【正文】 令，由于模擬開關(guān)從導(dǎo)通轉(zhuǎn)截止所存在的延時(shí)，導(dǎo)致采樣保持器的輸出仍繼續(xù)跟蹤輸入信號的變化，因此采樣保持器在穩(wěn)態(tài)時(shí)的輸出已不是接收到保持命令時(shí)輸入信號的瞬時(shí)幅值。由上述討論知為保證量化精度，當(dāng)ADC將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號輸出時(shí)，取樣保持Ch端電壓應(yīng)該保持不變，所以輸出放大器A2必須為高輸入阻抗放大器。因此，利用采樣/保持器，在啟動A/D變換時(shí)，保持住輸入信號，從而可避免A/D轉(zhuǎn)換孔徑時(shí)間（在采樣保持器中，由于模擬開關(guān)有一定的動作滯后，從保持命令發(fā)出到模擬開關(guān)斷開的時(shí)間叫孔徑時(shí)間，它會導(dǎo)致A/D采樣時(shí)間被延遲。AD574A控制端標(biāo)志意義CEA0工作狀態(tài)0XXXX禁止x1XXX禁止100X0啟動12位轉(zhuǎn)換100X1啟動8位轉(zhuǎn)換101接+5VX12位并行輸出有效101接0V0高8位并行輸出有效101接0V1低4位并行輸出有效A/D轉(zhuǎn)換器與8031的接口電路如圖 346所示。當(dāng)=1時(shí)，數(shù)據(jù)以12位并行輸出，當(dāng)=0時(shí)，數(shù)據(jù)以8位分兩次輸出。和A0端用來控制啟動轉(zhuǎn)換的方式和數(shù)據(jù)輸出格式。[17].通過這12條數(shù)據(jù)總線向外輸出A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)。[15].[13].[11].Pin9(AGND)——模擬地端。Pin7(V+)——正電源輸入端，輸入+15V電源。Pin5()——讀轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)控制端。Pin4(A0)——字節(jié)地址短周期控制端。Pin2()——數(shù)據(jù)模式選擇端，通過此引腳可選擇數(shù)據(jù)縱線是12位或8位輸出。10V兩檔四種電源電壓：177。其主要功能特性如下：分辨率：12位非線性誤差：小于177。（1）A/D轉(zhuǎn)換器的工作原理：其原理圖如下：y(Ktn)數(shù)字處理X（t）前置濾波采樣/保持量化編碼AD574是具有三態(tài)輸出的緩沖器，可與8位或16位微處理器直接連接的12位逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換芯片。 操作站采用普通工控機(jī)及AIMAXWIN人機(jī)界面軟件。 LD302是一種將差壓、絕壓、差壓、液位和流量等工業(yè)過程參數(shù)轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)場總線數(shù)字信號的變送器，它還具有控制功能，起到了基地式儀表的作用。安慶石化腈綸廠是國內(nèi)率先采用Smart302現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的廠家，其現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)應(yīng)用示意圖如圖2所示。在供電的同時(shí)，儀表的輸入輸出的數(shù)字信號也由現(xiàn)場總線傳輸，與二線制模擬變送器相近，但現(xiàn)場總線中的數(shù)字信號是雙向的，而且傳輸?shù)氖嵌鄠€(gè)信號。 CPU與信號整形之間是通信控制器，此控制器用來監(jiān)視現(xiàn)場總線上的占空系數(shù)（或情況），調(diào)制和解調(diào)通信信號，引入和刪除數(shù)字信號中開始和結(jié)束的定界符。系統(tǒng)程序存貯于CPU外部的只讀存貯器PROM，運(yùn)算數(shù)據(jù)暫存貯于RAM，如果電源開關(guān)斷開，RAM中的數(shù)據(jù)就會丟失。 電源隔離和信號隔離的作用是防止輸入信號與地形成地環(huán)電流而引入干擾。電壓規(guī)定范圍為50~500mV，電阻的規(guī)定范圍為0~200W。TT302與其他現(xiàn)場總線儀表互連構(gòu)成現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)。TT302采用數(shù)字技術(shù)后能實(shí)現(xiàn)下列性能：單一的型號能接受多種傳感器、寬量程范圍、單值或差值測量；在現(xiàn)場和控制室之間接口容易，可大大減少安裝和維護(hù)費(fèi)用，能接受二路輸入，也就是說有兩個(gè)測量點(diǎn)，%。 目前，在國內(nèi)可購到的FF（現(xiàn)場總線基金會）現(xiàn)場總線儀表有：羅斯蒙特公司的FF3051壓力（壓差）變送器、FF3244MV溫度變送器、FFDVC50000智能閥門；Smart公司的FFLD302壓力（壓差）變送器、FFTT302溫度變送器、FFFP302現(xiàn)場總線到氣壓轉(zhuǎn)換器。由于熱電偶兩端所處的溫度不同，在熱電偶回路中就會產(chǎn)生熱電勢，在保持熱電偶冷端溫度不變的情況下，熱電偶產(chǎn)生的熱電勢只隨其熱端溫度而變化，因此，用電氣測量儀表測得熱電勢的數(shù)值后，便可求出對應(yīng)的溫度數(shù)值。熱電偶通常是由兩種不同的金屬絲組成，而且不受大小和開頭的限制，外有保護(hù)套管，用起來非常方便。因熱電偶直接與被測對象接觸，不受中間介質(zhì)的影響。表1 P3口第二功能引腳第二功能RXD（串行口輸入端）TXD（串行口輸出端）/INT0（外部中斷0 請求輸入端，低電平有效）/INT1（外部中斷1 請求輸入端，低電平有效）T0（定時(shí)器/計(jì)數(shù)器0計(jì)數(shù)脈沖輸入端）T（定時(shí)器/計(jì)數(shù)器1計(jì)數(shù)脈沖輸入端）/WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通信號輸出端，低電平有效）/RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通信號輸出端，低電平有效）2. 溫度測量因?yàn)橥嘶馉t的溫度測溫范圍是0 ~1000攝氏度，所以根據(jù)設(shè)計(jì)要求檢測原件選用鎳鉻鎳鋁熱電偶（分度號為K），對其輸出信號為0~。P3能驅(qū)動（吸收或輸出電流）4個(gè)TTL負(fù)載。 P2口（21腳—28腳）：是8位準(zhǔn)雙向I/O口。（4）輸入/輸出（I/O）引腳P0、PPP3 （共32根） P0口（32腳—39腳）：是雙向8位三態(tài)I/O口，在外接存儲器時(shí)，與地址總線的低8位及數(shù)據(jù)總線復(fù)用，能以吸收電流的方式驅(qū)動8個(gè)TTL負(fù)載。對于常用的8031來說，無內(nèi)部程序存儲器，所以/EA腳必須常接地這樣才能選擇外部程序存儲器。但在此期間，每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時(shí)，這兩次有效的/PSEN信號將不出現(xiàn)。需要注意的是，每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時(shí)，將跳過一個(gè)ALE脈沖。（2）外接晶體引腳XTAL1和XTAL2（共兩根） XTAL1（19腳）和XTAL2（18腳）引腳接外部振蕩器的信號，即把外部振蕩器的信號直接連到內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端。 8031單片機(jī)的引腳及功能8031是INTEL公司70年代末發(fā)展的高性能8位單片機(jī)，8031內(nèi)部有128KBRAM，2個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，5個(gè)可屏蔽的中斷源，帶有32個(gè)并行I/O口，1個(gè)串行I/O口。單片機(jī)的邏輯控制功能很強(qiáng)，指令系統(tǒng)有各種控制功能指令，可以對邏輯功能比較復(fù)雜的系統(tǒng)進(jìn)行控制。能組成各種智能式測控設(shè)備及智能儀器儀表。它主要用來完成各種控制功能。整體設(shè)計(jì)原理是：被測參數(shù)溫度經(jīng)熱電偶WB測量后轉(zhuǎn)換成毫伏信號，經(jīng)變送器轉(zhuǎn)換成0~5V電壓信號；再經(jīng)多路開關(guān)，把8座退火爐的溫度測量信號分時(shí)地送到采樣/保持器和A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換；轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量經(jīng)I/O接口讀入到CPU,在CPU中經(jīng)數(shù)據(jù)處理（數(shù)字濾波、標(biāo)度變換和數(shù)字控制計(jì)算）后，一方面送顯示，并判斷是否有警報(bào)，另一方面與給定值進(jìn)行比較，然后根據(jù)偏差值進(jìn)行控制計(jì)算。 3. 單片機(jī)本身帶有一部分接口電路功能，在實(shí)際應(yīng)用中仍需擴(kuò)展一部分接口。應(yīng)用系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：1. 要有大量的接口。在單片機(jī)的應(yīng)用系統(tǒng)中，信號往往有數(shù)字或模擬信號混合存在。本系統(tǒng)不但可以進(jìn)行恒溫控制，而且可以通過軟件設(shè)計(jì)使其能按著一定的升溫曲線控制。設(shè)計(jì)所開發(fā)的系統(tǒng)由8031為主控芯片構(gòu)成，由檢測與溫度變送電路，A/D轉(zhuǎn)換及數(shù)據(jù)采樣電路，鍵盤，顯示接口電路，報(bào)警顯示電路，譯碼電路等組成。針對加熱爐的上述特點(diǎn)，采用8031單片機(jī)作為主機(jī)，對其進(jìn)行智能控制的控溫系統(tǒng)。本文將設(shè)計(jì)一種基于8031單片機(jī)的加熱爐爐溫控制的控制系統(tǒng)。單片機(jī)具有處理能力強(qiáng)，運(yùn)行速度快，功耗低等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用在溫度測量和控制方面，控制簡單方便，測量范圍廣，精度較高?；趩纹瑱C(jī)的加熱爐爐溫控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)目錄一．緒論……………………………………………………………2二．系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案…………………………………………………3三．硬件設(shè)計(jì)………………………………………………………61. 8031單片機(jī)……………………………………………………62. 溫度測量設(shè)計(jì)…………………………………………………10……………………………………………………11…………………………………………………123. 轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)…………………………………………………17 AD574轉(zhuǎn)換器……………………………………………17 采樣保持器………………………………………………204. 鍵盤及顯示的設(shè)計(jì)…………………………………………23…………………………………………………23 顯示電路…………………………………………………29 8255A芯片………………………………………………315. 報(bào)警顯示電路………………………………………………356. 譯碼電路……………………………………………………387 . D/A轉(zhuǎn)換器…………………………………………………41四．?dāng)?shù)學(xué)模型……………………………………………………45五. 結(jié)束語………………………………………………………48六 .謝辭…………………………………………………………49七．參考文獻(xiàn)及附錄…………………………………………49基于單片機(jī)的加熱爐爐溫控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)（側(cè)重硬件設(shè)計(jì)）一．緒言溫度是工業(yè)對象中最主要的被控參數(shù)之一，特別是在冶金，化工，機(jī)械各類工業(yè)中，廣泛使用各種加熱爐，熱處理爐，反應(yīng)爐等。隨著電子技術(shù)和微型計(jì)算機(jī)的迅速發(fā)展，特別是單片機(jī)的發(fā)展，微機(jī)測量和控制技術(shù)得到了迅速的發(fā)展和廣泛的應(yīng)用。特別是單片機(jī)對被控對象采樣功能強(qiáng)，體積小，價(jià)格低的智能溫度控制裝置進(jìn)行控制已成為現(xiàn)實(shí)。被測參數(shù)主要是溫度，測量范圍為0~1000℃。不但資源豐富，易于擴(kuò)展以太網(wǎng)接口，并且速度快，對于溫度擴(kuò)展完全能滿足實(shí)時(shí)性要求。當(dāng)采樣值大于給定值時(shí)，把天燃?xì)忾y門關(guān)小，反之將開大閥門，這樣通過改變進(jìn)入退火爐的天然氣的流量，達(dá)到控制溫度的目的。本文設(shè)計(jì)的各種芯片的原理，結(jié)構(gòu)和應(yīng)用方法，是以8031單片機(jī)位最小應(yīng)用系統(tǒng)的。在這種模擬，數(shù)字系統(tǒng)中，模擬電路，數(shù)字邏輯電路功能與計(jì)算機(jī)的軟件功能分工設(shè)計(jì)應(yīng)該協(xié)調(diào)好。其傳感器及接口可能采用數(shù)字式或數(shù)字傳感器，以利于減少干擾竄入計(jì)算機(jī)中和提高測量的精確度。根據(jù)以上基于單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì)該加熱爐爐溫控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，該控制系統(tǒng)的硬件是實(shí)現(xiàn)溫度控制的基礎(chǔ)，溫度控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)主要內(nèi)容包括溫度測量，A/D轉(zhuǎn)換，單片機(jī)系統(tǒng)擴(kuò)展，鍵盤操作，溫度顯示電路，報(bào)警電路，D/A轉(zhuǎn)換電路，I/O設(shè)備等。下圖是其系統(tǒng)方框圖： 退火爐單片機(jī)控制系統(tǒng)原理圖三．硬件電路設(shè)計(jì)：單片機(jī) (SingleChipMicroputer)又稱微控制器(Microcontroller)，其實(shí)就是一個(gè)簡化的微機(jī)，將微機(jī)的CPU、存儲器、串行工/0接口、并行1/0接口、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器等集成在一片芯片上就是單片機(jī)了，單片機(jī)雖然只是一個(gè)芯片，但無論從組成還是從功能上來看它都具有了微機(jī)系統(tǒng)的含義。單片機(jī)依靠其可靠性和極高的性價(jià)比，在工業(yè)控制、數(shù)據(jù)采集、智能化儀表、家用電器等方面得到了單片機(jī)應(yīng)用在檢測、控制領(lǐng)域中具有如下特點(diǎn):(1) 小巧靈活、成本低、易于產(chǎn)品化。(3 ) 易擴(kuò)展，很容易構(gòu)成各種規(guī)模的應(yīng)用系統(tǒng)，控制功能強(qiáng)。采用單片機(jī)進(jìn)行爐溫控制，可以提高控制質(zhì)量和自動化水平。 Vss（20腳）：接地。它可用作對外輸出的時(shí)鐘，或用于定時(shí)。在從外部程序存儲器取出指令（或常數(shù)）期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次/PSEN有效。當(dāng)/EA保持低電平時(shí)，則只訪問外部程序存儲器，不管是否有內(nèi)部程序存儲器。與Vcc引腳之間連接一個(gè)約10uF的電容，以保證可靠復(fù)位。P1口能驅(qū)動（吸收或輸出電流）4個(gè)TTL負(fù)載。P3口（10腳—17腳）：是8位準(zhǔn)雙向I/O口，在MCS51中，這8個(gè)引腳除用于普通輸入、輸出外，還可用于專門功能，它是一個(gè)復(fù)用雙功能口。值得強(qiáng)調(diào)的是，P3 口的每一條引腳均可獨(dú)立定義為第一功能的輸入輸出或第二功能。其優(yōu)點(diǎn)是：① 測量精度高。③構(gòu)造簡單，使用方便。在進(jìn)行溫度測量時(shí)，將熱電偶插入被測的物體介質(zhì)中，使其熱端感受到被測介質(zhì)的溫度，其冷端置于恒定的溫度下，并用連接導(dǎo)線連接電氣測量儀表?，F(xiàn)場總線是應(yīng)用在生產(chǎn)現(xiàn)場，在微機(jī)化測量控制設(shè)備（稱為現(xiàn)場總線儀表）之間實(shí)現(xiàn)雙向串行多節(jié)點(diǎn)數(shù)字通信系統(tǒng)，也被稱為開放式、數(shù)字化、多點(diǎn)通信的底層控制網(wǎng)絡(luò)，它在制造業(yè)、流程工業(yè)、交通、樓宇等方面的自動化系統(tǒng)中具有廣泛的應(yīng)用前景。 TT302測量溫度配用RTD（熱電阻）或熱電偶，但也