【文章內(nèi)容簡介】 D7～ AD0，三態(tài)地址 /數(shù)據(jù)總線； PA7～ PA0， A 口輸入 /輸出線； PB7～ PB0， B 口輸入 /輸出線； PC5～ PC0， C 口輸入 /輸出線 或?yàn)?A， B口的控制信號線 當(dāng) C口作為控制信號線時(shí)，其功能如下； PC0， A 口中斷請求信號線。 PC1， A 口緩沖器信號線。 PC2， A 口選通信號線 PC3， B 口中斷請求信號線。 PC4， B 口緩沖器信號線。 PC5， B 口選通信號線 CE，片選信號線，低電平有效 RD，存儲器讀信號線 WR，存儲器寫信號線，低電平有效 ALE，地址鎖存信號線 成都電子機(jī)械高等專科學(xué)校 04 級畢業(yè)設(shè)計(jì) 10 IO/M， I/O 口與存儲器選擇信號線。 IO/M 為 1時(shí)，選擇 I/O 口； I/O 為 0 時(shí)，選擇存儲器。 TIMEIN，計(jì)數(shù) /定時(shí)器脈沖輸入有效。 TIMEOUT，計(jì) 數(shù) / 定時(shí)器輸出端。 RESET，復(fù)為信號線。 VCC， +5V 電源。 VSS，接地端。 8155 的外型結(jié)構(gòu)如圖 所示： 8155 的芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)： 8155 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)包括兩個 8位的并行輸入 /輸出端口， 256 個字節(jié)的靜態(tài) RAM，一個地址鎖存器，一個 14位的計(jì)數(shù) /定時(shí)器和控制邏輯電路。 8155 的工作方式 ： 8155 的控制邏輯中設(shè)置了一個命令 /狀態(tài)寄存器，它實(shí)際上使兩個 不同的寄存器，分別存放命令字和狀態(tài)字，對控制命令寄存器只能進(jìn)行寫操作，而對一起稱為命令 /狀態(tài)字寄存其。其中，命令字用于選擇 I/O口的工作方式，狀態(tài)字用于選擇 A 口和B口和定時(shí)器當(dāng)前的工作狀態(tài)，其格式如 下 ： 在控制信號中， IO/M =1 時(shí)， CPU 選擇對存儲器進(jìn)行讀 /寫操作。 256 個字節(jié)的存儲 器地址范圍為 00H~FFH， I/O 口和寄存器的地址分配如下表： 成都電子機(jī)械高等?？茖W(xué)校 04 級畢業(yè)設(shè)計(jì) 11 命令字寄存器： 8155 的 A 口和 B口具有基本輸入輸出和選通輸入輸出兩種工作方式，這個方式選擇由 C 口的工作方式?jīng)Q定，當(dāng) C 口的工作方式作為一般輸入 /輸出口時(shí)， A、 B 口工作于基本 輸入輸出方式；當(dāng) C 口用于提供控制 /狀態(tài)信號時(shí)， A、 B 口工作于選通工作方式。 A、 B 口具體工作于輸入還是輸出，又命令字的的 D D0 位決定。 8155 的 C口既可用作基本輸入 /輸出口，也可以用于提供 A、 B的控制 /狀態(tài)信號， 具體地說，有 ALT ALT ALT ALT4 四種工作方式，如圖三所示。 C口的前兩種工作方式分別為輸入輸出方式。 C 口工作于 ALT3 方式時(shí)， B 口工作于基本輸入 /輸出， A 口工作于選通工作方式。 C 口為 A 口提供 3 根控制 /狀態(tài)信號線（ C 口的另 3 位輸出）。 C口工作于 ALT4 方式時(shí)， A 口和 B 口均工作于選通方式， C 口位 A、 B 口提供 6 根控制 /狀態(tài)信號（ C 口全為控制 /狀態(tài)線） 。 C口的工作方式與 A、 B 口工作關(guān)系如 表 ： 8155 片內(nèi)設(shè)置了一個 14位的減法計(jì)數(shù)器，用于對外部輸入的脈沖信號進(jìn)行減 1計(jì)數(shù)。定時(shí)計(jì)數(shù)器的外部脈沖信號由 TIMERIN引腳輸出，定時(shí)器的輸出引腳位 TIMEROUT。計(jì)數(shù) /定時(shí)器的計(jì)數(shù)值和工作方式，由 8 位計(jì)數(shù) /定時(shí)器寄存器設(shè)定，如下圖 所成都電子機(jī)械高等?？茖W(xué)校 04 級畢業(yè)設(shè)計(jì) 12 示： 其中， T13~T0 為計(jì)數(shù)器值，范圍為 0002H~3FFFH， M M1 用于設(shè)置定時(shí)器的工作方式。定時(shí)器的工作方式有四種，每一種的區(qū)別主要在于輸出波形不同，方式 00 和 01常 用于對脈沖進(jìn)行分頻，方式 10和 11為計(jì)數(shù) /定時(shí)到，輸出負(fù)脈沖信號，具體波形如下圖 所示： 對定時(shí)器進(jìn)行編程時(shí)，應(yīng)該先將技數(shù)初值和定時(shí)器工作方式裝入寄存器，計(jì)數(shù)是否啟動由命令字的最高二位控制 ，具體控制方式如下。 TM2 TM1 0 0：空操作，不影響計(jì)數(shù) 0 1：停止定時(shí)器計(jì)數(shù)，若計(jì)數(shù)器沒有啟動，則相當(dāng)于空操作 1 0：定時(shí)器值減為 0時(shí)，停止計(jì)數(shù) 1 1：啟動，置方式和初置后立即啟動；若正在計(jì)數(shù)則表示置新的方式和初置，計(jì)數(shù)結(jié)束后，按新的方式和初值 計(jì)數(shù)。 任何時(shí)刻都可以設(shè)置定時(shí)器的初值和工作方式，但是必須將啟動命令寫入命令寄存器。如何定時(shí)器正在計(jì)數(shù)，那么，只有寫入啟動命令之后，定時(shí)器才接收新的計(jì)數(shù)初值并按新的工作方式計(jì)數(shù)。 由于 8155 內(nèi)部帶有地址鎖存器，因此，它與 8031 的接口電路非常簡單，不需任何附加的電路。圖 7 是 8031 與 8155 的接口電路，存儲器 RAM 和 I/O 口的地址分配如下。 存儲器的地址： 7E00H~7EFFH。 成都電子機(jī)械高等專科學(xué)校 04 級畢業(yè)設(shè)計(jì) 13 I/O 的地址 命令 /狀態(tài)寄存器 7FF8H PA 口 7FF9H PB 口 7FFAH PC 口 7FFBH 定時(shí)器底 8位 7FFCH 定時(shí)器高 8位 7FFDH 前向通道 前向通道是信息采集的通道，主要包括傳感器、信號放大、 A／ D 轉(zhuǎn)換等電路。由于溫度變化是一個相對緩慢的過程，固此前向通道中沒有使用采樣保持電路。 按設(shè)計(jì)要求，溫度控制靜態(tài)誤差 ≤l 0C，爐溫給定范圍為 400～ 700℃ ，而對爐溫 的檢測范圍應(yīng)適當(dāng)大于此范圍，設(shè)為 400～ 7500C，則系統(tǒng)的控制總誤差應(yīng)不大于 1／(95— 35)X100％＝ 1． 67％，分配到前向通道的信號采集總誤差應(yīng)不大于系統(tǒng)總誤差的1／ 2，即精度應(yīng)為 o． 83％，可以采用 8 位 A／ D 轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)。 前向通道包括： A/D 轉(zhuǎn)換 器 、傳感器、放大器 溫度傳感器： 我們知道，在推舟工作區(qū)中，推舟摻雜的工作溫度范圍為 700℃ ~ 400 ℃ 。為了檢測溫度并控制推舟，這里采用了接觸式的溫度測量方法，以 熱電偶 作為測溫元件，置于工作區(qū)中?？紤]到測溫范圍和精度，以及價(jià)格因素的影 響，這里選用裝配式熱電偶 WRE2型傳感器。其測溫上限長期為 900℃ ，短期可達(dá) 700℃ 。 ① 特點(diǎn) ? 熱電偶可將溫度直接轉(zhuǎn)換成電量信號 ,便于監(jiān)測； ? 結(jié)構(gòu)簡單 ,制造容易 ,價(jià)格便宜； ? 惰性小 ,準(zhǔn)確度高 ,測量范圍廣； ? 可做成多種結(jié)構(gòu) ,以滿足各種測量對象的要求； ? 適用于遠(yuǎn)距離測量與控制； ? 但其準(zhǔn)確度難以超過 ℃ ； ? 參考端溫度影響測量 ,必須進(jìn)行補(bǔ)償； ? 在高溫或長期使用時(shí) ,因受被測介質(zhì)的影響或環(huán)境氣氛的腐蝕作用而發(fā)生劣化。 ② 應(yīng)用范圍： 成都電子機(jī)械高等?？茖W(xué)校 04 級畢業(yè)設(shè)計(jì) 14 熱電偶適用于各行各業(yè)各個領(lǐng)域生產(chǎn)過程中－ 200℃ ～ 1300℃ 范圍內(nèi)的溫度測量，在特殊情況下，可測量 2800℃ 的高溫和 4K 的低溫。 2. 熱電偶傳感器工作原理 熱電偶是一種使用最多的一種傳感器，它的工作原理是由兩種不同的導(dǎo)體或半導(dǎo)體 A和 B 組成的一個回路，其兩端相互連接，只要結(jié)點(diǎn)處的溫度不同，一端的溫度為 T，另一端的溫度為 T0，則回路中就有電流產(chǎn)生，即回路中存在電動勢，該電動勢稱為熱電勢。 當(dāng)回路斷開時(shí)，在斷開處 a, b 之間便有一電動勢 ET,其極性和量值與回路中的熱電勢一致，規(guī)定為冷端，當(dāng)電流由 A流向 B 時(shí)，稱 A 為正極， B為負(fù)極。熱電勢 ET與溫度差（ T – T0）成正比，即 ET =SAB（ T – T0） SAB 為賽貝克西蜀，又稱為熱電勢率，它是熱電偶的最重要的特征量，其符號和大取決于熱電極材料的相對特性。 兩種導(dǎo)體的接觸電勢 不同金屬自由電子密度不同，當(dāng)兩種金屬接觸在一起時(shí)，在結(jié)點(diǎn)處會發(fā)生電子擴(kuò)散， 濃度大的向濃度小的金屬擴(kuò)散。濃度高的失去電子顯正電，濃度低的得到電子顯負(fù)電。當(dāng)擴(kuò)散達(dá)到動態(tài)平衡時(shí)，得到一個穩(wěn)定的接觸電勢。 溫度 T時(shí)熱端接觸電勢： 冷端接觸電勢： 式中： A、 B 代表不同材料； 在閉合回路中，總的接觸電勢為： 3. 熱電 偶傳感器的主要技術(shù)參數(shù) 熱電偶的主要技術(shù)參數(shù)有型號、分度號、測量范圍、允許誤差、熱響應(yīng)時(shí)間、公稱壓力、熱電動勢率、長期穩(wěn)定性、熱電偶的電阻 R0 等。 成都電子機(jī)械高等專科學(xué)校 04 級畢業(yè)設(shè)計(jì) 15 WRE2 溫度型傳感器屬于裝配式鎳鎘 康銅熱電偶傳感器，其工作范圍為 333～ 900℃ ，允許誤差在 ℃ ，時(shí)間常數(shù) t〈 90 ，該型號在系統(tǒng)中測量 400～ 700℃ 之間的溫度，經(jīng)查表知在 400℃ 時(shí)，其熱電動勢為 ,在 700℃ 時(shí)其電動勢為 熱電偶的的熱電動勢計(jì)算公式： E =∑BITI 熱響應(yīng)時(shí)間：熱響應(yīng)時(shí)間也稱時(shí)間常數(shù)，它是用 來表示熱電偶對溫度變化感應(yīng)快慢的惰性參數(shù)，在溫度出現(xiàn)階躍變化時(shí)，熱電偶的輸出變化至相當(dāng)于該階躍變化的 ℅ 所需的時(shí)間。 冷端補(bǔ)償 ： 本系統(tǒng)使用鎳鉻 — 康銅熱電偶，被測溫度范圍為 400～ 700℃ ，冷端補(bǔ)償采用補(bǔ)償電橋法，采用不平衡電橋產(chǎn)生的電勢來補(bǔ)償熱電偶因冷端溫度變化而引起的熱電勢變化值。不平衡電橋由電阻 R R R3(錳銅絲繞制 )、 Rcu(銅絲繞制 )四橋臂和橋路穩(wěn)壓源組成，串聯(lián)在熱電偶回路中。 Rcu 與熱電偶冷端同處于 177。0℃, 而 R1=R2=R3=1Ω ，橋路電源電壓為 4V，由穩(wěn)壓電源供電， Rs 為限流電阻 ，其阻值因熱電偶不同而不同，電橋通常取在 20℃ 時(shí)平衡，這時(shí)電橋的四個橋臂電阻 R1=R2=R3=Rcu， a、 b 端無輸出。當(dāng)冷端溫度偏離 20℃ 時(shí)，例如升高時(shí)， Rcu 增大，而熱電偶的熱電勢卻隨著冷端溫度的升高而減小。 Uab 與熱電勢減小量相等， Uab 與熱電勢迭加后輸出電勢則保持不變，從而達(dá)到了冷端補(bǔ)償?shù)淖詣油瓿伞? 運(yùn)算放大器 運(yùn)算放大器（常簡稱為 “ 運(yùn)放 ” ），是廣泛應(yīng)用的、具有超高放大倍數(shù)的電路單元。可以由分立的器件組成，也可以實(shí)現(xiàn)在半導(dǎo)體芯片當(dāng)中。隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，如今絕大部分的運(yùn)放是以單片的形式存 在。現(xiàn)今運(yùn)放的種類繁多，廣泛應(yīng)用于幾乎所有的行業(yè)當(dāng)中。在這里選用集成放大器 0P07 型， 內(nèi)部結(jié)構(gòu)及 硬件圖如 下 ： 工作原理 ： 一般可將運(yùn)放簡單地視為：具有一個信號輸出端口（ Out）和同相、反相兩個高阻抗輸入端的高增益直接耦合電壓放大單元，因此可采用運(yùn)放制作同相、反相及差分放大器。 成都電子機(jī)械高等?？茖W(xué)校 04 級畢業(yè)設(shè)計(jì) 16 運(yùn)放的供電方式分雙電源供電與單電源供電兩種。對于雙電源供電運(yùn)放，其輸出可在零電壓兩側(cè)變化，在差動輸入電壓為零時(shí)輸出也可置零。采用單電源供電的運(yùn)放，輸出在電源與地之間的某一范圍變化。 運(yùn)放的輸入 電位通常要求高于負(fù)電源某一數(shù)值，而低于正電源某一數(shù)值。經(jīng)過特殊設(shè)計(jì)的運(yùn)放可以允許輸入電位在從負(fù)電源到正電源的整個區(qū)間變化，甚至稍微高于正電源或稍微低于負(fù)電源也被允許。這種運(yùn)放稱為軌到軌（ railtorail）輸入運(yùn)算放大器。 運(yùn)放的輸出電位通常只能在高于負(fù)電源某一數(shù)值，而低于正電源某一數(shù)值之間變化。經(jīng)過特殊設(shè)計(jì)的運(yùn)放可以允許輸出電位在從負(fù)電源到正電源的整個區(qū)間變化。這種運(yùn)放成為軌到軌（ railtorail）輸出運(yùn)算放大器。 運(yùn)算放大器的輸出信號與兩個輸入端的信號電壓差成正比，在音頻段 有：輸出電壓 =A0（ E1E2），其中， A0 是運(yùn)放的低頻開環(huán)增益（如 100，即 100000 倍）， E1 是同相端的輸入信號電壓， E2 是反相端的輸入信號電壓 運(yùn)算放大器均是采用直接耦合的方式，直接耦合式放大電路的各級的 Q 點(diǎn)是相互影響的，由于各級的放大作用，第一級的微弱變化，會使輸出級產(chǎn)生很大的變化。當(dāng)輸入短路時(shí)（由于一些原因使輸入級的 Q 點(diǎn)發(fā)生微弱變化，比如：溫度），輸出將隨時(shí)間緩慢變化，這樣就形成了零點(diǎn)漂移。 產(chǎn)生零漂的原因是：晶體三極管的參數(shù)受溫度的影響 實(shí)際電路中，從熱電偶輸出的信號最多不過幾十毫 伏 (30mV)，且其中包含工頻、靜電和磁偶合等共模干擾，對這種電路放大就需要放大電路具有很高的共模抑制比以及高增益、低噪聲和高輸入阻抗，因此宜采用測量放大電路。測量放大器又稱數(shù)據(jù)放大器、儀表放大器和橋路放大器，它的輸入阻抗高，易于與各種信號源匹配，而它的輸入失調(diào)電壓和輸入失調(diào)電流及輸入偏置電流小，并且溫漂較小。由于時(shí)間溫漂小，因而測量放大器的穩(wěn)定性好。由三運(yùn)放組成測量放大器，差動輸入端 R1和 R2分別接到A1和 A2的同相端。輸入阻抗很高，采用對稱電路結(jié)構(gòu)，而且被測信號直接加到輸入端，從而保證了較強(qiáng)的抑制共模 信號的能力。