大林算法在溫度控制中的應(yīng)用.ppt

1、內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書引 言隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)水品格發(fā)展，與其是近年來，電力工業(yè)的迅速發(fā)展，工業(yè)電阻爐尤其是鐘罩式真空電阻爐越來越受人們的青睞。工業(yè)鐘罩式真空電阻爐是一種重要的熱處理設(shè)備，它能使被加熱零件脫氣、脫氧、脫硫，以及能使有害雜質(zhì)蒸發(fā)分離，避免零件氧化污染，而且它的溫度容易調(diào)節(jié)，相對(duì)其它電阻爐來講熱慣性小升溫時(shí)間短，它在工業(yè)中被廣泛采用。他一般具有較大的時(shí)間常數(shù)和一定的純滯后時(shí)間，且滯后時(shí)間比較長，我們知道這樣的系統(tǒng)村不利于現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化水平提高，不利于產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率的提高。但是一般來講，對(duì)這樣的系統(tǒng)在工業(yè)生產(chǎn)中要求沒有超調(diào)量或超調(diào)量很小，調(diào)節(jié)時(shí)間希望在確定的采樣時(shí)間

2、內(nèi)結(jié)束（雖然也希望盡快結(jié)束過渡過程，但是這是第二位的）。因此超調(diào)試主要的設(shè)計(jì)目標(biāo)，用一般的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法是不行的，用模擬儀表控制算法效果也欠佳。IBM公司的大林于1968年提出一種針對(duì)工業(yè)生產(chǎn)過程中含有純滯后的控制對(duì)象的控制算法，即大林算法。它具有良好的效果，采用大林算法的意義在于大林控制算法能在一些具有純滯后環(huán)節(jié)的系統(tǒng)中兼顧動(dòng)靜兩方面的性能，可做到小超調(diào)小穩(wěn)態(tài)誤差?？刂菩Ч容^理想。對(duì)工程實(shí)際應(yīng)用具有很大的意義。第一章 鐘罩式真空電阻爐1.1鐘罩式真空電阻爐鐘罩式真空電阻爐 所謂鐘罩式系指爐膛位于工作臺(tái)面以上，鐘罩可以升降，由側(cè)面裝卸工件，所以又稱側(cè)裝式。圖1-1所示為雙位鐘罩式真空爐。這

3、種型式的爐子其加熱器有兩種安裝方式：一種是裝在鐘罩內(nèi)，隨鐘罩升降，這時(shí)，固定在爐蓋上的電極匯流排5也要隨蓋運(yùn)動(dòng)。另一種是固定在靜止的臺(tái)面板上，電極匯流排需從機(jī)架下方引入。鐘罩式真空電阻爐的基本參數(shù)見表1-1所示。圖1-1 雙位鐘罩式真空電阻爐1-機(jī)架；2-真空系統(tǒng)；3-觀察孔；4爐體；5-匯流排；6-電氣部分；7-變壓器；8-升降機(jī)構(gòu)。表1-1 鐘罩式真空電阻爐的基本參數(shù)（SJ861-74）最高溫度（）爐膛尺寸（工位直徑高）（毫米）熱 態(tài)真 空 度（毫米汞柱）額定功率及相數(shù)恒溫區(qū)尺寸及溫差功率（千瓦）相數(shù)恒溫區(qū)尺寸（沿高度方向）（毫米）溫 差（）100010310015130015310020

4、1.2鐘罩式真空電阻爐的結(jié)構(gòu)1.2.1鐘罩式真空電阻爐的隔熱屏隔熱屏是一種爐襯形式，常用于周期作業(yè)真空電阻爐，其特點(diǎn)是熱慣性很小而透熱性很大。不僅能快速升溫或冷卻，而且還能提高上限爐溫并允許在高真空狀態(tài)下工作，但其熱損耗要大兩倍多。本設(shè)計(jì)采用的隔熱屏為金屬隔熱屏。1. 隔熱屏的結(jié)構(gòu)隔熱屏一般內(nèi)頂屏、側(cè)屏和底屏三部分組成，構(gòu)成圓筒形空間(見圖1-2)，三者布置要便于進(jìn)出料和遮住能直接輻射出熱量的縫隙。圖1-2 金屬隔熱屏1-鉬片；2-不銹鋼片；3-鉬墊圈；4-鉬螺桿；5-套筒屏與屏的間隔由支持桿和套筒保證。支持桿即銅螺桿4的截面積應(yīng)很小，以減少導(dǎo)熱損失。屏上通孔與支持桿間應(yīng)留足夠的間隙，因?yàn)楣ぷ?/p>

5、時(shí)內(nèi)層屏的伸長較外層屏大，如間隙不足，支持桿受到很大的剪力易損壞。1） 本設(shè)計(jì)中鐘罩式真空電阻爐的隔熱屏為5層。2） 本設(shè)計(jì)中鐘罩式真空電阻爐的隔熱屏的厚度為0.4毫米。3） 本設(shè)計(jì)中鐘罩式真空電阻爐的隔熱屏的層間距離8毫米。1.2.2鐘罩式真空電阻爐的加熱器鐘罩式真空電阻爐即受控對(duì)象最高工作溫度為600，爐膛結(jié)構(gòu)如圖1-2所示，爐膛尺寸見表1-2所示，隔層隔熱屏的溫度和黑度見表1-3所示，加熱零件最大尺寸為毫米，額定功率P為15KW，工作電壓220V，加熱器為籠狀，電熱體采用到U型鉬絲，如圖1-4（a），所示內(nèi)電極為整環(huán)，外電極為兩個(gè)半環(huán)，如圖1-4（b)所示，圖1-4（c）為接線原理圖。圖

6、1-3 鐘罩式真空電阻爐爐膛結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖表1-2 爐膛結(jié)構(gòu)材料尺寸加熱器隔熱屏內(nèi)爐殼第一層第二層第三層第四層第五層材料鉬絲鉬不銹鋼不銹鋼不銹鋼不銹鋼A3直徑（毫米）250285300310320330360高度（毫米）400470475480485490540表面積（米2）0.3140.420.4450.4660.4870.570.612表1-3 隔層隔熱屏的溫度和黑度工作溫度（）T0T1T2T3T4T5T614001200105095085065080黑度（）01234560.1780.1530.50.40.40.30.35圖1-4 鉬絲加熱器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖1.2.3鐘罩式真空電阻爐的水冷電極本設(shè)計(jì)中

7、被控對(duì)象采用的水冷電極為純金屬的，水冷電極(包括紫銅導(dǎo)電桿與紫銅集電環(huán))是將電流引入給電熱體的一種裝置。電極能通過一千安培以上的大電流，滿足絕緣、密封和冷卻三個(gè)條件。1.2.4鐘罩式真空電阻爐的水冷系統(tǒng)真空電阻爐的爐殼和真空系統(tǒng)都需要水冷，以保證爐子外壁及各真空零部件的溫升在允許范圍內(nèi)，使密封部件能正常工作。 爐殼的水冷包括爐筒體、爐底盤、頂蓋、電極及觀察窗等。真空系統(tǒng)的水冷包括擴(kuò)散泵、水冷擋板、冷阱、增壓泵、機(jī)械泵等。匯流銅排必要時(shí)也要通水冷卻。鐘罩式真空電阻爐的冷卻系統(tǒng)如圖1-5所示。圖1-5 鐘罩式真空電阻爐的冷卻系統(tǒng)1，3-閥門；2-連接管；4-水箱1.2.5真空系統(tǒng)真空系統(tǒng)是用來不斷

8、抽走爐膛及爐內(nèi)零件和工件在升溫時(shí)放出的氣體的裝置。本設(shè)計(jì)真空爐的工作真空度為10-2毫米·汞柱，采用帶旋轉(zhuǎn)泵的真空系統(tǒng)，如圖16所示。圖1-6 帶有旋轉(zhuǎn)泵的真空系統(tǒng)1-爐膛；2，8熱偶真空計(jì)；3，9-放棄閥；4-閥門；5-過濾器；6-冷凝器；7-波紋管；10-旋轉(zhuǎn)泵1.2.6其他部件真空電阻爐還應(yīng)設(shè)有升降機(jī)構(gòu)，觀察孔，熱點(diǎn)阻，放棄閥和充氣閥，真空計(jì)等各部分結(jié)構(gòu)。 第二章 大林算法在鐘罩式真空電阻爐溫度控制系統(tǒng)中應(yīng)用的總體設(shè)計(jì)工業(yè)鐘罩式真空電阻爐是一種重要的熱處理設(shè)備，它能使被加熱零件脫氣、脫氧、脫硫以及能使有害雜質(zhì)蒸發(fā)分離，避免零件氧化、污染，而且它的溫度容易調(diào)節(jié)，相對(duì)其它電阻爐來講

9、熱慣性小、升溫時(shí)間較短。它在工業(yè)生產(chǎn)中被廣泛的采用。而溫度是它的一項(xiàng)非常重要的控制指標(biāo)，它將直接影響工業(yè)產(chǎn)品的質(zhì)量。我們知道，鐘罩式真空電阻爐具有較大的慣性時(shí)間常數(shù)和一定的純滯后時(shí)間。所以本設(shè)計(jì)采用大林算法設(shè)計(jì)爐溫度控制系統(tǒng)，此方法可以做到小超調(diào)、小穩(wěn)態(tài)誤差。圖2-1為大林算法在鐘罩式真空電阻爐溫度控制系統(tǒng)中應(yīng)用的總設(shè)計(jì)方案。 圖2-1 大林算法在鐘罩式真空電阻爐溫度控制系統(tǒng)中應(yīng)用的總設(shè)計(jì)方案圖本設(shè)計(jì)中對(duì)鐘罩式真空電阻爐溫度通過溫度變送器進(jìn)行測(cè)量，通過電路轉(zhuǎn)換為單片機(jī)可以處理的數(shù)字信號(hào)，經(jīng)過軟件運(yùn)算，顯示出溫度的大小，并且將控制信號(hào)電路轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)，通過控制器對(duì)電阻爐溫進(jìn)行控制。設(shè)計(jì)中溫度變

10、送器主要是采用鉑電阻測(cè)溫電路，因?yàn)槠漭^大的測(cè)溫范圍，較高的精確性，使本設(shè)計(jì)的測(cè)量有了較高的準(zhǔn)確性，由于鉑電阻測(cè)溫電路輸出的是比較微弱的毫伏電壓，所以需要對(duì)其進(jìn)行信號(hào)放大，放大器的設(shè)計(jì)能夠?yàn)V去高頻信號(hào)，同時(shí)有輸入輸出保護(hù)，經(jīng)放大器后輸出的是05V標(biāo)準(zhǔn)電壓，正好是A/D轉(zhuǎn)換器接受的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)。由于溫度的大小必須是同一時(shí)間在不同地點(diǎn)采集的溫度信號(hào)，所以本設(shè)計(jì)用到4個(gè)采樣保持器，選用的是LF398芯片，因?yàn)槠滢D(zhuǎn)換速度快，易于控制，我們通過單片機(jī)進(jìn)行邏輯控制，同時(shí)進(jìn)行這4個(gè)信號(hào)的采樣和保持，單片機(jī)發(fā)出命令時(shí)就可以進(jìn)行轉(zhuǎn)換，以便顯示的是實(shí)時(shí)、瞬時(shí)溫度。單片機(jī)采用現(xiàn)在比較常用的MCS51系列中的8031單片機(jī)

11、，8031單片機(jī)及其小系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是本設(shè)計(jì)中重要的組成部分。4個(gè)模擬信號(hào)接到8031之前需要將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，所以選用的是8個(gè)模擬量輸入通道的A/D0809，輸出是8位數(shù)字輸出接到8031單片機(jī)上。由于8031單片機(jī)本身數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器很小本身且無程序存儲(chǔ)器，所以需要擴(kuò)展這兩個(gè)存儲(chǔ)器。本設(shè)計(jì)中由于擴(kuò)展的芯片和接口電路較多，所以數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器采用的是兩片6264，程序存儲(chǔ)器采用的是兩片2764，這樣可以節(jié)省出較多的地址線。通過軟件計(jì)算，可以得到瞬時(shí)溫度的大小，并與給定值進(jìn)行比較，控制軟件發(fā)出控制指令進(jìn)行控制，由于8031I/O接口有限，所以需要進(jìn)行I/O接口擴(kuò)展，我們用的是8255進(jìn)行擴(kuò)展，來接入顯

12、示器，顯示溫度的大小，本設(shè)計(jì)還有一個(gè)模擬信號(hào)輸出接口，用以對(duì)實(shí)時(shí)溫度的大小進(jìn)行控制，這中間需要一個(gè)將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)的環(huán)節(jié)，選用的是8位的D/A0832，在經(jīng)過相應(yīng)的電路轉(zhuǎn)換可以得到15V的標(biāo)準(zhǔn)電壓，實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出控制器進(jìn)行控制，完成了整個(gè)電路的設(shè)計(jì)。第三章 大林溫度控制系統(tǒng)3.1數(shù)學(xué)模型在本設(shè)計(jì)中，被控對(duì)象含有較大的純滯后特性。被控對(duì)象的純滯后時(shí)間使系統(tǒng)的穩(wěn)定性降低，動(dòng)態(tài)性能變壞，如容易引起超調(diào)和持續(xù)的振蕩。對(duì)象的純滯后特性給控制器的設(shè)計(jì)帶來困難。一般的，當(dāng)對(duì)象的滯后時(shí)間與對(duì)象的慣性時(shí)間常數(shù)Tm之比超過0.5時(shí)，采用常規(guī)的控制算法很難獲得良好的控制性能。因此，具有純滯后特性對(duì)象屬于比較難以

13、控制的一類對(duì)象，對(duì)其控制需要采用特殊的處理方法。因此，對(duì)于滯后被控對(duì)象的控制問題一直是自控領(lǐng)域比較關(guān)注的問題。1968年美國IBM公司的大林針對(duì)被控對(duì)象具有純滯后特性的一類對(duì)象提出了大林算法這一控制算法。大林算法要求在選擇閉環(huán)Z傳遞函數(shù)時(shí)，采用相當(dāng)于連續(xù)一節(jié)慣性環(huán)節(jié)的W（z）來代替最少拍多項(xiàng)式。如果對(duì)象含有純滯后，W（z）還應(yīng)包含有同樣純滯后環(huán)節(jié)（即要求閉環(huán)控制系統(tǒng)的純滯后時(shí)間等于被控對(duì)象的純滯后時(shí)間）。圖3-1 鐘罩式電阻爐的控制系統(tǒng)設(shè)在圖3-1所示的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，鐘罩式真空電阻爐可近似為一帶有純滯后的一節(jié)慣性環(huán)節(jié)，其傳遞函數(shù)為： （3-1）式3-1中為對(duì)象的時(shí)間常數(shù)且1=50s；q為對(duì)

14、象的純滯后時(shí)間且q=60s，K為對(duì)象的放大倍數(shù)且K=5，為了簡(jiǎn)化，設(shè)： （3-2）即為采樣周期的N倍，N為整數(shù)。對(duì)一節(jié)慣性對(duì)象，大林算法的設(shè)計(jì)目標(biāo)是設(shè)計(jì)一個(gè)合適的數(shù)字控制器，使整個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)相當(dāng)于一個(gè)帶有純滯后的一節(jié)慣性環(huán)節(jié)的串聯(lián)，其中純滯后環(huán)節(jié)的滯后時(shí)間與被控對(duì)象的純滯后時(shí)間完全相同，這樣就能保證使系統(tǒng)不產(chǎn)生很小的超調(diào)，同時(shí)保證其穩(wěn)定性。整個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)的傳函為： （3-3）3.2在本設(shè)計(jì)中，對(duì)象的控制要求1） 穩(wěn)態(tài)誤差：2） 超調(diào)量：Mp%2%3） 上升時(shí)間：tr110s3.3采樣周期的選擇一般要求在系統(tǒng)上升時(shí)間tr內(nèi)的采樣點(diǎn)數(shù) （3-4） 式3-4中：T為采樣周期（s）;tr為期望的

15、階躍響應(yīng)的上升時(shí)間（s）;本系統(tǒng)要求tr=110(s),當(dāng)Nr值取22時(shí)，則采樣控制周期T=5(s)。3.4確定期望閉環(huán)傳遞函數(shù) 大林控制的期望閉環(huán)傳函為其中純滯后時(shí)間取電阻爐的純滯后時(shí)間，即q=60(s);時(shí)間常數(shù)由期望上升時(shí)間tr確定，因?yàn)橐还?jié)系統(tǒng)的上升時(shí)間tr與時(shí)間常數(shù)的關(guān)系是,所以=110/2.2=50（s）。N=12。 本設(shè)計(jì)中系統(tǒng)中采用的保持器為零階保持器，采用加零階保持器的Z變換，則與W（s）相對(duì)應(yīng)的整個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)的閉環(huán)Z傳遞函數(shù)為： （3-5）由此，可得出大林算法所設(shè)計(jì)的控制器D（z）為： （3-6）其中 （3-7）又因?yàn)?（3-8）于是得到數(shù)字控制器為 3.5振鈴現(xiàn)象直接用上述

16、控制算法構(gòu)成閉環(huán)控制系統(tǒng)時(shí)，人們發(fā)現(xiàn)數(shù)字控制器輸出U（z)會(huì)以1/2采樣頻率大幅度上下擺動(dòng)。這種現(xiàn)象稱為振鈴現(xiàn)象。振鈴現(xiàn)象與被控對(duì)象的特性、閉環(huán)時(shí)間常數(shù)、采樣周期、純滯后時(shí)間的大小等都有關(guān)系。振鈴現(xiàn)象中的振蕩是衰減的，并且于由被控對(duì)象中慣性環(huán)節(jié)的低通特性，使得這種振蕩對(duì)系統(tǒng)的輸出幾乎無任何影響，但是振鈴現(xiàn)象卻會(huì)增加執(zhí)行機(jī)構(gòu)的磨損。在交互作用的多參數(shù)控制系統(tǒng)中，振鈴現(xiàn)象還有可能影響到系統(tǒng)的穩(wěn)定性，所以，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，應(yīng)設(shè)法消除振鈴現(xiàn)象?？梢胝疋彿萊A來衡量振蕩的強(qiáng)烈程度。振鈴幅度RA的定義為：在單位階躍信號(hào)的作用下，數(shù)字控制器D（z）的第0次輸出與第1次輸出之差值。設(shè)數(shù)字控制器D(z)可以表

17、示為： （3-9）其中 （3-10）那么，數(shù)字控制器D（z)輸出幅度的變化完全取決于Q（z)，則在單位階躍信號(hào)的作用下的輸出為： （3-11） 根據(jù)振鈴的定義，可得： （3-12）上述表明，產(chǎn)生振鈴現(xiàn)象的原因是數(shù)字控制器D（z）在z平面上位于z=-1附近有極點(diǎn)。當(dāng)z=-1時(shí)，振鈴現(xiàn)象最嚴(yán)重。在單位圓內(nèi)離z=-1越遠(yuǎn)，振鈴現(xiàn)象越弱。在單位圓內(nèi)右半平面的極點(diǎn)會(huì)減弱振鈴現(xiàn)象，而在單位圓內(nèi)右半平面的零點(diǎn)會(huì)加劇振鈴現(xiàn)象。由于振鈴現(xiàn)象容易損壞系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，因此，應(yīng)設(shè)法消除振鈴現(xiàn)象。大林提出了一個(gè)消除振鈴的簡(jiǎn)單可行的方法，就是先找造成振鈴現(xiàn)象的因子，然后令該因子中的z=1.這樣就相當(dāng)于取消了該因子產(chǎn)生振鈴

18、的可能性。根據(jù)終值定理，這樣處理后，不會(huì)影響輸出的穩(wěn)態(tài)值。本設(shè)計(jì)的被控對(duì)象是含有純滯后的一階慣性環(huán)節(jié)，大林算法求得的數(shù)字控制器為式3-13所示： （3-13）有可表示為式3-14所示： （3-14）可能引起振鈴現(xiàn)象的因子是式3-15所示： （3-15）其振鈴的幅度為： （3-16）本設(shè)計(jì)中，則RA=0，無振鈴現(xiàn)象。 所以大林算法數(shù)字控制器D（z）為： （3-17）第四章 硬件電路設(shè)計(jì)4.1 8031單片機(jī)4.1.1 MCS-51系列8031單片機(jī)主要性能和特點(diǎn)本設(shè)計(jì)采用MCS-51系列8031單片機(jī)作為系統(tǒng)的微處理器，由于8031片內(nèi)沒有ROM，使用時(shí)需在片外接EPROM。8031的內(nèi)部結(jié)構(gòu)具

19、有如下特性：1. 面向控制的8位CPU。2. 128B的片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。3. 可以尋址64KB的片外程序存儲(chǔ)器。4. 可以尋址64KB的片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。5. 32根雙向和可單獨(dú)尋址的I/O。6. 一個(gè)全雙工的異步串行口。7. 兩個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器。8. 5個(gè)中斷源，兩個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)。9. 有片內(nèi)時(shí)鐘振蕩器。10. 采用高性能的HMOS生產(chǎn)工藝生產(chǎn)。11. 有布爾處理（位操作）能力。12. 含基本指令111條，其中單機(jī)器周期指令64種。4.1.2單片機(jī)總體結(jié)構(gòu)圖4-1所示為MCS-51系列8031單片機(jī)的基本結(jié)構(gòu)，它有 8個(gè)部件組成，即中央處理器（CPU）、片內(nèi)數(shù)據(jù)處理器（RAM）、片內(nèi)程序存儲(chǔ)

20、器（ROM/EPROM）、輸入/輸出接口（I/O口，分為P0口、P1口、P2口、P3口）、可編程串行口、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、中斷系統(tǒng)及特殊功能寄存器（SFR）。各部分通過內(nèi)部總線相連，其基本結(jié)構(gòu)依然是通過CPU加上外圍芯片的結(jié)構(gòu)模式，但在功能單元的控制上，卻采用了特殊功能寄存器（SFR）的集中控制方法。圖4-1 MCS-51系列8031單片機(jī)的基本結(jié)構(gòu)圖4-2為8031單片機(jī)的內(nèi)部總體結(jié)構(gòu)框圖。圖4-2 8031單片機(jī)的內(nèi)部總體結(jié)構(gòu)框圖4.1.3 MCS-51系列單片機(jī)的引腳功能 圖4-3是MCS-51系列8031單片機(jī)的引腳圖（40腳DIP封裝）及總線結(jié)構(gòu)圖。其中有2條主電源引腳，2條外接晶體引腳

21、，4條控制或其它電源復(fù)用的引腳，32條I/O引腳，下面分別敘述這40條引腳的功能。圖4-3 8031引腳圖1. 電源引腳VSS和VCCVSS （20腳）：接地。 VCC（40腳）：正常操作及對(duì)EPROM編程和驗(yàn)證時(shí)接+5V電源。2. 外接晶體引腳XTAL1和 XTAL2XTAL1（19腳）：接外部晶體的一端。在單片機(jī)內(nèi)部，它是一個(gè)反向放大器的輸入端，這個(gè)放大器構(gòu)成了片內(nèi)振蕩器。當(dāng)采用外部振蕩器時(shí)，對(duì)于HMOS單片機(jī)，此引腳接地；對(duì)于CHMOS單片機(jī)，此引腳作為驅(qū)動(dòng)端。XTAL2（18腳）：接外部晶體的另一端。在單片機(jī)內(nèi)部接至反向放大器的輸出端。當(dāng)采用外部振蕩器時(shí)，對(duì)HMOS單片機(jī)，此引腳接受振

22、蕩器的信號(hào)，即把此信號(hào)直接接到內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端；對(duì)CHMOS單片機(jī)，此引腳應(yīng)懸浮。3. 控制或與其它電源復(fù)用引腳RESET/VPD，ALE/，PSEN和/VPPRESET/VPD（9腳）：當(dāng)振蕩器運(yùn)行時(shí)，在此引腳上出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期以上的高電平，將使單片機(jī)復(fù)位； VCC掉電期間，此引腳可接上備用電源，以保持內(nèi)部RAM中的數(shù)據(jù)不丟失；VCC掉到低于規(guī)定水平，而VPD在其規(guī)定的電壓范圍（5±0.5V）內(nèi)，VPD向內(nèi)部RAM提供備用電源。ALE/（30腳）：當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，MCS-51系列單片機(jī)即用P0口作為低8位地址輸出口，又作為數(shù)據(jù)輸入/輸出口。為了使地址與數(shù)據(jù)不至于混淆，通常

23、先送地址再傳送數(shù)據(jù)。ALE（允許地址鎖存）將P0口輸出的低8位地址鎖存到74LS373，從而實(shí)現(xiàn)低位地址與數(shù)據(jù)的分離。即使不訪問外部存儲(chǔ)器，ALE端仍以不變的頻率周期性地出現(xiàn)正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器的1/6，因此，它可以用做對(duì)外輸出的時(shí)鐘，或用于定時(shí)目的。要注意的是：每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過一個(gè)ALE脈沖。ALE端可以驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）8個(gè)LSTTL（標(biāo)準(zhǔn)TTL電平）輸入。在對(duì)8751片內(nèi)EPROM編程（固化）時(shí)，此引腳用于輸入編程脈沖。 （29腳）是外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。在外部程序存儲(chǔ)器取指令（或常數(shù)）期間，每一個(gè)機(jī)器周期兩次有效。每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的信號(hào)

24、將不出現(xiàn)。同樣可以驅(qū)動(dòng)8個(gè)LSTTL輸入。/VPP(31腳)：當(dāng)端保持高電平時(shí)，訪問內(nèi)部程序存儲(chǔ)器，但在PC（程序計(jì)數(shù)器）值超過0FFFH（對(duì)于8051/8751/80C51）或1FFFH（對(duì)于8052）時(shí)，將自動(dòng)轉(zhuǎn)向訪問外部存儲(chǔ)器。當(dāng)EA端保持低電平時(shí)，不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器，則只訪問外部存儲(chǔ)器。在對(duì)8751片內(nèi)EPROM編程（固化）時(shí)，此引腳用于施加21V的編程電源（VPP）。4.輸入/輸出引腳P0口，P1口，P2口，P3口P0口（P0.0P0.7共8條引腳，即3932腳）：是雙向8位三態(tài)I/O口。在訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，可分時(shí)用作低8位地址線和8位數(shù)據(jù)線；在EPROM編程時(shí)，它輸入指令字節(jié)

25、，而在驗(yàn)證程序時(shí)，則輸出指令字節(jié)。P0口能驅(qū)動(dòng)8個(gè)LSTTL輸入。P1口（P1.0P1.7共8條引腳，即18腳）：P1口是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的8位準(zhǔn)雙向I/O口。在EPROM編程和程序驗(yàn)證時(shí)，它接收低8位地址，能驅(qū)動(dòng)4個(gè)LSTTL輸入。P2口（P2.0P2.7共8條引腳，即2128腳）：P2口是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口。在訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，它送出高8位地址。在對(duì)EPROM編程和程序驗(yàn)證時(shí)，它接收高8位地址，能驅(qū)動(dòng)4個(gè)LSTTL輸入。P3口（P3.0P3.7共8條引腳，即10 17腳）：P3口是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口。在MCS-51單片機(jī)中，這8個(gè)引腳都有各自的第

26、二功能，在實(shí)際工作中，大多數(shù)情況下都使用P3口的第二功能， P3口的第二功能如下所示：P3.0：RXD串行數(shù)據(jù)接收端 P3.1：TXD串行數(shù)據(jù)發(fā)送端P3.2：外部中斷0申請(qǐng)輸入端 P3.3：外部中斷1申請(qǐng)輸入端P3.4：T0 定時(shí)器0計(jì)數(shù)輸入端 P3.5：T1定時(shí)器1計(jì)數(shù)輸入端P3.6：低電平有效，外部RAM寫選通 P3.7：低電平有效，外部RAM讀選通4.1.4三總線結(jié)構(gòu) 單片機(jī)的引腳除了電源、復(fù)位、時(shí)鐘接入和用戶I/O口外，其余引腳都是為了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)擴(kuò)展而設(shè)置的。這些引腳構(gòu)成了三總線形式。引腳功能分類如圖4-4所示。1. 地址總線（AB）：地址總線寬度16位，因此外部存儲(chǔ)器直接尋址范圍為64

27、KB。16位地址總線由P0口經(jīng)地址鎖存器提供8位地址（A0A7），P2口直接提供高8位地址（A8A15）。2. 數(shù)據(jù)總線（DB）：數(shù)據(jù)總線寬度為8位，由P0口提供。3.控制總線（CB）：由P3口的第二功能狀態(tài)和4根獨(dú)立控制線RESET，ALE組成。圖4-4 引腳功能分類圖4.1.5單片機(jī)時(shí)鐘電路單片機(jī)時(shí)鐘電路通常有兩種形式：1.內(nèi)部振蕩方式：MCS-51單片機(jī)片內(nèi)有一個(gè)用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器，引腳XTAL1和XTAL2分別是此放大器的輸入端和輸出端。把放大器與作為反饋元件的晶體振蕩器或陶瓷諧振器連接，就構(gòu)成了內(nèi)部自激振蕩器并產(chǎn)生振蕩時(shí)鐘脈沖。圖4-5為內(nèi)部振蕩方式圖。2.外部振蕩方式

28、：外部振蕩方式就是把外部已有的時(shí)鐘信號(hào)引入單片機(jī)內(nèi)。圖4-6為外部振蕩方式圖。 圖4-5 內(nèi)部振蕩方式圖 圖4-6 外部振蕩方式圖本設(shè)計(jì)所采用的是內(nèi)部振蕩方式，晶振選擇為12MHz，電容C1、C2大小通常為30PF，其接線如圖4-7所示。圖4-7 晶振接線4.2 溫度傳感器的選擇鉑電阻的溫度特性可用下列二式表示：鉑電阻的特點(diǎn)是性能好、準(zhǔn)確度高、性能可靠，這是因?yàn)殂K在氧化性氣體中甚至在高溫下的物理、化學(xué)性質(zhì)都非常穩(wěn)定，所以在1990國際溫標(biāo)（ITS90）規(guī)定在1.8033K961.78溫域內(nèi)以鉑電阻溫度計(jì)作為標(biāo)準(zhǔn)儀器。鉑電阻在還原性氣氛中，特別是在高溫下很容易被還原性氣體污染，鉑絲變脆，并改變了

29、電阻與溫度間的關(guān)系。因此，必須用保護(hù)套管把電阻體與有還原氣體的氣氛隔離開來。鉑電阻廣泛應(yīng)用于工業(yè)上和實(shí)驗(yàn)室上。鉑的純度以R100/ R0來表示。對(duì)于工業(yè)用鉑電阻，規(guī)定R100/ R0為1.385。我國規(guī)定鉑電阻的分度號(hào)為Pt10和Pt100，后者用的較多。前者的鉑絲較粗，能可靠地用于600以上測(cè)溫，Pt100分度表見附錄2。鉑電阻的溫度特性可以用下列二式表示：在-2000之間： （4-1）在0850之間： （4-2）以上兩式中：Rtt時(shí)的電阻值； R00時(shí)的電阻值；A、B、C為常數(shù)，對(duì)工業(yè)用鉑電阻，A=3.90802×10-1，B=-5.802×10-7-2，C=-4.27

30、350×10-12-4。所以通過以上的說明，本設(shè)計(jì)鉑電阻采用的鉑電阻為0時(shí)100的電阻值。鉑電阻在600以內(nèi)都有較好的線性關(guān)系，所以本設(shè)計(jì)的600大范圍以足夠能滿足測(cè)量范圍。鉑電阻測(cè)量溫度的電路如圖4-8所示。本設(shè)計(jì)采用的是橋式電路來測(cè)量溫度，用三線制連接法的不平衡電路，從熱電阻上接出三根相同材料、相同直徑和長度的導(dǎo)線，它們的電阻都是一樣的，環(huán)境溫度變化引起的電阻變化也是一樣的，這樣可以在很大程度上減小連接導(dǎo)線電阻變化引起的誤差。在儀表刻度起點(diǎn)電橋處于平衡狀態(tài)，這時(shí)Rw+R2=Rt0+Rw，等式兩邊可消去Rw，可以看出即使Rw隨環(huán)境溫度變化，電橋仍是平衡的，不會(huì)引起附加誤差。但是在儀

31、表偏離起始點(diǎn)后，溫度上升后，上式兩邊不再相等，橋路處于不平衡狀態(tài)，這時(shí)候Rw的變化就會(huì)影響輸出電壓的變化，產(chǎn)生附加誤差。但由于Rw分別處于兩橋臂，其變化Rw對(duì)a點(diǎn)和b點(diǎn)電位的影響是同方向的，這樣一來Uab的變化很小。如果兩個(gè)Rw同處于一側(cè)的橋臂中，則Rw的變化對(duì)其中b點(diǎn)的影響很大，而對(duì)a點(diǎn)無影響，這樣Uab的變化就很大了。因此必須采用三線制接法，才可以減小附加誤差。如果使R4+R0+Rw+Rt>>Rw，則Rw的變化對(duì)輸出電壓的影響就很小。橋路中由Rt+Rw 、Rw+R2、R3、R4組成四個(gè)橋臂。Rt是熱電阻，Rw是外接電阻刻度，其中包括連接導(dǎo)線電阻。橋路中R3=R4，Rw+R2=R

32、t0+Rw，其中Rt0是儀表刻度起點(diǎn)t0時(shí)的熱電阻阻值。圖中R0代表溫度為0時(shí)的Rt0電阻值，在Rt=Rt0時(shí)電橋平衡，Uab無電壓輸出。當(dāng)被測(cè)溫度升高，Rt增大，電橋不平衡時(shí)，電橋輸出電壓為Uab。溫度越高，Rt阻值越大，輸出Uab電壓越高。圖4-8 鉑電阻測(cè)溫電路我們采用的穩(wěn)壓電源是鉑電阻測(cè)量電路的常用電源電壓4V，對(duì)于一般工業(yè)用熱電阻，規(guī)定通過熱電阻的最大電流為6mA，以防止由于熱電阻的自熱效應(yīng)產(chǎn)生過大的附加誤差。溫度測(cè)量電路各參數(shù)的計(jì)算：已知電源電壓U=4V，IRT =6mA，設(shè)熱電阻支路最小電阻為Rw=5，R=Rt+Rw+R4，取Rt0=100，R=U/IRT=Rt+Rw+R4=4/

33、（6×10-3）=670，R4=670-105=565，所以取R4=R3=565，Rw=5，R2=Rt0=100。此時(shí)，0時(shí)，輸出Uab=0，當(dāng)輸出為最大范圍600時(shí)，查得鉑電阻分度表鉑電阻值為313.59，則 （4-3）4.3.放大器的設(shè)計(jì)4.3.1模擬放大器電路的基本設(shè)計(jì)經(jīng)溫度傳感器轉(zhuǎn)換后的模擬電壓信號(hào)，其信號(hào)幅度很小，是毫伏極，由于A/D轉(zhuǎn)換器的接受的是05V的標(biāo)準(zhǔn)電壓。所以需要對(duì)毫伏極模擬信號(hào)進(jìn)行放大處理，在進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換前，將溫度傳感器的信號(hào)放大至05V。因此模擬放大器的設(shè)計(jì)是不可缺少的基本環(huán)節(jié)。圖4-9為測(cè)量放大電路的基本形式。圖4-9 測(cè)量放大電路圖在圖4-9中A1和A

34、2構(gòu)成差動(dòng)輸入級(jí)，A3為基本型差動(dòng)比例電路。總的電壓增益Au等于兩極增益之和。調(diào)節(jié)第一級(jí)的電位器Rw的阻值，能改變其電壓增益。第一級(jí)放大器A1采用同相輸入，有較高的輸入電阻。電路的平衡對(duì)稱結(jié)構(gòu)使共模抑制比、失調(diào)及溫度等產(chǎn)生的輸出誤差電壓具有抵消作用。第二級(jí)差放電路將雙端輸入變單端輸出，適應(yīng)接地負(fù)載的需要。把兩極電路級(jí)聯(lián)后，它們相互取長補(bǔ)短，使組合后的這個(gè)電路具有輸入電阻高、電壓增益調(diào)節(jié)方便、共模抑制比高和漂移相互抵消等一系列優(yōu)點(diǎn)。此電路應(yīng)滿足電阻匹配條件，即R1=R2，R3=R4=R，R5=R6=Rf，可列出下列方程組： （4-4） （4-5） （4-6）解出 ：Au= Uo /（Ui2-Ui

35、1）=（1+2R1/RW）Rf/R 本設(shè)計(jì)的測(cè)溫范圍為0600，溫度變送器的測(cè)量電路輸出的電壓范圍為00.82V，放大電路的輸出應(yīng)為05V，故Au=5/0.82=6故取R1=2K，Rw =1K，Rf =1.2K，R=1K，可滿足要求。4.3.2放大電路的輸入輸出保護(hù)溫度測(cè)量范圍為0600，為了防止溫度超過量程，造成元器件的損壞以及系統(tǒng)的癱瘓，須對(duì)放大電路進(jìn)行相應(yīng)的輸入輸出保護(hù)措施。1.輸入保護(hù)其電路如圖4-10所示，它采用兩個(gè)反向并聯(lián)的限幅二極管，防止信號(hào)過大或過小而損壞運(yùn)放。圖4-10 輸入保護(hù)圖2.輸出保護(hù)為防止輸出電壓過高，接到外部電壓可能過流或者擊穿，所以需加穩(wěn)壓二級(jí)管構(gòu)成輸出保護(hù)，其

36、電路如圖4-11所示。圖4-11 輸出保護(hù)圖3.濾波電路的設(shè)計(jì)經(jīng)傳感器轉(zhuǎn)換和放大后的電壓信號(hào)，屬于低頻信號(hào)，容易受測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)的干擾和放大電路本身的影響，含有多種頻率成分的噪聲信號(hào)，所以需要用到濾波器。本設(shè)計(jì)中用到的經(jīng)放大器出來的信號(hào)為直流低電平，屬低頻信號(hào)，因此在放大器輸出端要引入低通濾波器。其低通濾波器的作用是：讓直流指定的截止頻率的低頻分量順利的通過，而使高頻分量受到很大的衰減。采用的是RC無源濾波器，電路如圖4-12所示。圖4-12 RC濾波電路圖當(dāng)信號(hào)頻率升高時(shí)，電容容抗減小，使輸出電壓幅值下降，因而高頻信號(hào)衰減較多。當(dāng)信號(hào)頻率降低時(shí)電容的容抗增加，信號(hào)基本不受損耗。電路中取R=1K，電

37、容C=1000 PF，可得到該濾波電路的上限截止頻率為： fH=（2RC）-1=（2×1000×1000×10-12）-1=1.6×105Hz由此加上輸入輸出保護(hù)和濾波電路圖，可以得到總的放大電路設(shè)計(jì)圖，系統(tǒng)放大電路的總設(shè)計(jì)圖如圖4-13所示。圖4-13 放大電路總設(shè)計(jì)圖4.4 采樣保持器如果直接將模擬量送入A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換，則應(yīng)考慮到任何一種A/D轉(zhuǎn)換器都需要用一定的時(shí)間來完成量化及編碼的操作。在轉(zhuǎn)化過程中，如果模擬量產(chǎn)生變化，將直接影響到轉(zhuǎn)換精度。特別是在同步系統(tǒng)中。幾個(gè)并聯(lián)的參量需取自同一瞬時(shí)，而各參數(shù)的A/D轉(zhuǎn)換又共享一個(gè)芯片，所得到得幾個(gè)量

38、就不是同一時(shí)刻的值，無法進(jìn)行計(jì)算和比較。所以要求輸入到A/D轉(zhuǎn)換器的模擬量在整個(gè)轉(zhuǎn)換過程中保持不變，但轉(zhuǎn)換之后，又要求A/D轉(zhuǎn)換器的輸入信號(hào)能夠跟隨模擬量變化。能夠完成上述任務(wù)的器件為采樣保持器（Sample/Hold）簡(jiǎn)寫為S/H。S/H有兩種工作方式，一種是采樣方式，另一種是保持方式。在采樣方式中，采樣保持器的輸出跟隨模擬量輸入電壓變化。在保持狀態(tài)中，采樣保持器的輸出將保持在命令發(fā)出時(shí)刻的模擬量輸入值，直到下一個(gè)保持命令來到時(shí)為止。本設(shè)計(jì)所選用的保持器為LF398，目前是應(yīng)用比較廣泛的一種。主要完成的工作是對(duì)溫度信號(hào)的采樣和保持。LF398是由雙極型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管組成的采樣保持器。它具有采

39、樣速度快，保持下降速度慢，以及精度高等特點(diǎn)。作為單一的放大器時(shí)，其電流增益精度為0.002%，采樣時(shí)間小于6µs時(shí)精度可達(dá)0.01%；采用雙極型輸入狀態(tài)可獲得較低偏差電壓和寬頻帶。使用一個(gè)單獨(dú)的端子實(shí)現(xiàn)輸入偏差電壓的調(diào)整，允許帶寬1MHz，輸入電阻為1010歐姆。當(dāng)使用電容為1µF時(shí)，其下降速度為5mV/min。結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管為CMOS電路抗干擾能力強(qiáng)，而且不受溫度影響?？偟脑O(shè)計(jì)保證是，即使在輸入信號(hào)等于電源電壓時(shí)，也可以將輸入饋送到輸出端。LF398的原理圖如下圖4-14所示。圖4-14中有一個(gè)由二極管D1、D2組成的保護(hù)電路。在沒有D1和D2的情況下，如果在S再次接通以前

40、變化了，且變化較大時(shí)，于是的變化也很大。以至于使A1的輸出進(jìn)入飽和狀態(tài)，與ui不再保持線性關(guān)系，并使開關(guān)電路承受較高的電壓，不利于安全。接入D1和D2以后，當(dāng)比所保持的電壓高出一個(gè)二極管的正向壓降時(shí)，D1將導(dǎo)通，被鉗位于+ UD1。這里的UD1表示二極管D1的正向?qū)▔航?。?dāng)比低于一個(gè)二極管的壓降時(shí)，D2導(dǎo)通，將鉗位于ui-UD2。UD2為D2的正向壓降。在S接通的情況下，因?yàn)椋訢1和D2都不導(dǎo)通，保護(hù)電路不起作用。圖4-14 LF398原理圖圖4-15 為LF398典型接法圖。圖4-15 LF398典型接法圖LF398典型接法及功能說明如下：1)VIN：模擬量電壓輸入。2) VOUT：

41、模擬量電壓輸出。3)邏輯（logic）及邏輯參考（logic reference）：邏輯及邏輯參考電平，用來控制采樣保持器的工作方式。當(dāng)8引腳為低電平時(shí)，通過控制邏輯電路A3使開關(guān)S閉合，電路進(jìn)入保持狀態(tài)。它可以接成差動(dòng)形式，也可以將參考電平接地，然后，在引腳8端用一個(gè)邏輯電平控制。4) 偏置（OFFSET）：偏差調(diào)整引腳?？捎猛饨与娮枵{(diào)整采樣保持器的偏差。5) CH：保持電容引腳。用來連接外部保持電容。6) V+，V- ：采樣保持器電路電源引腳。電源變化范圍為±5V到±18V。通過以上分析可以讓2腳接1k電阻，用于調(diào)節(jié)漂移電壓，7腳和8腳是兩個(gè)控制端，控制開關(guān)的關(guān)斷。7腳

42、接參考電壓，8腳接控制信號(hào)。參考電壓應(yīng)根據(jù)控制信號(hào)的電平來選擇。如7腳接地， 8腳接控制信號(hào)大于1.4V時(shí)，LF398處于采樣狀態(tài)；如8腳為低電平， 則LF398處于保持狀態(tài)。6腳外接保持電容，它的選取對(duì)采樣保持電路的技術(shù)性能指標(biāo)至關(guān)重要，大電容可使系統(tǒng)得到較高精度，但采樣時(shí)間加長。小電容可提高采樣頻率，但精度較低。同時(shí)，電容的選擇應(yīng)綜合考慮精度要求和采樣頻率等因素。所以選適當(dāng)?shù)碾娙荽笮?µF可以滿足其需求。LF398的其它幾個(gè)參數(shù)為：漂移電壓2mV，供電電壓值在10V間選擇。本設(shè)計(jì)所用到的采樣保持器為4個(gè)，分別對(duì)4個(gè)不同的溫度點(diǎn)的溫度、進(jìn)行采樣和保持，當(dāng)ADC0809為高電平時(shí)，此

43、時(shí)采樣保持器進(jìn)行信號(hào)的采樣，輸出隨著輸入的變化而變化，當(dāng)單片機(jī)通知ADC0809進(jìn)行輸入信號(hào)的轉(zhuǎn)換時(shí)引腳EOC為低電平，此時(shí)通過單片機(jī)的P3.0口將LF398的8引腳置為低電平，八個(gè)模擬輸入信號(hào)同時(shí)被保持住，ADC0809進(jìn)行轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換結(jié)束后EOC又為高電平，進(jìn)行下次信號(hào)的采樣，如此往復(fù)，實(shí)現(xiàn)了信號(hào)的不斷采樣和保持，并且跟蹤快。4.5 A/D轉(zhuǎn)換器及分頻器的設(shè)計(jì)1. 0809功能及結(jié)構(gòu)說明由于變送器輸出的是模擬信號(hào)，單片機(jī)處理的是數(shù)字信號(hào)，所以我們用到的是比較應(yīng)用廣泛的ADC0809模數(shù)轉(zhuǎn)換器。1) 主要特性（1）18路8位A/D轉(zhuǎn)換器，即分辨率8位。（2）具有轉(zhuǎn)換起?？刂贫?。（3）轉(zhuǎn)換時(shí)間為

44、100s。（4）單個(gè)+5V電源供電。（5）模擬輸入電壓范圍0+5V，不需零點(diǎn)和滿刻度校準(zhǔn)。（6）工作溫度范圍為-40+85。（7）低功耗，約15mW。2) 內(nèi)部結(jié)構(gòu)ADC0809是CMOS單片型逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器，內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖4-16所示。它由8路模擬開關(guān)、地址鎖存與譯碼器、比較器、8位開關(guān)樹型D/A轉(zhuǎn)換器、逐次逼近寄存器、三態(tài)輸出鎖存器等其它一些電路組成。因此，ADC0809可處理8路模擬量輸入且有三態(tài)輸出能力，即可與各種微處理器相連，也可單獨(dú)工作，輸入輸出與TTL兼容。圖4-16 ADC0809內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖外部引腳圖如圖4-17所示。 圖4-17 ADC0809引腳圖ADC0809芯片有

45、28條引腳，采用雙列直插式封裝，各引腳功能說明如表4-1所示。表4-1 ADC0809引腳功能表符號(hào)引腳號(hào)功能2628，15為8個(gè)通道模擬量輸入線ADDAADDBADDC2523多路開關(guān)地址選擇線A為最底位，C為最高位。通常分別接在地址線的低三位。17，14，15，8，18218位數(shù)字量輸出結(jié)果。ALE22地址鎖存有效輸入線。該信號(hào)上升沿把3條選擇線的狀態(tài)鎖存入多路開關(guān)地址寄存器中。START6啟動(dòng)轉(zhuǎn)換輸入線。該信號(hào)上升沿清除ADC的內(nèi)部寄存器而在下降沿啟動(dòng)內(nèi)部控制邏輯，開始A/D轉(zhuǎn)換工作。EOC7轉(zhuǎn)換完成輸出線，當(dāng)EOC為1時(shí)表示轉(zhuǎn)換已完成。CLOCK10轉(zhuǎn)換定時(shí)時(shí)鐘輸入線。其頻率不能高于6

46、40KHZ。當(dāng)頻率為640時(shí)，轉(zhuǎn)換速度為100OE9允許輸入線。在OE為1時(shí)，三態(tài)輸入鎖存器脫離三態(tài)，把數(shù)據(jù)送往總線。12，16參考電壓輸入線11接+5VGND13接地表4-2 ADDA、ADDB、ADDC真值表ADDC ADDB ADDA輸入通道0 0 00 0 10 1 00 1 11 0 01 0 11 1 01 1 1IN0IN1IN2IN3IN4IN5IN6IN72.ADC0809的工作過程和8031的連接方法ADC0809的工作過程是：首先輸入三位地址，并使ALE=1，將地址存入地址鎖存器中。此地址經(jīng)譯碼選通8路模擬輸入之一到比較器。START上升沿將逐次逼近寄存器復(fù)位。下降沿啟動(dòng)

47、A/D轉(zhuǎn)換，之后EOC輸出信號(hào)變低，指示轉(zhuǎn)換正在進(jìn)行。直到A/D轉(zhuǎn)換完成，EOC變?yōu)楦唠娖?，指示A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束，結(jié)果數(shù)據(jù)已存入鎖存器，這個(gè)信號(hào)可用做中斷申請(qǐng)。當(dāng)OE輸入高電平時(shí)，輸出三態(tài)門打開，轉(zhuǎn)換結(jié)果的數(shù)字量輸出到數(shù)據(jù)總線上。本設(shè)計(jì)用到的ADC0809的輸入端口有IN0、IN1、IN2、IN3為溫度信號(hào)。圖4-18 ADC0809與8031連接圖3.分頻電路8031的CPU要與0809芯片協(xié)調(diào)工作，首先要完成它們的時(shí)鐘配合。ADC0809的選通信號(hào)的是由8031的ALE信號(hào)來擔(dān)負(fù)的。8031的ALE信號(hào)的時(shí)鐘頻率為2MHz，而ADC0809的時(shí)鐘頻率一般為500KHz，為了使得ADC0809

48、能正常工作，我們要對(duì)8031 的ALE信號(hào)進(jìn)行四分頻，才能得到0809所需要的500KHz頻率。其電路圖如圖4-19所示。 圖4-19 四分頻電路結(jié)構(gòu)圖我們所用的D觸發(fā)器進(jìn)行分頻，由于一個(gè)D觸發(fā)器為2分頻所以經(jīng)過兩個(gè)D觸發(fā)器后，8031的ALE信號(hào)的時(shí)鐘頻率就變成了500KHz，也就能滿足ADC0809的時(shí)鐘頻率要求了，其四分頻波形如圖4-20所示。圖4-20 四分頻波形圖圖中的端接到8031的ALE端，另一端Q接到0809的CLK端，完成分頻電路的連接。4.6 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的擴(kuò)展4.6.1 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的介紹8031單片機(jī)內(nèi)部有128B存儲(chǔ)空間，CPU對(duì)內(nèi)部RAM具有豐富的操作指令，內(nèi)部RAM區(qū)

49、是十分珍貴的資源，通常作為工作寄存器、堆棧、軟件標(biāo)志和數(shù)據(jù)緩沖區(qū)。但在實(shí)際中，僅有的128B是不夠用的，因此需要擴(kuò)展數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。8031單片機(jī)設(shè)置專門指令MOVX來訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。共有四條寄存器間接尋址指令，分為下列兩種情況：第一種為訪問前256B的外部RAM，用寄存器R0，R1間接尋址：讀操作：MOVX A，Ri寫操作：MOVX Ri ，A i=0，1第二種為訪問外部RAM的任何單元，用特殊功能寄存器DPTR間接尋址：讀操作：MOVX A，DPTR寫操作：MOVX DPTR，A第二種情況可以訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的64K空間。首先看讀外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的時(shí)序。在第一個(gè)機(jī)器周期的S1，允許地址鎖存

50、器信號(hào)ALE由低變高，開始讀周期。在S2狀態(tài)，CPU把低8位地址送上P0總線，把高8位地址送上P2口。ALE的下降沿用以把低8位地址信號(hào)鎖存到外部鎖存器內(nèi)，而高8位地址鎖存在P2口上。在S3狀態(tài)，P0總線驅(qū)動(dòng)器進(jìn)入高阻狀態(tài)。在S4狀態(tài)，讀控制信號(hào)回到高電平后，被尋址的存儲(chǔ)器把其本身的總線驅(qū)動(dòng)器懸浮起來，使P0總線又進(jìn)入高阻狀態(tài)。寫外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的時(shí)序與上述類似，但寫的過程中是CPU把數(shù)據(jù)送上總線上，CPU向P0總線送完被尋址存儲(chǔ)器的低8位地址后，在S3狀態(tài)，就由送地址直接改為送數(shù)據(jù)到P0總線上，其間P0總線上不出現(xiàn)高阻狀態(tài)。在S4狀態(tài)，寫控制信號(hào)有效選通被尋址的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，此后，P0上的數(shù)據(jù)就

51、寫到被尋址的存儲(chǔ)器單元內(nèi)了。本設(shè)計(jì)中所擴(kuò)展的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器為16K，由于地址線和片選信號(hào)的限制，所以選用的芯片型號(hào)為6264，共用兩片。圖4-21為6264的功能引腳圖。圖4-21 6264的功能引腳圖芯片介紹：6264是8K×8位靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器芯片，采用CMOS工藝制造，單一+5V供電，額定功耗200mW，典型存取時(shí)間200ns，28線雙列直插式封裝。其引腳功能說明如下：（1）A0A12：地址輸入線。（2） O0O7：雙向三態(tài)數(shù)據(jù)線，有時(shí)用D0D7表示。（3）：片選信號(hào)輸入端，低電平有效。（4） ：讀選通信號(hào)輸入線，低電平有效。（5) ：寫選通信號(hào)輸入線，低電平有效。（6）Vcc：工作

52、電源輸入引腳，5V。（7）NC：為空引腳。（8） CS：第二選片信號(hào)引腳，高電平有效。（9）GND：線路地。4.6.2 8031與兩片8K數(shù)據(jù)存儲(chǔ)芯片連接方法圖4-22 8031與兩片8K數(shù)據(jù)存儲(chǔ)芯片連接圖本設(shè)計(jì)中，選擇1#6264的片選信號(hào)由三八譯碼器的輸出端控制，2#6264的片選信號(hào)由三八譯碼器的輸出端控制。4.7程序存儲(chǔ)器的擴(kuò)展4.7.1 2764功能引腳說明8031芯片內(nèi)部沒有程序存儲(chǔ)器，鑒于價(jià)格方面的考慮，目前國內(nèi)大多數(shù)選用8031。MCS-51單片機(jī)系統(tǒng)中，使用較多的是Intel公司的系列芯片：2716（2K×8），2732（4K×8），2764（8K×8），27128（16K×8），27256（32K×8），27512（64K×8）。本設(shè)計(jì)所用到的程序存儲(chǔ)器擴(kuò)展為16K。鑒于8031控制端有限，所以用到的是譯碼器74LS138的兩路輸出端來控制兩片2764。圖4-23為2764的功能引腳圖。圖4-23 2764功能引腳圖芯片介紹：2764是8K×8字節(jié)的紫外線擦除、電可編程只讀存儲(chǔ)器，單一+5V供電，工