【正文】 1 和 8155 相連不僅可為外設(shè)提供兩個 8 位 I/O 端口（ A 口和 B 口）和一個 6 位 I/O 端口（ C 口），而且也可為 CPU 提供一個 256 字節(jié)的 RAM 存儲器和一個 14 位定時器 /計數(shù)器。 VREF（ +）常和 Vcc 相連，VREF（ ）常接地。 VCC為 +5V 電源輸入線， GND 為地線。 OE 為“輸出允許”線，高電平時能使21— 28引腳上輸出轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量。 EOC 為轉(zhuǎn)換結(jié)束輸出線，該線上高電平表示 A/D 轉(zhuǎn)換已結(jié)束，數(shù)字量已鎖入“三態(tài)輸出鎖存器”。 ADDA、 ADDB 和 ADDC 對 IN0— IN7的選擇如表 3 所列。當 ALE線為高電平時， ADDA、ADDB 和 ADDC 三條地址線上地址信號得以鎖存，經(jīng)譯碼后控制八路模擬開關(guān)工作。 2．引腳功能 ADC0809 采用雙列直插式封裝，共有 28 條引腳，如圖 所示，現(xiàn)分為四組簡述如下： I N 026m s b 2 1212 220I N 1272 3192 418I N 2282 582 615I N 312 714l s b2 817I N 42E O C7I N 53A D D A25I N 64A D D B24A D D C23I N 75A L E22r e f ( )16E N A B L E9S T A R T6r e f ( + )12C L O C K10ADC0809 圖 ADC0809 引腳圖 （ 1） IN0— IN7（ 8 條） IN0— IN7為八路模擬電壓輸入線，用于輸入被轉(zhuǎn)換的模擬電壓。 CPU使 OE 引腳變?yōu)楦唠娖骄涂梢詮摹叭龖B(tài)輸出鎖存器”取走 A/D 轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量。此后，控制電路在保持最高位不變下，依次對次高位、次次高位 …… 最低位重復(fù)上述過程，就可在 SAR 中得到 A/D 轉(zhuǎn)換完成后的數(shù)字量。比較器對輸入模擬電壓 VIN 和 VST 進行比較。 A/D 轉(zhuǎn)移前， SAR 為全 0。VST 送給比較器輸入端。 表 2 VST和 D1D0的關(guān)系 D1 D0 VST 0 0 0V 0 1 1 0 1 1 對于 8 位 A/D 轉(zhuǎn)換器， SAR 為八位，電阻階梯、樹狀開關(guān)和上述情況類似。例如： D1=1，則上面開關(guān)閉合而下面開關(guān)斷開， D1=0 時的情況正好與此相反。 SAR中高位 D1 控制左邊兩只樹狀電子開關(guān)，低位 D0 控制右邊四只樹狀開關(guān)。 （ 2） 256 電阻階梯 和樹狀開關(guān) 為了簡化問題起見，現(xiàn)以二位電阻階梯和樹狀開關(guān)為例加以說明。地址鎖存和譯碼器在ALE 信號控制下可以鎖存 ADDA、 ADDB 和 ADDC 上地址信息，經(jīng)譯碼后控制 IN0— IN7上哪一路模擬電壓送入比較器。 1．內(nèi)部結(jié)構(gòu) ADC0809 由八路模擬開關(guān)、地址鎖存與譯碼器、比較器、 256 電阻階梯、樹狀開關(guān)、逐次逼近式寄存器 SAR、控制電路和三態(tài)輸出鎖存器等組成。 ADC0809 是一種 8 位逐次逼近式 A/D 轉(zhuǎn)換器，可以和微機直接接口。外部時鐘源應(yīng)是方波發(fā)生器，頻率應(yīng)根據(jù)所用 MCS51 中的具體機型確定。電容 C01和 C02可以幫助起振，典型值為 30pf，調(diào)節(jié)它們可以達到微調(diào) fOSC的目的。 石英晶振起振后要能在 XTAL2 線上輸出一個 3V 左右的正弦波，以便使MCS51 片內(nèi)的 OSC 電路按石英晶振相同頻率自激振蕩。 在單片機應(yīng)用系統(tǒng)中，除單片機本身需要復(fù)位以外，外部擴展 I/O 接口電路等也需要復(fù)位，因此需要一個包括上電和按鈕復(fù)位在內(nèi)的系統(tǒng)同步復(fù)位電路。 RST/VPD的第二功能是作為備用電源輸入端。 ④ RST/VPD：復(fù)位 /備用電源線，可以時 8051 處于復(fù)位（即初始化）工作狀態(tài)。 ③ PSEN ：片外 ROM 選通線，在執(zhí)行訪問片外 ROM 的指令 MOVC 時，8051 自動在 PSEN 線上產(chǎn)生一個負脈沖，用于為片外 ROM 芯片的選通。若 EA =1，則允許使用片內(nèi) ROM；若 EA =0，則允許使用片外 ROM。它可以在對 8751 片內(nèi) EPROM編程 /校驗時傳送 52ms 寬的負脈沖。該脈沖序列可用作外部時鐘電源或作為定時脈沖源使用。以便空出 — 隨后而來的片外存儲器讀寫數(shù)據(jù)。 3．控制線（ 6 條） ① ALE/ PROG ：地址鎖存允許 /編程線，配合 P0 口引腳的第二功能使用。第二功能作控制用，每個引腳并不完全相同，如表 1 所示。 8751 的 — 還具有第二功能，即它 可以配合 — 傳送片內(nèi)EPROM12 位地址中的高八位地址。 ③ — ：這組引腳的第一功能和上述兩組引腳的第一功能相同，即它可以作為通用 I/O 使用。當 P1口作為通用 I/O 使用時， — 的功能和 P0 口的第一功能相同，也用于傳送用戶的輸入輸出數(shù)據(jù)。這時， — 用于傳送 EPROM 的編程機器碼或讀出校驗碼。第二種情況是 AT89C51 帶片外存儲器， — CPU訪問片外存儲器時先是用于傳送片外存儲器的低 8 位地址，然后傳送 CPU對片外存儲器的讀寫數(shù)據(jù)。第一種情況是 AT89C51 不帶片外存儲器， P0口可以作為通用 I/O 口使用，— CPU 的輸入 /輸出數(shù)據(jù)。現(xiàn)對它們綜述如下： ① — ：這組引腳共有八條，為 P0口所專用，其中 ， 為最低位。 8=32 條） 8051 共有四個并行 I/O 端口，每個端口都有八條端口線，用于傳送數(shù)據(jù) /地址。 AT89C51 有 40 條引腳，共分為端口線、電源線和控制線三類。其中，引腳 1 和引腳 2（方形封裝為引腳 2 和引腳 3）的第二功能僅用于 8052/8032， NC 為空引腳。在 MCS51 系列中，各類單片機是相互兼容的，只是引腳功能略有差異。通過模擬電量來控制閥門的動作，從而調(diào)節(jié)流量，實現(xiàn)流量的精確控制 。單片機軟件系統(tǒng)根據(jù)事先的設(shè)定值對采集的信息進行處理，輸出離散的控制信號。由此我們可以得出系統(tǒng)的總體設(shè)計框 圖，如下圖所示。通過 PID控制算法，編寫出相應(yīng)的流量控制子程序，實現(xiàn)對流量的控制，達到預(yù)期的控制要求；三、各子程序。該控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計可以分為三部分：一、主程序部分。各子程序完成相應(yīng)的各功 能。主程序完成系統(tǒng)的地址分配、系統(tǒng)初始化和各子程序的調(diào)用。通過模擬電量來控制閥門的動作，從而調(diào)節(jié)流量，實現(xiàn)流量的精確控制。單片機軟件系統(tǒng)根據(jù)事先的設(shè)定值對采集的信息進 行處理，輸出離散的控制信號。單片機通過預(yù)先設(shè)定值和系統(tǒng)軟件進行分析，發(fā)出相應(yīng)的控制信號，驅(qū)動調(diào)節(jié)閥動作，從而確定降粘劑的配比與耗量，實現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化。本控制系統(tǒng)的任務(wù)是對通過某一管道截面的物料數(shù)量即降粘劑流量進行控制。 第三章 總體設(shè)計 3． 1 硬件構(gòu)成與工作原理 本系統(tǒng)主要由水泵、流量傳感器、電動閥門和 MCS51 單片機控制系統(tǒng)以及液體管線和控制線、監(jiān)視線等組成。 在計算機控制系統(tǒng)中， PID 控制規(guī)律是用計算機軟件來實現(xiàn)的，因此它的靈活性很大，一些原來在模擬 PID 中無法實現(xiàn)的問題，在引入計算機后，只要通過軟件處理就可以得到解決。 這種算法的缺點是：由于全量輸出，所以每次輸出均與過去狀態(tài)有關(guān)，計算時要對 ek 進行累加，工作量大；并且，因為計算機輸出的 uk 對應(yīng)的是執(zhí)行機構(gòu)的實際位置，如果計算機出現(xiàn)故障，輸出的 uk 將大幅度變化，會引起執(zhí)行機構(gòu)的大幅度變化，有可能因此造成嚴重的生產(chǎn)事故，這在生產(chǎn)實際中是不能允許的。 如果采樣周期取得足夠小，則式（ 2— 1）或式（ 2— 2）的近 似計算可獲得足夠精確的結(jié)果，離散控制過程與連續(xù)控制過程十分接近。離散化處理的方法為：以 T 作為采樣周期， k 作為采樣序號，則離散采樣時間 kT 對應(yīng)著連續(xù)時間 t，用求和的形式代替積分，用增量的形式代替微分，可作如下近似變換： t? kT （ k=0， 1， 2） ?t0 dt)t(e?T??k0j )jT(e=T??k0j ej dt)t(de ? T ]T)1k[(e)kT(e ?? = T 1ekek ?? 上式中，為了表示方便 ,將類似于 e（ kT）簡化成 ek等。 由于計算機控制是一種采樣控制，它只能根據(jù)采樣時刻的偏差值計算控制量，而不能像模擬控制那樣連續(xù)輸出控制量，進行連續(xù)控制。 數(shù)字 PID控制算法可以分 為位置式 PID控制算法和增量式 PID控制算法。人們將模擬 PID 控制規(guī)律引入到計算機中來。數(shù)字 PID控制器與模擬 PID 控制器相比，具有非常強的靈活性，可以根據(jù)試驗和經(jīng)驗在線調(diào)整參數(shù)，因此可以得到很好的控制性能。 PID 控制器最先出現(xiàn)在模擬控制系統(tǒng)中，傳統(tǒng)的模擬 PID 控制器是 通過硬件（電子元件、氣動和液壓元件）來實現(xiàn)它的功能。 PID 控制器是控制系統(tǒng)中技術(shù)比較成熟，而且應(yīng)用最廣泛的一種控制器。 電磁流量計中，在一段不導(dǎo)磁測量管兩側(cè)安裝上一對電磁鐵，產(chǎn)生一個均勻分布的磁場，磁感應(yīng)強度 B，則管內(nèi)以速度 v 流動的導(dǎo)電性液體就相當于切割磁力線的導(dǎo)體，如果沿管道截面與磁場垂直方向上在外管壁兩測安裝一對電極，那么流體切割線的長度就是兩個電極間的距離，也就是管道內(nèi)徑 D（ m），則電極中的感應(yīng)電動勢為 e=BDv 由于體積流量 qv 與 v 有如下關(guān)系，即 qv=v 42dD 則 e= DB4 qv 由此可見，體積流量 qv 與 e/B 成正比，而當磁感應(yīng)強度 B 為恒定值時，在測量電極上就可以得到與流量成正比的電動勢。而電磁流量計以電磁感應(yīng)定律為基礎(chǔ)，通過安裝在管道兩側(cè)的磁鐵，以流動的液體當作切割磁力線的導(dǎo)體，由產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢測知管道內(nèi)液體的流速和流量。電磁流量計已基本實現(xiàn)小型化、智能化、一體化，并已有 級精 度的商品化電磁流量計出現(xiàn)。 20 世紀 30 年代便有了比較系統(tǒng)的電磁流量計的理論， 20 世紀 50 年代開始進入工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域。步進電機帶動 閥門動作，對流體流量進行控制。 AD 轉(zhuǎn)換器將連續(xù)的模擬量轉(zhuǎn)化為單片機能接受的離散的數(shù)字量。通過模擬電量來控制閥門的動作，從而調(diào)節(jié)流量，實現(xiàn)流量的精確控制。單片機軟件系統(tǒng)根據(jù)事先的設(shè)定值對 采集的信息進行處理，輸出離散的控制信號。流量控制程序?qū)崿F(xiàn)對流量的控制。系統(tǒng)軟件主要包括主程序，流量控制程序和供主程序調(diào)用的各個小的子程序。同時，系統(tǒng)還設(shè)有撥碼盤輸入和數(shù)碼管顯示。 2． 2 系統(tǒng)工作原理 (1)總體設(shè)計 通過 AD 轉(zhuǎn)換器，作為單片機與外部輸入的接口，將外部的模擬量輸入單片機。 第二章 功能原理說明 2． 1 控制系統(tǒng)的基本功能 該控制系統(tǒng)的基本功能有如下幾點： 1．流量顯示功能 a 復(fù)位顯示功能： b 平均流量顯示內(nèi)容折算成立方米 c 累積流量顯示內(nèi)容為立方米 d 累積流量數(shù)值的保護不受停電的影響 e 顯示精度均保留到小數(shù)點后兩位 2．對水泵的工作狀態(tài) 進行監(jiān)視 a 水泵工作正常，則顯示平均流量和累積流量的值 b 當水泵停止工作時 LED 顯示部分顯示的內(nèi)容和復(fù)位時相同 3．對電動閥門有較好的控制功能 在軟件設(shè)計當中考慮到對電機控制時避免頻繁啟動，因為頻啟動會影響閥門的密封效果和使用壽命，流量控制是一個動態(tài)的調(diào)節(jié)過程，每次采樣后和以前的上次采樣值取平均值，用這個值和撥碼開關(guān)值進行比較。在不銹鋼不耐某些工藝介質(zhì)腐蝕的強腐蝕 的場所，如工藝介質(zhì)為濕氯氣時，濕氯氣中含有的微量鹽酸會使不銹鋼波紋管很快被腐蝕，則控制閥閥桿不能采用波紋管密封的形式。這種特殊的閥蓋結(jié)構(gòu)保護控制閥的填料函避免和流體接觸，一旦波紋管破裂，在波紋管上面的填料函結(jié)構(gòu)會防止波紋管破裂失效時產(chǎn)生的嚴重后果。 采用波紋管密封型形式是解決上述問題的一個途徑。 在強腐蝕、易揮發(fā)和有毒有害的工藝流體中，控制閥一般不采用普通型、散熱片型、長頸型上閥蓋及密封結(jié)構(gòu)形式，因為此種結(jié)構(gòu)形式的密封性能和使用壽命極為有限。 因此，選擇控制閥，除了閥體結(jié)構(gòu)、材質(zhì)、執(zhí)行機構(gòu)、口徑計算外，還應(yīng)根據(jù)控制流體的壓力、溫度、壓差、流體的性質(zhì)，合理選擇上閥蓋的結(jié)構(gòu)形式和填料函，以防止流體沿著控制閥閥桿泄漏出來，即應(yīng)充分考慮閥桿密封的性能和使用壽命。 典型的控制閥的閥蓋由與閥體相同的材料或等效的材料制成。 常規(guī)的上閥蓋結(jié)構(gòu)形式一般有四種：普通型、散熱片型、長頸型和波紋管密封型。 控制閥的閥部分由閥的內(nèi)件和閥體組成，閥的內(nèi)件包括閥芯、閥 桿、填料函和上閥蓋等。 1． 4 控制閥概述 控制閥是自動控制系統(tǒng)中非常重要的一個環(huán)節(jié)，猶如人的手和腳。如果是非導(dǎo)電的管道或者沒有參比電極，可以將流體通過接地環(huán)接地。 3）傳感器應(yīng)采取接地措施以減小干擾的影響。 （二