【文章內(nèi)容簡介】 D1 構(gòu)成恒流源電路，對橋式電路傳感器提供恒流源。橋式電路傳感器輸出信號 INl+、 INl 一經(jīng) INA326EA 放大后送入多路模擬切換開關(guān)，然后由 C805lF060 的 A／ D 電路進行 A／ D 轉(zhuǎn)換。 INA326EA 是一款單電壓供電、高性能、低功耗、滿幅度輸入輸出的儀表運算放大器。運算放大器電路放大倍數(shù) G=2K1／ R3。總共有 4 路模擬運算放大電路。圖 6 為其中一路模擬運算放大電路。 圖 2－ 6 模擬運算放大電路 定時器 /計數(shù)器 CIP51有 3個與標準 8051MCU兼容的 16位計數(shù)器 /定時器，它們可用來測量時間間隔，對外部事件計數(shù)和產(chǎn)生周期性的中斷請求。定時器 0和 1幾乎完全相同 ，并且有 4種工作方式。定時器 2提供定時器 1和 0沒有的附加功能例如捕捉和產(chǎn)生波特率。 表 21 定時 /計數(shù)器表 當作為定時器時計數(shù)器 /定時，器寄存器在每一個定時時鐘脈沖下都加 1或 12除。由 CKCON 中的定時器時鐘選擇位 T2MT0M 指定。定時時鐘脈沖為 12個系統(tǒng)鐘周期選項提供了與標準 8051系列的兼容性。如果需要更快的定時器可以使用 1個時鐘選項。 當作為計數(shù)器時計數(shù)器 /定時器寄存器在選擇的輸入引腳 P04/T0,P05/T1,P06/T2每 1次從高到低跳變都加 1對事件計數(shù)的最大 頻率為系統(tǒng)時鐘頻率的 1/4輸入信號不必是階段性的但是它應該被保持在給定的電平至少 2個完整的系統(tǒng)時鐘周期來確保該電偏高取樣。 定時器 0和定時器 1通過 SFR進行訪問和控制，每個計數(shù)器 /定時器都是 16位寄存器。在被訪問時以兩個字節(jié)的形式出現(xiàn)：一個低字節(jié) TL0或 TL1和一個高字節(jié) TH0或 TH1。 計數(shù)器 /定時器控制寄存器 成都大學學士學位論文（設(shè)計 ） 8 TCON用來使能定時器 0和定時器 1以及指示其狀態(tài)。這兩個定時器 /計數(shù)器都有四種工作方式，通過設(shè)置定時器 /計數(shù)器方式寄存器 TMOD中的方式選擇位 M1M0 來選擇工作方式每個定時器都可被獨立配置。 （ 1） 定時 /計數(shù)器控制寄存器 圖 2－ 7 TCON 控制寄存器 7位： TF1： 定時器 1溢出標志 當定時器 1 溢出時由硬件置位這個標志能被軟件清除當 CPU進入定時器 1中斷服務程序時它被自動清除。 0定時器 1未溢出。 1定時器 1已溢出。 6位： TR1： 定時器 1控制 0定時器 1禁止。 1定時器 1允許。 5位： TF0： 定時器 0 溢出標志 當定時器 0 溢出時由硬件置位該標志能被軟件清除當 CPU 進入定時器 0 中斷服務程序時它被自動清除。 0定時器 0未溢出。 1定時器 0已溢出。 4位： TR1： 定時器 0 控制 0 定時器 0禁 止。 1 定時器 0允許。 3位： IE1 外部中斷 1 當檢測到一個 IT1 定義的邊沿 /電平時該標志由硬件置位它能被軟件清除但是當 IT1=1 時如果CPU進入外部中斷 1 服務程序則自動清除當 IT 1=0 時該標志是 /INT1 輸入信號的邏輯電平取反。 2位： IT1： 中斷 1 類型選擇 此位選擇 /INT1 信號檢測到下降沿中斷還是檢測到低電平有效中斷。 0 /INT1是電平觸發(fā)。 1 /INT1是邊沿觸發(fā)。 1位： IE0： 外部中斷 0 當檢測到一個 IT0定義的邊沿 /電平時該標志由硬件置位它能被軟件清除但是當 IT0=1時如果CPU進入外部中斷 1 服務程序則自動清除當 IT0=0 時該標志是 /INT0 輸入信號的邏輯電平取反。 0位： IT0： 中斷 0 類型選擇 此位選擇 /INT0 信號否檢測到下降沿中斷還是檢測到低電平有效中斷。 0 /INT0 是電平觸發(fā)。 1 /INT0 是邊沿觸發(fā)。 （ 2） 定時 /計數(shù)器方式寄存器 成都大學學士學位論文（設(shè)計 ） 9 圖 2－ 8 TMOD 方式寄存器 7位： GATE1：定時器 1門控位。 0： 當 TR1=1 時無論 /INT1 如何定時器 1允許。 1： 只有在 TR1=1并且 /INT1=邏輯 1時定時器 1允許。 6位： C/T1： 計數(shù) 器 /定時器 1選擇。 0： 定時器功能 T1M 位 定義的時鐘使定時器 1加 1. 1： 計數(shù)器功能在外部輸入引腳 54位： T1M1T1M0： 定時器 1方式選擇。 這些位選擇定時器 1 操作方式 表 22 定時器 1 選擇一覽 表 3位： GATE0： 定時器 0 門控位 0： 當 TR0=1 時無論 /INT0 如何定時器 0 允許 1： 只有在 TR0=1 并且 /INT0=邏輯 1 時定時器 0 允許 2位： C/T0： 計數(shù)器 /定時器選擇 0： 定時器功能 T0M 位 定義的時鐘使定時器 0 加 1： 計數(shù)器功能在外部輸入引腳 01位： T0M1T0M0： 定時器 0 方式選擇 這些位選擇定時器 0 操作方式 表 23 定時器 0 選擇一覽表 （ 3） 時鐘控制寄存器 圖 2－ 9 CKCON 時鐘控制寄存器 76位：未用讀 =00b， 寫 =無關(guān) 5位： T2M： 定時器 2時鐘選擇 此位控制定時器 2 的系統(tǒng)時鐘的分頻當定時器為波特率發(fā)生方式或計數(shù)器方式即（ C/T2=1） 成都大學學士學位論文（設(shè)計 ） 10 此位被忽略。 0： 定時器 2使用系統(tǒng)時鐘的 12分頻。 1： 定時器 2使用系統(tǒng)時鐘。 4位： T1M： 定時器 1時鐘選擇 此位控制定時器 1的系統(tǒng)時鐘的分頻。 0： 定時器 1使用系統(tǒng)時鐘的 12分頻。 1： 定時器 1使用系統(tǒng)時鐘。 3位 : T0M 定時器 0 時鐘選擇 此位控制計數(shù)器 /定時器 0 的系統(tǒng)時鐘的分頻。 0： 計數(shù)器 /定時器使用系統(tǒng)時鐘的 12分頻。 1： 計數(shù)器 /定時器使用系統(tǒng)時鐘。 02位：未用讀 =00b， 寫 =無關(guān)。 中斷系統(tǒng) 兩個外部中斷源（ /INT0 和 /INT1）可被配置為低電平觸發(fā)或下降沿觸發(fā)輸入，由 IT0（ ）和 IT1（ ）的設(shè) 置決定。 IE0（ ）和 IE1（ ）分別為外部中斷 /INT0 和 /INT1 的中斷標志。如果一個 /INT0 或 /INT1 外部中斷被配置為邊沿觸發(fā)， CPU 在轉(zhuǎn)向 ISR 時將自動清除相應的中斷標志。當被配置為電平觸發(fā)時，中斷標志將跟隨外部中斷輸入引腳的狀態(tài)，外部中斷源必須一直保持輸入有效直到中斷請求被響應。在 ISR 返回前必須使該中斷請求無效，否則將產(chǎn)生另一個中斷請求。 其余的 2個外部中斷（外部中斷 67）為邊沿觸發(fā)輸入，可以被配置為下降沿觸發(fā)或上升沿觸發(fā)。這些中斷的中斷標志和配置位在端口 3 中斷標志寄存器中。 熱電偶 熱電偶的工作原理 熱電偶是工程上應用最廣泛的溫度傳感器。它具有結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，準確度高，熱慣性小，穩(wěn)定性和復現(xiàn)性好，溫度測量范圍寬，適用于信號的遠傳自動記錄和集中控制的優(yōu)點，在溫度測量中占有重要的地位。此外，通過熱輻射來測溫，不會破壞被測介質(zhì)的溫度場。 熱電偶的測溫原理的以熱電效應為基礎(chǔ)的，將任意兩種不同的導體 A/ B 組成一閉合回路（圖211）只要其連接點 2溫度不同，在回路就產(chǎn)生熱電動勢，這種現(xiàn)象稱為熱效應，我們就是利用熱電偶的熱效應來測量溫 度的。從物理上看，熱電偶回路產(chǎn)生的熱電動勢主要是由接觸電動勢組成的。當兩種不同導體 A， B接觸是時，由于導體兩邊的自由電子密度不同，在交界上邊產(chǎn)生電子的互相擴散。在開始接觸的瞬間若導體Ａ中自由電子密度大于導體Ｂ中自由電子密度，則導體Ａ向?qū)wＢ擴散的電子數(shù)將比導體Ｂ向?qū)wＡ擴散的電子數(shù)多，因而使導體Ａ失去較多的電子而帶正電荷，導體Ｂ得到較多的電子而帶負電荷，致使在導體Ａ、Ｂ接觸外產(chǎn)生電場，以阻礙電子在導體Ｂ中的進一步積累，最后達到平衡。平衡時，在Ａ、Ｂ兩個導體間的電位差稱為接觸電動勢。其值決定于兩個導體的材料種 類和接觸點的溫度。 在圖 211所示的熱電偶回路中，當接觸 2的溫度不同時，則產(chǎn)生兩個不同的接觸電動勢 eAB(t)和 eAB(0)。這時回路中的總電勢。 E(t,t0)=eAB(t)eAB(t0) (21) 式中： e下標字母表示電勢的方向。 在實際使用熱電偶時，在熱電偶回路中總要接入測量儀表及導線，如圖 211所示： 1為熱電偶ABC； 2為測量儀表； 3為連接熱電偶和測量儀表的導線。 成都大學學士學位論文（設(shè)計 ） 11 圖 2－ 10 圖 2－ 11 熱電偶是由兩種不同導線或半導體材料焊接而成。焊接的一端稱為熱端（或工作端）與導線連接的一端稱為冷端。熱端插入需要測量的設(shè)備之中，冷端置于設(shè)備之外。 E(t,t0)=eAB(t)+eBC(t0)+eCA(t0) (22) 如果回路中各接點溫度相同 ， 即 t=t0， 則回路總電勢 E(t,t0)必為零 ， 即 E(t,t0)=eAB(t)+eBC(t0)+eCA(t0)=0 (23) eBC(t0)+eCA(t0) = AB(t0) (24) 24代入 23可得 E(t,t0)=eAB(t)eAB(t0) (25) 式 22 同式 23 完全一樣，由此可見，在熱電偶回路中接入第三種導體的兩個接點溫度相等，回路中總電勢值不變。 但是，如果圖 212中導體Ｂ、Ｃ和導體Ｃ、Ａ接點處溫度不同時，回路中總電勢會發(fā)生變化。所以，在使用熱電偶測溫時，冷端溫度應該使之相等。 一般熱電偶很短 (幾百 mm～幾千 mm)，熱電偶冷端溫度會隨設(shè)備和環(huán)境溫度不斷變化。為了保證測量精度，必須采取措施，使熱電偶冷端溫度保持恒定，可以把熱電偶做得很長，使冷端遠離被測物體，并連同測量儀表一起放到恒溫或溫度波動較小的儀表控制室。但是，這種方法是不經(jīng)濟的， 因為從現(xiàn)場到儀表室一般較遠，這將要耗費許多貴重的熱電板材料。所以 一般要冷端補償。 熱電偶的溫度補償 熱電偶測溫的誤差，在低溫大約為 度，高溫相對誤差大約為 %，例如，鉑銠 10 鉑熱電偶在 0600度間的允許誤差為177。 ，溫 度高于 600度時為177。 %，適用熱電偶時必須十分注意其適用條件，在有些氣氛環(huán)境下，熱電偶性會急劇變化，產(chǎn)生很大的測量誤差。 熱電偶的熱電勢大小不僅與測量溫度有關(guān)，還決定于自由端的溫度，所以適用熱電偶時常需保持冷端溫度恒定，例如冷端置于冰瓶中，由冰水混合物保持零度的冷端溫度，在工業(yè)測量儀表中，通常在電路中引入一個隨冷端溫度變化的附加電勢，自動補償冷端溫度的變化，以保證測量精度，考慮到冷端恒溫器或電勢補償裝置離測量點較遠，在使用較貴的熱電偶時，如果全用熱電偶 絲從測量點引至恒溫器，代價將太高，為了節(jié)約，工業(yè)上選 用較低溫度下，與所用熱電偶的熱電特性相近的廉價金屬，作為熱偶絲在低溫區(qū)的代替品，稱為補償導線，這樣熱偶絲只要引致溫度為 100 度以下的地方就行了，其他的長度可用廉價的補償導線來延伸。 為了補償熱電偶測量過程中因冷端溫度不為 0 或是變化而引起熱電勢的變化值，我們采用冷端溫度自動補償法，也稱為補償電橋法，補償電橋法是利用不平衡電橋產(chǎn)生的不平衡電壓 abU 作為 補償信號。 本設(shè)計采用 K型鎳鉻 鎳硅（鎳鋁）熱電偶，適用于 0℃～ 1000℃的溫度測量范圍，鎳相應的輸出電壓為 ，鎳為負極。 它適用于氧化性或中性介質(zhì)中使用。當介質(zhì)溫度低于 成都大學學士學位論文（設(shè)計 ） 12 500℃時亦可用于還原介質(zhì)中測量溫度。 DDZⅢ型溫度變送器 本次采用的是 DDZ－Ⅲ型溫度變送器，它的工作原理如下： 圖 2－ 12 變送器原理圖 直流信號通過輸入引線輸送到儀表，此電壓信號與零點調(diào)整橋路上的一臂上電勢相疊加后輸入到主放大器同相端，經(jīng)過放大器放大后成為電流信號疊加后輸入到主放大器同相端，經(jīng)過放大器放大后成為 4～ 20mA電流信號，流入輸出電流互感器初級，直流信號被 10Kz頻率的方波調(diào)制后耦合到互感 器初級，再被整流濾波成為 4～ 20mA DC信號輸出。此輸