【正文】 /D轉(zhuǎn)換前，輸入到A/D轉(zhuǎn)換器的輸入信號必須經(jīng)各種傳感器把各種物理量轉(zhuǎn)換成電壓信號。AD轉(zhuǎn)換主要有以下三種方法：（1）逐次逼近法 逐次逼近式A/D是比較常見的一種A/D轉(zhuǎn)換電路，轉(zhuǎn)換的時間為微秒級?；驹硎菑母呶坏降臀恢鹞辉囂奖容^，好像用天平稱物體，從重到輕逐級增減砝碼進(jìn)行試探。然后再置逐次逼近寄存器次高位為1，將寄存器中新的數(shù)字量送D/A轉(zhuǎn)換器，輸出的 Vo再與Vi比較，若VoVi，該位1被保留，否則被清除。轉(zhuǎn)換結(jié)束后，將逐次逼近寄存器中的數(shù)字量送入緩沖寄存器，得到數(shù)字量的輸出。（2）雙積分法 采用雙積分法的A/D轉(zhuǎn)換器由電子開關(guān)、積分器、比較器和控制邏輯等部件組成。 雙積分法A/D轉(zhuǎn)換的過程是：先將開關(guān)接通待轉(zhuǎn)換的模擬量Vi，Vi采樣輸入到積分器，積分器從零開始進(jìn)行固定時間T的正向積分，時間T到后，開關(guān)再接通與Vi極性相反的基準(zhǔn)電壓VREF，將VREF輸入到積分器，進(jìn)行反向積分，直到輸出為0V時停止積分。計數(shù)器在反向積分時間內(nèi)所計的數(shù) 值，就是輸入模擬電壓Vi所對應(yīng)的數(shù)字量，實(shí)現(xiàn)了A/D轉(zhuǎn)換。它的工作原理是V/F轉(zhuǎn)換電路把輸入的模擬電壓轉(zhuǎn)換成與模擬電壓成正比的脈沖信號。 傳感器（1）傳感器的定義 國家標(biāo)準(zhǔn)GB766587對傳感器下的定義是：“能感受規(guī)定的被測量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用信號的器件或裝置，通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成”。它是實(shí)現(xiàn)自動檢測和自動控制的首要環(huán)節(jié)。b、按傳感器工作原理分類，可分為電阻、電容、電感、電壓、霍爾、光電、光柵、熱電偶等傳感器。 （3）、傳感器的靜態(tài)特性 傳感器的靜態(tài)特性是指對靜態(tài)的輸入信號，傳感器的輸出量與輸入量之間所具有相互關(guān)系。表征傳感器靜態(tài)特性的主要參數(shù)有：線性度、靈敏度、分辨力和遲滯等。在實(shí)際工作中，傳感器的動態(tài)特性常用它對某些標(biāo)準(zhǔn)輸入信號的響應(yīng)來表示。最常用的標(biāo)準(zhǔn)輸入信號有階躍信號和正弦信號兩種，所以傳感器的動態(tài)特性也常用階躍響應(yīng)和頻率響應(yīng)來表示。在實(shí)際工作中，為使儀表具有均勻刻度的讀數(shù)，常用一條擬合直線近似地代表實(shí)際的特性曲線、線性度（非線性誤差）就是這個近似程度的一個性能指標(biāo)。如將零輸入和滿量程輸出點(diǎn)相連的理論直線作為擬合直線；或?qū)⑴c特性曲線上各點(diǎn)偏差的平方和為最小的理論直線作為擬合直線，此擬合直線稱為最小二乘法擬合直線。 它是輸出一輸入特性曲線的斜率。否則，它將隨輸入量的變化而變化。例如，某位移傳感器，在位移變化1mm時，輸出電壓變化為200mV，則其靈敏度應(yīng)表示為200mV/mm。 提高靈敏度，可得到較高的測量精度。 （7）、傳感器的分辨力 分辨力是指傳感器可能感受到的被測量的最小變化的能力。當(dāng)輸入變化值未超過某一數(shù)值時，傳感器的輸出不會發(fā)生變化，即傳感器對此輸入量的變化是分辨不出來的。通常傳感器在滿量程范圍內(nèi)各點(diǎn)的分辨力并不相同，因此常用滿量程中能使輸出量產(chǎn)生階躍變化的輸入量中的最大變化值作為衡量分辨力的指標(biāo)。 （8）、電阻式傳感器 電阻式傳感器是將被測量，如位移、形變、力、加速度、濕度、溫度等這些物理量轉(zhuǎn)換式成電阻值這樣的一種器件。 （9）、電阻應(yīng)變式傳感器 傳感器中的電阻應(yīng)變片具有金屬的應(yīng)變效應(yīng)，即在外力作用下產(chǎn)生機(jī)械形變，從而使電阻值隨之發(fā)生相應(yīng)的變化。半導(dǎo)體應(yīng)變片具有靈敏度高（通常是絲式、箔式的幾十倍）、橫向效應(yīng)小等優(yōu)點(diǎn)。其基片可直接作為測量傳感元件，擴(kuò)散電阻在基片內(nèi)接成電橋形式。 用作壓阻式傳感器的基片（或稱膜片）材料主要為硅片和鍺片，硅片為敏感 材料而制成的硅壓阻傳感器越來越受到人們的重視，尤其是以測量壓力和速度的固態(tài)壓阻式傳感器應(yīng)用最為普遍。在溫度檢測精度要求比較高的場合，這種傳感器比較適用。用于測量200℃～+500℃范圍內(nèi)的溫度。S的百分比表示。 AT89C52芯片介紹定時/計數(shù)器中斷系統(tǒng)CPU存儲器并行I/O口串口I/O口TXD TXDRXDTINTP0P3圖31 單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖（CPU）中央處理器是單片機(jī)最核心的部分，主要完成運(yùn)算和控制功能。存儲器是由大量的寄存器所組成，其中每一個寄存器就稱為一個存儲單元。中斷系統(tǒng)在計算機(jī)中起著十分重要的作用，是現(xiàn)代計算機(jī)系統(tǒng)中廣泛采用的一種實(shí)時控制技術(shù)，能對突發(fā)事件進(jìn)行及時處理，從而大大提高系統(tǒng)的實(shí)時性能。并行I/O接口的數(shù)據(jù)所有位同時傳送。圖32 AT89C52引腳圖AT89C52的主要管腳功能如下：（1）～：P0口是一組8位漏極開路型雙向I/O口，也是地址/數(shù)據(jù)總線復(fù)用口。（3）～：P2是一個帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口。（5）ALE：地址鎖存控制信號。此外，由于ALE是以晶振1／6的固定頻率輸出的正脈沖，因此，可作為外部時鐘或外部定時脈沖使用。在讀外部ROM時，有效(低電平)，以實(shí)現(xiàn)外部ROM單元的讀操作。當(dāng)信號為低電平時，對ROM的讀操作限定在外部程序存儲器；當(dāng)信號為高電平時，對ROM的讀操作是從內(nèi)部程序存儲器開始，并可延至外部程序存儲器。當(dāng)輸入的復(fù)位信號延續(xù)兩個機(jī)器周期以上的高電平時即為有效，用以完成單片機(jī)的復(fù)位初始化操作。當(dāng)使用芯片內(nèi)部時鐘時，此二引線端用于外接石英晶體和微調(diào)電容；當(dāng)使用外部時鐘時，用于接外部時鐘脈沖信號。 （11）VCC：+5V電源。因此，時鐘頻率直接影響單片機(jī)的速度，時鐘電路的質(zhì)量也直接影響單片機(jī)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。常用的時鐘電路有兩種方式，一種是內(nèi)部時鐘方式，另一種為外部時鐘方式。單片機(jī)內(nèi)部有一個用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器，該高增益反相放大器的輸入為芯片引腳XTAL1，輸出端為引腳XTAL2。電路中的電容C1和C2常選擇為30P左右。而外接晶體的振蕩頻率的大小，主要取決于單片機(jī)的工作頻率范圍，每一種單片機(jī)都有自己的最大工作頻率，外接的晶體振蕩頻率不大于單片機(jī)的最大工作頻率即可。圖33 時鐘電路AT89C52單片機(jī)的復(fù)位輸入引腳RET為AT89C52提供了初始化的手段。在89C52的時鐘電路工作后，只要在RET引腳上出現(xiàn)兩個機(jī)器周期以上的高電平時，單片機(jī)內(nèi)部則初始復(fù)位。只有當(dāng)RET由高電平變成低電平以后，89C52才從0000H地址開始執(zhí)行程序。單片機(jī)復(fù)位通過按動按鈕產(chǎn)生高電平復(fù)位稱手動復(fù)位。按下按鈕，則直接把+5V加到了RET端從而復(fù)位稱為手動復(fù)位。工作原理：通電瞬間，RC電路充電，RST引腳出現(xiàn)高電平，只要RST端保持10ms以上高電平，就能使單片機(jī)有效地復(fù)位。它是逐次逼近式 A/D 轉(zhuǎn)換器，可以和單片機(jī)直接接口。多路開關(guān)可選通 8 個模擬通道，允許 8 路模擬量分時輸入，共用A/D 轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。 ADC0809引腳功能介紹圖36 ADC0809引腳圖ADC0809 各腳功能如下：D7D0：8 位數(shù)字量輸出引腳。VCC：+5V 工作電壓。REF（+）：參考電壓正端。START：A/D 轉(zhuǎn)換啟動信號輸入端。（以上兩種信號用于啟動 A/D 轉(zhuǎn)換）.EOC：轉(zhuǎn)換結(jié)束信號輸出引腳，開始轉(zhuǎn)換時為低電平，當(dāng)轉(zhuǎn)換結(jié)束時為高電平。CLK：時鐘信號輸入端（一般為 500KHz）ADC0809 對輸入模擬量要求：信號單極性，電壓范圍是 0－5V，若信號太小，必須進(jìn)行放大；輸入的模擬量在轉(zhuǎn)換過程中應(yīng)該保持不變，如若模擬量變化太快，則需在輸入前增加采樣保持電路。當(dāng) ALE 線為高電平時，地址鎖存與譯碼器將 A、B、C 三條地址線的地址信號進(jìn)行鎖存，經(jīng)譯碼后被選中的通道的模擬量進(jìn)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。通道選擇表如下表所示。當(dāng) ST 上跳沿時，所有內(nèi)部寄存器清零；下跳沿時，開始進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換；在轉(zhuǎn)換期間，ST 應(yīng)保持低電平。當(dāng) EOC 為高電平時，表明轉(zhuǎn)換結(jié)束；否則，表明正在進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換。OE＝1，輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)；OE＝0，輸出數(shù)據(jù)線呈高阻狀態(tài)。CLK 為時鐘輸入信號線。 74HC573芯片介紹芯片74HC573是8位三態(tài)鎖存器. 74HC573和74LS373原理一樣，主要用于數(shù)碼管、按鍵等等的控制。器件的輸入是和標(biāo)準(zhǔn) CMOS輸出兼容的；加上拉電阻，他們能和 LS/ALSTTL 輸出兼容。當(dāng)鎖存使能變低時，符合建立時間和保持時間的數(shù)據(jù)會被鎖存。其內(nèi)部原理圖和真值表如下：圖39 74HC573內(nèi)部原理圖輸入輸出輸出使能鎖存使能DQLHHHLHLLLLX不變HXXZ附：x：不用關(guān)心 z：高電阻圖310 74HC573真值表 溫度是表征物體冷熱程度的物理量,它可以通過物體隨溫度變化的某些特性（如電阻、電壓變化等特性）來間接測量，通過研究發(fā)現(xiàn)，金屬鉑(Pt)的電阻值隨溫度變化而變化,并且具有很好的重現(xiàn)性和穩(wěn)定性，利用鉑的此種物理特性制成的傳感器稱為鉑電阻溫度傳感器， 通常使用的鉑電阻溫度傳感器零度阻值為100Ω,℃。其特性與應(yīng)用：抗震性好，耐高壓，多種溫度型號可選擇，安裝方式多元化，可進(jìn)行OEM定做，應(yīng)用與化纖，橡塑，石油，造紙，水電，食品等設(shè)備的過程溫度測量與控制。圖41 PT100溫度傳感器其主要技術(shù)參數(shù)測溫元件K，E，J，T，PT100，Cu50測溫范圍50600℃1300℃精度等級ClassA：+（+%t）；CLassB；+（+%t）信號輸出：420 mADC二線制供電電壓：24Vdc，1236Vdc安裝方式：螺紋安裝，法蘭安裝，活套安裝應(yīng)用領(lǐng)域：采用歐美鉑電阻元件，利用鉑電阻的阻值隨溫度變化而變化，并呈一定函數(shù)關(guān)系的特性來進(jìn)行測溫。它得到廣泛應(yīng)用的原因是溫度特性好，減小溫度變化帶來的誤差。本設(shè)計采用PT112型壓力傳感器，PT112系列高溫熔體壓力傳感器是一種基于惠斯登電橋原理而工作的，其耐高溫特性可以應(yīng)用于特殊的的工業(yè)，使其成為橡塑，化纖等機(jī)械設(shè)備中高溫流體壓力測量與控制的理想產(chǎn)品。 程：0～450Mpa綜合精度：%FS %FS 出 ： ；；4～20mA；0～5V；1～5V；0～10V 變送器：24VDC(9～36 V)負(fù)載阻抗：電流型最大800Ω 電壓型50KΩ以上絕緣電阻：大于2000MΩ M22*外盒采用全不銹鋼封焊結(jié)構(gòu)，具有良好的防潮能力及優(yōu)異的介質(zhì)兼容性。CR60系列電容式液位變送器，適用于高溫高壓、強(qiáng)腐蝕、易結(jié)晶、易堵塞等惡劣條件下連續(xù)檢測可導(dǎo)電的液體。整機(jī)無任何可動或彈性部件，耐沖擊、安裝方便、可靠性高、精度高、性能價格比好。圖43 CR60水位傳感器其性能指標(biāo)：檢測范圍：～100m精 度： 、承壓范圍： ～32MPa環(huán)境溫度：20～85℃輸出信號：4～20mA、0～10 mA、0～20 mA、1～5V、0～5V、0～10V供電電源：負(fù)載電阻0～750Ω DC24V固定方式：螺紋安裝MM272，法蘭安裝DN2DNDN50。其良好的結(jié)構(gòu)及安裝方式，可適用于高壓、強(qiáng)腐蝕、易結(jié)晶、易堵塞、防冷結(jié)等特殊條件下液位的連續(xù)檢測，可廣泛應(yīng)用于電力、冶金、化工、食品、制藥等各行業(yè)和污水處理、鍋爐汽包、煤粉包等場所的液位測量。一般情況下，不必進(jìn)行常規(guī)的大、中、小維修：多種信號輸出，方便不同系統(tǒng)配置；可用于高溫高壓容器的液位測量，且測量值不受被測液體的溫度、比重及容器的形狀、壓力影響；特別適用于酸、堿等強(qiáng)腐蝕性液體的測量；完善的過流、過壓、電源極性保護(hù)。該傳感器廣泛用于電力、機(jī)械、輕工、冶金、石油、化工、造紙、科研及城市供水、供熱、供氣以及各種工業(yè)過程控制、能源管理和環(huán)境工程等領(lǐng)域。圖44 LUGB－21/ZX流量傳感器LUGB－21/ZX渦街流量傳感器主要特點(diǎn)： 流量傳感器的感應(yīng)元件不直接與被測介質(zhì)接觸，故性能穩(wěn)定，可靠性高，流量傳感器內(nèi)無可動部件，結(jié)構(gòu)簡單牢固，因而壓損小，維護(hù)量小，使用壽命長，測量范圍度寬，可達(dá)15：20：1。測量介質(zhì)：液體、氣體、過熱/飽和蒸汽。1%；氣體177。%輸出信號：（1）三線制電壓脈沖　低電平0—1V；高電平＞4V；占空比為50%（2）二線制電流信號4—20MA供電：24VDC 工作壓力：0—5．系統(tǒng)硬件設(shè)計 系統(tǒng)總體設(shè)計上面的總體設(shè)計結(jié)構(gòu)圖清晰的將整個鍋爐監(jiān)控系統(tǒng)的各個組成部分呈現(xiàn)了出來，其中包括A/D轉(zhuǎn)換模塊、單片機(jī)系統(tǒng)控制模塊、I/O擴(kuò)展模塊、顯示模塊、按鍵模塊以及報警模塊，各個模塊之間通過單片機(jī)連接在一起，共同實(shí)現(xiàn)了對鍋爐內(nèi)部實(shí)時監(jiān)控的功能。圖51 單片機(jī)的最小系統(tǒng) 單片機(jī)最小系統(tǒng)“最小”就是指一個單片機(jī)能開始獨(dú)立工作所需的最基本的外部電路連接。該模塊為整個系統(tǒng)的中心模塊，實(shí)現(xiàn)了對信息的接收和處理，并傳出指令，保證輸出電路的功能能夠得以正常實(shí)現(xiàn)，從而達(dá)到對系統(tǒng)的實(shí)時監(jiān)控。P1口連接到AD0809芯片上，用以接收從A/D轉(zhuǎn)換器那里采集到的信號。XX2連接的是時鐘電路的外圍電路，由于該芯片內(nèi)部有一個用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器，所以無需在外部添加時鐘振蕩器，內(nèi)部時鐘通過XX2和石英晶體、電容相連，就構(gòu)成了一個穩(wěn)定的自激振蕩器。 圖52 ADC0809連接圖 在ADC0809接線圖中，IN0~IN7接傳感器的輸出端，ref()接地，ref（+）結(jié)5V的電源，msb21~msb28接單片機(jī)的P1口，用于將數(shù)字信號輸出，EOC是轉(zhuǎn)換結(jié)束信號輸出引腳，A、B、C是地址鎖存器與譯碼器的地址輸入端，連接到單片機(jī)的P2口，用于單片機(jī)控制模擬信號的選通輸入。START端是數(shù)模轉(zhuǎn)換的啟動信號輸入端，它連接到單片機(jī)的中斷口，用以控制數(shù)模轉(zhuǎn)換的發(fā)生。在這里，該芯片D1~D8口接的是單片機(jī)的P0口，1Q~8Q分別接的是a~h、WE1~WE6端口，分別對應(yīng)的是顯示電路的數(shù)碼管的管腳和放大電路的輸入端。常用的LED顯示器有LED狀態(tài)顯示器（俗稱發(fā)光二極管）、LED七段顯示器（俗稱數(shù)碼管）和LED十六段顯示器。由于本系統(tǒng)中沒有顯示字符，故而選擇數(shù)碼管就可以滿足要求了。