【正文】 AL2 各為內(nèi)部放大器的輸入和輸出端，這個放大器可被配置為一個片內(nèi)振蕩器，如下圖 32 所示：圖 32 時鐘電路 選用了 6MHz 的晶振作為 8051 的時鐘電路，電容 C1=C2=30pF177。單片機(jī)檢測到復(fù)位信號后在第二個機(jī)器周期執(zhí)行一系列片內(nèi)復(fù)位操作，并且在 RST 變低前的每一個周期內(nèi)重復(fù)執(zhí)行。介紹其功能特性書籍和開發(fā)軟件隨處可取，只需配備一臺 PC（個人電腦——對電腦的配置基本上無要求），一臺仿真編程器即可實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品開發(fā)，早期的開發(fā)軟件多使用 DOS 版本，隨著 Windows 視窗軟件的普及，現(xiàn)在幾乎都使用 Windows 版本，并且軟件種類繁多，琳瑯滿目，在眾多的單片機(jī)品種中，8051 的環(huán)境資源是最豐富的，這給 8051 用戶帶來極大的便利。因此，在工業(yè)測控系統(tǒng)中，使用單片機(jī)是最理想的選擇。4．集成度高8051 單片機(jī)的主要部件都集成在一塊芯片上，使得數(shù)據(jù)傳送距離大大縮短，可靠性更高，運(yùn)行速度更塊。MCS51 單片機(jī)的工作頻率為 212MHz，當(dāng)振蕩頻率為 12MHz 時，一個機(jī)器周期為 1us,這個速度應(yīng)該說是比較快的。2．處理功能強(qiáng) ）22由于 MCS51 集成了幾乎完善的 8 位中央處理單元，中央處理單元中集成了方便靈活的專用寄存器，硬件的加、減、乘、除法器和布爾處理機(jī)及各種邏輯運(yùn)算和轉(zhuǎn)移指令，這給應(yīng)用提供了極大的便利。此外，MCS51 采用模塊化結(jié)構(gòu)，可方便地增刪一個模塊就可引腳和指令兼容的新產(chǎn)品。特別用于像鍵盤、顯示終端一類外部設(shè)備，因?yàn)橛袝r需要把鍵盤上輸入的編碼信號通過 A 口送給 CPU，有時又需要把數(shù)據(jù)通過 A口送給終端顯示 [20]。C 口的PC7～PC0 應(yīng)答聯(lián)絡(luò)線是在設(shè)計 8255A 時規(guī)定的。A 口和 B 口皆可獨(dú)立地設(shè)置成這種工作方式。在方式 0 下，MCS51 單片機(jī)可對 8255A 進(jìn)行 I/O 數(shù)據(jù)的無條件傳送，因此 8255A 是方式 0 屬于基本輸入/輸出方式。 的三種工作方式(1)方式 0方式 0 是一種基本的輸入/輸出工作方式。⑶數(shù)據(jù)總線緩沖器數(shù)據(jù)總線緩沖器是一個三態(tài)雙向 8 位緩沖器，作為 8255A 與系統(tǒng)總線之間的接口，用來傳送數(shù)據(jù)、指令、控制命令以及外部狀態(tài)信息。⑵A 組和 B 組控制電路這是兩組根據(jù) CPU 寫入的“控制字”來控制 8255A 工作方式的控制電路。3)PC 口：一個 8 位數(shù)據(jù)輸出鎖存器；一個 8 位數(shù)據(jù)輸入緩沖器（輸入不鎖存）。1)PA 口：一個 8 位數(shù)據(jù)輸出鎖存器和緩沖器；一個 8 位數(shù)據(jù)輸入鎖存器。各部分功能如下：⑴端口 A、B、C8255A 有三個 8 位并行口，PA、PB 和 PC。A1～A0：地址線，用來選擇 8255A 內(nèi)部端口。PC7～PC0：C 口輸入/輸出線。PA7～PA0：A 口輸入/輸出線。RD：寫入信號線，低電平有效，控制數(shù)據(jù)的寫入。：片選信號線，低電平有效，表示芯片被選中。 接口芯片 8255A8255A 是 Intel 公司生產(chǎn)的可編程并行 I/O 芯片，它具有 3 個 8 位的并行 I/O口，三種工作方式，可通過編程改變其功能，因而使用方便靈活，通用性強(qiáng)，可作為單片機(jī)與多種外圍設(shè)備連接時的中間接口電路。若顯示器的位數(shù)不大于 8位，則控制顯示器公共極電位只需一個 I/O 口(稱為掃描口)，控制顯示器的各位所顯示的字型也需一個 8 位口(稱為段數(shù)據(jù)口)。顯示器的亮度既與導(dǎo)通電流有關(guān)，也與點(diǎn)亮?xí)r間和間隔時間的比例有關(guān)。所謂動態(tài)顯示就是一位一位地輪流點(diǎn)亮顯示器各個位(掃描)，對于顯示器的每一位來說，每隔一段時間點(diǎn)亮一次。在單片機(jī)串行口方式 0 應(yīng)用中，也是采用靜態(tài)顯示方法。三位顯示器的接口邏輯。所謂靜態(tài)顯示，就是當(dāng)顯示器顯示某一個字符時，相應(yīng)的發(fā)光二極管恒定的導(dǎo)通或截止，例如 7 段顯示器a、b、c、d、e、f 導(dǎo)通，g 截止，顯示 0。7 段 LED 的字型碼(段選碼)如表 21 所示，由于只有 7 個段(如有如段，則為 8 個段)發(fā)光二極管，所以字型碼為一個字節(jié)。同樣，共陽極 LED 顯示器的發(fā)光二極管的陽極連接在一起，通常此公共陽極接正電壓，）16abgdp… abgdp…＋ 5V當(dāng)某個發(fā)光二極管的陰極接低電平時，發(fā)光二極管被點(diǎn)亮，相應(yīng)的段被顯示。共陰極 LED 顯示器的發(fā)光二極管的陰極連接在一起，通常此公共陰極接地。這種顯示器有共陽極和共陰極兩種?？刂撇煌M合的二極管導(dǎo)通，就能顯示出各種字符。LED 顯示器是單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中常用的輸出器件。因此各按鍵彼此將相互發(fā)生影響，所以必須將行列信號配合起來比做適當(dāng)?shù)奶幚恚拍艽_定閉合鍵的位置，本系統(tǒng)需要十六鍵鍵盤，矩陣式鍵盤滿足要求，所以采用矩陣式鍵盤作為輸入電路，采用 8255 芯片進(jìn)行擴(kuò)展。這是識別矩陣鍵盤按鍵是否按下的關(guān)鍵所在。平時無按鍵按下時，行線處于高電平狀態(tài)，而當(dāng)有按鍵按下時，行線電平狀態(tài)將由于此行線相連的列線電平?jīng)Q定。按鍵設(shè)置在行列線交點(diǎn)上，行列線分別接到按鍵開關(guān)兩端。一個 33 的行列結(jié)構(gòu)可以構(gòu)成一個有 9 個按鍵的鍵盤。 圖 23 鍵閉合時行線電壓波形）15在圖 22 中，若 Y0 為低電平，0 號鍵閉合一次，X0 的電壓波形如圖 23 所示，圖中 t1 和 t3 分別為健的閉合和斷開過程中的抖動期(呈現(xiàn)一串負(fù)脈沖)，抖動時間長短和開關(guān)的機(jī)械特性有關(guān)，一般為 5～10ms，t2 為穩(wěn)定的閉合期，其時間由按鍵動作所確定，一般為十分之幾秒到幾秒，t0、t4 為斷開期。即在某一時刻只讓 1 條列線處于低電平，其余所有列線出于高電平。所以，行線處于低電平只能得出某行有鍵被按下的結(jié)論。如果讓所有的列線處于低電平，很明顯，按鍵所在行電平將被接成低電平，根據(jù)此行電平的變化，便能判定此行一定有鍵被按下。下面以圖 22 中 3 號鍵被按下為例，來說明此鍵是如何被識別出來的。由于行列式鍵盤中行、列線為多鍵共用，各按鍵均影響該鍵在行和列的電平。列線的電平如果為低，則行線電平為低；列線的電平如果為高，則行線的電平亦為高。行線通過上拉電阻接到+5V 上。本系統(tǒng)中，采用 44 鍵盤。由于在本系統(tǒng)中需使用到十六鍵鍵盤，獨(dú)立式鍵盤不符合本系統(tǒng)的要求，所以不予采用。獨(dú)立式按鍵電路配置靈活，軟件簡單。 獨(dú)立式按鍵接口獨(dú)立式按鍵是指各按鍵相互獨(dú)立，每個按鍵各接入一根輸入線，一根輸入線上的按鍵工作狀態(tài)不會影響其他輸入線上的工作狀態(tài)。 鍵盤的設(shè)計）13012345678910112131415+4Y0 1 Y2 3在計算機(jī)測控系統(tǒng)中，為了實(shí)現(xiàn)人機(jī)對話或某種操作，需要一個人機(jī)接口，通過設(shè)計一個過程運(yùn)作操作臺來實(shí)現(xiàn)。AD574A 片內(nèi)配有三態(tài)輸出緩沖電路，因而可直接與各種典型的 8 位或 16 位的微處理器連接，而無須附加邏輯接口電路，且能與 CMOS 及 TTL 電平兼容。AD574A 是美國模擬器件公司（Analog Devices） 生產(chǎn)的 12 位逐次逼近型快速 A/D 轉(zhuǎn)換器。 采用雙積分型 A/D 轉(zhuǎn)換器 MC14433MC14433 是采用一路模擬量輸入，輸出為 3 位的轉(zhuǎn)換器，它的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，外接元件少，抗干擾能力強(qiáng)，精度稍高，但又因它的轉(zhuǎn)換速度慢，約為 200mS，而本系統(tǒng)中要求對溫度的控制速度要快，因此不予采用。在精確度和精密度要求高，速度要求快的場合下，采用一般的 A/D 轉(zhuǎn)換技術(shù)就有許多不便，這時可使用 V/F 轉(zhuǎn)換器代替 A/D 轉(zhuǎn)換器。 模數(shù)轉(zhuǎn)換電路的選擇 采用 V/F 轉(zhuǎn)換器）12V/F 轉(zhuǎn)換器是把電壓信號轉(zhuǎn)換成頻率信號的器件，有良好的精度，線性和積分輸入的特點(diǎn)。其特點(diǎn)是精度高，結(jié)構(gòu)簡單、調(diào)試方便、價格低廉。他有兩個輸入端，輸入級又稱前置級，它是一個雙端輸入的高性能差分放大電路。集成運(yùn)放，就是用集成電路工藝制造的一種具有高放大倍數(shù)的多級直接耦合放大電路，給它配以適當(dāng)?shù)妮斎刖W(wǎng)絡(luò)和反饋網(wǎng)絡(luò)，便可以完成信號的運(yùn)算、處理和變換，以及各種波形的產(chǎn)生等功能。 集成電路按其功能來分，有數(shù)字集成電路和模擬集成電路兩大類。集成電路實(shí)現(xiàn)了材料、元器件、電路三者的有機(jī)結(jié)合。而 Ui 變化經(jīng)過 Ur 時，比較器的輸出將從一個）11電壓跳變到另一個電平，因此電壓比較器可以將模擬信號轉(zhuǎn)換成二值信號，即只有高電平和低電平的兩種狀態(tài)的離散信號，所以還可以作為模擬電路和數(shù)字電路的接口電路，但是電壓比較器的失調(diào)電壓和集成運(yùn)放相比較大，共模抑制比小，計算相對麻煩不簡便，所以不予采用。 采用差分放大電路差分放大電路是由典型的工作點(diǎn)穩(wěn)定電路演變而來的，它是構(gòu)成多級直接耦合放大電路的基本單元電路，但是差分放大電路應(yīng)用的元件小而多，會把電路復(fù)雜化，因此應(yīng)選用集成度更高的，精度也更高的元件,所以不予采用。因?yàn)闄z測外部物理信號的傳感器所輸出的電信號通常是很微弱的，對這些能量過于微弱的信號，既無法直接顯示，一般也很難作進(jìn)一步處理。本設(shè)計要求的測溫范圍在 0℃～1000℃，溫度較高，因此選擇熱電偶中的 K 型熱電偶來測溫，可以滿足設(shè)計要求，所以溫度傳感器選擇熱電偶 [10]。因此，還需采用其他修正方法來補(bǔ)償冷端溫度 t0≠0℃時對測溫的影響。（2）熱點(diǎn)偶的冷端補(bǔ)償）10由于熱電偶的材料一般都比較貴重（特別是采用貴金屬時），而測溫點(diǎn)到儀表的距離都很遠(yuǎn)，為了節(jié)省熱電偶材料，降低成本，通常采用補(bǔ)償導(dǎo)線把熱電偶的冷端（自由端）延伸到溫度比較穩(wěn)定的控制室內(nèi)，連接到儀表端子上。非標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶在使用范圍或數(shù)量級上均不及標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶，一般也沒有統(tǒng)一的分度表，主要用于某些特殊場合的測量。 2．熱電偶的種類及結(jié)構(gòu)形成 （1）熱電偶的種類 常用熱電偶可分為標(biāo)準(zhǔn)熱電偶和非標(biāo)準(zhǔn)熱電偶兩大類。 1．熱電偶測溫基本原理 將兩種不同材料的導(dǎo)體或半導(dǎo)體 A 和 B 焊接起來，構(gòu)成一個閉合回路，當(dāng)導(dǎo)體A 和 B 的兩個執(zhí)著點(diǎn)之間存在溫差時，兩者之間便產(chǎn)生電動勢,因而在回路中形成一定大小的電流,這種現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)。③構(gòu)造簡單，使用方便。②測量范圍廣。其優(yōu)點(diǎn)是：①測量精度高。集成電路溫度傳感器的工作范圍是50℃ ～+150℃，低于設(shè)計要求，不予采用。這種傳感器輸出信號大，與溫度有較好的線性關(guān)系、小型）9化、成本低、使用方便、測量精度高等優(yōu)點(diǎn)。因?yàn)闊犭娮枋侵械蜏貐^(qū)常用的一種測溫元件，其測溫范圍一般在200℃ ～ +500℃，在本設(shè)計中遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于最高溫度的要求，所以不采用它測溫。它的主要特點(diǎn)是測量精度高，性能穩(wěn)定。熱電阻利用物質(zhì)在溫度變化時本身電阻也隨著發(fā)生變化的特性來測量溫度的，被測溫度的變化是直接通過熱電阻阻值的變化來測量的。只能根據(jù)不同的溫度范圍和不同的被測對象，適當(dāng)選擇不同的傳感器。它與人們生活關(guān)系最為密切，是工業(yè)控制中的四大物理量（溫度、壓力、流量和物位）之一，也是人們研究最早、檢測方法最多的物理量之一。8051 是 MCS51 系列單片機(jī)中的代表產(chǎn)品，它內(nèi)部集成了功能強(qiáng)大的中央PID調(diào) 節(jié) 被 控 過 程執(zhí) 行 機(jī) 構(gòu)溫 度 檢 測 與 變 送eWY+ 溫 度）8處理器，包含了硬件乘除法器、21 個專用控制寄存器、4kB 的程序存儲器、128字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲器、4 組 8 位的并行口、兩個 16 位的可編程定時/計數(shù)器、一個全雙工的串行口以及布爾處理器 [3]。控制器的結(jié)構(gòu)如圖 21 所示： 21 控制原理圖 單片機(jī)的選擇 在大學(xué)期間我們主要學(xué)習(xí)了 8031 和 8051 兩種單片機(jī)，他們都是 MCS51 系列單片機(jī)的代表產(chǎn)品，因?yàn)?8031 單片機(jī)片內(nèi)無程序存儲器，在使用時需要外部加擴(kuò)展，而 8051 片內(nèi)有 4KB 的程序存儲器，無須外部擴(kuò)展，電路設(shè)計也更簡單，所以設(shè)計選擇了 8051 單片機(jī)。采用 RS232 接）7口，通信速率為 1200b/s, 2400b/s. 4800b/s 和 9600b/s 等四種波特率，由用戶通過鍵盤自行按需要選擇。本文用 8051 單片機(jī)實(shí)現(xiàn)控制，為了便于用戶根據(jù)不同的實(shí)際需要對工作方式及其他參數(shù)組態(tài)進(jìn)行修改，要求所有的參數(shù)及組態(tài)狀況均可通過面板的幾個操作鍵輸入、檢查、修改，并可在斷電情況下，使參數(shù)保存半年。，如 400℃～1000℃，這就涉及到測溫元件、電爐功率等的選擇。圖 21 為電阻爐爐溫控制系統(tǒng)原理圖，控制過程是這樣的:單片機(jī)定時對爐溫進(jìn)行檢測，經(jīng) A/D 轉(zhuǎn)換得到相應(yīng)的數(shù)字量，再送到微機(jī)進(jìn)行判斷和運(yùn)算，得到應(yīng)有的控制量，去控制加熱功率，從而實(shí)現(xiàn)對溫度的控制。）6 系統(tǒng)主要技術(shù)參數(shù)1. 測溫范圍：0℃~1000℃2. 控制精度：177。輸入輸出可根據(jù)不同的需要和不同的場合來設(shè)計，在精度要求高，設(shè)置要求快的環(huán)境下可使用多鍵鍵盤和 LCD 液晶顯示，在精度和速度要求不高的情況下則可使用簡易鍵盤和 LED 數(shù)碼管顯示，輸出方面的指導(dǎo)思想是在精度要求高的情況下采用連續(xù)調(diào)節(jié)電阻兩端的電壓進(jìn)行功率調(diào)節(jié)，而精度要求不是很高的情況下則是通過控制電阻兩端電壓的通斷來進(jìn)行對溫度的控制。溫度檢測主要由溫度傳感器構(gòu)成，根據(jù)精度及測量范圍的要求選擇也不同，可以是熱電偶式的，也可以是熱電阻式的，還可以是熱敏電阻或集成溫度傳感器器件的等等。)簡單方便，大大減輕運(yùn)行工人的勞動強(qiáng)度，而且能降低電耗(本系統(tǒng)電耗降低 10%以上)，有較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，使電阻爐的溫度控制提高到一個新的水平。采用單片微型計算機(jī)、雙向可控硅調(diào)功、動態(tài)給定和變參數(shù)的 PID 控制系統(tǒng)，與以前常用的模擬控制系統(tǒng)比較，不但控