【文章內(nèi)容簡介】 出就完成了 A／ D 轉(zhuǎn)換過程。這種方法好比用天平稱一個(gè)物體的重量，第一次放最大的砝碼，若不合適，就改放小一號(hào)的，依次類推。一旦天平指示砝碼太重說明剛才放進(jìn)去的那個(gè)應(yīng)當(dāng)取走，顯然對(duì)于 n 位的轉(zhuǎn)換器，總共需要重復(fù)這種過程 n 次。 ADC0809 轉(zhuǎn)換芯片 本開發(fā)系統(tǒng)的 A／ D轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)硬件主要是由 ADC0809轉(zhuǎn)換芯片和四個(gè)可變電位器組成的。 ADC0809 是 8 位 8 通路逐次逼近式 A／ D 轉(zhuǎn)換器，輸入電壓在(O～ 5)V，最大不可調(diào)誤差小 177。1LSB，它具有高速、高精度、溫度依賴度低以及在長期工作條件下能耗小、重復(fù)性好等優(yōu)點(diǎn)。 ADC0809 芯片的引腳圖如圖 26所示。由圖 26 可看芯片主要是由一個(gè) 8 位 A／ D 轉(zhuǎn)換器、 8 路模擬輸入選通開關(guān)、地址鎖存及譯碼電路工作和三態(tài)數(shù)據(jù)輸出鎖存器組成。為實(shí)現(xiàn) 8 路模擬通道能有條不紊地工作，首先通過地址譯碼鎖存器選通所要開通的 8 路模擬通道中的一路開關(guān)，將模 擬信號(hào)送入 A/D 轉(zhuǎn)換器中實(shí)現(xiàn) A/D 的轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)放到三態(tài)數(shù)據(jù)鎖存器中等待 CPU 來取，取后由 CPU 啟動(dòng)新一次的地址譯碼，東北電力大學(xué) 本科畢業(yè) 論 文 15 重復(fù)以上完成新一次的 A/D 轉(zhuǎn)換。 ADC0809 芯片提供了高轉(zhuǎn)換速度、高精密度、環(huán)境影響小和低功耗等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。下圖為 ADC0809 芯片的引腳圖。 1 2 3 4ABCD4321DCBAT i t l eN u m b e r R e v i s i o nS i z eL e t t e rD a t e : 1 9 J u n 2 0 0 7 S h e e t o f F i l e : E : \ 曹德寶 \ 2 2 \ B A C K U P ~ 1 1 1 1 1 . B k p D r a w n B y :I N 026m s b 2 1212 220I N 1272 3192 418I N 2282 582 615I N 312 714l s b 2 817I N 42E O C7I N 53A D D A25I N 64A D D B24A D D C23I N 75A L E22r e f ( )16E N A B L E9S T A R T6r e f ( + )12C L O C K10A D C 0 8 0 9 圖 26 ADC0809 芯片的引腳圖 ADC0809 是帶有 8 位 A/D 轉(zhuǎn)換器、 8 路多路開關(guān)以及與微型計(jì)算機(jī)兼容的控制邏輯的 CMOS 組件，其轉(zhuǎn)換方法為逐次逼近型。在 A/D 轉(zhuǎn)換器內(nèi)部含有一個(gè)高阻抗斬波穩(wěn)定比較器，一個(gè)帶有模 擬開關(guān)樹組的 256 電阻分壓器，以及一個(gè)逐次逼近型寄存器。 8 路的模擬開關(guān)由地址鎖存器和譯碼器控制，可以在 8個(gè)通道中任意訪問一個(gè)通道的模擬信號(hào)。由于多路開關(guān)的地址輸入部分能夠進(jìn)行鎖存和譯碼，而且三態(tài) TTL 輸出也可以鎖存，所以它易于與微型計(jì)算機(jī)接口。 鍵盤及顯示接口 顯示部分我采用三位 7 段 LED 顯示器， LED 顯示器是單片機(jī)應(yīng)用中最常用的輸出部件，它是由若干發(fā)光二極管組成，當(dāng)發(fā)光二極管導(dǎo)通時(shí)，相應(yīng)的一個(gè)點(diǎn)或一個(gè)筆畫發(fā)光，不同組合的二極管導(dǎo)通，就能顯示出各種字符。用 LED 是因?yàn)樗哂酗@示清晰、亮度高、使用電壓 低、光電轉(zhuǎn)換效能高、壽命長的特點(diǎn)。東北電力大學(xué) 本科畢業(yè) 論 文 16 LED（發(fā)光二極管）最早出現(xiàn)在 19 世紀(jì) 60 年代，現(xiàn)在我們可以經(jīng)常在電氣和電子設(shè)備上看到這些二極管作為指示燈來用。 LED 就是一種半導(dǎo)體元件，其電氣性能與普通二極管相同，不同之處在于當(dāng)給 LED 通電流時(shí)，它會(huì)發(fā)光。由于LED 是固態(tài)的，所以它能延長傳感器的使用壽命。因而使用 LED 的光電傳感器能被做得更小，且比白熾燈傳感器更可靠。不像白熾燈那樣， LED 抗震動(dòng)抗沖擊，并且沒有燈絲。另外， LED 所發(fā)出的光能只相當(dāng)于同尺寸白熾燈所產(chǎn)生光能的一部分。 在微型機(jī)系統(tǒng)中， LED 常用的顯示方法有兩 種。一種是靜態(tài)顯示，一種是動(dòng)態(tài)顯示。所謂的靜態(tài)顯示是由單片機(jī)一次輸出后就能顯示后就能保持，直到下次送新的顯示模式為止。這種顯示占用機(jī)少，顯示可靠；缺點(diǎn)是使用元件多，且線路比較復(fù)雜，因而成本比較高。這種顯示器顯示方式的每一個(gè)七位顯示器需要一個(gè)八位輸出控制，我的設(shè)計(jì)就是采用的就是靜態(tài)顯示。所謂動(dòng)態(tài)顯示就是單片機(jī)定時(shí)的對(duì)顯示器進(jìn)行掃描。這種方法中，顯示器件分時(shí)工作，每次只能有一個(gè)器件顯示，但由于人的視覺暫留現(xiàn)象，所以，仍感覺到所有的器件都 “同時(shí) ”顯示。這種顯示方法的優(yōu)點(diǎn)是使用硬件少，因而價(jià)格低，但占用機(jī)時(shí)多，只要 單片機(jī)不執(zhí)行顯示程序，就立刻停止顯示。動(dòng)態(tài)顯示的亮度與導(dǎo)電電流有關(guān)，也與點(diǎn)亮?xí)r間和間隔時(shí)間比例有關(guān)。 鍵盤是有若干按鍵組成的開關(guān)矩陣，它是最簡單的單片機(jī)輸入設(shè)備，通過鍵盤輸入數(shù)據(jù)或命令，來實(shí)現(xiàn)簡單的人機(jī)對(duì)話。鍵盤可分為非編碼鍵盤和編碼鍵盤兩種。非編碼鍵盤有并行接口掃描和串聯(lián)接口掃描，我采用的是串行接口，它的組成是由移位寄存器 74LS164 和六個(gè)鍵組成， 74LS164 是一個(gè) 14 位腳的寄存器，集成電路芯片，由 8051 串行接口的 TXD 端輸出列掃描信號(hào)到 74LS164的 2 引腳，鍵閉合信號(hào)則用端口 、 、 輸入 8051 單片機(jī)，由 8051單片機(jī)的 TXD 引腳輸出移位時(shí)鐘脈沖到 74LS164 的時(shí)針輸入端（ CLK）。還有非前者用軟件來識(shí)別和產(chǎn)生代碼，后者則用鍵盤來識(shí)別，鍵盤處理程序?qū)崿F(xiàn)對(duì)鍵盤的管理，顯示具體見下圖。 東北電力大學(xué) 本科畢業(yè) 論 文 17 1 2 3 4ABCD4321DCBAT i t l eN u m b e r R e vi s i o nS i z eA4D a t e : 2 4 J u n 2 00 7 S he e t o f F i l e : C : \ D o c u m e nt s a nd S e t t i n gs \ A d m i n i s t r a t o r \桌面 \ 加油 \ 大圖 \ 曹德寶大圖 . d dbD r a w n B y :A1B2QA3QB4QC5QD6CLK8CLR9QE10QF11QG12QH137 4L S 16 4abfcgdeV C C1234567abcdefg8dpdp9A M B E R C A1K 1K1K1K1K1K1K 1KA17A18A19A20A21A22A23A24A 1 7A 1 8A 1 9A 2 0A 2 1A 2 2A 2 3A 2 4 圖 27 LED 顯示器 自動(dòng)報(bào)警電路 下列四種情況發(fā)生系統(tǒng)報(bào)警。 1)當(dāng)鍋爐達(dá)到上限極限水位時(shí)報(bào)警，爐內(nèi)的水位到達(dá)上限極限水位時(shí)系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警； 2)鍋爐內(nèi)壓力過高報(bào)警，壓力傳感器檢測到鍋爐內(nèi)壓力過高與設(shè)定值時(shí)發(fā)出報(bào)警 。 3)鍋爐內(nèi)壓力過低報(bào)警，壓力傳感器檢測到鍋爐內(nèi)壓力過低 與設(shè)定值時(shí)發(fā)出報(bào)警 。 4)循環(huán)泵故障報(bào)警，當(dāng)循環(huán)泵開啟后，出水與回水溫度的差值很大，認(rèn)為循環(huán)泵故障，報(bào)警系 統(tǒng) 報(bào)警。 東北電力大學(xué) 本科畢業(yè) 論 文 18 1 2 3 4ABCD4321DCBAT i t l eN u m b e r R e vi s i o nS i z eA4D a t e : 2 4 J u n 2 00 7 S he e t o f F i l e : C : \ D o c u m e nt s a nd S e t t i n gs \ A d m i n i s t r a t o r \ 桌面 \ 加油 \ 大圖 \ 曹德寶大圖 . d dbD r a w n B y :A1B2QA3QB4QC5QD6CLK8CLR9QE10QF11QG12QH137 4L S 16 4abfcgdeV C C1234567abcdefg8dpdp9A M B E R C A1K 1K1K1K1K1K1K 1KQLSS P E A K E RR1K+ 12231UA7 4L S 33A17A18A19A20A21A22A23A24A 1 7A 1 8A 1 9A 2 0A 2 1A 2 2A 2 3A 2 412 3UA 圖 28 自動(dòng)報(bào)警電路的接線圖 東北電力大學(xué) 本科畢業(yè) 論 文 19 3 傳感器的選擇設(shè)計(jì) 在本設(shè)計(jì)中 ,傳感器的選擇是非常重要的 ,傳感器是能感受規(guī)定的被測量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的器件或裝置 ,它通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成 ,它的性能直接影響到整個(gè)檢測系統(tǒng) ,對(duì)檢測精確度起著重要的作用。 傳感器的種類很多 ,有溫度傳感器 ,加速度傳感器 ,光學(xué)傳感器 ,壓力傳感器等 ,本設(shè)計(jì) 主要采用的是電容式傳感器、光電式傳感器和壓電式傳感器來對(duì)液位、溫度和壓力進(jìn)行檢測 ,在把檢測的電信號(hào)通過 ADC0809 入到單片機(jī)進(jìn)行分析 ,在由 LED 進(jìn)行顯示和鍵盤控制 ,實(shí)行對(duì)液位、溫度和壓力的報(bào)警。 液位傳感器的設(shè)計(jì) 我設(shè)計(jì)的液位傳感器主要是由高亮二極管和光敏三極管所組成的設(shè)備。水位檢測是通過四對(duì)高亮二極管和光敏三極管分別安裝在四個(gè)不同的位置，由上至下四個(gè)輸出端口分別接單片機(jī)的 、 、 、 口，實(shí)時(shí)對(duì)鍋爐里的水位進(jìn)行檢測。當(dāng)水位到達(dá)某一光敏三極管的位置時(shí)，其輸出端口就向單片機(jī)輸 出高電平；當(dāng)水位低于此光敏三極管的位置時(shí)，其輸出端口就向單片機(jī)輸出低電平。由上至下的第一個(gè)位置為水位上限報(bào)警線，即當(dāng)水位高于此位置時(shí)，開水房控制系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)報(bào)警，提醒工作人員注意，加水電磁閥有可能出故障；第二個(gè)位置是自動(dòng)停止加水線，即當(dāng)水位高于此位置時(shí)，控制系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)關(guān)閉加水電磁閥，停止加水；第三個(gè)位置是自動(dòng)加水線，即當(dāng)水位低于此位置時(shí)，控制系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)接通加水電磁閥，開水加水；第四個(gè)位置是水位下限報(bào)警線，即當(dāng)水位低于此位置時(shí)，開水房控制系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)報(bào)警，提醒工作人員注意，加水電磁閥可能出故障。 高亮二極管和 光敏三極管都屬于光電傳感器，下面介紹光電式傳感器。 光電式傳感器 光電傳感器是一種小型電子設(shè)備，它可以檢測出其接收到的光強(qiáng)的變化。早期的用來檢測物體有無的光電傳感器是一種小的金屬圓柱形設(shè)備，發(fā)射器帶東北電力大學(xué) 本科畢業(yè) 論 文 20 一個(gè)校準(zhǔn)鏡頭，將光聚焦射向接收器，接收器出電纜將這套裝置接到一個(gè)真空管放大器上。在金屬圓筒內(nèi)有一個(gè)小的白熾燈作為光源。這些小而堅(jiān)固的白熾燈傳感器就是今天光電傳感器的雛形。 光電檢測方法具有精度高、反應(yīng)快、非接觸等優(yōu)點(diǎn)，而且可測參數(shù)多，傳感器的結(jié)構(gòu)簡單，形式靈活多樣，因此 ,光電式傳感器在檢測和控制中應(yīng)用非 常廣泛。 由光通量對(duì)光電元件的作用原理不同所制成的光學(xué)測控系統(tǒng)是多種多樣的，按光電元件 (光學(xué)測控系統(tǒng) )輸出量性質(zhì)可分二類，即模擬式光電傳感器和脈沖 (開關(guān) )式光電傳感器。模擬式光電傳感器是將被測量轉(zhuǎn)換成連續(xù)變化的光電流，它與被測量間呈單值關(guān)系。 而我設(shè)計(jì)的液位傳感器的主要組成光敏三級(jí)管就是屬于模擬式光電傳感器。通過吸收高亮二極管的光來測量液位的高度 ,在轉(zhuǎn)化成光電流傳到模擬傳感器 ADC0809 中。光電傳感器中的工作原理都基于不同形式的光電效應(yīng) ,通常把光電效應(yīng)分為三類： 1)在光線作用下能使電子逸出物體表面的現(xiàn)象 稱為外光電效應(yīng)，基于外光電效應(yīng)的光電元件有光電管、光電倍增管等。 2)在光線作用下能使物體的電阻率改變的現(xiàn)象稱為內(nèi)光電效應(yīng)。基于內(nèi)光電效應(yīng)的光電元件有光敏電阻、光敏晶體管等。 3)在光線作用下，物體產(chǎn)生一定方向電動(dòng)勢(shì)的現(xiàn)象稱為光生伏特效應(yīng)，基于光生伏特效應(yīng)的光電元件有光電池等。 我們知道， PN 結(jié)加反向電壓時(shí)，反向電流的大小取決于 P 區(qū)和 N 區(qū)中少數(shù)載流子的濃度，無光照時(shí) P 區(qū)中少數(shù)載流子 (電子 )和 N 區(qū)中的少數(shù)載流子 (空穴 )都很少，因此反向電流很小。但是當(dāng)光照 PN 結(jié)時(shí)，只要光子能量 h 大于材料的禁帶寬度，就會(huì)在 PN 結(jié)及其附近產(chǎn)生光生電子 .空穴對(duì)，從而使