【文章內(nèi)容簡介】 5 4 .2 0 0 .1 9 8 4K x E E xpH t?? ?? （ 24） 式中 Kx 為 電極的補(bǔ)償斜率； Ex 為 電極的固有誤差； Kx ， Ex 都是由固定溶液測定的。 因?yàn)?，在我國?biāo)準(zhǔn)緩沖液中，沒有 pH=。我們采用定標(biāo)的 幾種 溶液為pH=， pH=， pH=。把 pH= 代入（ 24）得 數(shù)）（實(shí)際 數(shù)）（理論實(shí)實(shí) 理理 mVEE mVEEKtEEK XXX 22 )( ?? ??? (25) 0 . 1 3 6 ( 5 4 . 2 0 0 . 1 9 8 4 )tE x E Kx???? 把（ 25）代入（ 24）得 ()6 .8 6 4 5 4 .2 0 0 .1 9 8 4K x E EpH t??? ? (26) 為玻璃電極 在 pH= 標(biāo)準(zhǔn)溶液產(chǎn)生的電動(dòng)勢。 測量數(shù)據(jù)經(jīng) pH電極轉(zhuǎn)化為微弱的電壓信號(hào)，信號(hào)調(diào)整電路對(duì)原始 PH 電極轉(zhuǎn)化的微弱 信號(hào)進(jìn)行調(diào)整 ， 信號(hào) 調(diào)整 電路采用多級(jí)集成運(yùn)放構(gòu)成 ，如圖 38所示。第一級(jí)采用 U4和 U5放大器 CA314O 同 相放大 ， 提高輸入阻抗 ，玻璃電極通過放大器 U4，參考電極通過放大器 U5,第二級(jí) 采用 CA314O反相 放大 ,第三級(jí)采用 uA741跟滑動(dòng)變阻器進(jìn)行校正使輸出電壓達(dá)到 合理的伏值范圍，便于電壓值對(duì)應(yīng) PH 只對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)換。 pH 電極 [8]由玻璃電極和參考電極組成。玻璃電極是由特殊玻璃膜制成的。其厚度可以小于 ， Ag— AgC1 為參考電極在內(nèi)部，由二者組成復(fù)合電極。從復(fù)合 pH 電極的玻璃電極和參考電極兩端輸出的信號(hào)為電壓。在一定的溫度下只要知道了電壓值，即可求出溶液的 pH 值，因此 pH值的測量實(shí)際上就是電壓信號(hào)的測量。由于復(fù)合 pH 電極內(nèi)阻很高。大約 l012? 。要求前置放大器有較高的輸入阻抗。因此設(shè)計(jì)中選用了運(yùn)放 CA3140，它兼 有高電壓 PMOS 管和高壓二極管的優(yōu)點(diǎn)。都集成在單獨(dú)的芯片上。輸入電路 PMOS 提供非常高的阻抗。并且具有非常 11 快的響應(yīng)速度。還具有自身補(bǔ)償能力來達(dá)到穩(wěn)定的放大增益；輸出部分含有自身保護(hù)電路來保護(hù)由于負(fù)載短路造成的損害。可完成阻抗匹配、降低測量噪聲、提高系統(tǒng)穩(wěn)定性等，非常適合此電路設(shè)計(jì)。本文采用 3 個(gè) CA3140 來構(gòu)成雙高阻抗差分輸入電路。電路圖如圖 38所示。 圖 38 pH信號(hào)輸入電路 顯示模塊 LCD1602 資料 本系統(tǒng)顯示器采用 LCD1602 液晶顯示模塊 [9]， 1602 液晶模塊內(nèi)部的控 制器共有 11 條控制指令，如表 31 所示： 表 31：控制命令表 序號(hào) 指令 RS R/W D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 1 清顯示 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 2 光標(biāo)返回 0 0 0 0 0 0 0 0 1 * 3 置輸入模式 0 0 0 0 0 0 0 1 I/D S 4 顯示開 /關(guān)控制 0 0 0 0 0 0 1 D C B 5 光標(biāo)或字符移位 0 0 0 0 0 1 S/C R/L * * 6 置功能 0 0 0 0 1 DL N F * * 7 置字符發(fā) 生存貯器地址 0 0 0 1 字符發(fā)生存貯器地址 8 置數(shù)據(jù)存貯器地址 0 0 1 顯示數(shù)據(jù)存貯器地址 12 1602 液晶模塊的讀寫操作、屏幕和光標(biāo)的操作都是通過指令編程來實(shí)現(xiàn)的。 指令 1：清顯示，指令碼 01H,光標(biāo)復(fù)位到地址 00H位置。 指令 2：光標(biāo)復(fù)位，光標(biāo)返回到地址 00H。 指令 3：光標(biāo)和顯示模式設(shè)置 I/D：光標(biāo)移動(dòng)方向，高電平右移，低電平左移 S:屏幕上所有文字是否左移或者右移。高電平表示有效，低電平則無效。 指令 4：顯示開關(guān)控制。 D：控制整體顯示的開與關(guān)，高電平表示開顯示，低電平表示關(guān)顯示 C：控制光標(biāo)的開與關(guān)，高電平表示有光標(biāo)，低電平表示無光標(biāo) B：控制光標(biāo)是否閃爍，高電平閃爍，低電平不閃爍。 指令 5：光標(biāo)或顯示移位 S/C：高電平時(shí)移動(dòng)顯示的文字，低電平時(shí)移動(dòng)光標(biāo)。 指令 6：功能設(shè)置命令 DL：高電平時(shí)為 4 位總線，低電平時(shí)為 8 位總線 N：低電平時(shí)為單行顯示，高電平時(shí)雙行顯示 F: 低電 平時(shí)顯示 5x7 的點(diǎn)陣字符，高電平時(shí)顯示 5x10 的點(diǎn)陣字符。 指令 7：字符發(fā)生器 RAM 地址設(shè)置。 指令 8： DDRAM 地址設(shè)置。 指令 9：讀忙信號(hào)和光標(biāo)地址 BF：為忙標(biāo)志位，高電平表示忙，此時(shí)模塊不能接收命令或者數(shù)據(jù)，如果為低電平表示不忙。 指令 10：寫數(shù)據(jù)。 指令 11：讀數(shù)據(jù)。 與 點(diǎn)陣字符型液晶顯示模塊 LCD1602 相兼容的芯片時(shí)序表如 表 32 所示 ： 表 32：基本操作時(shí)序表 9 讀忙標(biāo)志或地址 0 1 BF 計(jì)數(shù)器地址 10 寫數(shù)到 CGRAM 或DDRAM） 1 0 要寫的數(shù)據(jù)內(nèi)容 11 從 CGRAM 或DDRAM 讀數(shù) 1 1 讀出的數(shù)據(jù)內(nèi)容 讀狀態(tài) 輸入 RS=L， R/W=H， E=H 輸出 D0— D7=狀態(tài)字 寫指令 輸入 RS=L， R/W=L， D0— D7=指令碼， E=高脈沖 輸出 無 讀數(shù)據(jù) 輸入 RS=H， R/W=H， E=H 輸出 D0— D7=數(shù)據(jù) 寫數(shù)據(jù) 輸入 RS=H， R/W=L， D0— D7=數(shù)據(jù)， E= 輸出 無 13 讀操作時(shí)序如圖 39， 寫 操作 310所示： 圖 39 讀操作時(shí)序 圖 310 寫操作時(shí) 序 A∕ D 轉(zhuǎn)換器 本設(shè)計(jì)采用 ADC0809 轉(zhuǎn)換器 [7]。 ADC0809 轉(zhuǎn)換器是 CMOS 單片機(jī)型八位逐次逼近式 A∕ D轉(zhuǎn)換器。它由一個(gè) 8 路模擬開關(guān)、一個(gè)地址鎖存譯碼器、一個(gè) A/D 轉(zhuǎn)換器和一個(gè)三態(tài)輸出鎖存器組成。多路開關(guān)可選通 8 個(gè)模擬通道，允許 8 路模擬量分時(shí)輸入，共用 A/D 轉(zhuǎn)換 器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。三態(tài)輸出鎖器用于鎖存 A/D 轉(zhuǎn)換完的數(shù)字量，當(dāng) OE 端為高電平時(shí)，才可以從三態(tài)輸出鎖存器取走轉(zhuǎn)換完的數(shù)據(jù)。 ADC0809 芯片有 28條引腳，采用雙列直插式封裝 ，其各引腳的功能為： 高脈沖 14 IN0~IN7： 8 路模擬量輸入端。（ ADC0809 對(duì)輸入模擬量要求：信號(hào)單極性，電壓范圍是 0~5V，若信號(hào)太小，必須進(jìn)行放大；輸入的模擬量在轉(zhuǎn)換過程中應(yīng)該保持不變，如若模擬量變化太快，則需在輸入前增加采樣保持電路。） D7~D0： 8位數(shù)字量輸出端。 ADDA、 ADDB、 ADDC： 3位地址輸入線，用于選通 8路模擬輸入中 的一路。 ALE：地址鎖存允許信號(hào)，輸入，高電平有效。當(dāng) ALE 線為高電平時(shí)，地址鎖存與譯碼器將 A， B， C 三條地址線的地址信號(hào)進(jìn)行鎖存，經(jīng)譯碼后被選中的通道的模擬量進(jìn)入轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。 A， B 和 C 為地址輸入線，用于選通 IN0~IN7上的一路模擬量輸入。 圖 311 ADC0809 的內(nèi)部結(jié)構(gòu) START： A／ D轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)，輸入，高電平有效。 EOC： A／ D 轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)，當(dāng) EOC 為高電平時(shí)，表明轉(zhuǎn)換結(jié)束；否則，表明正在進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換。當(dāng) A／ D轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，此端輸出一個(gè)高電平（轉(zhuǎn)換期間一直為低電平）。 CLK：時(shí)鐘脈沖輸入端。因 ADC0809 的內(nèi)部沒有時(shí)鐘電路，所需時(shí)鐘信號(hào)必須由外界提供，要求時(shí)鐘頻率不高于 640KHZ。 REF（ +）、 REF（ ）：基準(zhǔn)電壓。 VCC：電源，單一＋ 5V。 GND：地。 15 通道選擇表如下表 33 所示： 表 33 通道選擇表 ADC0809 的工作過程是：首先輸入 3 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) 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?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)可用作中斷申請(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。 ADC0809 應(yīng)用說明： ① ADC0809 內(nèi)部 帶有輸出鎖存器，可以與 AT89S51 單片機(jī)直接相連 ； ② 初始化時(shí)，使 ST 和 OE 信號(hào)全為低電平 ； ③ 傳送要轉(zhuǎn)換的哪一通道的地址到 A， B， C 端口上 ； ④ 在 ST 端給出一個(gè)至少有 100ns 寬的正脈沖信號(hào) ； ⑤ 是否轉(zhuǎn)換完畢，我們根據(jù) EOC 信號(hào)來判斷 ； ⑥ 當(dāng) EOC 變?yōu)楦唠娖綍r(shí)，這時(shí)給 OE 為高電平，轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)就輸出給單片機(jī)了 。 穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì) 如圖 312為穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)電路： 220V 交流電源經(jīng)過變壓器整流橋電路變?yōu)?12V，經(jīng)電容濾波到 L7805。 L7805是一個(gè)穩(wěn)壓三極管，它可以支持 5V 到 12V 的電源輸入，經(jīng)過降壓后，穩(wěn)定輸出5V 的直流電壓。一般在輸入電源的正負(fù)級(jí)之間并上一個(gè)無極性電容和一個(gè)1000UF 的有極性電容，起到對(duì)電源濾波的作用。由于本設(shè)計(jì)使用 220V 交流電供C B A 選擇的通道 0 0 0 IN0 0 0 1 IN1 0 1 0 IN2 0 1 1 IN3 1 0 0 IN4 1 0 1 IN5 1 1 0 IN6 1 1 1 IN7 16 電。單片機(jī)要求在穩(wěn)定的電源下才能正 常工作，本身單片機(jī)工作在晶震 12M 下 產(chǎn) 圖 312為穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)電路 生的干擾信號(hào)也是大的。所以需要提供一個(gè)穩(wěn)定的直流電源給單片機(jī)，這樣能 保證單片機(jī)穩(wěn)定的工作。 4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)就是用計(jì)算機(jī)所能接受的語言把所需解決問題的步驟逐一描述出來，也就是編制計(jì)算機(jī)的程序，在設(shè)計(jì)應(yīng)用系統(tǒng)時(shí)，軟件的編制是重要環(huán)節(jié)。軟件的質(zhì)量直接影響整個(gè)系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)。應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)因系統(tǒng)而異，但程序設(shè)計(jì)總是有共同特點(diǎn)及其規(guī)律的。在編寫程序時(shí)，采取如下幾個(gè)步驟： （ 1）分析問題，明確所要解決問題的要求 ，將軟件分成若干個(gè)相對(duì)獨(dú)立的部分。根據(jù)功能關(guān)系和時(shí)序關(guān)系，設(shè)計(jì)出合理的軟件總體結(jié)構(gòu)。 （