《某化工廠污水處理過程微機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)(論文 CAD圖紙全套)》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《某化工廠污水處理過程微機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)(論文 CAD圖紙全套)（67頁珍藏版）》請?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、浙江工業(yè)大學(xué)浙西分校信電系畢業(yè)(論文) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 院 系： XX學(xué)院 姓 名： 專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì) 學(xué) 號： 4200209320XXX 指導(dǎo)教師： XX老師 XX大學(xué)X學(xué)院 2016年9月 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書 （應(yīng)由學(xué)生本人按指導(dǎo)教師下達(dá)的任務(wù)認(rèn)真謄寫） 姓名 專業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì) 指導(dǎo)教師 XXX 學(xué)號 4200209320194 入學(xué)時(shí)間 2014.09 網(wǎng)站

2、（院系） 機(jī)械學(xué)院 一、課題名稱 二、課題內(nèi)容 三、課題任務(wù)要求 四、同組設(shè)計(jì)者 五、主要參考文獻(xiàn) 1 陳紹龍，劉懷平.從選粉濃度解讀高效轉(zhuǎn)子選粉機(jī)技術(shù)：[文獻(xiàn)]，鹽城：科行建材環(huán)保公司，2004 2 許林發(fā).建筑材料機(jī)械設(shè)計(jì)（一）.武漢：武漢工業(yè)大學(xué)出版社，1990 3 潘孝良.硅酸鹽工業(yè)機(jī)械過程及設(shè)備.武漢：武漢工業(yè)大學(xué)出版社，1993 4 葉達(dá)森.粉碎與制成.北京：中國建筑工業(yè)出版社，1992 5 汪讕.水泥工程師手冊.北京：中國建筑工業(yè)出版社，1997.12 6 朱昆泉，許林發(fā).建材機(jī)械工程手冊.武漢：

3、武漢工業(yè)大學(xué)出版社，2000.7 7 楮瑞卿.建材通用機(jī)械與設(shè)備.武漢：武漢工業(yè)大學(xué)出版社，1996.9 8 方景光.粉磨工藝及設(shè)備.武漢：武漢理工大學(xué)出版社，2002.8 9 劉景洲.水泥機(jī)械設(shè)備安裝、修理及典型實(shí)例分析.武漢：武漢工業(yè)大學(xué)出版社，2002.10 10 劉鐵忠.TLS系列組合式選粉機(jī)的開發(fā).水泥技術(shù)，1999（1）：19 11 徐灝.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊.3.第2版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002.6 12 胡宗午，徐履冰，石來德.非標(biāo)準(zhǔn)機(jī)械設(shè)備設(shè)計(jì)手冊.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002.9 13 成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊.2.第4版.北京

4、：化學(xué)工業(yè)出版社，2002.1 14 成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊.3.第4版.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002.1 15 成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊.4.第4版.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002.1 16 數(shù)字化手冊編委會.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(軟件版)R2.0.機(jī)械工業(yè)出版社，2003.1 17 陳秀寧、施高義.機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì).浙江：浙江大學(xué)出版社，2002 18 武漢建筑材料工業(yè)學(xué)院等學(xué)校.建筑材料機(jī)械及設(shè)備.北京：中國建筑工業(yè)出版社，1980 19 徐錦康.機(jī)械設(shè)計(jì).第2版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002 20 吳一善主編.粉碎學(xué)概論.武漢：武漢工業(yè)大學(xué)出版社，1993 21

5、沈世德.機(jī)械原理.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002 指導(dǎo)教師簽字 教研室主任簽字 年 月 日 （此任務(wù)書裝訂時(shí)放在畢業(yè)設(shè)計(jì)報(bào)告第一頁） 第一章 概述 隨著人類社會的發(fā)展，隨著現(xiàn)代工業(yè)的高速發(fā)展，工業(yè)污染已成為人們生活的主要危害。工業(yè)污染主要包括廢水、廢氣、廢渣……等等。而其中的廢水污染尤為嚴(yán)重，嚴(yán)重影響了人們的生活用水問。工業(yè)廢水是指工業(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢水、污水和廢液，其中含有隨水流失的工業(yè)生產(chǎn)用料、中間產(chǎn)物和產(chǎn)品以及生產(chǎn)過程中產(chǎn)

6、生的污染物。隨著工業(yè)的迅速發(fā)展，廢水的種類和數(shù)量迅猛增加，對水體的污染也日趨廣泛和嚴(yán)重，威脅人類的健康和安全。對于保護(hù)環(huán)境來說，工業(yè)廢水的處理比城市污水的處理更為重要?；ば袠I(yè)產(chǎn)生的廢水直接外排不但影響環(huán)境。所以在排放前必須進(jìn)行中和處理，使廢水的PH值達(dá)到工業(yè)廢水排放的標(biāo)準(zhǔn)后方可排放。廢水排放的國家標(biāo)準(zhǔn)為PH值在6.0-8.5之間，因而廢水處理的基本方法：酸性水加堿，堿性水加酸，即廢水中和處理，使廢水的PH值達(dá)到6.0-8.5之間，進(jìn)行合格排放。 化工廠排放的廢水一般為酸性，理想的情況是采用在線處理方法，即一邊排放，一邊根據(jù)檢測的PH值加堿，達(dá)到中性水的標(biāo)準(zhǔn)。但由于受到來水水質(zhì)以及P

7、H值檢測滯后等因素的影響，現(xiàn)在普遍采用靜態(tài)處理方法，即將化學(xué)廢水集中到處理池子中，當(dāng)池子的液位達(dá)到一定高度時(shí)進(jìn)行中和處理。過去的方法靠人工加堿，由于沒有在線PH計(jì)，加堿的過程只能憑感覺，不是加多了就是加少了。 現(xiàn)今的自動控制系統(tǒng)已經(jīng)發(fā)展到了智能化的階段，智能控制是自動控制發(fā)展的高級階段，是人工智能、控制論、系統(tǒng)論和信息論等多種學(xué)科的高度綜合與集成，它主要包括模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、學(xué)習(xí)控制和專家控制等。智能控制是控制理論發(fā)展中的高級階段，主要用來解決那些用傳統(tǒng)方法難以解決的復(fù)雜系統(tǒng)的控制問題。為了提高生產(chǎn)效率，提高化工廠廢水處理的自動化水平，著手設(shè)計(jì)由微機(jī)控制的廢水處理系統(tǒng)?？紤]到該化工廠產(chǎn)

8、生的廢水主要為酸性成分，處理要求并不是太高，所以在設(shè)計(jì)廢水處理控制系統(tǒng)時(shí)盡量考慮用最少的投資達(dá)到最佳的控制效果?；に嵝詮U水成分復(fù)雜多變，濃度、流量也大幅的配置(AD574A, DAC0832, LEI)顯示器等)構(gòu)成。根據(jù)度地隨機(jī)變化，而且成分、濃度又不可在線測量.為了實(shí)用性強(qiáng)的硬件電路.結(jié)合硬件電路和控制過程和廢物利用, 使用電石渣廢液做中慢時(shí)變的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了以大滯后采樣算法和PID控制，針對內(nèi)含大量固體顆粒及其他雜質(zhì)，使中和劑本身算法為核心的軟件方案.本系統(tǒng)所設(shè)計(jì)的內(nèi)容對于濃度波動很大，又造成反應(yīng)滯后，給中和過程的控制緩慢變化的化工過程具有一定的實(shí)用價(jià)值。

9、 第2章 系統(tǒng)的組成及工作原理 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)和工業(yè)對象組成。計(jì)算機(jī)多采用專門設(shè)計(jì)的工業(yè)控制微機(jī)，也有采用一般微機(jī)或單片機(jī)的。工業(yè)對象包括被控對象、測量變送、執(zhí)行機(jī)構(gòu)和電氣開關(guān)等裝置。本設(shè)計(jì)采用微機(jī)閉環(huán)控制系統(tǒng) 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如2-1所示： 圖2-1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 閉環(huán)控制系統(tǒng)的工作原理是： PH值傳感器采用五點(diǎn)測量法將現(xiàn)場采集的實(shí)時(shí)廢水PH值變換為模擬的電流信號，經(jīng)隔離去干擾后再由I/V變換電路變換成電壓信號，送A/D轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號后送單片機(jī)處理

10、。單片機(jī)根據(jù)送過來的信號與設(shè)定值相比較得出結(jié)論后向執(zhí)行結(jié)構(gòu)發(fā)出指令，開始執(zhí)行加堿的動作，進(jìn)行廢水的中和處理。在此過程中，單片機(jī)輸出的數(shù)字信號又經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換變成模擬量信號，經(jīng)放大電路放大，執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行一定的指令操作。其中單片機(jī)的給定參數(shù)也可以由人工通過鍵盤輸入。以實(shí)現(xiàn)人機(jī)一體化操作。 第3章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)重要根據(jù)閉環(huán)控制系統(tǒng)的硬件框圖，對輸入通道和輸出通道所需的硬件進(jìn)行選擇。輸入通道包括：檢測用的PH計(jì)、采樣保持器、I/V轉(zhuǎn)換器以及A/D轉(zhuǎn)換器。輸出通道包括：D/A轉(zhuǎn)換器，功率放大以及執(zhí)行結(jié)構(gòu)（電磁閥）等。系統(tǒng)運(yùn)行的核心部分是單片機(jī)，我們首先對單

11、片機(jī)進(jìn)行選擇 3.1 單片機(jī)的選擇 對化工廠廢水處理的微機(jī)控制系統(tǒng)，單片機(jī)是整個(gè)設(shè)計(jì)控制的核心。近年來計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展日新月異，單片機(jī)由于其功能強(qiáng)、體積小、價(jià)格低、穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，目前在計(jì)算機(jī)外部設(shè)備、通信、智能儀表、過程控制、家用電器、航空航天系統(tǒng)等各個(gè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。 目前世界上有許多公司都生產(chǎn)單片機(jī)，但是由美國Intel公司生產(chǎn)的MCS-51系列、AT89系列等仍是主流單片機(jī)，也是廣大工程技術(shù)人員首選的機(jī)型。其易于學(xué)習(xí)、掌握，性能價(jià)格比高。目前上市較多的AT89系列產(chǎn)品，與51系列單片機(jī)產(chǎn)品完全兼容，各種性能較全，在設(shè)計(jì)中被較多的選用。所以我們在設(shè)計(jì)系統(tǒng)

12、時(shí)，考慮選用AT89系列中的AT89C51單片機(jī)。 3.1.1 AT89C51的介紹 AT89C51是美國ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓，高性能CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含4k bytes的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲器((PEROM)和128 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲器(RAM)，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器(CPU)和Flash存儲單元，功能強(qiáng)大AT89C51單片機(jī)可以應(yīng)用與許多高性價(jià)比的應(yīng)用場合，也可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。 AT89C51單片機(jī)的片內(nèi)結(jié)構(gòu)如圖3-1所示，如果按功能劃分，它由8個(gè)部件組

13、成，即微處理器（CPU）、數(shù)據(jù)存儲器（RAM）、程序存儲器（EPROM）、I/O口（P0口、P1口、P2口、P3口）、串行口、定時(shí)器/記數(shù)器、中斷系統(tǒng)及特殊功能寄存器（SFR）。它們都是通過片內(nèi)單一總線連接而成，其基本結(jié)構(gòu)依然是采用CPU加上外圍芯片的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)模式。但對各種功能部件的控制是采用特殊功能寄存器（SFR）的集中控制方式。單片機(jī)片內(nèi)結(jié)構(gòu)圖3.1。 圖 3.1 單片機(jī)片內(nèi)結(jié)構(gòu) AT89C51的各個(gè)功能部件的作用如下： (1)數(shù)據(jù)存儲器（RAM）：片內(nèi)128個(gè)字節(jié)（單元），片外最多可外擴(kuò)至64K字節(jié)。 (2)程序存儲器（EPROM）：4K字節(jié)，片外最多可外擴(kuò)至64K字

14、節(jié)。 (3)中斷系統(tǒng)：具有6個(gè)中斷源，2級中斷優(yōu)先權(quán)。 (4)定時(shí)器/記數(shù)器：2個(gè)16位定時(shí)器/記數(shù)器，具有四種工方式。 (5)串行口：1個(gè)全雙工的串行口，具有4種工作方式。 (6)P0口、P1口、P2口、P3口：4個(gè)并行8位I/O口。 (7)特殊功能寄存器（SFR）：共有21個(gè)，用于對片內(nèi)各功能模塊進(jìn)行管理、控制、監(jiān)視。實(shí)際上是一些控制寄存器和狀態(tài)寄存器，是一個(gè)特殊功能的RAM。 1． 微處理器（CPU）：為8位的CPU，且內(nèi)含一個(gè)1位CPU，不僅可處理字節(jié)數(shù)據(jù)，還可以進(jìn)行位變量的處理。 AT89C51單片機(jī)都采用40只引腳的雙列直插封裝（DIP）方式，目前大多數(shù) 為

15、此封裝方式。 40只引腳按其功能來分，可以分為三部分： (1)電源及時(shí)鐘引腳：Vcc,Vss；XTAL1，XTAL2。 (2)控制引腳：PSEN、ALE、EA、RESET（即RST） (3)I/O口引腳：P0、P1、P2、P3，為4個(gè)8為I/O口的外部引腳。 圖3.1為引腳的功能分類圖，這些引腳構(gòu)成了典型的三總線形式，即地址總線（AB）、數(shù)據(jù)總線（DB）、控制總線（CB）。圖中鎖存器為外擴(kuò)部件（常用74LS373、74LS573或Intel8212）。 下面根據(jù)圖3.2，敘述個(gè)引腳功能。 圖3.2 AT89C51的引腳圖 AT89C51單片機(jī)的中央處理器（CPU）

16、 AT89C51的CPU是由運(yùn)算部件和控制部件所構(gòu)成的。 運(yùn)算部件包括邏輯部件ALU、位處理器、累加器A、寄存器B（見圖3-1）、暫存器以及程序狀態(tài)字PSW寄存器等。該模塊的功能是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的運(yùn)算、邏輯運(yùn)算、位變量處理和數(shù)據(jù)傳送等操作。 控制部件是單片機(jī)的神經(jīng)中樞，以主振頻率為基準(zhǔn)（每個(gè)主振周期稱為震蕩周期），控制器控制CPU的時(shí)序，對指令進(jìn)行譯碼，然后發(fā)出各種控制信號，它將各個(gè)硬件環(huán)節(jié)組織在一起。 AT89C51存儲器的結(jié)構(gòu) AT89C51的存儲器可劃分為五類： 1、程序存儲器。一個(gè)微機(jī)系統(tǒng)之所以能夠按照一定的次序進(jìn)行工作，主要在于內(nèi)部存在著程序，程序?qū)嶋H上是有用戶程序形成的一串二進(jìn)

17、制碼，該二進(jìn)制碼存放在程序存儲器中。 2、內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器。它能滿足大多數(shù)控制型應(yīng)用場合需要，用作處理器為體的數(shù)據(jù)緩沖器。 3、特殊功能寄存器。特殊功能寄存器反映了AT89C51的狀態(tài)，實(shí)際上是AT89C51的狀態(tài)字及控制寄存器。 4、位地址空間。AT89C51的一個(gè)很大的優(yōu)點(diǎn)在于它具有一個(gè)功能很強(qiáng)的位處理機(jī)。在指令系統(tǒng)中，有一個(gè)位處理指令的子集，使用這些指令，所處理的數(shù)據(jù)僅為一位二進(jìn)制數(shù)。在AT89C51單片機(jī)內(nèi)共有211個(gè)可尋址位，它們存在內(nèi)部RAM和特殊功能寄存器中。 5、外部數(shù)據(jù)寄存器。AT89C51應(yīng)用系統(tǒng)往往是個(gè)擴(kuò)展系統(tǒng)。當(dāng)片內(nèi)RAM不夠用時(shí)，可以在片外部擴(kuò)充數(shù)據(jù)存儲器。

18、單片機(jī)的I/O端口 I/O 口線: P0、P1、P2、P3 共四個(gè)八位口P0 口是三態(tài)雙向口, 通稱數(shù)據(jù)總線口, 因?yàn)橹挥性摽谀苤苯佑糜趯ν獠看鎯ζ鞯淖x?寫操作。P0 口也用以輸出外部存儲器的低8 位地址。由于是分時(shí)輸出, 故應(yīng)在外部加鎖存器將此地址數(shù)據(jù)鎖存, 地址鎖存信號用AL E。P1 口是專門供用戶使用的I/O 口, 是準(zhǔn)雙向口。P2 口是從系統(tǒng)擴(kuò)展時(shí)作高8 位地址線用。不擴(kuò)展外部存儲器時(shí), P 口也可以作為用戶I/O 口線使用, P2 口也是準(zhǔn)雙向口。P3 口是雙功能口, 該口的每一位均可獨(dú)立地定義為第一I/O 功能或第二I/O 功能。作為第一功能使用時(shí)操作同P1 口。P3 口的第二

19、功能如下表3.1 表3.1 AT89C51的P3口功能 端口引腳 第二功能 P3.0 RXD 串行通信輸入 P3.1 TXD 串行通信輸出 P3.2 INT0 外部中斷0 輸入，低電平有效 P3.3 T0 計(jì)數(shù)器0 外部事件計(jì)數(shù)輸入端 P3.4 T0 計(jì)數(shù)器0 外部事件計(jì)數(shù)輸入端 P3.5 T1 計(jì)數(shù)器1 外部事件計(jì)數(shù)輸入端 P3.6 WR 外部隨機(jī)存儲器的寫選通，低電平有效 P3.7 WR 外部隨機(jī)存儲器的寫選通，低電平有效 3.1.2 AT89C51的程序存儲器的擴(kuò)展 系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，當(dāng)片內(nèi)的存儲器容量不夠用或用了之后純粹當(dāng)接口方便、簡化接

20、線圖，這樣就需要外擴(kuò)存儲器了。 單片機(jī)采用三總線結(jié)構(gòu)。按其功能通常把系統(tǒng)總線分為三類，即地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線。 地址總線主要用于單片機(jī)送出的地址信號，以便對外部的存儲器單元或I/O端口進(jìn)行操作。地址總線是單向傳送的，只能有單片機(jī)向外發(fā)送。在AT89C51單片機(jī)系統(tǒng)中，地址總線通常由P0口和P2口構(gòu)成。 數(shù)據(jù)總線是用于在單片機(jī)與外部存儲器之間或單片機(jī)與I/O端口之間傳送數(shù)據(jù)的通道。單片機(jī)系統(tǒng)總線通常由P0口來構(gòu)成?？偩€寬度與單片機(jī)的字長是一致的。 控制總線實(shí)際上是一組控制信號線，它包括單片機(jī)發(fā)出的，以及外部設(shè)備送給單片機(jī)的信號線。對某一條控制信號線而言，它是單向傳送的，但是由不同

21、方向的控制信號線組合成的控制總線則表現(xiàn)為雙向傳送性。 系統(tǒng)擴(kuò)展用的控制線有ALE、EA、PSEN、RD、WR。74LS373引腳圖如圖3.2 圖3.2 74LS373引腳圖 AT89C51單片機(jī)的P0口是地址線/數(shù)據(jù)線分時(shí)復(fù)用的，實(shí)現(xiàn)這一功能需要引入地址鎖存器。常用地址鎖存器的芯片一般有兩類：一類是8D觸發(fā)器，如74LS273、7474LS377等，另一類是位鎖存器，如74LS373、8282等。圖3-2給出了74LS373的引腳和它們的邏輯功能狀態(tài)。 74LS373是高電平觸發(fā)選通，當(dāng)使能端G有效時(shí)，輸出直接跟隨輸出變化，當(dāng)使能端有高變低時(shí)，才將輸入狀態(tài)鎖存直到下次能使

22、信號變高為止。因此在選用74LS373做單片機(jī)地址鎖存時(shí)，可直接將單片機(jī)的ALE信號加到它們的使能端。 E2 PROM是電可擦除、可編程的半導(dǎo)體存儲器。在+5V電壓下就可進(jìn)行讀寫操作，對編程脈沖寬度一般也沒有特殊的要求，也不需要專門的擦除器（如紫外線燈）。所以E2PROM實(shí)際上是一種特殊的可讀可寫的存儲器。它即可作程序存儲器使用，也可作數(shù)據(jù)存儲器使用。把程序存儲器E2 PROM連在單片機(jī)系統(tǒng)總線上就可以進(jìn)行在線改寫。即使突然掉電E2 PROM中的內(nèi)容也不會丟失。 如圖3.3 單片機(jī)外部擴(kuò)展與單片機(jī)的接口圖 3.2 采樣保持器 采樣/保持器的主要作用在于保證A/D轉(zhuǎn)換

23、器進(jìn)行轉(zhuǎn)換期間，輸入電壓保持不變，以免引起A/D的轉(zhuǎn)換誤差。它有兩個(gè)工作模式：一是采樣，一是保持。在采樣狀態(tài)時(shí)，其輸出能跟隨輸入電壓的變化而變化，故該狀態(tài)亦稱跟蹤狀態(tài)；而當(dāng)處于保持狀態(tài)時(shí)，其輸出將保持在進(jìn)入保持狀態(tài)瞬間的輸入電壓的值不變。 在選擇采樣/保持器時(shí)，應(yīng)考慮以下幾個(gè)主要參數(shù)： （1）孔徑時(shí)間：電路接到保持信號后，模擬開關(guān)由導(dǎo)通轉(zhuǎn)變?yōu)閿嚅_所需的時(shí) 間。顯然，對于一個(gè)動態(tài)的模擬輸入信號在此期間會發(fā)生變化，這將導(dǎo)致A/D轉(zhuǎn)換產(chǎn)生不確定性誤差（孔徑誤差）。 （2）捕捉時(shí)間：電路接到采樣控制信號后，輸入電壓Vo達(dá)到指定跟蹤誤差范圍 內(nèi)所需的時(shí)間。A/D轉(zhuǎn)換器的采樣周期應(yīng)大于捕捉時(shí)間。

24、 （3）保持時(shí)間：模擬開關(guān)斷開的時(shí)間，由采樣速率決定。 （4）變化率dVo/dt：反映在保持階段，由于保持電容C漏電或放大器A2的漏 電流所引起的保持電壓的變化。 （5）饋送：在保持模式時(shí)，由于輸入信號耦合到保持電容，故存在寄生電容。 因此，輸入電壓的變化也將引起輸入電壓的微小變化。 考慮到采樣后還需要加功率放大電路，所以在選擇采樣保持器時(shí)，選擇了本身帶有功率放大功能的AD346芯片。 AD346是一種高速采樣/保持放大器，在2s內(nèi)可達(dá)到±0.01%的精度。該芯片的低失調(diào)、低下降率、高采樣率和低孔徑抖動時(shí)間的特點(diǎn)，使得它非常適合頻率高達(dá)97KHz的快速A/D變換中，同時(shí)也使用于D

25、/A變換、峰值保持、選通測量系統(tǒng)和同步采樣轉(zhuǎn)換系統(tǒng)等領(lǐng)域中。 1. AD346的主要性能： ?高速采樣/保持放大器 ?片內(nèi)含有保持電容和補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò) ?采用激光調(diào)整技術(shù) ?無需外圍元件就能正常工作 ?雙電源供電 ?采樣時(shí)間： 10V級，到0.01%：2s(max); 20V級，到0.01%：2.5s(max) ?增益誤差：±0.02%FSR（max） ?失調(diào)電壓：±3mV/（max） ?下降率：0.5mV/s（max） ?工作溫度范圍寬：-55~+125 ?功耗：500mW（max） ?孔徑抖動時(shí)間：400ps AD346芯片內(nèi)部具有保持電容和補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)，所以它是一個(gè)完整

26、的采樣/保持放大器。這種結(jié)構(gòu)不僅能減小采樣/保持放大器電荷的失調(diào)，而且還大大簡化了芯片外圍電路的設(shè)計(jì)。激光調(diào)整技術(shù)的運(yùn)用，不僅省掉外圍失調(diào)調(diào)零電位器，而且使調(diào)零技術(shù)走向新的領(lǐng)域。并且AD346還具有以下特性： a. 有較低的捕捉時(shí)間； b. 有較高的采樣保持電流比； c. 在采樣保持模式時(shí)有較高的輸入阻抗； d. 輸入信號電平可達(dá)電源電壓Vs，可適用于12位模數(shù)轉(zhuǎn)換電路； e. 供了相互隔離開的模擬地，數(shù)字地，從而提高了抗干擾能力。所以我們選擇AD346作為此設(shè)計(jì)所需的采樣/保持放大器。 2. AD346的引腳圖以及引腳名稱如圖3.4和表3.2 圖3.4 AD346引

27、腳圖 表3.2 引腳功能圖 3. 極限參數(shù)： ?正電源電壓：+19V； ?負(fù)電源電壓：-19V； ?正電源電流：+18mA； ?負(fù)電源電流：-10mA； ?貯存溫度：-65～+150； ?引線焊接溫度：+300。 4. AD346的接口電路 AD346和高速的A/D轉(zhuǎn)換器組合運(yùn)用，就可以對數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中的信號進(jìn)行精確的數(shù)字化處理。 下面給出我們在設(shè)計(jì)中用到AD346和AD0809A的接口電路。 3.3 A/D轉(zhuǎn)換器 經(jīng)過多路轉(zhuǎn)換開關(guān)和采樣/保持器后的模擬量必須被變成數(shù)字量才能送入計(jì)算機(jī)，完成上訴轉(zhuǎn)換任務(wù)的器件叫做A/D轉(zhuǎn)換器，它是輸入通道最關(guān)鍵

28、的部件。 A/D轉(zhuǎn)換器主要有以下技術(shù)指標(biāo)： a. 分辨率: A/D轉(zhuǎn)換器的分辨率是指輸出數(shù)字量變化一個(gè)相鄰數(shù)碼所需輸入模擬電壓的變化量、一般以輸出二進(jìn)制的位數(shù)表示。 b. 精度: ?失調(diào)誤差或零值誤差。指輸入信號為零時(shí)，輸出信號不為零的值。 ?增益誤差或滿刻度誤差。是指滿刻度輸出數(shù)碼所對應(yīng)的實(shí)際輸入電壓與理想輸入電壓之差。線性度: 線性度是指轉(zhuǎn)換器實(shí)際的轉(zhuǎn)移函數(shù)與理想直線的最大偏移。 c. 轉(zhuǎn)換速率： A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速率是指能夠重復(fù)進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的速度，即每秒轉(zhuǎn)換的次數(shù)。 d. 電源靈敏度：當(dāng)電源電壓變化時(shí)，將A/D轉(zhuǎn)換器的輸出發(fā)生變化，從而產(chǎn)生誤差。通常A/D轉(zhuǎn)換器對電源變化

29、的靈敏度用相當(dāng)于同樣變化的模擬輸入值的百分?jǐn)?shù)來表示。 常用的A/D轉(zhuǎn)換器的工作原理有逐次逼近型和雙積分型。 1. 逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器 下圖為逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換電路原理圖。它主要是由逐次逼近寄存器SAR、D/A轉(zhuǎn)換器、比較器、控制時(shí)序及邏輯電路、輸出鎖存器等5部分組成。逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器圖3.5 圖3.5 逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器 它的工作過程是：把逐次設(shè)定在SAR中的數(shù)字量所對應(yīng)的模擬量電壓Vf與模擬量輸入電壓Vi進(jìn)行比較。轉(zhuǎn)換開始時(shí)，首先由控制電路將SAR中的最高位設(shè)定為“1”，其余位為“0”，將此設(shè)定數(shù)據(jù)輸入到D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成模擬電壓Vf，然后將Vf與V

30、i在電壓比較器中進(jìn)行比較。若Vi

31、，開始使電容放電（反向積分），同時(shí)計(jì)數(shù)器開始記數(shù)。當(dāng)比較器判定放電完畢時(shí)就輸出信號，使計(jì)數(shù)器停止記數(shù)，并由邏輯控制發(fā)出“轉(zhuǎn)換結(jié)束”信號。這時(shí)計(jì)數(shù)器所計(jì)脈沖個(gè)數(shù)反映了放電的時(shí)間。雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器的原理如圖3.6。 圖3.6 雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器 可以看出，放電時(shí)間T1或T2正比于輸入電壓Vi，輸入電壓大，則放電時(shí)間長，計(jì)數(shù)器的記數(shù)值越大。因此，計(jì)數(shù)器記數(shù)值的大小反映了輸入電壓Vi在固定積分時(shí)間T內(nèi)的平均值。雙積分原理圖3.7 圖3.7 雙積分原理圖 根據(jù)設(shè)計(jì)需要，我們采用逐次逼近式的ADC0809 ADC0809主要性能如下:

32、1. 分辨率為8位二進(jìn)制數(shù) 2. 模入電壓范圍0~5V，對應(yīng)A/D轉(zhuǎn)換值為00H~FFH 3. 每路A/D轉(zhuǎn)換完成時(shí)間和100us 4. 也許輸入8路模擬電壓，通過具有鎖存功能的8路模擬開關(guān)，可以分時(shí)進(jìn)行8路A/D轉(zhuǎn)換 5. 工作頻率為500kHz。輸入與TTL電平兼容。 ADC0809引腳功能如下： IN0～I(xiàn)N7——8路0～+5V模擬電壓輸入端。 DB7～DB0——8位數(shù)字輸出線。輸出8位A/D轉(zhuǎn)換值。 START——起動A/D轉(zhuǎn)換輸入端。若單片機(jī)在此引腳加一個(gè)正脈沖，脈沖的上升沿將內(nèi)部存儲器清0；其下降沿起動A/D進(jìn)行一次新的轉(zhuǎn)換。 EOC——A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束輸出信號，高

33、電平有效。在起動A/D轉(zhuǎn)換START有效開始EOC=0，表示A/D轉(zhuǎn)換正在進(jìn)行中；當(dāng)轉(zhuǎn)換一結(jié)束，EOC=1。因此EOC可作為A/D轉(zhuǎn)換狀態(tài)輸出信號，供CPU查詢或用來向CPU申請中斷。 OE——允許數(shù)字量輸出信號，高電平有效。當(dāng)EO=1時(shí)，打開三態(tài)門，A/D轉(zhuǎn)換后的8位數(shù)字量放在數(shù)據(jù)總線DB7～DB0上，供CPU用指令取走。 CLOCK——輸入時(shí)鐘脈沖。頻率為500kHz。 ADDA、ADDB、ADDC——模入通道IN0～I(xiàn)N7的地址選擇線?？煽刂?外路轉(zhuǎn)換開關(guān)進(jìn)行8取1切換。 ALE——地址鎖存允許輸入信號。鎖存ADDA、ADDB、ADDC。 ADC0809與AT89C51的硬件接

34、口 ADC0809于單片機(jī)的接口有兩種方式：一種是將0809通過并行I/O口（如8155）與單片機(jī)連接；另一種是將0809直接與單片機(jī)連接。ADC0809和單片機(jī)接口應(yīng)解決以下問題。 1.8個(gè)模擬輸入通道IN0-IN7地址的確定 由于ADC0809自帶地址鎖存器?？芍苯覣DDC、ADDB、ADDA。和P0.2、P0.1和 P0.0連接。 2.工作方式的選擇 A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束后，CPU可以用查詢方式或中斷方式讀走A/D轉(zhuǎn)換值。若采用 查詢方式，可以將EOC連接P1.0，CPU，用JNB P1.0，HERE指令查詢。若采用中斷方式，將EOC經(jīng)一個(gè)非門連接INT0，A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束后EOC

35、=1，INT0=0，CPU在INT0中斷服務(wù)程序中將A/D轉(zhuǎn)換值讀走。 3.ADC0809控制信號的產(chǎn)生 用單片機(jī)P2.7和WR共同控制0809的ALE和起動A/D轉(zhuǎn)換START端。 當(dāng)P2.7=0、WR=0時(shí)，ALE=START=1有效。ALE先鎖存通道地址，然后START 起動A/D轉(zhuǎn)換。上述有效信號的產(chǎn)生由CPU執(zhí)行指令完成： MOVE @DPTR，A；A中內(nèi)容任意 DPTR的高位DPH使P2.7=0，DPL選通地址，寫操作使WR=0，滿足要求。 當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束，EOC=1，通知CPU，而CPU使OE=1才能完成讀A/D轉(zhuǎn)換值操作。 由指令“MOVX A，@DPTR

36、”置RD=0，P2.7=0，使OE=1，則將A/D轉(zhuǎn)換值讀入A中。 滿足上述要求的ADC0809與8031硬件接線如圖3.8。 圖 3.8 ADC0809與8031接線圖 3.4 D/A轉(zhuǎn)換器 D/A轉(zhuǎn)換器的任務(wù)是將計(jì)算機(jī)輸出的數(shù)字量，例如控制量或其它需要顯示和記錄的數(shù)字量，轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的模擬量電壓或電流作用到執(zhí)行機(jī)構(gòu)或在記錄儀上顯示。其輸出的模擬量有電流型和電壓型。對于電流型輸出D/A轉(zhuǎn)換器可外接運(yùn)算放大器，將輸出電流轉(zhuǎn)換成電壓并提高帶負(fù)載能力。 1. D/A轉(zhuǎn)換器的技術(shù)指標(biāo)： (1) 辨率 分辨率通常用輸入數(shù)字量的

37、位數(shù)來表示，如8位，10位,12位。 (2) 出電平 一般為5～10V。也有一些高電壓輸出型，輸出電壓為24～30V。還有一些電流輸出型，其電流輸出從20mA到數(shù)安培。 (3) 出極性 有單極性和具有正負(fù)雙極性。 此外，D/A的選擇還考慮D/A的轉(zhuǎn)換時(shí)間、輸入編碼形式、轉(zhuǎn)換線性、工作溫度范圍等等。 2. DAC0832轉(zhuǎn)換器： DAC0832是一個(gè)具有兩個(gè)輸入數(shù)據(jù)存儲器的雙列直插式8位數(shù)模轉(zhuǎn)換器。能完成數(shù)字量輸入模擬量（電流）輸出的轉(zhuǎn)換。 (1) AC0832的主要性能： 分辨率為8位；單一電源供電（+5V～+15V）； 具有單緩沖、雙緩沖和直通輸入三種工作方式； 電流

38、穩(wěn)定時(shí)間為1us，邏輯輸入電平與TTL電平兼容。 (2) AC0832的引腳圖和引腳功能圖3.9 。 圖3.9 DAC0832的功能引腳圖 DAC0832的引腳功能： ILE： 允許輸入鎖存。 ： 片選。和ILE共同對能否起作用進(jìn)行控制。 ： 寫信號1，低電平有效。將數(shù)據(jù)輸入并鎖存于寄存器中，有效時(shí)，和ILE必須同時(shí)有效。 ： 寫信號2。將鎖存于輸入寄存器的數(shù)字傳送到DAC寄存器，必須同時(shí)有效。 ： 傳遞控制信號，控制。 ： DAC電流輸出1。DAC寄存器為全1時(shí)，輸出電流最大；為0時(shí)輸出電流為0。 ：電流輸出2。=常數(shù)-，所以和構(gòu)成互補(bǔ)輸出方式。 ：反饋

39、電阻，作為外部運(yùn)算放大器的分路反饋電阻，為DAC提供輸出電壓。：基準(zhǔn)電壓輸入，-10V～+10V。 Ucc：數(shù)字電源電壓，+5V～+15V。最佳+15V。 AGND：模擬地。 DGND：數(shù)字地。通常模擬地和數(shù)字地連接在一起。 3. DAC0832的三種工作方式 (1) 通方式: 這時(shí)兩級8位數(shù)據(jù)存儲器都處于輸出跟隨輸入的情況、條件是ILE=1，而、、和均為0。由DI7～DI0輸入的數(shù)據(jù)直接進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換。 (2) 于單緩沖寄存器工作方式：兩個(gè)鎖存器之一始終處于直通狀態(tài)，另一個(gè)鎖 存器處于受CPU控制狀態(tài)。條件是=1（直通），CPU控制=**ILE。這時(shí)DAC0832相當(dāng)于A

40、T89C51的一個(gè)外部RAM單元，CPU用一條MOVX指令就可以完成D/A轉(zhuǎn)換。 (3) 于雙緩沖寄存器的工作方式：這種方式是兩個(gè)鎖存器都處于受控方式， CPU通過5條引腳分別控制和。關(guān)系為=ILE**=*CPU要輸出轉(zhuǎn)換8位數(shù)據(jù)必須通過兩步操作才能 完成。多用于2路D/A轉(zhuǎn)換接口場合，每一路模擬輸出都接一片DAC0832，并要求同步進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換輸出。 DAC0832片內(nèi)結(jié)構(gòu)圖3.10。 圖3.10 DAC0832片內(nèi)結(jié)構(gòu) 4. DAC0832和AT89C51的接口電路： 由于DAC0832內(nèi)部帶有數(shù)據(jù)鎖存器，可直接與P0口連接。因?yàn)?本設(shè)計(jì)中只需要一路D/A轉(zhuǎn)換

41、，所以采用單緩沖。硬件的連接中，使=1，則將和接地，將ILE接+5V。這時(shí)：=*，用單片機(jī)控制，P2.7連接。CPU用輸出指令MOVX @DPTR,A可進(jìn)行單緩沖D/A轉(zhuǎn)換。 接口電路如圖3.11。 圖3.11 DAC0832單緩沖接口 3.5 PH值傳感器 PHG—97 型工業(yè)pH計(jì)結(jié)構(gòu)及原理結(jié)構(gòu):PHG—97 型工業(yè)pH 計(jì),由傳感器和高阻轉(zhuǎn)換器組成,為兩線制一體化結(jié)構(gòu),傳感器選用引進(jìn)國外技術(shù)生產(chǎn)的系列pH 符合電極作傳感器,把水溶液的酸堿度轉(zhuǎn)換成4～20mA.DC 標(biāo)準(zhǔn)直流電流信號或RS485 串行接口輸出,供給PLC 系統(tǒng),儀表帶有溫度補(bǔ)償,可以對被測溶液的溫

42、度變化進(jìn)行自動補(bǔ)償。測量原理: PHG—97 型工業(yè)pH 計(jì)是采用電極電位法來測量pH值。pH玻璃電極和參比電極作為傳感器,插在被測溶液中,該電極系統(tǒng)構(gòu)成化學(xué)原電池。參比電極提供一個(gè)穩(wěn)定的電位,pH 玻璃電極其電位與溶液中的pH值有關(guān),它符合能斯特公式: E = E0 - KpH 式中:E —pH電極和參比電極的電位差; E0 —測量電極的電勢常數(shù),包括標(biāo)準(zhǔn)電極電位,不對稱電位; K—電極斜率; pH —溶液的pH 值。因此, E和K已定,只要準(zhǔn)確測量兩個(gè)電極間的電動勢,就可以測得溶液中的pH值了。 3.6 信號放大電路 　　為了使執(zhí)行元件更好的執(zhí)行命令，要對弱模擬信號

43、加以放大。并把信號中的干擾噪聲抑制在最低限度，因而須用低噪音、低漂移、高增益、高輸入阻抗以及具有很高共模抑制比的直流放大器。這類放大器常用的有測量放大器、可編程放大器和隔離放大器。我們選擇比較常用的測量放大器。 測量放大器的特點(diǎn)如下： 測量放大器又稱儀表放大器，一般采用多運(yùn)放平衡輸入電路，圖3-12是最基本的電路。由圖可知，該電路是由三個(gè)運(yùn)算放大器A1、A2、A3組成。其中A1和A2組成具有對稱結(jié)構(gòu)的同相并聯(lián)差動輸入/輸出級，其作用是阻抗變換（高輸入阻抗）和增益調(diào)整；A3為單位增益差動放大器，他將A1、A2 的差動輸入雙端輸出信號轉(zhuǎn)換為單端輸出信號，且提高共模抑制比CMRR的值。在A1和A

44、2部分可由Rg來調(diào)整增益，此時(shí)Rg的改變不影響整個(gè)電路的平衡。而A3的共模抑制精度取決于四個(gè)R2的匹配精度。 根據(jù)疊加原理可以得到: V=(1+R1/Rg)Vi--R1/RgVi+ V=(1+R1/Rg)Vi+-R1/RgVi- 測量放大器輸出電壓: V=(Vi++Vi-)=1+2R1/Rg)(Vi+-Vi-) 其增益為：G=1+2R1/Rg 由于對兩個(gè)輸入信號的差動作用，漂移減少且具有輸入阻抗、低失調(diào)電壓、低輸入阻抗和高共模抑制比以及線性度較好的高增益。 測量放大器的一般結(jié)構(gòu)如圖3.12 所示，兩個(gè)差動輸入端Vi+ 、Vi-與信號源相連，對于由信號源引入的共

45、模干擾有較高的抑制能力。外接電阻Rg用來調(diào)節(jié)增益，有些放大器還有對放大器倍數(shù)進(jìn)行微調(diào)的電阻Rs。測量放大器基本電路圖3.12。 圖3.12 測量放大器基本電路 3.7 　系統(tǒng)輔助電路的設(shè)計(jì) 3.7.1 電流/電壓（I/V）變換電路 現(xiàn)場變送器輸出的信號為4-20mA的統(tǒng)一信號，需經(jīng)I/V變換成為電壓信號，以下是兩種變壓電路。 (1)無源I/V變換 無源I/V變換主要是利用無源器件電阻來實(shí)現(xiàn)的，并加濾波和輸出限幅等保護(hù)措施。 對于0-10mA輸入信號，可取R1=100Ω，R2=500Ω，且R2為精密電阻，當(dāng)輸入的I為0-10mA電流時(shí)，輸出的Ｕ為0-5V

46、，對于4-20mA輸入信號，可取R1=100Ω， R2=250Ω，且R2為精密電阻，這樣當(dāng)輸入的I為4-20mA時(shí)，輸出的U為1-5V。 (2)有源I/V變換 有源I/V變換主要是利用有源器件運(yùn)算放大器、電阻Ｒ1上輸入電壓變成標(biāo)準(zhǔn)輸出電壓。該同相放大電路的放大倍數(shù)為: A=1+R4/R3 設(shè)計(jì)采用有源I/V變換電路。電路圖如下：有源I/V變換電路圖3.13。 圖3.13 有源I/V變換電路 3.7.2 光電隔離電路 光電耦合器件可有效地抑制干擾信號。此外，光電耦合器提供了較好的帶寬，較低的輸入失調(diào)飄逸和增益溫度系數(shù)，因此能較好得

47、滿足工業(yè)過程控制信傳輸?shù)囊?。光電隔離電路如圖 3.14 所示。光電耦合器由發(fā)光源和受光器兩部分組成， 并封閉在同一不透明的管殼內(nèi)由絕緣的透明樹脂隔離。三極管型光電隔離器圖3.14。 圖3.14 三極管型光電隔離器 3.8 鍵盤及顯示設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)是采用在線處理方法，即一邊排放，一邊根據(jù)檢測的PH值加堿，達(dá)到中性水的標(biāo)準(zhǔn)。因此要有良好的顯示和鍵盤系統(tǒng) 1.顯示器的選擇： LED顯示器是單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中常用的輸出器件。它是由若干個(gè)發(fā)光二極管組成的，當(dāng)發(fā)光二極管導(dǎo)通時(shí)，相應(yīng)的一個(gè)點(diǎn)或一個(gè)筆畫發(fā)亮。控制不同組合的二極管導(dǎo)通，就能顯示出各種字符。常用的LED顯示器有7段和

48、“米”字段之分，我們采用7段的顯示器。 亮點(diǎn)顯示器分有靜態(tài)和動態(tài)兩種方法。所謂靜態(tài)顯示：就是當(dāng)顯示器顯示某一個(gè)字符時(shí)，相應(yīng)的發(fā)光二極管恒定的導(dǎo)通或截止。這種顯示方式每一位都需要有一個(gè)8位輸出控制。所謂動態(tài)顯示：就是一位一位地輪流點(diǎn)亮顯示器各個(gè)位（掃描），對于顯示器的每一位來說，每隔一段時(shí)間點(diǎn)亮一次。由于設(shè)計(jì)要用3位顯示器,如果采用靜態(tài)顯示，需要的引腳過多，需要更多的擴(kuò)展。所以我們采用3為的動態(tài)顯示法來實(shí)現(xiàn)。 2.鍵盤接口： 鍵盤是由若干個(gè)按鍵組成的開關(guān)矩陣，它是最簡單的單片機(jī)輸入設(shè)備，通過鍵盤輸入數(shù)據(jù)或命令，實(shí)現(xiàn)簡單的人機(jī)對話。 鍵盤工作原理： 44的鍵盤結(jié)構(gòu)如圖所示：圖中行線通過電

49、阻接+5V，當(dāng)鍵盤上沒有鍵閉合時(shí)，所有的行線和列線斷開，行線X0～X3呈高電平。當(dāng)鍵盤上某一個(gè)鍵閉合時(shí)，該鍵所對應(yīng)的行線與列線短路。鍵盤原理圖3.15。 圖3.15 鍵盤原理圖 例如，6號鍵按閉合時(shí)，行線X1和列線Y2短路，此時(shí)X1的電平由Y2的電決定，如果把行線接到微機(jī)的輸入口，列線接到微機(jī)的輸出口，則在微機(jī)的控制下，使列線Y0為低電平，其余三根列線Y1、Y2、Y3都為高電平。然后微機(jī)通過輸入口讀行線的狀態(tài)，如果X0、X1、X2、X3都為高電平，則Y0這一列上有鍵閉合，如果讀出的列線狀態(tài)不全為高電平，則為低電平的行線和Y0相交的鍵處于閉合狀態(tài)；如果Y0這一列上沒有鍵閉合，

50、接著使列線Y1為低電平，其余列線為高電平。用同樣的方法檢查Y1這一列上有無鍵閉合。這種逐行逐列地檢查鍵盤狀態(tài)的過程稱為對鍵盤的一次掃描。然后采用中斷方式，當(dāng)鍵盤上有鍵閉合時(shí)，向CPU請求中斷，CPU響應(yīng)鍵盤輸入中斷請求，對鍵盤掃描，以識別那一個(gè)鍵處于閉合狀態(tài)，并對鍵輸入信息作出相應(yīng)處理。 由于單片機(jī)本身的I/O有限，必要時(shí)必須對其進(jìn)行擴(kuò)充。所以在這里我們決定采用8255A對單片機(jī)進(jìn)行I/O口的擴(kuò)展，然后直接在8255的三個(gè)輸出口直接連鍵盤及顯示電路，具體接法見系統(tǒng)總體連線圖。 3.9 單片機(jī)復(fù)位電路 掉電復(fù)位電路是當(dāng)電源失效或電壓降到某一電壓值以下時(shí)，自動復(fù)位的電路。我們在

51、設(shè)計(jì)中采用了PHILIPS公司生產(chǎn)的MAX708。此類產(chǎn)品體積小，功耗低，而且可以選門檻電壓?？杀Ｕ舷到y(tǒng)在不同的異常條件下復(fù)位，防止系統(tǒng)失控。此外MAX708還可監(jiān)視第二個(gè)電源信號，為處理器提供電壓跌落的預(yù)警功能，利用此功能，系統(tǒng)可在電源跌落時(shí)到復(fù)位前執(zhí)行某些安全操作，保存參數(shù)等。MAX708的典型應(yīng)用圖3.15。 圖3.15 MAX708的典型應(yīng)用 3.10 電源的選擇 我們在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中用到的電源有5V和15V兩種，考慮到經(jīng)濟(jì)和實(shí)用的原則，我們選擇LW系列直流穩(wěn)壓穩(wěn)流電源。它是采用國際先進(jìn)的“懸浮迭加式”技術(shù)研制而成。線路由變壓器降壓整流濾波、大功率三極管調(diào)整及基準(zhǔn)取樣

52、放大等組成。雙路電源可獨(dú)立輸出，也可串聯(lián)或并聯(lián)使用，串聯(lián)時(shí)從路輸出電壓跟蹤主路輸出電壓，并聯(lián)時(shí)最大輸出電流可達(dá)到兩路獨(dú)立輸出電流之和。 技術(shù)指標(biāo)： 1.輸入電壓：AC220V±10%，50Hz±1Hz 2.輸出電壓及電流 （1）如下表 （2）電源效應(yīng)　CV≤5×10-3+5mV　CC≤2×10-3+10mA （3）負(fù)載效應(yīng)　CV≤5×10-3+5mV　CC≤5×10-2+10mA （4）周圍與隨機(jī)漂移　VP-P≤30mV 3.指示：電壓和電流表各一個(gè)，精度為2.5級或3位半數(shù)字電壓表和電流表各一個(gè)，精度電壓表±1%+2個(gè)字，電流表±2%+2個(gè)字。精度要求較高請外接電表。4.使用

53、環(huán)境：0--40°C，相對濕度﹤90%。 最后，我們選擇的電源型號為LW3J2D2，輸出路數(shù)為2路，輸出電壓范圍為0～30V，輸出電流范圍為0～3A，滿足要求。 3.11 多路開關(guān) 多路開關(guān)在模擬量輸入通道AI中的作用是實(shí)現(xiàn)n選一操作，即利用多路開關(guān)將n路輸入依次或隨機(jī)地切換到輸出所連的下一級。切換過程在CPU控制下完成或由其他控制邏輯實(shí)現(xiàn)。微機(jī)控制系統(tǒng)中多采用繼承電路多路開關(guān)，如圖3.15所示。根據(jù)需要，我們選擇8通道的CD4051。CD4051的結(jié)構(gòu)原理圖3.16 圖3.16 CD4051的結(jié)構(gòu)原理 第4章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

54、 4.1 系統(tǒng)程序圖 系統(tǒng)的主程序包括系統(tǒng)初始化，中斷程序，PID控制程序，采樣程序等。程序框圖如下圖所示。主程序流程圖4.1 圖4.1 主程序流程圖 圖4.2采樣程序流程圖 4.2 數(shù)字調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì) 工業(yè)控制中最常用的數(shù)字控制算法是數(shù)字PID控制算法。對大多數(shù)控制對象，采用數(shù)字PID控制，均可達(dá)到滿意的控制效果。 連續(xù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)已經(jīng)形成了一套系統(tǒng)的、成熟的，實(shí)用的設(shè)計(jì)法，并在控制領(lǐng)域?yàn)槿藗兯煜ず驼莆?。因此，在設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)時(shí)，仍然經(jīng)常使用連續(xù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法。 1. 系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型 理論分析和實(shí)驗(yàn)結(jié)果都說明，帶強(qiáng)烈攪拌的中和反應(yīng)

55、池可以近似為具有純滯后的一階質(zhì)性環(huán)節(jié)，并且根據(jù)多次做得的靜態(tài)滴定曲線，發(fā)現(xiàn)在pH=7附近較大范圍內(nèi)(pH=4-9)曲線接近線性，確定中和反應(yīng)池人口相對濃度到檢測點(diǎn)pH值的數(shù)學(xué)模型用表示: 其中,為電石渣液的當(dāng)量濃度和體積流量，時(shí)間常數(shù)，為檢測點(diǎn)前的有效容積.由于控制系統(tǒng)中以電石渣液流量為輸人，則應(yīng)增加轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié): 再考慮到調(diào)節(jié)閥放大系數(shù)，因此從控制器輸出到檢測點(diǎn)的廣義對象數(shù)學(xué)模型為下列形式: 其中，為廣義對象放大系數(shù):。由于NH ,，，變化使Kc變化，和廢水成分的變化使和變化，因此，是隨干擾變化的時(shí)變參數(shù)。 2. 調(diào)節(jié)器的選擇 用于PH值控制的調(diào)節(jié)器有多種形式，如PI調(diào)節(jié)

56、，PID調(diào)節(jié)，開關(guān)調(diào)節(jié)等，根據(jù)任務(wù)書的要求，我們選擇在實(shí)際中切實(shí)可用的PID調(diào)節(jié)，它能有效的減小系統(tǒng)的超調(diào)和穩(wěn)態(tài)誤差。 PID的控制算法主要有位置式PID控制算法和增量式控制算法。它們的控制方程分別為： 位置式控制方程： 增量式控制方程： 增量式PID算法與位置式相比，有以下優(yōu)點(diǎn)： (1)位置式算法每次輸出與整個(gè)過去狀態(tài)有關(guān)，計(jì)算中容易產(chǎn)生較大的累計(jì)誤差。而增量式PID只需要計(jì)算增量，計(jì)算誤差或精度不足時(shí)對控制量的計(jì)算方法影響較小。 (2)控制從手動切換到自動時(shí)，位置算法必須首先將計(jì)算機(jī)的輸出值定為原始閥門開度,才能保證無沖擊切換。如果采用增量算法，則公式中不出現(xiàn)項(xiàng)。易 于實(shí)

57、現(xiàn)控制從手動到自動的無沖擊切換。因此在實(shí)際控制中增量式算法比位置式應(yīng)用更為廣泛。 3. PID控制器的參數(shù)選擇 選擇調(diào)節(jié)器的參數(shù)，必須根據(jù)工程問題的具體要求來考慮。在實(shí)際過程控制中，要求被控過程是穩(wěn)定的，對給定量的變化能迅速的跟蹤，超調(diào)量小。在不同 表4.1 常見被調(diào)量的PID參數(shù)經(jīng)驗(yàn)選擇范圍 被調(diào)量 特點(diǎn) Kp Ti(min) Td(min) 流量 時(shí)間常數(shù)小，并有噪聲，故Kp較小，Ti較小，不用微分 1-2.5 0.1-1 溫度 對象有較大的滯后，常用微分 1.6-5 3-10 0.5-3 壓力 對象滯后不大，不用微分 1.4-3.5 0

58、.4-3 液位 允許有靜差時(shí)不用積分和微分 1.25-5 干擾下，系統(tǒng)輸出應(yīng)能保持在給定值，控制變量不宜過大，系統(tǒng)保持平穩(wěn)。同時(shí)滿足上述要求是困難的，但是必須滿足主要的方面，兼顧其他方面。所以參數(shù)的選擇通常通過實(shí)驗(yàn)的經(jīng)驗(yàn)公式來確定。 下表給出了一些常見的調(diào)節(jié)器參數(shù)的選擇范圍。（表4.1） 采樣周期也是PID調(diào)節(jié)器中的一個(gè)重要參數(shù)，它對系統(tǒng)的穩(wěn)定性，調(diào)節(jié)品質(zhì)及PID調(diào)節(jié)控制算法都有影響。常被測量的的經(jīng)驗(yàn)采樣周期見下表。（表4.2） 表4.2 被測量的經(jīng)驗(yàn)采樣周期 被測參數(shù) 采樣周期T（s） 備注 流量 0-10 需要選用10s 溫度 3-10

59、 優(yōu)選用6-8s 壓力 6-8 液位 15-20 或純滯后時(shí)間 我們的設(shè)計(jì)主要是對閥門流量的控制，所以結(jié)合設(shè)計(jì)，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)表，參數(shù)的數(shù)值選擇為KP=1.8，Ti=0.5，Td=1.7。 4.3 程序清單 初始化： ORG 0000H ；程序起始地址 LJMP MAIN ；主程序入口地址 ORG 0003H ；T0中斷入口地址 LJMP INT ；中斷入口地址 ORG 0013H ；INT1中斷入口地址

60、ORG 0200H MAIN： MOV TMOD，#03H ；T0初始化程序 MOV TL0，#9CH ；T0置初值 MOV TH0，#038H SETB EA ；CPU開放中斷 SETB ET0 ；允許T0中斷 SETB TR0 ；啟動T0 SETB IT1 ；申請信號為邊沿觸發(fā)方式 SETB EX1 ；允許外部中斷1產(chǎn)生中斷 MOV R0

61、，#30H ；片內(nèi)RAM區(qū)首選地址 MOV DPTR，#0000H ；選IN0通道地址 MOV R7，#05H ；置5路A/D轉(zhuǎn)換 MOV R6，#nH ；置采樣次數(shù)為n次 INT： PUSH ACC PUSH PSW START： MOV R0，#20H ；選擇AD0809的地址 MOVX @R0，A ；啟動A/D轉(zhuǎn)換器 LOOP： JB P1.0，LOOP ；查詢STS，A/D轉(zhuǎn)換是否結(jié)束 MOV

62、 R0，#01H ；STS=1，讀A/D轉(zhuǎn)換值地址 MOVX A，@R0 ；讀A/D值高8位 MOV R2，A ；送R2 MOVX R0，#03H ；指向低4位A/D值地址 MOVX A，@R0 ；讀A/D值低4位 MOV R3，A ；送R3 CJNE RX，R3，SINGLE SETB P1.2 ；綠燈亮，正常，繼續(xù) INC DPTR ；指向下一通道 INC

63、R0 ；指向下一存儲單元 RET SINGLE： SETB P1.4 ；警報(bào)響 SETB P1.3 ；紅燈亮 DE： MOV R5，#120 ；延時(shí)12s子程序 LJMP DE1 DE1： MOV R6，#200 DE2： MOV R7，#126 DE3： DJNZ R7，DE3 DJNZ R6，DE2 DJNZ R5，DE1 DJNZ R7，START RET SINGLE1： SETB P1.7

64、 ；給MAX708發(fā)脈沖信號 SETB RESET SETB INT1 LCALL FILT3 FILT3： LR A ；清累加器 MOV R2，A MOV R3，A MOV R0，#30H ；指向第一個(gè)采樣值 FILT30： MOV A，@R0 ；取一個(gè)采樣值 ADD A，R3 ；累加到R2、R3中 MOV R3，A CLR A ADDC A，R2 MOV R2，A INC R

65、0 CJNE R0，#35H，F(xiàn)ILT30 ；累加完5次 FILT31： SWAP A ；（R2、R3）/5 RL A XCH A，R3 SWAP A RL A ADD A，#80H ；四舍五入 ANL A，#1FH ADDC A，R3 START1： MOV DPTR，#7FFFH MOV A，#DATA ；待轉(zhuǎn)換的數(shù)字量裝入A中 MOVX @DPTR，A ；啟動D/A轉(zhuǎn)換器，輸出 DJNZ

66、 R7，START1 PID： MOV R0, #52H ;計(jì)算 MOV R1, #49H LCALL FSUB MOV R1, #4CH ;寫入 LCALL FWR MOV R0, #4CH ;計(jì)算 MOV R1, #40H LCALL FSUB MOV R1, #4FH ;寫入 LCALL FWR MOV 40H, 4CH ;更新 MOV 41H, 4DH MOV 42H, 4EH MOV R1, #4CH ;取常數(shù)寫入 MOV R2, #09H LCALL LDN MOV R0, #40H ;計(jì)算 MOV R1, #4CH LCALL FMUL, MOV R1, #4CH ;寫入 LCALL FWR, #52H MOV R0, #4CH ;計(jì)算+ MOV R1, #4FH LCALL FADD, MOV R1, #4CH ;+寫入 LC