【正文】 譯碼選通 8路模擬輸入之一到比較器。 第 15 頁 圖 ADC0809引腳圖 表 通道地址選擇 由于本系統(tǒng)只有 IN0一路模擬量輸入，即 A、 B、 C全為低電平，因此將 A、 B、C全部接地。 ccV ： +5V工作電源。 CLK：時鐘信號輸入端（一般為 500KHz）。 OE：輸出允許控制端。 EOC： 轉(zhuǎn)換結(jié)束信號輸出引腳。 START： A/D啟動信號輸入端。 ALE：地址鎖存允許信號輸入端。 21～ 28： 8位數(shù)字量輸出端。 第 14 頁 圖 ADC0809內(nèi)部邏輯圖 ADC0809外部引腳 ADC0809芯片有 28條引腳，采用雙列直插式封裝，見圖 ADC0809封裝圖。多路開關(guān)可選通 8個模擬通道，允許 8路模擬量分時輸入，共用 A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換 。它是逐次逼近式 A/D轉(zhuǎn)換器，可以和單片機(jī)直接接口。根據(jù)CA3140的接 法可以計(jì)算出其放大倍數(shù)約為 4到 5倍之間，可通過手動調(diào)節(jié) 100kΩ的可變電阻 R12，達(dá)到手動調(diào)節(jié)放大倍數(shù)的目的。 7650的輸出信號還需要經(jīng)過一級放大才能轉(zhuǎn)換成要求的 05V信號。輸入端輸入的是電離規(guī)的離子流信號。 圖 電離規(guī)輸入放大電路原理圖 a 圖 電 離規(guī)輸入放大電路原理圖 b 第 13 頁 在 圖 為電離規(guī)的信號采集放大控制電路，其中與 ICL7650連接的兩個記憶電容 C C5要求是高品質(zhì)的低漏電電容。 CA3140的 8腳是選通端，為高電平有效，但當(dāng) 8腳為低電平時，放大器的輸出也立即變?yōu)榈碗娖健? 圖 CA3140封裝圖 第 12 頁 CA3140的輸出信號量 在經(jīng)過穩(wěn)壓二極管的穩(wěn)壓后傳遞到選擇器的通道 Y。操作電源電壓從 4V至 36V（無論單或雙電源），它結(jié)合了壓電 PMOS晶體管工藝和高電壓雙授晶體管的優(yōu)點(diǎn)，是一種互補(bǔ)對稱金屬氧化物半導(dǎo)體良好性能的運(yùn)放。由于本設(shè)計(jì)所采集的傳感器輸入信號是緩變信號， ICL7650是合適的選擇 [8]。由于具有其他高阻運(yùn)算放大器沒有的自動穩(wěn)零優(yōu)點(diǎn)，及適合作緩變微電流放大器。信號放大電路中關(guān)鍵的元件是運(yùn)算放大器，本設(shè)計(jì)選用 ICL7650。下面我要分別介紹電離規(guī)信號采集放大電路和 A/D轉(zhuǎn)換器。 由于采用了普通型熱陰極電離 真空計(jì)，因此本系統(tǒng)所能保持的真空度范圍即為 1101 105Pa。 第 10 頁 由燈絲加熱提供電子源的電離真空計(jì)稱為熱陰極電離真空計(jì)，其型式繁多，各具不同 特點(diǎn)和使用不同的壓力測量范圍。因此，可根據(jù)離子電流的大小指示真空度，這就是電離真空計(jì)的工作原理。 本設(shè)計(jì)采用最常用的熱陰極電離真空計(jì)作為信號采集電路的輸入端。其工作原理是：利用某種手段是進(jìn)入規(guī)管中的部分氣體分子發(fā)生電離，收集 這些離子形成的離子流；由于被測氣體分子所產(chǎn)生的離子流在一定的壓力范圍內(nèi)與氣體的壓力呈現(xiàn)正比的關(guān)系，則通過測量離子流的大小就可以反應(yīng)出被測氣體的壓力值，電離真空計(jì)就是以此得名的 [3]。信號采集模塊包括電離真空計(jì)和電離規(guī)信號采集放大電路，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊包括 ADC0809轉(zhuǎn)換器，單片機(jī)最小系統(tǒng)包括時鐘電路，復(fù)位電路和狀態(tài)顯示電路，驅(qū)動模塊包括 ULN2021功率放大器及其電路，執(zhí)行模塊包括四相八拍步進(jìn)電機(jī)。 本系統(tǒng)是基于單片機(jī)的真空度穩(wěn)定控制系統(tǒng)，采用 AT89C51單片機(jī)，單片機(jī)的 P0口作為信號的輸入部分， P1口 輸出脈沖信號和四相八拍 步進(jìn)電機(jī) 的正反 第 9 頁 轉(zhuǎn)信號， 驅(qū)動 步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向， P2口 輸出信號控制 發(fā)光二極管 的亮滅 。若需采用外部時鐘電路時，該引腳輸入外部始終脈沖。在采用外部時鐘時，該引腳必須接地。單片機(jī)只在復(fù)位期間采樣 EA 腳的電平，復(fù)位結(jié)束以后 EA 腳的電平對程序存儲器的訪問沒有影響。 EA ：當(dāng) EA 端保持高電平時，訪問內(nèi)部程序存儲器，但在 PC值超過片內(nèi)程序存儲器容量時，將自動轉(zhuǎn)向外部程序存儲器。但此期間，每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的 PSEN 信號將不出現(xiàn)。 PSEN ：此腳的輸出是外部程序存儲器的讀選通信號。需要注意的是，每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個 ALE脈沖。即使不訪問外部存儲器， ALE端仍以不變的頻率周期性地出現(xiàn)正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的 1/6。 P3口除了作為一般的準(zhǔn)雙向通用 I/O口使用外，每個引腳有特殊功能： RXD()—— 串行口輸入端 TXD()—— 串行口輸出端 INT0 ()—— 外部中斷 0請求輸入端，低電平有效 第 8 頁 INT1 ()—— 外部中斷 1請求輸入端，低電平有效 T0()—— 定時器 0的計(jì)數(shù)脈沖輸入端 T1()—— 定時器 1的計(jì)數(shù)脈沖輸入端 WR ()—— 片外數(shù)據(jù)存儲器寫選通信號輸出端，低電平有效 RD ()—— 片外數(shù)據(jù)存儲器讀選通信號輸出端，低電平有效 RST：復(fù)位信號輸入端，在此引腳上出現(xiàn)兩個機(jī)器周期的高電平將使單片機(jī)復(fù)位。 P20～ P27：統(tǒng)稱 P2口，是 8位準(zhǔn)雙向 I/O口。 P00～ P07: 統(tǒng)稱 P0口，是雙向 8位三態(tài) I/O口，在外接存儲器時，與地址總線的低8位及數(shù)據(jù)總線復(fù)用，能以吸收電流的方式驅(qū)動 8個 TTL負(fù)載。正常操作、空閑、掉電以及對 EPROM編程或校驗(yàn)工作電壓。 第 7 頁 圖 AT89C51 的引腳排列 引 腳說明： ssV ：接地。由于將多功能 8 位 CPU 和閃爍存儲器組合在單個芯片中， ATMEL 的 AT89C51 是一種高效微控制器，為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案[6]。 AT89C51 是一種帶 4K 字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器（ FPEROM）的低電壓，高性 能 CMOS8 位微處理器，俗稱單片機(jī)。程序存儲器 E178。PROM 中的程序被非法復(fù)制。PROM ROM RAM 89C51 4K 128 2 32 1 6 24 低電壓 AT89C51 含 E178。由于單片機(jī)的高度集成化，縮短了系統(tǒng)內(nèi)的信號傳送距離，優(yōu)化了結(jié)構(gòu)配置，大大地提高了系統(tǒng)的可靠性及運(yùn)行速度，同時它的指令系統(tǒng)又很適合于工業(yè)控制的要求，所以單片機(jī)在工業(yè)過程及設(shè)備控制中得到了廣泛的應(yīng)用。 單片機(jī)原理概述 單片機(jī)（ singlechip microputer）是把微型計(jì)算機(jī)主要部分都集成在一塊芯片上的單芯片微型計(jì)算機(jī) [5]。系統(tǒng)原理框圖如圖 。采用單片機(jī)進(jìn)行控制 ，不斷將 A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)中與目標(biāo)真空度進(jìn)行比較，經(jīng)過比較后，單片機(jī)給出相應(yīng)的輸出脈沖，通過驅(qū)動電路驅(qū)動四相八拍步進(jìn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)，從而操縱調(diào)節(jié)閥的開大和關(guān)小。 當(dāng)達(dá)到需要保持的真空度時，按下采集開關(guān)采集當(dāng)前的真空度數(shù)據(jù)，之后 A/D轉(zhuǎn)換器不斷對真空計(jì)輸出的電壓信號進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，經(jīng)過單片機(jī)對轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)與之前采集的真空度數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，給出相應(yīng)的輸出脈沖數(shù)和電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制信號 , 脈沖信號經(jīng)驅(qū)動電路放大來驅(qū)動 四相八拍 步進(jìn)電機(jī) ， 帶動調(diào)節(jié)閥轉(zhuǎn)動 , 這樣就可以改變 抽 氣量的大小 , 從而影響真空度的變化 [4]。 本課題將單片機(jī)控制應(yīng)用到真空度保持中。 論文的主要研究內(nèi)容 由于系統(tǒng)對于真空室真空度穩(wěn)定性保持的苛刻要求，以及防止真空室真空度的大幅波動對系統(tǒng)的影響，因此我們需要真空度的穩(wěn)定性進(jìn)行控制以避免系統(tǒng)故障。第二種方法是在抽氣口串入一只調(diào)節(jié)閥，通過對調(diào) 節(jié)閥的控制來保持真空度的穩(wěn)定，它的適用性更廣泛，可與輸入氣體的流量各自控制 [4]。 在對真空度穩(wěn)定控制的研究中 ，從控制的角度，一般有兩種方法。手動控制不僅勞動強(qiáng)度大，而且對于某些 對真空度 要求苛刻 的操作是 根本無 第 4 頁 法適應(yīng) 的 。然而，這些 裝置 只能 向 操作 人 員提供 相關(guān) 數(shù)據(jù)， 仍然需要 操作人員 通過 觀察真空計(jì)的顯示數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和比較，以確定并實(shí)施。 國內(nèi)外研究概況 在真空技術(shù)發(fā)展初期，真空室真空度保持是通過手動調(diào)整針閥 [2]實(shí)現(xiàn)的。因此，如何保持真空度的穩(wěn)定，也成為了一個關(guān)鍵性的技術(shù)問題。這種新興的真 空鍍膜技術(shù)已在國民經(jīng)濟(jì)各個領(lǐng)域得到應(yīng)用，如航空、航天、電子、信息、機(jī)械、石油、化工、環(huán)保、軍事等領(lǐng)域 [1]。 真空鍍膜技術(shù)是一種新型的 材料 合成和加工的新技術(shù)， 是 表面工程技術(shù)領(lǐng)域的重要組成部分。由于真空設(shè)備種類繁多，因此其電氣控制電 路也各不相同，這就要求我們針對不同的課題目的來設(shè)計(jì)不同功能的電氣控制電路。真空系統(tǒng)則是由泵及閥門、管道等部件構(gòu)成的排氣裝置。 一般的真空設(shè)備都是由真空系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)和工作部分三者組成。 A/D converter。 vacuum stability。該設(shè)計(jì)主要通過真空計(jì)信號采集放大電路，獲得與真空室內(nèi)真空度相對應(yīng)的模擬電壓值 ,并經(jīng)過 A/D 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字量送入單片機(jī)，單片機(jī)處理后給出相應(yīng)步進(jìn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)信號，帶動調(diào)節(jié)閥轉(zhuǎn)動，改變真空泵抽氣量的大小，從而達(dá)到穩(wěn)定真空度的目的。因此，如何保持真空度的穩(wěn)定，也成為了一個關(guān)鍵性的技術(shù)問題。目 錄 中文摘要 ........................................................................................................................ 1 英文摘要 ........................................................................................................................ 2 1 緒論 ............................................................................................................................ 3 課題研究的目的和意義 .................................................................................. 3 國內(nèi)外研究概況 .............................................................................................. 3 論文的主要研究內(nèi)容 ...................................................................................... 4 2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案 ............................................................................................................ 4 系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理框圖 .......................................................................................... 4 單片機(jī)原理 ...................................................................................................... 5 單片機(jī)原理概述 .................................................................................... 5 AT89C51 簡介 ........................................................................................ 6 3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) ............................................................................................................ 8 系統(tǒng)整圖