【正文】 809pins ADC0809 是帶有 8 位 A/D 轉(zhuǎn)換器、 8 路多路開關(guān)以及與微型計(jì)算機(jī)兼容的控制邏輯的CMOS 組件，其轉(zhuǎn)換方法為逐次逼近型。 ADC0809 芯片提供了高轉(zhuǎn)換速度、高精密度、環(huán)境影響小和低功耗等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。由圖 26 可看芯片主要是由一個(gè) 8位 A／ D 轉(zhuǎn)換器、 8 路模擬輸入選通開關(guān)、地址鎖存及譯碼電路工作和三態(tài)數(shù)據(jù)輸出鎖存器組成。1LSB，它具有高速、高精度、溫度依賴度低以及在長(zhǎng)期工作條件下能耗小、重復(fù)性好等優(yōu)點(diǎn)。 遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) ADC0809轉(zhuǎn)換芯片 本開發(fā)系統(tǒng)的 A／ D 轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)硬件主要是由 ADC0809 轉(zhuǎn)換芯片和四個(gè)可變電位器組成的。這種方法好比用天平稱一個(gè)物體的重量，第一次放最大的砝碼，若不合適，就改放小一號(hào)的，依次類推。此時(shí) D／ A 轉(zhuǎn)換器的數(shù)字輸入 (輸出鎖存器內(nèi)容 )即為對(duì)應(yīng)模擬輸入信號(hào)的數(shù)字量。若模擬輸入 Uin 大于 Ui，比較器輸出為 1，則使輸出鎖存器的最高位保持為 1。通常給出在一定溫度下的最大非線性度，一般為 ％～ ％。LSB／ 2 所需要的時(shí)間，通常為幾十納秒至幾微秒。 3)轉(zhuǎn)換時(shí)間。在滿刻度已校準(zhǔn)的前提下，在整個(gè)刻度范圍內(nèi)，對(duì)于任一數(shù)碼的模擬量輸出與它的理論值之差。分辨率為 10 位的 D／ A 轉(zhuǎn)換器，表示它可以對(duì)滿量程的 1／ 1024的增量做出反應(yīng)。 D／ A 轉(zhuǎn)換芯片的主要性能指標(biāo)如下 : 1)分辨率。因此各支路的電流不僅決定于輸入數(shù)字量的值 (0 或 1)，還決定于 “權(quán) ”，各支路的電流如下： 12 2 268222re f re fVVI D DRR? ? ??? 0008811 1 178222222ref refref refVVIDRRVVI D DRR? ? ???? ? ???33 3 35844 4 44855 5 53866 6 62877 7 7182222.222.222.222re f re fre f re fre f re fre f re fre f re fVVI D DRRI D DI D DRRVVI D DRRVVI D DRR? ? ???? ? ?? ? ???? ? ???? ? ???曹德寶 :鍋爐液位控制系統(tǒng) 因此，總電流為 Iout： 70 1 2 3 4 5 6 7 8 0 2 ( 2 4 )2 r e f io u t iiVI I I I I I I I I DR ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? ? 70 1 2 3 4 5 6 7 8 02 (2 4)2ref iout iiVI I I I I I I I I DR?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? ? 該總電流經(jīng)電流轉(zhuǎn)換器后有 : 708 0 22r e f io u t o u t iiVV R I D E N?? ? ? ? ? ? ? ?? (2 5)? 其中 70 8 0, 2 (2 6)2ref i iiVE N D???? 70 8 0, 2 (2 6)2ref i iiVE N D???? 由式（ 26）看出，盡管使用的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)不同，但對(duì)于 D／ A 轉(zhuǎn)換器的輸入輸出來說是等效的。當(dāng)某一位為 “0”時(shí)，則電子開關(guān)斷開，該支路電阻上無電流流過。 D／ A 轉(zhuǎn) 換器主要由三部分構(gòu)成，即加權(quán)電阻解碼網(wǎng)、受輸入數(shù)字量控制的電子開關(guān)組和由運(yùn)算放大器構(gòu)成的電流轉(zhuǎn)換器。 D／ A 轉(zhuǎn)換器的基本功能是將一個(gè)用二進(jìn)制表示的數(shù)字量轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的模擬量。 D／ A轉(zhuǎn)換基本原理 D／ A 轉(zhuǎn)換接口技術(shù)是應(yīng)用系統(tǒng)后向通 道典型應(yīng)用技術(shù)之一。由上至下的第一個(gè)位置為水位上限報(bào)警線，即當(dāng)水位高于此位置時(shí)，開水房控制系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)報(bào)警，提醒工作人員注意，加水電磁閥有可能出故障；第二個(gè)位置是自動(dòng)停止加水線，即當(dāng)水位高于此位置 時(shí)，控制系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)關(guān)閉加水電磁閥，停止加水；第三個(gè)位置是自動(dòng)加水線，即當(dāng)水位低于此位置時(shí)，控制系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)接通加水電磁閥，開水加水；第四個(gè)位置是水位下限報(bào)警線，即當(dāng)水位低于此位置時(shí)，開水房控制系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)報(bào)警，提醒工作人員注意，加水電磁閥可能出故障。 水位檢測(cè)是通過四對(duì)高亮二極管和光敏三極管分別安裝在四個(gè)不同的位置，由上至下四個(gè)輸出端口分別接單片機(jī)的 、 、 、 口，實(shí)時(shí)對(duì)鍋爐里的水位進(jìn)行檢測(cè)。只不過原理正好相反 ,當(dāng)有電流導(dǎo)體內(nèi)部產(chǎn)生光電流 ,照射在 PN 結(jié)上 ,在內(nèi)部產(chǎn)生光電流 , 它具有體積小、功耗低、壽命長(zhǎng)、響應(yīng)快、機(jī)械強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn)，并能和集成電路相匹配。 光敏三級(jí)管是由高亮二極管進(jìn)行發(fā)光的 , 高亮二極管是一種把電能轉(zhuǎn)變成光能的半導(dǎo)體器件。如果入射光的照度變化，光生電子 ,空穴對(duì)的濃度將相應(yīng)變動(dòng)，通過外電路的光電流強(qiáng)度也會(huì)隨之變動(dòng)，光電效應(yīng)的原理就是光電二極管的原理 ,光敏二極管就把光信號(hào)轉(zhuǎn)換成了電信號(hào) ,它是最簡(jiǎn)單的光學(xué)元件。 我采用的是四對(duì)高亮二極管和 光敏三極管所組成的液位傳感器，這種液位傳感器如下圖 1 2 3 4ABCD4321DCBALED1K1KGND設(shè) 計(jì)班 級(jí)指導(dǎo)教師日 期遼寧工程技術(shù)大學(xué)電氣與控制工程學(xué)院曹 德 寶自動(dòng)化 0 3 6閻 馨20xx 年 6 月 24 日鍋爐液位控制系統(tǒng) 圖 24 液位傳感器 Fit 24 level transducer 由圖 24 可知，液位傳感器的主要元件是 高亮二極管和光敏三極管 ,它們都屬于光電元件 ,光電元件主要采用的是 光電效應(yīng) ,光電效應(yīng)分外光電效應(yīng)、內(nèi)光電效應(yīng)和光生伏特效應(yīng) , 光電效應(yīng)的原理是 PN 結(jié)加反向電壓時(shí)，反向電流的大小取決于 P 區(qū)和 N 區(qū)中少數(shù)載流子的濃度，無光照時(shí) P 區(qū)中少數(shù)載流子 (電子 )和 N 區(qū)中的少數(shù)載流子 (空穴 )都很少，因此反向電流很小。 液位傳感器設(shè)計(jì) 在鍋爐液位控制系統(tǒng)中 ,傳感器的選擇是非常重要的 ,傳感器是能感受規(guī)定的被測(cè)量 ,并遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的器件或裝置 ,它通常由敏感元件 和轉(zhuǎn)換元件組成 ,它的性能直接影響到整個(gè)檢測(cè)系統(tǒng) ,對(duì)檢測(cè)精確度起著重要的作用。 Pin29: 當(dāng)訪問外部程序存儲(chǔ)器時(shí) ,此腳輸出負(fù)脈沖選通信號(hào)， PC 的 16 位地址數(shù)據(jù)將出現(xiàn)在 P0 和 P2 口上，外部程序存儲(chǔ)器則把指令數(shù)據(jù)放到 P0 口上，由 CPU 讀入并執(zhí)行。更有一個(gè)特點(diǎn)，當(dāng)訪問外部程序存儲(chǔ)器， ALE 會(huì)跳過 一個(gè)脈沖。 8 0 5 1R E S E TR E S E T 8 0 5 1V c c V c cS W2 2 u1 K91 K4 7 0 R2 2 u9上 電 自 動(dòng) 復(fù) 位 手 動(dòng) 復(fù) 位 電 路 圖 23 復(fù)位電路 Fit 23 reset circuit Pin30:ALE/ 當(dāng)訪問外部程序器時(shí)， ALE(地址鎖存 )的輸出用于鎖存地址的低位字節(jié)。 然而，初始復(fù)位不改變 RAM（包括工作寄存器 R0R7）的狀態(tài)， 8051 的初始態(tài)如下 表 21 寄存器初始狀態(tài) Chart 21 register’s original state 特殊功能寄存器 初始態(tài) 特殊功能寄存器 初始態(tài) ACC PSW 07H DPL IP IE TMOD SCON P0P3 00H 00H 00H 00H xxx00000B 0x00000B 00H xxxxxxxxB 1111111B B SP TH0 TL0 TH1 TL1 TCON SBUF PCON 00H 07H 00H 00H 00H 00H 00H 00H 0xxxxxxxB 曹德寶 :鍋爐液位控制系統(tǒng) 8051 的復(fù)位方式可以是自動(dòng)復(fù)位，也可以是手動(dòng)復(fù)位，見圖 23。初始化后，程序計(jì)數(shù)器 PC 指向 0000H， P0P3 輸出口全部為高電平，堆棧指鐘寫入 07H，其它專用寄存器被清 “0”。 在對(duì)單片機(jī)設(shè)計(jì)中， P0 口作為程序存儲(chǔ)器擴(kuò)展口，且是擴(kuò)展并行輸入 /輸出接口的接口，另外也作為模數(shù)轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)傳輸口 ,P2 口為程序存儲(chǔ)器擴(kuò)展口的高八位地址總線口，P1 口為輸入 /輸出口。本設(shè)計(jì)采用外部時(shí)鐘電路，外接晶振和電容組成振蕩器。 8051 的時(shí)鐘有兩種方式，一種是片內(nèi)時(shí)鐘振蕩方式，但需在 18 和 19 腳外接石英晶體(212MHz)和振蕩電容 ,振蕩電容的值一般取 10p30p。 Pin19:時(shí)鐘 XTAL1 腳，片內(nèi)振蕩電路的輸入端。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12ABCD121110987654321DCBAT i t l eN u m b e r R e vi s i o nS i z eA1D a t e : 2 4 J u n 2 00 7 S he e t o f F i l e : E : \ 曹德寶 \ 大圖 \ B a c k up of B A C K U P ~ 1 4. D D BD r a w n B y :E A / V P31X119X218R E S E T9RD17WR16I N T 012I N T 113T014T115P 101P 112P 123P 134P 145P 156P 167P 178P 0039P 0138P 0237P 0336P 0435P 0534P 0633P 0732P 2021P 2122P 2223P 2324P 2425P 2526P 2627P 2728P S E N29A L E / P30T X D11R X D108 05 1 圖 22 8051 引腳圖 Fit 22 diagram of 8051 pins 上圖是 8051 的引腳配置， 40 個(gè)引腳中，正電源和地線兩根，外置石英振蕩器的時(shí)鐘線兩根， 4 組 8 位共 32 個(gè) I/O 口，中斷口線與 P3 口線復(fù)用。 系統(tǒng)的原理是采用液位 式傳感器測(cè)量鍋爐液位值 ,通過單片機(jī)的轉(zhuǎn)換與分析在 LED上顯示及輸出控制 。 整個(gè)系統(tǒng)電控部分以 ATMEL 公司的 8051 為核心芯片，控制信號(hào)采集、處理、輸出三個(gè)過程。其他系列的單片機(jī)都以它為核心 ,所以本設(shè)計(jì)采用的核心芯片是 8051 單片機(jī)。所出的系列產(chǎn)品有 805 803 8751。 核心芯片 8051單片機(jī) 計(jì)算機(jī)芯片 MCS51 是一個(gè)電腦晶片 ,英特爾公司生產(chǎn)系列。其溫度檢測(cè)選用的是光電隔離器 ,實(shí)行光電隔離 ,有利于人員對(duì)溫度的檢測(cè) ,再通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC0809進(jìn)行轉(zhuǎn)換后與 8051單片機(jī)接口相連，使其與設(shè)定值相比較從而實(shí)現(xiàn)溫度報(bào)警； 而本設(shè)計(jì)主要是對(duì)液位進(jìn)行控制 ,下圖是鍋爐液位控制系統(tǒng)。 遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 鍋爐自動(dòng)控制包括對(duì)鍋爐的液位，壓力，溫度等的控制，本系統(tǒng)只側(cè)重于介紹鍋爐的液位控制。第三章我著重介紹了本設(shè)計(jì)所使用的傳感器 ,因?yàn)閭鞲衅鞯男阅茉谡麄€(gè)系統(tǒng) 中起著非常重要的作用 ,尤其對(duì)檢測(cè)精確度起著重要的作用 ,在其中我重點(diǎn)介紹了液位傳感器 ,光電式傳感器和壓電式傳感器。隨著計(jì)算機(jī)控制技術(shù)應(yīng)用的普及、可靠性的提高及 價(jià)格的下降，工業(yè)鍋爐的微機(jī)控制必將得到更加廣泛的應(yīng)用。由于工業(yè)鍋爐耗煤量大，燃燒熱效率每提高 1％都會(huì)產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益。 本系統(tǒng)所使用的傳感器性能穩(wěn)定 ,測(cè)量準(zhǔn)確 ,大 大簡(jiǎn)化現(xiàn)場(chǎng)安裝 ,具有較高的性價(jià)比 ,有曹德寶 :鍋爐液位控制系統(tǒng) 較大的工程應(yīng)用價(jià)值 ,而且 利用計(jì)算機(jī)與組態(tài)軟件技術(shù)對(duì)鍋爐生產(chǎn)過程進(jìn)行自動(dòng)控制有著重要的意義。當(dāng)水位到達(dá)某一光敏三極管的位置時(shí)，其輸出端口就向單片機(jī)輸出高電平；當(dāng)水位低于此光敏三極 管的位置時(shí)，其輸出端口就向單片機(jī)輸出低電平。所以我在第三章著重介紹了這 3 種傳感器。用 LED 顯示是因?yàn)樗哂酗@示清晰、亮度高、使用電壓低、光電轉(zhuǎn)換效能高、壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)， 根據(jù)當(dāng)前的液位值和用戶設(shè)定的水位決定是否進(jìn)行開、關(guān)水泵 ,需要是否開啟和關(guān)閉驅(qū)動(dòng)閥門的電動(dòng)機(jī)。 系統(tǒng)硬件總體方案 系統(tǒng)的原理是采用高亮二極管和光敏