機(jī)電一體化計(jì)算機(jī)接口設(shè)計(jì)要求

1、機(jī)電一體化計(jì)算機(jī)接口設(shè)計(jì)要求4.1 概述機(jī)電一體化系統(tǒng)中，計(jì)算機(jī)擔(dān)負(fù)著信息處理，指揮整個系統(tǒng)運(yùn)行等任務(wù)。信息處理是否正確、及時，直接影響到系統(tǒng)工作的質(zhì)量和效率，因此計(jì)算機(jī)技術(shù)已成為機(jī)電一體化技術(shù)發(fā)展和變革最活躍的因素之一。4.1.1 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的組成及特點(diǎn)1. 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的控制特點(diǎn)2. 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的組成（1）硬件組成計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的硬件主要由主機(jī)、外圍設(shè)備、過程輸入輸出設(shè)備、人機(jī)聯(lián)系設(shè)備和通信設(shè)備等組成?？删幊炭刂破鳎≒LC）、單回路調(diào)節(jié)器、總線式工業(yè)控制機(jī)、單片微計(jì)算機(jī)和分散計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)等。（2）軟件組成軟件1）系統(tǒng)軟件 2）應(yīng)用軟件4.1.2 計(jì)算機(jī)的過程輸入輸出通道1.3

2、過程通道接口設(shè)計(jì)應(yīng)考慮的問題（1）控制信息的傳遞路徑 根據(jù)控制的任務(wù)在眾多的信息源中進(jìn)行選擇，以確定該信息傳送的路徑和目的地。（2）控制信息傳送的順序 計(jì)算機(jī)控制的過程就是執(zhí)行程序的過程，為確保進(jìn)程正確無誤，接口電路應(yīng)根據(jù)控制程序的要求，適時地發(fā)出一組有序的門控信號。1）觸發(fā)方式有序的門控信號的主要作用就是嚴(yán)格遵循系統(tǒng)工作時序要求，適時對系統(tǒng)中某個或某些特定部件發(fā)出開啟或關(guān)閉（觸發(fā)）信號，這必然涉及同步觸發(fā)和異步觸發(fā)的方式。所謂同步觸發(fā)是指系統(tǒng)的許多相關(guān)部件或功能塊在同一門控信號作用下完成要求的操作，例如系統(tǒng)的復(fù)位信號就是確保系統(tǒng)中各相關(guān)部件或功能塊回到初始狀態(tài)的同步信號。異步觸發(fā)則指各相關(guān)部

3、件或功能塊不需在同一信號控制下完成自己的操作。接口電路中的各相關(guān)部件或功能塊，其內(nèi)部各單元在外部的同步信號作用下，要完成許多操作，這些操作可以是同步的，也可以是異步的，但必須要滿足時序要求。因此計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)是一種復(fù)合的觸發(fā)方式，在同步觸發(fā)中隱含異步觸發(fā)，在異步觸發(fā)中隱含同步觸發(fā)，但其觸發(fā)方式和觸發(fā)時機(jī)必須遵循系統(tǒng)的工作時序。2）時序 控制邏輯的結(jié)構(gòu)有組合控制邏輯與存儲控制邏輯兩種類型，不管哪種類型都要嚴(yán)格遵守規(guī)定的操作步驟，每一個操作步驟又都是在一組有序的控制信號驅(qū)動下實(shí)現(xiàn)的。所以接口電路設(shè)計(jì)，首先要根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行的要求標(biāo)出每個控制信號發(fā)生的時間順序和相互之間的時間差，以及與系統(tǒng)時鐘的關(guān)系，畫

4、出時序圖，然后根據(jù)時序圖來確定邏輯電路結(jié)構(gòu)。3）負(fù)載能力一旦控制邏輯確定后，系統(tǒng)能否可靠運(yùn)行與器件的選擇關(guān)系密切，器件的選擇除了要考慮電平的擺幅、數(shù)值、延時外，還應(yīng)考慮器件所帶負(fù)載是否匹配。4.2 機(jī)電系統(tǒng)控制微機(jī)的選擇機(jī)電一體化技術(shù)是與元器件技術(shù)緊密結(jié)合發(fā)展起來的綜合技術(shù)，特別是計(jì)算機(jī)技術(shù)的每一最新進(jìn)展，都在機(jī)電一體化產(chǎn)品上烙上了當(dāng)時計(jì)算機(jī)發(fā)展水平的時代烙印。初期的微機(jī)控制功能大多由單板機(jī)實(shí)現(xiàn)，后來隨著 PC 機(jī)功能的增強(qiáng)，價格下降，出現(xiàn)了由 PC 機(jī)擴(kuò)展而成的微機(jī)控制系統(tǒng)，為了改進(jìn)普通 PC 機(jī)在工業(yè)環(huán)境下的適應(yīng)性，出現(xiàn)了工業(yè) PC 機(jī)，同時發(fā)展起了可靠性較高的 STD 總線系統(tǒng)。為了替代

5、傳統(tǒng)的繼電邏輯器件，發(fā)展起來了工業(yè)可編程控制器（PLC）。隨著半導(dǎo)體器件集成度的提高，集成有 CPU 和基本外圍接口電路的單片機(jī)也發(fā)展起來了，成為當(dāng)前在機(jī)電一體化產(chǎn)品中應(yīng)用最廣的微機(jī)芯片。4.2 機(jī)電系統(tǒng)控制微機(jī)的選擇1. 單板機(jī)和單片微機(jī)控制系統(tǒng)單板機(jī)控制系統(tǒng)出現(xiàn)較早，結(jié)構(gòu)簡單，價格低廉。但因其硬件配置不規(guī)范，通常需要自行搭制系統(tǒng)和擴(kuò)展接口，軟件的編寫大多限制于用匯編語言進(jìn)行，軟件編程效率低，因此軟硬件的制作工作量較大，開發(fā)過程中的操作和調(diào)試都比較困難，只宜于自行開發(fā)簡單的控制系統(tǒng)。8 位單片機(jī)在降低功耗的同時具有更高的速度，集成有先進(jìn)的模擬接口和數(shù)字信號處理器，電源功能也更加靈巧，許多與早

6、期結(jié)構(gòu)的單片機(jī)軟件兼容，但性能提高了幾倍的新型微控制器已相繼問世，以使 8 位單片機(jī)能夠適合于各種應(yīng)用。2. 普通 PC 機(jī)組成的控制系統(tǒng)打印機(jī)接口等一套完整的外圍設(shè)備，若利用這類微機(jī)系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)總線與接口進(jìn)行系統(tǒng)擴(kuò)展，只需增加少量接口電路，就可以組成功能齊全的測控系統(tǒng)，而且在實(shí)際應(yīng)用中有多種商品化的接口板成品可供選用。由 PC 機(jī)組成的控制系統(tǒng)基本上是利用了 PC 機(jī)原有的系統(tǒng)資源，但由于PC 機(jī)本來是主要設(shè)計(jì)用作辦公自動化用途的，所以對其操作環(huán)境有一定的限制，當(dāng)用做在工業(yè)現(xiàn)場使用的微機(jī)控制系統(tǒng)時，對于強(qiáng)電磁干擾、電源干擾、振動沖擊、工業(yè)油霧氣氛等必須采取防范措施。因此，PC 機(jī)宜用于組成數(shù)據(jù)

7、采集處理系統(tǒng)、多點(diǎn)模擬量控制系統(tǒng)或其他工作環(huán)境較好的微機(jī)控制系統(tǒng)，或者把 PC機(jī)選作分散控制系統(tǒng)中的上位機(jī)，遠(yuǎn)離惡劣環(huán)境對下位機(jī)進(jìn)行監(jiān)控。3. 工業(yè) PC 控制機(jī)為了克服普通 PC 機(jī)環(huán)境適應(yīng)性、抗干擾性差的弱點(diǎn)，發(fā)展起了結(jié)構(gòu)經(jīng)過加固、元器件經(jīng)過嚴(yán)格篩選、接插件結(jié)合部經(jīng)過強(qiáng)化設(shè)計(jì)、有良好抗干擾性、工作可靠性高并且保留了 PC 機(jī)的總線及接口標(biāo)準(zhǔn)以及其他優(yōu)點(diǎn)的一類微型計(jì)算機(jī)，稱為工業(yè) PC 控制機(jī)。通常各種工業(yè) PC 控制機(jī)都備有種類齊全的 PC 總線接口模板，包括：數(shù)字量 I/O 板，模擬量 A /D、D /A 板，模擬量輸入多路轉(zhuǎn)換板，定時器、計(jì)數(shù)器板，專用控制板，通信板以及存儲器板等，為設(shè)

8、計(jì)制作微機(jī)控制系統(tǒng)提供了極大的方便。3. 工業(yè) PC 控制機(jī)采用工業(yè) PC 控制機(jī)組成控制系統(tǒng)，一般不需要自行開發(fā)硬件，軟件通常都與選用的接口模板相配套，接口程序可根據(jù)隨接口板提供的示范程序非常方便地編制完成。由于工業(yè) PC 控制機(jī)選用的微處理器及元器件的檔次較高，結(jié)構(gòu)經(jīng)過強(qiáng)化處理，由其組成的控制系統(tǒng)的性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于單板機(jī)、單片機(jī)以及普通PC 機(jī)所組成的控制系統(tǒng)，但系統(tǒng)的成本也比較高，宜用于需進(jìn)行大量數(shù)據(jù)處理、可靠性要求高的大型工業(yè)測控系統(tǒng)。Industrial PC IPC防塵與保證運(yùn)行安全的帶鎖門電源、硬盤及鍵盤的狀態(tài)指示燈RESET鍵、KEYBOARD-LOCK鍵帶可拆卸空氣過濾器的面板雙

9、冷卻風(fēng)扇建立空氣正壓力，經(jīng)過濾的空氣在機(jī)箱內(nèi)流通300W工業(yè)開關(guān)電源可拆卸式光驅(qū)、軟驅(qū)框架防震的可調(diào)節(jié)夾鉗用于安裝特殊連接器或擴(kuò)展電纜的面板加固型金屬機(jī)箱14槽PC總線底版電源on/off鍵4. STD 總線控制系統(tǒng)STD 總線是工業(yè)控制領(lǐng)域的一種標(biāo)準(zhǔn)總線，組成系統(tǒng)時主體為積木式結(jié)構(gòu)，各種功能模板采用統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)尺寸，具有機(jī)械強(qiáng)度高、抗振能力強(qiáng)、互換性好等特點(diǎn)，使用靈活方便，系統(tǒng)的可靠性高，宜在惡劣的工業(yè)環(huán)境中工作。5. 可編程控制器可編程控制器（簡稱 PLC）是在繼電器邏輯控制系統(tǒng)基礎(chǔ)上，利用微處理器技術(shù)發(fā)展起來的既有邏輯控制、計(jì)時、計(jì)數(shù)、分支程序、子程序等順序控制功能，又能完成數(shù)字運(yùn)算、數(shù)據(jù)

10、處理、模擬量調(diào)節(jié)、操作顯示、聯(lián)網(wǎng)通信等功能的新型工業(yè)控制器?？删幊绦蚩刂破黧w積小、抗干擾能力強(qiáng)、運(yùn)行可靠，可以直接裝入強(qiáng)電動力箱內(nèi)使用，并且功能齊全、運(yùn)算能力強(qiáng)、編程簡單直觀，目前在工業(yè)控制過程中正逐步取代傳統(tǒng)的繼電器邏輯控制系統(tǒng)、模擬控制系統(tǒng)以及用小型機(jī)實(shí)現(xiàn)的直接數(shù)字控制系統(tǒng)。PLC 電源模塊CPU模塊IO模塊底 板選擇微機(jī)類型時，應(yīng)注意的因素微機(jī)的字長和運(yùn)算速度是否滿足計(jì)算精度及實(shí)時性的要求，指令系統(tǒng)的功能是否豐富，特別是輸入輸出控制指令更應(yīng)豐富，應(yīng)具備較完善的中斷系統(tǒng)、良好的人機(jī)對話能力以及計(jì)數(shù)與定時功能，最后還應(yīng)根據(jù)經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行全面平衡，求得較好的性能價格比。4.3 過程輸入通道接口設(shè)計(jì)

11、3.1 過程輸入通道接口的任務(wù)與特點(diǎn)在一個機(jī)電一體化產(chǎn)品中，控制微機(jī)要對機(jī)械裝置進(jìn)行有效控制，使其按預(yù)定的規(guī)律運(yùn)行，完成預(yù)定的任務(wù)，就必須隨時對機(jī)械系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，隨時檢測各種工作和運(yùn)行參數(shù)，如位置、速度、轉(zhuǎn)矩、壓力、溫度等。因此進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)時，必須選用相應(yīng)傳感器將這些物理量轉(zhuǎn)換為電量，再經(jīng)過信息采集接口的整形、放大、匹配、轉(zhuǎn)換，變成微機(jī)可以接受的信號傳遞給微機(jī)。4.3.2 模擬輸入通道1. 模擬輸入通道的結(jié)構(gòu)（1）模擬輸入通道的結(jié)構(gòu)模擬量輸入通道的任務(wù)是對過程量（即模擬量）進(jìn)行變換、放大、采樣和模 /數(shù)轉(zhuǎn)換，使其變?yōu)槎M(jìn)制數(shù)字量并輸入到計(jì)算機(jī)。（2）設(shè)計(jì)時應(yīng)考慮的問題模擬量輸入通道是

12、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的信號采集通道，從信號的傳感、變換到計(jì)算機(jī)輸入，都必須考慮。1）信號的拾取方式模擬輸入通道中，首先要將外界非電參量，如溫度、壓力、速度、位移等物理量轉(zhuǎn)換為電量，這個環(huán)節(jié)可采用敏感元件、傳感器或測量儀器來實(shí)現(xiàn)。目前應(yīng)用在現(xiàn)場的調(diào)節(jié)測量儀表已系列化，它一般采用標(biāo)準(zhǔn)化輸出信號，如電壓信號為 0 5 V、5 V、0 10 V、2.5 V 等范圍，而電流信號則為 4 20mA、0 10 mA 等范圍，它們經(jīng)適當(dāng)處理（如 I/V 變換、濾波）后可直接與 A /D 電路相連。2）信號的調(diào)節(jié)在模擬量輸入通道中，信號調(diào)節(jié)的任務(wù)是將傳感器信號轉(zhuǎn)換成滿足 A /D 電路要求的電平信號。在一般測量系統(tǒng)中

13、，信號調(diào)節(jié)的任務(wù)比較復(fù)雜，除小信號放大、濾波外，還應(yīng)有零點(diǎn)校正、線性化處理、溫度補(bǔ)償、誤差修正、量程切換等信號處理電路。目前部分信號處理工作可由計(jì)算機(jī)軟件完成，從而使信號處理電路得以簡化。3）模 /數(shù)轉(zhuǎn)換方式的選擇模擬量輸入通道的模 /數(shù)轉(zhuǎn)換方式有 A /D 轉(zhuǎn)換電路和 V /F 變換方式，V /F 變換方式將信號電壓變換為頻率量，由計(jì)算機(jī)或計(jì)數(shù)電路計(jì)數(shù)來實(shí)現(xiàn)模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量。A /D 轉(zhuǎn)換電路一般采用專用的轉(zhuǎn)換芯片，選擇時應(yīng)從轉(zhuǎn)換精度、轉(zhuǎn)換速度及系統(tǒng)成本等方面綜合考慮。4）電源配置信號拾取時，要考慮對傳感器的供電，對于不同的信號調(diào)節(jié)電路中的芯片，一般會提出對電源的要求，必須很好地解決電源問

14、題。模擬輸入通道與生產(chǎn)現(xiàn)場聯(lián)系較緊，而且傳感器輸出信號較弱，電源配置時要充分考慮干擾的隔離與抑制。5）抗干擾措施由于傳感器拾取的信號來自生產(chǎn)現(xiàn)場，受干擾的因素很多，在設(shè)計(jì)過程中應(yīng)采用可靠的抗干擾措施，如隔離、濾波等。2. 模擬多路轉(zhuǎn)換器及其與 CPU 的接口模擬多路轉(zhuǎn)換器又稱多路開關(guān)。在分時檢測時，利用多路開關(guān)可將各個輸入信號依次地或隨機(jī)地連接到公用放大器或 A /D 轉(zhuǎn)換器上。為了提高過程參數(shù)的檢測精度，對多路開關(guān)提出了較高的要求，例如接通電阻要很小、開路電阻要很大、切換速度要快、壽命長、工作可靠等。（1）多路轉(zhuǎn)換開關(guān)的類型多路開關(guān)有兩類：一類是機(jī)械觸點(diǎn)式，如干簧繼電器、水銀繼電器和機(jī)械振子

15、式繼電器；另一類是電子式開關(guān)，如晶體管、場效應(yīng)管及集成電路開關(guān)等。（2）多路轉(zhuǎn)換開關(guān)的連接方式1）單端接法將所有輸入信號源一端接至同一個信號地。然后將信號地與模擬地相連。這種接法抑制共模干擾能力較弱，適合于高電平信號場合。2）差分接法 模擬量雙端輸入、雙端輸出接到放大器上，這種接法的共模干擾抑制能力強(qiáng)，一般用于低電平輸入、現(xiàn)場干擾較嚴(yán)重、信號源和多路開關(guān)距離較遠(yuǎn)的場合，或者輸入信號有各自獨(dú)立的參考電壓的場合。3）偽差分接法 和單端接法不同點(diǎn)是模擬地和信號地接成一點(diǎn)，而且應(yīng)該是所有信號的真正地，也是各輸入信號唯一參考地，這種方法可抑制信號源和多路開關(guān)所具有的共模干擾，適用于信號源距離較近的場合。

16、（3）集成多路轉(zhuǎn)換器常用的 CMOS 集成多路轉(zhuǎn)換器有單端和差分兩種類型，一般情況下，它們分別用于單端接法和差分接法應(yīng)用場合。單端集成多路轉(zhuǎn)換器有 16 通道和 8 通道兩種芯片，典型 16 通道芯片有AD7506、MAX306、DG406 等，典 型 8 通 道 芯 片 有 AD7501、MAX354、CD4051、DG408 等。差分集成多路轉(zhuǎn)換器也有 4 通道和 8 通道兩種。典型 8 通道差分多路轉(zhuǎn)換器有 AD7510、MAX307、DG407 等。（4）集成多路轉(zhuǎn)換器與單片機(jī) 8031 的接口3.采樣保持器采樣保持器又叫做采樣保持放大器（SHA），它的原理如右 所示。它由模擬開關(guān) S

17、、保持電容 C 和緩沖放大器組成。LF198 具有采樣速度高，保持電壓下降速度慢及精度高等特點(diǎn)。采用的電源電壓為5 18 V，輸入模擬電壓最大等于電源電壓。LF198 的模擬開關(guān)采用脈沖控制，邏輯控制輸入端用于控制采樣或保持，可與各種類型的控制信號和邏輯電平兼容。4. A /D 轉(zhuǎn)換及與 CPU 的接口（2）ADC0809 接口設(shè)計(jì)ADC0809 是一種 8 路模擬輸入、8 位數(shù)字輸出的逐次比較式 A /D 轉(zhuǎn)換器。1）主要技術(shù)性能精度：0.4% ；量程：0 5 V；轉(zhuǎn)換速度：100 s/次（典型值）；時鐘范圍：50 800 kHz（典型值 640 kHz)4.3.3 開關(guān)（數(shù)字）量輸入通道1

18、. 開關(guān)量輸入通道的結(jié)構(gòu)形式2. 開關(guān)量形式及變換過程開關(guān)量（數(shù)字量）大致可分為三種形式：機(jī)械有觸點(diǎn)開關(guān)量、電子無觸點(diǎn)開關(guān)量和非電量開關(guān)量。不同的開關(guān)量要采用不同的變換方法。典型的開關(guān)量輸入通道通常由以下幾部分組成：1）信號變換器 將過程的非電量開關(guān)量轉(zhuǎn)換為電壓或電流的雙值邏輯值。2）整形電路 將混有毛刺之類干擾的輸入雙值邏輯信號或其信號前后沿不合要求的輸入信號整形為接近理想狀態(tài)的方波或矩形波，而后再根據(jù)系統(tǒng)要求變換為相應(yīng)形狀的脈沖信號。3）電平變換電路 將輸入的雙值邏輯電平轉(zhuǎn)換為與 CPU 兼容的邏輯電平。4）總線緩沖區(qū) 暫存數(shù)字量信息并實(shí)現(xiàn)與 CPU 數(shù)據(jù)總線的連接。5）接口電路 協(xié)調(diào)通道

19、的同步工作，向 CPU 傳遞狀態(tài)信息并控制開關(guān)量到 CPU 的輸入。（1）機(jī)械有觸點(diǎn)開關(guān)量（2）無觸點(diǎn)開關(guān)量通過采用磁、光、聲等方式反映過程狀態(tài)，在許多控制領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用。這種非電量開關(guān)量（數(shù)字量）需要通過電量轉(zhuǎn)換后才能以電的形式輸出。實(shí)現(xiàn)非電量開關(guān)量（數(shù)字量）的信號變換電路由非電量 /電量變換、放大（或檢波）電路、光電隔離電路等組成。非電量 /電量變換一般采用磁敏、光敏、聲敏等元件，它將磁、光、聲的變化以電壓或電流形式輸出。由于敏感元件輸出信號較弱，輸出電信號不一定是邏輯量（例如可能是交流電壓），因此對信號要進(jìn)行放大和檢波后才能變成具有一定驅(qū)動能力的邏輯電信號。隔離電路根據(jù)控制系統(tǒng)工作環(huán)

20、境及信號拾取方式?jīng)Q定是否采用。對于精度和穩(wěn)定性要求較高的使用場合，可考慮采用精密儀器或傳感器（例如磁性編碼器、光學(xué)編碼器、感應(yīng)同步器等）。3. 整形與電平變換各種過程開關(guān)量經(jīng)信號變換后轉(zhuǎn)換成邏輯電信號或脈沖信號，但這種信號在脈沖寬度、脈沖波形形狀、脈沖前后沿陡度及信號電平可能不很理想，通常需進(jìn)行波形整形及電平變換才能輸入到計(jì)算機(jī)。4. 開關(guān)量輸入通道與 CPU 的接口根據(jù)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的功能要求，CPU 對開關(guān)量輸入信號的處理形式主要有三種：開關(guān)狀態(tài)檢測、脈寬測量和脈沖計(jì)數(shù)。（1）開關(guān)狀態(tài)檢測及其接口開關(guān)狀態(tài)檢測是指計(jì)算機(jī)在適當(dāng)時刻將外部開關(guān)量的狀態(tài)讀入到計(jì)算機(jī)。 （2）脈寬測量接口電路脈寬測

21、量指對開關(guān)量輸入的某個狀態(tài)（“1”或“0”）的持續(xù)時間進(jìn)行測量。對于單片機(jī)，可利用定時器及外部中斷來測量脈沖寬度。（3）脈沖計(jì)數(shù)脈沖計(jì)數(shù)通常用來測量單位時間內(nèi)的脈沖數(shù)，主要用于測頻率、測轉(zhuǎn)速或用于 V/f方式的 A /D 轉(zhuǎn)換。4.4 過程輸出通道接口設(shè)計(jì)1 過程輸出通道接口的任務(wù)與特點(diǎn)控制微機(jī)通過信息采集接口檢測機(jī)械系統(tǒng)的狀態(tài)，經(jīng)過運(yùn)算處理，發(fā)出有關(guān)控制信號，經(jīng)過控制輸出接口的匹配、轉(zhuǎn)換、功率放大，驅(qū)動執(zhí)行元件去調(diào)節(jié)機(jī)械系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，使其按設(shè)計(jì)要求運(yùn)行。根據(jù)執(zhí)行元件的需要不同控制接口的任務(wù)也不同，例如對于交流電動機(jī)變頻調(diào)速器，控制信號為 0 5 V 電壓或 4 20 mA 電流信號，則控制

22、輸出接口必須進(jìn)行數(shù) /模轉(zhuǎn)換；對于交流接觸器等大功率執(zhí)行件，必須進(jìn)行功率驅(qū)動。由于機(jī)電系統(tǒng)中執(zhí)行元件多為大功率設(shè)備，如電動機(jī)，電熱器，電磁鐵等，這些設(shè)備產(chǎn)生的電磁場、電源干擾往往會影響微機(jī)的正常工作，所以抗干擾設(shè)計(jì)同樣是控制輸出接口設(shè)計(jì)時應(yīng)考慮的重要內(nèi)容。2 模擬輸出通道模擬量輸出通道的任務(wù)是把微型機(jī)輸出的數(shù)字量變換成模擬量，這個任務(wù)主要由 D /A 轉(zhuǎn)換器來完成，對于模擬量輸出通道，要求可靠性高，滿足一定的精度，還必須具有保持的功能。1. 結(jié)構(gòu)形式2. D /A 轉(zhuǎn)換接口設(shè)計(jì)的一般性問題模擬量輸出通道不論采用何種形式，都要取決于數(shù) /模轉(zhuǎn)換器和與 CPU 的接口。在 D /A 轉(zhuǎn)換器接口設(shè)計(jì)

23、中，主要考慮的問題是 D /A 轉(zhuǎn)換芯片的選擇、數(shù)字量碼的輸入及模擬量的極性輸出、參考電壓電流源、模擬電量輸出的調(diào)整與分配等。（1）D /A 轉(zhuǎn)換芯片的選擇原則選擇 D /A 轉(zhuǎn)換芯片時，主要考慮芯片的性能、結(jié)構(gòu)及應(yīng)用特性。在性能上必須滿足 D /A 轉(zhuǎn)換的技術(shù)要求，在結(jié)構(gòu)和應(yīng)用特性上滿足接口方便、外圍電路簡單、價格低廉等要求。D /A 轉(zhuǎn)換器主要的特性1）數(shù)字輸入特性 包括接收數(shù)碼制、數(shù)據(jù)格式及邏輯電平等。D /A 轉(zhuǎn)換器一般只能接收二進(jìn)制數(shù)碼，當(dāng)輸入數(shù)字代碼為偏置碼或補(bǔ)碼等雙極性數(shù)碼時，應(yīng)外接適當(dāng)偏置電路才能實(shí)現(xiàn)。D /A 轉(zhuǎn)換器一般采用并行碼和串行碼兩種數(shù)據(jù)形式，采用的邏輯電平多為 TT

24、L 或低壓 CMOS 電平。2）模擬量輸出特性 指 D /A 轉(zhuǎn)換器的輸出電量特性（電壓還是電流），多數(shù) D /A 轉(zhuǎn)換器采用電流輸出。對于輸出特性具有電流源性質(zhì)的 D /A 轉(zhuǎn)換器，用輸出電壓允許范圍來表示由輸出電路（包括簡單電阻或運(yùn)算放大器）造成輸出電壓的可變動范圍，只要輸出端電壓在輸出電壓允許范圍內(nèi)，輸出電流與輸入數(shù)字間保持正確的轉(zhuǎn)換關(guān)系，而與輸出電壓的大小無關(guān)，對于輸出特性為非電流源特性的 D /A 轉(zhuǎn)換器，無輸出電壓允許范圍指標(biāo)，電流輸出端應(yīng)保持公共端電流或虛地，否則將破壞其轉(zhuǎn)換關(guān)系。3）鎖存特性及轉(zhuǎn)換控制 D /A 轉(zhuǎn)換器對輸入數(shù)字量是否具有鎖存功能，將直接影響與 CPU 的接口設(shè)

25、計(jì)。若無鎖存功能，通過 CPU 數(shù)據(jù)總線傳送數(shù)字量時，必須外加鎖存器。同時有些 D /A 轉(zhuǎn)換器對鎖存的數(shù)字量輸入轉(zhuǎn)換為模擬量要施加控制，即施加外部轉(zhuǎn)換控制信號才能轉(zhuǎn)換和輸出，這種 D /A 轉(zhuǎn)換器在分時控制多路 D /A 轉(zhuǎn)換器時，可實(shí)現(xiàn)多路 D /A 轉(zhuǎn)換的同步輸出。4）參考源 參考電壓源是影響輸出結(jié)果的模擬參量，它是重要的接口電路。對于內(nèi)部帶有參考電壓源的 D /A 轉(zhuǎn)換芯片不僅能保證有較好的轉(zhuǎn)換精度，而且可以簡化接口電路。MOV DPTR , #4200HMOV A , #DATAMOVX DPTR , A其它高位轉(zhuǎn)換器就不再舉例了。3 開關(guān)量輸出通道1.結(jié)構(gòu)形式2. 開關(guān)量輸出通道與

26、 CPU 的接口1）對于單片機(jī)，由于本身帶有具有鎖存功能的 I/O 口，因此可以直接利用其 I/O 口作為輸出而無需另加接口電路。例如利用 8031 的 P1 口作為輸出。2）采用通用集成可編程 I/O 接口芯片、可編程芯片的最大特點(diǎn)，就是在不增加任何硬件的條件下，通過改變程序內(nèi)容就可達(dá)到改變芯片功能的目的?？删幊滩⑿薪涌谛酒话阌袃蓚€以上具有鎖存或緩沖功能的數(shù)據(jù)端口，一個以上的控制寄存器和中斷邏輯電路，因此使用非常方便。這類芯片主要有：8155、8255、Z80 -PIO 等。3）采用通用邏輯芯片：采用 TTL 或 CMOS 邏輯芯片實(shí)現(xiàn)。3. 功率接口技術(shù)計(jì)算機(jī)輸出的數(shù)字量經(jīng)鎖存輸出后，要

27、進(jìn)行隔離和放大后加到執(zhí)行機(jī)構(gòu)上。開關(guān)量輸出通道控制的執(zhí)行機(jī)構(gòu)大都屬于脈沖型功率元件或開關(guān)型功率元件，不同的功率元件需要不同的功放電路。（1）直流電磁式繼電器、接觸器功率接口（2）交流電磁式接觸器功率接口（3）晶閘管觸發(fā)電路4.5 計(jì)算機(jī)控制機(jī)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)1 計(jì)算機(jī)控制機(jī)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟1. 確定系統(tǒng)整體方案設(shè)計(jì)之前首先應(yīng)該詳細(xì)了解控制對象和控制要求，提出系統(tǒng)整體方案。主要包括：系統(tǒng)構(gòu)成形式是采用開環(huán)控制還是閉環(huán)控制；執(zhí)行機(jī)構(gòu)是采用電機(jī)驅(qū)動還是液壓驅(qū)動或其他方式的驅(qū)動；微機(jī)在整個控制系統(tǒng)中的作用是計(jì)算、直接控制還是數(shù)據(jù)處理。通過考慮這些整體方案畫出系統(tǒng)組成框圖，以此作為進(jìn)一步設(shè)計(jì)的依據(jù)。2. 建

28、立數(shù)學(xué)模型，確定控制算法對任何一個具體的控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，首先應(yīng)建立該系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。數(shù)學(xué)模型是系統(tǒng)動態(tài)特性的數(shù)學(xué)表達(dá)式，它反映了系統(tǒng)輸入、內(nèi)部狀態(tài)和輸出之間的關(guān)系，它為計(jì)算機(jī)進(jìn)行計(jì)算處理提供了依據(jù)，由它推出控制算法?？刂扑惴ㄕ_與否直接影響控制系統(tǒng)的品質(zhì)，因此正確地確定控制算法是系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的重要工作之一。3. 選擇微處理器和外圍接口選擇微處理器和外圍接口時，一般應(yīng)考慮以下幾點(diǎn)：（1）字長微處理器的字長定義為并行數(shù)據(jù)總線的線數(shù)，字長越長，精度越高，但價格相應(yīng)提高。2）速度運(yùn)算速度直接影響系統(tǒng)快速性，若系統(tǒng)要求響應(yīng)快，就必須選擇速度高的計(jì)算機(jī)。（3）內(nèi)存容量內(nèi)存容量取決于控制算法的復(fù)雜程度。若控制

29、算法復(fù)雜，計(jì)算量大，所需處理的數(shù)據(jù)多，就要選擇內(nèi)存容量大的計(jì)算機(jī)。（4）中斷能力計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的中斷能力，不僅解決主機(jī)與外設(shè)并行交換信息，而且解決故障處理、多機(jī)連接等，因而要選擇中斷能力強(qiáng)的計(jì)算機(jī)。（5）外圍接口主要考慮 A /D 和 D /A 的轉(zhuǎn)換精度問題。A /D 和 D /A 轉(zhuǎn)換器位數(shù)越多，精度越高，但價格相應(yīng)提高。4. 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)（1）估計(jì)內(nèi)存存儲容量，進(jìn)行內(nèi)存分配（2）過程通道和中斷處理方式的確定（3）系統(tǒng)總線的選擇系統(tǒng)總線的選擇對通用性很有意義，應(yīng)盡可能采用標(biāo)準(zhǔn)總線，同時應(yīng)著重考慮總線的性能及負(fù)載能力。5. 硬件設(shè)計(jì)硬件設(shè)計(jì)的任務(wù)是：1）根據(jù)系統(tǒng)的總體框圖，設(shè)計(jì)出系統(tǒng)電氣原理

30、圖。2）按照電氣原理圖著手元件的選購和開始設(shè)計(jì)工作。硬件設(shè)計(jì)過程中，對器件應(yīng)加以選擇和篩選，在布線和安排時，要注意制作技術(shù)和裝配技術(shù)，以免電氣干擾。6. 軟件設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)是微機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容之一。微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中的軟件分成系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件兩大部分。系統(tǒng)軟件是為用戶使用、維護(hù)、管理微型計(jì)算機(jī)提供方便的各種程序的總稱。應(yīng)用軟件是用戶為完成特定功能而編寫的各種程序的總稱。7. 系統(tǒng)聯(lián)調(diào)在軟件和硬件分別調(diào)試通過后，就要對系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)調(diào)。它分為在實(shí)驗(yàn)室模擬裝置上調(diào)試和工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場進(jìn)行試驗(yàn)兩個過程，在試驗(yàn)中不斷完善，最后調(diào)試出一個性能良好的控制系統(tǒng)。一、硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)可劃分

31、為兩部分: 一部分是與單片機(jī)直接接口的數(shù)字電路范圍的電路芯片的設(shè)計(jì)。如存儲器和并行接口的擴(kuò)展, 定時系統(tǒng)、中斷系統(tǒng)擴(kuò)展, 一般的外部設(shè)備的接口, 甚至于A/D、 D/A芯片的接口。另一部分是與模擬電路相關(guān)的電路設(shè)計(jì), 包括信號整形、變換、隔離和選用傳感器; 輸出通道中的隔離和驅(qū)動以及執(zhí)行元件的選用。(1)從應(yīng)用系統(tǒng)的總線觀念出發(fā), 各局部系統(tǒng)和通道接口設(shè)計(jì)與單片機(jī)要做到全局一盤棋。例如, 芯片間的時間是否匹配, 電平是否兼容, 能否實(shí)現(xiàn)總線隔離緩沖等, 避免“拼盤”戰(zhàn)術(shù)。 (2)盡可能選用符合單片機(jī)用法的典型電路。 (3)盡可能采用新技術(shù), 選用新的元件及芯片。 (4)抗干擾設(shè)計(jì)是硬件設(shè)計(jì)的重

32、要內(nèi)容, 如看門狗電路、 去耦濾波、通道隔離、合理的印制板布線等。 (5)當(dāng)系統(tǒng)擴(kuò)展的各類接口芯片較多時, 要充分考慮到總線驅(qū)動能力。當(dāng)負(fù)載超過允許范圍時, 為了保證系統(tǒng)可靠工作, 必須加總線驅(qū)動器。(6)可用印制板輔助設(shè)計(jì)軟件, 如PROTEL 進(jìn)行印制板的設(shè)計(jì)。二、應(yīng)用軟件設(shè)計(jì)(1)采用模塊程序設(shè)計(jì)。(2) 采用自頂向下的程序設(shè)計(jì)。 (3) 外部設(shè)備和外部事件盡量采用中斷方式與CPU聯(lián)絡(luò), 這樣, 既便于系統(tǒng)模塊化, 也可提高程序效率。 (4) 近幾年推出的單片機(jī)開發(fā)系統(tǒng), 有些是支持高級語言的, 如C51與PL/M96的編程和在線跟蹤調(diào)試。 (5) 目前已有一些實(shí)用子程序發(fā)表, 程序設(shè)計(jì)

33、時可適當(dāng)使用, 其中包括運(yùn)行子程序和控制算法程序等。 (6)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)應(yīng)充分考慮到軟件抗干擾措施。三、應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)步驟1. 確定設(shè)計(jì)方案(1) 了解用戶的需求, 確定設(shè)計(jì)規(guī)模和總體框架。(2) 摸清軟硬件技術(shù)難度, 明確技術(shù)主攻問題。 (3) 針對主攻問題開展調(diào)研工作, 查找中外有關(guān)資料, 確定初步方案。 (4) 單片機(jī)應(yīng)用開發(fā)技術(shù)是軟硬件結(jié)合的技術(shù), 方案設(shè)計(jì)要權(quán)衡任務(wù)的軟硬件分工。有時硬件設(shè)計(jì)會影響到軟件程序結(jié)構(gòu)。 如果系統(tǒng)中增加某個硬件接口芯片, 而給系統(tǒng)程序的模塊化帶來了可能和方便, 那么這個硬件開銷是值得的。在無礙大局的情況下, 以軟件代替硬件正是計(jì)算機(jī)技術(shù)的長處。 (5) 盡量

34、采納可借鑒的成熟技術(shù), 減少重復(fù)性勞動。2硬件設(shè)計(jì)（1）單片機(jī)電路設(shè)計(jì)（2）擴(kuò)展電路和輸入/輸出通道設(shè)計(jì)（3）控制面板設(shè)計(jì)3軟件設(shè)計(jì) 采用模塊化程序設(shè)計(jì)、自頂向下的程序設(shè)計(jì)方法。4軟硬件調(diào)試 (1) 程序的錄入、 編輯和交叉匯編功能。 (2) 提供仿真RAM、仿真單片機(jī)。 (3) 支持用戶匯編語言（有的同時支持高級語言）源文件跟蹤調(diào)試。 (4) 目前一般的開發(fā)裝置都有與通用微機(jī)的連機(jī)接口, 可以利用微機(jī)環(huán)境進(jìn)行調(diào)試。 (5) EPROM的寫入功能。5EPROM固化所有開發(fā)裝置調(diào)試通過的程序, 最終要脫機(jī)運(yùn)行, 即將仿真ROM中運(yùn)行的程序固化到EPROM脫機(jī)運(yùn)行。但在開發(fā)裝置上運(yùn)行正常的程序,

35、固化后脫機(jī)運(yùn)行并不一定同樣正常。若脫機(jī)運(yùn)行有問題, 需分析原因, 如是否總線驅(qū)動功能不夠, 或是對接口芯片操作的時間不匹配等。經(jīng)修改的程序需再次寫入。 應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)1 技術(shù)指標(biāo) 烘干箱的具體指標(biāo)如下： (1) 烘干箱由2 kW電爐加熱，最高溫度為500。 (2) 烘干箱溫度可預(yù)置，烘干過程恒溫控制，溫度控制誤差2。 (3) 預(yù)置時顯示設(shè)定溫度，烘干時顯示實(shí)時溫度，顯示精確到1。 (4) 溫度超出預(yù)置溫度5時發(fā)聲報(bào)警。 (5) 對升降溫過程的線性沒有要求。 2 控制方案 產(chǎn)品的工藝不同，控制溫度的精度也不同，因而所采用的控制算法也不同。就溫度控制系統(tǒng)的動態(tài)特性來講，基本上都

36、是具有純滯后的一階環(huán)節(jié)，當(dāng)系統(tǒng)精度及溫控的線性性能要求較高時，多采用PID算法或達(dá)林頓算法來實(shí)現(xiàn)溫度控制。 本系統(tǒng)是一個典型的閉環(huán)控制系統(tǒng)。從技術(shù)指標(biāo)可以看出，系統(tǒng)對控制精度的要求不高，對升降溫過程的線性也沒有要求，因此，系統(tǒng)采用最簡單的通斷控制方式，即當(dāng)烘干箱溫度達(dá)到設(shè)定值時斷開加熱電爐，當(dāng)溫度降到低于某值時接通電爐開始加熱，從而保持恒溫控制。 3 硬件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)的硬件電路包括主機(jī)、溫度檢測、溫度控制、人機(jī)對話（鍵盤/顯示/報(bào)警）4個主要部分。圖為系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖，圖為系統(tǒng)的硬件電路原理圖。 下面對各部分電路分述如下。 1) 主機(jī) 由于系統(tǒng)控制方案簡單，數(shù)據(jù)量也不大，因此選用8031作為控制系

37、統(tǒng)的核心，外擴(kuò)EPROM2764作為程序存儲器。也可視具體情況換用8051、8052、8751、8752、80C51、89C51、89C52等。其中，8051、8052、8751、8752的各個引腳輸入/輸出電平只與TTL電平兼容；89C51、89C52、80C51各引腳輸入/輸出電平既與TTL電平兼容，也與CMOS電平兼容。圖 電烤箱控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 電烤箱控制系統(tǒng)硬件電路原理圖 8031的晶振頻率為6 MHz。 2) 溫度檢測 這部分包括溫度傳感器、變送器和A/D轉(zhuǎn)換三部分。 溫度傳感器和變送器的類型選擇與被控溫度的范圍及精度等級有關(guān)。型號為WZB003，分度號為BA2的鉑熱電阻適用于05

38、00的溫度測量范圍，可以滿足本系統(tǒng)的要求。 變送器將電阻信號轉(zhuǎn)換成與溫度成正比的電壓，當(dāng)溫度在0500時變送器輸出04.9 V左右的電壓。 A/D轉(zhuǎn)換器件的選擇主要取決于溫度的控制精度。本系統(tǒng)要求溫度控制誤差2，采用8位A/D轉(zhuǎn)換器，其最大量化誤差為=，完全能夠滿足精度要求。這里我們采用ADC0809作為A/D轉(zhuǎn)換器。電路設(shè)計(jì)好后，調(diào)整變送器的輸出，使 0500的溫度變化對應(yīng)于04.9 V的輸出，則A/D轉(zhuǎn)換對應(yīng)的數(shù)字量為00HFAH，即0250，則轉(zhuǎn)換結(jié)果乘以2正好是溫度值。用這種方法一方面可以減少標(biāo)度轉(zhuǎn)換的工作量，另一方面還可以避免標(biāo)度轉(zhuǎn)換帶來的計(jì)算誤差。 3) 溫度控制 電爐控制采用可控

39、硅來實(shí)現(xiàn)，雙向可控硅和電爐電阻絲串接在交流220 V市電回路中。單片機(jī)的口通過光電隔離器和驅(qū)動電路送到可控硅的控制端，由口的高低電平來控制可控硅的導(dǎo)通與斷開，從而控制電阻絲的通電加熱時間。 4) 人機(jī)對話 這部分包括鍵盤、顯示和報(bào)警三部分電路。 本系統(tǒng)設(shè)有3位LED數(shù)碼顯示器，停止加熱時顯示設(shè)定溫度，啟動加熱時顯示當(dāng)前烤箱溫度。采用串行口擴(kuò)展的靜態(tài)顯示電路作為顯示接口電路。 為使系統(tǒng)簡單緊湊，鍵盤只設(shè)置4個功能鍵，分別是啟動、“百位+”、“十位+”和“個位+”鍵，由P1口低4位作為鍵盤接口。利用+1按鍵可以分別對預(yù)置溫度的百位、十位和個位進(jìn)行加1設(shè)置，并在LED上顯示當(dāng)前設(shè)置值。連續(xù)按動相應(yīng)位

40、的加1鍵即可實(shí)現(xiàn)0500的溫度設(shè)置。 報(bào)警功能由蜂鳴器實(shí)現(xiàn)。當(dāng)由于意外因素導(dǎo)致烤箱溫度高于設(shè)置溫度時，口送出的低電平經(jīng)反向器驅(qū)動蜂鳴器鳴叫報(bào)警。 5) 其它可擴(kuò)展電路 對于要求更高的系統(tǒng)，在現(xiàn)有電路的基礎(chǔ)上，讀者還可以視需要自行擴(kuò)展以下接口電路： (1) 實(shí)時時鐘電路：連接實(shí)時時鐘芯片DS12887可以獲得長的采樣周期，顯示年、月、日、時、分、秒，而其片內(nèi)帶有的114 B非易失性RAM，可用來存入需長期保存但有時也需變更的數(shù)據(jù)。如采樣周期、PID控制算法的系數(shù)KP、KI、KD等。 (2) “看門狗”電路：連接集成監(jiān)控芯片MAX705可實(shí)現(xiàn)對主電源VCC的監(jiān)控，提高系統(tǒng)的可靠性。 4 軟件設(shè)計(jì)

41、1. 工作流程 烤箱在上電復(fù)位后先處于停止加熱狀態(tài)，這時可以用“+1”鍵設(shè)定預(yù)置溫度，顯示器顯示預(yù)定溫度；溫度設(shè)定好后就可以按啟動鍵啟動系統(tǒng)工作了。溫度檢測系統(tǒng)不斷定時檢測當(dāng)前溫度，并送往顯示器顯示，達(dá)到預(yù)定值后停止加熱并顯示當(dāng)前溫度；當(dāng)溫度下降到下限（比預(yù)定值低2）時再啟動加熱。這樣不斷重復(fù)上述過程，使溫度保持在預(yù)定溫度范圍之內(nèi)。啟動后不能再修改預(yù)置溫度，必須按復(fù)位/停止鍵回到停止加熱狀態(tài)再重新設(shè)定預(yù)置溫度。 2. 功能模塊 根據(jù)上面對工作流程的分析，系統(tǒng)軟件可以分為以下幾個功能模塊： (1) 鍵盤管理：監(jiān)測鍵盤輸入，接收溫度預(yù)置，啟動系統(tǒng)工作。 (2) 顯示：顯示設(shè)置溫度及當(dāng)前溫度。 (3

42、) 溫度檢測及溫度值變換：完成A/D轉(zhuǎn)換及數(shù)字濾波。 (4) 溫度控制：根據(jù)檢測到的溫度控制電爐工作。 (5) 報(bào)警：當(dāng)預(yù)置溫度或當(dāng)前爐溫越限時報(bào)警。 3. 資源分配 為了便于閱讀程序，首先給出單片機(jī)資源分配情況。數(shù)據(jù)存儲器的分配與定義見表。表 溫度控制軟件數(shù)據(jù)存儲器分配表地址功能名稱初始化值50H51H當(dāng)前檢測溫度，高位在前TEMP1TEMP000H52H53H預(yù)置溫度，高位在前ST1ST000H54H56HBCD碼顯示緩沖區(qū)，百位、十位、個位T100，T10，T00H57H58H二進(jìn)制顯示緩沖區(qū)，高位在前BT1，BT000H59H7FH堆棧區(qū)PSW.5報(bào)警允許標(biāo)志F0=0時禁止報(bào)警；F0=

43、1時允許報(bào)警F00 程序存儲器：EPROM2764的地址范圍為0000H1FFFH I/O口：P1.0P1.3鍵盤輸入；、P1.7報(bào)警控制和電爐控制。 A/D轉(zhuǎn)換器0809：通道0通道7的地址為7FF8H7FFFH，使用通道0。 4. 功能軟件設(shè)計(jì) 1) 鍵盤管理模塊 上電或復(fù)位后系統(tǒng)處于鍵盤管理狀態(tài)，其功能是監(jiān)測鍵盤輸入，接收溫度預(yù)置和啟動鍵。程序設(shè)有預(yù)置溫度合法檢測報(bào)警，當(dāng)預(yù)置溫度超過500時會報(bào)警并將溫度設(shè)定在500。鍵盤管理子程序流程圖如圖所示。 圖 鍵盤管理子程序流程圖鍵盤管理子程序KIN： KIN： ACAL CHK ；預(yù)置溫度合法性檢測 MOV BT1，ST1 MOV BT0，S

44、T0 ；預(yù)置溫度送顯示緩沖區(qū) LCALL DISP ；顯示預(yù)置溫度 KIN0： ACALL KEY ；讀鍵值 JZ KIN0 ；無鍵閉合和重新檢測 ACALL DISP ACALL DISP ；二次調(diào)用顯示子程序延時去抖 ACALLKEY；再檢測有無鍵按下 JZKIN0；無鍵按下重新檢測 ，S10 MOV A，#100；百位鍵按下 AJMP SUMS10：，S1 MOVA，#10；十位鍵按下 AJMPSUM S1： ，S0 MOVA，#01；個位鍵按下 SUM：ADD A，ST0；預(yù)置溫度按鍵+1MOVST0，AMOVA，#00H ADDCA，ST1MOVST1，A KIN1： ACALL K

45、EY；判斷閉合鍵釋放 JNZKIN1；未釋放繼續(xù)判斷 AJMPKIN；閉合鍵釋放繼續(xù)掃描鍵盤 S0： ，KIN；無鍵按下重新掃描鍵盤 RET；啟動鍵按下返回 KEY： MOVA，P1；讀鍵值子程序 CPLA ANLA，#0FH RET 預(yù)置溫度合法性檢測子程序CHK(用雙字節(jié)減法比較預(yù)置溫度是否大于500(01F4H)： CHK：MOVA，#0F4H；預(yù)置溫度上限低8位送ACLRCSUBBA，ST0；低8位減，借位送CYMOVA，#01H；預(yù)置溫度上限高8位送ASUBBA，ST1；高8位帶借位減JC OUTA ；預(yù)置溫度越界，轉(zhuǎn)報(bào)警MOVA，#00H；預(yù)置溫度合法標(biāo)志RET OUTA：MOVS

46、T1，#01H；將500寫入預(yù)置溫度數(shù)據(jù)區(qū)MOVST0，#0F4HCLRP1.6；發(fā)報(bào)警信號0.6 sACALLD0.6s SETBP1.6；停止報(bào)警RET 2) 顯示模塊 顯示子程序的功能是將顯示緩沖區(qū)57H和58H的二進(jìn)制數(shù)據(jù)先轉(zhuǎn)換成三個BCD碼，分別存入百位、十位和個位顯示緩沖區(qū)（54H、55H和56H單元），然后通過串口送出顯示。顯示子程序DISP： DISP：ACALL HTB ；將顯示數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為BCD碼 MOV SCON，#00H ；置串行口為方式0 MOV R2，#03H ；顯示位數(shù)送R2 MOV R0，#T100 ；顯示緩沖區(qū)首地址送R0 LD： MOV DPTR，#TAB ；

47、指向字型碼表首地址 MOV A，R0 ；取顯示數(shù)據(jù) MOVC A，A+DPTR；查表 MOVSBUF，A；字型碼送串行口WAIT：JBC TI，NEXT；發(fā)送結(jié)束轉(zhuǎn)下一個數(shù)據(jù)并清中斷標(biāo)志 SJMP WAIT；發(fā)送未完等待NEXT： INCR0 ；修改顯示緩沖區(qū)指針 DJNZR2，LD；判3位顯示完否，未完繼續(xù) RET TAB：；字型碼表（略） BCD碼轉(zhuǎn)換子程序HTB： HTB：MOVA，BT0；取二進(jìn)制顯示數(shù)據(jù)低8位MOVB，#100 ；除100，確定百位數(shù)DIVABMOVT100，A；百位數(shù)送54H單元MOVA，#10；除10，確定十位 XCH A，B DIV A，B MOV T10，A

48、；十位數(shù)送55H單元 MOVT，B ；個位數(shù)送56H單元 MOVA，BT1 ；取二進(jìn)制顯示數(shù)據(jù)高8位 JNZ LH1 ；高位不為0轉(zhuǎn)LH1繼續(xù)高8位轉(zhuǎn)換 RET ；高位為0結(jié)束，返回LH1： MOVA，#06H ；高位不為0，低位轉(zhuǎn)換結(jié)果加256（因?yàn)闇囟葦?shù) ；據(jù)不會大于500，所以高8位最多為01H，即256） ADDA，T DAA；個位加6（十進(jìn)制加） MOVT，A；結(jié)果送回個位 MOVA，#05H ADDCA，T10 DAA；十位加5（十進(jìn)制加） MOVT10，A；結(jié)果送回十位 MOVA，#02H ADDCA，T100 DA A；百位加2（十進(jìn)制加） MOVT100，A；結(jié)果送回百位RE

49、T 3) 溫度檢測模塊 A/D轉(zhuǎn)換采用查詢方式。為提高數(shù)據(jù)采樣的可靠性，對采樣溫度進(jìn)行數(shù)字濾波。數(shù)字濾波的算法很多，這里采用4次采樣取平均值的方法。如前所述，本系統(tǒng)A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果乘2正好是溫度值，因此，4次采樣的數(shù)字量之和除以2就是檢測的當(dāng)前溫度。檢測結(jié)果高位存入50H，低位存入51H。溫度檢測子程序流程圖如圖所示。 溫度檢測子程序TIN：圖 溫度檢測子程序流程圖 溫度檢測子程序TIN：TIN： MOV TEMP1，#00H ；清檢測溫度緩沖區(qū)MOV TEMP0，#00HMOV R2，#04H ；取樣次數(shù)送R2MOV DPTR，#7FF8H ；指向A/D轉(zhuǎn)換器0通道 LTIN1： MOVX D

50、PTR，A ；啟動轉(zhuǎn)換HERE：JNB IE1，HERE ；等待轉(zhuǎn)換結(jié)束 MOVX A，DPTR ；讀轉(zhuǎn)換結(jié)果 ADDA，TEMP0；累加（雙字節(jié)加法）MOVTEMP0，AMOVA，#00HADDCA，TEMP1MOVTEMP1，ADJNZR2，LTIN1；4次采樣完否，未完繼續(xù)CLR C ；累加結(jié)果除2(雙字節(jié)除法)MOVA，TEMP1 RRCAMOVTEMP1，AMOVA，TEMP0 RRCAMOVTEMP0，ARET 4) 溫度控制模塊 將當(dāng)前溫度與預(yù)置溫度比較，當(dāng)前溫度小于預(yù)置溫度時，繼電器閉合，接通電阻絲加熱；當(dāng)前溫度大于預(yù)置溫度時，繼電器斷開，停止加熱；當(dāng)二者相等時電爐保持原來狀態(tài)

51、；當(dāng)前溫度降低到比預(yù)置溫度低2時，再重新啟動加熱；當(dāng)前溫度超出報(bào)警上下限時將啟動報(bào)警，并停止加熱。由于電爐開始加熱時，當(dāng)前溫度可能低于報(bào)警下限，為了防止誤報(bào)，在未達(dá)到預(yù)置溫度時，不允許報(bào)警，為此設(shè)置了報(bào)警允許標(biāo)志F0。模塊流程見圖。圖 溫度控制流程圖 溫度控制子程序CONT： CONT：MOVA，TEMP0；當(dāng)前溫度-預(yù)置溫度（雙字節(jié)減）CLRCSUBBA，ST0MOVB，A；低8位相減的差值暫存BMOVA，TEMP1SUBBA，ST1 JNCLOFF ；無借位，表示當(dāng)前溫度預(yù)置溫度，轉(zhuǎn)LOFF JNBF0，LON ；當(dāng)前溫度預(yù)置溫度，判是否達(dá)到過預(yù)置溫度 MOVA，B ；若達(dá)到過預(yù)置溫度，判

52、二者差值是否大于2 CLRC SUBBA，#02H，LOFF ；差值不大于2，轉(zhuǎn)LOFFLON： CLR P1.7 ；開電爐 SJMPEXIT ；返回LOFF：SETBF0；設(shè)置允許報(bào)警標(biāo)志SETBP1.7；關(guān)電爐EXIT：RET 在此，也可自行加入PID算法程序來實(shí)現(xiàn)PID控制。 5) 溫度越限報(bào)警模塊 報(bào)警上限溫度值為預(yù)置溫度+5，即當(dāng)前溫度上升到高于預(yù)置溫度+5時報(bào)警，并停止加熱；報(bào)警下限溫度值為預(yù)置溫度-5，即在當(dāng)前溫度下降到低于預(yù)置溫度-5，且報(bào)警允許時報(bào)警，這是為了防止開始從較低溫度加溫時誤報(bào)警。報(bào)警的同時也關(guān)閉電爐。圖為報(bào)警子程序流程圖。圖 報(bào)警子程序流程圖 報(bào)警子程序ALARM

53、ALARM：MOVA，TEMP0；當(dāng)前溫度低字節(jié)ACLRCSUBBA，ST0；（當(dāng)前溫度低字節(jié)-預(yù)置溫度低字節(jié)）AMOVB，A ；低字節(jié)相減結(jié)果送B暫存MOVA，TEMP1 ；當(dāng)前溫度高字節(jié)ASUBBA，ST1 ；（當(dāng)前溫度高字節(jié)-預(yù)置溫度高字節(jié)）A JC LA0 ；有借位，當(dāng)前溫度小于預(yù)置溫度轉(zhuǎn)LA0 SETB F0 ；當(dāng)前溫度預(yù)置溫度，允許報(bào)警 AJMP LA1 LA0： MOV A，ST0 ；預(yù)置溫度低字節(jié)A CLR C SUBB A，TEMP0；（預(yù)置溫度低字節(jié)-當(dāng)前溫度低字節(jié)）A MOV B，A ；低字節(jié)相減結(jié)果送B暫存 MOV A，ST1 ；預(yù)置溫度高字節(jié)A SUBB A，TEMP

54、1；（預(yù)置溫度高字節(jié)-當(dāng)前溫度高字節(jié)）A LA1： XCH A，B ；高低字節(jié)互換，判斷相減結(jié)果是否大于5 CLRC SUBBA，#05H ；（低字節(jié)差-5）A XCHA，B ；（低字節(jié)差-5）B，高字節(jié)差A(yù) SUBB A，#00H；（高字節(jié)差-0）A（因?yàn)?的高字節(jié)為0） JC LA2 ；相減結(jié)果小于5，不報(bào)警返回 JNBF0，LA2 ；相減結(jié)果5，判是否允許報(bào)警，不允許則返回 CLRP1.6；啟動報(bào)警SETBP1.7；關(guān)電爐LCALLD0.6s；報(bào)警延時0.6 sSETBP1.6；關(guān)報(bào)警LA2：RET：（略）；延時0.6 s子程序 6) 主程序和中斷服務(wù)子程序 主程序采用中斷嵌套方式設(shè)計(jì)，

55、各功能模塊可直接調(diào)用。主程序完成系統(tǒng)的初始化，溫度預(yù)置及其合法性檢測，預(yù)置溫度的顯示及定時器0設(shè)置。定時器0中斷服務(wù)子程序是溫度控制體系的主體，用于溫度檢測、控制和報(bào)警（包括啟動A/D轉(zhuǎn)換、讀入采樣數(shù)據(jù)、數(shù)字濾波、越限溫度報(bào)警和越限處理、輸出可控硅的控制脈沖等）。中斷由定時器0產(chǎn)生，根據(jù)需要每隔15 s中斷一次，即每15 s采樣控制一次。但系統(tǒng)采用6 MHz晶振，最大定時為130 ms，為實(shí)現(xiàn)15 s定時，這里另行設(shè)了一個軟件計(jì)數(shù)器。主程序和中斷服務(wù)子程序的流程圖如圖所示。圖 系統(tǒng)程序總體結(jié)構(gòu)框圖主程序MAIN ：（數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的定義和初始化部分從略） ORG0000H AJMPMAIN ORG

56、000BH AJMPPT0 ORG0030H MAIN： MOVSP，#59H；設(shè)定堆棧指針 MOV TMOD，#01H；定時器0初始化 MOV TL0，#0B0H ；定時器定時時間100 ms MOVTH0，#3CH MOVR7，#150；置15 s軟計(jì)數(shù)器初值 ACALLKIN；調(diào)鍵盤管理子程序 SETBET0；允許定時器0中斷 SETBEA；開中斷 SETBTR0；啟動定時器0 SJMP$ 定時器0中斷服務(wù)子程序PT0： PT0：MOVTL0，#0B0HMOVTH0，#3CH ；重置定時器0初值DJNZR7，BACK ；15 s到否，不到返回MOVR7，#150 ；重置軟計(jì)數(shù)器初值A(chǔ)CA

57、LLTIN ；溫度檢測 MOV BT1，TEMP1 ；當(dāng)前溫度送顯示緩沖區(qū)MOVBT0，TEMP0 ACALL DISP ；顯示當(dāng)前溫度ACALL CONT ；溫度控制LCALL ALARM ；溫度越限報(bào)警 BACK：RETI一、保護(hù)器概述保護(hù)器安裝在BGP系列、PBG系列及磁力起動器等礦用隔爆型高壓開關(guān)內(nèi)，以實(shí)現(xiàn)下述保護(hù)及其功能。1)數(shù)字顯示當(dāng)前電網(wǎng)電壓值及負(fù)載電流值。2)監(jiān)控負(fù)載電流，出現(xiàn)過載時，施行定時限及反時限保護(hù)；出現(xiàn)短路時，施行定時限速斷保護(hù)；出現(xiàn)斷續(xù)過載時，對過載能量進(jìn)行計(jì)算，施行定時限保護(hù)。系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例-智能型高壓綜合保護(hù)器3)監(jiān)視保護(hù)雙屏蔽電纜的屏蔽芯線、屏蔽地線。4)電量型漏電保護(hù)，對下屬電網(wǎng)中出現(xiàn)的單相接地故障，