畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）油管中頻加熱修復(fù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、前 言隨著科學(xué)的進(jìn)步與發(fā)展，對(duì)能源的需求量急劇增加，采油、輸油量也隨著增加，因此，為節(jié)約能源，提高生產(chǎn)效率，對(duì)油管的數(shù)量及質(zhì)量要求也更嚴(yán)格。但在生產(chǎn)、加工油管時(shí)，因生產(chǎn)工藝、設(shè)備等原因，使油管的質(zhì)量不合格（如裂縫、表面突起或內(nèi)部有砂眼等），必須對(duì)其進(jìn)行修復(fù)。因中頻感應(yīng)加熱效率高，節(jié)能環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。國(guó)外工業(yè)先進(jìn)國(guó)家以及電力資源豐富的國(guó)家，廣泛的采用中頻感應(yīng)加熱對(duì)鋼材和有色金屬材料進(jìn)行加熱和熱處理。7o年代以來(lái)，國(guó)外感應(yīng)加熱熱處理爐在鋼管尤其是石油鋼管的常化和調(diào)質(zhì)熱處理中得到了應(yīng)用并不斷發(fā)展。美國(guó)隆斯塔鋼鐵公司，無(wú)限制管公司以及日本川崎鋼鐵公司都有中頻感應(yīng)熱處理爐，對(duì)石

2、油套管進(jìn)行調(diào)質(zhì)熱處理。近年來(lái)為了提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低成本，減少投資，改善勞動(dòng)條件，在鋼材加熱和熱處理方面也廣泛的采用中頻感應(yīng)加熱爐，如一些鍛壓機(jī)和鋼管擠壓機(jī)及楔橫軋機(jī)的坯料加熱，pc鋼筋的調(diào)質(zhì)熱處理，石油鉆桿的管端加熱，石油鉆桿和工具接頭的焊縫熱處理，焊管的焊縫熱處理等等。感應(yīng)加熱早期主要用于有色金屬熔煉和熱處理工藝，其加熱效率高、速度快、可控性好及易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于金屬熔煉、透熱、熱處理和焊接等工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，成為冶金、國(guó)防、機(jī)械加工等部門及鑄、鍛船舶、飛機(jī)、汽車制造業(yè)等不可缺少的技術(shù)手段。與傳統(tǒng)火焰爐和電阻爐加熱相比，感應(yīng)加熱的主要優(yōu)點(diǎn)是：1、加熱速度快，能夠成倍提高加熱設(shè)備的

3、生產(chǎn)率，降低成本，提高模具的使用壽命；2、加熱溫度高，是非接觸式的電磁感應(yīng)加熱；3、加熱時(shí)間短，效率高。感應(yīng)加熱爐設(shè)備的生產(chǎn)率可達(dá)60% 70%，而火焰爐只有20%左右，電阻爐也只有約40%；4、作業(yè)環(huán)境好，環(huán)保，幾乎無(wú)熱、噪聲、粉塵等污染，作業(yè)占地少，生產(chǎn)效率高,5、容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制，具有較好的人機(jī)界面操作環(huán)境。因此，利用中頻感應(yīng)進(jìn)行加熱可快速將工件加熱至1000c以上，使油管軟化，自動(dòng)修復(fù)微小的裂紋，融合砂眼，增加產(chǎn)品重復(fù)利用率，提高質(zhì)量，減小成本，使生產(chǎn)更高效有序的進(jìn)行。1 緒論1.1 課題來(lái)源來(lái)源于生產(chǎn)/社會(huì)實(shí)際 1.2 研究的目的、意義、應(yīng)解決的主要問(wèn)題1目前單片機(jī)滲透到我們生活的

4、各個(gè)領(lǐng)域，幾乎很難找到哪個(gè)領(lǐng)域沒(méi)有單片機(jī)的蹤跡。導(dǎo)彈的導(dǎo)航裝置，飛機(jī)上各種儀表的控制，計(jì)算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)通訊與數(shù)據(jù)傳輸，工業(yè)自動(dòng)化過(guò)程的實(shí)時(shí)控制和數(shù)據(jù)處理，廣泛使用的各種智能ic卡，民用豪華轎車的安全保障系統(tǒng)，錄像機(jī)、攝像機(jī)、全自動(dòng)洗衣機(jī)的控制，以及程控玩具、電子寵物等等，這些都離不開(kāi)單片機(jī)。更不用說(shuō)自動(dòng)控制領(lǐng)域的機(jī)器人、智能儀表、醫(yī)療器械了。因此，單片機(jī)的學(xué)習(xí)、開(kāi)發(fā)與應(yīng)用將造就一批計(jì)算機(jī)應(yīng)用與智能化控制的科學(xué)家、工程師。因?yàn)閱纹瑱C(jī)通過(guò)你編寫的程序可以實(shí)現(xiàn)高智能，高效率，以及高可靠性的轉(zhuǎn)變！ 鑒于單片機(jī)的這些廣泛用途及如此簡(jiǎn)便的使用方法，作為本專業(yè)的學(xué)生我們更應(yīng)該好好學(xué)習(xí)單片機(jī)。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的目的就

5、是為了進(jìn)一步熟悉單片機(jī)語(yǔ)言及單片機(jī)工作原理，煅煉單片機(jī)與信號(hào)檢測(cè)的綜合應(yīng)用能力，為以后在工作中解決各種問(wèn)題打好基礎(chǔ)2中頻加熱是將工頻交流電50hz 220v整流濾波為直流電，再經(jīng)igbt變?yōu)橹蓄l（300hz以上至10k hz），利用單片機(jī)控制其驅(qū)動(dòng)電路，將其變?yōu)榭烧{(diào)節(jié)的中頻電流，根據(jù)電磁感應(yīng)原理，將中頻電流通入感應(yīng)線圈內(nèi)，在其內(nèi)部和周圍同時(shí)產(chǎn)生與電流頻率相同的交變磁場(chǎng)，使置于感應(yīng)線圈內(nèi)的工件，受到電流交變磁場(chǎng)作用，依靠電流熱效應(yīng)將工件表面迅速加熱。中頻感應(yīng)加熱具有電流透入深度比較大，加熱速度較快，加熱過(guò)程容易控制的優(yōu)點(diǎn)。進(jìn)行本課題研究的目的和意義在于以下幾個(gè)方面：1中頻加熱電源采用不可控整流,

6、交-直-交變頻技術(shù),設(shè)計(jì)了電壓型igbt并聯(lián)諧振電路以及以單片機(jī)為核心的控制電路。2在油管的生產(chǎn)與運(yùn)輸中，會(huì)出現(xiàn)不合規(guī)格產(chǎn)品，如：油管破裂、表面突起或內(nèi)部有砂眼等。為節(jié)約資源，提高生產(chǎn)效率，則要對(duì)其進(jìn)行修復(fù)。中頻加熱修復(fù)是一種高效節(jié)能的方法。3利用單片機(jī)進(jìn)行信號(hào)控制，可以使其更加方便精確，同時(shí)，讓單片機(jī)與計(jì)算機(jī)進(jìn)行串口通信，使人機(jī)界面友好、操作簡(jiǎn)潔方便。1.3 國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢(shì)及存在主要問(wèn)題我國(guó)中頻感應(yīng)加熱在工業(yè)上的應(yīng)用，起步于20世紀(jì)50年代，在機(jī)床制造、紡織機(jī)制造、汽車、拖拉機(jī)工業(yè)等部門應(yīng)用最早，當(dāng)時(shí)的感應(yīng)加熱技術(shù)，絕大部分來(lái)自前蘇聯(lián)，少部分來(lái)自捷克、比利時(shí)等國(guó)家。5 0年代末，我

7、國(guó)已自制出電子管式高頻電源與機(jī)械式中頻發(fā)電機(jī)，感應(yīng)熔煉、感應(yīng)透熱、淬火、介質(zhì)加熱等各種設(shè)備與工藝相繼在工業(yè)上得到應(yīng)用。6 0年代后，各個(gè)部門、企業(yè)在自力更生精神鼓舞下，研制出晶閘管中頻電源，改進(jìn)了電子管式高頻電源，并設(shè)計(jì)、制造了各種型式的淬火機(jī)床，其典型結(jié)構(gòu)已匯編入原機(jī)械部第六設(shè)計(jì)院的淬火機(jī)床圖集，共計(jì)55種。對(duì)外開(kāi)放以來(lái)，通過(guò)出國(guó)考察、進(jìn)口設(shè)備、引進(jìn)技術(shù)等多種渠道，工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的現(xiàn)代感應(yīng)加熱技術(shù)逐漸進(jìn)入了我國(guó)工業(yè)的各個(gè)部門，使中頻感應(yīng)加熱這一節(jié)能、高效、自動(dòng)化、高重現(xiàn)性、環(huán)保的技術(shù)更有效地得到利用。油管中頻加熱修復(fù)系統(tǒng)的主要性能特點(diǎn)：1中頻感應(yīng)加熱遠(yuǎn)比紅外加熱、電阻加熱或其它火焰加熱快的多。

8、由于加熱時(shí)間短、氧化的幾率少，使質(zhì)量得以保證。實(shí)際上，管體外口加熱時(shí)間只用一分多鐘(可調(diào))就加熱到工藝要求的溫度，達(dá)到了預(yù)期效果。2中頻電路主控板可裝在一金屬屏蔽箱內(nèi)，防止外界的各種干擾，控制系統(tǒng)系數(shù)字電路，高度集成化，可靠性高，調(diào)試方便。3電路的不可控整流橋簡(jiǎn)單，設(shè)備工作穩(wěn)定、可靠。4計(jì)算機(jī)界面控制，單片機(jī)輔助控制，極大地減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率。5由于中頻感應(yīng)加熱鋼管的溫度取決于磁感應(yīng)強(qiáng)度b 的分布。感應(yīng)加熱線圈、油管都是規(guī)則的圓柱體,只要兩者同心、周圍間隙均勻,就能保證鋼管圓周的溫度均勻,實(shí)際測(cè)量和實(shí)踐結(jié)果都說(shuō)明了這一點(diǎn)。6熱電偶測(cè)量精度高、應(yīng)用廣泛，可達(dá)到預(yù)定溫度( 800 1

9、 200 , 可調(diào))。1.4 設(shè)計(jì)方案 方案確定：題目要求設(shè)計(jì)一個(gè)油管中頻加熱修復(fù)系統(tǒng)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)油管的加熱修復(fù)。中頻加熱電路采用不可控整流,交-直-交變頻技術(shù),設(shè)計(jì)了電壓型igbt諧振電路以及以單片機(jī)為核心的控制電路。采用上位機(jī)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行操作，通過(guò)單片機(jī)輸出的驅(qū)動(dòng)信號(hào)控制igbt的g極電壓來(lái)控制電路的通斷，達(dá)到給工件加熱的目的。同時(shí)，用熱電偶測(cè)量工件溫度，與設(shè)定值（800可調(diào)）比較，若大于設(shè)定值則停止加熱工作，小于則繼續(xù)加熱?；谠O(shè)計(jì)思路在設(shè)計(jì)過(guò)程中選擇合適的元器件，使用合適的單元電路模塊，有效的達(dá)到設(shè)計(jì)要求。adc0804 溫度采集 方案結(jié)構(gòu)如圖1：mcs-51溫度比較pc機(jī)顯示操作模塊油

10、管加熱修復(fù)模塊產(chǎn)生中頻 led溫度顯示圖1 系統(tǒng)框圖 利用vb軟件編一個(gè)窗口界面，再利用與單片機(jī)之間的串口通信，對(duì)加熱電路進(jìn)行操作。這樣更加直觀明了和智能化。2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)2.1 器件介紹2.1.1 單片機(jī)本設(shè)計(jì)所用的單片機(jī)采用mcs-51系列單片機(jī)。mcs-51系列單片機(jī)是80年代由美國(guó)intel公司推出的一種高性能8位單片機(jī)。它的片內(nèi)集成了并行i/o，串行i/o，16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，片內(nèi)的ram和rom都比較大，ram可達(dá)256b，新型8051rom可達(dá)64kb；由于片內(nèi)rom空間大，basic語(yǔ)言等都可以固化在單片機(jī)內(nèi)，如8052ah-basic芯片等。現(xiàn)在mcs-51系列單片機(jī)已有

11、許多品種，典型的為8031，8051和8751。mcs-51系列單片機(jī)有七種尋址方式，可尋址64kb字節(jié)的程序存貯器空間和64kb字節(jié)的數(shù)據(jù)存貯器空間；共有111條指令，其中包括乘除指令和位操作指令；中斷源有5個(gè)（8032/8052為6個(gè)），分為2個(gè)優(yōu)先級(jí)，每個(gè)中斷源的優(yōu)先級(jí)是可編程的；在ram區(qū)中還開(kāi)辟了4個(gè)通用工作寄存區(qū)，共有32個(gè)通用寄存器，可以適用于多種中斷或子程序嵌套的情況。在mcs-51系列單片機(jī)內(nèi)部還有1個(gè)由直接可尋址位組成的布爾處理機(jī)，即位處理機(jī)，指令系統(tǒng)中的位處理指令即是專用于對(duì)布爾處理機(jī)的各位進(jìn)行布爾處理，特別適用于控制目的和解決各種邏輯問(wèn)題。2.1.1 .1 89c51基

12、本結(jié)構(gòu)mcs-51系列單片機(jī)一般采用hmos和chmos工藝制造，這兩種單片機(jī)完全兼容。chmos工藝比較先進(jìn)，不公具有hmos的高速性，同時(shí)還具有cmos的低功耗性。為區(qū)別起見(jiàn)，chmos工藝的單片機(jī)名稱前冠以字母c，如80c31，80c51和87c51等。此外chmos型單片機(jī)中還有一些以80c51為核心，加上一些新的功能部件所組成的增強(qiáng)型單片機(jī)，如：8xc51fb增加了一個(gè)可編程的讀數(shù)器陣列pca；8xc51ga增加了片內(nèi)的a/d轉(zhuǎn)換器；荷蘭philips公司生產(chǎn)的與mcs-51兼容的增強(qiáng)型單片機(jī)8xc552，不僅增加了片內(nèi)a/d轉(zhuǎn)換器，片內(nèi)watchdog電路和片內(nèi)pwm輸出通道，還提

13、供一種新型的芯片間通訊總線i2c接口，利用數(shù)據(jù)和時(shí)鐘兩根線就可以實(shí)現(xiàn)芯片之間數(shù)據(jù)傳送。首先介紹mcs-51單片機(jī)的引腳及其功能。hmos工藝制造的mcs-51單片機(jī)都采用40引腳雙列直插土封裝（dip）方式，chmos工藝制造的80c51/80c31除采用dip封裝方式外，還采用方形封裝。圖2 80c51引腳圖圖2是80c51的引腳圖，引腳說(shuō)明如下： vcc ：80c51電源正極輸入，接+5v電壓。 gnd ：電源接地端。 xtal1 ：接外部晶振的一個(gè)引腳。在單片機(jī)內(nèi)部，它是一反相放大器輸入端，這個(gè)放大器構(gòu)成了片內(nèi)振蕩器。它采用外部振蕩器時(shí)，些引腳應(yīng)接地。 xtal2 ：接外部晶振的一個(gè)引腳

14、。在片內(nèi)接至振蕩器的反相放大器輸出端和內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器輸入端。當(dāng)采用外部振蕩器時(shí)，則此引腳接外部振蕩信號(hào)的輸入。ale/prog： ale 是英文address latch enable的縮寫，表示允許地址鎖存允許信號(hào)。當(dāng)訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，ale信號(hào)負(fù)跳變來(lái)觸發(fā)外部的8 位鎖存器 (如 74ls373)，將端口p0的地址總線(a0-a7)鎖存進(jìn)入鎖存器中。在非訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器期間，ale 引腳的輸出頻率是系統(tǒng)工作頻率的 1/16，因此可以用來(lái)驅(qū)動(dòng)其他外圍芯片的時(shí)鐘輸入。當(dāng)問(wèn)外部存儲(chǔ)器期間，將以1/12振蕩頻率輸出。 ea/vpp ：該引腳為低電平時(shí)，則讀取外部的程序代碼 (存于外部 eprom 中

15、)來(lái)執(zhí)行程序。因此在8031中，ea 引腳必須接低電位，因?yàn)槠鋬?nèi)部無(wú)程序存儲(chǔ)器空間。p0 ：p0 口(p0.0p0.7)是一個(gè) 8 位漏極開(kāi)路雙向輸入輸出端口，當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)時(shí)，它是地址總線（低8位）和數(shù)據(jù)總線復(fù)用。外部不擴(kuò)展而單片應(yīng)用時(shí)，則作一般雙向 io 口用。p0 口每一個(gè)引腳可以推動(dòng) 8個(gè)lsttl負(fù)載。 p2 ：p2 口(p2.0p2.7)口是具有內(nèi)部提升電路的雙向 i/0 端口(準(zhǔn)雙向并行 i/o 口)，當(dāng)訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器時(shí)，它是高8位地址。外部不擴(kuò)展而單片應(yīng)用時(shí)，則作一般雙向 io 口用。每一個(gè)引腳可以推動(dòng) 4個(gè)lstl負(fù)載。 p1 ：p1 口(p1.0p1.7)口是具有內(nèi)部提

16、升電路的雙向 i/0 端口(準(zhǔn)雙向并行 i/o 口)，其輸出可以推動(dòng)4個(gè)lsttl負(fù)載。僅供用戶作為輸入輸出用的端口。 p3 ：p3 口(p3.0p3.7)口是具有內(nèi)部提升電路的雙向 i/0 端口(準(zhǔn)雙向并行 i/o 口)，它還提供特殊功能，包括串行通信、外部中斷控制、計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)控制及外部隨機(jī)存儲(chǔ)器內(nèi)容的讀取或?qū)懭肟刂频裙δ堋Ｆ涮厥夤δ芤_分配如下： p3.0 rxd串行通信輸入 p3.1 txd串行通信輸出 p3.2 int0外部中斷 0輸入，低電平有效 p3.3 int1 外部中斷 1輸入，低電平有效 p3.4 t0計(jì)數(shù)器 0外部事件計(jì)數(shù)輸入端 p3.5 t1計(jì)數(shù)器 1外部事件計(jì)數(shù)輸入端 p

17、3.6 wr外部隨機(jī)存儲(chǔ)器的寫選通，低電平有效 p3.7 rd 外部隨機(jī)存儲(chǔ)器的讀選通，低電平有效 cpu的組成2.1.1 .2 單片機(jī)的cpu mcs-51單片機(jī)的cpu由運(yùn)算器、控制器和若干個(gè)特殊功能寄存器組成，運(yùn)算器可以加、減以及各種邏輯運(yùn)算，還可以進(jìn)行乘除運(yùn)算?？刂破髟趩纹瑱C(jī)內(nèi)部協(xié)調(diào)各功能部件之間的數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)運(yùn)算等操作，并對(duì)單片機(jī)外部發(fā)出若干控制信息。cpu中使用的特殊功能寄存器acc、b、psw、sp和dptr。acc就是累加器，在指令中一般寫為a。在做乘除運(yùn)算時(shí)，b寄存器用來(lái)存放一個(gè)操作數(shù)，也用來(lái)存放運(yùn)算后的一部分結(jié)果；若不作乘除操作時(shí)，則b可用做通用寄存器。程序狀態(tài)字寄存器p

18、sw相當(dāng)于一般微處理器中的狀態(tài)寄存器，其中各位的定義如表1所示。 表1 psw狀態(tài)寄存器位地址d7d6d5d4d3d2d1d0符號(hào)cyacf0rs1rs0ovp其中各位的意義如下：cy（psw.7）：高位進(jìn)位標(biāo)志位。常用“c”表示。 ac（psw.6）：輔助進(jìn)位標(biāo)志。 f0（psw.5）：用戶標(biāo)志位。 rs1（psw.4）、rs0（psw.3）：寄存器組選擇控制位。8051共有4個(gè)8位工作寄存器，分別命名為r0r7。用戶通過(guò)改變r(jià)s1和 rs0的狀態(tài)可以方便地決定r0r7的實(shí)際物理地址。rs1和 rs0與寄存器區(qū)的對(duì)應(yīng)關(guān)系如表2所示。表2 rs1、rs2與工作寄存器組的關(guān)系rs1rs0寄存器組

19、ram中的地址00110101012300h-07h08h-0fh10h-17h18h-1fhov（psw.2）：溢出標(biāo)志位。 （psw.1）：保留位，無(wú)定義。 p（psw.0）：奇偶校驗(yàn)位，在每一個(gè)指令周期中，若累加器（a）中的“1”的位個(gè)數(shù)是奇數(shù)個(gè)則p1，偶數(shù)個(gè)則p0。2.1.1 .3 at89c51內(nèi)存空間 從物理地址空間看，89c51有4個(gè)存儲(chǔ)器地址空間，片內(nèi)程序存儲(chǔ)器、片外程序存儲(chǔ)器、片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，其存儲(chǔ)情況如下：（1）內(nèi)部程序存儲(chǔ)器（rom）4k字節(jié)。 （2）外部程序存儲(chǔ)器（rom）64k字節(jié)。 （3）內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（ram）256字節(jié)。 （4）外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（r

20、am）64k字節(jié)。2.1.1 .4 單片機(jī)的中斷系統(tǒng)單片機(jī)與外部設(shè)備交換信息一般采用兩種方式，即查詢方式和中斷方式。由于中斷方式具有cpu效率高，適合于實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)等優(yōu)點(diǎn)，因而更為常用。89c51單片機(jī)的中斷系統(tǒng)從面向用戶的角度來(lái)看，就是若干擱特殊功能寄存器：定時(shí)器控制寄存器tcon、中斷允許寄存器ie、中斷優(yōu)先級(jí)寄存器ip、串行口控制器scon。89c51單片機(jī)是一個(gè)多中斷源系統(tǒng)。有5個(gè)中斷源，即兩個(gè)外部中斷，兩個(gè)外部中斷、兩個(gè)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器中斷和一個(gè)串行口中斷。（1）方式控制寄存器tmod的控制字格式如下：表3 tmod控制字位地址d7d6d5d4d3d2d1d0符號(hào)gatec/tm1m0

21、gatec/tm1m0低4位為t0的控制字，高4位為t1的控制字。gate為門控位，對(duì)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的啟動(dòng)起輔助控制作用。gate=1時(shí)，定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)受外部引腳輸入電平的控制，此時(shí)只有p3口的p3.2（或p3.3）引腳即int0（或int1）為1才啟動(dòng)計(jì)數(shù)；gate=0時(shí)，定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的運(yùn)行不受外部輸入引腳的控制。c/t為方式選擇位。c/t=0為定時(shí)器方式，采用單片機(jī)內(nèi)部振蕩脈沖的12分頻信號(hào)人作為時(shí)鐘計(jì)數(shù)脈沖，若采用12mhz的振蕩器，則定時(shí)器的計(jì)數(shù)頻率為1mhz，從定時(shí)器的計(jì)數(shù)值便可得定時(shí)時(shí)間。（2）m1、m0二位的狀態(tài)確定定時(shí)器的工作方式，詳見(jiàn)下表：表4 m1、m0功能說(shuō)明m1

22、m0功能說(shuō)明00方式0，為13位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器01方式1，為16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器10方式2，為常數(shù)自動(dòng)重新裝入的8位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器11方式3，僅適用于t0，分為二個(gè)8位計(jì)數(shù)器（3）tcon定時(shí)/計(jì)數(shù)器工作方式控制寄存器表5 tcon控制字位地址8fh8eh8dh8ch8bh8ah89h88h符號(hào)tf1tr1tf0tr0ie1it1ie0it0tf1（tcon.7）：計(jì)時(shí)器 1溢出標(biāo)志，當(dāng)計(jì)時(shí)溢出時(shí)，由硬件設(shè)定為 1，在執(zhí)行 相對(duì)的中斷服務(wù)程序后則自動(dòng)清 0。 tr1（tcon.6）：計(jì)時(shí)器1啟動(dòng)控制位，可以由軟件來(lái)設(shè)定或清除。tr1時(shí)啟動(dòng)計(jì)時(shí)器工作，trl=0 時(shí)關(guān)閉。 tf0（tcon.5）

23、：計(jì)時(shí)器 0溢出標(biāo)志，當(dāng)計(jì)時(shí)溢出時(shí)，由硬件設(shè)定為 1，在執(zhí)行相對(duì)的中斷服務(wù)程序后則自動(dòng)清 0。 tr0（tcon.4）：計(jì)時(shí)器 0啟動(dòng)控制位，可以由軟件來(lái)設(shè)定或清除。tr0=1時(shí)，啟動(dòng)計(jì)時(shí)器工作，tr0=時(shí)關(guān)閉。 ie1（tcon.3）：外部中斷 1工作標(biāo)志，當(dāng)外部中斷被檢查出來(lái)時(shí)，硬件自動(dòng)設(shè)定此位，在執(zhí)行中斷服務(wù)程序后，則清 0。 it1（tcon.2）：外部中斷 1工作形式選擇，it1=1時(shí)，由下降緣產(chǎn)生外部中斷， it1=0時(shí)，則為低電位產(chǎn)生中斷。 ie0（tcon.1）：外部中斷 0 工作標(biāo)志，當(dāng)外部中斷被檢查出來(lái)時(shí)，硬件自動(dòng)設(shè)定此位，在執(zhí)行中斷服務(wù)程序后，則清 0。 it0（tcon

24、.0）：外部中斷 0工作形式選擇，it1=1時(shí)，由下降緣產(chǎn)生外部中斷， it1=0時(shí)，則為低電位產(chǎn)生中斷。（4） scon串行口控制寄存器sm0（scon.7）：串行通訊工作方式設(shè)定位0。 sm1（scon.6）：串行通訊工作方式設(shè)定位 1。 表6 scon 控制字位地址9fh9eh9dh9ch9bh9ah99h98h符號(hào)sm0sm1sm2rentb8rb8tirism2 （scon.5）：允許方式 2 或方式 3 多機(jī)通訊控制位。在方式 2 或方式 3 時(shí)，如sm2=1，ren=1，則從機(jī)處于只有接收到 rb8=1(地址幀)才激發(fā)中斷請(qǐng)求標(biāo)志ri=1，向主機(jī)請(qǐng)求中斷處理。被確認(rèn)為尋址的從機(jī)復(fù)

25、位sm2=0，才能接收 rb8=0 的數(shù)據(jù)幀；在方式 1 時(shí)，如 sm2=l，則只有在接收到有效停止位時(shí)才置位中斷請(qǐng)求標(biāo)志位ri=1；在方式0時(shí)，sm2應(yīng)為 0。 ren（scon.4）：ren，允許/禁止串行接收控制位。由軟件置位ren=1為允許串行接收狀態(tài)，可啟動(dòng)串行接收器rxd，開(kāi)始接收信息。軟件復(fù)位ren0，則禁止接收。 tb8（scon.3）：在方式2或方式3，它為要發(fā)送的第 9位數(shù)據(jù)，按需要由軟件置位。2.1.1 .5單片機(jī)最小系統(tǒng)（1） 振蕩電路單片機(jī)是一種時(shí)序電路，必須提供脈沖信號(hào)才能正常工作，在單片機(jī)內(nèi)部已集成了振蕩器，使用晶體振蕩器，接18、19腳。如圖，對(duì)外部c1、c2的

26、取值雖然沒(méi)有嚴(yán)格的要求，但電容的大小會(huì)影響到振蕩器頻率的高低、振蕩器的穩(wěn)定性、起振的快速性。c1、c2通常取值c1=c2=3030pf；8051的晶振最高振蕩頻率為12m，at89c51的外部晶振最高頻率可到24m。典型的晶振取11.0592mhz(因?yàn)榭梢詼?zhǔn)確地得到9600波特率和19200波特率，用于有串口通訊的場(chǎng)合)/12mhz(產(chǎn)生精確的us級(jí)時(shí)歇，方便定時(shí)操作)。（2）電源電路這當(dāng)然是必不可少的了。單片機(jī)使用的是5v電源，其中正極接40引腳，負(fù)極（地）接20引腳。（3） 復(fù)位電路由電容串聯(lián)電阻構(gòu)成，由圖并結(jié)合“電容電壓不能突變”的性質(zhì)，可以知道，當(dāng)系統(tǒng)一上電，rst腳將會(huì)出現(xiàn)高電平，

27、并且，這個(gè)高電平持續(xù)的時(shí)間由電路的rc值來(lái)決定。典型的51單片機(jī)當(dāng)rst腳的高電平持續(xù)兩個(gè)機(jī)器周期以上就將復(fù)位，所以，適當(dāng)組合rc的取值就可以保證可靠的復(fù)位。一般教科書推薦c取10u，r取10k。當(dāng)然也有其他取法的，原則就是要讓rc組合可以在rst腳上產(chǎn)生不少于2個(gè)機(jī)周期 的高電平。至于如何具體定量計(jì)算，可以參考電路分析相關(guān)書籍。（4） ea訪問(wèn)程序存儲(chǔ)器控制信號(hào)，當(dāng)ea為低電平時(shí)，對(duì)rom的讀操作限制在外部程序存儲(chǔ)器；當(dāng)ea為高電平時(shí)，則對(duì)rom的讀操作是從內(nèi)部程序存儲(chǔ)器開(kāi)始，并可延至外部程序存儲(chǔ)器。高電平就是選用內(nèi)部rom，低電平就是不選用內(nèi)部rom。圖3 單片機(jī)最小系統(tǒng)2.1.2 光電耦

28、合器光電耦合器是一種把紅外光發(fā)射器件和紅外光接受器件以及信號(hào)處理電路等封裝在同一管座內(nèi)的器件。當(dāng)輸入電信號(hào)加到輸入端發(fā)光器件led上，led發(fā)光，光接受器件接受光信號(hào)并轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，然后將電信號(hào)直接輸出，或者將電信號(hào)放大處理成標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字電平輸出，這樣就實(shí)現(xiàn)了“電光電” 的轉(zhuǎn)換及傳輸，光是傳輸?shù)拿浇?，因而輸入端與輸出端在電氣上是絕緣的，也稱為電隔離。下為原理圖和仿真圖：+ce發(fā)光器件led受光器件光電二極管光電三極管 實(shí)現(xiàn) 電 - 光 - 電 傳輸和轉(zhuǎn)換圖4 光電耦合器原理圖圖5 光電耦合器仿真圖1. 特 點(diǎn) 光電耦合器因?yàn)槠洫?dú)特的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，因此在實(shí)際使用過(guò)程中，具有以下明顯的優(yōu)點(diǎn)： (1) 能夠

29、有效抑制接地回路的噪聲，消除地干擾，使信號(hào)現(xiàn)場(chǎng)與主控制端在電氣上完全隔離，避免了主控制系統(tǒng)受到意外損壞。 (2) 可以在不同電位和不同阻抗之間傳輸電信號(hào)，且對(duì)信號(hào)具有放大和整形等功能，使得實(shí)際電路設(shè)計(jì)大為簡(jiǎn)化。 (3) 開(kāi)關(guān)速度快，高速光電耦合器的響應(yīng)速度到達(dá)ns數(shù)量級(jí)，極大的拓展了光電耦合器在數(shù)字信號(hào)處理中的應(yīng)用。 (4) 體積小，器件多采用雙列直插封裝，具有單通道、雙通道以及多達(dá)八通道等多種結(jié)構(gòu)，使用十分方便。 (5) 可替代變壓器隔離，不會(huì)因觸點(diǎn)跳動(dòng)而產(chǎn)生尖峰噪聲，且抗震動(dòng)和抗沖擊能力強(qiáng)。 (6) 高線性型光電耦合器除了用于電源監(jiān)測(cè)等，還被用于醫(yī)用設(shè)備，能有效地保護(hù)病人的人生安全。 2

30、.分 類 由于光電耦合器的品種和類型非常多，在光電子data手冊(cè)中，其型號(hào)超過(guò)上千種，通?？梢园匆韵路椒ㄟM(jìn)行分類： (1) 按光路徑分，可分為外光路光電耦合器（又稱光電斷續(xù)檢測(cè)器）和內(nèi)光路光電耦合器。外光路光電耦合器又分為透過(guò)型和反射型光電耦合器。 (2) 按輸出形式分，可分為： a、光敏器件輸出型，其中包括光敏二極管輸出型，光敏三極管輸出型，光電池輸出型，光可控硅輸出型等。 b、npn三極管輸出型，其中包括交流輸入型，直流輸入型，互補(bǔ)輸出型等。 c、達(dá)林頓三極管輸出型，其中包括交流輸入型，直流輸入型。 d、邏輯門電路輸出型，其中包括門電路輸出型，施密特觸發(fā)輸出型，三態(tài)門電路輸出型等。 e、低

31、導(dǎo)通輸出型（輸出低電平毫伏數(shù)量級(jí)）。 f、光開(kāi)關(guān)輸出型（導(dǎo)通電阻小余10）。 g、功率輸出型（igbt/mosfet等輸出）。 (3) 按封裝形式分，可分為同軸型，雙列直插型，to封裝型，扁平封裝型，貼片封裝型，以及光纖傳輸型等。 (4) 按傳輸信號(hào)分，可分為數(shù)字型光電耦合器（oc門輸出型，圖騰柱輸出型及三態(tài)門電路輸出型等）和線性光電耦合器（可分為低漂移型，高線性型，寬帶型，單電源型，雙電源2。(5) 按速度分，可分為低速光電耦合器（光敏三極管、光電池等輸出型）和高速光電耦合器（光敏二極管帶信號(hào)處理電路或者光敏集成電路輸出型）。 (6) 按通道分，可分為單通道，雙通道和多通道光電耦合器。 (7

32、) 按隔離特性分，可分為普通隔離光電耦合器（一般光學(xué)膠灌封低于5000v，空封低于2000v）和高壓隔離光電耦合器（可分為10kv,20kv,30kv等）。 (8) 按工作電壓分，可分為低電源電壓型光電耦合器（一般515v）和高電源電壓型光電耦合器（一般大于30v）。 2.1.3 推挽電路推挽結(jié)構(gòu)一般是指兩個(gè)三極管分別受兩互補(bǔ)信號(hào)的控制，總是在一個(gè)三極管導(dǎo)通的時(shí)候另一個(gè)截止。要實(shí)現(xiàn)線與需要用 oc（open collector）門電路。在電路中，各負(fù)責(zé)正負(fù)半周的波形放大任務(wù)，電路工作時(shí)，兩只對(duì)稱的功率開(kāi)關(guān)管每次只有一個(gè)導(dǎo)通，所以導(dǎo)通損耗小效率高。推挽輸出既可以向負(fù)載灌電流，也可以從負(fù)載抽取電流

33、。無(wú)輸出電容的功率放大電路，簡(jiǎn)稱ocl電路。理想情況下，輸入電壓為正弦波時(shí)的工作原理： 當(dāng)ui0時(shí)，t1管導(dǎo)通，t2管截止，正電源供電，電流如右圖所示，電路為射極輸出形式，uoui；當(dāng)ui0時(shí)，t2管導(dǎo)通，t1管截止，負(fù)電源供電，電流如圖所示，電路也為射極輸出形式，uoui；可見(jiàn)電路實(shí)現(xiàn)了“t1和t2交替工作，正、負(fù)電源交替供電，輸出與入之間雙向跟隨”。 圖6 推挽電路原理圖“互補(bǔ)”電路：不同類型的兩只晶體管交替工作，且均組成射極輸出形式的電路稱“互補(bǔ)”電路?！盎パa(bǔ)”工作方式：兩只管子的這種交替工作方式稱“互補(bǔ)”工作方式。推挽電路適用于低電壓大電流的場(chǎng)合，廣泛應(yīng)用于功放電路和開(kāi)關(guān)電路中。圖7

34、推挽電路仿真圖其中nec-ps2501-1是高速光耦,用于實(shí)現(xiàn)輸入輸出信號(hào)的電氣隔離,q4,q5組成功率放大電路,采用+15 v和-10 v雙電源供電,保證正負(fù)偏壓滿足要求。它的優(yōu)點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，開(kāi)關(guān)變壓器磁芯利用率高，推挽電路工作時(shí)，兩只對(duì)稱的功率開(kāi)關(guān)管每次只有一個(gè)導(dǎo)通，所以導(dǎo)通損耗小。缺點(diǎn)是：變壓器帶有中心抽頭，而且開(kāi)關(guān)管的承受電壓較高；由于變壓器原邊漏感的存在，功率開(kāi)關(guān)管關(guān)斷的瞬間，漏源極會(huì)產(chǎn)生較大的電壓尖峰，另外輸入電流的紋波較大，因而輸入濾波器的體積較大。 2.1.4 igbtigbt(insulated gate bipolar transistor)，絕緣柵雙極型晶體管，是由bj

35、t(雙極型三極管)和mos(絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管)組成的復(fù)合全控型電壓驅(qū)動(dòng)式功率半導(dǎo)體器件, 兼有mosfet的高輸入阻抗和gtr的低導(dǎo)通壓降兩方面的優(yōu)點(diǎn)。gtr飽和壓降低，載流密度大，但驅(qū)動(dòng)電流較大;mosfet驅(qū)動(dòng)功率很小，開(kāi)關(guān)速度快，但導(dǎo)通壓降大，載流密度小。igbt綜合了以上兩種器件的優(yōu)點(diǎn)，驅(qū)動(dòng)功率小而飽和壓降低。非常適合應(yīng)用于直流電壓為600v及以上的變流系統(tǒng)如交流電機(jī)、變頻器、開(kāi)關(guān)電源、照明電路、牽引傳動(dòng)等領(lǐng)域。 圖8 igbt結(jié)構(gòu)圖左邊所示為一個(gè)n 溝道增強(qiáng)型絕緣柵雙極晶體管結(jié)構(gòu)， n+ 區(qū)稱為源區(qū)，附于其上的電極稱為源極。p+ 區(qū)稱為漏區(qū)。器件的控制區(qū)為柵區(qū)，附于其上的電極稱為柵極

36、。溝道在緊靠柵區(qū)邊界形成。在漏、源之間的p 型區(qū)（包括p+ 和p 一區(qū)）（溝道在該區(qū)域形成），稱為亞溝道區(qū)（ subchannel region ）。而在漏區(qū)另一側(cè)的p+ 區(qū)稱為漏注入?yún)^(qū)（ drain injector ），它是igbt 特有的功能區(qū)，與漏區(qū)和亞溝道區(qū)一起形成pnp雙極晶體管，起發(fā)射極的作用，向漏極注入空穴，進(jìn)行導(dǎo)電調(diào)制，以降低器件的通態(tài)電壓。附于漏注入?yún)^(qū)上的電極稱為漏極。igbt 的開(kāi)關(guān)作用是通過(guò)加正向柵極電壓形成溝道，給npn晶體管提供基極電流，使igbt 導(dǎo)通。反之，加反向門極電壓消除溝道，切斷基極電流，使igbt 關(guān)斷。igbt 的驅(qū)動(dòng)方法和mosfet 基本相同，只需

37、控制輸入極n一溝道m(xù)osfet ，所以具有高輸入阻抗特性。當(dāng)mosfet 的溝道形成后，從p+ 基極注入到n 一層的空穴（少子），對(duì)n 一層進(jìn)行電導(dǎo)調(diào)制，減小n 一層的電阻，使igbt 在高電壓時(shí)，也具有低的通態(tài)電壓。工作特性：靜態(tài)特性：igbt 的靜態(tài)特性主要有伏安特性、轉(zhuǎn)移特性和開(kāi)關(guān)特性。igbt 的伏安特性是指以柵源電壓ugs 為參變量時(shí)，漏極電流與柵極電壓之間的關(guān)系曲線。輸出漏極電流比受柵源電壓ugs 的控制，ugs 越高， id 越大。它與gtr 的輸出特性相似也可分為飽和區(qū)1 、放大區(qū)2 和擊穿特性3 部分。在截止?fàn)顟B(tài)下的igbt ，正向電壓由j2 結(jié)承擔(dān)，反向電壓由j1結(jié)承擔(dān)。如

38、果無(wú)n+緩沖區(qū)，則正反向阻斷電壓可以做到同樣水平，加入n+緩沖區(qū)后，反向關(guān)斷電壓只能達(dá)到幾十伏水平，因此限制了igbt 的某些應(yīng)用范圍。igbt 的轉(zhuǎn)移特性是指輸出漏極電流id 與柵源電壓ugs 之間的關(guān)系曲線。它與mosfet 的轉(zhuǎn)移特性相同，當(dāng)柵源電壓小于開(kāi)啟電壓ugs(th) 時(shí)，igbt 處于關(guān)斷狀態(tài)。在igbt 導(dǎo)通后的大部分漏極電流范圍內(nèi)， id 與ugs呈線性關(guān)系。最高柵源電壓受最大漏極電流限制，其最佳值一般取為15v左右。igbt 的開(kāi)關(guān)特性是指漏極電流與漏源電壓之間的關(guān)系。igbt 處于導(dǎo)通態(tài)時(shí)，由于它的pnp 晶體管為寬基區(qū)晶體管，所以其b 值極低。盡管等效電路為達(dá)林頓結(jié)構(gòu)

39、，但流過(guò)mosfet 的電流成為igbt 總電流的主要部分。此時(shí)，通態(tài)電壓uds(on) 可用下式表示為保證igbt可靠工作,其驅(qū)動(dòng)電路應(yīng)滿足如下要求:(1)動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng),能為igbt柵極提供驅(qū)動(dòng)脈沖,使igbt迅速導(dǎo)通。(2)能向igbt提供適當(dāng)?shù)恼蚱珘汉妥銐虻姆聪蚱珘?使igbt可靠的開(kāi)通和關(guān)斷,一般取正偏電壓為+15 v,反偏電壓為-10 v為宜。(3)有足夠的輸入輸出電氣隔離能力,使信號(hào)電路與柵極驅(qū)動(dòng)電路隔離,且具有靈敏的短路、過(guò)流保護(hù)功能。圖9 推挽電路仿真圖 其中nec-ps2501-1是高速光耦,用于實(shí)現(xiàn)輸入輸出信號(hào)的電氣隔離,q4,q5組成功率放大電路,采用+15 v和-1

40、0 v雙電源供電,保證正負(fù)偏壓滿足要求。圖10 驅(qū)動(dòng)信號(hào)驅(qū)動(dòng)igbt頻率2.2 電路設(shè)計(jì)：2.2.1 加熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)主要是用單片機(jī)中斷來(lái)產(chǎn)生一個(gè)中頻信號(hào)，此驅(qū)動(dòng)信號(hào)經(jīng)過(guò)驅(qū)動(dòng)電路后，驅(qū)動(dòng)igbt管，使加熱電路工作或停止。如下圖，220v市電經(jīng)整流后，給加熱電路供電，l與c振蕩產(chǎn)生渦流磁場(chǎng)使加熱導(dǎo)體發(fā)熱。圖10 系統(tǒng)電路圖 2.2.2 交流變直流電路設(shè)計(jì)整流電路的選擇：半波整流，全波整流，橋式整流。比較三者，半波整流最簡(jiǎn)單，成本最低，但是整流的效率最低，波動(dòng)較大。全波解決了半波的不足，但是電路復(fù)雜，變壓器利用率低，成本高（要用雙繞組），橋式整流最好，成本較全波低，電源利用率高，輸出波動(dòng)小，就是

41、電路較復(fù)雜。故采用橋式整流 。由于整流出來(lái)的直流有波動(dòng)，所以整流之后還要濾波。這里我采用電容濾波電路。最后系統(tǒng)采用的整流濾波電路為單相橋式整流電容濾波電路，如下圖所示。圖11 整流與加熱電路仿真圖2.2.3 溫度信號(hào)采集電路設(shè)計(jì)如下圖所示，以滑動(dòng)變阻器代替熱電偶，將采集的電壓信號(hào)經(jīng)adc0804芯片轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)，經(jīng)單片機(jī)處理后由led顯示。 圖12 溫度信號(hào)采集電路圖2.2.4 電源模塊設(shè)計(jì) 圖13 5v穩(wěn)壓電路 電源是系統(tǒng)中最重要的模塊之一，輸入電源經(jīng)穩(wěn)壓塊后輸出穩(wěn)定的+5v電源，用以驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)3.1 vb與串口通信3.1.1 rs232協(xié)議s232c標(biāo)準(zhǔn)是美國(guó)eia(電子

42、工業(yè)聯(lián)合會(huì))與bell等公司一起開(kāi)發(fā)的1969年公布的通信協(xié)議。它適合于數(shù)據(jù)傳輸速率在020000b/s范圍內(nèi)的通信。這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)串行通信接口的有關(guān)問(wèn)題，如信號(hào)線功能、電器特性都作了明確規(guī)定。由于通行設(shè)備廠商都生產(chǎn)與rs232c制式兼容的通信設(shè)備，因此，它作為一種標(biāo)準(zhǔn)，目前已在微機(jī)通信接口中廣泛采用。rs232c標(biāo)準(zhǔn)(協(xié)議)的全稱是eia-rs232c標(biāo)準(zhǔn)，其中eia代表美國(guó)電子工業(yè)協(xié)會(huì)，rs(recommended tandard)代表推薦標(biāo)準(zhǔn)，232是標(biāo)識(shí)號(hào)，c代表rs232的最新一次修改 (1969)，在這之前，有rs232b、rs232a。rs232采取不平衡傳輸方式，即所謂單端通訊。r

43、s232c總線標(biāo)準(zhǔn)設(shè)有25條信號(hào)線，包括一個(gè)主通道和一個(gè)輔助通道，在多數(shù)況下主要使用主通道，對(duì)于一般雙工通信，僅需幾條信號(hào)線就可實(shí)現(xiàn)，如一條發(fā)送線、一條接收線及一條地線。rs232-c標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的數(shù)據(jù)傳輸速率為每秒50、75、100、150、300、600、1200、2400、4800、9600、19200波特。rs232c標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了一個(gè)25個(gè)腳的db25連接器，對(duì)連接器的每個(gè)引腳的信號(hào)內(nèi)容加以規(guī)定，還對(duì)各種信號(hào)的電平加以規(guī)定。db25的串口一般用到的管腳只有2(rxd)、3(txd)、7(gnd)這三個(gè)，隨著設(shè)備的不斷改進(jìn)，現(xiàn)在db25針很少看到了，代替他的是db9的接口，db9所用到的管腳比

44、db25有所變化，是2(rxd)、3(txd)、5(gnd)這三個(gè)。因此現(xiàn)在都把rs232接口叫做db9。在后面的敘述中，所有的rs232接口指的都是db9。典型的rs232信號(hào)在正負(fù)電平之間擺動(dòng)，在發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，發(fā)送端驅(qū)動(dòng)器輸出正電平在 +5+15v，負(fù)電平在-5-15v電平。當(dāng)無(wú)數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，線上為ttl，從開(kāi)始傳送數(shù)據(jù)到結(jié)束，線上電平從ttl電平到rs232電平再返回ttl電平。接收器的典型的工作電平在 +3+12v與-3-12v。rs232-c標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，驅(qū)動(dòng)器允許有2500pf的電容負(fù)載，通信距離將受此電容限制，例如，采用150pf/m的通信電纜時(shí)，最大通信距離為15m;若每米電纜的電容量

45、減小，通信距離可以增加。傳輸距離短的另一原因是rs232屬單端信號(hào)傳送，發(fā)送電平與接收電平的差僅為2v至3v左右，存在共地噪聲和不能抑制共模干擾等問(wèn)題，因此一般用于20m以內(nèi)的通信。同時(shí)rs232是為點(diǎn)對(duì)點(diǎn)(即只用一對(duì)收、發(fā)設(shè)備)通訊而設(shè)計(jì)的，其驅(qū)動(dòng)器負(fù)載為37k。所以rs232適合本地設(shè)備之間的通信。db9的結(jié)構(gòu)及各引腳定義如圖2所示。在連接2個(gè)rs232c的9針接口時(shí)，只要保證a接口的rxd和b接口的txd相連，a接口的txd和b接口的rxd相連以及a、b接口的gnd相連，就可以進(jìn)行rs232c串口通信了。所以常用的引腳只有2腳rxd、3腳txd和5腳gnd。eia-rs232c對(duì)電器特性

46、、邏輯電平和各種信號(hào)線功能都作了規(guī)定： 圖14 9針接口圖在txd和rxd上：邏輯1(mark)=-3v-15v ，邏輯0(space)=+315v；在rts、cts、dsr、dtr和dcd等控制線上：信號(hào)有效（接通，on狀態(tài)，正電壓）+3v+15v，信號(hào)無(wú)效（斷開(kāi)，off狀態(tài)，負(fù)電壓)=-3v-15v。 3.1.2 串口通信串口是計(jì)算機(jī)上一種非常通用設(shè)備通信的協(xié)議(不要與通用串行總線universal serial bus或者usb混淆)。大多數(shù)計(jì)算機(jī)包含兩個(gè)基于rs232的串口。串口同時(shí)也是儀器儀表設(shè)備通用的通信協(xié)議；很多gpib兼容的設(shè)備也帶有rs232口。同時(shí)，串口通信協(xié)議也可以用于獲

47、取遠(yuǎn)程采集設(shè)備的數(shù)據(jù)。串口通信的概念非常簡(jiǎn)單，串口按位(bit)發(fā)送和接收字節(jié)。盡管比按字節(jié)(byte)的并行通信慢，但是串口可以在使用一根線發(fā)送數(shù)據(jù)的同時(shí)用另一根線接收數(shù)據(jù)。它很簡(jiǎn)單并且能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)距離通信。比如ieee488定義并行通行狀態(tài)時(shí)，規(guī)定設(shè)備線總常不的超過(guò)20米，并且任意兩個(gè)設(shè)備間的長(zhǎng)度不的超過(guò)2米；而對(duì)于串口而言，長(zhǎng)度可達(dá)1200米。典型地，串口用于ascii碼字符的傳輸。通信使用3根線完成: (1)地線，(2)發(fā)送，(3)接收。由于串口通信是異步的，端口能夠在一根線上發(fā)送數(shù)據(jù)同時(shí)在另一根線上接收數(shù)據(jù)。其他線用于握手，但是不是必須的。串口通信最重要的參數(shù)是波特率、數(shù)據(jù)位、停止位和

48、奇偶校驗(yàn)。對(duì)于兩個(gè)進(jìn)行通行的端口，這些參數(shù)必須匹配: 1.波特率 這是一個(gè)衡量通信速度的參數(shù)。它表示每秒鐘傳送的bit的個(gè)數(shù)。例如300波特表示每秒鐘發(fā)送300個(gè)bit。當(dāng)我們提到時(shí)鐘周期時(shí)，我們就是指波特率例如如果協(xié)議需要4800波特率，那么時(shí)鐘是4800hz。這意味著串口通信在數(shù)據(jù)線上的采樣率為4800hz。通常電話線的波特率為14400，28800和36600。波特率可以遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于這些值，但是波特率和距離成反比。高波特率常常用于放置的很近的儀器間的通信，典型的例子就是gpib設(shè)備的通信。2.數(shù)據(jù)位這是衡量通信中實(shí)際數(shù)據(jù)位的參數(shù)。當(dāng)計(jì)算機(jī)發(fā)送一個(gè)信息包，實(shí)際的數(shù)據(jù)不會(huì)是8位的，標(biāo)準(zhǔn)的值是5、

49、7和8位。如何設(shè)置取決于你想傳送的信息。比如，標(biāo)準(zhǔn)的ascii碼是0127(7位)。擴(kuò)展的ascii碼是0255(8位)。如果數(shù)據(jù)使用簡(jiǎn)單的文本(標(biāo)準(zhǔn) ascii碼)，那么每個(gè)數(shù)據(jù)包使用7位數(shù)據(jù)。每個(gè)包是指一個(gè)字節(jié)，包括開(kāi)始/停止位，數(shù)據(jù)位和奇偶校驗(yàn)位。由于實(shí)際數(shù)據(jù)位取決于通信協(xié)議的選取，術(shù)語(yǔ) “包”指任何通信的情況。3.停止位 用于表示單個(gè)包的最后一位。典型的值為1，1.5和2位。由于數(shù)據(jù)是在傳輸線上定時(shí)的，并且每一個(gè)設(shè)備有其自己的時(shí)鐘，很可能在通信中兩臺(tái)設(shè)備間出現(xiàn)了小小的不同步。因此停止位不僅僅是表示傳輸?shù)慕Y(jié)束，并且提供計(jì)算機(jī)校正時(shí)鐘同步的機(jī)會(huì)。適用于停止位的位數(shù)越多，不同時(shí)鐘同步的容忍程

50、度越大，但是數(shù)據(jù)傳輸率同時(shí)也越慢。4.奇偶校驗(yàn)位在串口通信中一種簡(jiǎn)單的檢錯(cuò)方式。有四種檢錯(cuò)方式: 偶、奇、高和低。當(dāng)然沒(méi)有校驗(yàn)位也是可以的。對(duì)于偶和奇校驗(yàn)的情況，串口會(huì)設(shè)置校驗(yàn)位(數(shù)據(jù)位后面的一位)，用一個(gè)值確保傳輸?shù)臄?shù)據(jù)有偶個(gè)或者奇?zhèn)€邏輯高位。例如，如果數(shù)據(jù)是011，那么對(duì)于偶校驗(yàn)，校驗(yàn)位為0，保證邏輯高的位數(shù)是偶數(shù)個(gè)。如果是奇校驗(yàn)，校驗(yàn)位位1，這樣就有3個(gè)邏輯高位。高位和低位不真正的檢查數(shù)據(jù)，簡(jiǎn)單置位邏輯高或者邏輯低校驗(yàn)。這樣使的接收設(shè)備能夠知道一個(gè)位的狀態(tài)，有機(jī)會(huì)判斷是否有噪聲干擾了通信或者是否傳輸和接收數(shù)據(jù)是否不同步。3.1.3 vb接口設(shè)計(jì)在visual basic 專業(yè)版里，有一個(gè)

51、專為設(shè)計(jì)串行通訊的控件，也就是mscomm通訊控制項(xiàng)，只要將它外掛進(jìn)程序里，設(shè)定好通訊協(xié)定。便能使用rs232與外界相匹配的電子設(shè)備進(jìn)行通訊。mscomm控件最常用的屬性如下：commport屬性：設(shè)置并返回通信端口號(hào),指定pc機(jī)上用于通信的串口。setting屬性：以字符串的形式設(shè)置并返回波特率,奇偶校驗(yàn),數(shù)據(jù)位和停止位。portopen屬性：設(shè)置并返回通信端口的狀態(tài),用于打開(kāi)和關(guān)閉端口。rthreshold 屬性：mscomm 控件設(shè)置commevent 屬性為comevreceive并產(chǎn)生oncomm之前設(shè)置并返回的要接收的字符數(shù)。input屬性：從接收緩沖區(qū)返回和刪除字符,用于接收數(shù)據(jù)

52、。inputlen 屬性：設(shè)置并返回input屬性從接收緩沖區(qū)讀取的字符數(shù)。 mscomm1.output=outputstring 發(fā)送數(shù)據(jù),outputstring 是定義的字符型變量（dim outputstring as string）。一般用定時(shí)器的timer事件來(lái)定時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù),接到回應(yīng)字符后則關(guān)閉定時(shí)器。mscomm控件可以直接把字符串轉(zhuǎn)化成二進(jìn)制數(shù)據(jù)形式發(fā)送,不需要我們?cè)诔绦蛑杏盟惴▉?lái)轉(zhuǎn)換。每次發(fā)送完畢最好關(guān)閉串口。用mscomm1.portopen=false來(lái)實(shí)現(xiàn)。mscomm_oncomm事件可以捕捉通信時(shí)發(fā)生的錯(cuò)誤,也可以接收數(shù)據(jù)。由于rthreshold的屬性值為3,所

53、以當(dāng)輸入緩沖區(qū)滿三個(gè)字符時(shí),就觸發(fā)mscomm_oncomm事件,通過(guò)對(duì)接收字符的判斷,可以決定主程序分支的去向。（1） 打開(kāi)vb6.0，新建一個(gè)工程。 圖15 新建工程（2）點(diǎn)擊按鈕。（3）執(zhí)行菜單命令【工程】【部件】選擇microsoft comm control6.0單擊按鈕，然后點(diǎn)擊按鈕。圖16 添加串口部件(4)添加控件，文本框，引用通訊控件。界面如下圖，放置一個(gè)文字輸入框，作為標(biāo)題，并放置三個(gè)控制按鈕，一個(gè)登陸鍵，兩個(gè)控制鍵，里頭有專屬的控制指令。圖17 操作界面仿真 (5)引用控制項(xiàng)完成后，便是設(shè)定其通訊協(xié)定的屬性，如下圖，設(shè)定波特率參數(shù)，vb程序與89c51單片機(jī)的匯編語(yǔ)言程序的波特率參數(shù)必須相同，本文是設(shè)定9600bps，其中“9600，n，8，1”，代表“所使用的通訊口是以每秒9600bit的速度進(jìn)行傳輸，不作同位位元的檢查，每個(gè)位元是8個(gè)bit，停止位元是一個(gè)bit”，同樣地。此參數(shù)也可以直接設(shè)計(jì)