基于單片機的智能型電導(dǎo)監(jiān)測儀的設(shè)計

摘要伴隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，單片機的應(yīng)用正在不斷地走向深入，同時帶動智能檢測技術(shù)的高速發(fā)展。在實時檢測的單片機應(yīng)用系統(tǒng)中，單片機往往是作為核心來使用，但僅有單片機方面知識是不夠的，還應(yīng)根據(jù)具體硬件結(jié)構(gòu)，以及針對具體應(yīng)用對象特點的軟件結(jié)合，以使設(shè)計、生產(chǎn)更加完美。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷創(chuàng)新，越來越多的領(lǐng)域需要對液體內(nèi)部的粒子含量和成分進行精確檢測。本裝置就是采用STC89C51單片機作為核心，輔以溫度檢測電路、電導(dǎo)率測量電路以及一些必須的單片機外圍電路來實現(xiàn)對溶液中電導(dǎo)率的檢測。檢測電導(dǎo)池中粒子的含量并記錄下來為系統(tǒng)的主要功能，其主要模塊除單片機控制部分外，還有溫度檢測，電導(dǎo)率檢測。以及通過擴展8155H芯片完成鍵盤和顯示電路的設(shè)計。并具有報警等功能，使用靈活方便。關(guān)鍵詞：STC8155H電導(dǎo)率粒子8155HThetesterofConductivityAbstractWiththerapiddevelopmentofscienceandtechnologytheapplicationofSCMiscontinuouslytowarddeeperanddeeper.Meanwhiledrivesmartdetectionoftechnologydevelopmentinhighspeed.Inreal-timedetectionofmicrocomputerapplicationsystem,theSCMisoftenusedasacore.Butonlymicrocontrolleraspectsknowledgeisnotenough,stillshouldaccordingtothespecifichardwarestructureandtheviewofthespecificapplicationobjectcharacteristicsofsoftwarecombinedtomakeadesign,productionmoreperfect.Alongwiththescienceandtechnologyunceasinginnovation,moreandmorefieldsofliquidinternalparticlesneedaccuratetestingcontentandconstituents.ThisdeviceisusingSTC89C51asthecore,andcomplementarywithtemperaturedetectioncircuit,conductivitymeasurementcircuitandsomeSCMbuffercircuitforsolutiontorealizetheconductivitydetection.Detectionandtorecordoftheparticlecontentofconductancepoolarethesystem'smainfunction.Itsmainmoduleexceptsingle-chipmicrocomputercontrolpartoutside,andtemperaturedetection,conductivitydetection.Andbyextensionchipsof8155Htoachievekeyboardanddisplaycircuitdesign.Andhasthealarmfunctions,useagileandconvenient.Keyword:STC8155HConductivityParticles8155H目錄第一章緒論 11.1課題研究的目的及意義 11.2課題研究背景及國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 11.3課題研究的主要內(nèi)容 2第二章系統(tǒng)總體設(shè)計方案 42.1主要技術(shù)指標 42.2系統(tǒng)總體方案論證 42.3電導(dǎo)率測試儀硬件結(jié)構(gòu)圖 62.4系統(tǒng)軟件流程圖 7第三章系統(tǒng)硬件介紹及電路原理 83.1AT89C51單片機特性及管腳接線介紹 83.1.1AT89C51性能介紹 83.1.2AT89C51主要接線介紹 93.1.3振蕩器特性 103.1.4芯片擦除 113.1.5C51單片機處理器狀態(tài) 113.1.6C51單片機的中斷系統(tǒng) 113.1.7AT89C51最小系統(tǒng) 123.2溫度部分的選擇 123.2.1溫度傳感器的選擇 123.2.3模擬開關(guān)電路 133.2.4A/D轉(zhuǎn)換器和ADC0809簡介 143.2.5MCS-51單片機控制ADC的工作過程 153.2.6溫度檢測電路 163.3電導(dǎo)率測量部分 163.3.1電導(dǎo)率測試儀的工作原理 163.4方波激勵電路的設(shè)計 173.5鍵盤和顯示部分 193.5.18155H簡介 193.5.2按鍵部分 203.5.3顯示部分 213.5.4鍵盤和顯示部分電路圖 223.6電源電路 223.7報警電路設(shè)計 233.8看門狗電路設(shè)計 24第四章溫度補償 254.1鉑熱電阻與R/V轉(zhuǎn)換 254.2自動溫度補償電路 264.3其他溫度補償電路應(yīng)用 284.4結(jié)束語 29第五章系統(tǒng)軟件設(shè)計 295.1軟件設(shè)計背景 295.2應(yīng)用程序設(shè)計 295.3程序流程圖 305.3.1主程序流程圖 305.3.2報警程序流程圖 315.3.3鍵盤及顯示程序流程圖 32總結(jié) 33致謝 34參考文獻 35第一章緒論1.1課題研究的目的及意義電導(dǎo)率儀是一種應(yīng)用很廣泛的測量儀器。無論是工業(yè)、農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)部門，還是科研部門都有應(yīng)用。隨著微電子工業(yè)清洗處理、飲用純凈水、藥用蒸餾水、生物制品用水、動力鍋爐以及大型發(fā)電機組冷卻用水的需求量的急劇增加，越來越多的產(chǎn)品、技術(shù)開始對介質(zhì)的導(dǎo)電性能、成分等特性要求給出準確的分析和評價，而且在實時性、準確度等方面提出了更高的要求。對于純硬件結(jié)構(gòu)的儀表在不同條件下需要人工多次調(diào)整才能使用的問題，不僅影響了生產(chǎn)效率，而且增加了維護成本。隨著國內(nèi)外電導(dǎo)率儀的發(fā)展，迫切需要檢定項目完備、高精度的電導(dǎo)率檢定裝置來用于日常檢定工作，而智能電導(dǎo)率測試儀不僅精度高，維護簡單、成本低等優(yōu)點而且它與傳統(tǒng)的電導(dǎo)儀相比更具有價格低廉，在一定的測量范圍內(nèi)不需分檔、操作簡單、誤差自動補償、數(shù)字顯示等優(yōu)點。所以，實用的智能電導(dǎo)率測試儀的研發(fā)與應(yīng)用就應(yīng)允而出。近20年來,由于微電子學(xué)技術(shù)的進步以及計算機應(yīng)用的日益廣泛,智能化測量控制儀器儀表已經(jīng)取得了巨大的進展，從技術(shù)背景上來說,歸功于硬件集成電路的不斷發(fā)展。智能電導(dǎo)率測試儀是先進的電子技術(shù)、傳感器技術(shù)和軟件設(shè)計技術(shù)的完美結(jié)合。它可用于高精度測量水溶液的pH、ORP、電導(dǎo)率、TDS、鹽度、電阻率和溫度等參數(shù)，是性價比最優(yōu)的水質(zhì)分析儀器。更適用于工礦企、農(nóng)牧、石油、化工、冶金、釀造、制藥、質(zhì)檢、科研、電廠及醫(yī)療衛(wèi)生、安全防護、水處理工程和環(huán)保等行業(yè)和不猛實驗室對溶液的PH、PX1、PX2、mV、S值以及溫度值進行分析測定。1.2課題研究背景及國內(nèi)外研究現(xiàn)狀隨著環(huán)境污染的日趨嚴重和污水處理技術(shù)的發(fā)展，水質(zhì)監(jiān)測在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中的地位也就日趨重要。目前監(jiān)測污水中的COD,NH3，-N和pH值的主要方式有分光光度法、原子色譜法、熒光法、電導(dǎo)率法等。前三種方法通過污水對光譜的吸收和折射估算污水的溶質(zhì)和濃度，因其能達到一定的測量精度要求，近兩年來發(fā)展迅速，但是他們需手工作業(yè)且檢測時間長，儀器操作復(fù)雜，監(jiān)測成本高的缺點，所以電導(dǎo)率檢測法仍是目前工業(yè)生產(chǎn)中水質(zhì)監(jiān)測的主要方法。因其具有歷史悠久，工藝完美，數(shù)據(jù)穩(wěn)定，簡便易行的優(yōu)點，占據(jù)了水質(zhì)檢測的重要地位。然而傳統(tǒng)的電導(dǎo)率檢測儀由于精度低，智能化程度不高，近年來一直沒有新的進展。近年來國內(nèi)也涌現(xiàn)出許多智能電導(dǎo)率測試儀的生產(chǎn)廠家，他們研制的智能型電導(dǎo)儀(電導(dǎo)計)，創(chuàng)新的內(nèi)置溫度補償功能，可調(diào)范圍0~5.0%/℃，當(dāng)選擇0%/℃的溫度校正系數(shù)，可以進行無溫度補償?shù)碾妼?dǎo)值顯示，并且寬溫度補償范圍為0℃—50℃。測試儀內(nèi)部采用長壽命的碳電極作為微處理器，確保能高精度的提供特殊功能及特性。對比可調(diào)節(jié)的超大LCD顯示適于不同的現(xiàn)階段的智能電阻率測試儀應(yīng)用很廣泛包括水處理，水產(chǎn)養(yǎng)殖，食品加工，沖印，實驗室，造紙業(yè)，品質(zhì)控制等應(yīng)用途徑。但由于技術(shù)不全面、元件使用規(guī)格不協(xié)調(diào)等原因?qū)е聹y量測試的結(jié)果均存在一定誤差，但總體比較精確度還是能夠達到國際標準?，F(xiàn)在國際上有三個系列的標準緩沖溶液可以選擇：歐美系列、NIST系列和中國系列。三個系列均可設(shè)置純水pH值測量模式和加氨純水pH值測量模式。對這二種特殊的pH值測量模式，不僅有常規(guī)的斜率補償，還有溶液pH值的非線性溫度補償，大大提高了測量的準確度，特別適合電力、石化等行業(yè)使用。國內(nèi)、外許多著名公司都相繼開發(fā)了相應(yīng)的產(chǎn)品。國外產(chǎn)品的價格明顯偏高,如美國的1054B電導(dǎo)率分析儀離岸價為1600美元,不適于量大面積的使用。國內(nèi)產(chǎn)品采用純硬件結(jié)構(gòu),對影響測量結(jié)果的介質(zhì)溫度只能作分段象征性的補償,效果不好、準確度低、穩(wěn)定性差。隨著智能化、數(shù)字化儀器儀表的發(fā)展，以及我國改革開放政策的深化，近年來我國引進了大批的國際上高水平的儀器儀表。這不僅對國內(nèi)測量儀器的設(shè)計研制、元器件、生產(chǎn)工藝帶來很大的沖擊，更是對我國儀器儀表的設(shè)計理論和制造方法的巨大震動。儀器儀表是認識世界的重要工具，在人類科學(xué)探索與生產(chǎn)活動中，儀器儀表工業(yè)的逐漸發(fā)展已成為了一種新型產(chǎn)業(yè)。同時儀器儀表工業(yè)的發(fā)展是隨著社會、科學(xué)的進步而發(fā)展的，也代表著一個國家科技發(fā)展的水平。我國的儀器儀表工業(yè)已具有相當(dāng)規(guī)模，是有一定實力的高技術(shù)產(chǎn)業(yè)，部分產(chǎn)品也已達到國際先進水平。但從總體上看，基礎(chǔ)還是比較落后的，產(chǎn)品的質(zhì)量、可靠性較差，品種與規(guī)格不全，至今有關(guān)穩(wěn)定性和可靠性的標準尚無，而且很多標準從上世紀70年代制定以來，30年一直未變過，滿足不了國民經(jīng)濟發(fā)展的要求，也制約了儀表工業(yè)的健康發(fā)展。1.3課題研究的主要內(nèi)容電導(dǎo)率測試儀是通過測量電導(dǎo)率來確定溶液的粒子含量得，在電解質(zhì)溶液中,帶電的離子在電場的影響下,會產(chǎn)生移動而傳遞電子,因此具有導(dǎo)電作用。其導(dǎo)電能力的強弱稱為電導(dǎo)度，電導(dǎo)度的大小也是電導(dǎo)率測試儀的主要測試內(nèi)容，從而檢測溶液中待測粒子的含量。電導(dǎo)率檢測儀的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)由方波激勵裝置、電導(dǎo)池、運放環(huán)節(jié)、溫度補償環(huán)節(jié)、A/D轉(zhuǎn)換和顯示器等六個主要部分組成。系統(tǒng)中使用交流電以減少極化現(xiàn)象引起的誤差，并引入了溫度補償環(huán)節(jié)以使測量出的數(shù)據(jù)更加精準。研制一種電導(dǎo)率儀,采用方波激勵,并合理的選擇取樣點范圍,盡量避免電極的極化現(xiàn)象和電纜線的分布電容（分布電容是指由非電容形態(tài)形成的一種分布參數(shù)。一般是指在印制板或其他形態(tài)的電路形式，在線與線之間、印制板的上下層之間形成的電容。這種電容的容量很小，但可能對電路形成一定的影響。）對電導(dǎo)率測量的影響,同時使用溫度補償電路來進行溫度補償,以減小溫度對測量的影響。提高了整機的測量精度。硬件主要研究內(nèi)容是以MCS-51單片機和性能優(yōu)良的大規(guī)模集成電路相結(jié)合的智能電導(dǎo)率測試儀，以滿足加強整機功能，發(fā)揮一機多用、降低成本的目的。主要涉及的設(shè)計包括溫度測量電路，電導(dǎo)率測量電路，單片機外圍電路，鍵盤顯示電路，報警電路以及電導(dǎo)率溫度補償方法。系統(tǒng)統(tǒng)的軟件平臺基于C51系列單片機和相關(guān)的單片機仿真調(diào)試軟件系統(tǒng)，使用中斷控制多路選擇開關(guān)、A/D轉(zhuǎn)換和驅(qū)動LED顯示，并且計算溫度補償和電導(dǎo)率值。要功能是（1）能對水質(zhì)情況進行檢測，提供的檢測參數(shù)是電導(dǎo)率和溫度值作為故障診斷依據(jù)；（2）記錄電導(dǎo)率運行數(shù)據(jù)，判斷其工作狀況并對異常情況及時報警，并提供報警數(shù)據(jù)；（3）在企業(yè)網(wǎng)內(nèi)對水質(zhì)的運行實現(xiàn)遠程監(jiān)控也分析。第二章系統(tǒng)總體設(shè)計方案2.1主要技術(shù)指標我們在智能型電導(dǎo)監(jiān)測儀電計部分的設(shè)計中,將電導(dǎo)池看作電導(dǎo)檢測電路中的一個輸入電阻。電導(dǎo)率檢測儀是通過測量溶液電導(dǎo)率，既溶液中電解質(zhì)導(dǎo)電能力強弱程度來進行檢測和監(jiān)控的。具體技術(shù)指標要求如下：(1)將溫度傳感器與電導(dǎo)池電極連在一起,介質(zhì)溫度在0—120℃范圍內(nèi),用軟件對被測水溶液的電導(dǎo)率進行全自動溫度補償,補償為0℃—120℃。(2)儀器的通道測量范圍為0—20μS/cm，使儀器能用于水處理的過程檢測。(3)儀器系統(tǒng)的穩(wěn)定性要求在±2*0.001/24h。(4)儀器的測量時間間隔在100ms，并用0.000-20.000的發(fā)光二極管顯示。(5)要求有控制模塊，并且控制方式為位式ON/OFF帶回差。(6)輸出信號為DC4-20mA。(7)受電極制造精度的限制,我們在設(shè)計中將兩個通道的電導(dǎo)率測量精度定為1.0級，既為滿量程1%。(8)通信方式為RS232串行通訊，波特率在300-9600bps間自由設(shè)定。2.2系統(tǒng)總體方案論證本系統(tǒng)以一個MCS-51單片機為核心，輔以電導(dǎo)率測量電路、溫度檢測電路以及一些必要的外圍輔助電路來實現(xiàn)對溶液中電導(dǎo)率的檢測，外圍電路電源均由單片機統(tǒng)一控制管理。檢測電導(dǎo)池中的粒子含量并記錄下來作為系統(tǒng)的主要功能，其主要模塊除單片機控制部分外，還有溫度檢測，電導(dǎo)率檢測，鍵盤控制電路，數(shù)碼顯示，報警電路和電源電路等。(1)本設(shè)計采用AD590芯片為核心進行溫度檢測。AD590的測量范圍為-55℃—+150℃，滿足設(shè)計要求范圍，并且AD590可測量測量熱力學(xué)溫度、攝氏溫度、兩點溫度差、多點最低溫度、多點平均溫度的具體電路，且其精度高，價格低，不需輔助電源，線性好，所以用于本儀器設(shè)計中。(2)方波產(chǎn)生電路是一種能夠直接產(chǎn)生方波或矩形波的非正弦信號發(fā)生電路，因為方波或矩形波包含極其豐富的諧波信號，因此，這種電路又稱作為多諧振蕩器電路。因此本次設(shè)計我采用的是雙向限幅方波發(fā)生電路。(3)由于儀器要求測量范圍為0-20μS/cm，即電導(dǎo)率的范圍。本設(shè)備采用電阻交流分壓法，由于本測量方式設(shè)計許多測量指數(shù)，具體內(nèi)容及計算方法在下面介紹測量電路設(shè)計章節(jié)中給出，這里只簡單給出測量原理圖。激勵激勵信號放大采樣處理數(shù)據(jù)顯示圖2.1電導(dǎo)率測量原理圖圖2.2電導(dǎo)率測量電路圖圖2.3自動溫度補償電路原理圖（1）溫度補償方法采用鉑熱電阻與R/V轉(zhuǎn)換。利用集成運算放大器和鉑熱電阻可以構(gòu)成自動溫度補償電路，鉑熱電阻的工作原理是將溫度的變化轉(zhuǎn)化為電阻的變化。（2）模擬開關(guān)電路是由選用CMOS單端8通道多路開關(guān)CD4051和選用帶三態(tài)門控制輸出的8D鎖存器74LS373所構(gòu)成的通道切換電路。（3）本次設(shè)計方案使用STC89C51單片機芯片，A/D轉(zhuǎn)換電路使用AD0809芯片，顯示裝置則用八字管顯示電路，鍵盤控制電路采用8155H擴展鍵盤，電源是由LM7805構(gòu)成的+5V電壓源。（4）報警電路使用壓電式蜂鳴報警裝置，看門狗電路由MAX690為核心芯片構(gòu)成。2.3電導(dǎo)率測試儀硬件結(jié)構(gòu)圖電導(dǎo)率測試儀硬件結(jié)構(gòu)圖如圖2.1所示。濾波器濾波器電壓跟隨器電導(dǎo)測量電路多路選擇開關(guān)A/D轉(zhuǎn)換器信號放大器方波激勵電路溫度測量電路MCS-51單片機鍵盤控制數(shù)碼顯示圖2.1電導(dǎo)率測試儀硬件結(jié)構(gòu)圖2.4系統(tǒng)軟件流程圖系統(tǒng)軟件流程圖如圖2.2所示。YYN時鐘脈沖觸發(fā)A/D轉(zhuǎn)換A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束？單片機讀取結(jié)果計算電導(dǎo)率數(shù)值顯示輸出變量和端口初始化時鐘信號正半周期？多路選擇開關(guān)選擇電導(dǎo)率通道多路選擇開關(guān)選擇溫度通道開始YY圖2.2系統(tǒng)軟件流程圖第三章系統(tǒng)硬件介紹及電路原理3.1AT89C51單片機特性及管腳接線介紹針對一定的用途，恰當(dāng)?shù)倪x擇所使用的單片機是非常重要的。對于明確的應(yīng)用對象，選擇功能過少的單片機，無法完成控制任務(wù)；選擇功能過強的單片機，又會造成資源浪費，使產(chǎn)品的性能價格比下降。單片機是整個系統(tǒng)的核心，對整個系統(tǒng)起到控制、管理的重要作用，并進行復(fù)雜的信息處理，產(chǎn)生測試、運行、管理信號及控制整個檢測的過程。單片機應(yīng)用于各種系統(tǒng)中，而現(xiàn)在市面上的單片機種類型號又很多很復(fù)雜。所以在本系統(tǒng)中，選擇單片機時，參考了以下標準：（1）可用性。指單片機是否能很容易地開發(fā)和利用，具體包括是否有合適的開發(fā)工具，是否適合于大批量生產(chǎn)、性能價格比，是否有充足的資源，是否有現(xiàn)成的技術(shù)資源等。（2）單片機內(nèi)部資源。單片機的內(nèi)部存儲資源越多，系統(tǒng)外接的部件就越少，這可提高系統(tǒng)的許多有用的技術(shù)指標。（3）運行速度。單片機運行速度一般和系統(tǒng)匹配即可。（4）存儲空間。單片機內(nèi)部存儲器的容量，外部可以擴展的存儲器空間。（5）特殊功能。一般指可靠性、功耗、掉電保護、故障監(jiān)視等。3.1.1AT89C51性能介紹從硬件角度來看，與MCS-51指令完全兼容的新一代AT89CXX系列單片機，比在片外加EPROM才能使用的8031-2代單片機，其抗干擾性能強，性能相當(dāng)?shù)男?。程序修改直接?5伏或+12伏電源擦除，更顯方便、而且其工作電壓放寬至2.7伏~6伏，因而受電壓波動的影響更小，而且4K的程序存儲器完全能滿足單片機系統(tǒng)的軟件要求。故AT89C51單片機是構(gòu)造本檢測系統(tǒng)的更理想的選擇。本系統(tǒng)選用的AT89C51單片機，其功能特性如下:（1）4K字節(jié)可編程閃速程序存儲器；1000次循環(huán)寫/擦。（2）全靜態(tài)工作：0Hz-24MHz。（3）三級程序存儲器鎖定。（4）128*8位內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器，32條可編程I/O線。（5）兩個十六位定時器/計數(shù)器，六個中斷源。（6）可編程串行通道，低功耗閑置和掉電模式。該器件采用ATMEL的高密度非易失性的存儲器工藝，并且可以與工業(yè)標準的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU與閃速式存儲器組合在單個芯片中，AT89C51是一種很高效的微控制器，為很多嵌入式系統(tǒng)提供了高靈活性且相對價廉的設(shè)計方案。3.1.2AT89C51主要接線介紹89C51管腳圖3.1所示：圖3.189C51管腳圖VCC：供電電壓。GND：接地端。RST：復(fù)位輸入端。當(dāng)振蕩器復(fù)位時，要保持RST管腳兩個機器周期的高電平時間。P0口：P0口為一個8位漏極開路雙向I/O口，每腳可吸收8個TTL邏輯門電流。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的低八位。在FLASH編程時，P0口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進行校驗時，P0口為輸出原碼，此時P0口外部必須被拉高。P1口：P1口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收和輸出4個TTL邏輯門電流。P1口管腳寫入“1”后，被內(nèi)部上拉為高電平，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流。在FLASH編程和校驗時，P1口作為低八位地址接收。P2口：P2口為一個內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O接口，P2口緩沖器可接收、輸出4個TTL邏輯門電流，當(dāng)P2口被寫“1”時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸出時，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。P2口當(dāng)用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時，P2口則輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時，P2口輸出其內(nèi)部特殊功能寄存器內(nèi)的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。P3口：P3口管腳是8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收、輸出4個TTL邏輯門電流。當(dāng)P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部電阻上拉為高電平，并用作輸入口。作為輸入，被外部拉低的P3口將用上拉電阻輸出電流。P3口同時也可為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。ALE/：ALE引腳輸出的為抵制鎖存允許信號，當(dāng)單片機上電正常工作后，ALE引腳不斷輸出正脈沖信號。當(dāng)單片機訪問外部儲存器時，ALE舒小虎信號的負跳沿用于單片機發(fā)出的低8位地址經(jīng)外部鎖存器鎖存的鎖存控制信號。及時不訪問外部鎖存器，ALE端口仍有正脈沖信號輸出，次頻率為時鐘振蕩器頻率的六分之一。如果想初步判斷單片機芯片的好壞，可用示波器查看ALE端口是否有正脈沖信號輸出。如果有脈沖信號輸出，則單片機基本上是好使的。：為本引腳的第二功能。在對片內(nèi)EPROM型單片機編程寫入時，此引腳作為編程脈沖輸入端。：本端口為外部程序存儲器的選通信號。當(dāng)由外部程序存儲器取值期間，每個機器周期有兩次QUOTE有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的QUOTE信號將不會出現(xiàn)。/VPP：功能為內(nèi)外程序儲存器選通控制端。當(dāng)保持低電平時，在此期間只訪問外部程序存儲器（0000H-0FFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲器。注意加密方式1時，將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)端保持高電平時，此期間訪問內(nèi)部程序存儲器。XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。該端口應(yīng)接外部晶體的一個引腳，該引腳內(nèi)部是一個反相放大器的輸入端，這個反相放大器構(gòu)成了片內(nèi)振蕩器，如果采用外接晶體振蕩器時，此引腳應(yīng)接地。XTAL2：接外部晶體的另一端，在該引腳內(nèi)部接來自內(nèi)部反向振蕩器的輸出。若采用外部時鐘振蕩器時，該引腳接收時鐘振蕩器的信號，即把此信號直接接到內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入。3.1.3振蕩器特性XTAL1和XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器，石英晶體振蕩和陶瓷振蕩均可使用。如采用外部時鐘源驅(qū)動器件，XTAL2應(yīng)不接。有余輸入至內(nèi)部時鐘信號要通過一個二分頻觸發(fā)器，因此對外部時鐘信號的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。外接石英晶體或陶瓷諧振器及電容C1、C2接在放大器的反饋回路中，則構(gòu)成并聯(lián)振蕩電路。對外接電容C1、C2雖然沒有十分嚴格的要求，但電容的大小會輕微影響振蕩頻率的高低、振蕩器工作的穩(wěn)定性、起振的難易程度及溫度穩(wěn)定性。如果使用石英晶體，推薦電容使用30pF±10pF的，而如果使用陶瓷諧振器建議選擇40pF±10pF大小的。由于外部時鐘信號是通過一個2分頻觸發(fā)器后，作為內(nèi)部時鐘信號的。所以對外部時鐘信號的占空比并沒有特殊要求，但最小高電平持續(xù)時間和最大的低電平持續(xù)時間應(yīng)符合產(chǎn)品技術(shù)條件的要求。3.1.4芯片擦除整個PEROM陣列和三個鎖定位的擦除電信號可通過正確的控制信號組合而成，并保持ALE管腳處于低電平10ms來。在芯片擦除操作中，代碼陣列全被寫“1”且在任何非空存儲字節(jié)被重復(fù)編程以前，該操作必須被執(zhí)行。此外，AT89C51設(shè)有穩(wěn)態(tài)，可以在低到零頻率的條件下靜態(tài)邏輯，支持兩種軟件可選的掉電模式。在閑置下，CPU停止工作。但RAM、定時器、計數(shù)器、串口和中斷系統(tǒng)仍在工作。在掉電模式下，保存RAM的內(nèi)容并且凍結(jié)振蕩器，禁止所用其他芯片功能，直到下一個硬件復(fù)位為止。3.1.5C51單片機處理器狀態(tài)處理器的狀態(tài)保存在狀態(tài)寄存器PSW中，狀態(tài)字中包括“進位”位，用于BCD碼處理的輔助進位位，奇偶標志位，溢出標志位，還有前面提到的用于寄存器組選擇的RS0和RS1，具體內(nèi)容見表一。表一PSW結(jié)構(gòu)功能表CYACF0RS1RS0OVUSRPCY：進位標志位AC：輔助進位標志位F0：通用標志位RS1：寄存器組選擇位高位RS0：寄存器組選擇位低位OV：溢出標志位USR：用戶定義標志位P：奇偶標志位3.1.6C51單片機的中斷系統(tǒng)MCS—51單片機的中斷系統(tǒng)有5個中斷請求源，2個優(yōu)先級，可以實現(xiàn)2級中斷服務(wù)程序嵌套。用戶可以用光中斷指令“CLREA”來屏蔽所有的中斷請求，也可以用開中斷指令“SETEA”來允許CPU接收中斷請求。每個中斷源可以用軟件獨立地控制允許中斷和關(guān)中斷，每個中斷源的中斷級均可以用軟件來控制。中斷優(yōu)先級，有標準的中斷機制，低優(yōu)先級的中斷只能被高優(yōu)先級的中斷所中斷，而高優(yōu)先級的中斷不能被低中斷級中斷。3.1.7AT89C51最小系統(tǒng)AT89C51的最小系統(tǒng)原理圖如圖3.1-2所示。圖3.2AT89C51的最小系統(tǒng)原理圖3.2溫度部分的選擇3.2.1溫度傳感器的選擇溫度傳感器是本系統(tǒng)的關(guān)鍵器件之一，設(shè)計要求所測溫度范圍在0℃—120℃，且由于測量的是溶液中介質(zhì)的溫度，所以要求選擇能測量流體溫度、非線性誤差較小的溫度傳感器，且要求該芯片能夠簡便、準確地傳送數(shù)據(jù)，所以采用新型的集成溫度傳感器AD590作為測溫元件。同時，它有一致性好，容易互換，所需功率比較小，對電流電壓及紋波漂移不敏感等優(yōu)點。AD590的特性簡介AD590是美國模擬器件公司生產(chǎn)的電流輸出型集成溫度傳感器。實際中通過對電流的測量即可得到相應(yīng)的溫度數(shù)值。它的主要特性如下：(1)流過器件的電流(μA)等于器件所處環(huán)境的熱力學(xué)溫度度數(shù)：Ir/T=1式中，Ir—流過器件(AD590)的電流，單位為mA；T—熱力學(xué)溫度，單位為K；(2)AD590的測溫范圍為-55℃—+150℃；保存溫度：-65℃—+175℃；焊接溫度：300℃(3)AD590的電源電壓范圍為4V～30V。工作電壓可在4V～6V范圍變化，正向最大電壓+44V，反向最大電壓-20V，因而器件即使反接也不會被損壞。電流變化范圍為1mA，相當(dāng)于溫度變化1K。(4)輸出電阻為710mΩ；(5)精度高，AD590在-55℃~+-150℃范圍內(nèi)，非線性誤差僅為±0.3℃。圖3.3AD590的封裝圖AD590基本工作原理現(xiàn)代的溫度溫度傳感器都將恒流源、放大電路、補償電路集成在一起做成集成溫度傳感器。AD590是溫度—電流型傳感器，適于長線傳輸、遠距離測溫，并且它不像電壓傳輸那樣會因傳輸線內(nèi)阻的存在而引起電壓衰減。安裝時，將其封裝在護套內(nèi)并直接插入電導(dǎo)池中，采用帶屏蔽的雙絞線將電流引出與AD590集成溫度傳感器接口電路相連即可。AD590的基本應(yīng)用AD590可以測量熱力學(xué)溫度、攝氏溫度、兩點溫度差、多點最低溫度、多點平均溫度的器件，廣泛應(yīng)用于不同的溫度控制場合。由于AD590精度高、價格低、不需輔助電源、線性好，常用于測溫和熱電偶的冷端補償。3.2.3模擬開關(guān)電路本次設(shè)計選用CMOS單端8通道多路開關(guān)CD4051，它帶有三個通道選擇輸入端口A、B、C和一個禁止輸入端INH。當(dāng)INH=“1”時，所有通道均斷開，禁止模擬量輸入；當(dāng)INH=“0”時，A、B、C用來選擇8個通道中的一個，使之被選通。由于A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換時間比較長，在轉(zhuǎn)換期間應(yīng)保持CD4051的A、B、C信號保持不變，否則將得到錯誤的結(jié)果。因此可利用鎖存器鎖存將A、B、C信號鎖存。本設(shè)計選用帶三態(tài)門控制輸出的8D鎖存器74LS373作為CD4051的地址鎖存。74LS373的數(shù)據(jù)輸入端為D7—D0，數(shù)據(jù)輸出端為Q7—Q0。并設(shè)有一個選通端LE，當(dāng)LE=“1”時，數(shù)據(jù)輸出端與輸入端直通相連；而當(dāng)LE=“0”時，數(shù)據(jù)輸出端與輸入端斷開，即在選通端LE的下降沿將數(shù)據(jù)鎖存。本設(shè)計將選通端LE與單片機的口線P1.5相連，控制74LS373的數(shù)據(jù)輸出，最終達到控制模擬量輸入通道的目的。模擬開關(guān)電路如圖所示，傳感器輸出的模擬量電壓將接到模擬開關(guān)的輸入端I/00—I/07，哪一路送到A/D轉(zhuǎn)換器由74LS373的輸出Q0—Q2決定，而Q0—Q2的值則由單片機的P0.7控制，在P0.7的下降沿將數(shù)據(jù)鎖存到Q0—Q2。圖3.4輸入通道切換電路3.2.4A/D轉(zhuǎn)換器和ADC0809簡介A/D轉(zhuǎn)換器A/D轉(zhuǎn)換器概述：A/D轉(zhuǎn)換器的作用是把模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，以便于計算機進行處理。隨著超大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展，A/D轉(zhuǎn)換器的設(shè)計思想和制造技術(shù)日新月異。為滿足各種不同的檢測及控制任務(wù)的需要，大量結(jié)構(gòu)不同、性能各異的A/D轉(zhuǎn)換芯片應(yīng)運而生。A/D轉(zhuǎn)換器的分類：根據(jù)A/D轉(zhuǎn)換器的原理可將A/D轉(zhuǎn)換器分為兩大類：第一類是直線型A/D轉(zhuǎn)換器，另一類是間接型A/D轉(zhuǎn)換器。在直接型A/D轉(zhuǎn)換器中，輸入的模擬電壓被直接轉(zhuǎn)換成數(shù)字代碼，不經(jīng)任何其他中間變量；在間接型A/D轉(zhuǎn)換器中，首先把輸入的模擬電壓轉(zhuǎn)換成某種中間變量（如時間、頻率、脈沖寬度等），然后再把這個中間變量轉(zhuǎn)換成數(shù)字代碼輸出。A/D轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標：（1）轉(zhuǎn)換時間和轉(zhuǎn)換率。轉(zhuǎn)換時間就是A/D完成一次轉(zhuǎn)換所需要的時間。轉(zhuǎn)換時間的倒數(shù)為轉(zhuǎn)換速率。并行式A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換時間最短約為20ns—50ns，速率大約為5×107—2×107次/S；雙極性逐次比較式的轉(zhuǎn)換時間約為0.4μs，速率為2.5×106次/S。（2）分辨率。A/D轉(zhuǎn)換器的分辨率習(xí)慣上用輸出二進制位數(shù)或BCD碼的位數(shù)表示。而由于量化過程引起的誤差為量化誤差，量化誤差是由于優(yōu)先位數(shù)字量化對模擬量進行量化而引起的誤差。量化誤差理論上規(guī)定為1個單位分辨率的±QUOTELSB，提高分辨率可以有效地減少量化誤差。（3）轉(zhuǎn)換精度。A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換精度是定義為一個實際的A/D轉(zhuǎn)換器與一個理想的A/D轉(zhuǎn)換器在量化數(shù)值上的差值。通常情況下可以用絕對誤差或相對誤差來表示。ADC0809簡介ADC0809是一種主次比較式8位模擬輸入、8位數(shù)字量輸出的A/D轉(zhuǎn)換器。其主要引腳功能如下：（1）IN0-IN7是8位模擬信號輸入端。（2）D0-D7是8位數(shù)字量輸出端。（3）A、B、C與ALE共同控制8路模擬通道的切換，A、B、C分別于3根地址線或數(shù)據(jù)線相連接，3位編碼對應(yīng)8個通道地址端口。CBA=000-111分別對應(yīng)IN0-IN7通道地址。ADC0809雖然有8路模擬通道可以同時輸入8路模擬信號，但每個瞬間只能轉(zhuǎn)換1路，各路之間的切換由軟件控制改變C、B、A引腳上的代碼來實現(xiàn)。（4）OE、START、CLK為控制信號端，其中OE為輸出允許端，START為啟動信號輸入端，CLK為時鐘信號輸入端。A/D轉(zhuǎn)換原理：ADC0809是采用逐次比較的方法完成A/D轉(zhuǎn)換的，由單一的+5V電源供電。片內(nèi)有鎖存功能的8選1的模擬開關(guān)，由C、B、A引腳的編碼來決定所選的通道。ADC0809完成一次轉(zhuǎn)換需要的時間在100us左右，輸出具有TTL三態(tài)鎖存緩沖器，可直接連接到MCS-51的數(shù)據(jù)總線上。通過適當(dāng)?shù)耐饨与娐罚?809可對0-5V的模擬信號進行轉(zhuǎn)換。3.2.5MCS-51單片機控制ADC的工作過程首先利用指令選擇0809的一個模擬輸入通道，當(dāng)執(zhí)行MOVX@DPTR,A指令時，單片機的信號有效，從而產(chǎn)生一個啟動信號并給0809的START引腳送入脈沖信號，開始對選中通道進行轉(zhuǎn)換。當(dāng)轉(zhuǎn)換結(jié)束后，0809發(fā)出轉(zhuǎn)換結(jié)束的EOC（高電平）信號，該信號可供單片機查詢，也可反相作為向單片機發(fā)出的中斷請求信號；當(dāng)執(zhí)行MOVXA,@DPTR指令時，單片機發(fā)出讀控制信號,OE端有高電平，且把經(jīng)過0809轉(zhuǎn)換完畢的數(shù)字量讀入到A累加器中。由上述可見，單片機控制ADC時，可采用查詢和中斷控制這兩種方式。查詢方式是在單片機把啟動信號送到ADC之后，在執(zhí)行別的程序時，同時對0809的EOC引腳狀態(tài)進行查詢，以檢查ADC變換是否已結(jié)束，如查詢到變換已經(jīng)結(jié)束，則讀入轉(zhuǎn)換完畢的數(shù)據(jù)。中斷查詢方式是在將啟動信號送到ADC之后，單片機執(zhí)行別的程序的方式。ADC0809轉(zhuǎn)換結(jié)束并向單片機發(fā)送中斷請求信號時，單片機響應(yīng)此中斷請求，并進入中斷服務(wù)程序，讀入轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)。中斷控制方式的效率高，所以特別適合于變換時間較長的ADC。3.2.6溫度檢測電路本實驗是通過利用溫度傳感器AD590采集溫度信息后,OP07作為溫度檢測裝置，將采集的溫度信號進過I/V變換，輸出毫安級電壓，再經(jīng)過一個電壓跟隨器、一個10倍的運算放大器，和一個-1倍的運算放大器后，再輸入ADC0809中進行處理，利用AD0809作為模擬量信號轉(zhuǎn)換裝置，然后將轉(zhuǎn)換后的信息逐一送達至AT89C51單片機中。溫度檢測電路如圖3.5所示。圖3.5溫度檢測系統(tǒng)原理圖3.3電導(dǎo)率測量部分3.3.1電導(dǎo)率測試儀的工作原理電導(dǎo)率檢測法主要是通過測量溶液的電導(dǎo)率值來確定溶液的含鹽量或其他粒子含量等數(shù)值。電解質(zhì)溶液導(dǎo)電能力的強弱稱為電導(dǎo)（S），電極常數(shù)為（Q），與電導(dǎo)率（K）有如下關(guān)系：S=1/R=I/U=A/QUOTE=K/Q式中R為溶液的等效電阻；A為等效電極面積（cm2）；L為等效電極間距（cm）；Q為電極常數(shù)，大小等于L/A；1/QUOTE為電導(dǎo)率，以K表示，習(xí)慣上以25℃為標準溫度，將其他溫度下的測量結(jié)果換算為25℃是的電導(dǎo)率。圖3.6電導(dǎo)率測量部分電路圖D1,D2是兩個反向并聯(lián)的二極管，其作用是將信號值限定在+0.7V—-0.7V之間。U4是電壓跟隨器，G1為電導(dǎo)池，采用無極式傳感器，主線圈通入電流，根據(jù)電磁感應(yīng)原理，在副線圈中得到與溶液電導(dǎo)率成正比的感應(yīng)電動勢。在測量時，線圈附近會產(chǎn)生的電動勢，會使電導(dǎo)池中的帶點粒子產(chǎn)生運動，所以可以將電導(dǎo)池看成具有一定阻值的等效電阻，再利用一定就算方法就可以算出粒子的含量，即為設(shè)計所要測得的含鹽量。3.4方波激勵電路的設(shè)計方波產(chǎn)生電路是一種能夠直接產(chǎn)生方波或矩形波的非正弦信號發(fā)生電路，因為方波或矩形波包含極其豐富的諧波信號，因此，這種電路又稱作為多諧振蕩器電路。它是在遲滯比較器的基礎(chǔ)上增加了一個由Rf、C組成的積分電路，把輸入端引入限流電阻R和兩個背靠背的雙向穩(wěn)壓管就組成了一個雙向限幅方波發(fā)生電路。圖3.7雙向限幅的方波產(chǎn)生電路由圖可知，電路的正反饋系數(shù)F為在接通電源的瞬間，輸出電壓究竟偏向于正向飽和還是負向飽和，都不是特定出現(xiàn)的。設(shè)輸出電壓偏向于正向飽和值，即QUOTE時，加到電壓比較器同相端的電壓為+FQUOTE，而加于反相端的電壓，由于電容器C上的電壓QUOTE不能發(fā)生突變，只能由輸出電壓QUOTE通過電阻QUOTE按指數(shù)規(guī)律向電容C充電來建立。圖3.8電容器C充電情況T1tT/2TT2如圖所示，充電電流為QUOTE。顯然，當(dāng)加到反相端的電壓QUOTE略正于+FQUOTE時，輸出電壓便立即從正飽和值QUOTE迅速翻轉(zhuǎn)到負飽和值QUOTE，QUOTE又通過QUOTE對C進行反向充電，直到QUOTE略負于QUOTE值時，輸出狀態(tài)再翻轉(zhuǎn)過來，如此循環(huán)不已，形成一系列的方波輸出。T1tT/2TT2圖3.9方波產(chǎn)生電路工作原理圖圖3.9畫出了在一個方波的典型周期里，輸出端及電容器C上的電壓波形。設(shè)t=0時，QUOTE=QUOTE，則在T/2的時間里，電容C上的電壓QUOTE將以指數(shù)規(guī)律由QUOTE向QUOTE方向變化，電容器端電壓隨時間變化規(guī)律為QUOTE(3.1)設(shè)T為方波的周期，當(dāng)t=T/2時，QUOTE=QUOTE，代入上式，可得對T求解，可得如適當(dāng)選取R14和R15的值，可是F=0.462，則振蕩周期可簡化為T=QUOTE，或振蕩頻率為QUOTE(3.4)在低頻范圍（如10Hz—10kHz）內(nèi)，對于固定頻率來說用運放來組成圖3.8運放就行。當(dāng)振蕩頻率較高時，為了獲得前后沿較陡的方波，以選擇轉(zhuǎn)換速率較高的集成電壓比較器代替運放為宜。3.5鍵盤和顯示部分3.5.18155H簡介圖3.108155H的引腳結(jié)構(gòu)框圖8155H芯片內(nèi)包含有256B的RAM儲存器（靜態(tài)），RAM的存取時間為400ns。兩個可編程的8位并行口PA、PB，一個可編程的6位并行口PC，以及一個14位減法定時器/計數(shù)器。PA、PB口可工作于基本輸入/輸出方式或選通輸入/輸出方式。8155H可以直接與單片機相連，不需要增加任何硬件邏輯，且8155H既有IO口又具有RAM和定時/計數(shù)器。功能引腳如下：（1）AD7-AD0為地址/數(shù)據(jù)線，與MCS-51的P0口相連。（2）PA7-PA0、PB7-PB0是通用I/O口線，用于傳送A、B口上的外QUOTE數(shù)據(jù)。PC5-PC0為數(shù)據(jù)/控制線，用作傳輸I/O數(shù)據(jù)。（3）控制總線,RESET、、IO/、、、ALE、TIMERIN和。（4）電源線：Vcc為5V電源輸入線，Vss接地。3.5.2按鍵部分用的是4*4矩陣，只設(shè)有16個鍵，分別為0～9數(shù)字鍵、確認、返回、REST和停止報警鍵。鍵盤排列如圖3.11所示。圖3.114*4鍵盤排列鍵盤的工作原理：矩陣4*4鍵盤結(jié)構(gòu)的行線通過電阻接+5V，當(dāng)鍵盤上沒有鍵閉合時，所有的行線和列線斷開，行線X0～X3呈現(xiàn)高電平。當(dāng)鍵盤上某一個鍵閉合的時候，該鍵盤對應(yīng)的行線與列線導(dǎo)通。例如，6號鍵閉合時，行線X1和列線Y2短路，此時X1的電平由Y2的電平?jīng)Q定，如果把行線接到微機的輸入口，列線接到微機的輸出口，則在微機的控制下，使列線Y0為低電平（0），其余三根列線Y1、Y2、Y3都為高電平。然后微機通過輸出口讀行線的狀態(tài)，如果X0，X1、X2、X3都為高電平，則Y0這一列上沒有鍵閉合，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，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這一列上由無鍵閉合，以此類推，最后使列線Y3位低電平，其余列線為高電平，檢查Y3這一列上是否有鍵閉合。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。CPU對鍵盤掃描可以采取程序控制的隨機方式，CPU在空閑時掃描鍵盤，也可以采用定時控制的方式，每隔一段時間，CPU隊鍵盤掃描一次，CPU可隨時響應(yīng)鍵輸入請求。也可以采用中斷方式，當(dāng)鍵盤上有鍵閉合時，向CUP請求中斷，CPU相應(yīng)鍵盤輸入終端請求，對鍵盤掃描，以識別那一個鍵處于閉合狀態(tài)，并對鍵輸入信息做出相應(yīng)處理。CPU對鍵盤上閉合鍵鍵號的確定，可根據(jù)行線和列線的狀態(tài)計算求得，也可以根據(jù)行線和列線狀態(tài)查表求得。3.5.3顯示部分單片機應(yīng)用系統(tǒng)中，通常都需要進行人機對話。這包括人對應(yīng)用系統(tǒng)的狀態(tài)干預(yù)與數(shù)據(jù)輸入，以及向人們顯示運行狀態(tài)與運行結(jié)果等。顯示器、鍵盤就是用來完成人機對話活動的機通道。由于單片機的并行口不能直接驅(qū)動LED顯示器，必須采用專用的驅(qū)動電路芯片。使之產(chǎn)生足夠大的電流，顯示器才能正常工作。如果驅(qū)動電路能力差，即負載能力不夠，顯示器亮度就低，而且驅(qū)動電路長期在超負荷下運行容易損壞。LED顯示器的顯示控制方式有靜態(tài)和動態(tài)兩，若選擇靜態(tài)顯示，則LED驅(qū)動器選擇較為簡單，只要驅(qū)動器的驅(qū)動能力與顯示器電流匹配即可，而且一般只需考慮段的驅(qū)動；動態(tài)顯示則不同，由于一位數(shù)據(jù)的顯示是由段和位選信號共同配合完成的，因此，要同時考慮段和位的驅(qū)動能力，而且段的驅(qū)動能力決定位的驅(qū)動能力。圖3.11LED數(shù)碼管1)LED顯示器的選擇在應(yīng)用系統(tǒng)中，設(shè)計要求不同，使用的LED顯示器的位數(shù)也不相同，因此生產(chǎn)廠家生產(chǎn)了多種位數(shù)、尺寸、型號不同的LED顯示器?？紤]到最高滴速和從站號位數(shù)，在本系統(tǒng)設(shè)計中選擇了單位的LED顯示器。3.5.4鍵盤和顯示部分電路圖鍵盤及顯示部分電路圖如圖3.12所示。圖3.12鍵盤及顯示部分電路圖3.6電源電路±12V直流電壓源如圖3.13所示。+5V直流電壓源如圖3.14所示。圖3.13±12V直流電壓源圖3.14+5V直流電壓源電源電壓器是將交流電網(wǎng)220V的電壓變?yōu)殡娐匪枰碾妷褐?。交流電?jīng)過二極管整流之后，方向單一了，但是大?。娏鲝姸龋┻€是處在不斷地變化之中。這種脈動電流一般是不能直接用來給集成電路供電的，而要通過整流電路將交流電變成脈動的直流電壓。由于此脈動的直流電壓還有較大的紋波，必須通過濾波電路加以濾除，從而得到平滑的直流電壓。濾波的任務(wù)，就是把整流器輸出電壓中的波動成分盡可能地減少，改造成接近穩(wěn)恒的直流電。但這樣的電壓還隨電網(wǎng)電壓波動，負載和溫度的變化而變化，因而在整流、濾波電路之后，還需要接穩(wěn)壓電路。穩(wěn)壓電路的作用是當(dāng)電網(wǎng)電壓波動，負載和溫度變化時，維持輸出直流電壓穩(wěn)定。系統(tǒng)所用直流電壓源有三端集成穩(wěn)壓器組成的串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電源提供。設(shè)計中選用LM7805、LM7812、LM7912三端集成穩(wěn)壓器。變壓器將220V市電降壓后再通過整流橋之后采用了大容量的電解電容進行濾波，以減小輸出電壓紋波。由于電解電容器在高頻下工作存在電感特性，對于來自電源側(cè)的高頻干擾不能抑制，因此在整流電路后加入高頻電容改善紋波。電源電路如圖所示。3.7報警電路設(shè)計壓電式蜂鳴報警器與單片機的接口圖如圖3.15所示。圖3.15壓電式蜂鳴報警器與單片機的接口圖壓電式蜂鳴報警器主要由多諧振蕩器、壓電蜂鳴片、阻抗匹配器及共鳴箱、外殼等組成。有的壓電式蜂鳴器外殼上還裝有發(fā)光二極管。多諧振蕩器由晶體管或集成電路構(gòu)成。當(dāng)接通電源后多路諧振器起振，輸出1.5—2.5KHz的音頻信號，阻抗匹配器推動壓電蜂鳴片發(fā)聲。壓電蜂鳴片由鋯鈦酸鉛或鈮鎂酸鉛壓電陶瓷材料制成。在陶瓷片的兩面鍍上銀電極，經(jīng)極化和老化處理后，再與黃銅片或不銹鋼粘在一起。3.8看門狗電路設(shè)計圖3.16MCS—51與看門狗電路NCS—51與看門狗電路設(shè)計如圖3.16所示。合理設(shè)計R8、R9的值，使得+5V電壓跌落到4.5V，PEI端得輸入電壓低于1.25V時，輸輸出低電平，作為CPU的中斷輸入信號通知單片機，使之進行一些必要的處理。選取R8=1K,R9=3.6K。當(dāng)+5V電壓跌落到4.5V，VR=1.25V,在繼續(xù)跌落，引腳便為低電平。單片機正常工作時，P0.6口定時改變WDI輸入端得電平，使看門狗電路不發(fā)出復(fù)位信號。當(dāng)由于某種嚴重干擾而出現(xiàn)死循環(huán)時，單片機將不能定期改變WDI端電平，看門狗便會在1.6s后產(chǎn)生1個復(fù)位信號，是單片機復(fù)位。待經(jīng)過200ms復(fù)位脈沖后，單片機復(fù)位結(jié)束，程序從0000H開始重新執(zhí)行，擺脫死循環(huán)，保證了系統(tǒng)的正常的運轉(zhuǎn)。第四章溫度補償溫度對溶液電導(dǎo)率有很大的影響,溶液溫度升高,離子水化作用就會減弱，溶液粘度降低,離子運動阻力減小、離子的定向運動加快，因而使溶液的電導(dǎo)率增大;反之,溶液溫度下降,電導(dǎo)率則會減小。工業(yè)上以溶液溫度25℃時的電導(dǎo)率為該溶液的電導(dǎo)率,所以其他溫度下所測的值必須轉(zhuǎn)換到25℃時的值,不同物質(zhì)、不同溫度都有不同的對應(yīng)電導(dǎo)率值。在工業(yè)生產(chǎn)過程自動化系統(tǒng)中,在線使用的分析儀器通常需要解決溫度補償問題,他們多是采用人工調(diào)節(jié)控制,但人工調(diào)節(jié)即不準確,又不方便,因此,為確保儀器的測量精度,應(yīng)采用自動溫度補償控制方法。4.1鉑熱電阻與R/V轉(zhuǎn)換鉑熱電阻由于具有較好的穩(wěn)定性,因而在線分析儀器一般采用它來獲得自動溫度補償。鉑熱電阻的工作原理是將溫度的變化轉(zhuǎn)化為電阻的變化。圖1表示出Pt100鉑熱電阻在0～100°C范圍內(nèi)電阻值與溫度的關(guān)系。圖4.1Pt100阻值與溫度的關(guān)系正如我們所了解的那樣，R/V轉(zhuǎn)換電路的任務(wù)是將電阻的變化(△Rt)轉(zhuǎn)換成電壓的變化(△Ut),而且這種轉(zhuǎn)換應(yīng)該是線性的,即△Ut=k△Rt，式中k—轉(zhuǎn)換系數(shù),是常數(shù)。這個功能是很容易實現(xiàn)的,只要在鉑熱電阻上流過恒定的電流I即可完成,即△Ut=I△Rt，式中可見,只要流過鉑熱電阻的電流I為常數(shù),電壓的變化量△Ut就與鉑熱電阻阻值的變化量△Rt成線性關(guān)系。因此,R/V轉(zhuǎn)換電路應(yīng)該是恒流電路。4.2自動溫度補償電路利用集成運算放大器和鉑熱電阻可以構(gòu)成自動溫度補償電路,其原理圖為圖4.3。圖中U3為集成運算放大器，R12為Pt100鉑熱電阻,其阻值隨溫度的變化而變化,Vi為某在線分析儀器的檢測信號,這一信號也隨溫度的變化而變化。圖4.2表示，當(dāng)在0℃—100°C范圍內(nèi)R12及Vi隨溫度變化的情況。圖4.2運算放大器與鉑熱電阻構(gòu)成的Vi隨溫度變化的情況VVVV1Vi圖4.3自動溫度補償電路由圖4.2可見,在0°C時,R12為100Ω,Vi為0—379mV,而在100°C時,R12為138.5Ω,Vi為0—518mV。假設(shè)在常溫(T=25℃,R912=109.73Ω)下,輸入信號Vi為最大值Vimax=414mV固定不變,此時圖電路可看作是恒流源電路。在圖4.2當(dāng)中,當(dāng)T=25°C時同相輸入端輸入電壓和反相輸入端電壓的電位相等。如圖4.3中R3及R6的數(shù)據(jù),同相輸入端輸入電壓V2為QUOTE(4.1)故V3=78.1mV。由圖2可知,V2是由Rf和Rt構(gòu)成的分壓器給定的,在T=25℃時上式可得輸出電壓QUOTEQUOTE（4.2）式中QUOTE,代入上式中得QUOTE（4.3）將QUOTE，代入上式中，并假設(shè)QUOTE調(diào)定為QUOTE得QUOTE圖2中電位器R12用來調(diào)節(jié)放大器的電壓放大倍數(shù),它與R11及其鉑熱電阻R12構(gòu)成電壓負反饋電路,調(diào)節(jié)R9時,雖然R9阻值發(fā)生變化,但通過它的電流總是恒定不變的。這是因為隨著R9的增大或減小。在輸入電壓不變的情況下,輸入電壓隨之增大或減小,因而保持流過R9的電流不變。這恒流值由下式?jīng)Q定,當(dāng)T=25°C時,I=V/R,將QUOTE代入得I=0.7mA。同理,在0℃(R12=100Ω)時,和在100℃(R12=138.5Ω)時,設(shè)輸入信號Vi分別為最大值Vimax(0℃)=379mV和Vimax(100℃)=518mV,并假設(shè)R9在常溫時調(diào)定為1.5kΩ后沒有再調(diào)整,可得QUOTE（4.4）QUOTE（4.5）QUOTE（4.6）由上面計算結(jié)果可知，雖然QUOTE從0℃時的379mV變化到100℃時的518mV，QUOTE也從0℃的100Ω變化到100℃時的138.5Ω，但但輸出電壓V1總是恒定不變的，流過R12的電流也保持不變。按照上面的計算方法,同樣可求出輸入信號Vi不為最大值時,對應(yīng)的輸出電壓V1在0-100℃范圍內(nèi)總是恒定不變的。這就實現(xiàn)了自動溫度補償?shù)哪康?。?yīng)該指出,上面計算過程中假設(shè)R9調(diào)定為1.5kΩ,計算出的結(jié)果雖然對應(yīng)于隨溫度而變的輸入信號的輸出電壓恒定不變,但實際應(yīng)用時,還應(yīng)適當(dāng)調(diào)節(jié)R9的阻值,以實現(xiàn)對應(yīng)于隨溫度而變的輸入信號的輸出電壓在0-100℃范圍內(nèi)實際輸出為恒定值。4.3其他溫度補償電路應(yīng)用圖4.4自動溫度補償實用電路該電路可分為阻抗變換和溫度補償兩級,這兩級均選用具有FET輸入級的集成運算放大器來完成各自的任務(wù)。阻抗變換器A1是一個電壓跟隨器,它的作用是把來自傳感器送來的與溫度成比例變化的,高阻抗毫伏級電壓信號Vi轉(zhuǎn)換為低阻抗毫伏級電壓信號。為防止外來最大暫態(tài)輸入信號把集成運算放大器輸入保護電路損壞,一般在反相輸入端與輸出的端之間接一只3.9kΩ的限流電阻。溫度補償器A2是一個同相電壓放大器,電路元件可根據(jù)同相電壓放大器基本原則進行選取。這一級的作用是將阻抗變換級送來的電壓信號進行放大,同時吸取來自鉑熱電阻Rt送來的與溫度成比例變化的電阻信號,這個電阻信號去改變放大器的靈敏度,使放大器的輸入電壓V0與溫度無關(guān)。如前所述在進行溫度補償?shù)臅r候,放大器A2可以看作是一個恒流源電路。4.4結(jié)束語當(dāng)選用電極常數(shù)為0·1cm-1的電極,濃度為0·0005mol·QUOTE的氯化鉀標準溶液,入口溫度選15℃、20℃和25℃,水樣流量30L/h,測量結(jié)果見表二：表二測量結(jié)果入口溫度（℃）出口溫度（℃）理論值（QUOTE）測量值（QUOTE）偏差（QUOTE）1523.973.973.850.052024.773.973.830.072525.573.973.870.03從試驗情況來看,采用該方法溫度穩(wěn)定性較好、測量精度高,結(jié)果令人滿意。第五章系統(tǒng)軟件設(shè)計5.1軟件設(shè)計背景在進行本系統(tǒng)的設(shè)計中，除了系統(tǒng)的硬件設(shè)計外，大量的工作就是如何利用每個系統(tǒng)模塊的設(shè)計需要的實際應(yīng)用程序，因此，軟件的設(shè)計在系統(tǒng)的設(shè)計中占有相當(dāng)重要的地位。本次系統(tǒng)設(shè)計的主要任務(wù)就是電導(dǎo)率檢測和溫度檢測等部分，在軟件部分要實現(xiàn)的主要是數(shù)據(jù)采集、A/D轉(zhuǎn)換、鍵盤、顯示和報警等模塊功能。在進行軟件設(shè)計時，通常把整個程序分成若干個小部分，每個部分叫做一個模塊，然后，依據(jù)測控時序和模塊間的關(guān)系，給出各個部分的應(yīng)用軟件功能流程圖，接著對每一功能模塊再進行具體劃分，了解各個能用子程序?qū)崿F(xiàn)的對應(yīng)的供模塊。最后，給出每個子程序的具體的程序設(shè)計。所謂“模塊”，