紙機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計

1、目 錄第一章 緒論- 1 -11 課題研究的目的和意義- 4 -12 紙機(jī)的工藝過程- 4 -13 造紙過程國內(nèi)外研究現(xiàn)狀- 5 -131 國外造紙概況- 6 -132 國內(nèi)造紙發(fā)展概況- 6 -14 本課題的研究內(nèi)容- 7 -第二章 系統(tǒng)總體方案論證- 8 -21 控制系統(tǒng)方案的確定- 8 -211 控制系統(tǒng)類型的確定- 8 -212 微控制器方案的確定- 9 -22 輸入輸出通道方案的確定- 10 -221 模擬量輸入通道方案的確定- 10 -222 模擬量輸出通道的確定- 12 -23 系統(tǒng)外部設(shè)備的確定- 13 -231 鍵盤的選擇- 13 -232顯示器的選擇- 14 -233 報警

2、系統(tǒng)- 14 -24 系統(tǒng)總體框圖- 14 -第三章 系統(tǒng)的硬件設(shè)計- 16 -31 8031單片機(jī)的最小系統(tǒng)- 16 -311 8031單片機(jī)的引腳結(jié)構(gòu)- 16 -312 地址鎖存器74LS373- 18 -313 程序存儲器27128- 19 -314 時鐘電路的設(shè)計- 21 -315 復(fù)位系統(tǒng)的設(shè)計- 22 -32 輸入輸出通道的設(shè)計- 23 -321 輸入通道的設(shè)計- 24 -322輸出通道系統(tǒng)的設(shè)計- 27 -33 外圍設(shè)備電路的設(shè)計- 29 -331鍵盤電路的設(shè)計- 29 -332顯示電路的設(shè)計- 30 -34 報警系統(tǒng)及電源設(shè)計- 31 -第四章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計- 33 -41

3、程序設(shè)計方法和程序語言的選擇- 33 -42 主程序的設(shè)計- 34 -421 中斷服務(wù)子程序的設(shè)計- 34 -422 采樣子程序的設(shè)計- 36 -423 數(shù)字濾波程序設(shè)計- 37 -424 報警系統(tǒng)的設(shè)計- 38 -425 按鍵子程序設(shè)計- 39 -43 系統(tǒng)PID的設(shè)計- 39 -結(jié)束語- 42 -致 謝- 43 -參考文獻(xiàn)- 44 -附錄1 程序清單- 46 -附錄2 系統(tǒng)硬件圖- 56 - 第一章 緒論11 課題研究的目的和意義紙張是人們生活和工作所不可缺少的，在人們的生活中占著重要地位。隨著國民經(jīng)濟(jì)，科學(xué)文化教育事業(yè)的發(fā)展，對紙張的需要無論是數(shù)量還是質(zhì)量都大大提高了。造紙機(jī)是生產(chǎn)紙張的

4、主要工具,造紙機(jī)生產(chǎn)過程運(yùn)行的好壞對紙張的產(chǎn)量，質(zhì)量以及原料的消耗關(guān)系很大。造紙工業(yè)是許多國民經(jīng)濟(jì)配套的、必要的重要原材料工業(yè)。隨著人們生活水平的提高，紙和紙板所需的品種和數(shù)量日益增長，在國民經(jīng)濟(jì)中占有越來越重要的地位。我國造紙工業(yè)的發(fā)展前景十分樂觀，但與國外造紙工業(yè)相比，還有一定差距。我國造紙工業(yè)技術(shù)落后，自動化程度很低，絕大部分生產(chǎn)流程還是人工操作，限制了我國造紙工業(yè)的發(fā)展。另一方面，人們對紙的質(zhì)量和產(chǎn)量要求越來越高，但是日益嚴(yán)重的世界性能源緊張和工業(yè)污染問題，迫使能量消耗多、污染影響大的紙漿造紙業(yè)采用各種措施來減少污染，降低能耗。整個制漿造紙生產(chǎn)過程變得越來越復(fù)雜，人工操作難以保證達(dá)到產(chǎn)

5、品質(zhì)量，對造紙過程進(jìn)行自動控制迫在眉睫。所以研究紙機(jī)生產(chǎn)過程的控制是有意義的。在紙張生產(chǎn)中，表示紙張的質(zhì)量有一系列指標(biāo)，如定量，水份，灰份，平滑度，光潔度等，其中最重要的是定量和水份。定量就是單位面積紙的重量，它反映了紙張的厚度和均勻度。水份就是紙中的含水率，起值過高，將導(dǎo)致紙頁容易撕裂，過低有會導(dǎo)致紙張發(fā)脆，撕裂度差。在質(zhì)量檢驗(yàn)時，要求這兩項(xiàng)指標(biāo)都落在一定的公差范圍之內(nèi)。定量控制的效益來自定量偏差的減小。假如生產(chǎn) 100 克/米 的紙張，允許定量偏差為5 克/米 ，若實(shí)現(xiàn)下偏差卡邊控制后，使定量穩(wěn)定在 96 克/米 ，生產(chǎn)同樣長度的紙，可節(jié)約紙漿 4。相反，實(shí)現(xiàn)上偏差卡邊控制后，使定量穩(wěn)定在

6、 104 克/米 ，生產(chǎn)同樣長度的紙，就多用紙漿 4。水分控制與定量控制類似。從生產(chǎn)者來說，總是希望產(chǎn)品的定量靠近公差的下限，這樣可以節(jié)省原料；同時希望水分靠近公差的上限，這樣既可以減少烘干所需能源，又可以增加成品紙的重量，在不增加原料能耗的情況下增加產(chǎn)量。但是在生產(chǎn)過程中，由于種種干擾因素的影響，定量和水份的波動總是存在的，它們都是圍繞各自平均值上下波動的隨機(jī)變量。因此，為了保證產(chǎn)品合格率，必須使定量的平均值高于公差下限。12 紙機(jī)的工藝過程紙機(jī)按結(jié)構(gòu)（主要是網(wǎng)部結(jié)構(gòu)）不同，有長網(wǎng)紙機(jī)，圓網(wǎng)紙機(jī)，夾網(wǎng)紙機(jī)和復(fù)合紙機(jī)幾種類型。它們的基本組成相同，都是由網(wǎng)部、壓榨部、干燥部和卷紙機(jī)等組成。長網(wǎng)造

7、紙機(jī)與其他三種的不同之處，主要是網(wǎng)部由網(wǎng)籠和網(wǎng)槽組成。長網(wǎng)造紙機(jī)是造紙工業(yè)中使用最廣泛的一種造紙機(jī)。如圖1-1所示：典型長網(wǎng)造紙機(jī)可以看作由多臺設(shè)備組成的聯(lián)動機(jī)，通常分為濕部和干部兩部分。濕部包括漿料流送設(shè)備、網(wǎng)部和壓榨部；干部包括干燥部、壓光機(jī)和卷紙機(jī)（切紙機(jī)）。圖11紙張生產(chǎn)過程系統(tǒng)示意圖經(jīng)過打漿處理的濃紙漿（濃度約為3%），用回水池中的水稀釋到0.3%左右，通過除砂與過濾處理后送入稀漿池中。在這里把滑石粉等填料假如稀漿池中，再把稀漿池中的稀漿用泵打入流漿箱內(nèi)。流漿箱里的液位和壓力都要求保持恒定，以保證稀紙漿以恒定的速度由流漿箱均勻地噴到銅網(wǎng)上。銅網(wǎng)上紙漿中的紙纖維量就決定了成品紙張中所含

8、的紙纖維量。它的多少直接影響紙張的厚度，即紙張的定量。紙纖維量由濃紙漿的流量來控制。紙漿在網(wǎng)上被脫水，然后在烘干缸段被擠壓，烘干和壓光。紙漿脫水和紙頁烘干由電機(jī)拖動勻速前進(jìn)，最后成為成品紙卷在卷筒上。烘缸內(nèi)充有蒸汽，蒸汽流量控制著烘干的程度，即紙張水份的含量。紙張的定量和水份分別由卷筒前面的射線測厚儀和紅外線濕度計來測定，又分別通過調(diào)節(jié)漿料閥門和蒸汽閥門來得到控制。13 造紙過程國內(nèi)外研究現(xiàn)狀造紙起源于我國，是我國古代的四大發(fā)明之一。我國東漢時期的蔡倫制成了人類歷史上的第一張紙，開創(chuàng)了人類社會文明進(jìn)步的新紀(jì)元,對世界文明的發(fā)展與進(jìn)步，做出了無與倫比的貢獻(xiàn)。約 200 年前，機(jī)制紙技術(shù)首先在歐洲

9、出現(xiàn)，后逐漸傳播到世界各地。至今只有少數(shù)幾個國家不能造紙，絕大多數(shù)國家都擁有自己的造紙工業(yè)。隨著文化和信息產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展，造紙業(yè)在全世界產(chǎn)業(yè)中的地位已經(jīng)變得越來越重要，被列為國民經(jīng)濟(jì)十大支柱制造產(chǎn)業(yè)之一。紙與紙板的消費(fèi)水平已經(jīng)成為衡量一個國家現(xiàn)代化水平的重要標(biāo)志之一。1995 年，全球造紙工業(yè)的總銷售額為 2600 億美元，總資產(chǎn)為 4000 億美元。根據(jù)聯(lián)合國糧農(nóng)組織（FAO）的統(tǒng)計，全球紙和紙板產(chǎn)量已由 1950 年的 4300 多萬噸發(fā)展到 1998 年的 3.01 億噸。建國以來，特別是改革開放以來，我國造紙工業(yè)得到了快速發(fā)展。紙和紙板的產(chǎn)量從 1950 年的 38 萬噸猛增到 200

10、1 年的 3200 萬噸，已躍居世界第三位。按產(chǎn)量排序，我國目前可以稱為紙業(yè)大國，但我國決不是紙業(yè)強(qiáng)國11-13。131 國外造紙概況隨著控制理論和計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，制漿造紙工業(yè)的自動化也得到了較快發(fā)展。國外對制漿過程計算機(jī)控制的研究始于上世紀(jì)六十年代末，在此期間，研究者建立了各種能適用于計算機(jī)控制的數(shù)學(xué)模型。七十年代初出現(xiàn)了以電子計算機(jī)為中心的對整個制漿過程進(jìn)行控制的自動化系統(tǒng)。1974 年瑞典 Modocell AB 和 ASEALME AutomationAB 公司,研制出具有蒸鍋內(nèi)堿液濃度在線分析的間歇蒸煮計算機(jī)控制系統(tǒng)1。目前國外先進(jìn)的間歇計算機(jī)控制系統(tǒng)一般都是由過程級、優(yōu)化級和管理

11、級三級組成，能對整個制漿過程的能源、原料、藥液和產(chǎn)量進(jìn)行優(yōu)化、管理和控制。國外對回收過程的動態(tài)建模和控制方面的研究始于五六十年代，但至今建立的各種模型大多是過阻尼類的線性模型，很難解釋多效蒸發(fā)系統(tǒng)的欠阻尼振蕩現(xiàn)象，而控制策略大多是 PID 反饋加前饋的傳統(tǒng)控制方法，現(xiàn)代控制理論的應(yīng)用還不成熟。國外對抄紙過程計算機(jī)控制的研究始于五十年代末。美國于 1960 年最早實(shí)現(xiàn)了造紙過程計算機(jī)控制2-3。美國的 Measurex 公司和 AccuRay 公司，以及德國的 Lippika 公司，是當(dāng)今世界造紙機(jī)定量、水分計算機(jī)控制系統(tǒng)最先進(jìn)的三家公司，這三家公司已有商品化的計算機(jī)控制系統(tǒng)，它們的定量儀、水分

12、儀、灰份儀、濃度儀、流量計、控制閥、掃描架和工業(yè)控制機(jī)都代表了當(dāng)今世界的最高水平。它們的成套技術(shù)和實(shí)施技術(shù)也是最高水平的，模型和控制算法比較簡單。132國內(nèi)造紙發(fā)展概況我國造紙行業(yè)現(xiàn)有造紙廠 4330 個，造紙機(jī)近 10000 臺，其中長網(wǎng)機(jī) 700 臺，大型圓網(wǎng)紙機(jī) 800 臺，大型圓長網(wǎng)結(jié)合紙機(jī) 1200 臺11。1998 年全國造紙企業(yè)年產(chǎn)量在10 萬噸以上的只有 32 家,急需用規(guī)模化和現(xiàn)代化技術(shù)取代舊模式。未來發(fā)展計劃的重點(diǎn)在新聞紙、印刷、書寫紙和包裝紙，更多的低定量、高性能的產(chǎn)品將得到發(fā)展，低質(zhì)量的非木纖維產(chǎn)品將被淘汰?？v觀國內(nèi)外自控技術(shù)的發(fā)展情況，我國自動控制技術(shù)的研究和應(yīng)用水平

13、還很欠缺，造紙過程控制更是如此。在國外被廣泛重視和應(yīng)用的單片機(jī)控制技術(shù)，模糊控制技術(shù)，神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)自動化技術(shù)在我國還處于剛起步階段。我國造紙企業(yè)中，1978 年之前還沒有一套造紙機(jī)定量、水分計算機(jī)控制系統(tǒng)12。當(dāng)時全國造紙工業(yè)中只有一些常規(guī)儀表控制系統(tǒng)，用于鍋爐、蒸煮、打漿等工段的單回路控制，而且多在一些新建的大型紙廠，許多老廠和小廠的生產(chǎn)還是人工操作。1978 年，我國開始引進(jìn)了幾套定量水分計算機(jī)控制系統(tǒng)，用于大型紙機(jī)的控制，取得了經(jīng)驗(yàn)。后又陸續(xù)引進(jìn)了多套計算機(jī)控制系統(tǒng)，全國各大紙廠基本都有了計算機(jī)控制設(shè)備。引進(jìn)的控制系統(tǒng)多用于生產(chǎn)牛皮紙、新聞紙的大型高速紙機(jī)上，產(chǎn)量高，效益顯著。我國造紙企業(yè)

14、多為年產(chǎn) 0.5 萬噸以下小廠，采用的造紙?jiān)隙酁椴轁{，對于這樣的小廠，引進(jìn)設(shè)備的投資往往超過其固定資產(chǎn)投資，而經(jīng)濟(jì)效益卻并不顯著。使用進(jìn)口設(shè)備的弊端是國外公司的技術(shù)保密，引進(jìn)后只能使用，而對其內(nèi)部硬、軟件原理都不能了解。設(shè)備維修和零配件更換仍需花費(fèi)大量外匯。對于大規(guī)模提高我國造紙工業(yè)自動化水平極為不利。1983 年浙江大學(xué)造紙自動化研究推廣中心進(jìn)行了紙機(jī)定量、水分控制系統(tǒng)的研制工作13。雖然當(dāng)時國內(nèi)已有廠家引進(jìn)了幾套國外成套的紙機(jī)定量、水分計算機(jī)控制系統(tǒng)，但國外廠商的技術(shù)保密使得國內(nèi)的研究工作幾乎是白手起家。該中心也從事紙機(jī)數(shù)學(xué)模型開發(fā)、控制方案設(shè)計、控制算法推導(dǎo)、工藝流程改造、儀表研制和計

15、算機(jī)硬件安裝調(diào)試、計算機(jī)軟件開發(fā)等大量研究開發(fā)工作。1984 年 7 月，國內(nèi)第一套紙機(jī)定量、水分計算機(jī)控制系統(tǒng)在浙江嘉興民豐造紙廠的 1 號紙機(jī)上運(yùn)行成功，取得了重大得經(jīng)濟(jì)效益，打破了外國壟斷造紙機(jī)計算機(jī)控制系統(tǒng)的局面。這套系統(tǒng)自 1984 年 7月開始運(yùn)行，至今仍保持良好的性能，證明了國產(chǎn)系統(tǒng)的可靠性。目前該公司開發(fā)成功了SYQCS3000增強(qiáng)型定量水分控制系統(tǒng)、SYGCS3000熱泵供汽控制系統(tǒng)、SYNCS3000紙漿濃度控制系統(tǒng)、SYHCS3000 上網(wǎng)流送過程控制系統(tǒng)、SYDCS3000 制漿造紙過程集散控制系統(tǒng)、SYWIS3000 在線紙病檢測系統(tǒng)、SYNET3000 制漿造紙企業(yè)

16、網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)等面向制漿造紙行業(yè)自動化系列產(chǎn)品。14 本課題的研究內(nèi)容紙張質(zhì)量主要取決于兩個指標(biāo)：定量和水份。定量反映了紙張的厚度。水份與紙纖維和填料一起決定了紙張的定量。因此，控制的首要任務(wù)是使定量和水份保持在設(shè)定值上。本系統(tǒng)主要研究紙張定量的自動控制，控制要求為：紙張定量設(shè)定值為100克/平方米；控制誤差為5克/平方米。第二章 系統(tǒng)總體方案論證單位面積紙張中所含紙纖維及填料的重量稱為絕干定量，它可以從紙的定量和水份中算出（單位是g/m2）：絕干定量=定量-水份（g/m2）因此，在只研究對定量的控制時，為了消除水份對定量的耦合影響，可以采用絕干定量作為系統(tǒng)的輸出。從絕干定量的定義可知，它與紙的

17、含水量無關(guān)，也不受烘缸中蒸汽壓力的影響，因此實(shí)現(xiàn)了解耦，它只是由濃漿流量來決定。這樣絕干定量的控制就變成了一個單輸入單輸出的系統(tǒng)。一般的紙張絕干定量占定量的95%左右，含水約為5%，因此如果把絕干定量控制的很穩(wěn)定，波動很小，那么定量的波動也就可以大大減小了，因此可以直接利用單變量的控制方法來對絕干定量加以控制，從而實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)定量的控制要求。21 控制系統(tǒng)方案的確定自動控制系統(tǒng)包括開環(huán)控制和閉環(huán)控制14。閉環(huán)控制能對輸入量和輸出量進(jìn)行比較，并且將他們的偏差作為控制手段，以保持兩者之間的預(yù)定關(guān)系。因此閉環(huán)控制具有抑制內(nèi)、外擾動，精度高等優(yōu)點(diǎn)，有利于實(shí)現(xiàn)高精度控制。閉環(huán)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖2-1所示：

18、控制器檢測裝置執(zhí)行機(jī)構(gòu) 被控對象-圖2-1 控制系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)211 控制系統(tǒng)類型的確定隨著計算機(jī)在工業(yè)控制領(lǐng)域中的應(yīng)用越來越廣泛，控制系統(tǒng)中的控制器也越來越多的采用計算機(jī)來實(shí)現(xiàn)。計算機(jī)控制系統(tǒng)可分為操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)、直接數(shù)字控制（DDC）系統(tǒng)、監(jiān)督控制系統(tǒng)（SCC）和分布控制系統(tǒng)。在操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)中，計算機(jī)的輸出不直接作用于生產(chǎn)對象，屬于開環(huán)控制結(jié)構(gòu)。該系統(tǒng)常用在計算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計與調(diào)試階段，進(jìn)行數(shù)據(jù)檢測、處理及實(shí)驗(yàn)新的數(shù)學(xué)模型，調(diào)試新的控制程序等。直接數(shù)字控制系統(tǒng)的（DDC）是閉環(huán)系統(tǒng)，是微機(jī)在工業(yè)生產(chǎn)過程中最普遍的一種應(yīng)用。該系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)是靈活性大。在常規(guī)模擬調(diào)節(jié)器控制系統(tǒng)中，控制器一經(jīng)選

19、定，其控制方法也就確定了，要改變控制方法就必須改變硬件，這就往往難度較大。而在DDC系統(tǒng)中，由于微機(jī)代替了常規(guī)模擬調(diào)節(jié)器，因此要改變控制方法，只要改變程序就可以實(shí)現(xiàn)了，無須對硬件線路作任何改動。另外，計算機(jī)計算能力強(qiáng)，可以有效地實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜的控制，用來改善控制質(zhì)量，提高經(jīng)濟(jì)效益21。根據(jù)紙張定量控制系統(tǒng)的控制要求，本系統(tǒng)采用DDC系統(tǒng)。212 微控制器方案的確定微型計算機(jī)的發(fā)展，促進(jìn)了工業(yè)控制的進(jìn)步。目前，已有各種各樣的微型控制系統(tǒng)在工業(yè)中得到應(yīng)用。根據(jù)被控對象的規(guī)模主要在工業(yè)控制中使用的計算機(jī)可以有：STD工控機(jī)、PLC和單片機(jī)系統(tǒng)等。STD總線工業(yè)控制機(jī)是20世紀(jì)80年代發(fā)展起來的一種廣泛應(yīng)

20、用于工業(yè)過程控制的計算機(jī)系統(tǒng)。它具有：（1）小板結(jié)構(gòu)模塊化設(shè)計；（2）標(biāo)準(zhǔn)化及兼容性；（3）面向I/O口設(shè)計；（4）高可靠性等特點(diǎn)。這種控制機(jī)采用STD（Standard）總線，該總線曾在20世紀(jì)80年代末20世紀(jì)90年代初風(fēng)靡了整個工業(yè)控制領(lǐng)域，但近年來隨著工業(yè)PC的發(fā)展，開始逐漸退出歷史的舞臺?？删幊炭刂七壿嬈鳎≒rogrammable Logical Controller），簡稱PLC，是早期的繼電器邏輯控制系統(tǒng)與微型計算機(jī)技術(shù)相結(jié)合。它吸收了微電子技術(shù)和微型計算機(jī)技術(shù)的最新成果，發(fā)展十分迅速。如今的PLC幾乎無一例外地采用微處理器作為主控制器，又采用大規(guī)模集成電路作為存儲器及I/O接口

21、，因而使其可靠性、功能、價格、體積都達(dá)到了比較成熟和完美的境地，并以其卓越的技術(shù)指標(biāo)和優(yōu)異的抗干擾能力得到了廣泛的應(yīng)用，受到工業(yè)界的矚目。它具有：（1）可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)；（2）功能完善、擴(kuò)展方便、組合靈活、實(shí)用性強(qiáng)；（3）編程簡單、使用方便、控制過程可變、具有很好的柔性；（4）體積小、重量輕、功耗低等特點(diǎn)。由于PLC是專為工業(yè)控制而設(shè)計的，其結(jié)構(gòu)緊密、堅(jiān)固，體積小巧，易于裝入機(jī)械設(shè)備內(nèi)部，是實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化的理想控制設(shè)備，但價格相對比較貴。單片微型計算機(jī)（Single Chip Microcomputer），簡稱單片機(jī)。它是工業(yè)控制和智能化系統(tǒng)中應(yīng)用最多的一種模式。這種模式的最大特點(diǎn)是設(shè)計

22、者可根據(jù)自己的實(shí)際需求開發(fā)、設(shè)計一個單片機(jī)系統(tǒng)，因而更加方便，更加靈活，并且成本低。單片機(jī)控制系統(tǒng)與傳統(tǒng)的儀表控制系統(tǒng)相比具有很多優(yōu)點(diǎn)15：（1）單片機(jī)控制系統(tǒng)的算法靈活，控制功能強(qiáng)：不改變硬件即可改變控制算法及控制方式，從而提高系統(tǒng)的性能。容易實(shí)現(xiàn)較高級的控制。（2）單片機(jī)控制系統(tǒng)精度高，量程大：模擬調(diào)節(jié)器的精度通常為0.5%左右，而數(shù)字計算機(jī)的精度可通過擴(kuò)展字節(jié)不斷提高。對于15位有效字長的單片機(jī)，其精度可達(dá)0.01%以上。單片機(jī)不存在模擬調(diào)節(jié)器零點(diǎn)漂移問題，比較容易解決非線性特性以及各種噪聲干擾，通過重復(fù)測量可以有效的提高測量精度。（3）單片機(jī)控制系統(tǒng)的控制效率高：一個主機(jī)可以多路復(fù)用，

23、分時對通道進(jìn)行采集和實(shí)時控制。（4）單片機(jī)控制系統(tǒng)的可重復(fù)性強(qiáng)：單片機(jī)由數(shù)字集成電路組成，受溫度、振動等環(huán)境條件的變化影響不大，因此通常不須要進(jìn)行現(xiàn)場調(diào)整，同類產(chǎn)品互換性強(qiáng)。（5）單片機(jī)控制系統(tǒng)可集中操作顯示：利用各種外部設(shè)備，可方便進(jìn)行打印、顯示、記錄、讀出數(shù)據(jù)及表格，容易實(shí)現(xiàn)各種邏輯判斷，越線警報等功能，可以隨時進(jìn)行參數(shù)在線修改，便于集中操作顯示16。（6）容易實(shí)現(xiàn)整體優(yōu)化：通過與上位計算機(jī)的通信，實(shí)現(xiàn)信息處理、生產(chǎn)管理、整體優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)實(shí)時控制和控制管理一體化，提高自動化程度。根據(jù)上訴單片機(jī)系統(tǒng)的特點(diǎn)，以及本系統(tǒng)的控制要求，采用單片機(jī)擴(kuò)展系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)紙張定量的自動控制。MCS是Intel公司生

24、產(chǎn)的單片機(jī)系列，它包括Intel公司的MCS-48、MCS-51、MCS-96系列單片機(jī)。由于MCS-51系列單片機(jī)具有性能穩(wěn)定，價格低的特點(diǎn)，所以在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，主要采用MCS-51系列單片機(jī)。它主要包括三個基本型8031、8051、8751。本系統(tǒng)采用MCS-51系列單片機(jī)中的8031為中央處理單元。22 輸入輸出通道方案的確定被控過程的各種信息由傳感器檢測后，通過過程控制通道送到微型計算機(jī)中，經(jīng)過計算處理后發(fā)出相應(yīng)的控制信號，這些控制信號又通過過程通道輸出到執(zhí)行機(jī)構(gòu)，從而控制生產(chǎn)過程按要求的目標(biāo)有條不紊的運(yùn)行。因此，輸入輸出通道的設(shè)計是計算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計中的一個非常重要的環(huán)節(jié)。221

25、模擬量輸入通道方案的確定輸入通道主要包括傳感器和A/D轉(zhuǎn)換器。一、傳感器的確定傳感器是能感受規(guī)定的被測量并按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的器件或裝置，通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成。其中，敏感元件是指傳感器中直接感受被測量的部分，轉(zhuǎn)換元件是指傳感器能將敏感元件的輸出轉(zhuǎn)換為適于傳輸和測量的電信號部分。傳感器輸出信號有很多形式，如電壓、電流、頻率、脈沖等，輸出信號的形式由傳感器的原理確定17。本系統(tǒng)中紙張定量是主要的檢測量，主要是檢測紙張的厚度。在厚度檢測中通常使用核輻射傳感器。本系統(tǒng)采用射線測厚儀測量紙張定量。從源發(fā)射出來的粒子穿過氣隙中的紙吸收掉一部分，未被吸收的穿過紙張?jiān)陔婋x室中產(chǎn)生一個小電流

26、，該電流是源和探測器間物質(zhì)質(zhì)量的函數(shù)，放大器測得該電流并變成電壓送到高精度電壓頻率轉(zhuǎn)換器，所產(chǎn)生的脈沖串在一個精確的時間間隔之內(nèi)，由一個計數(shù)器，并由計算機(jī)讀取，原理圖如2-2所示32。 圖 2-2 定量測量原理圖二、模擬量通道數(shù)及通道形式的確定本系統(tǒng)中需要對三點(diǎn)的紙張厚度進(jìn)行檢測，因此有三路模擬信號輸入。在計算機(jī)控制系統(tǒng)中對于多路模擬量輸入的實(shí)現(xiàn)方法有兩種。（1）每個通道設(shè)置一個獨(dú)立的A/D轉(zhuǎn)換器。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是轉(zhuǎn)換速度快，精度高，工作可靠，即使某一通道出現(xiàn)故障也不會影響其它通道的工作，相應(yīng)的軟件也比較簡單。但是，如果模擬量輸入通道較多，就會使系統(tǒng)造價增加很多，尤其是采用高精度的A/D轉(zhuǎn)換器

27、。（2）多通道復(fù)用一個A/D轉(zhuǎn)換器，并輔以多路模擬開關(guān)和采樣保持器來實(shí)現(xiàn)。這種電路工作時，是由計算機(jī)通過多路模擬開關(guān)，分時地把一個A/D轉(zhuǎn)換器的輸出送至各個采樣保持器，對模擬電壓進(jìn)行保持。其優(yōu)點(diǎn)是成本較低，但電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜、精度低、可靠性差18。為了降低成本，本系統(tǒng)采用第二種方案，即三路通道公用一個A/D轉(zhuǎn)換器。三、A/D轉(zhuǎn)換器的確定模擬量輸入通道的主要任務(wù)是將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。能夠完成這一任務(wù)的器件叫做A/D轉(zhuǎn)換器。A/D轉(zhuǎn)換器的種類很多，就位數(shù)來分，有8位、10位、12位、16位等。位數(shù)越高，其分辨率也越高，但價格也越貴。A/D轉(zhuǎn)換器就其結(jié)構(gòu)而言，有單一的A/D轉(zhuǎn)換器（如ADC0831、A

28、D673等），有內(nèi)含多路開關(guān)的A/D轉(zhuǎn)換器（如ADC0809，ADC0816均帶多路開關(guān)）。隨著大規(guī)模集成電路的發(fā)展，又生產(chǎn)出多功能A/D轉(zhuǎn)換芯片，AD363就是它的一種典型芯片。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)有16路多路開關(guān)、數(shù)據(jù)放大器、采樣-保持器及12位A/D轉(zhuǎn)換器，其本身就已構(gòu)成了一個完整的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。近年來，隨著微型計算機(jī)的大量使用，出現(xiàn)了許多物美價廉的串行A/D轉(zhuǎn)換器，如MAX195等。根據(jù)輸入信號的最大值和最小值之差，按照下式可以計算出A/D轉(zhuǎn)換器的字長。本系統(tǒng)采用8位A/D 轉(zhuǎn)換器。 綜上所述，本系統(tǒng)采用ADC0809作為A/D轉(zhuǎn)換器。222 模擬量輸出通道的確定模擬輸出通道主要包括D/A轉(zhuǎn)換器

29、和執(zhí)行器。一、執(zhí)行器的確定執(zhí)行器是構(gòu)成自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)不可缺少的重要部分。執(zhí)行器在系統(tǒng)中的作用是根據(jù)調(diào)節(jié)器的命令，直接控制能量或物料等被調(diào)介質(zhì)的輸送量，達(dá)到調(diào)節(jié)溫度、壓力、流量等工藝參數(shù)的目的。從結(jié)構(gòu)上來說，執(zhí)行器一般都由執(zhí)行機(jī)構(gòu)和調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)兩部分組成。執(zhí)行機(jī)構(gòu)是執(zhí)行器的推動部分，它按照調(diào)節(jié)器所給信號的大小，產(chǎn)生推力或位移；調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)是執(zhí)行器的調(diào)節(jié)部分，最常見的是調(diào)節(jié)閥，它受執(zhí)行機(jī)構(gòu)的操作，改變閥心與閥座間的流通面積，調(diào)節(jié)工藝介質(zhì)的流量19。根據(jù)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的構(gòu)成使用的能源種類，執(zhí)行器可分為氣動、電動、和液動三種。其中，氣動執(zhí)行器具有結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠、價格便宜、維護(hù)方便、防火防爆等優(yōu)點(diǎn)，在自動控制中獲得

30、最普遍的應(yīng)用。電動執(zhí)行器的優(yōu)點(diǎn)是能源取用方便，信號傳輸速度快和傳輸距離遠(yuǎn)；缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜、推力小、價格貴，適用于防爆要求不高及缺乏氣源的場所。液動執(zhí)行器的特點(diǎn)是推力最大，但目前使用不多。本系統(tǒng)選用電動執(zhí)行器作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)31。二、 D/A轉(zhuǎn)換器的確定D/A轉(zhuǎn)換器的種類很多，按輸入數(shù)字量位數(shù)來分，D/A轉(zhuǎn)換器有8位、10位、12位和16位等。按輸出形式來分，有電流輸出形式和電壓輸出型，其中電壓輸出型又有單極性輸出和雙極性輸出兩種形式。在選擇D/A轉(zhuǎn)換器時，通常從下面幾個方面考慮。（1）輸出形式D/A轉(zhuǎn)換器有兩種輸出形式，一種是電壓輸出形式，即給D/A轉(zhuǎn)換器輸入的是數(shù)字量，而輸出為電壓。另一種是電流

31、輸出形式，即輸出電流。在實(shí)際應(yīng)用中，對于電流輸出的D/A轉(zhuǎn)換器，如果要模擬電壓輸出，可在其輸出端加一個由運(yùn)算放大器構(gòu)成的電路，將電流輸出轉(zhuǎn)換為電壓輸出。（2）D/A轉(zhuǎn)換器內(nèi)部是否有鎖存器由于D/A轉(zhuǎn)換是需要一定時間的，在這段時間內(nèi)D/A轉(zhuǎn)換器輸入端的數(shù)字量應(yīng)保持穩(wěn)定，為此應(yīng)當(dāng)在D/A轉(zhuǎn)換器數(shù)字量輸入端的前面設(shè)置鎖存器。對于內(nèi)部無鎖存器的D/A轉(zhuǎn)換器，需要在轉(zhuǎn)換器芯片的前面增加鎖存器。對于內(nèi)部帶有鎖存器的D/A轉(zhuǎn)換器，可與單片機(jī)直接相接。（3）字長的選擇D/A轉(zhuǎn)換器輸出一般都通過功率放大器推動執(zhí)行機(jī)構(gòu)。設(shè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的最大輸入值為Umax ,最小輸入值為Umin，靈敏度為，可得D/A轉(zhuǎn)換器字長14：

32、 因?yàn)楸驹O(shè)計的電動執(zhí)行器的控制信號是010mA控制電流,其啟動電流(即控制死區(qū))通常是150A.代入公式有: 根據(jù)本系統(tǒng)的要求，選擇DAC0832作為電路的D/A轉(zhuǎn)換器。23 系統(tǒng)外部設(shè)備的確定所謂人機(jī)交互接口，是指人與計算機(jī)之間建立聯(lián)系、交換信息的輸入/輸出設(shè)備的接口。這些輸入/輸出設(shè)備主要有鍵盤、顯示器和打印機(jī)等。它們是計算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中必不可少部分。231 鍵盤的選擇鍵盤是若干按鍵的集合，是向系統(tǒng)提供操作人員干預(yù)命令及數(shù)據(jù)的接口設(shè)備。常用鍵盤為獨(dú)立式鍵盤和行列式鍵盤19-22。獨(dú)立式鍵盤就是各鍵相互獨(dú)立，每個按鍵各接一根輸入線，通過檢測輸入線的電平狀態(tài)可以很容易的判斷哪個按鍵被按下。在按鍵

33、數(shù)目較多時，獨(dú)立式鍵盤電路需要較多的輸入口線且電路結(jié)構(gòu)繁雜，故此種鍵盤適用于按鍵較少或操作速度較高的場合。行列式（也稱矩陣式）鍵盤適用于按鍵數(shù)目較多的場合，它由行線和列線組成，按鍵位于行、列的交叉點(diǎn)上，行列線分別連在按鍵開關(guān)的兩端。列線通過上拉電阻接制正電源，以使無鍵按下時列線處于高電平狀態(tài)。行列式鍵盤有33的行、列結(jié)構(gòu)可以構(gòu)成1個具有9個按鍵的鍵盤。還有44的行、列可以構(gòu)成16個按鍵的鍵盤等等。本系統(tǒng)中用到的鍵盤數(shù)目較少，只有幾個功能鍵，因此采用獨(dú)立式按鍵即可。232 顯示器的選擇為了使操作人員及時掌握生產(chǎn)情況，在一般的微型計算機(jī)控制系統(tǒng)或智能化儀器中，都配有顯示器。常用的顯示器件有： 顯示

34、和記錄儀表， CRT顯示終端， LED或LCD顯示器，大屏幕顯示器。在這些顯示方法中，顯示和記錄儀表能連續(xù)進(jìn)行顯示和記錄。但它的價錢較貴，且為模擬信號表示，讀數(shù)不方便，有一定的誤差，所以它只能用于企業(yè)的技術(shù)改造，在新設(shè)計的微型計算機(jī)系統(tǒng)中不宜采用。LED數(shù)碼管由于具有結(jié)構(gòu)簡單，體積小，功耗低，響應(yīng)速度快，易于匹配，壽命長，可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，目前已被微型計算機(jī)控制系統(tǒng)及智能化儀表廣泛采用。而LCD則以其功耗極低的特點(diǎn)，占據(jù)了從電子表到計算器，從袖珍儀表到便攜式微型計算機(jī)系統(tǒng)等應(yīng)用場合，為人矚目。CRT終端是目前微型計算機(jī)控制系統(tǒng)中最常用的顯示設(shè)備。他直觀、靈活、不但可以顯示數(shù)字，而且可以顯示畫面及

35、報表，如生產(chǎn)流程圖、報警畫面、動態(tài)趨勢圖、條形圖，以及狀態(tài)和回路查詢畫圖等232425。根據(jù)本系統(tǒng)的要求，選取LED顯示器。233 報警系統(tǒng)在單片機(jī)測控系統(tǒng)發(fā)生故障或處于某種緊急狀態(tài)時，單片機(jī)系統(tǒng)應(yīng)能發(fā)出提醒人們警覺的報警信號或提示信號，常見的報警信號可分為閃光報警、鳴音報警和音樂報警。蜂鳴音報警接口電路的設(shè)計只需購買市售的壓電式蜂鳴器，然后通過MCS-51的一根口線經(jīng)驅(qū)動器驅(qū)動便可發(fā)生，電路簡單，價格便宜。因此我們選用蜂鳴器報警。24 系統(tǒng)總體框圖根據(jù)總體方案的確定，紙張定量自動系統(tǒng)的方框圖如圖2-3所示。 顯 示 器鍵 盤8031最小系統(tǒng)D/A轉(zhuǎn)換器電動執(zhí)行器A/D轉(zhuǎn)換器電源I/V轉(zhuǎn)換報警

36、系統(tǒng)傳感器 圖 2-3 系統(tǒng)總方框圖 第三章 系統(tǒng)的硬件設(shè)計硬件系統(tǒng)是控制單元與機(jī)械系統(tǒng)、各種檢測元件相連接的接口電路。主要包括單片機(jī)最小系統(tǒng)，檢測電路，輸入通道，執(zhí)行單元，輸出通道以及鍵盤顯示電路的設(shè)計。31 8031單片機(jī)的最小系統(tǒng)控制系統(tǒng)采用功能較強(qiáng)的 MCS-51系列中的8031單片機(jī)。 MCS-51系列單片機(jī)結(jié)構(gòu)由七個部件組成，由一個8位中央處理器CPU、128字節(jié)的RAM、片內(nèi)振蕩器、4個8位并行I/O端口（P0、P1、P2、P3）、1個全雙工串行I/O端口、2個16位定時/記數(shù)器（ T0、T1）以及特殊功能寄存器。311 8031單片機(jī)的引腳結(jié)構(gòu)8031單片機(jī)為40引腳芯片如圖3

37、-1所示，按其功能可分為三部分27： 圖3-1 8031的引腳結(jié)構(gòu)一、I/O口引腳1、P0口：8位雙向I/O端口，連接外部存儲器時作為低8位地址和8位數(shù)據(jù)線。但輸出的低位數(shù)據(jù)必須用鎖存器鎖存。2、P1口：8位準(zhǔn)雙向I/O端口，為用戶使用的I/O口線，在編程和校驗(yàn)時接低8位地址，任一位可以獨(dú)立地輸入/輸出。3、P2口：8位雙向I/O端口，具有輸出鎖存功能，故無需加鎖存器。連接外部存儲器時作為高8位地址線，在編程和校驗(yàn)時接收高地址和信號。4、P3口：8位準(zhǔn)雙向I/O端口，另外還兼有中斷，定時器/計數(shù)器，串行通道。二、電源及時鐘引腳1、電源引腳電源引腳接入單片機(jī)的電源。（1）VCC（40引腳）：接+

38、5V電源。（2）VSS（20引腳）：接地。2、時鐘引腳2個時鐘引腳XTAL1、XTAL2 外接晶體與片內(nèi)的反向放大器構(gòu)成了一個振蕩器，它為單片機(jī)提供了時鐘控制信號。2個時鐘引腳也可外接獨(dú)立的晶體振蕩器。（1）XTAL1：接外部晶體的1個引腳。該引腳內(nèi)部是一個反向放大器的輸入端。這個反向放大器構(gòu)成了片內(nèi)振蕩器。如果采用外接晶體振蕩器是，此引腳應(yīng)接地。（2）XTAL2：接外部晶體的另一端，在該引腳內(nèi)部接至內(nèi)部反向放大器的輸出端。若采用外部時鐘振蕩器時，該引腳接受時鐘振蕩器的信號，即把此信號直接接到內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入端。三、控制引腳：1、 (片外取指控制)：此輸出是外部程序存儲器的讀選通信號，讀取

39、指令期間，每個機(jī)械周期兩次有效，但在次期間，每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的信號將不出現(xiàn)。2、ALE（地址鎖存控制）：當(dāng)訪問外部程序存儲器時，用于鎖存P0口輸出的低8位地址數(shù)據(jù)總線，通常ALE在P0口輸出地址期間用下降沿控制鎖存信號來鎖存地址數(shù)據(jù)。即使不訪問外部程序存儲器，ALE仍以不變的頻率周期性地出現(xiàn)正脈沖信號，此頻率為頻率的1/6。因此，它可用作對外輸出信號的時鐘，或用于定時目的。3、（片外存儲器選擇）：對于8031來講當(dāng)為高電平時不能工作，只有為低電平時，才能訪問外部程序存儲器，正常工作。因此在擴(kuò)展外部程序存儲器，必須使接地。4、RESET是復(fù)位鍵，當(dāng)震蕩器運(yùn)行時，此引腳出現(xiàn)兩個

40、機(jī)器周期，高電平將使單片機(jī)復(fù)位，在Vss掉電期間，此引腳可接設(shè)備電源，當(dāng)單片機(jī)進(jìn)入掉電運(yùn)行方式時，由Vpp向內(nèi)部RAM提供備用電源，以保持內(nèi)部RAM中的數(shù)據(jù)。312 地址鎖存器74LS373程序存儲器擴(kuò)展時需要一個地址鎖存信號。地址鎖存為ALE鎖存器可使用三態(tài)緩沖輸出的鎖存器74LS373或8282，也可以使用帶清除端的鎖存器74LS273，根據(jù)需要，本系統(tǒng)使用74LS373。74LS373在MCS51的8031單片機(jī)中，為用戶提供16位地址總線。在16條地址線中高8位地址（A15A8）是利用I/O接口P2直接給出的，而低8位地址（A7A0）卻不是直接給出的。I/O接口P0為雙向數(shù)據(jù)總線（D7

41、D0）和低8位地址(A7A0)利用分時操作，來區(qū)分?jǐn)?shù)據(jù)總線和地址總線的28。一、74LS373結(jié)構(gòu)引腳先用作地址總線，在地址鎖存信號ALE脈沖的后沿下跳時，地址被鎖存為A7A0。然后作為數(shù)據(jù)總線D7D0。一般地址鎖存信號ALE的頻率通常為單片機(jī)主振頻率的1/6。使用74LS373（三態(tài)八D鎖存器）作為低8位地址（A7A0）鎖存器，控制信號為ALE，輸入地址信號來自I/O口P0，其引腳圖如圖3-2所示。 OEQ0D0D1Q1Q2D2D3Q3GND1234567891020191817161514131211VccQ7D7D6Q6Q5D5D4Q4LE 圖3-2 74LS373結(jié)構(gòu)引腳二、74LS3

42、73與8031的接口1、 輸出控制端（1）若=1時，鎖存器的輸出控制使得Q7Q0呈現(xiàn)高阻態(tài)（3態(tài)）。（2）若=0時，鎖存器開放輸出（2態(tài)）Q7Q0A7A0(低8位地址)。2、D7D0與8031的P0接口相連。3、LE脈沖使能控制端（1）若LE=1 時，各觸發(fā)器可根據(jù)輸入（Di）改變輸出（Qi）。Qin+1 =Di(鎖存不會改變)。（2）LE=0時，觸發(fā)器時鐘無效，則Qin+1 =Qin (鎖存不會改變)根據(jù)分析可知： 接地，長期處于兩態(tài)。LE與8031的地址鎖存信號ALE連接，即在ALE=10時，鎖存A7A0 。74LS373作為8031外部的一個擴(kuò)展輸入口，接口電路如圖3-3所示。 圖3-3

43、 8031和74LS373連接圖313 程序存儲器27128一、程序存儲器27128的引腳功能2927128的引腳功能如圖3-4所示。A0-15：地址線引腳。地址線引腳數(shù)目由芯片的存儲容量來定，用來進(jìn)行單元選擇。D7-D0：數(shù)據(jù)線引腳。 ：片選輸入端。：編程時，加編程脈沖的輸入端。Vpp ：程電壓（+12或25V）輸入端。Vcc ：+5V，芯片的工作電壓輸入端。GND ：數(shù)字地。NC ：無用端。由于8031于系統(tǒng)中只擴(kuò)展一片程序存儲器27128，故程序存儲器27128的片選端 CE接地即可。使用片外存儲器，必須接地。 圖3-4 27128的引腳結(jié)構(gòu)二、8031和程序存儲器的接口27128是28

44、引腳的芯片，所擴(kuò)展的片外程序存儲器的容量達(dá)到16KB,共用14條地址線，用P2口的三位來傳送A9、A10、A11,OE端是輸出使能端，與單片機(jī)的端相連。當(dāng)有效時，把27128中的指令送上P0口線。由于大規(guī)模集成電路的發(fā)展,程序存儲器使用的芯片數(shù)量越來越少，因此地址選擇多半采用線選法，而不用地址譯碼法。如圖3-5所示8031訪問外部程序存儲器所使用的控制信號有：ALE低8位地址鎖存控制；PSEN外部程序存儲器“讀取”控制。8031單片機(jī)擴(kuò)展外部程序存儲器的硬件電路中8031的PSEN均與EPROM的輸出允許端相連。系統(tǒng)擴(kuò)展用控制線有WR，RD，PSEN，ALE，EA。其中RD用于控制片外數(shù)據(jù)存儲

45、器的讀寫，當(dāng)執(zhí)行片外數(shù)據(jù)存儲器操作指令MOVX時，這兩個控制信號自動生成。PSEN用于片外程序存儲器的“讀”數(shù)控制。“讀”取EPROM中數(shù)據(jù)時不用RD信號。ALE用于鎖存P0口輸出的低8位地址數(shù)據(jù)的控制線。EA用于控制選擇片內(nèi)或片外程序存儲器。當(dāng)EA=0時，只訪問外部程序存儲器，不論片內(nèi)有無程序存儲器，因此在擴(kuò)展并開始使用外部程序存儲時，必須是EA接地。在外部存儲器取指期間，P0口和P1口的16根I/O線輸出地址碼，其中P0口作為時復(fù)用地址/數(shù)據(jù)總線，它送出程序計數(shù)器中的低八位地址，由ALE信號選通進(jìn)入地址鎖存器，然后變成浮置狀態(tài)等待從程序存儲器讀出指令碼，而P2口輸出的程序計數(shù)器中的高八位地

46、址保持不變。程序存儲器有單獨(dú)的地址編號，雖然與數(shù)據(jù)存儲器地址重疊，但不會被占用；用單獨(dú)的控制信號和命令，程序存儲器的指令，數(shù)據(jù)讀取控制不同數(shù)據(jù)存儲器的RD控制和MOVX指令，而是由PSEN控制，讀取數(shù)據(jù)用MOVC查表指令。 圖3-5 8031單片機(jī)和程序存儲器的連接314 時鐘電路的設(shè)計單片機(jī)的振蕩電路和時鐘電路一起構(gòu)成了單片機(jī)的時鐘方式，根據(jù)硬件電路的不同，連接方式分為內(nèi)部時鐘方式和外部時鐘方式。MCS-51單片機(jī)內(nèi)部有一個用于構(gòu)成振蕩器的高增益反向放大器，該增益反向放大器的輸入端為芯片引腳XTAL1，輸出端為引腳XTAL2 。這兩個引腳跨接在石英晶體振蕩器（簡稱晶振）和微調(diào)電容，就構(gòu)成了一

47、個穩(wěn)定的自激振蕩器，圖3-6是MCS-51內(nèi)部時鐘方式的振蕩電路19。c1c2XTAL1 XTAL2 MCS-51至內(nèi)部時鐘電路圖3-6 內(nèi)部時鐘振蕩電路電路中的電容C1和C2典型值通常選擇為30 pF左右。對外接電容的大小雖然沒有嚴(yán)格的限制，但電容的大小會影響振蕩器頻率的高低、振蕩器的穩(wěn)定性和起振的快速性。晶振的振蕩范圍通常是在 1.2MHz-12MHz之間。晶振的頻率越高，則系統(tǒng)的時鐘頻率也就越高，單片機(jī)的運(yùn)行速度也就越快。但反過來運(yùn)行速度快對存儲器的要求速度也就越高，對印制電路板（也稱印刷電路板）的工藝要求也越高，即要求線間的寄生電容要小；晶振和電容應(yīng)盡可能安裝的與單片機(jī)芯片靠近，以減少

48、寄生電容，更好的保證振蕩器穩(wěn)定、可靠的工作。為了提高溫度穩(wěn)定性，應(yīng)盡可能選擇使用溫度穩(wěn)定性好的電容。315 復(fù)位系統(tǒng)的設(shè)計復(fù)位是單片機(jī)的初始化操作，只需給8031的復(fù)位引腳RST加上大于2個機(jī)器周期（即24個時鐘振蕩周期）的高電平就可使8031復(fù)位。復(fù)位時，PC初始化為0000H，使8031單片機(jī)從0000H單元開始執(zhí)行程序。除了進(jìn)入系統(tǒng)的正常初始化之外，當(dāng)由于程序運(yùn)行出錯或操作錯誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)，為擺脫死鎖狀態(tài)，也需按復(fù)位鍵使RST引腳為高電平使8031重新啟動14。除PC之外，復(fù)位操作還對其它一些寄存器有影響，這些寄存器復(fù)位時的狀態(tài)如表3-7所示。由表中可以看出，復(fù)位時SP=07H，而

49、4個I/O端口P0-P3的引腳均為高電平，這在某些控制應(yīng)用中，要考慮P0-P3引腳的高電平對接在這些引腳上外部電路的影響。表3-7 寄存器復(fù)位時的狀態(tài)寄存器 復(fù)位狀態(tài)寄存器復(fù)位狀態(tài)PCAccBPSWSPDPTRP0-P3IPIE0000H00H00H00H07H0000HFFHXXX00000B0XX00000BTMODTCONTH0TL0TH1TL1SCONSBUFPCON00H00H00H00H00H00H00HXXXXXXXXB0XXX0000B由于單片機(jī)內(nèi)部的各個功能部件均受特殊功能寄存器控制，程序運(yùn)行直接受程序計數(shù)器PC的控制。表3-8中各寄存器復(fù)位時的狀態(tài)決定了單片機(jī)內(nèi)有關(guān)功能部件

50、的初始狀態(tài)。另外，在復(fù)位有效期間（即復(fù)位引腳為高電平期間），8031的ALE引腳和PSEN非 引腳均為高電平，且內(nèi)部RAM的狀態(tài)不受復(fù)位的影響。復(fù)位電路如圖3-8所示。在通電瞬間，由于RC的充電過程，在RST端出現(xiàn)一定寬度的正脈沖，只要該正脈沖保持10ms以上，就能使單片機(jī)可靠復(fù)位。當(dāng)采用6MHz時鐘時，CR取22uF、R1取220歐姆、R2取1K歐姆可靠的上電復(fù)位及手動復(fù)位。 圖3-8 復(fù)位電路圖3-9為8031外擴(kuò)程序存儲器的最小應(yīng)用系統(tǒng)。 圖3-9 8031最小系統(tǒng)32 輸入輸出通道的設(shè)計微型計算機(jī)控制系統(tǒng)是用于工業(yè)現(xiàn)場的控制裝置，其中一個重要環(huán)節(jié)就是聯(lián)系微型計算機(jī)和生產(chǎn)過程的輸入輸出通

51、道。321 輸入通道的設(shè)計本系統(tǒng)的輸入通道包括A/D轉(zhuǎn)換器、I/V轉(zhuǎn)換電路和檢測電路。一、A/D轉(zhuǎn)換器15本系統(tǒng)的A/D轉(zhuǎn)換器采用ADC0809。1ADC0809的引腳說明ADC0809的引腳排列如圖3-10所示，各個引腳的功能如下：D7D0：8位數(shù)字量輸出引腳；IN0IN7：8路模擬量輸入引腳；VCC：+5V工作電壓；GND：地；REF（+）：參考電壓正端；REF（+）：參考電壓負(fù)端；START：A/D轉(zhuǎn)換啟動信號輸入端；1 282 273 264 25 5 246 237 228 219 2010 1911 1812 1713 1614 15 IN2IN3IN4IN7IN0ADDAADDCSTART2-1MSB2-32-42-52-6VCCREF(+)GND IN5IN1ADDBIN6EOCALEOK2-2CLKREF()2-8LSB 2-7圖3-10 ADC0809的引腳圖 ALE：地址鎖存允許信號輸入端； CLK：時鐘信號輸入端； 0E：輸出允許控制端，用以打開三態(tài)數(shù)據(jù)輸出鎖存器；、 A，B，C：地址輸入