【文章內容簡介】 D1 構成恒流源電路，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 INA326EA 放大后送入多路模擬切換開關，然后由 C805lF060 的 A／ D 電路進行 A／ D 轉換。 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?？偣灿?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 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。 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 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。它具有結構簡單，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，不會破壞被測介質的溫度場。 熱電偶的測溫原理的以熱電效應為基礎的，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向導體Ｂ擴散的電子數(shù)將比導體Ｂ向導體Ａ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備之中，冷端置于設備之外。 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，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生的不平衡電壓 abU 作為 補償信號。 本設計采用 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中使用。當介質溫度低于 成都大學學士學位論文（設計 ） 12 500℃時亦可用于還原介質中測量溫度。 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