【正文】 要求準(zhǔn)備好設(shè)備，檢察供電電壓是否 24VDC，極性是否正確，檢查接線無誤后接通電源，待通電半小時后，按照技術(shù)條件逐次檢查，首先根據(jù)該臺儀表的型號按表列出檢查點的輸入信號值，一般檢查點的量程范圍 0％， 10％， 30％， 50％， 70％， 90％， 100％，調(diào)整電阻箱，用Ｖ tg測量輸入信號，記下電阻箱的數(shù)據(jù)。采用低漂移，高增益的運算放大器作為主要放大器，具有線路簡單和良好的可靠性，穩(wěn)定性及各項技術(shù)性能。直流毫伏變送器電源為 24V DC集中供電，實現(xiàn)了二線制接線方式。 DDZⅢ型溫度變送器 本次采用的是 DDZ－Ⅲ型溫度變送器，它的工作原理如下： 圖 2－ 12 變送器原理圖 直流信號通過輸入引線輸送到儀表，此電壓信號與零點調(diào)整橋路上的一臂上電勢相疊加后輸入到主放大器同相端，經(jīng)過放大器放大后成為電流信號疊加后輸入到主放大器同相端，經(jīng)過放大器放大后成為 4～ 20mA電流信號，流入輸出電流互感器初級，直流信號被 10Kz頻率的方波調(diào)制后耦合到互感 器初級，再被整流濾波成為 4～ 20mA DC信號輸出。 它適用于氧化性或中性介質(zhì)中使用。 為了補償熱電偶測量過程中因冷端溫度不為 0 或是變化而引起熱電勢的變化值，我們采用冷端溫度自動補償法，也稱為補償電橋法，補償電橋法是利用不平衡電橋產(chǎn)生的不平衡電壓 abU 作為 補償信號。 %，適用熱電偶時必須十分注意其適用條件，在有些氣氛環(huán)境下，熱電偶性會急劇變化，產(chǎn)生很大的測量誤差。 熱電偶的溫度補償 熱電偶測溫的誤差，在低溫大約為 度，高溫相對誤差大約為 %，例如，鉑銠 10 鉑熱電偶在 0600度間的允許誤差為177。但是，這種方法是不經(jīng)濟的， 因為從現(xiàn)場到儀表室一般較遠，這將要耗費許多貴重的熱電板材料。 一般熱電偶很短 (幾百 mm～幾千 mm)，熱電偶冷端溫度會隨設(shè)備和環(huán)境溫度不斷變化。 但是，如果圖 212中導(dǎo)體Ｂ、Ｃ和導(dǎo)體Ｃ、Ａ接點處溫度不同時，回路中總電勢會發(fā)生變化。熱端插入需要測量的設(shè)備之中，冷端置于設(shè)備之外。 成都大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文（設(shè)計 ） 11 圖 2－ 10 圖 2－ 11 熱電偶是由兩種不同導(dǎo)線或半導(dǎo)體材料焊接而成。 E(t,t0)=eAB(t)eAB(t0) (21) 式中： e下標(biāo)字母表示電勢的方向。 在圖 211所示的熱電偶回路中，當(dāng)接觸 2的溫度不同時，則產(chǎn)生兩個不同的接觸電動勢 eAB(t)和 eAB(0)。平衡時，在Ａ、Ｂ兩個導(dǎo)體間的電位差稱為接觸電動勢。當(dāng)兩種不同導(dǎo)體 A， B接觸是時，由于導(dǎo)體兩邊的自由電子密度不同，在交界上邊產(chǎn)生電子的互相擴散。 熱電偶的測溫原理的以熱電效應(yīng)為基礎(chǔ)的，將任意兩種不同的導(dǎo)體 A/ B 組成一閉合回路（圖211）只要其連接點 2溫度不同，在回路就產(chǎn)生熱電動勢，這種現(xiàn)象稱為熱效應(yīng)，我們就是利用熱電偶的熱效應(yīng)來測量溫 度的。它具有結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，準(zhǔn)確度高，熱慣性小，穩(wěn)定性和復(fù)現(xiàn)性好，溫度測量范圍寬，適用于信號的遠傳自動記錄和集中控制的優(yōu)點，在溫度測量中占有重要的地位。這些中斷的中斷標(biāo)志和配置位在端口 3 中斷標(biāo)志寄存器中。在 ISR 返回前必須使該中斷請求無效，否則將產(chǎn)生另一個中斷請求。如果一個 /INT0 或 /INT1 外部中斷被配置為邊沿觸發(fā)， CPU 在轉(zhuǎn)向 ISR 時將自動清除相應(yīng)的中斷標(biāo)志。 中斷系統(tǒng) 兩個外部中斷源（ /INT0 和 /INT1）可被配置為低電平觸發(fā)或下降沿觸發(fā)輸入，由 IT0（ ）和 IT1（ ）的設(shè) 置決定。 1： 計數(shù)器 /定時器使用系統(tǒng)時鐘。 3位 : T0M 定時器 0 時鐘選擇 此位控制計數(shù)器 /定時器 0 的系統(tǒng)時鐘的分頻。 0： 定時器 1使用系統(tǒng)時鐘的 12分頻。 1： 定時器 2使用系統(tǒng)時鐘。 這些位選擇定時器 1 操作方式 表 22 定時器 1 選擇一覽 表 3位： GATE0： 定時器 0 門控位 0： 當(dāng) TR0=1 時無論 /INT0 如何定時器 0 允許 1： 只有在 TR0=1 并且 /INT0=邏輯 1 時定時器 0 允許 2位： C/T0： 計數(shù)器 /定時器選擇 0： 定時器功能 T0M 位 定義的時鐘使定時器 0 加 1： 計數(shù)器功能在外部輸入引腳 01位： T0M1T0M0： 定時器 0 方式選擇 這些位選擇定時器 0 操作方式 表 23 定時器 0 選擇一覽表 （ 3） 時鐘控制寄存器 圖 2－ 9 CKCON 時鐘控制寄存器 76位：未用讀 =00b， 寫 =無關(guān) 5位： T2M： 定時器 2時鐘選擇 此位控制定時器 2 的系統(tǒng)時鐘的分頻當(dāng)定時器為波特率發(fā)生方式或計數(shù)器方式即（ C/T2=1） 成都大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文（設(shè)計 ） 10 此位被忽略。 6位： C/T1： 計數(shù) 器 /定時器 1選擇。 0： 當(dāng) TR1=1 時無論 /INT1 如何定時器 1允許。 1 /INT0 是邊沿觸發(fā)。 0位： IT0： 中斷 0 類型選擇 此位選擇 /INT0 信號否檢測到下降沿中斷還是檢測到低電平有效中斷。 1 /INT1是邊沿觸發(fā)。 2位： IT1： 中斷 1 類型選擇 此位選擇 /INT1 信號檢測到下降沿中斷還是檢測到低電平有效中斷。 1 定時器 0允許。 1定時器 0已溢出。 5位： TF0： 定時器 0 溢出標(biāo)志 當(dāng)定時器 0 溢出時由硬件置位該標(biāo)志能被軟件清除當(dāng) CPU 進入定時器 0 中斷服務(wù)程序時它被自動清除。 6位： TR1： 定時器 1控制 0定時器 1禁止。 0定時器 1未溢出。這兩個定時器 /計數(shù)器都有四種工作方式，通過設(shè)置定時器 /計數(shù)器方式寄存器 TMOD中的方式選擇位 M1M0 來選擇工作方式每個定時器都可被獨立配置。在被訪問時以兩個字節(jié)的形式出現(xiàn)：一個低字節(jié) TL0或 TL1和一個高字節(jié) TH0或 TH1。 當(dāng)作為計數(shù)器時計數(shù)器 /定時器寄存器在選擇的輸入引腳 P04/T0,P05/T1,P06/T2每 1次從高到低跳變都加 1對事件計數(shù)的最大 頻率為系統(tǒng)時鐘頻率的 1/4輸入信號不必是階段性的但是它應(yīng)該被保持在給定的電平至少 2個完整的系統(tǒng)時鐘周期來確保該電偏高取樣。定時時鐘脈沖為 12個系統(tǒng)鐘周期選項提供了與標(biāo)準(zhǔn) 8051系列的兼容性。 表 21 定時 /計數(shù)器表 當(dāng)作為定時器時計數(shù)器 /定時，器寄存器在每一個定時時鐘脈沖下都加 1或 12除。定時器 0和 1幾乎完全相同 ，并且有 4種工作方式。圖 6 為其中一路模擬運算放大電路。運算放大器電路放大倍數(shù) G=2K1／ R3。橋式電路傳感器輸出信號 INl+、 INl 一經(jīng) INA326EA 放大后送入多路模擬切換開關(guān)，然后由 C805lF060 的 A／ D 電路進行 A／ D 轉(zhuǎn)換。當(dāng)ADO_CON、 ADl– CON 為高電平時，運放的輸出 OUT2 進入 ADO 進行 A／ D 轉(zhuǎn)換，運放的輸出OUT4 進入 ADl進行 A／ D 轉(zhuǎn)換；當(dāng) ADO_CON、 ADl– CON 為低電平時，運放的輸出 OUTl進入ADO 進 行 A／ D 轉(zhuǎn)換，運放的輸出 OUT3 進入 AD1 進行 A／ D 轉(zhuǎn)換， 如 圖 所示 。 （ 1） 多路模擬開關(guān)切換電路 因為 C8051F060 只有 2 路高速 A／ D 轉(zhuǎn)換器，而實際上有 4 路模擬量需要采集，故需要一個多路模擬切換開 關(guān)。 DAC為電壓輸出模式，與 ADC共用參考電平。 CPU通過 SFRS 控制數(shù)模轉(zhuǎn)換和比較器。 ADC1也有 靈活的轉(zhuǎn)換控制機制，允許用軟件命令、定時器溢出或外部信號輸入啟動 ADC1轉(zhuǎn)換；用軟件可以使 ADC1與 ADC0同步轉(zhuǎn)換。該 ADC工作在 500ksps的最大采樣速率時可提供真正的 8 位精度。 成都大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文（設(shè)計 ） 5 圖 2－ 3 C8051F060 外觀圖 成都大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文（設(shè)計 ） 6 圖 2－ 4 C8051F060 接線圖 模數(shù) /數(shù)模轉(zhuǎn)換器 C8051F060系列內(nèi)部都有一個 ADC子系統(tǒng)，由逐次逼近型 ADC、多通道模擬輸入選擇器和可編程增益放大器組成。注意，在對 Flash存儲器操作時，讀操作用 MOVC 指令，寫操作用 MOVX 指令，若用 MOVX 讀操作時，只能讀到XRAM 區(qū)。 64KB 的 Flash 存儲器區(qū)除了可以存放程序代碼外，也可以用來存放非易失數(shù)據(jù)。 （ 2）程序存儲器 C8051F060單片機的程序存儲器為 64KB 的 Flash 存儲器，它能以 512 字節(jié)為扇區(qū)實現(xiàn)在系統(tǒng)編程，無需提供片外專用編程電壓，其中從 0xFC00~0xFFFF 的 1024 字節(jié)為保留區(qū)。外部數(shù)據(jù)存儲器尋址范圍可以只映射為片內(nèi)存儲器、片外存儲器或二者的組合，即 4KB 以內(nèi)指向片內(nèi)， 4KB 以上指向外部存儲器接口 EMIF，該 EMIF 可以配置為復(fù)用 和非復(fù)用地址線 /數(shù)據(jù)線兩種方式。 C8051F060 單片機還有一個 4KB 的片內(nèi) XRAM，其尋址范圍以 4KB 為邊界覆蓋整個 64KB 的外部數(shù)據(jù)存儲器地址空間。這樣，單片機就有足夠的 SFR 來設(shè)定和配制各種接口資源，并為以后擴展預(yù)留了足夠的空間， 低端的 128 字節(jié) RAM 可通過直接或間接尋址來訪問，這和 8051 單片機的 RAM 完全一樣。 圖 2－ 2 存儲器結(jié)構(gòu)圖 （ 1）數(shù)據(jù)存儲器 數(shù)據(jù)存儲器分為內(nèi)部存儲器和外部存儲器。 成都大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文（設(shè)計 ） 4 存儲器結(jié)構(gòu) 圖 21 是 C8051F060 單片機的存儲器結(jié)構(gòu)圖。 （ ３）片內(nèi)集成有２個 UART、１個 SM（兼容 I2Ｃ）和１個 SPI （４）可編程的１６位計數(shù)器陣列 PAC 有６個捕捉／比較模塊和５個通用１６位計數(shù)器／定時器 ,這一為要求定時器／計數(shù)器具有較多的測控節(jié)點提供了方便。 （２）片上集成有 64KＢ Ｆ lash、 4352Ｂ內(nèi)部 RAM（ 256＋ 4KB,可外擴至 64KB）、 59 個Ｉ／Ｏ口、 ２通道 16 位１Ｍ SPS的可編程增益 Ａ DC、８通道 10 位 200KSPS可編程增益 ADC、２路 12 位DAC、３路模擬比較器、內(nèi)部電壓基準(zhǔn) 以及片內(nèi)電源監(jiān)視、降壓檢測和看門狗等功能。 因而掌握開發(fā)過程非常容易 。 成都大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文（設(shè)計 ） 3 第二章 系統(tǒng)硬件 設(shè)計 C8051F060 單片機簡介 C8051F060 單片機的基本特點 圖 2－ 1 C8051F060 原理圖 （１）內(nèi)核采用流水線結(jié)構(gòu) ,速度可達 25MIPS（ 25MHZ晶振） ,比普通的 51單片機快 10倍 。 為了達到較為理想的結(jié)果，本設(shè)計采用的設(shè)計思路是： 首先利用熱電偶對電阻爐的溫度 進 行采集 ，通過數(shù)字濾波，并將此檢測值與給定值 比較，然后 將其差值進行 PID 控制運算，其控制輸出量通過 C51引腳和放大電路，使其輸入的高電平 （ 固態(tài)繼電器的接通時間是通過觸發(fā)脈沖加以控制的）直接去控制可控硅接通時間 來 對電阻爐進行控制 ，以達到接近設(shè)定溫度值 。 系統(tǒng)是一個由 C8051F060 單片機控制的電阻爐溫度閉環(huán)控制系統(tǒng)。控溫范圍： 室溫 ～ 500℃，控制精度：177。例如冶金、機械、食品、化工等各類工業(yè)生產(chǎn)中廣泛使用的各種加熱爐、熱處理爐、反應(yīng)爐等；燃料有煤氣、天然氣、油、電等。 成都大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文（設(shè)計 ） 2 第一章 電阻爐溫度控制系統(tǒng) 總體設(shè)計 溫度是 工業(yè)生產(chǎn)中常見的工藝參數(shù)之一，任何物理變化和化學(xué)反應(yīng)過程都與溫度密切相關(guān)，因此溫度控制是生產(chǎn)自動化的重要任務(wù)。C。 控制精度為 177。設(shè)計結(jié)果應(yīng)是實際值與設(shè)定值誤差甚少，結(jié)果良好。 利用單片機 通過 PID的控制 對電阻爐的溫度控制進行改造后的系統(tǒng)具有控溫精度高、功能強、體積小、價格低，簡單