【正文】 三種工作方式，分別為直通方式，單緩沖方式和雙緩沖方式。和同時(shí)進(jìn)行，并且與單片機(jī)的端相連接，單片機(jī)對(duì)DAC0832執(zhí)行一次寫(xiě)操作，將數(shù)據(jù)直接寫(xiě)入DAC寄存器中。 圖33 DAC0832數(shù)模轉(zhuǎn)換器 通訊傳輸模塊設(shè)計(jì)通訊模塊是單片機(jī)與上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊的處理芯片及其外圍電路。采用USB接口設(shè)計(jì)作為備用接口。MAX232芯片是美信（MAXIM）公司專為RS232標(biāo)準(zhǔn)串口設(shè)計(jì)的單電源電平轉(zhuǎn)換芯片，使用+5v單電源供電，是一種把電腦的串行口rs232信號(hào)電平（10 ，+10v）轉(zhuǎn)換為單片機(jī)所用到的TTL信號(hào)點(diǎn)平（0 ，+5）的芯片。 圖34 MAX232通信原理圖本設(shè)計(jì)提供的USB物理接頭使單片機(jī)和上位機(jī)之間可以通過(guò)USB線進(jìn)行連接。 時(shí)間模塊設(shè)計(jì)通過(guò)單片機(jī)的定時(shí)器，可以設(shè)計(jì)時(shí)間功能，然而單片機(jī)自身的產(chǎn)生時(shí)間數(shù)據(jù)大大占用了系統(tǒng)的資源，降低了工作效率，甚至影響了其他功能的實(shí)現(xiàn)，因此在本設(shè)計(jì)方案中，采用了外部芯片提供時(shí)間信號(hào)，用以系統(tǒng)記錄時(shí)間信息。此次設(shè)計(jì)采用DIP8封裝。在主電源關(guān)閉的情況下，也能保持時(shí)鐘的連續(xù)運(yùn)行。當(dāng)Vcc2大于Vcc1＋，Vcc2供電，當(dāng)Vcc2小于Vcc1時(shí)，DS1302由Vcc1供電。X1和X2是振蕩源接口。RST輸入有兩種功能：首先RST接通控制邏輯，允許地址/命令序列送入移位寄存器；其次，RST提供終止單字節(jié)或多字節(jié)數(shù)據(jù)的傳送手段。如果傳送過(guò)程中RST置為低電平，則會(huì)終止此次傳輸，I/O引腳變?yōu)楦咦钁B(tài)。只有在SCLK為低電平時(shí)，才能將RST置為高電平。SCLK始終是輸入端，用來(lái)輸入串行時(shí)鐘信號(hào)。圖35 DS1302時(shí)間模塊在實(shí)際應(yīng)用中，起控制、輸入輸出的三個(gè)端口上拉較弱，容因產(chǎn)生信號(hào)串?dāng)_，因此加上了上拉電阻，加強(qiáng)信號(hào)的穩(wěn)定性。8255是Intel公司生產(chǎn)的可編程并行I/O接口芯片，有3個(gè)8位并行I/O口。 其各口功能可由軟件選擇，使用靈活，通用性強(qiáng)。D0～D7：三態(tài)雙向數(shù)據(jù)總線，8255與CPU數(shù)據(jù)傳送的通道，當(dāng)CPU執(zhí)行輸入輸出指令時(shí)，通過(guò)它實(shí)現(xiàn)8位數(shù)據(jù)的讀/寫(xiě)操作，控制字和狀態(tài)信息也通過(guò)數(shù)據(jù)總線傳送。工作于三種方式中的任何一種。PC0～PC7：端口C輸入輸出線，一個(gè)8位的數(shù)據(jù)輸出鎖存器/緩沖器，一個(gè)8位的數(shù)據(jù)輸入緩沖器。其設(shè)計(jì)圖如圖36所示[11]。在本設(shè)計(jì)當(dāng)中，我們使用8255A的方式0這種工作方式，即基本輸入輸出方式。各個(gè)端口的輸入或者輸出，可以有不同的組合。本設(shè)計(jì)采用單片機(jī)來(lái)作為主控模塊的主要組成部分。根據(jù)性價(jià)比以及被控對(duì)象接口數(shù)量，運(yùn)算要求等方面的綜合考慮，我們選用STC公司的STC89C51型單片機(jī)。STC89C51單片機(jī)有40個(gè)引腳，采用雙列直插（DIP）方式封裝。晶振采用12MHz晶振，保證單片機(jī)有所需的機(jī)器周期。本設(shè)計(jì)當(dāng)中的單片機(jī)最小系統(tǒng)如圖37所示[12]。①晶振計(jì)算：為了對(duì)CPU時(shí)序進(jìn)行分析，首先要為它定義一種能夠度量各時(shí)序信號(hào)出現(xiàn)時(shí)間的尺度。時(shí)鐘周期又稱振蕩周期，由單片機(jī)片內(nèi)振蕩電路OSC產(chǎn)生，常定義為時(shí)鐘脈沖頻率的倒數(shù)。指令周期定義為執(zhí)行一條指令所需的時(shí)間。計(jì)算如下： （34）此時(shí)單片機(jī)的機(jī)器周期為，如此方便計(jì)算與編程。此單片機(jī)復(fù)位電路為按鍵式高電平復(fù)位，即正常工作時(shí)復(fù)位引腳為低電平，按下復(fù)位按鍵時(shí)，復(fù)位腳為高電平并維持兩個(gè)機(jī)器周期（24個(gè)振蕩周期）或以上。計(jì)算延時(shí)時(shí)間：根據(jù)RC計(jì)算公式，計(jì)算出延時(shí)時(shí)間為，滿足單片機(jī)的按鍵復(fù)位要求[13]。線性穩(wěn)壓電源是比較早使用的一類直流穩(wěn)壓電源。線性穩(wěn)壓電源一般由電源變壓器、整流、濾波電路及穩(wěn)壓電路組成，其基本流程為變壓，蒸餾，濾波，穩(wěn)壓，輸出。變壓器的副邊與原邊的功率比為P2/P1=η，式中η為變壓器的效率。這里我們采用的整流電路為全波整流電路，以此來(lái)保證輸出電壓有效值。同時(shí)，本設(shè)計(jì)涉及到傳感器以及調(diào)節(jié)閥， 需要用到放大器，所以，我們通過(guò)7812和7912芯片來(lái)輸出12V與12V電源。這里，將15V輸出電壓變?yōu)?2V電壓，我們采用的是LM7812芯片。相應(yīng)的使用7912來(lái)輸出12V電壓[14]。輸出+5V電壓可以給單片機(jī)等工作模塊供電。圖38 線性電源 顯示與鍵盤(pán)模塊設(shè)計(jì)①顯示模塊設(shè)計(jì)：本設(shè)計(jì)采用12864液晶進(jìn)行顯示。壓力控制系統(tǒng)中的溫度壓力等等參數(shù)將通過(guò)12864液晶進(jìn)行顯示，同時(shí)，系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)也將通過(guò)液晶顯示。其具體硬件連接如圖39。鍵盤(pán)在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中是一個(gè)很關(guān)鍵的部件，它能實(shí)現(xiàn)向單片機(jī)輸入數(shù)據(jù)、發(fā)送命令等功能，是人工干預(yù)單片機(jī)系統(tǒng)的主要手段。設(shè)計(jì)按鍵分別執(zhí)行功能為：當(dāng)除氧器壓力過(guò)高時(shí)報(bào)警，消除報(bào)警； 當(dāng)壓力控制系統(tǒng)運(yùn)行之前，實(shí)驗(yàn)按鈕測(cè)試保證所需報(bào)警等功能完好運(yùn)行；系統(tǒng)緊急關(guān)閉按鈕；設(shè)定值增量按鈕，即“+”按鈕；設(shè)定值減量按鈕，即“”按鈕；系統(tǒng)預(yù)留按鈕；按鍵的處理可以采用中斷方式，也可以采用查詢方式。所以選擇中斷方式處理按鍵。圖310按鍵設(shè)計(jì) 看門(mén)狗電路設(shè)計(jì)看門(mén)狗電路它實(shí)質(zhì)上是一個(gè)可由CPU復(fù)位的定時(shí)器，它的定時(shí)時(shí)間是固定不變的，一旦定時(shí)時(shí)間到，電路就產(chǎn)生復(fù)位信號(hào)或中斷信號(hào)。本設(shè)計(jì)采用MAX831L看門(mén)狗電路監(jiān)控單片機(jī)的工作，如果單片機(jī)工作不正常，看門(mén)狗電路在規(guī)定時(shí)是內(nèi)得不到刷新復(fù)位，就輸出信號(hào)強(qiáng)制單片機(jī)復(fù)位重新啟動(dòng)工作，保證儀器正常工作。只要程序一旦跑飛引起程序“死機(jī)”，端電平由高到低，當(dāng)變低超過(guò)140ms，將引起MAX831產(chǎn)生一個(gè)200ms的復(fù)位脈沖。也可以隨時(shí)使用手動(dòng)復(fù)位按扭使MAX831L產(chǎn)生復(fù)位脈沖，由于為產(chǎn)生復(fù)位脈沖端要求低電平至少保持140ms以上，故可以有效地消除開(kāi)關(guān)抖動(dòng)。圖中RI的一端接未經(jīng)穩(wěn)壓的直流電源。當(dāng)電源發(fā)生故障，電源故障輸出端電平由高變低，引起單片機(jī)中斷，CPU響應(yīng)中斷，執(zhí)行相應(yīng)的中斷服務(wù)程序，保護(hù)數(shù)據(jù)，斷開(kāi)外部用電電路等。實(shí)現(xiàn)指令為：，則內(nèi)部看門(mén)狗定時(shí)器溢出，8號(hào)引腳由高電平變?yōu)榈碗娖健Ｍ瑫r(shí)使看門(mén)狗定時(shí)器清零和使8號(hào)引腳變成高電平[15]。首先在對(duì)單片機(jī)系統(tǒng)完成復(fù)位后，程序應(yīng)該先判斷是開(kāi)機(jī)運(yùn)行（冷啟動(dòng)）還是運(yùn)行過(guò)程中“死機(jī)”之后的重新加載運(yùn)行（熱啟動(dòng)）。如冷啟動(dòng)后，系統(tǒng)程序在初始化程序往往要進(jìn)行系統(tǒng)資源的自檢以及將各外圍設(shè)備修改設(shè)置，只是對(duì)單片機(jī)系統(tǒng)本身的一些資源進(jìn)行必要的設(shè)置工作。在主程序運(yùn)行過(guò)程中，適時(shí)保存相應(yīng)狀態(tài)和該狀態(tài)下的相關(guān)參數(shù)。 圖311 看門(mén)狗電路 這樣當(dāng)程序運(yùn)行出現(xiàn)“死機(jī)”，在MAX831L作用下系統(tǒng)復(fù)位和初始化后，將首先查詢事先保存的狀態(tài)參數(shù)，然后根據(jù)此參數(shù)決定程序的流向。第4章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)軟件相關(guān)介紹8051系類單片機(jī)共擁有111條系統(tǒng)指令，可實(shí)現(xiàn)51種基本操作。C語(yǔ)言是一種編譯型程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言。用C語(yǔ)言來(lái)編寫(xiě)目標(biāo)系統(tǒng)軟件，會(huì)大大縮短開(kāi)發(fā)周期，增加軟件的可讀性，便于改進(jìn)和擴(kuò)充。KEIL C51開(kāi)發(fā)工具套件可用于匯編C語(yǔ)言程序、匯編源程序，鏈接和定位目標(biāo)文件和庫(kù)，創(chuàng)建HEX文件以及調(diào)試目標(biāo)程序[17]。 系統(tǒng)主程序流程圖系統(tǒng)主程序的功能主要是完成對(duì)單片機(jī)的初始化，設(shè)置警戒壓力的上下限值，實(shí)時(shí)顯示壓力值以及鍵盤(pán)掃描等工作。系統(tǒng)啟動(dòng)CPU初始化參數(shù)設(shè)定按鍵輸入按鍵處理采樣子程序顯示實(shí)時(shí)壓力數(shù)據(jù)處理子程序控制調(diào)節(jié)閥顯示開(kāi)關(guān)是否是圖41 主程序流程圖 系統(tǒng)初始化該模塊在系統(tǒng)上電開(kāi)機(jī)時(shí)將系統(tǒng)端口、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)、標(biāo)志位、指針、地址等賦予有含義的值。: 初始化參數(shù)及含義模塊變量/端口初始值功能控制端口初始化adRD/1A/D轉(zhuǎn)換芯片數(shù)據(jù)讀入控制，初始為不讀入adWR/0A/D轉(zhuǎn)換芯片轉(zhuǎn)換控制，初始為停止E/0通信接收發(fā)送控制，初始為接收DIS/0顯示數(shù)據(jù)鎖存控制，初始為保持RELAY/1繼電器控制，初始狀態(tài)為斷開(kāi)波特率發(fā)生器初始化TMOD0x22單片機(jī)片內(nèi)定時(shí)/計(jì)數(shù)器工作在方式二SCON0x40串行口為8位UART工作方式TH10xf4波特率設(shè)置為4800bpsTL10xf4IE0禁止定時(shí)器中斷TR11啟動(dòng)定時(shí)器REN1允許串行口接收數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)參數(shù)初始化xmark0x7531數(shù)據(jù)存儲(chǔ)狀態(tài)標(biāo)志字節(jié)指針numtab0x0001數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)指針Uplq0xCF高壓力警戒值，初始值downlq0x10低壓力警戒值，初始值 顯示與A/D轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)中，顯示輸出的要求為壓縮BCD碼，而A/D轉(zhuǎn)換輸入的數(shù)據(jù)是8位16進(jìn)制碼，因此在實(shí)現(xiàn)顯示之前需要編碼的轉(zhuǎn)換。為了將這個(gè)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為為壓縮BCD碼，再將，得到的商左移四位（相當(dāng)于乘以16）為壓縮BCD碼高四位，余數(shù)為壓縮BCD碼低四位，二者相加，就是最終的結(jié)果。綜上，電壓幅值與壓力在數(shù)值上是相等的。在程序查詢方式下，通過(guò)I/O端口讀入按鍵狀態(tài)，當(dāng)有按鍵按下時(shí)，相應(yīng)的端口變?yōu)榈碗娖?，這樣通過(guò)讀入I/O口狀態(tài)判斷是否有按鍵按下。通信波特率設(shè)計(jì)為4800bps，過(guò)高的波特率在沒(méi)有檢糾錯(cuò)方式的情況下易發(fā)生數(shù)據(jù)的丟失，過(guò)低的波特率會(huì)使傳輸變慢。軟件設(shè)計(jì)上，系統(tǒng)以查詢的方式檢測(cè)上位機(jī)的命令控制字，并及時(shí)進(jìn)入各響應(yīng)函數(shù)予以響應(yīng)[19] 。由于采用半雙工的通信方式，需要控制變量E的置位與復(fù)位轉(zhuǎn)換發(fā)送與接收的狀態(tài)。接收過(guò)程：清零E，使系統(tǒng)處于接收狀態(tài)；等待，直到接收完畢，讀串行通信緩沖區(qū)SBUF；繼續(xù)保持接收狀態(tài)[20]。其中：CH： 時(shí)鐘停止位寄存器2的第7位12/24小時(shí)標(biāo)志CH=0 振蕩器工作允許bit7=1，12小時(shí)模式CH=1 振蕩器停止bit7=0，24小時(shí)模式WP： 寫(xiě)保護(hù)位寄存器2的第5位：AM/PM定義WP=0 寄存器數(shù)據(jù)能夠?qū)懭?AP=1 下午模式WP=1 寄存器數(shù)據(jù)不能寫(xiě)入 AP=0 上午模式TCS： 涓流充電選擇DS：二極管選擇位TCS=1010 使能涓流充電 DS=01 選擇一個(gè)二極管TCS=其它 禁止涓流充電 DS=10 選擇兩個(gè)二極管DS=00 或11, 即使TCS=1010, 充電功能也被禁止RS： 涓流充電電阻選擇位由于DS1302數(shù)據(jù)傳輸方式為串行移位輸入輸出。地址沒(méi)有讀操作。讀寫(xiě)的核心是產(chǎn)生SCLK移位信號(hào)與移位，讀操作是將數(shù)據(jù)從DS1302的I/O口移入單片機(jī)，寫(xiě)操作是將數(shù)據(jù)從單片機(jī)移入DS1302時(shí)鐘芯片。完成時(shí)間的模塊軟件的設(shè)計(jì)[21]。MATLAB是矩陣實(shí)驗(yàn)室（Matrix除具備卓越的數(shù)值計(jì)算能力外，它還提供了專業(yè)水平的符號(hào)計(jì)算，文字處理，可視化建模仿真和實(shí)時(shí)控制等功能。MATLAB的基本數(shù)據(jù)單位是矩陣，它的指令表達(dá)式與數(shù)學(xué),工程中常用的形式十分相似,故用MATLAB來(lái)解算問(wèn)題要比用C,FORTRAN等語(yǔ)言完成相同的事情簡(jiǎn)捷得多。特別是SIMULINK這一個(gè)交互式操作的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模、仿真、分析集成環(huán)境的出現(xiàn)，使人們有可能考慮許多以前不得不做簡(jiǎn)化假設(shè)的非線性因素、隨機(jī)因素，從而即使學(xué)生沒(méi)有對(duì)非線性動(dòng)態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行分析研究的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，仍可通過(guò)仿真來(lái)認(rèn)知非線性對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)的影響。在國(guó)外，MATLAB已經(jīng)經(jīng)受了多年考驗(yàn)。在設(shè)在國(guó)內(nèi)，特別是工程界，MATLAB一定會(huì)盛行起來(lái)。 MATLAB仿真軟件相關(guān)操作 MATLAB仿真設(shè)計(jì)在本設(shè)計(jì)中，主要以51單片機(jī)設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)通過(guò)串口和MATLAB相連，通過(guò)自定的一項(xiàng)通訊協(xié)議，在MATLAB的界面上可以實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)控系統(tǒng)的完全控制。 單片機(jī)電路設(shè)計(jì)ATMEL公司生產(chǎn)的AT89C51單片機(jī)采用高性能的幾臺(tái)80C51設(shè)計(jì)，由先進(jìn)工藝制造，并帶有非易失性Flash程序儲(chǔ)存器。該系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)圖如圖51所示[23]。常用的串口接口標(biāo)準(zhǔn)有RS232，RS422和RS485。在該系統(tǒng)中規(guī)定：設(shè)置P0，P2，P3狀態(tài)時(shí)，該位為用戶事先設(shè)定的數(shù)據(jù)；查詢P0，P2，P3狀態(tài)時(shí)，該位發(fā)送數(shù)據(jù)0x00。 MATLAB仿真程序流程在該設(shè)計(jì)中，利用MATLAB設(shè)置出整體的控制界面。圖52 MATLAB程序流程圖MATLAB編程簡(jiǎn)單，界面友好。所以該系統(tǒng)在一些要求不高的控制系統(tǒng)中有著很好的實(shí)用性[25]。但是，由于電廠，企業(yè)的鍋爐除氧控制系統(tǒng)大多數(shù)已經(jīng)是年代久遠(yuǎn)，其能耗與性能已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)跟不上電廠與企業(yè)生產(chǎn)的需要。本設(shè)計(jì)在能耗方面，自動(dòng)控制方面均對(duì)原有的除氧器壓力控制系統(tǒng)做出了分析，設(shè)計(jì)與改進(jìn)。提高用電效能，同時(shí)對(duì)除氧器除氧的效率也有不小的提升，使得電廠，企業(yè)的用水設(shè)備與管道的維護(hù)率大大下降，設(shè)備損壞更換率也大大下降，對(duì)電廠，企業(yè)的設(shè)備資金投入做出了最大化的節(jié)約。在本設(shè)計(jì)中，利用了單片機(jī)的自動(dòng)控制技術(shù)，充分體現(xiàn)了“節(jié)能”、“資源綜合利用”的理念，將整個(gè)控制系統(tǒng)作為儀器儀表在工業(yè)中實(shí)現(xiàn)，使得該系統(tǒng)的損毀更換概率明顯降低。結(jié) 論本文將單片機(jī)技術(shù)應(yīng)用于除氧器壓力控制系統(tǒng)中，本系統(tǒng)既能實(shí)現(xiàn)除氧器壓力控制系統(tǒng)的要求，又能滿足現(xiàn)代社會(huì)對(duì)節(jié)能減排的要求。由于本設(shè)計(jì)主要將本系統(tǒng)作為儀器儀表方式進(jìn)行設(shè)計(jì)，所以在未來(lái)的一段時(shí)間里本設(shè)計(jì)也可以滿足人們對(duì)除氧器壓力控制的需要。（2）詳細(xì)設(shè)計(jì)了控制系統(tǒng)的硬件部分和軟件部分，考慮到外接干擾對(duì)控制系統(tǒng)的不利影響，本文同樣對(duì)單片機(jī)的幾種常見(jiàn)干擾設(shè)計(jì)了相應(yīng)用的抗干擾方法。（2）系統(tǒng)采用直觀的顯示系統(tǒng)，使得除氧器內(nèi)各種參數(shù)狀況一目了然。致 謝本設(shè)計(jì)是在郎術(shù)斌老師的悉心指導(dǎo)下完成的。本設(shè)計(jì)從選題到完成，每一步都是在導(dǎo)師的指導(dǎo)下完成的，傾注了導(dǎo)師大量的心血。在此表示深深的感謝！ 2013年06月10日參考文獻(xiàn)[1] 王飛, MW壓水堆核電站除氧器水位控制數(shù)字化設(shè)計(jì)[J].西安:熱力發(fā)電雜志社,2010.[2] [J].長(zhǎng)沙:電力試驗(yàn)研究院.[3] 龔詠梅. 300MW機(jī)組除氧器水位控制系統(tǒng)改進(jìn)[J].鄭州:國(guó)電鄭州機(jī)