氣體滲碳的計算機控制

目錄

摘要......................................................................1

ABSTRACT....................................................................................................錯誤！未定義書簽。

1緒論....................................................................2

L1滲碳技術(shù)概述.........................................................2

1.1.1滲碳工藝、組織和性能研究.........................................2

1.1.2碳勢測試與控制技術(shù)...............................................4

1.2DCS系統(tǒng)發(fā)展趨勢.....................................................5

1.2.1DCS發(fā)展趨勢....................................................5

1.2.2DCS的結(jié)構(gòu)......................................................6

1.2.3DCS的特點......................................................7

2MCS-51系列單片機.......................................................9

2.1MCS-51系列單片機的結(jié)構(gòu).............................................9

2.2MCS-51單片機外部引腳及其功能......................................12

3傳感器電路的設(shè)計.......................................................14

3.1傳感器電路.........................................................14

3.1.1傳感器電路的作用................................................14

3.1.2對傳感器電路的主要要求..........................................14

3.1.3傳感器電路的設(shè)計方法............................................16

3.2傳感器電路抗干擾設(shè)計...............................................17

3.3傳感器電路抗溫度干擾設(shè)計...........................................18

3.3.1環(huán)境溫度變化是不可避免的........................................18

3.3.2環(huán)境溫度變化對電路的影響........................................19

3.3.3抗溫度漂移的方法與設(shè)計..........................................19

4系統(tǒng)硬件設(shè)計...........................................................21

4.1系統(tǒng)組成概述.......................................................21

4.2主機...............................................................21

4.2.1總線擴展........................................................22

4.2.2并行總線擴展基本問題............................................22

4.2.3具體電路設(shè)計....................................................23

4.3輸入通道...........................................................26

4.4輸出通道...........................................................30

4.5液晶屏和鍵盤接口...................................................30

5系統(tǒng)軟件設(shè)計...........................................................32

5.1溫度控制的系統(tǒng)軟件設(shè)計.............................................32

5.1.1主程序設(shè)計......................................................32

5.1.2自診斷程序設(shè)計..................................................33

5.1.3中斷服務(wù)程序設(shè)計................................................34

5.1.4數(shù)據(jù)采集輸入程序設(shè)計............................................35

5.1.5復(fù)合濾波程序設(shè)計................................................35

5.1.6線性化處理與標(biāo)度變換程序設(shè)計....................................37

5.1.7PID控制程序設(shè)計................................................39

5.2碳勢控制的系統(tǒng)軟件設(shè)計..............................................40

5.2.1氣氛控制過程簡介與數(shù)學(xué)模型的建立................................40

5.2.2碳勢采樣........................................................41

5.2.3碳勢PID運算...................................................42

5.2.4碳勢控制量輸出程序設(shè)計..........................................43

6結(jié)論...................................................................44

參考文獻(xiàn).................................................................45

附錄.....................................................................46

致謝...................................................................47

II

摘要

氣體滲碳是應(yīng)用廣泛的表面強化熱處理技術(shù)，氣體滲碳的計算機控制是氣體滲碳生

產(chǎn)質(zhì)量的保證。微型計算機和相應(yīng)的外圍設(shè)備配合不僅能自動測量，記錄，調(diào)節(jié)工藝過

程的參數(shù)，還能根據(jù)測得的過程參數(shù)進行工況分析，綜合，判斷，數(shù)據(jù)處理，并根據(jù)預(yù)

先給定的最優(yōu)化數(shù)學(xué)模型進行運算，根據(jù)運算結(jié)果調(diào)整給定值，優(yōu)化生產(chǎn)工藝過程，達(dá)

到質(zhì)量最優(yōu)。因此，隨著計算機控制技術(shù)的發(fā)展，熱處理工藝自動控制向著精確和高度

自動化方向發(fā)展，例如，熱處理的微機測溫技術(shù)，微機控制滲碳等。系統(tǒng)的硬件配置以

89c52微控制器為核心，擴展了多路數(shù)據(jù)采集，控制量輸出，鍵盤以及顯示等。系統(tǒng)軟

件采用了模塊化思路。它的主要功能有：數(shù)據(jù)采集功能，數(shù)字濾波功能，標(biāo)度變換和線

形化處理功能，順序控制功能，信號報警功能，數(shù)據(jù)通信功能等。

通過滲碳控制系統(tǒng)的下位機的建立，可以精確的控制零件表面含碳量，碳濃度梯度

和滲碳層厚度，穩(wěn)定滲碳工藝的質(zhì)量，因而提高了滲碳零件的機械性能。實現(xiàn)無氧化、

無脫碳與增碳熱處理，可以提高零件的表面質(zhì)量及機械性能，減少零件的加工余量和鋼

材的燒損量，因而就能節(jié)省工時及能耗，節(jié)約金屬材料。實現(xiàn)特殊的熱處理工藝，如硅

鋼片的脫碳退火，軋制鋼材的復(fù)碳退火等。實現(xiàn)機械化與自動化，提高勞動生產(chǎn)率，改

善勞動條件。

關(guān)鍵詞：滲碳過程微捽制器表面強化技術(shù)

1緒論

1.1滲碳技術(shù)概述

滲碳是目前機械制造工業(yè)中應(yīng)用最廣泛的一種化學(xué)熱處理工藝。通過滲碳，工件表

層可以得到足夠高的硬度、耐磨性及疲勞抗力，而心部保持足夠的強度和韌性。我國遠(yuǎn)

在戰(zhàn)國時期就廣泛應(yīng)用固體滲碳法，且達(dá)到很高的技術(shù)水平。上世紀(jì)40年代后，氣體

滲碳工藝迅速發(fā)展起來，它具有生產(chǎn)率高、易于實現(xiàn)機械化、自動化生產(chǎn)，滲碳層碳濃

度可以控制，滲碳質(zhì)量高，滲碳后可直接淬火等優(yōu)點。尤其是計算機及計算機模擬技術(shù)

應(yīng)用到滲碳工藝以后實現(xiàn)按工件要求的表面碳濃度、層深、滲碳過程的全自動控制和調(diào)

節(jié)，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定、可靠，從而確定了它在生產(chǎn)中的主導(dǎo)地位。我國氣體滲碳的數(shù)學(xué)模

型和計算機模擬研究始于上世紀(jì)70年代末、80年代初。數(shù)值模擬便于處理非線性問題,

氣體滲碳的數(shù)值模擬，將工藝參數(shù)（溫度、氣體成分、傳遞系數(shù)、擴散系數(shù)等）作為時間

的函數(shù)，并考慮了形狀因素的影響，使之更加貼近生產(chǎn)實際情況。在大多數(shù)情況下，可

以用擴散方程的一維有限差分方程模擬滲層瞬態(tài)濃度場，根據(jù)碳濃度分布可以進一步計

算硬度分布。盡管滲碳技術(shù)是?項比較成熟的技術(shù)，但隨著技術(shù)的發(fā)展，尤其是微電子

技術(shù)和計算機的應(yīng)用，使得目前國內(nèi)外對滲碳技術(shù)的研究仍比較活躍，1996年以來，僅

國內(nèi)科技期刊發(fā)表的關(guān)于滲碳方面的文章就達(dá)200余篇。

1.1.1滲碳工藝、組織和性能研究

（1）中高合金鋼滲碳研究

由于對滲碳件綜合性能，如高強度、高韌性和高淬透性要求的不斷提高，中高合金

滲碳鋼的研究和應(yīng)用研究也多了起來。郭雅萍等人對17Cr2Ni2M。鋼制齒輪滲碳工藝進

行了研究，應(yīng)用在軋機主減速機齒軸上代替進口材料。針對滲碳后緩冷產(chǎn)生裂紋問題，

陳柯研究了17CrNiMo6鋼滲碳齒輪滲碳后緩冷產(chǎn)生裂紋的原因，認(rèn)為在緩冷過程中析

出網(wǎng)狀碳化物是產(chǎn)生裂紋的根源，提出的解決辦法是控制滲層表面含碳量不要超過

0.9%。合金元素含量較高的滲碳鋼，滲碳后存在大量殘余奧氏體，不僅降低硬度和耐磨

性，而且容易產(chǎn)生磨削裂紋，導(dǎo)致早期失效，文獻(xiàn)認(rèn)為通過采用兩次高溫回火可解決該

問題。文章探討了20Cr2Mn2M。鋼滲碳后空冷開裂原因，認(rèn)為過高的碳濃度以及不合適

的冷卻速度導(dǎo)致了開裂。以上分析說明，過高的碳濃度是導(dǎo)致滲碳缺陷的一個重要原因,

因而，合理控制滲層含碳量是控制滲碳質(zhì)量的一個關(guān)鍵問題。劉喜明等人通過不同溫度

回火和冷處理的方法改變18Cr2Ni4WA鋼滲碳后的殘余奧氏體量，認(rèn)為在低載荷下奧氏

體量少、硬度高的耐磨性高，而高載荷下正好相反。通過對滲碳齒輪疲勞強度的研究，

認(rèn)為碳化物對疲勞強度是有害的，認(rèn)為滲層為共析成分或略高一點時疲勞強度高。通過

臺架試驗研究了滲碳工藝對齒輪疲勞強度的影響，認(rèn)為滲碳層含碳量對滲層組織、殘余

奧氏體量等都有很大影響，同時也影響到滲層的殘余應(yīng)力及其分布，對疲勞性能的影響

2

是顯著的。

(2)過飽和滲碳技術(shù)

普通滲碳主要靠高碳馬氏體強化表面而當(dāng)工件中含有一定量的碳化物形成元素并

在一定碳勢下滲碳時，滲層中將有碳化物析出。這些細(xì)小、彌散分布的碳化物質(zhì)點使表

面具有更高的硬度和耐磨性能大幅度提高工模具的使用壽命，這種滲碳方法被稱為“過

飽和滲碳”或高濃度滲碳。高濃度滲碳具有滲速快和可得到大量(20-50%)碳化物的特點，

顯示出比普通滲碳優(yōu)異的耐磨性、耐蝕性，更高的接觸和彎曲疲勞強度，較高的沖擊韌

度和較低的脆性，近年來國內(nèi)外對其研究較多。M42高速鋼和Crl2MoV冷模具鋼在流動

粒子爐中進行過飽和滲碳，可以在滲層中得到分布均勻、細(xì)小的碳化物。文獻(xiàn)對超飽和

滲碳理論以及數(shù)學(xué)模型進行了詳細(xì)討論，提出了碳化物極限值、碳勢門檻值等概念。認(rèn)

為合金鋼超飽和滲碳過程可分為三個階段。第一階段A狀態(tài)超飽和滲碳，第二階段是Y

狀態(tài)超飽和滲碳，第三階段形成了白亮層?？傊^飽和滲碳具有較大應(yīng)用前景，但由

于其滲碳過程的復(fù)雜性，工藝的穩(wěn)定性相對較差，目前還未在實際中得到大量使用。

(3)催滲技術(shù)

滲碳是熱處理中周期最長的工藝之一因而人們對催滲技術(shù)的研究也就非常重視。

中國熱處理行業(yè)協(xié)會推薦的BH催滲劑及催滲技術(shù)被評為《中國機械工業(yè)科學(xué)技術(shù)獎》

一等獎，稀土化學(xué)熱處理是我國學(xué)者上世紀(jì)80年代初首次提出的嶄新課題。稀土元素

的加入，一方面加快了化學(xué)熱處理過程的速度，降低了溫度，延長了設(shè)備使用壽命，同

時也提高了零件的綜合力學(xué)性能。稀土滲碳工藝可分為固體、液體、注式以及吸熱式氣

氛稀土滲碳。陳立佳等采用液體滲碳方法進行稀土碳共滲，利用X射線衍射技術(shù)、穆斯

堡爾譜等研究了稀土對滲碳層組織及性能的影響。結(jié)果表明，稀土元素的滲入可抑制滲

碳體的形成，且可使?jié)B碳層中殘余奧氏體及(Fe,Cr)7c3型碳化物量增加，馬氏體量減少。

此外稀土的滲入也可提高滲碳層的硬度和耐磨性。閻牧夫等在吸熱式可控氣氛中加入稀

土進行稀土滲碳，結(jié)果表明，900C稀土滲碳可使?jié)B層深度增加，比原工藝(9300C滲碳)

滲層深度增加14.1%,表層組織、表面硬度及耐磨性優(yōu)于原工藝。王心明對機車常用的

20CrMnMo,20CrMnTi等材質(zhì)的齒輪及試樣進行了稀土滲碳工藝試驗，試驗結(jié)果表明，

在相同滲碳溫度條件下，稀土滲碳速度比常規(guī)滲碳速度提高20%-30%。綜上所述，滲碳

新工藝新技術(shù)不斷涌現(xiàn)，人們在不斷尋求更快的滲碳方法，盡力縮短滲碳時間。從工藝

上說某某方法提高了滲碳速度，而從模擬計算來說，就是碳勢、碳的擴散系數(shù)和傳遞系

數(shù)發(fā)生了變化。碳勢可以通過如氧探頭、電阻法進行測試，而碳的擴散系數(shù)和傳遞系數(shù)

是不容易測試的，目前還沒有成熟的方法。它們也往往因滲碳鋼的成分、氣氛成分的

改變而改變。

3

1.1.2碳勢測試與控制技術(shù)

（1）碳勢的測試

滲碳零件的表面碳濃度取決于爐氣碳勢和滲碳時間。爐氣碳勢是指鋼與氣氛處于熱

力學(xué)平衡時的碳濃度。該量值是氣氛的特性，也是鋼的特性，而且只有在系統(tǒng)處于熱力

學(xué)平衡時才有意義。通?？梢詫?.1mm或更薄的純鐵片放在滲碳爐中，經(jīng)過30min以

上時間滲碳后取出，測出含碳量，該含碳量即為碳勢。這種碳勢的直接測量方法比較麻

煩，一般只在校驗和標(biāo)定其他測量方法時使用。實際應(yīng)用中多采用基于化學(xué)平衡的測量

方法和電阻法（也是一種直接測量方法）。

①露點儀

露點就是氣氛中的水汽開始結(jié)露（霧）的溫度。氣氛中的水汽越多，露點越高，碳勢

也就越低。

②紅外線氣體分析儀

紅外線氣體分析儀的測量原理是基于各種氣體對紅外線的不同吸收效應(yīng)。在氣體

中，單原子氣體和同原子的雙原子氣體均不吸收紅外線，其他氣體對紅外線有選擇性的

吸收效應(yīng)。因而，可以用紅外線氣體分析儀分析滲碳?xì)夥罩械腃O,CO2和CR氣體的相

對含量，從而確定碳勢。

③氧探頭

目前國內(nèi)外主要用氧探頭測碳勢，將氧探頭直接插入滲碳爐中測出爐氣的氧勢。所

謂氧勢即氣氛中氧的濃度或氧的分壓。根據(jù)氧勢與碳勢關(guān)系計算爐內(nèi)氣氛碳勢。

④電阻法

電阻探頭又稱熱分析儀是目前唯一的直接連續(xù)測量爐氣碳勢的方法。其原理是：將

1根一定長度、直徑0.08-0.20mm的細(xì)鐵絲（或鐵鍥絲）直接置于滲碳?xì)夥罩?，?dāng)滲碳溫

度一定時，細(xì)鐵絲在高溫單相奧氏體狀態(tài)下的電阻值僅取決于爐氣的碳勢，即R=f（Cp）,

根據(jù)細(xì)鐵絲在滲碳爐氣中被迅速滲碳或脫碳所引起的電阻值變化，即可連續(xù)測量爐氣碳

勢。細(xì)鐵絲的電阻值還與溫度有關(guān)，即R=f（C%,t）。電阻探頭用鋼箔定碳法校對，在

790℃-1000℃范圍內(nèi)用來分析0.15%C~1.30%C的碳勢（指含碳量）的控制精度為

+0.05%C--0.05%Co文獻(xiàn)也比較詳細(xì)的研究了電阻法測碳勢。

（2）碳勢的控制

下圖是碳勢控制原理框圖。滲劑可以是煤油、乙醇等液體滲劑或吸熱、放熱可控

氣氛，經(jīng)流量計、電磁閥進入滲碳爐內(nèi)。探頭可以是氧探頭、電阻探頭等用于測試爐內(nèi)

氣體的碳勢，經(jīng)過碳控儀與設(shè)定的碳勢值進行比較，根據(jù)比較結(jié)果控制電磁閥的開關(guān)，

調(diào)節(jié)滲劑流量，達(dá)到控制爐內(nèi)碳勢的目的。

4

圖1-1碳勢控制原理

文獻(xiàn)介紹了井式爐滲碳過程的計算機控制，指出其具有確保滲碳質(zhì)量、提高效率、

節(jié)約能源、減輕勞動強度等優(yōu)點?？煽貧夥彰芊舛嘤脿t及有關(guān)滲碳技術(shù)從上世紀(jì)80年

代到90年代出現(xiàn)了強勁的發(fā)展勢頭。傳統(tǒng)的“碳勢控制”已發(fā)展為“碳濃度分布控制”

的新概念，數(shù)學(xué)模型以及新型傳感器和在線計算機自適應(yīng)控制系統(tǒng)得到很大發(fā)展，在國

外已廣泛用于生產(chǎn)。新的測試手段和計算機控制推動了非平衡態(tài)直生氣氛控制難題的解

決，從而使直生氣氛的可控滲碳進入實用階段。碳勢控制與滲碳過程計算機模擬相結(jié)合，

改變傳統(tǒng)的粗放式滲碳方式是提高滲碳質(zhì)量的根本出路。

1.2DCS系統(tǒng)發(fā)展趨勢

1.2.1DCS發(fā)展趨勢

1975年美國Honeywell公司推出以微處理器為基礎(chǔ)的TDC-200總體分散控制系統(tǒng)，其

型號中的TDC取TotalDistributedControl3個單詞的第1個字母，含義是集中操作、顯示、

分散控制。隨后，世界上諸多儀表廠商相繼推出此類產(chǎn)品，并統(tǒng)稱為DCS。DCS是“4C”

(Computer,Communication,Control,CRT)技術(shù)的結(jié)晶。它的出現(xiàn)不僅代表了一種新型自

動化工具，而且預(yù)示著工廠自動化內(nèi)涵的改變。DCS在控制方式、控制功能的實現(xiàn)、信

息傳送與處理等方面和過去摸擬儀表相比有本質(zhì)不同。20多年來DCS在結(jié)構(gòu)、功能、性

能等方面均得到了迅速發(fā)展與提高，這里結(jié)合考察中的所見所聞，對環(huán)境設(shè)備DCS發(fā)展

趨勢做一簡略評述。環(huán)境對象設(shè)備DCS發(fā)展的總趨勢是開放性、分散化、智能化和綜合

自動化。

★采用通用PC機或工業(yè)PC機(IPC)作為DCS各節(jié)點設(shè)備的硬件平臺的DCS的初期，幾乎

所有的DCS生產(chǎn)廠均使用自行設(shè)計制造的計算機作為I/O控制站、操作站和工程師站。

但伴隨微機技術(shù)的迅猛發(fā)展，DCS廠家均不失時機地調(diào)整策略，轉(zhuǎn)向采用PC或IPC

構(gòu)筑自己的DCS。

★采用商品化的監(jiān)督控制及數(shù)據(jù)采集(SCA-DA)軟件包。同樣，在DCS發(fā)展過程中很長

的一段時間里，監(jiān)督控制和數(shù)據(jù)采集的軟件也是各DCS廠家自行編制的，它們從屬

5

于各自的硬件，專用性很強。但近年來，一些專門從事軟件開發(fā)的獨立軟件制造商

(ISV)除提供商務(wù)軟件包、事務(wù)處理軟件包、辦公自動化等軟件包之外，還提供SCADA

軟件包。目前，某些DCS已直接采用此種軟件包。之所以出現(xiàn)此趨勢，主要是因為

SCADA軟件包具有通用性強，標(biāo)準(zhǔn)化程度高的特點，且隨著應(yīng)用數(shù)量的增加價格不

斷下降?？梢哉f，SCADA軟件包為DCS的開放化創(chuàng)造了條件，注入了活力。

★采用符合國際標(biāo)準(zhǔn)或產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)體系?？梢哉f，采用標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)體系是DCS走

向開放化的關(guān)鍵。因為真正的開放意味著各廠家的產(chǎn)品具有可互操作性、可互連性、

可替代性、可移植性。

★現(xiàn)場總線的崛起。這里的現(xiàn)場儀表泛指智能變送器、智能執(zhí)行器、智能記錄儀、智

能終端、智能條形閱讀器、單/多回路智能調(diào)節(jié)器、PLC、網(wǎng)橋、網(wǎng)關(guān)等。人們普遍

認(rèn)為，現(xiàn)場總線技術(shù)將會引發(fā)自動化和儀表工業(yè)的變革和產(chǎn)品的更新?lián)Q代；也有人

說現(xiàn)場總線敲響了DCS的喪鐘。但究其初衷，DCS的本意是I/O和控制分散，信息和

管理集中。從這個意義上看，現(xiàn)場總線將使此初衷更為完美。當(dāng)然，現(xiàn)場總線的實

現(xiàn)將使目前DCS構(gòu)成中的一個重要部分I/O控制站的功能、結(jié)構(gòu)發(fā)生根本性的變化，

這一點是無疑的?？梢哉f，現(xiàn)場總線和DCS的未來息息相關(guān)。

1.2.2DCS的結(jié)構(gòu)

目前，DCS向計算機網(wǎng)絡(luò)控制發(fā)展，將過程控制、監(jiān)督控制和管理調(diào)度進一步結(jié)合

起來，并且加強斷續(xù)系統(tǒng)功能，采用專家系統(tǒng)、制造自動化協(xié)議MAP(Manufacture

AutomationProtocol)標(biāo)準(zhǔn)，以及硬件上諸多新技術(shù)。這一代產(chǎn)品的進一步發(fā)展就是計算

機集成制造(生產(chǎn))系統(tǒng)CIMS(ComputerIntegratedManufacturingSystem),即將信息管理

與工廠控制系統(tǒng)集成為一體的計算機系統(tǒng)。這--代產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)自下而上一般可分為過程

控制級、控制管理級、生產(chǎn)管理級和經(jīng)營管理級這四個層次。

經(jīng)營管理級

i

生產(chǎn)管：：理級

控制管：理級

過程控制級

圖1-2DCS結(jié)構(gòu)

其中過程控制級直接與生產(chǎn)過程連接，具體承擔(dān)信號的變換、輸入、運算和輸出等

分散控制任務(wù)，主要設(shè)備有過程控制單元、過程輸入/輸出單元、信號變換器和備用的盤

裝儀表?？刂乒芾砑墝ιa(chǎn)過程實現(xiàn)集中操作、優(yōu)化控制和管理，該級的主要設(shè)備就是

CRT操作站、監(jiān)視計算機和數(shù)據(jù)公路通訊設(shè)備。

6

這兩級在具體的軟硬件技術(shù)上同過去的產(chǎn)品相比有了新的改進，例如：

(1)處理單元采用單片機，除用圖形語言編程外，還可用高級語言編程；

(2)軟件采用多窗口技術(shù)；

(3)可進行順序的批量控制；

(4)硬件的可靠性和安全性設(shè)計，移植了許多宇航技術(shù)成就，如新的密封高密度組件

板，表面安裝技術(shù)(SMT)等新技術(shù)；

(5)處理單元中引入智能化技術(shù)，每個單元都有自診斷程序，發(fā)生故障時能自動隔離,

以實現(xiàn)在線更換。

生產(chǎn)管理級可承擔(dān)全廠或全公司的最優(yōu)化，它相當(dāng)于掛在局部控制網(wǎng)絡(luò)LCN上的

通用站US、管理計算機和有關(guān)模塊(如歷史模塊HM、計算模塊CM、應(yīng)用模塊AM)。

而經(jīng)營管理級則是該LCN通過計算機網(wǎng)間連接器GW連接的更上位計算機、計算機簇

和其它通信網(wǎng)絡(luò)上的設(shè)備，按照市場需求、各種與經(jīng)營有關(guān)的信息因素和生產(chǎn)管理級的

信息，做出全面的綜合性經(jīng)營管理和決策。這一代產(chǎn)品在通信網(wǎng)絡(luò)上已廣泛采用光纜和

新的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，建立了從基帶到寬帶，符合MAP協(xié)議的寬范圍的完整網(wǎng)絡(luò)，能同符合

OSI參考模型的不同網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品相兼容或通信。

1.2.3DCS的特點

與一般的計算機控制形式相比，DCS具有下列特點：

(1)松散耦合的多處理機系統(tǒng)，可實現(xiàn)硬件積木化

DCS在結(jié)構(gòu)上是一個松耦合的多處理機系統(tǒng)，與以共享內(nèi)存為基礎(chǔ)的緊耦合多處理

機系統(tǒng)相比，它的通信量少，分散的子系統(tǒng)自治性強，各個微處理機都可以有自己的局

部操作系統(tǒng)，所以系統(tǒng)配置十分靈活。如果要擴大或縮小系統(tǒng)規(guī)模，只須按需要在系統(tǒng)

中增加新的單元，或拆去某個單元，系統(tǒng)完整性不會受到多少影響。

(2)軟件模塊化

DCS為用戶提供有相當(dāng)豐富的功能軟件，用戶只需按要求選用這些軟件模塊，即可

大大減少用戶的開發(fā)工作量。功能軟件主要包括控制軟件包、操作顯示軟件包和報表打

印軟件包等。

(3)控制系統(tǒng)采用組態(tài)方法生成

DCS使用與一般計算機系統(tǒng)完全不同的方法生成控制系統(tǒng)，這就是所謂“組態(tài)”。

DSC為用戶提供眾多(兒十種以上)的常用運算和控制模塊，工作人員只需按照系統(tǒng)方塊

圖那樣的連接模塊方式，進行控制系統(tǒng)的組態(tài)即系統(tǒng)生成。

(4)通信網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用

通過各級通信網(wǎng)絡(luò)，如高速數(shù)據(jù)公路(或數(shù)據(jù)總線)、局部控制網(wǎng)絡(luò)、通用控制網(wǎng)絡(luò)

UCN(TDCS3000上的-種網(wǎng)絡(luò))和經(jīng)GW連接的它網(wǎng)絡(luò)，將現(xiàn)場控制單元、局部操作站、

7

控制管理計算機、中央操作站(如通用站US)、生產(chǎn)管理計算機和經(jīng)營管理計算機，以及

提供市場信息和管理的各種終端連接起來構(gòu)成小中大型多種規(guī)模的控制系統(tǒng)，實現(xiàn)整體

的最優(yōu)控制和管理。

(5)可靠性

DCS的高可靠性體現(xiàn)在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、采用冗余技術(shù)、自動診斷功能和高性能的元器件

上。

8

2MCS-51系列單片機

2.1MCS-51系列單片機的結(jié)構(gòu)

MCS-51單片機的基本組成

圖2-1所示為MCS-51系列單片機中的8051單片機的基本功能結(jié)構(gòu)方框。

圖2-18051單片機功能方框圖

單片機包括：

1.一個8位的微處理器CPU。

2.片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器RAM(12813/25613),用以存放可以讀/寫的數(shù)據(jù)，如運算的中間

結(jié)果、最終結(jié)果以及欲顯示的數(shù)據(jù)等。

3.片內(nèi)程序存儲器ROM/EPROM(4KB/8KB),用以存放程序、一些原是數(shù)據(jù)和表

格。

4.四個8位并行1/0(輸入/輸出)接口P0-P3,每個口可以用作輸入，也可以用作輸出。

5.兩個或三個定時/計數(shù)器，每個定時/計數(shù)器都可以設(shè)置成計數(shù)方式，用以對外

部事件進行計數(shù)，也可以設(shè)置成定時方式，并可以根據(jù)計數(shù)或定時的結(jié)果實現(xiàn)計算機控

制。

6.五個中斷源的中斷控制系統(tǒng)。

7.一個全雙工UART(通用異步接收發(fā)送器)的串行I/O口，可實現(xiàn)單片機與單片機或

其它微機之間串行通信。

8.片內(nèi)振蕩器和時鐘產(chǎn)生電路，但石英晶體和微調(diào)電容需要外接，最高允許振蕩頻

率為12MHz。如圖2—2所示。

9

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