【導(dǎo)讀】本論文詳細(xì)論述了PH測(cè)量?jī)x的設(shè)計(jì)，包括氫離子濃度的測(cè)量，標(biāo)定。PH測(cè)量?jī)x用三電極檢測(cè)系統(tǒng)，參比電極和指示電極對(duì)溶液中氫離子檢測(cè)。輸入電路采用高阻差分電路，傳感器的設(shè)計(jì)可。以減少溶液中其他離子的干擾。儀器以MSC–51單片機(jī)系統(tǒng)，可以完成儀器的。自動(dòng)校準(zhǔn)，溫度補(bǔ)償?shù)裙δ?。采用人機(jī)對(duì)話可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)測(cè)量，存儲(chǔ)，顯示等功。在實(shí)際的測(cè)量系統(tǒng)中，能斯特方程相應(yīng)的實(shí)際曲線往往偏離理想曲線，所以。故采用兩點(diǎn)標(biāo)定法，計(jì)算出實(shí)際

　　

【正文】 鍵，接入單片機(jī) P10 管腳。下翻、上翻即為翻頁(yè)鍵，分別接入單片機(jī) P1 P13 管腳。由單片機(jī)鍵盤子程序控制鍵盤的按鍵操作。 顯示元件采用 BJ19264D1 液晶顯示， BJ19264D1 中文字庫(kù)型液晶顯示模塊可以顯示字母、數(shù)字、中文字型及圖形，具有繪圖及文字畫面混合顯示功能。可顯示 192（列） 64（行）點(diǎn)陣?？赏瓿蓤D形顯示，也可顯示 12 4 個(gè)（ 1616 點(diǎn)陣）中文漢字。該元件可提 供三種控制接口： 8 位微處理器接口、 4 位微處理器接口、串行接口。模塊內(nèi)置 2M位元中文字型 ROM (CGROM)，總共提供8192 個(gè)中文字型 (16 16 點(diǎn)陣 )， 16K位元半寬字型 ROM (HCGROM)，總共提供126 個(gè)符號(hào)字型 (16 8 點(diǎn)陣 )， 64 16 位顯示 RAM(DDRAM)，另外繪圖顯示畫面提供一個(gè) 64 256 點(diǎn)的繪圖區(qū)域，可以和文字畫面混和顯示。這里選擇串行接口。 第三章 PH測(cè)量系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 22 1 2 3 4ABCD4321DCBAT i t l eN u m b e r R e vi s i onS i z eA4D a t e : 16 J u n 20 10 S h e e t o f F i l e : C : \ P R O G R A M F I L E S \ D E S I G N E X P L O R E R 99 S E \ E X A M P L E S \ k dd D BD r a w n B y :S7R920 0+5C310 uC230 pC130 pJ Z 16ME A / V P31X119X218R E S E T9RD17WR16I N T 012I N T 113T014T115P 1 01P 1 12P 1 23P 1 34P 1 45P 1 56P 1 67P 1 78P 0 039P 0 138P 0 237P 0 336P 0 435P 0 534P 0 633P 0 732P 2 021P 2 122P 2 223P 2 324P 2 425P 2 526P 2 627P 2 728P S E N29A L E / P30T X D11R X D10U1A T 89 C 52D7D6D5D4D3D2D1D0+ 5 VP 3 . 5P 3 . 4I N T 0WRRDP 1 . 5P 1 . 4UPD O WM E NE N TA1 3P 2 . 6P 2 . 7P 1 . 6P 1 . 7+5R5KR5KR5KR5KR110 K1234567J? C O N 77 R S T6 V c c5 E N T4 M E N3 D O W N2 U P1A1 2A8A1 0A9A1 1P 3 .0P 3 .1A L EP S E N 圖 39 鍵盤顯示電路 本設(shè)計(jì)系統(tǒng)中所用的供電為 +5V,177。 12V。 三端固定集成穩(wěn)壓模塊有三個(gè)端子： 輸入端， 輸出端和公共端。 輸入端接整流濾波電路，輸出端接負(fù)載，公共端接輸入輸出的公共連接點(diǎn)。 其內(nèi)部有采樣、基準(zhǔn)、放大、調(diào)整和保護(hù)等電路組成。保護(hù)電路就有過(guò)流，過(guò)熱及短路保護(hù)功能。 圖 310 電源電路 圖中，第一排電容是濾波電容 。第二排電容用來(lái)改善輸入電壓波紋的；第三排是消除模塊輸出高頻噪聲，增強(qiáng)電壓穩(wěn)定的電容。設(shè)計(jì)步驟如下： 第三章 PH測(cè)量系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 23 首先，確定模塊的輸入電壓。 7805 輸入電壓為 7 到 30V， 7905 的輸入電壓為 7 到 30V。均按輸入電壓 12V設(shè)計(jì)。 其次，確定變壓器。 交流輸入電壓經(jīng)過(guò)降壓、全波整流和濾波后，兩模塊分別承受 12V電壓，則有 。即 U2=。于是匝數(shù)比 =8:1。 最后，選擇整流二極管。整流二極管可承受最高反向電壓為 39V。 所以，可選擇反向擊穿電壓為 78V以上的整流二極管。 總線擴(kuò)展電路包括： EPROM28C6 EPROM2725譯碼器 GAL16V地址鎖存器 74LS37單行總線驅(qū)動(dòng)器 74LS244。 圖 311 總線擴(kuò)展電路 本設(shè)計(jì)使用的復(fù)位電路為按鍵電平復(fù)位電路，它是通過(guò) RST 段經(jīng)電阻與電源 VCC 接通而實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)時(shí)鐘頻率選用 6MHz 時(shí)， C 取 22uF， RS 取 200 ， RK取 1K 。由于該最小應(yīng)用系統(tǒng)只能用作一些小型的數(shù)字量的測(cè)控單元，這樣不能滿足本設(shè)計(jì)的要求，所以要外擴(kuò)程序存儲(chǔ)器。 373 為三態(tài)輸出的八 D 透明鎖存器 ,共有 54/74S373 和 54/74LS373 兩種線路結(jié)構(gòu)型式。 373 為三態(tài)輸出的 8 D 透明鎖存器 , 373 的輸出端 O0O7 可直接與總線相連。當(dāng)三態(tài)允許控制端 OE 為低電平時(shí)， O0O7 為正常邏輯狀態(tài)，可用來(lái)驅(qū)動(dòng)負(fù)載或總線。當(dāng) OE 為高電平時(shí)， O0O7呈高阻態(tài)，即不驅(qū)動(dòng)總線，也不為總線的負(fù)載，但鎖存器內(nèi)部的邏輯操作不受影響。當(dāng)鎖存允 許端 LE 為高電平時(shí)， O 隨數(shù)據(jù) D 而變。當(dāng) LE 為低電平時(shí)， O 被第三章 PH測(cè)量系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 24 鎖存在已建立的數(shù)據(jù)電平。當(dāng) LE 端施密特觸發(fā)器的輸入滯后作用，使交流和直流噪聲抗擾度被改善 400mV。 圖 312 74LS373 引腳 373 引出端符號(hào)： D0～ D7數(shù)據(jù)輸入端 OE三態(tài)允許控制端（低電平有效） LE鎖存允許端 O0O7輸出端 地址鎖存器 74LS373 能夠進(jìn)行三態(tài)總線驅(qū)動(dòng)輸出；置數(shù)全并行存??；緩沖控制輸入；使能輸入有改善抗擾度的滯后作 用。它的八個(gè)透明 D 型鎖存器，當(dāng)使能（ G 為）高時(shí)， Q 輸出將隨數(shù)據(jù)（ D）輸入而變。當(dāng)使能為低時(shí)，輸出將所存在已建立的數(shù)據(jù)電平上。輸出控制不影響鎖存器的內(nèi)部工作，即老數(shù)據(jù)可以保持，甚至當(dāng)輸出被關(guān)閉時(shí)，新的數(shù)據(jù)也可以置入。這樣電路可以驅(qū)動(dòng)大電容或低阻抗負(fù)載，可以直接與系統(tǒng)總線接口并驅(qū)動(dòng)總線，而不需要外接口。特別適用于緩沖寄存器， I/O 通道，雙向總線驅(qū)動(dòng)器和工作寄存器。 第三章 PH測(cè)量系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 25 圖 313 28C24 引腳 28C64 主要用來(lái)存儲(chǔ)標(biāo)定數(shù)據(jù)、斜率、歷史曲線。是可以電改寫的只讀存儲(chǔ)器，工作時(shí)可以改寫其中的數(shù)據(jù)，掉電以后 EEPROM 中數(shù)據(jù)不會(huì)丟失。 程序存儲(chǔ)器 27256 主要存儲(chǔ)漢字庫(kù)。它是 32K*8 字節(jié)的紫外線擦除、電可編程只讀存儲(chǔ)器，單一 +5V供電，工作電流為 100mA，維持電流為 40mA，讀出時(shí)間最大為 250nS， 28 腳雙列直插式封裝。各引腳的含義為： A0A15 為 16 根地址線，可尋址 32K 字節(jié)； O0O7 為數(shù)據(jù)輸出線； CE 為片選線； OE/VPP 為數(shù)據(jù)輸出選通線 /編程電源。 第三章 PH測(cè)量系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 26 圖 314 74LS244 引腳圖 總線驅(qū)動(dòng)器 74LS244 能夠驅(qū)動(dòng)總線并控制芯片。 74LS244 由 2 組、每組四路輸入、輸出構(gòu)成。每組有一個(gè)控制端 G， 由控制端的高或低電平?jīng)Q定該組數(shù)據(jù)被接通還是斷開(kāi)。 表 31 74LS244 真值 L=低邏輯電平 ； H=高邏輯電平 ； X=低或高邏輯電平 ； Z=高阻抗 GAL16V8 以最大 的傳輸延遲時(shí)間，結(jié)合高性能的 CMOS 工藝與電可擦懸浮柵工藝可為 PLD 市場(chǎng)提供最高速度的性能。高速擦寫時(shí)間（＜ 100ns）允許快速和有效的重復(fù)編 程。 依靠輸出邏輯宏單元（ OLMC）允許用戶來(lái)構(gòu)建，這種通用的結(jié)構(gòu)提供了最大的設(shè)計(jì)靈活性。作為 GAL16V8 的許多可能結(jié)構(gòu)形式中最重要的一個(gè)子集， PAL結(jié)構(gòu)被列在宏單元描述部分的表里面。 GAL16V8 借助于全部功能 / 熔絲圖 /參數(shù)的兼容性能夠仿真任何一種 PAL 結(jié)構(gòu)。 圖 315 GAL16V8 引腳圖 譯碼器 GAL16V8 是可編程邏輯控制器， 其對(duì)電路基本控制如圖 。 這便 簡(jiǎn)化第三章 PH測(cè)量系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 27 電路，適應(yīng) 了單片機(jī)較高總線速度的要求。 譯碼電路放棄了傳統(tǒng)的門電路組合的方法，采用了可多次編程的通用陣列邏輯器件 。 這樣可以減少元器件數(shù)量、 降低線路復(fù)雜程度，同時(shí)降低故障機(jī)率及提高硬件設(shè)計(jì)的靈活性。 采用 MSC51 單片機(jī)作為數(shù)據(jù)處理的核心部件，并擴(kuò)展一些外圍芯片，組成一個(gè)可以完成自我檢測(cè)，標(biāo)定的智能儀器。具有體積小，重量輕，抗干擾能力強(qiáng)，所以可以應(yīng)用于傳統(tǒng)測(cè)量。 測(cè)量數(shù)據(jù)經(jīng) PH 電極轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)，信號(hào)調(diào)整電路對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大，調(diào)整。處理電路采用多級(jí)放大電路。 設(shè)計(jì)中選用了運(yùn)放 CA3140，它兼有高電壓 PMOS 管和高壓二極管的優(yōu)點(diǎn)。輸入電路 PMOS 提供非常高的阻抗。并且具有非?？斓捻憫?yīng)速度。還具有自身補(bǔ)償能力來(lái)達(dá)到穩(wěn)定的放大增益；輸出 部分含有自身保護(hù)電路來(lái)保護(hù)由于負(fù)載短路造成的損害?？赏瓿勺杩蛊ヅ洹⒔档蜏y(cè)量噪聲、提高系統(tǒng)穩(wěn)定性等，非常適合此電路設(shè)計(jì)。本文采用 3 個(gè) CA3140來(lái)構(gòu)成雙高阻抗差分輸入電路。 第四章 基于 MAX232 通訊模塊 28 第 四章 基于 MAX232通訊模塊 現(xiàn)代信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的一個(gè)突出特點(diǎn)，是工業(yè)控制系統(tǒng)中的所有設(shè)備連接到網(wǎng)絡(luò)，產(chǎn)生一個(gè)核心軟件管理工作，形成一個(gè)有機(jī)的整體。整個(gè)網(wǎng)絡(luò)模式在現(xiàn)代工業(yè)控制系統(tǒng)有一個(gè)傳統(tǒng)的獨(dú)立控制系統(tǒng)無(wú)法比擬的先進(jìn)，不僅可以大大提高生產(chǎn)效率的工業(yè)設(shè)備，還可大大提高安全性和可靠性 。 單片 機(jī)誕生以來(lái)，其性能穩(wěn)定，價(jià)格低廉，功能強(qiáng)大，在智能儀器儀表，工業(yè)設(shè)備和家用消費(fèi)類電子產(chǎn)品中得到了廣泛的應(yīng)用。在單片機(jī)的輸入 /輸出控制，除了直接連接小鍵盤和液晶顯示等方法，一般通過(guò)串口與電腦通信。這不僅可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，并且可以使用計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理功能和友好的操作界面。 在一般的利用 PC 機(jī)對(duì)單片機(jī)進(jìn)行控制的場(chǎng)合，都是采用 Windows 作為上位機(jī)的平臺(tái) ， 具有友好的界面，編程和操作更容易。因此研究上位機(jī)與單片機(jī)串口通信具有重要的實(shí)際和工業(yè)意義 。 系統(tǒng)設(shè)計(jì)總體方案 單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)全雙工收發(fā)器緩沖（ SBUF） ，兩個(gè) 物理上獨(dú)立的接收發(fā)送器，可以接受也可以傳輸數(shù)據(jù)，它們共享相同的地址 99H。 在串行輸入和輸出引腳加電平轉(zhuǎn)換器，可以方便的設(shè)計(jì)出標(biāo)準(zhǔn) RS232 接口。設(shè)計(jì)中的計(jì)算機(jī)，單片機(jī)從機(jī)通過(guò)串行接口，構(gòu)成的主從式系統(tǒng) 就可以 設(shè)計(jì)基本的串口通信功能 。 圖 41 通信結(jié)構(gòu)圖 一般來(lái)說(shuō)，計(jì)算機(jī)都有一個(gè)或多個(gè)串行端口，它們依次為 Com ComCom3 等。 該系列 串口 提供了外部設(shè)備與計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)傳輸和通信信道。串口通信是指外設(shè)和計(jì)算機(jī)之間使用 3 根 信號(hào) 線 來(lái)傳輸數(shù)據(jù)的通信 方式， 三根信號(hào)分別是數(shù)據(jù)信號(hào)線、地線及控制線。 單 片 機(jī) RS232電平轉(zhuǎn)換 PC機(jī) 第四章 基于 MAX232 通訊模塊 29 兩種接口方式 串行接口方式 串口是計(jì)算機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)接口， PC 機(jī)一般至少有兩個(gè)串行口 Com1 和 Com2。串行端口從不同的并行端口，其數(shù)據(jù)和控制信息是一個(gè)一個(gè)在傳輸線傳輸， 這樣串行口較并行口能夠進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳送信息 。 9 針 D 形連接器，有些老式則使用25 針 D 形連接器。 由于 CPU 與接口間按并行方式傳輸 ，接口和外設(shè)之間按串行方式傳輸，因此，串行接口，來(lái)接收移位寄存器的串行到并行的方式，通過(guò)發(fā)送一個(gè)移位寄存器的并行的方式轉(zhuǎn)換成串行模式。 完成這種轉(zhuǎn)換功能的電路 叫做通用異步收發(fā)機(jī)UART。 并行接口方式 并行接口是指 8 位數(shù)據(jù)同時(shí)通過(guò)并行線進(jìn)行傳送，這樣數(shù)據(jù)的傳輸率能得到極大的提高。但在并行傳輸中，干擾會(huì)隨線路長(zhǎng)度的增加而增加，產(chǎn)生傳輸錯(cuò)誤。因此，并行傳輸主要應(yīng)用在近距離數(shù)據(jù)傳輸中，如連接打印機(jī)端口。并行接口主要使用 36 針接頭和 25 針 D 形接頭，目前以 25 針 D 形接頭為主。 51系列單片機(jī)串行口控制寄存器 SCON 它是一個(gè)可尋址的專用寄存器，用于串行通信的控制，單元地址是 98H，其結(jié)構(gòu)格式如表 : 表 41 寄存器結(jié)構(gòu)格式 位序號(hào) D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 位符號(hào) SM0 SM1 SM2 REN TB8 RB8 TI RI SM0，