【正文】 填料函一般為聚四氟乙烯或柔性石墨。這在工程設(shè)計(jì)中顯得非常重要。波紋管一般由不銹鋼做成。 本控制系統(tǒng)采用由步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)的控制閥。單片機(jī)在系統(tǒng)軟 件的控制作用下，對(duì)輸入的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，向外部輸出控制信號(hào)，步進(jìn)電機(jī)是具體的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。主程序?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)的總體功能，子程序?qū)崿F(xiàn)相應(yīng)的具體功能。 DA 轉(zhuǎn)換器將離散的控制信號(hào)轉(zhuǎn)化為模擬電量。單片機(jī)收到流量信號(hào)后，在控制系統(tǒng)軟件的作用下，發(fā)出相應(yīng)的執(zhí)行命令給執(zhí)行機(jī)構(gòu) —— 步進(jìn)電機(jī)。 20 世紀(jì) 70、 80 年代電磁流量計(jì)技術(shù)有了突破性的發(fā)展，成為使用廣泛的一類儀表，應(yīng)用領(lǐng)域涉及工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)學(xué)等多個(gè)領(lǐng)域，可測(cè)介質(zhì)范圍也從電導(dǎo)率很低的蒸餾水到電導(dǎo)率很高的液態(tài)金屬，并有成熟的耐高溫高壓及高腐蝕性的設(shè)計(jì)方法。 由法拉第電磁感應(yīng)定律，當(dāng)導(dǎo)體在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)切割磁力線時(shí)，在它的兩端將產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) e，其方向由右手定則確定，大小則與磁感應(yīng)強(qiáng)度 B、切割磁力線的有效長(zhǎng)度 L、垂直于磁場(chǎng)方向的速度 v 成正比，即 e=BLSv B、 L、 v 三者之間 互相垂直。它的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，參數(shù)容易調(diào)整，不一定需要系統(tǒng)的確切數(shù)學(xué)模型，因此在工業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域中都有應(yīng)用。 由于計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)，計(jì)算機(jī)進(jìn)入了控制領(lǐng)域。我們采用位置式 PID 算法，故這里主要介紹位置式 PID 算法。 將上式代入原式，就可以得到離散的 PID 表達(dá)式為 uk=Kp[ek+ 1TT ??k0j ej+ TTd （ ekek1） ]+u0 （ 2—— 1） 或 uk=Kpek+K1??k0j ej+KD(ekek1)+u0 （ 2—— 2） 式中 k—— 采樣序號(hào)， k=0， 1， 2， …… ； uk—— 第 k 次采樣時(shí)刻的計(jì)算機(jī)輸出值； ek—— 第 k 次采樣時(shí)刻輸入的偏差值； ek1—— 第 k1 次采樣時(shí)刻輸入的偏差值； K1—— 積分系數(shù)， K1=Kp 1TT ； KD—— 微分系數(shù)， KD=Kp TTD ； u0—— 開(kāi)始進(jìn)行 PID 控制時(shí)的原始初值。應(yīng) 用增量式 PID 控制算法可以避免這種現(xiàn)象發(fā)生。 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如下所示： 圖 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 流量是指單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)管道某一截面的物料數(shù)量。 系統(tǒng)的工作原理是流量傳感器采集到流量信息，通過(guò)變換器，轉(zhuǎn)化為電信號(hào)， AD 轉(zhuǎn)換器將模擬電信號(hào)轉(zhuǎn)化為離散信號(hào)，傳給單片機(jī)。 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖如下圖所示： 圖 硬件框圖 3． 2 軟件總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 該控制系統(tǒng)的程序主要分為三部分：主程序、流量控制程序和各種中斷子程序。 軟件設(shè)計(jì)是本控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心，在完成了系統(tǒng)硬件的搭接之后，剩下來(lái)的主要任務(wù)接是系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)。各個(gè)子程序完成具體的實(shí)現(xiàn)方法，主要包括：設(shè)定值輸入、數(shù)碼管顯示、步進(jìn)電機(jī)控制、 AD 轉(zhuǎn)換中斷、 T0定時(shí)器中斷、采樣中斷等。 DA轉(zhuǎn)換器將離散的控制信號(hào)轉(zhuǎn)化為模擬電量。在器件引腳的封裝上， MCS51 系列機(jī)通常有兩種封裝：一種是雙列直插式封裝，常為 HMOS 型器件所用；另一種是方形封裝，大多數(shù)在 CHMOS 型器件中使用。 1．端口線（ 4179。這八條引腳共有兩種不同的功能，分別使用于兩種不同的情況之下。 P 1P 2P 3P 4P 5P 6P 7p 8P ( R X D )10P ( I N T 0)12P ( I N T 1)13P ( T 0)14P ( T 1)15P ( W R )16P ( R D )17X T A L 218X T A L 119GND20( A 9) P 22( A 10) P 23( A 11) P 24( A 12) P 25( A 13) P 26( A 14) P 27( A 15) P 28P S E N29EA31( A D 7) P 0. 732( A D 6) P 0. 633( A D 4) P 0. 435( A D 3) P 0. 336( A D 2) P 0. 237( A D 1) P 0. 138U c c40( A D 0) P 0. 039( A D 5) P 0. 534A L E30R S T9P ( T X D )11( A 8) P 21AT89C51 圖 AT89C51 引腳圖 其中， 8751 的 P0口還有第三種功能，即它們可以用來(lái)得 8751 片內(nèi) EPROM編程或進(jìn)行編程后的讀出校驗(yàn)。 8751 的 P1 口還有第二功能，既它在 8751 編程 /校驗(yàn)時(shí)用于輸入片內(nèi)EPROM 的低 8 位地址。 ④ — ：這組引腳的第一功能和其余三個(gè)端口的第一功能相同。在訪問(wèn)片外存儲(chǔ)器時(shí)， 8051CPU在 — 出片外存儲(chǔ)器低 8 位地址的同時(shí)還在 ALE/ PROG 線上輸出一個(gè)高電位脈沖，用于把這個(gè)片外存儲(chǔ)器低 8 位地址鎖存到外部專用地址鎖存器。 對(duì)于 8751， ALE/ PROG 線還具有第二功能。 對(duì) 8751， EA /VPP用于在片內(nèi) EPROM 編程 /校驗(yàn)時(shí)輸入 21V編程電源。通常， 8051 的復(fù)位有自動(dòng)上電復(fù)位和人工按鈕復(fù)位兩種。 ⑤ XTAL1 和 XTAL2：片內(nèi)振蕩電路輸入線，這兩個(gè)端子用來(lái)外接石英晶體和微調(diào)電容，即用來(lái)連接 8051 片內(nèi) OSC 的定時(shí)反饋回路。 MCS51 所需的時(shí)鐘也可以由外部振蕩器提供。 ADC0809 的姐妹芯片是 ADC0808，可以相互代換。例如：當(dāng) ADDA、 ADDB 和 ADDC上均為低電平 0 以及 ALE 為高電平時(shí)，地址鎖存和譯碼器輸出使 IN0 上模擬電壓送到比較器輸入端 VIN。各開(kāi)關(guān)旁的 0 和 1 表示樹(shù)狀開(kāi)關(guān)閉合條件，由 D1D0狀態(tài)決定。只是要有 28=256 個(gè)分壓電阻，形成 256 個(gè)標(biāo)準(zhǔn)電壓供給樹(shù)狀開(kāi)關(guān)使用。 A/D 轉(zhuǎn)換開(kāi)始時(shí)，控制電路使 SAR 最高位為1，并控制樹(shù)狀開(kāi)關(guān)的閉合和斷開(kāi)，由此產(chǎn)生 VST送給比較器。 （ 4）三態(tài)輸出鎖存器和控制電路 三態(tài)輸出鎖存器用于鎖存 A/D 轉(zhuǎn)換完成后的數(shù)字量。 （ 2）地址輸入和控制（ 4 條） ALE為地址鎖存允許輸入線，高電平有效。 表 3 被選模擬量路數(shù)和地址的關(guān)系 被選模擬電壓路數(shù) ADDC ADDB ADDA IN0 0 0 0 IN1 0 0 1 IN2 0 1 0 IN3 0 1 1 IN4 1 0 0 IN5 1 0 1 IN6 1 1 0 IN7 1 1 1 （ 3）數(shù)字量輸出及控制線（ 11） START 為“啟動(dòng)脈沖”輸入線，該線上正脈沖由 CPU送來(lái)，寬度應(yīng)大于100ns，上升沿清零 SAR，下降沿啟動(dòng) ADC 工作。 （ 4）電源線及其他（ 5 條） CLOCK 為時(shí)鐘輸入線，用于為 ADC0809 提供逐次比較所需 640KHZ 時(shí)鐘脈沖序列。 4． 2． 3 I/O 擴(kuò)展接口芯片 Intel 8155 8155 是 Intel 公司研制的通用 I/O 接口芯片。現(xiàn)對(duì)各部分電路分述如下： ① 雙向數(shù)據(jù)總線緩沖器：該緩沖器是 8 位的，用于傳送 CPU 對(duì) RAM 存儲(chǔ)器的讀寫數(shù)據(jù)。 ④ RAM 存儲(chǔ)器：容量為 256 字節(jié)，主要用于存放實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。 8155 在某一瞬間只能選中某個(gè) I/O 寄存器工作，這由 CPU送給 8155 的命令字決定。定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器由 T/IN 輸入線上脈沖減 1，每當(dāng)計(jì)滿溢出時(shí)可在 OUT/T 線上輸出一個(gè)脈沖。 PB7— PB0為通用 I/O 線，用于傳送 B 口上的外設(shè)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)傳送方向也由 8155 命令字決定。 IO/ M 為 I/O 端口或 RAM 存儲(chǔ)器的選通信號(hào)線：若 IO/ M =0，則 CPU 選中 8155 的 RAM 存儲(chǔ)器工作；若 IO/ M =1，則 CPU選中 8155 片內(nèi)某一寄存器工作。 8155 的 ALE 常和 MCS51 的同名端相連。 2． CPU對(duì) 8155I/O 口的控制 8155A、 B、 C 三口的數(shù)據(jù)傳送是由命令字和狀態(tài)字控制的。 179。 179。 179。 179。 179。 179。 179。 179。 179。 179。 179。 179。 179。 179。 RAM 單元 注：179。圖中， D7和 D6是計(jì)數(shù)器方式控制位， D5和 D4A 口和 B 口的中斷控制位， D3和 D2是 C 口的四種方式控制位，D1和 D0分別是 A 口和 B 口的輸入 /輸出方式控制位。 D5和 D2：分別為 B 口和 A 口的中斷允許標(biāo)志位，用于控制 8155B 口或 A口的中斷請(qǐng)求。 D3和 D0：分別為 B 口和 A 口的中斷請(qǐng)求標(biāo)志位，用于表示 8155B 口和 A口是否有了 中斷請(qǐng)求。 （ 4） 8155 定時(shí)器長(zhǎng)度字 定時(shí)器長(zhǎng)度字有 16 位，分高字節(jié)和低字節(jié)。 （ 2） I/O 方式 8155 的 I/O方式又可分為通用 I/O和選通 I/O兩種工作方式，如表 4 所列。例如：若把 02H 的命令字送到 8155 命令寄存器，則 8155A 口和 C 口各位設(shè)定為輸入方式， B 口設(shè)定為輸出方式。 選通 I/O 方式又可分為選通 I/O 數(shù)據(jù)輸入和選通 I/O 數(shù)輸出兩種方式： A 選通 I/O 數(shù)據(jù)輸入。 178。 178。 B 選通 I/O 數(shù)據(jù)輸出。 8031 通過(guò) MOVX Ri， A 或 MOVX DPTR， A 指令可以把輸出數(shù)據(jù)送到 A 口寄存器， 8155 收到后使 QABF觸發(fā)器置位而使 ABF 線變?yōu)楦唠娖剑酝ㄖ敵鲈O(shè)備輸出時(shí)局已到達(dá) PA7— PA0上。 D 8031CPU 響應(yīng) 0INT 線上中斷請(qǐng)求后可在中斷服務(wù)程序中把下一個(gè)輸出數(shù)據(jù)送到 A 口寄存器，進(jìn)行下一個(gè)數(shù)據(jù)的輸出。因此，每片撥盤可代表一位十進(jìn)制數(shù)。其接通的 BCD 碼輸出線狀態(tài)正好與撥盤知識(shí)的十進(jìn)制數(shù)相一致。為了使輸出端在不與控制端 A 相連時(shí)有確定的電平，常將 8， 4， 2， 1 輸出端通過(guò)電 阻拉低。如果控制端 A 接地，8， 4， 2， 1 輸出端通過(guò)電阻上拉至高電平時(shí)，撥盤輸出的 BCD 碼為負(fù)邏輯（反碼）。這時(shí)， N 位十進(jìn)制撥盤，用 N 片 BCD碼撥盤拼成時(shí)只需占用 4+N 根 I/O 口線。其余的 ， ， 分別與千、百、十、個(gè)位 BCD 碼撥盤的控制端相連。 4． 3． 2 步進(jìn)電機(jī)控制接口 步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖轉(zhuǎn)換成相應(yīng)角位移或線位移的電磁機(jī)械裝置，也是一種 能把輸出機(jī)械位移增量和輸入數(shù)字脈沖對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)器件。 （一）步進(jìn)電機(jī)的工作原理 電機(jī)定子上均勻分布有六個(gè)磁極，相鄰兩磁極間夾角為 60176。故每個(gè)磁極所占的齒距數(shù)不是整數(shù)。若使 B 相繞組通電，電機(jī)就會(huì)沿 B 極軸向產(chǎn)生磁場(chǎng)，轉(zhuǎn)子因受到 反應(yīng)轉(zhuǎn)矩作用而轉(zhuǎn)動(dòng)，直到 B 極上齒和轉(zhuǎn)子上齒對(duì)齊為止。同理， A 極通電驅(qū)使 A極上齒和轉(zhuǎn)子上齒對(duì)齊。的規(guī)律轉(zhuǎn)動(dòng)。 （二）步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng) 上述分析表明：步進(jìn)電機(jī)是否旋轉(zhuǎn)是由控制繞組中輸入脈沖的有無(wú)來(lái)控制的，每步轉(zhuǎn)過(guò)的角度和方向是由三相控制繞組中的通電方式?jīng)Q定的。由于 89C51 的 P1 口負(fù)載只能驅(qū)動(dòng)三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的 LSTTL 輸入門，因此需要通過(guò) 7406 驅(qū)動(dòng)器去驅(qū)動(dòng)達(dá)林頓復(fù)合功率放大器， 使步進(jìn)電機(jī)繞組的靜態(tài)電流達(dá)到 2A。將該電壓信號(hào)放大并采樣，變換為 4～ 20mV的輸出信號(hào)。輸出阻抗跟流體的電導(dǎo)率有關(guān)，最大為 3M? 。應(yīng)當(dāng)注意 A3 的差動(dòng)放大倍數(shù)為 200 倍， A3的輸出可簡(jiǎn)單地認(rèn)為已飽和，因此用 C5和 C6截除直流電壓。鍵盤用于輸入數(shù)據(jù)、代碼和命令； LED 用來(lái)顯示控制過(guò)程和運(yùn)算結(jié)果。八段 LED 顯示管有八只發(fā)光二極管組成，編號(hào)是 a、 b、 c、 d、 e、 f、 g 和 SP，分別和同名管腳相連。 7FH 是按 SP、g、 f、 e、 d、 c、 b、 a 順序排列后的十六進(jìn)制編碼（ 0 為 TTL 低電平， 1 為 TTL高電平），常稱為字形碼。由于“ B”和“ 8”、“ D”和“ 0”字形相同，故“ B”和“ D”均以小寫字母“ b”和“ d”顯示。 為共陽(yáng)八段 LED 數(shù)碼顯示管時(shí)，所有發(fā)光二極管陽(yáng)極共連后接到 G 腳。靜態(tài)顯示的特點(diǎn)是各 LED 管能穩(wěn)定地同時(shí)顯示各自字形；動(dòng)態(tài)顯示是指各 LED 輪流一遍一遍顯示各自字符，人們因視覺(jué)惰性而看到的是各 LED似乎在同時(shí)顯示不同字形。圖中， A、 B、 C、 D 為二進(jìn)制碼（或 BCD 碼）輸入端； LE 為鎖存控制端， LE 為低電平時(shí)可以輸入數(shù)據(jù)。圖中， — 碼（或 BCD 碼）， =0 用于控制二 — 四 譯碼器工作， 出后控制 MC14495 中哪一位接收 — 。讀者參見(jiàn)表 73 可以很容易看出 8155 的端口地址分配如下： 8000H 命令 /狀態(tài)口 8001H A 口 8002H B 口（字形口） 8003H C 口（字位口）