【正文】 0 系列液位變送器是采用高性能擴(kuò)散硅膜片差壓傳感技術(shù)，將液位壓差轉(zhuǎn)換為 4~20mA 或 1~5V 標(biāo)準(zhǔn)直流信號(hào)，可作液位傳感器。 CB900 的工作原理：加于變送器的壓力（或差壓）使變送器內(nèi)膜片變形，從變形的擴(kuò)散硅膜片上檢出與差壓或成線形變化的電信號(hào)，并轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)輸出。 采樣保持器 在對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換時(shí)，從啟動(dòng)變換到變換結(jié)束，需要一定的時(shí)間，即 AD 轉(zhuǎn)換器的孔徑時(shí)間。要防止這種誤差的產(chǎn)生，必須在 A/D 轉(zhuǎn)換開始時(shí)將信號(hào)電平保持不變，而在 A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)束后又能跟蹤輸入信號(hào)的變化，即輸入信號(hào)處于取樣狀態(tài) 。由上述分析可知，取樣保持器在保持階段相當(dāng)于一個(gè)“模擬信號(hào)存儲(chǔ)器”。 取樣保持電路的基本原理如圖 21 所示。圖中，兩個(gè)放大器均接成跟隨形式，取樣期間，開關(guān)閉合，輸入跟隨器的輸出給電容器 C 快速充電；保持期間，開關(guān)斷開，由于輸出緩沖放大器的輸入阻抗極高，電容器上存儲(chǔ)的電荷基本維持不變，保持充電時(shí)的最終值供 A/D 轉(zhuǎn)換。 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換 AD 轉(zhuǎn)換器概述 由于單片微機(jī)面向測(cè)控領(lǐng)域的應(yīng)用，常需將連續(xù)變化的模擬量轉(zhuǎn)換成離散的數(shù)字量，才能送計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)值處理。前者稱為模 /數(shù)轉(zhuǎn)換（簡稱 A/D），后者稱為數(shù) /模轉(zhuǎn)換（簡稱 D/A）。 A/D 轉(zhuǎn)換器按其轉(zhuǎn)換的原理，可分為四種 ：計(jì)數(shù)式、雙積分式、逐次逼近式和并行式。雙積分式 A/D 轉(zhuǎn)換器的主要優(yōu)點(diǎn)是，抗干擾能力強(qiáng)，價(jià)格便宜。常用的逐次逼近式 A/D 轉(zhuǎn)換器主要有：美國國家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的 ADC0801~ADC0805， ADC0808/0809，精度都是 8位，轉(zhuǎn)換時(shí)間約為 100μs。本設(shè)計(jì)需分別采樣溫度與水位信號(hào)，故采用 ADC0809作為轉(zhuǎn)換器來實(shí)現(xiàn) 模數(shù)轉(zhuǎn)換。 2． ADC0809 的工作原理 ADC0809 是最常用的 8 位 A/D 轉(zhuǎn)換器，屬 CMOS 工藝逐次逼近型。 ADC0809 的工作時(shí)鐘為 10kHz~。然后在 ALE 輸入端加一個(gè)正跳變脈沖，將路地址鎖存到ADC0809 內(nèi)部的路地址寄存器中。為了啟動(dòng)變換工作序列，必須在 START 端加一個(gè)負(fù)跳變信號(hào)。一旦變換結(jié)束， EOC 信號(hào)就又由低電平變成高電平。 3． ADC0809 的外特性 ADC0809 片內(nèi)集成了 8 路模擬多路開關(guān)、地址鎖存與譯碼、 8 位 A/D 轉(zhuǎn)換器以及 8 位三態(tài)輸出鎖存器四部分組成。 N0~IN7： 8 路模擬量開關(guān)輸入端口。 GND：接地端。 START： A/D 轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)輸入端口，高電平有效。 EOC： A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)輸出端口，開始轉(zhuǎn)換時(shí)為低電平，一旦轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)輸出高電平。 CLK：時(shí)鐘信號(hào)輸入端。用三位編碼組成 3： 8 譯碼輸出，選通 8 路模擬電子開關(guān)，實(shí)現(xiàn) IN0~IN78 路選 1。本系統(tǒng)采用的是中斷方式，由系統(tǒng)的硬件電路圖可知，當(dāng) ADC0809 的轉(zhuǎn)換工作結(jié)束時(shí)， EOC 送出高電平，經(jīng)一非門后成低電平，送入 8051 的 INT0 引腳，提出中斷請(qǐng)求， 8051 響應(yīng)該 中斷讀入轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)，完成一次 A/D 轉(zhuǎn)換。而參考電壓常用現(xiàn)成的由廠家提供的高精度 電源集成塊。 本設(shè)計(jì)中有兩個(gè)模擬輸入信號(hào)：水溫信號(hào)和水位信號(hào)，所以需要兩路模數(shù)轉(zhuǎn)換，故采用 IN0和 IN1來分別作為水位和水溫模擬量的輸入通道，由 A~C 地址譯碼選通。采用地址線選方式，用 8051 的 引腳與讀、寫信號(hào)組合作為 ADC0809的 START、 ALE 和 OE 信號(hào)。所以，在軟件編程時(shí) ADC0809的地址為： 即 A14=0，由 A0~A2 給出通道（ IN0~IN7）的選通地址碼，由此可知， ADC0809 的口地址為 0B000H。 單片機(jī)是在一塊大規(guī)模集成電路（ LSI）或大規(guī)模集成電路（ VLSI）芯片上集成的一臺(tái)微型計(jì)算機(jī)，它具有許多獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，體積小、低功耗、低電壓、低成本、面向控制、可以滿足工業(yè)控制的不同要求，已進(jìn)入人類生活的各個(gè)領(lǐng)域，如家用電器中的冰箱、彩電等，由于是用單片機(jī)控制系統(tǒng)，使系統(tǒng)功能更多，使用更方便，更加智能化。因此，它總是以其強(qiáng)有力的 信息處理、檢測(cè)、控制以及指揮中心，成為整個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)的首腦，從而對(duì)單片微機(jī)的功能要求、規(guī)模大小和復(fù)雜程度等隨應(yīng)用系統(tǒng)的不同而不同。 8 位單片機(jī)是目前廣泛應(yīng)用的主要機(jī)型。 2． 8051 的主要外部功能引腳說明 Vss：電路低電平； Vcc：正常運(yùn)行時(shí)為 +5V 電源； RST：復(fù)位信號(hào)輸入端； ALE：允許地址鎖存信號(hào)輸出。在非訪問外部存儲(chǔ)器期間， ALE仍以 1/6 振蕩頻率固定不變 的速率輸出，因而它能作外部時(shí)鐘或定時(shí)信號(hào)用。 PSEN：訪問外部程序存儲(chǔ)器選通信號(hào)，低電平有效； EA：訪問內(nèi)部或外部程序存儲(chǔ)器選擇信號(hào)。 由于本設(shè)計(jì)是小型應(yīng)用系統(tǒng)， 8051 內(nèi)部的程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器已夠用，所以不需要外擴(kuò) ROM 和 RAM。如圖 27， 8051 控制著整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行。同時(shí)，根據(jù)事先編好的程序，如果溫度或水位沒有達(dá)到要求（如本系統(tǒng)要求水位不可低于 30L，水溫如果未達(dá)到設(shè)定值而又長時(shí)間無變化就自動(dòng)加熱，達(dá)到設(shè)定值后自動(dòng)保溫）則 8051 就驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行相應(yīng)的操作，直到系統(tǒng)滿足設(shè)定的條件，達(dá)到自控的目的。 LED 數(shù)碼顯示和鍵盤 可編程并行接口 8255 由于主機(jī)的 I/O 口數(shù)量有限，在大多數(shù)應(yīng)用系統(tǒng)中均需外擴(kuò) I/O 接口部件。 8255 是 Intel公司生產(chǎn)的可編程并行 I/O 接口芯片，它具有 3 個(gè) 8 位的并行 I/O 口，分別成為PA、 PB、 PC 口，其中 PC 口又分為高 4 位口和低 4 位口兩部分。 8255I/O 口多功能強(qiáng)，與 8051 配置接口設(shè)計(jì)簡單。 1． 8255 的外特性 D0~D7：雙向數(shù)據(jù)總線； CS：片選信號(hào)端，低電平有效； RD/WR：讀 /寫選通信號(hào)端，低電平有效； A0、 A1：通道選擇信號(hào)，它與 CS、 WR、 RD 的信號(hào)端組合，用來控制 PA、PB、 PC 三個(gè)通道口和控制字端口及其功能選擇。 2． 8255 的應(yīng)用 8255 有三種工作方式，其操作方式是通過軟件編程將方式控制字寫入 8255的控制字寄存器進(jìn)行選擇的。 由系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)圖可知， 8255 的 CS 與 8051 的 相連，即 =0，由此可知，分配給 8255 的地址空間為 7FFC~7FFFH，其中， PA 口地址為 7FFCH， PB口地址為 7FFDH， PC 口地址為 7FFEH，控制口地址為 7FFFH。顯示器為 6 位 LED 數(shù)碼顯示，共陰極接法。采用7406 和 7407 進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。 8051 輸出的數(shù)據(jù)是通過鎖存器 74LS373 送入 8255 的， 74LS373 的作用是暫存 8051 輸出的 8 位數(shù)據(jù)。且根據(jù)程序的編寫來分時(shí)顯示設(shè)定值以及實(shí)際值。用四個(gè) 2*2 按鍵作為熱水器的功能鍵，即 1 號(hào)按鍵：水位設(shè)定鍵（按一下加 1L水）， 2 號(hào)按鍵：開始加水鍵， 3 號(hào)按鍵：水溫設(shè)定鍵（按一下升 1 攝氏度，在 0攝氏度與 100 攝氏度之間循環(huán)），以及 4 號(hào)按鍵：開始加熱鍵。 輸出驅(qū)動(dòng)與執(zhí)行機(jī)構(gòu) 加 熱器的電路連接與分析 電熱型功率接口通常用繼電器或可控硅控制，本設(shè)計(jì)采用的是雙向可控硅控 制的電熱型功率接口。 電熱器件由雙向可控硅 KS 控制， KS 由光電耦合器 4N25 和晶體管 9013 觸發(fā)采用直流脈沖觸發(fā)，觸發(fā)電壓由變壓器的其中一個(gè)繞組 L2 提供，經(jīng)整流濾波后，產(chǎn)生觸發(fā)電流。 端輸出高電平時(shí)， 4N25 沒有電流輸入，晶體管 T 截止，雙向晶閘管 KS 關(guān)，電熱器不加熱。 過零檢測(cè)電路由變壓器 B 的其中一個(gè)繞組 L3和電容器 C2組成。 T0 是過零檢測(cè)端，它可對(duì)過零的上升信號(hào)檢測(cè)而發(fā)生中斷； T1也是過零檢測(cè)端，它可對(duì)過零的下降信號(hào)檢測(cè)而發(fā)生中斷。其中， T0和 T1采用溢出中斷方式。達(dá)林頓管采用復(fù)合連接方式，將兩只或更多只晶體管的集電極連在一起，而將第 一只晶體管的發(fā)射極直接耦合到第二只晶體管的基極，依次級(jí)連而成。本系統(tǒng)采用的是由兩只 NPN型晶體管構(gòu)成的達(dá)林頓管，其基本電路如下所示： 圖 210 達(dá)林頓管基本電路 上水閥的 驅(qū)動(dòng)電路及分析 單片機(jī) 8051 的 利用 OC 門與光電耦合器 4N25 相連， 4N25 的輸出接達(dá)林頓管作為上水閥的驅(qū)動(dòng)電路。 系統(tǒng)的硬件抗干擾設(shè)計(jì) 按鍵消抖 1．鍵盤輸入的特點(diǎn) 鍵盤實(shí)質(zhì)上是一組按鍵開關(guān)的集合。由于機(jī)械觸點(diǎn)的彈性作用，一個(gè)按鍵開關(guān)在閉合時(shí)不會(huì)馬上穩(wěn)定地接通，在斷開時(shí)也不會(huì)一下斷開。按鍵的穩(wěn)定閉合時(shí)間由操作人員的按鍵動(dòng)作持續(xù)時(shí)間決定，一般為十分之幾秒到幾秒時(shí)間。為了確保按鍵的狀態(tài)，必須消除按鍵抖動(dòng)的影響，這也是按鍵抗干擾的主要的一個(gè)方面，同時(shí)，由于按鍵一般與系統(tǒng)是通過傳輸線相連的，傳輸線很容易受到電磁干擾的影響，因此鍵盤傳輸線的抗干擾問題也是按鍵接口電路應(yīng)該解決的問題。其電路原理如圖 21 所示： 設(shè)按鍵首先處于 a 位置，此時(shí) RS 觸發(fā)器的與非門輸出端 OUT1 為高電平 1，與非門 2 的輸出端 OUT2 為 0，此輸出引入到與非門 1 的一個(gè)輸入端，會(huì)把與非門 1 鎖住，使其固定輸出為 1。當(dāng)按鍵到 達(dá) b 時(shí)，一旦與非門 2 的輸入端呈現(xiàn)低電平時(shí)， RS 觸發(fā)器將出現(xiàn)狀態(tài)的翻轉(zhuǎn)，此時(shí)， OUT2 端輸出為 1， OUT1 端輸出為 0 。同樣，在松開按鍵的過程中，只要接通 a，輸出為 1，在接通 a 的過程中，即使產(chǎn)生了彈性抖動(dòng)，只要按鍵不與按鍵 b 發(fā)生接觸， RS 觸發(fā)器的輸出將保持不變。 光電隔離 光電隔離器主要用于電信號(hào)的隔離和傳輸，它通常把發(fā)光器件和受光器件置于同一殼體內(nèi)，在發(fā)光器件端口加入控制電信號(hào)，使得發(fā)光器件發(fā)光，受光器件受光，產(chǎn)生光電效應(yīng)，輸出電信號(hào)，從而可以實(shí)現(xiàn)電 — 光 — 電的信號(hào)傳輸和控制。 4N25 由發(fā)光二極管和光敏三極管組成。 若沒有電流（或電流非常?。┝鬟^發(fā)光二極管，則其不發(fā)光，光敏三極管就處于截止?fàn)顟B(tài)。單片機(jī)的主頻為 12kHz，顯示部分由定時(shí)器中斷控制。下圖為主程序流程圖： Y N Y N N N Y 圖 31 主程序流程圖 初始化 掃描鍵盤 有鍵按下嗎？ 響應(yīng)中斷 采樣水位信號(hào)并處理 低于 30L？ 啟動(dòng)上水閥 溫度信號(hào)采樣并處理 等于設(shè)定值？ 啟動(dòng)加熱器 低于 30L？ 開始 部分中斷服務(wù)程序 8255 初始化 8255 的初始化程序?yàn)椋? PI8255： MOV DPTR， 7FFFH ； 8255 控制寄存器地址送 A MOV A， 3H ；控制字送 A MOVX DPTR， A ；方式控制寫入 8255 控制寄存器 A/D 轉(zhuǎn)換程序 1． A/D 轉(zhuǎn)換中斷子程序流程圖 圖 32 AD 轉(zhuǎn)換中斷服務(wù)程序流程圖 開始 讀取 A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果 存入緩沖區(qū) 修改緩沖區(qū)地址 轉(zhuǎn)換個(gè)數(shù)記錄加 1 啟動(dòng) A/D 轉(zhuǎn)換 兩路都轉(zhuǎn)換過？ 從 IN0 重新開始轉(zhuǎn)換 中斷返回等待 2． A/D 轉(zhuǎn)換程序 在主程序中要對(duì) INT0 外部中斷進(jìn)行預(yù)置，然后啟動(dòng) ADC0809 進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換結(jié)束后，轉(zhuǎn)入中斷服務(wù)子程序，把轉(zhuǎn)換結(jié)果讀入 8051 的累加器，并存入相應(yīng)緩沖存儲(chǔ)單元 50H~51H，再由主程序?qū)@些數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。顯示子程序如下： ORG 0400H DSPY： MOV R0， 58H ； R0 為顯示緩沖區(qū)指針 MOV R1， 01H ； R1 為顯示器數(shù)位指針 LOOP： MOV A， R1 ；掃描模式送 A MOV DPTR， 7FFCH ； DPTR 指向 8255 的 PA 口 MOVX DPTR， A ；掃描一位 LED INC DPTR ； DPTR 指向 PB 口 MOV A， R0 ； 取要顯示的數(shù) ADD A， 12H ；加上到字形表的偏移量 MOVC A，