【正文】 機 RS232電平轉(zhuǎn)換 PC機 第四章 基于 MAX232 通訊模塊 29 兩種接口方式 串行接口方式 串口是計算機的標準接口， PC 機一般至少有兩個串行口 Com1 和 Com2。 完成這種轉(zhuǎn)換功能的電路 叫做通用異步收發(fā)機UART。并行接口主要使用 36 針接頭和 25 針 D 形接頭，目前以 25 針 D 形接頭為主。但在并行傳輸中，干擾會隨線路長度的增加而增加，產(chǎn)生傳輸錯誤。 9 針 D 形連接器，有些老式則使用25 針 D 形連接器。 該系列 串口 提供了外部設(shè)備與計算機的數(shù)據(jù)傳輸和通信信道。 系統(tǒng)設(shè)計總體方案 單片機內(nèi)部有一個全雙工收發(fā)器緩沖（ SBUF） ，兩個 物理上獨立的接收發(fā)送器，可以接受也可以傳輸數(shù)據(jù)，它們共享相同的地址 99H。在單片機的輸入 /輸出控制，除了直接連接小鍵盤和液晶顯示等方法，一般通過串口與電腦通信。本文采用 3 個 CA3140來構(gòu)成雙高阻抗差分輸入電路。輸入電路 PMOS 提供非常高的阻抗。具有體積小，重量輕，抗干擾能力強，所以可以應(yīng)用于傳統(tǒng)測量。 這便 簡化第三章 PH測量系統(tǒng)的硬件設(shè)計 27 電路，適應(yīng) 了單片機較高總線速度的要求。 依靠輸出邏輯宏單元（ OLMC）允許用戶來構(gòu)建，這種通用的結(jié)構(gòu)提供了最大的設(shè)計靈活性。 74LS244 由 2 組、每組四路輸入、輸出構(gòu)成。 程序存儲器 27256 主要存儲漢字庫。這樣電路可以驅(qū)動大電容或低阻抗負載，可以直接與系統(tǒng)總線接口并驅(qū)動總線，而不需要外接口。 圖 312 74LS373 引腳 373 引出端符號： D0～ D7數(shù)據(jù)輸入端 OE三態(tài)允許控制端（低電平有效） LE鎖存允許端 O0O7輸出端 地址鎖存器 74LS373 能夠進行三態(tài)總線驅(qū)動輸出；置數(shù)全并行存??；緩沖控制輸入；使能輸入有改善抗擾度的滯后作 用。當 OE 為高電平時， O0O7呈高阻態(tài)，即不驅(qū)動總線，也不為總線的負載，但鎖存器內(nèi)部的邏輯操作不受影響。由于該最小應(yīng)用系統(tǒng)只能用作一些小型的數(shù)字量的測控單元，這樣不能滿足本設(shè)計的要求，所以要外擴程序存儲器。 所以，可選擇反向擊穿電壓為 78V以上的整流二極管。即 U2=。 7805 輸入電壓為 7 到 30V， 7905 的輸入電壓為 7 到 30V。保護電路就有過流，過熱及短路保護功能。 12V。該元件可提 供三種控制接口： 8 位微處理器接口、 4 位微處理器接口、串行接口。由單片機鍵盤子程序控制鍵盤的按鍵操作。復(fù)位鍵通過 +5V電源與開關(guān)接入單片機的 RESET 管腳，到開關(guān)按下則 RESET 管腳輸入高電平，使單片機復(fù)位。 信號經(jīng)單片機后，需將信號再次模數(shù)轉(zhuǎn)換，才能顯示。 電流信號和電壓信號的輸出范圍可通過儀器內(nèi)部的切換開關(guān)進行切換。當 CS=0、 ILE= WR1=0時，數(shù)據(jù)信號被鎖存到第一級 8 位輸入寄存器； Xfer：數(shù)據(jù)傳輸控制，低電平有效； WR2： DAC 寄存器寫選通控制端，低電平有效。 第三章 PH測量系統(tǒng)的硬件設(shè)計 19 1 2 3 4ABCD4321DCBAT i t l eN u m b e r R e v i s i o nS i z eA4D a t e : 1 2 J u n 2 0 10 S h e e t o f F i l e : H : \ b i y e z i l i a o \ G D C P U 3 . D D B D r a w n B y :Vcc20I o u t 111l s b D I 07I o u t 212D I 16D I 25R f b9D I 34D I 416V r e f8D I 515D I 614m s b D I 713I L E19W R 218CS1W R 12X f e r17U7 D A C 0 8 3 2+ 5 V+ 5 V 5 VD/A1 WRD0D1D2D3D4D5D6D710 圖 37 DAC0832 引腳 DAC0832 內(nèi)部的 8 位輸入寄存器用于存放 CPU 送來的數(shù)字量，是 由 LE1端加以控制 的， 輸入數(shù)字量得到緩沖和所存 的場所 ，； 8 位 DAC 寄存器 是 由 LE2端控制 ， 用于存放待轉(zhuǎn)換的數(shù)字量 的地方。 WR:寫信號輸入。 DGND:數(shù)字信號地。 ADC0804 就是這類轉(zhuǎn)換器。 由歐姆定律得： 第三章 PH測量系統(tǒng)的硬件設(shè)計 17 輸入級也稱為差分輸入， U3 為差分放大器，因此有： 兩式結(jié)合起來得： 總增益 A 是第一級 A1 和第二級 A2 的乘積，輸入電 路的增益取決于外部電阻的比值，所以采用合適的電阻。穩(wěn)定的放大增益 得益于它 具有自身補償能力 ；輸出部分 的 自身保護電路 可以 來保護由于負載短路造成的損害。要求前置放大器有較高的輸入阻抗。PH 電極的玻璃電極和參考電極兩端輸出的信號為電壓。但其成本太貴，不適合做普通設(shè)計。 方法 2：采用溫度傳感器鉑電阻 Pt100。 方法 1：采用熱敏電阻 ，這種電阻是利用對溫度敏感的半導(dǎo)體材料制成，其阻值隨溫度變化有明顯的變化。 其原理圖 33： 圖 33 關(guān)于 DS18B20 與單片機連接的原理介紹 方案論證如下： 在測量 PH 時，要有溫度補償和標定，所以要求對溫度進行檢測，應(yīng)該先考慮用熱電阻傳感器。該協(xié)議定義了幾種信號的時序：初始化時序、讀時序、寫時序。當工作于寄生電源時，此引腳必須接地。 DQ: 數(shù)據(jù)輸入 /輸出引腳。 （ 4） .測量溫度范圍在－ 55 度 到＋ 125 度 之間。具有微型化，低功耗，高性能，抗干擾能力強等特點，可以直接將溫度轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號。 Flash 存儲器編 程時，該引腳加上 +12V 的編程允許電源 Vpp，當然這必須是該器件是使用 12V 編程電壓 Vpp。 EA/VP 外部訪問允許。該位置位后，只有一條 MOVX 和 MOVC 指令才能將 ALE 激活。一般情況下， ALE 仍以時鐘振蕩頻率的 1/6 輸出固定的脈沖信號，因此它可對外輸出時鐘或用于定時目的。 P3 口還接收一些用于 Flash 閃速存儲器編程和程序校驗的控制信號。 P3 口輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流） 4 個 TTL 邏輯門電路。 在訪問外部程序存儲器或 16 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器（例如執(zhí)行 MOVX DPTR 指令）時， P2 口送出高 8 位地址數(shù)據(jù)。對端口寫“ 1”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口。作為輸出口用時，每位能吸收電流的方式驅(qū)動 8 個 TTL 邏輯門電路，對端口 P0 寫“ 1”時，可作為高阻抗輸入端用。 RST/Vpd（ 9 腳）為復(fù)位輸入端口，外接電阻電容組成的復(fù)位電路。其將通用的微處理器和 Flash 存儲器結(jié)合在一起，特別是可反復(fù)擦寫的 Flash存儲器可有效地降低開發(fā)成本。 89C52介紹 主要性能參數(shù) ： 與 MSC51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容； 8K 字節(jié)可重擦寫 Flash 閃速存儲器 ； 1000 次擦寫周期； 全靜態(tài)操作： 0Hz24MHz。 實際測量系統(tǒng)，能斯特方程是順應(yīng)實際曲線往往偏離理想曲線，即實際響應(yīng)曲線的斜率是不等 于 理想曲線的斜率，所以只知道實際 的斜率 ，電極可用于測量系統(tǒng)。對弱電解質(zhì)和溶液形成絡(luò)合物的電解質(zhì)溶液，還受它們的平衡常數(shù)的影響。 是能斯特方程系數(shù)斜率項。 在使用參比電極時，為了防止溶液間的相互作用和玷污，常使用同種離子溶液的參比電極。 1引線； 2KCL 溶液； 3AgCl 溶液； 4磨口接口； 5陶瓷芯； 6外鹽橋液 圖 22 參比電極結(jié)構(gòu)圖 其中 AgCl 是 Ag 的固體難溶鹽 ， KCl 溶液提供 Cl （ 也可用 HCl 來提供 ）。 所謂離子選擇性敏感膜的膜電位是指膜的兩側(cè)相界面電位之代數(shù)和，即膜電位 E 可表示為 21E E E? ? ? 2lnRT anF 1lnRT anF? , (210) 最常用的指示電極便是玻璃電極。離子選擇性電極的敏感膜都有滲透性，也就是說被測溶液中的特定離子可以進入膜內(nèi)，并在膜內(nèi)移動，從而可以傳遞電荷，在溶液和膜之間形成一定的點位。 理想的離子選擇性電極的電位與離子活度 的關(guān)系應(yīng)符合能斯特方程 0 lgE E S a?? , (28) a 為溶液中此離子的活度值 ； S 為電機的斜率項，是溫度的函數(shù) ； E0 為電極等電勢點的電位值。 指示電極是組成電位分析儀的基本部件，大部分指示電極是離子選擇性電極。 此電位的測量是相對一個電位與鹽溶第二章 測量系統(tǒng)的整體設(shè)計 6 液的成分無關(guān)的參比電極 進行的。銀離子在溶液中沒有電子。原電池是一個系統(tǒng)，它的作用是把化學能轉(zhuǎn)化為電能。使用一個放大器測量參照電極和解決地電位電極之間；另一個放大器測量指示電極和地電極之間的電勢。將傳感器插入被測溶液中，復(fù)合玻璃電極與被測溶液組成的原電池，組合式玻璃電極輸出引線分別用于原電池的正電極和負電極。 因為，在我國標準緩沖液中，沒有 PH=。算出測量方程中的未知數(shù)，然后才能在測量過程中根據(jù)測量值和參數(shù)值算出被測試樣濃度值。對溫度信號的處理要求精度比較高。具有很快的響應(yīng)速度。測量數(shù)據(jù)的電極電壓信號，信號調(diào)整電路放大 信號，調(diào)整。精確度越來越高。③產(chǎn)品系列化，為滿足不同用戶的要求，儀器應(yīng)具有多種電極清洗方式，可 供用戶選用。 1989 年月本橫河電機又推出 EXAPH PH 200 G 型智能式工業(yè) PH 計，儀器配有微處理機，據(jù)稱該 EXA 型 PH 計是世界上第一臺智能 2 線式工業(yè) PH 計。該儀器能夠進行 PH 自動校正和電極的自動清洗。 1979 年，橫河電機 H8F 型 PH 變送器。 1971年日本橫河電機利用 FET 和 IC組成的高輸入阻抗變換器體積小的特點首次推出 8511 型 。 1951 年日本電氣式化學計研究所 (DKK 前身 )研制生產(chǎn)的日本生產(chǎn)的第一臺工業(yè) PH 計。但是，越第一章 引言 2 來越顯示出工業(yè)機將成為工業(yè)部門的檢測和控制是必不可 少的有效工具。但化學分析方法和試驗分析 都不 可以做在線自動測量。尤其在污水處理過程中，如果該值不符合要求，將帶來巨大的環(huán)境污染。對于那些測量方便，而計算很復(fù)雜的方法， 如多次添加法有重要的意義。 隨著 電子技術(shù)的發(fā)展 ， 電位法測量儀器的 更加精確，便捷和數(shù)字化 。因此可以借助于直流電位測量儀器由一指示電極與另一支參比電極在溶液中組成測量電池的電動勢，然后測量計算出溶液中離子含量。故采用兩點標定法，計算出實際的斜率和溫度，才能正確測量。輸入電路采用高阻差分電路，傳感器的設(shè)計可以減少溶液中其他離子的干擾。摘要 I 摘 要 本論文設(shè)計用電化學原理和 MSC–51 單片機技術(shù)對各種溶液中氫離子濃度進行測定。三電極系統(tǒng)有良好地抗干擾能力。在實際的測量系統(tǒng)中，能斯特方程相應(yīng)的實 際曲線往往偏離理想曲線，所以中有知道實際的曲線才能用測量系統(tǒng)中的電極。 電位分析法是用電極電位和濃度的關(guān)系來測定物質(zhì)濃度的一種電化學分析方法。 對溶液中參與半反應(yīng)的離子的活度或不同氧化態(tài)的離子的活度能產(chǎn)生能斯特響應(yīng)的電極 ,稱為指示電極 。隨著計算機的發(fā)展與普及，出現(xiàn)了許多微機化電位測量儀器，它用軟件來完成電位、 PH 濃度的測定。 PH測量系統(tǒng) 研究的必要性 酸堿度是表征氫離子活動的一個重要參數(shù)，它對溶液性質(zhì)，化學反應(yīng)速率和微生物的新陳代謝 都有影響 。目前， PH 值的參數(shù)測量方法有很多種，最常用的化學分析法、試紙分析法和電位分析法。目前工業(yè) PH 值測試儀已廣泛應(yīng)用于石油，化工，鋼鐵，電力，食品，釀造，醫(yī)藥，紡織，皮革，造紙，印染，水處理，鍋爐系統(tǒng)在各個工業(yè)部門。 工業(yè) PH 計 發(fā)展過程，以日本為例。 在 70 年代工業(yè) PH 計取得了突破性的進展。在 8511 型 PH 變送器的基礎(chǔ)上 ,推出 PH6F 型 PH 變送器。 1984 年日本電氣化學計生產(chǎn)了 HBM— 51 型帶微機的工業(yè) PH 計。該儀器為一體化結(jié)構(gòu)，具有高可靠性、多功能、使用維護方便等特點。②要求儀器具有傳感器自診斷、標準液自動校正，電極自動清洗，以及具有人機對話和通訊功能。 隨著科技進步和創(chuàng)新 PH 測量系統(tǒng)正邁向智能化，人性化的方向發(fā)展。具有體積小，重量輕，抗干擾能力強，因此它可以應(yīng)用到傳統(tǒng)的測量。輸入電路的研究提供了非常高的阻抗。 溫度傳感器將熱體內(nèi)部溫度轉(zhuǎn)換為電壓信號。玻璃電極是由特殊玻璃膜制成的，其厚度可以小于 ,AgAgCl 為參考電極在內(nèi)部，由二者組成復(fù)合電極，之間是 PH 值一定的參比溶液，當玻璃電極放入待測溶液時，玻璃膜處于