)時(shí)序如圖3-12所示：圖3-10PP40接口信號(hào)時(shí)序圖2、PP40的文本模式由控制命令DC1(11H)控制PP40進(jìn)入文本模式,此種模式用于描繪字符串,文本模式時(shí)的命令代碼見表3-7。表3-6PP40文本模式控制命令代碼表命令代碼符號(hào)名稱功能08BS回位使筆回到前字符位置如已到最左位置命令失效0ALF出紙將紙前進(jìn)一行0BLU退紙將紙倒退一行0DCR回車筆返回到最左位置并進(jìn)紙一行1DNC轉(zhuǎn)色筆架轉(zhuǎn)動(dòng)至另一顏色筆3、PP40的圖形模式由控制命令DC2(12H)控制PP40進(jìn)入圖形模式工作,此種模式可以完成各種圖形、圖表及曲線的繪制工作。4、PP40與AT89C51的接線圖PP40與AT89C51直接接口有多種接口方法,可以采用直接連接,用P3.0和P3.3作為兩根握手線，也可以通過8255A連接節(jié)省AT89C51的一個(gè)8位并行口。電路原理如圖3-13所示。圖3-11PP40與單片機(jī)的連接圖ISD1420語音芯片實(shí)現(xiàn)的報(bào)警電路單片機(jī)控制系統(tǒng)通常使用發(fā)光二極管LED、數(shù)碼管、液晶顯示器及蜂鳴器等進(jìn)行狀態(tài)/結(jié)果顯示和故障報(bào)警，近年來，隨著語音電路的迅速開展，語音芯片以其直觀、生動(dòng)以及與單片機(jī)接口方便等優(yōu)勢(shì)越來越廣泛的應(yīng)用與單片機(jī)控制系統(tǒng)中。ISD1420為美國(guó)ISD公司出品的優(yōu)質(zhì)單片語音錄放集成電路，由振蕩器、語音存儲(chǔ)單元、前置放大器、自動(dòng)增益控制電路、抗干擾濾波器、輸出放大器、組成。一個(gè)最小的錄放系統(tǒng)僅由一個(gè)麥克風(fēng)、一個(gè)喇叭、兩個(gè)按鈕、一個(gè)電源、少數(shù)電阻電容組成。錄音內(nèi)容存入永久存儲(chǔ)單元，提供零功率信息儲(chǔ)存，這個(gè)獨(dú)一無二的方法是借助于美國(guó)ISD公司的專利——直接模擬儲(chǔ)蓄技術(shù)〔DASTTM〕實(shí)現(xiàn)的。利用它，語音和音頻信號(hào)被直接儲(chǔ)蓄，及其原來的模擬形式進(jìn)入EEPROM存儲(chǔ)器。直接模擬存儲(chǔ)允許使用一種單片固體電路方法完成其原本語音的再現(xiàn)。不僅語音質(zhì)量?jī)?yōu)勝，而且斷電語音保護(hù)[25]。1、ISD1420芯片特點(diǎn)〔1〕ISD1420芯片采用直接模擬儲(chǔ)存技術(shù)，錄放音質(zhì)較好，有一定的混響效果。〔2〕單電源供電，典型電壓+5V?！?〕待機(jī)是低功耗〔0.5Ua〕，放音電流15mA，放音時(shí)間20s，可擴(kuò)充級(jí)聯(lián)。〔4〕可持續(xù)放音，也可分段錄音，以0.125s/段分段，可分160段?！?〕錄、放次數(shù)達(dá)10萬次?！?〕斷電信息存儲(chǔ)，無須后備電池，信息可存儲(chǔ)100a。2、引腳圖及引腳介紹ISD1420芯片有DIP硬封裝和COB軟封裝2種形式，均為28引腳，如圖3-14所示：〔1〕A0-A7：地址或操作模式控制端?！?〕VSSD：數(shù)字地。〔3〕VSSA：模擬地?！?〕SP+，SP-：音頻信號(hào)輸出端，可以驅(qū)動(dòng)8-16Ω揚(yáng)聲器?！?〕VCCA：模擬電源。〔6〕VCCD：數(shù)字?jǐn)嘣??！?〕MIC：話筒輸入端，可用駐極體話筒，通過電容耦合。〔8〕MICREF：話筒輸入?yún)⒖级?，假設(shè)不用應(yīng)懸空?！?〕AGC：自動(dòng)增益控制端，調(diào)節(jié)芯片內(nèi)置放大,電器增益，使錄入信號(hào)不失真。〔10〕ANAIN，ANAOUT：兩端間接電容，該端用于模擬信號(hào)的直接輸入、輸出?！?1〕XCLK：外部時(shí)鐘或接地?！?2〕/REC：錄、放音控制，低電平為錄音〔13〕/PLAYL：電平放音控制〔低電平有效〕放音時(shí)應(yīng)保持低電平?！?4〕/PLAYE：邊沿放音控制，下降沿開始放音?！?5〕/RECLED：放音指示，接發(fā)光二極管，錄音時(shí)亮，放音結(jié)束閃爍一下。圖3-12ISD1420引腳圖3.3.7電源以及通訊局部1、電源局部圖3-13電源電路本設(shè)計(jì)電路中需要+24、+5、+12等直流電壓因此采用以下電源設(shè)計(jì)[26]圖3-13電源電路2、通訊局部數(shù)據(jù)通信接口標(biāo)準(zhǔn)有多種形式,RS-232,RS-422,RS-485,從電氣特性及應(yīng)用性能來說,RS-485標(biāo)準(zhǔn)具有更優(yōu)越、更廣泛的用途。它可以十分方便地用于多站互聯(lián)及實(shí)現(xiàn)高速遠(yuǎn)距離傳送。MAX1480B就是完整的,電氣隔離的RS-485數(shù)據(jù)通信接口電路,它把收發(fā)器,光耦合器,電源驅(qū)動(dòng)器和變壓器安裝在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的28腳雙列直插式封裝內(nèi),提供了一個(gè)完整的接口[27]。RS-485是美國(guó)電氣工業(yè)聯(lián)合會(huì)(EIA)制定的利用平衡雙絞線作傳輸線的多點(diǎn)通訊標(biāo)準(zhǔn)。它采用差分信號(hào)進(jìn)行傳輸;最大傳輸距離可以到達(dá)1.2km;最大可連接32個(gè)驅(qū)動(dòng)器和收發(fā)器;接收器最小靈敏度可達(dá)±200mV;最大傳輸速率可達(dá)2.5Mb/s。由此可見⑴MAX485具有以下特點(diǎn)：MAX485接口芯片是Maxim公司的一種RS-485芯片。采用單一電源+5V工作,額定電流為300A,采用半雙工通訊方式[28]。它完成將TTL電平轉(zhuǎn)換為RS-485電平的功能。其引腳結(jié)構(gòu)圖如圖3-17所示。從圖中可以看出,MAX485芯片的結(jié)構(gòu)和引腳都非常簡(jiǎn)單,內(nèi)部含有一個(gè)驅(qū)動(dòng)器和接收器。RO和DI端分別為接收器的輸出和驅(qū)動(dòng)器的輸入端,與單片機(jī)連接時(shí)只需分別與單片機(jī)的RXD和TXD相連即可;和DE端分別為接收和發(fā)送的使能端,當(dāng)為邏0時(shí),器件處于接收狀態(tài);當(dāng)DE為邏輯1時(shí),器件處于發(fā)送狀態(tài),因?yàn)镸AX485工作在半雙工狀態(tài),所以只需用單片機(jī)的一個(gè)管腳控制這兩個(gè)引腳即可;A端B端分別為接收和發(fā)送的差分信號(hào)端,當(dāng)A引腳的電平高B時(shí),代表發(fā)送的數(shù)據(jù)為1;A的電平低B端時(shí),代表發(fā)送的數(shù)據(jù)為0。在與單片機(jī)連接時(shí)接線非常簡(jiǎn)單。只需要一個(gè)信號(hào)控制MAX485的接收和發(fā)送即可。同時(shí)將A和B端之間加匹配電阻,一般可選100的電阻。圖3-14MAX485引腳及結(jié)構(gòu)圖⑵MAX1480B具有如下特點(diǎn):圖3-14MAX485引腳及結(jié)構(gòu)圖①具有減低轉(zhuǎn)換速率(reduced-slew-rate)驅(qū)動(dòng)器,它使EMI(電磁干擾)為最小,能減小由于電纜終端不匹配而引起的反射,在數(shù)據(jù)高達(dá)250kb/s時(shí)能做到無誤差的數(shù)據(jù)傳送。②器件吸收的靜態(tài)電源電流的典型值為28mA,并提供低功耗(lW)的關(guān)斷方式,在此方式下僅消耗0.③驅(qū)動(dòng)器具有限制短路電流的功能并由熱關(guān)斷電路保護(hù)使之功耗不致過大,熱關(guān)斷電路可把驅(qū)動(dòng)器的輸出端置于高阻狀態(tài)。④在典型情況下可承受1600V(均方根值,1min)或2000V(均方根值,1s),它們的隔離輸出符合所有的RS-485技術(shù)條件。⑤具有包括電流限制和熱關(guān)斷的驅(qū)動(dòng)器過載保護(hù)。⑥相對(duì)于隔離地的-7至+12V共模輸入電壓范圍。⑦工作溫度范圍-40℃～+85℃;貯存溫度范圍-65℃～+160⑧單一+5V電源。⑶應(yīng)用范圍①用于隔離的RS-485數(shù)據(jù)接口。②在對(duì)EMI靈敏的應(yīng)用場(chǎng)合中作收發(fā)器。③HVAC測(cè)控網(wǎng)絡(luò)及工業(yè)控制局域網(wǎng)絡(luò)。④自動(dòng)測(cè)試設(shè)備。⑤樓字自動(dòng)控制網(wǎng)絡(luò)。⑷PC機(jī)與AT89C51的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的串行通信接口通常PC機(jī)都配有RS-232C串行標(biāo)準(zhǔn)接口，有效通信距離較短，為了實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離通信應(yīng)將RS-232C接口轉(zhuǎn)換成RS-485接口。圖3-15給出了這種轉(zhuǎn)換的電路原理圖。通過圖3-14的轉(zhuǎn)換電路可使PC機(jī)具有RS-485串行接口。PC機(jī)與AT89C51單片機(jī)通信時(shí)，由于AT89C51輸入、輸出電平均為TTL電平，兩者的電氣范圍不一致，因此要完成PC機(jī)與單片機(jī)的數(shù)據(jù)通信，必須進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。只要AT89C51單片機(jī)配置相應(yīng)的接口電路，就可以實(shí)現(xiàn)符合RS-232、RS-485標(biāo)準(zhǔn)的串行通信，其接口電路已給出圖3-18。圖3-15RS-232與RS-485轉(zhuǎn)換接口電路3.4后向通道設(shè)計(jì)D/A轉(zhuǎn)換電路D/A芯片的功能是將輸入的數(shù)字量轉(zhuǎn)換成與其成比例的模擬量。DAC0832是用COMS工藝集成的8位數(shù)據(jù)輸出模擬量可有256個(gè)不同的等級(jí)。美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司的DAC0832芯片是具有2個(gè)數(shù)據(jù)存放器的8位DAC，它能直接與AT89C51單片機(jī)連接。1、DAC0832的簡(jiǎn)介(1)DAC0832的特性分辨率為8位；電流輸出，穩(wěn)定時(shí)間為1；可雙緩沖輸入、單緩沖輸入或直接數(shù)字輸入；單一電源供點(diǎn)〔+5～+15V〕；低功耗，20mW；(2)DAC0832的邏輯結(jié)構(gòu)DAC0832內(nèi)部的3局部電路如圖3-19所示。8位輸入存放器用于存放CPU送來的數(shù)字量，使輸入數(shù)字量得到緩沖和鎖存，由端加以控制；8位DAC存放器用于存放待轉(zhuǎn)換的數(shù)字量，由端控制；8位D/A轉(zhuǎn)換電路由8位T型電阻網(wǎng)絡(luò)和電子開關(guān)組成，電子開關(guān)受8位DAC存放器輸出的數(shù)字量控制，T型電阻網(wǎng)絡(luò)能輸出和數(shù)字量成正比的模擬電流。因此，DAC0832通常需要外接運(yùn)算放大器，進(jìn)行電流/電壓轉(zhuǎn)換，才能得到模擬輸出電壓。圖3-16DAC0832的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)(3)DAC0832的引腳功能DI0～DI7:8位數(shù)字信號(hào)輸入端，與單片機(jī)的數(shù)據(jù)總線相連，用于接收單片機(jī)送來的待轉(zhuǎn)換的數(shù)字量，DI7為最高位。CS：片選端，當(dāng)/CS為低電平是，本芯片被選中。ILE：數(shù)據(jù)鎖存允許控制端，高電平有效。WR1’：第一級(jí)輸入存放器寫選通端，低電平有效。當(dāng)WR1’=0、ILE=1、WRXFER’:數(shù)據(jù)傳送控制端，低電平有效。WR2’：DAC存放器寫選通控制端，低電平有效。當(dāng)WR2’=0、WRIout1:D/A轉(zhuǎn)換器電流輸出1端，輸入數(shù)字量全1時(shí)，Iout1輸出最大，輸入數(shù)字量全0時(shí)，Iout1輸出最小。Iout2:D/A轉(zhuǎn)換器電流輸出2端。Rfb：外部反響信號(hào)輸入端，內(nèi)部已有反響電阻IREF，根據(jù)需要也可以外接反響電阻。Vcc：電源輸入端，可在+5～+15V的范圍內(nèi)。DGND：數(shù)字信號(hào)地。AGND：模擬信號(hào)地，最好與基準(zhǔn)電壓共地。2、DAC0852與AT89C51的接口電路連接設(shè)計(jì)單片機(jī)與DAC0832的接口電路時(shí)，常用的是單緩沖方式或雙緩沖方式的單極性輸出。本設(shè)計(jì)采用的是雙緩沖方式。對(duì)于多路的D/A轉(zhuǎn)換，要求同步輸出時(shí)，必須采用雙緩沖同步方式。以此種方式工作時(shí)，數(shù)字量的數(shù)路鎖存器和D/A轉(zhuǎn)換輸出時(shí)分兩步完成的。單片機(jī)必須通過CS端來鎖存待轉(zhuǎn)換的數(shù)字量，通過CS端來啟動(dòng)D/A轉(zhuǎn)換。驅(qū)動(dòng)電路1、MOC306光電雙向可控硅驅(qū)動(dòng)器MOC306系列光電雙向可控硅驅(qū)動(dòng)器是美國(guó)摩托羅拉公司最近推出的光電新器件。該系列器件的特點(diǎn)是大大加強(qiáng)了靜態(tài)dv/dt能力,保證了電感負(fù)載穩(wěn)定的開關(guān)性能。由于輸入與輸出采用光電隔離,絕緣電壓可達(dá)7500V。MOC3061系列MOC3061、MOC3062及MOC3063。它們的差異只是觸發(fā)電流不同,MOC3061最大觸發(fā)電流為15mA,MOC3062為10mA,MOC3063為5mA。MOC3061系列可以用來驅(qū)開工作電壓為220V(240V)的交流雙向可控硅。當(dāng)交流負(fù)載電流較小時(shí),如200mA以下,也可以直接用它帶負(fù)載。MOC3061系列產(chǎn)品適用于電磁閥及電磁鐵控制、電機(jī)驅(qū)動(dòng)、溫度控制等,也可用于固態(tài)繼電器、交流電源開關(guān)等場(chǎng)合。由于采用了光電隔離,并且能用TTL電平驅(qū)動(dòng),它很容易與微處理器接口,進(jìn)行各種自動(dòng)控制設(shè)備的實(shí)時(shí)控制。⑴內(nèi)部結(jié)構(gòu)與根本特性MOC306系列采用雙列直插6引腳封裝形式,如下列圖。器件由輸入、輸出兩局部組成。1、2腳為輸入端,輸入級(jí)是一個(gè)砷化鎵紅外發(fā)光二極管(LED),該二極管在5～15mA正向電流作用下,發(fā)出足夠的紅外光,觸發(fā)輸出局部。3、5腳為空腳,4、6腳為輸出端,輸出級(jí)為具有過零檢測(cè)的光控雙向可控硅。當(dāng)紅外發(fā)光二極管發(fā)射紅外光時(shí),光控雙向可控硅觸發(fā)導(dǎo)通。圖3-17MOC3061引腳排列及內(nèi)部電路⑵典型應(yīng)用電路MOC3061的應(yīng)用電路如圖3-21所示,圖中R1為限流電阻,使輸入的LED電流分別為15mA(MOC3061)、10mA(MOC3062)、5mA(MOC3063)即可。R1可按3-1式計(jì)算。R1=(VCC-VF)/IFT〔3-1〕式中:VF為紅外發(fā)光二極管的正向電壓,可取1.2～1.4V;IFT為紅外發(fā)光二極管觸發(fā)電流,假設(shè)工作溫度在25℃以下,IFTR2是雙向可控硅的門極電阻,當(dāng)可控硅靈敏度較高時(shí),門極阻抗也很高,并上R2可提高抗干擾能力。R3是觸發(fā)功率雙向可控硅的限流電阻,其值由交流電網(wǎng)電壓峰值及觸發(fā)器輸出端允許重復(fù)沖擊電流峰值決定,可按下式選取:R2=VP/ITSM〔3-2〕式中:VP為交流電路中的峰值電壓ITSM為峰值重復(fù)浪涌電流(一般可取1A)。另外39Ω電阻和0.01μF電容組成浪涌吸收電路,防止浪涌電壓損壞雙向可控硅。建議用該電路驅(qū)動(dòng)兩個(gè)反并聯(lián)(背對(duì)背)的可控硅開關(guān)(元件),電阻R2和R3可選擇330Ω。圖3-18光電雙向可控硅驅(qū)動(dòng)電路在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)和科研中,可控硅廣泛地應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域,在電子技術(shù)應(yīng)用中,有著舉足輕重的地位。以往的觸發(fā)方式易受電網(wǎng)電壓波動(dòng)和電源波形畸變的影響,電路也較為復(fù)雜。采用MOTOROLA公司生產(chǎn)的MOC3061系列光電耦合器件,很好地解決了上述問題,它輸出為正弦波,波形無畸變、電磁干擾小、無噪聲,而且觸發(fā)電路簡(jiǎn)單可靠。該器件已應(yīng)用在我們新近研制的恒溫控制電路中,觸發(fā)效果很好,是一個(gè)具有很好實(shí)用價(jià)值的器件。2、電磁閥驅(qū)動(dòng)電路電磁閥驅(qū)動(dòng)電路主要依賴于硬件，單片機(jī)只需發(fā)出兩個(gè)控制信號(hào)。一個(gè)電磁閥從開啟到關(guān)閉保持電流的控制信號(hào)M1，另一個(gè)電磁閥的峰值電流保持控制信號(hào)MC。電磁閥的保持電壓很大程度上取決電磁閥線圈本身的特性，但是由于電磁閥所處的環(huán)境不同，它所需要的保持電壓不同。它主要存在以下幾個(gè)缺乏之處：整個(gè)電路采用大量的分立元件，不僅降低了整個(gè)控制電路的可靠性，而且使控制信號(hào)的延時(shí)增加，這樣電磁閥應(yīng)用系統(tǒng)有時(shí)會(huì)失真。電磁閥的保持電壓與峰值電流保持控制信號(hào)和線圈的電感有關(guān)，這不能靈活的改變保持電流的大小。實(shí)際電磁閥應(yīng)用系統(tǒng)中的反力是隨時(shí)改變的，電磁閥線圈保持電流大小是通過調(diào)節(jié)反響電阻大小來改變的，這對(duì)不同的反力而言是不利的，因?yàn)殡姶砰y需要不同的保持電流。單片機(jī)通過OC1/IC1和OC2/IC2發(fā)出兩路起始相位相同、不同脈寬的信號(hào)，通過調(diào)節(jié)MC來調(diào)節(jié)電磁閥線圈的峰值電流，通過調(diào)整可變電阻的大小改變線圈保持電流的大小。

第四章軟件設(shè)計(jì)4.1設(shè)計(jì)思想城市集中供熱具有節(jié)約能源、減少污染、改善人民生活和工作條件的綜合效益，但在迅速開展起來的為數(shù)眾多的換熱站中，仍有相當(dāng)大的一局部處于儀表監(jiān)視、人工操作的狀態(tài)，運(yùn)行水平很不理想，為提高眾多換熱站的運(yùn)行水平，充分發(fā)揮現(xiàn)在供熱設(shè)備的應(yīng)用作用，實(shí)現(xiàn)換熱站運(yùn)行的自動(dòng)控制是當(dāng)務(wù)之急。本設(shè)計(jì)以AT89C51為控制核心，完成5路溫度、3路壓力和1路流量的檢測(cè)，將計(jì)檢測(cè)到的數(shù)據(jù)傳送給單片機(jī)，通過模糊PID控制算法，對(duì)各參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，使其滿足工作條件，為了方便控制和工作人員及時(shí)的防止事故發(fā)生，本設(shè)計(jì)還配有鍵盤顯示、打印以及語音報(bào)警局部的設(shè)計(jì)。通訊采用遠(yuǎn)距離、高靈敏度、多點(diǎn)通訊制定的標(biāo)準(zhǔn)RS-485，并采用了RS-232與RS-485接口轉(zhuǎn)換電路，使其可與PC機(jī)通信。4.2溫度控制算法本設(shè)計(jì)針對(duì)供熱網(wǎng)控制系統(tǒng)的大時(shí)滯和非線性等特。在以往Fuzzy-PID溫度控制器的根底上，介紹了一種改良的設(shè)計(jì)方法。通過對(duì)現(xiàn)有模糊控制器的輸入量的改良，提高了控制器的動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能;同時(shí)利用組合遺傳算法來優(yōu)化PID的三個(gè)Kp、Ki、Kd，提高了控制器的控制精度;最后，通過一個(gè)供熱網(wǎng)的溫度控制系統(tǒng)的仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了這種改良的Fuzzy-PID溫度控制器有著較強(qiáng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能和良好的控制精度。1、被控對(duì)象的描述針對(duì)城市集中供熱網(wǎng)溫度控制系統(tǒng)而言，它是一個(gè)復(fù)雜的過程控制系統(tǒng)，具有大慣性、慢時(shí)變性和滯后性等特點(diǎn)，具體對(duì)汽-水換熱箱而言，如圖4-l所示:本系統(tǒng)中，被控對(duì)象供熱網(wǎng)換熱箱中進(jìn)行的是一個(gè)傳熱過程，傳熱過程有一個(gè)共同的特征，即都可以用一個(gè)三階滯后環(huán)節(jié)來模擬，即加熱介質(zhì)到傳熱間壁的熱傳導(dǎo)，傳熱間壁自身的熱傳導(dǎo)，傳熱間壁到被加熱介質(zhì)的熱傳導(dǎo)。當(dāng)忽略傳熱間壁自身的熱傳導(dǎo)時(shí)，傳熱對(duì)象可用一個(gè)二階滯后環(huán)節(jié)來表示，即:式中，為放大倍數(shù);為純延遲時(shí)間;和為被控對(duì)象的時(shí)間常數(shù)。在本供熱系統(tǒng)中，汽一水熱交換箱蒸汽供熱控制系統(tǒng)的操作變量為來自熱電廠高溫高壓蒸汽的流量，被控變量為熱網(wǎng)供應(yīng)用戶的熱水溫度。圖4-1汽-水熱交換箱蒸汽供熱系統(tǒng)示意圖2、Fuzzy-PID控制器的設(shè)計(jì)Fuzzy-PID溫度控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如以下列圖4-2所示:系統(tǒng)由輸人輸出、比較器、Fuzzy-PID控制器(以及一些附帶局部)、切換開關(guān)、控制對(duì)象、溫度檢測(cè)(溫度傳感器)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)等多個(gè)局部組成。圖4-2Fuzzy-PID溫度控制器結(jié)構(gòu)框圖PID控制參數(shù)的優(yōu)化目前，在控制系統(tǒng)中比較常用的算法有遺傳算法(GA)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法(NNA)、模擬退火算法(SA)、爬山算法和MonteCarl算法等搜索方法。具體的優(yōu)化過程是:把三個(gè)參數(shù)Kp、Ki、Kd串接在一起構(gòu)成一個(gè)完整的群體，那么這個(gè)群體中就含有三個(gè)子群體，每個(gè)子群體分配一個(gè)處理器，讓她們互相獨(dú)立地并行執(zhí)行進(jìn)化，每經(jīng)過一定的時(shí)間間隔(即假設(shè)干個(gè)進(jìn)化代)就把她們的最優(yōu)個(gè)體遷移到相鄰的子群體中去。3、仿真驗(yàn)證在供熱網(wǎng)溫度控制系統(tǒng)中，被控對(duì)象熱交換器中進(jìn)行的傳熱過程可以用一個(gè)帶有純滯后的二階慣性環(huán)節(jié)來實(shí)現(xiàn)。其傳遞函數(shù)為:在Fuzzy-PID控制器的設(shè)計(jì)過程當(dāng)中，采用三角型隸屬度函數(shù)，模糊控制器的第n條規(guī)那么為:ifEisandEMis,thenUis,其中為誤差E的模糊子集，為修正后的誤差變化EM的模糊子集，為輸出控制量U的模糊集，模糊規(guī)那么數(shù)目總共為49條。這樣，以該模型作為被控對(duì)象，分別采用改良的Fuzzy-PID控制器和普通的Fuzzy控制器進(jìn)行仿真獲得的實(shí)驗(yàn)曲線如以下列圖4-3所示:(CGA)優(yōu)化以后，在過渡過程時(shí)間、最大超調(diào)量等方面均優(yōu)于經(jīng)典的PID控制算法。該溫度控制系統(tǒng)能夠有效的抑制時(shí)滯和非線性帶來的不良影響，而且當(dāng)控制參數(shù)變化較大及有外界干擾時(shí)，仍能取得比較滿意的控制效果，是供熱網(wǎng)控制系統(tǒng)中溫度控制的理想選擇。圖4-3階躍響應(yīng)圖4.3程序設(shè)計(jì)1、主程序設(shè)計(jì)主程序?yàn)楸驹O(shè)計(jì)的控制程序，是控制者。通過監(jiān)控程序監(jiān)控系統(tǒng)工作。在程序運(yùn)行中，必須首先對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行初始化，完成清零個(gè)工作單元，只計(jì)數(shù)器及標(biāo)志位初值，自檢，開中斷，啟動(dòng)計(jì)數(shù)器等工作。2、中斷效勞程序T0中斷效勞程序中，還需要用到一系列子程序。例如：采樣溫度值的子程序、數(shù)字濾波，越限處理程序、標(biāo)度轉(zhuǎn)換程序和溫度顯示程序。在PID計(jì)算程序中，也需要用到雙字節(jié)加法程序、雙字節(jié)求補(bǔ)子程序和雙字節(jié)帶符號(hào)乘法子程序等。T0中斷效勞程序框圖如下。3、功能塊程序系統(tǒng)通過鍵盤輸入命令，可隨時(shí)得到用戶所需的結(jié)果，這就要用到功能程序塊。功能程序塊包括：語音報(bào)警、鍵盤顯示等功能。語音報(bào)警程序：〔2〕鍵盤顯示程序

總結(jié)致謝

參考文獻(xiàn)[

附錄1：?jiǎn)纹瑱C(jī)控制的智能供熱監(jiān)控系統(tǒng)原理圖

附錄2：程序清單主程序清單：ORG0100HDISM0DATA78HDISM1DATA79HDISM2DATA7AHDISM3DATA7BHDISM4DATA7CHDISM5DATA7DHMOVSP,#50HCLR 5EHCLR5FHCLRAMOV2FH,AMOV30H,AMOV3BH,AMOV3CH,AMOV3DH,AMOV3EH,AMOV44H,AMOVDISM0,AMOVDISM1,AMOVDISM2,AMOVDISM3,AMOVDISM4,AMOVDISM5,AMOVTMOD,#56HMOVTL0,#06HMOVTH0,#06HCLRPT0SETBTR0SETBET0SETBEALOOP:ACALLDISPLYACALLSCANAJMPLOOP中斷程序清單： ORG 000BH AJMPCT0CT0： PUSH ACC PUSH DPL PUSH DPH SETB D5H ；標(biāo)志位 ACALL SAMP ；調(diào)用采樣子程序 ACALL FILTER ；調(diào)用數(shù)字濾波程序 CJNE A，42H，TPL ；假設(shè)U〔K〕≠Umax，那么TPLWL： MOV C，5EH MOV 5FH，C ；〔5EH〕送5FH CLR 5EH ；清5EH單元 ACALL UPL ；轉(zhuǎn)上限處理程序 POP DPH POP DPL POP ACC RETI ；中斷返回TPL： JNC TPL1 ；假設(shè)U〔K〕＞Umax，那么TPL1 CLR 5FH ；清上次越限處理程序 CJNE A，43H，MTPL ；假設(shè)U〔K〕≠Umax，那么TPL1HAT： SETB P1.1 ACALL PID ；調(diào)用PID子程序 MOV A,2FH ；PID送值2FH CPL A ；對(duì)PID值求補(bǔ)，作為TL1值 INC ANM： SETB P2.3 ；令P2.3輸出高電平 MOV TL1，A ；T1賦初值 MOV TH1，#0FFH SETB PT1 SETB TR1 SETB ET1 ACALL TRASTLOOP：ACALL DISPLAY JB D5H，LOOP POPDPH POP DPL POP ACC RETIMTPL：JNC HAT SETB P2.0 MOV A，45H CPL A INC A AJMP