【文章內(nèi)容簡介】 A/D轉(zhuǎn)換器，以此，在設(shè)計中我加入了I/V變換器。我選用的型號是RCV420型I/V變換器，它是用于4~20mA電流信號變換為輸出0~5V電壓的精密電流環(huán)接收器。其電路由優(yōu)質(zhì)的運放、片內(nèi)精密電阻網(wǎng)絡(luò)和一個精密基準源組成，%，高噪聲抗擾度CMR為86dB，共模輸入范圍為177。40V。在最大標定狀態(tài)下工作時。10V基準提供10V具有典型漂移值5*106/oC的精密電壓輸出。RCV420的電路接線圖如下圖 圖38 RCV420的電路接線圖 A/D轉(zhuǎn)換器的選擇A/D(ADC)轉(zhuǎn)換器的作用是把模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，以便于計算機進行處理。隨著超大規(guī)模電路技術(shù)的飛速發(fā)展，A/D轉(zhuǎn)換器的新設(shè)計思想和制造技術(shù)層出不窮。為滿足各種不同的檢測和控制任務的需要，大量結(jié)構(gòu)不同、性能各異的A/D轉(zhuǎn)換芯片應運而生。 在本次課題設(shè)計中我采用ADC0809型A/D轉(zhuǎn)換性片，它是一種逐次比較式8路模擬輸入、8位數(shù)字量輸出的A/D轉(zhuǎn)換器，由單一的+5V電源供電。片內(nèi)帶有所存功能的8路選1的模擬開關(guān)，由C、B、A引腳的編碼來決定所選的通道。0809完成一次轉(zhuǎn)換需要100μs左右輸出具有TTL三態(tài)鎖存緩沖器，可直接連接到MCS51的數(shù)據(jù)總線上。(1) 轉(zhuǎn)換時間的選擇轉(zhuǎn)換速度是指完成一次A/D轉(zhuǎn)換所需時間的倒數(shù)，是一個很重要的指標。A/D轉(zhuǎn)換器型號不同，轉(zhuǎn)換速度差別很大。通常，8位逐次比較式ADC的轉(zhuǎn)換時間為100us左右。由于本系統(tǒng)的控制時間允許，可選8位逐次比較式A/D轉(zhuǎn)換器。 (2) ADC位數(shù)的選擇A/D轉(zhuǎn)換器的位數(shù)決定著信號采集的精度和分辨率。 %。對于該8個通道的輸入信號，8位A/D轉(zhuǎn)換器，其精度為輸入為0～5V時，分辨率為—A/D轉(zhuǎn)換器的滿量程值 —ADC的二進制位數(shù)量化誤差為ADC0809是TI公司生產(chǎn)的8位逐次逼近式模數(shù)轉(zhuǎn)換器，包括一個8位的逼近型的ADC部分，并提供一個8通道的模擬多路開關(guān)和聯(lián)合尋址邏輯，為模擬通道的設(shè)計提供了很大的方便。[10]用它可直接將8個單端模擬信號輸入，分時進行A/D轉(zhuǎn)換，在多點巡回監(jiān)測、過程控制等領(lǐng)域中使用非常廣泛,所以本設(shè)計中選用該芯片作為A/D轉(zhuǎn)換電路的核心。 (3)ADC0809的引腳圖如下圖 圖39 ADC0809引腳圖各引腳的功能如下： IN0～IN7：8個通道的模擬量輸入端?？奢斎?～5V待轉(zhuǎn)換的模擬電壓。 D0～D7：8位轉(zhuǎn)換結(jié)果輸出端。三態(tài)輸出，D7是最高位，D0是最低位。 A、B、C：通道選擇端。當CBA=000時，IN0輸入；當CBA=111時，IN7輸入。 ALE：地址鎖存信號輸入端。該信號在上升沿處把A、B、C的狀態(tài)鎖存到內(nèi)部的多路開關(guān)的地址鎖存器中，從而選通8路模擬信號中的某一路。 START：啟動轉(zhuǎn)換信號輸入端。從START端輸入一個正脈沖，其下降沿啟動ADC0809 開始轉(zhuǎn)換。脈沖寬度應不小于100～200ns。 EOC：轉(zhuǎn)換結(jié)束信號輸出端。啟動A/D轉(zhuǎn)換時它自動變?yōu)榈碗娖健? OE：輸出允許端。 CLK：時鐘輸入端,ADC0809的典型時鐘頻率為640kHz，轉(zhuǎn)換時間約為100μs。 REF()、REF(+)：參考電壓輸入端。ADC0809的參考電壓為＋5V。 VCC、GND：供電電源端。ADC0809使用＋5V單一電源供電。當ALE為高電平時，通道地址輸入到地址鎖存器中，下降沿將地址鎖存，并譯碼。在START上升沿時，所有的內(nèi)部寄存器清零，在下降沿時，開始進行A/D轉(zhuǎn)換，此期間START應保持低電平。在START下降沿后10us左右，轉(zhuǎn)換結(jié)束信號變?yōu)榈碗娖剑珽OC為低電平時，表示正在轉(zhuǎn)換，為高電平時，表示轉(zhuǎn)換結(jié)束。OE為低電平時，D0～D7為高阻狀態(tài)，OE為高電平時，允許轉(zhuǎn)換結(jié)果輸出。(4) ADC0809與89C51 的接口方法 ADC0809與8051單片機的硬件接口有3種形式，分別是查詢方式、中斷方式和延時等待方式，本題中選用內(nèi)部延時等待方式。由于ADC0809無片內(nèi)時鐘，時鐘信號可由單片機的ALE信號經(jīng)D觸發(fā)器二分頻后獲得。ALE引腳得脈沖頻率是8051時鐘頻率的1/6。該題目中單片機時鐘頻率采用6MHz,則ALE輸出的頻率是1MHz，二分頻后為500Hz,符合ADC0809對頻率的要求。由于ADC0809內(nèi)部設(shè)有地址鎖存器，所以通道地址由P0口的低3位直接與ADC0809的A、B、C相連。通道基本地址為0000H～0007H。其對應關(guān)系如下表所示： 表31 0809輸入通道地址控制信號：，在啟動A/D轉(zhuǎn)換時。由于ALE和START連在一起，因此ADC0809在鎖存通道地址的同時也啟動轉(zhuǎn)換。[11]在讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果時，產(chǎn)生正脈沖作為OE信號，用一打開三態(tài)輸出鎖存器。其接口電路如下圖所示。圖310 0809與單片機的接線圖流量傳感器和PH值傳感器采集的信號經(jīng)過RCV420芯片的I/V變換分別送入ADC0809的IN0和IN1二個輸入端口，因為ADC0809是采用逐次比較的方法來完成A/D轉(zhuǎn)換的，所以INO和IN1二個輸入端要逐次轉(zhuǎn)換，這就要依靠A、B、C來決定所選的通道。 輸出通道的設(shè)計 輸出信號是經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換器和V/I變換器送入電動調(diào)節(jié)閥，從而來控制電石渣液的流量。 D/A轉(zhuǎn)換器的選擇 D/A(數(shù)/模)數(shù)模轉(zhuǎn)換器輸入的是數(shù)字量，經(jīng)轉(zhuǎn)換后輸出的是模擬量。轉(zhuǎn)換過程是先將MCS51送到D/A轉(zhuǎn)換器的各位二進制數(shù)按其權(quán)的大小轉(zhuǎn)換為相應的模擬分量，然后再以疊加方法把各模擬分量相加，其和就是D/A轉(zhuǎn)換的結(jié)果。使用 D/A轉(zhuǎn)換器時，要注意區(qū)分D/A轉(zhuǎn)換器的輸出形式和內(nèi)部是否帶有鎖存器。1) 電壓與電流輸出形式 D/A轉(zhuǎn)換器有二種輸出形式，一種是電壓輸出形式，即給D/A轉(zhuǎn)換器輸入的是數(shù)字量，而輸出為電壓。另一種是電流輸出形式，即輸出為電流。在實際應用中對于電流輸出的D/A轉(zhuǎn)換器，如需要模擬電壓可在其輸出端加一個運算放大器構(gòu)成的電流/電壓轉(zhuǎn)換電路，將電流輸出轉(zhuǎn)換成電壓輸出。2) D/A轉(zhuǎn)換器內(nèi)部是否帶有鎖存器由于D/A轉(zhuǎn)換器需要一定時間的，在這段時間內(nèi)D/A轉(zhuǎn)換器輸入端的數(shù)字量應保持穩(wěn)定，為此應當在D/A轉(zhuǎn)換器數(shù)字量輸入端的前面設(shè)置鎖存器，以提供數(shù)據(jù)所存功能。D/A轉(zhuǎn)換器主要技術(shù)指標有1) 分辨率 分辨率是指輸入給 D/A轉(zhuǎn)換器的單位數(shù)字量變化引起的模擬量輸出的變化，是輸出對輸入量變化敏感程度的描述。通常定義為輸出滿刻度值與2n之比(n為 D/A轉(zhuǎn)換器的二進制位數(shù))。顯然二進制位數(shù)越多分辨率越高，即D/A轉(zhuǎn)換器對輸入量變化的敏感程度越高。2)建立時間建立時間是描述D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換快慢的一個參數(shù)，用于表明轉(zhuǎn)換速度。其值為從輸入數(shù)字量到輸出達到終值誤差177。(1/2)LSB時所需的時間。輸出形式為電流的轉(zhuǎn)換時間較短，而輸出形式為電壓的轉(zhuǎn)換器，由于要加上完成I/V轉(zhuǎn)換的運算放大器的延時時間，因此建立時間要長一些?？焖俚腄/A轉(zhuǎn)換器的建立時間可達1μs以下。3) 精度理想情況下，精度與分辨率基本一致，位數(shù)越多精度越高。但由于電源電壓、參考電壓、電阻等各種因素存在著誤差。嚴格講精度與分辨率不完全一致。只要位數(shù)相同，分辨率則相同，但相同位數(shù)的不同轉(zhuǎn)換器精度會有所不同。[12]在本次課題設(shè)計中我采用DAC0832芯片作為D/A轉(zhuǎn)換器。美國國家半導體公司的DAC0832芯片是具有2個輸入數(shù)據(jù)存儲器的8位DAC，它能直接與MCS51單片機相連。 DAC0832引腳圖如下圖 圖311 DAC0832引腳圖各引腳的功能如下： Vcc：是源電壓（+5~+15V）。 Vref：基準電壓（10~10V）。 D0~D7：數(shù)字信號輸入端。 IN0~IN7：8路模擬信號輸入端。 AAA0 ：地址輸入端。ALE地址鎖存允許輸入信號，在此腳施加正脈沖，上升沿有效，此時鎖存地址碼，從而選通相應的模擬信號通道，以便進行A/D轉(zhuǎn)換。 START：啟動信號輸入端，應在此腳施加正脈沖，當上升沿到達時，內(nèi)部逐次逼近寄存器復位，在下降沿到達后，開始A/D轉(zhuǎn)換過程。 ILE：輸入寄存器允許，高電平有效。 CS：片選信號，低電平有效。 WR1：寫信號1，低電平有效。 XFER：傳送控制信號，低電平有效。 WR2：寫信號2，低電平有效。 IOUTIOUT2：DAC電流輸出端。 Rfb：是集成在片內(nèi)的外接運放的反饋電阻。 EOC：轉(zhuǎn)換結(jié)束輸出信號（轉(zhuǎn)換接受標志），高電平有效。 OE：輸入允許信號，高電平有效。 AGND：模擬地 NGND：數(shù)字地，可與AGND接在一起使用。DAC0832的主要特性有： 1)分辨率為8位； 2)電流輸出，穩(wěn)定時間為1μs； 3)可雙緩沖輸入、單緩沖輸人或直接數(shù)字輸入； 4)單一電源供電(+5V~+15V)； 5)低功耗，20mW；DAC0832芯片與MCS51接口時，常用的是單緩沖方式或雙緩沖方式的單機行輸出。1） 單緩沖方式單緩沖方式是指DAC0832內(nèi)部的二個數(shù)據(jù)緩沖器有一個處于直通方式，另一個處于受MCS51控制的鎖存方式。在實際應用中，如果只有一路模擬量輸出，或雖是多路模擬量輸出但并不要求多路輸出同步的情況下，就可以采用單緩沖方式。2） 雙緩沖方式對于多路的D/A轉(zhuǎn)換，要求同步輸出時，必須采用雙緩沖方式。以此種方式工作時，數(shù)字量的輸入鎖存和D/A轉(zhuǎn)換輸出是分二步完成的。單片機必須通過LE1端來鎖存待轉(zhuǎn)換數(shù)字量，通過LE2端來啟動D/A轉(zhuǎn)換。因此，雙緩沖方式下，DAC0832應該為單片機提供二個I/O端口。在本次課題設(shè)計中我采用單緩沖方式，與89C51的接口電路如下圖圖312 DAC0832與89C51的接口電路 V/I變換器的選擇 由于從D/A轉(zhuǎn)換器送出的是電壓(05V)不能直接接入電動調(diào)節(jié)閥，因此，我要把電壓轉(zhuǎn)換為電流，采用V/I變換器XTR110型。它是美國BurrBrown公司推出的精密電壓/電流變換器，它是專為模擬信號傳輸所設(shè)計的?？捎糜趯?5V或010V的輸出電壓轉(zhuǎn)換成420mA的輸出電流。此外，其內(nèi)部精確的+10V參考電壓也用于驅(qū)動外部電路。該芯片是由精密電阻網(wǎng)絡(luò)模塊、電壓/電流變換模塊、電流/電流變換模塊和精密+10V電壓基準模塊組成。由于它利用電流進行傳輸，所以能有效克服在長線傳送過程中環(huán)境干擾對測試的影響，從而使其性能大大提高。[13]XTR110的主要性能特點： 1)采用標準的420mA電流傳輸； 2)輸入/輸出范圍可選擇； 3)%； 4)帶有精確的+10V參考電壓輸出； 5)采用獨立電源工作模式，且電源范圍很寬()； 6)引腳可編程；XTR110轉(zhuǎn)換的電路連接圖如下圖圖313 XTR110電路接線圖 電動調(diào)節(jié)閥的選擇電動調(diào)節(jié)閥在本次設(shè)計中的作用是控制調(diào)節(jié)電石渣液的流量，我采用的是KVQJP型電動調(diào)節(jié)閥，由低流阻直通單座閥，或與低流阻套筒閥配用德國進口PS系列和日本工裝3610系列直行程電動執(zhí)行機構(gòu)組成。電動執(zhí)行機構(gòu)內(nèi)有伺服放大器，無需另配用放大器，有輸入控制信號(420mA DC或15V DC)及單相電源即可控制運轉(zhuǎn)，實現(xiàn)對流量參數(shù)的調(diào)節(jié)。具有體積小、重量輕、連線簡單、流量大、調(diào)節(jié)精度高等特點，廣泛應用于電力、石油、化工、冶金、環(huán)保、輕工、教學和科學研究設(shè)備等行業(yè)的工業(yè)過程自動化控制系統(tǒng)中。最小閥芯口徑3mm。[14] 電磁閥的設(shè)計 當通過電動調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié)電石渣液的流量，使中和后的廢液的PH值穩(wěn)定在7附近時，這時就需要將廢水排放，我用電磁閥來控制這一過程。電磁閥是用來控制流體的自動化基礎(chǔ)元件，屬于執(zhí)行器；并不限于液壓，氣動。電磁閥用于控制液壓流動方向，工廠的機械裝置一般都由液壓鋼控制，所以就會用到電磁閥。電磁閥里有密閉的腔，在的不同位置開有通孔，每個孔都通向不同的油管，腔中間是閥，兩面是兩塊電磁鐵，哪面的磁鐵線圈通電閥體就會被吸引到哪邊，通過控制閥體的移動來檔住或漏出不同的排油的孔，而進油孔是常開的，液壓油就會進入不同的排油管，然后通過油的壓力來推動