畢業(yè)設(shè)計(jì)--液位調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　摘 要</b></p><p>　　在現(xiàn)代生產(chǎn)過程中，為保證生產(chǎn)安全順利進(jìn)行，達(dá)到優(yōu)質(zhì)生產(chǎn)，提高經(jīng)濟(jì)效益和勞動(dòng)生產(chǎn)率，節(jié)約能源，必須對(duì)生產(chǎn)過程的各種參數(shù)，例如溫度、壓力、流量、物位等進(jìn)行自動(dòng)控制。由于傳統(tǒng)控制儀表控制精度低、顯示也不夠直觀，因此逐漸被現(xiàn)代儀表所取代。由單片機(jī)構(gòu)成的液位調(diào)節(jié)器能夠進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)、數(shù)據(jù)采集與處理、科學(xué)計(jì)算等。單片機(jī)具有體積小、重量

2、輕、功耗小、價(jià)格低、可靠性高和通用靈活等優(yōu)點(diǎn)。因此現(xiàn)代儀表已經(jīng)滲透到我們生活的各個(gè)領(lǐng)域。</p><p>　　設(shè)計(jì)的液位調(diào)節(jié)器采用單片機(jī)AT89C51作為核心部件，輔以模/數(shù)轉(zhuǎn)換、數(shù)/模轉(zhuǎn)換、鍵盤/顯示、輸出電路及外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器擴(kuò)展部分電路組成。其中模/數(shù)轉(zhuǎn)換采用10位、并行輸出的A/D轉(zhuǎn)換器TLC1551；數(shù)/模轉(zhuǎn)換采用8位、串行輸出的D/A轉(zhuǎn)換器MAX517；鍵盤/顯示部分采用74LS164、74LS165擴(kuò)

3、展的串行口組成的獨(dú)立式鍵盤及動(dòng)態(tài)顯示；輸出電路采用放大器和晶體管組成，把電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換電流信號(hào)；外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器采用I2C總線的PCF8583。為提高液位調(diào)節(jié)器的控制品質(zhì)，采用增量式的PID算法。</p><p>　　設(shè)計(jì)的液位調(diào)節(jié)器具有控制功能靈活，人機(jī)對(duì)話方便、參數(shù)整定、手/自動(dòng)無擾動(dòng)切換等優(yōu)點(diǎn)。因此，具有很大的應(yīng)用價(jià)值。</p><p>　　關(guān)鍵詞：液位控制；模/數(shù)轉(zhuǎn)換；數(shù)/模轉(zhuǎn)換；單片

4、機(jī)；PID運(yùn)算</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　In the modern production process, in order to ensure the smooth progress of production to achieve high-quality production, enhance economic

5、efficiency and labor productivity, energy conservation, the need for the various parameters of the production process, such as temperature, pressure, flow, level of automatic control and so on. Control instruments in the

6、 traditional low-control accuracy, is not enough to show that intuitive, it is gradually replaced by modern instrument. Posed by the single-</p><p>　　Level design AT89C51 single-chip modulator used as a core

7、 component, with A / D converter, D / A converter, a keyboard / display, the output circuit and the external data memory extension of the circuit. In which A / D conversion using 10-bit, parallel output of the A / D conv

8、erter TLC1551; D / A converter using an 8-bit, serial output of the D / A converter MAX517; keyboard / display using 74LS164, 74LS165 series expansion I visit an independent and dynamic keyboard display; output amplifier

9、 an</p><p>　　Liquid level regulator designed to control function of flexible and convenient man-machine dialogue, parameter tuning, hand / automatic switch, without disturbance etc. Therefore, the applicatio

10、n is of great value.</p><p>　　Keywords: liquid level control; A/D converter; D/A converter; single chip; PID operation</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘 要I&

11、lt;/b></p><p>　　AbstractII</p><p><b>　　第1章 引言1</b></p><p><b>　　1.1 概述1</b></p><p>　　1.2 國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)1</p><p>　　1.3 液位調(diào)節(jié)器的特點(diǎn)2&

12、lt;/p><p>　　1.4 設(shè)計(jì)的意義2</p><p>　　第2章 液位調(diào)節(jié)器的硬件設(shè)計(jì)1</p><p>　　2.1 單片機(jī)AT89C512</p><p>　　2.2 A/D轉(zhuǎn)換電路5</p><p>　　2.2.1 A/D轉(zhuǎn)換器5</p><p>　　2.2.3 I/V變換電路

13、7</p><p>　　2.3 D/A轉(zhuǎn)換電路9</p><p>　　2.3.1 D/A轉(zhuǎn)換器9</p><p>　　2.3.2 V/I變換電路13</p><p>　　2.4 PCF858314</p><p>　　2.5鍵盤顯示部分20</p><p>　　2.5.1 鍵盤2

14、0</p><p>　　2.5.2 鍵盤顯示切換電路22</p><p>　　2.5.3 并行輸入串行輸出移位寄存器74LS16523</p><p>　　2.5.4 顯示部分24</p><p>　　2.5.5 串入并出移位寄存器74LS164芯片25</p><p>　　2.6 掉電保護(hù)及其看門狗電路27

15、</p><p><b>　　2.7電源29</b></p><p>　　第3章 液位調(diào)節(jié)器軟件設(shè)計(jì)30</p><p><b>　　3.1主程序30</b></p><p>　　3.2采樣濾波程序30</p><p>　　3.2.1 A/D采樣部分30</

16、p><p>　　3.2.2 數(shù)字濾波程序30</p><p>　　3.3 D/A轉(zhuǎn)換程序34</p><p>　　3.4數(shù)字PID控制算法36</p><p>　　3.5 標(biāo)度變換39</p><p>　　3.6鍵盤顯示程序40</p><p>　　3.6.1鍵盤子程序40</p&

17、gt;<p>　　3.6.2顯示子程序41</p><p><b>　　3.7浮點(diǎn)數(shù)42</b></p><p><b>　　第4章 結(jié)論44</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)45</b></p><p><b>　　致謝46<

18、;/b></p><p><b>　　第1章 引言</b></p><p><b>　　1.1 概述</b></p><p>　　液位是許多工業(yè)生產(chǎn)中的重要參數(shù)之一。在石油化工等工業(yè)生產(chǎn)過程中，有許多貯罐作為原料、半成品的貯液罐。前一道工序的成品或半成品不斷地流入下一道工序的貯液罐進(jìn)行加工和處理，為保證生產(chǎn)過程能連續(xù)

19、地正常運(yùn)行，必須對(duì)貯罐的液位進(jìn)行控制[1]。圖1-1為液位系統(tǒng)的原理圖。液位調(diào)節(jié)器是以單片機(jī)AT89C51為核心元件的，它能對(duì)液位進(jìn)行巡回檢測(cè)、顯示和報(bào)警，同時(shí)采用增量式PID控制算法對(duì)液位進(jìn)行控制。</p><p>　　圖1-1 液位控制系統(tǒng)</p><p>　　1-貯液罐 2-差壓變送器 3-液位調(diào)節(jié)器 4-調(diào)節(jié)閥</p><p>　　1.2 國(guó)內(nèi)

20、外現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)</p><p>　　傳統(tǒng)的液位控制在生產(chǎn)中一直占有主導(dǎo)地位，但隨著生產(chǎn)線的更新，不僅要求有更直觀、準(zhǔn)確、穩(wěn)定的液位控制系統(tǒng)，同時(shí)還要求在降低生產(chǎn)設(shè)備的成本方面有所突破，這就要求我們開發(fā)新型既實(shí)用又價(jià)廉的液位調(diào)節(jié)器。隨著新型電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的廣泛應(yīng)用與普及，由單片機(jī)構(gòu)成的液位調(diào)節(jié)器以其控制精度高、性能穩(wěn)定可靠、設(shè)置操作方便、造價(jià)低等特點(diǎn)被應(yīng)用到液位系統(tǒng)的控制中來，同時(shí)該控制系統(tǒng)可以設(shè)計(jì)數(shù)字顯示

21、部分，增強(qiáng)了系統(tǒng)的可視性，這使得人機(jī)交互能力進(jìn)一步增強(qiáng)。</p><p>　　總之，工業(yè)控制系統(tǒng)已普遍采用計(jì)算機(jī)作為中央處理器，由于其快速運(yùn)算功能與極大的信息儲(chǔ)存能力，以及極強(qiáng)的靈活性，可方便地實(shí)施各種控制策略，提高控制品質(zhì)，故已成為發(fā)展生產(chǎn)過程自動(dòng)化的主流。</p><p>　　1.3 液位調(diào)節(jié)器的特點(diǎn)</p><p>　　⑴處理能力強(qiáng)且速度快</p>

22、<p>　　由于AT89C51單片機(jī)的指令系統(tǒng)含有大量的算術(shù)運(yùn)算、邏輯判斷、位操作指令及其他運(yùn)算指令時(shí)間短，運(yùn)算速度快，使控制系統(tǒng)有比較高的控制精度。</p><p>　?、茡碛泻芎玫娜藱C(jī)交流和操作界面</p><p>　　該調(diào)節(jié)器利用的是動(dòng)態(tài)顯示和按鍵式鍵盤進(jìn)行人機(jī)交流的，它具有操作靈活、直觀和快捷等諸多優(yōu)點(diǎn)。并可以利用鍵盤來對(duì)PID參數(shù)進(jìn)行輸入。</p>&

23、lt;p><b>　?、强刂旗`活</b></p><p>　　由單片機(jī)構(gòu)成的液位調(diào)節(jié)器可以對(duì)液位進(jìn)行實(shí)時(shí)自動(dòng)顯示、手動(dòng)控制和自動(dòng)控制等，因此控制十分靈活。</p><p><b>　　1.4 設(shè)計(jì)的意義</b></p><p>　　傳統(tǒng)的液位調(diào)節(jié)儀表采用的是常規(guī)電子線路，控制缺乏實(shí)時(shí)性，經(jīng)濟(jì)效益和勞動(dòng)生產(chǎn)率相對(duì)較低，

24、并且安全性較差。本液位調(diào)節(jié)器以單片機(jī)為主要器件，這就簡(jiǎn)化了儀表電路，提高了儀表的可靠性，降低了儀表的成本，縮小了體積，強(qiáng)化了功能，并能保證工業(yè)生產(chǎn)安全、高效。</p><p>　　由單片機(jī)構(gòu)成的液位調(diào)節(jié)儀表，可以使液位調(diào)節(jié)技術(shù)向智能化、靈活化方向發(fā)展，并能使工業(yè)生產(chǎn)的安全性、穩(wěn)定性、準(zhǔn)確性得到提高，更能推動(dòng)它向人性化、智能化方向發(fā)展。</p><p>　　第2章 液位調(diào)節(jié)器的硬件設(shè)計(jì)<

25、;/p><p>　　液位調(diào)節(jié)器主要由單片機(jī)（AT89C51）、A/D轉(zhuǎn)換器（TLC1551）、D/A轉(zhuǎn)換器（MAX517）、鍵盤/顯示、復(fù)位電路等部分組成，硬件電路的組成如圖2-1所示。</p><p>　　圖2-1 液位調(diào)節(jié)器硬件組成框圖</p><p>　　由圖可知，將液位變送器來的液位信號(hào)送給I/V變換電路進(jìn)行電壓/電流變換，即將電流信號(hào)（4~20mA）轉(zhuǎn)換為電壓

26、信號(hào)(0~5V)送給A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)A/D轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量送給單片機(jī)，由單片機(jī)對(duì)采集的信號(hào)進(jìn)行濾波和標(biāo)度變換處理后，與設(shè)定值進(jìn)行比較，得出偏差信號(hào)，進(jìn)行PID運(yùn)算，然后將PID計(jì)算結(jié)果送給D/A轉(zhuǎn)換器進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換，將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)化為模擬信號(hào)。D/A轉(zhuǎn)換器輸出的電壓信號(hào)經(jīng)過V/I變換電路變?yōu)殡娏餍盘?hào)，作為調(diào)節(jié)器的輸出控制調(diào)節(jié)閥的開度，從而達(dá)到控制液位的目的。</p><p>　　2.1 單片機(jī)AT89C51<

27、;/p><p>　　調(diào)節(jié)器器的核心元件是單片機(jī)AT89C51[2]，該芯片是美國(guó)ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓，高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)，與標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)兼容，片內(nèi)含4kbytes的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲(chǔ)器(PEROM)和128bytes的隨機(jī)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM），功能強(qiáng)大AT89C51單片機(jī)可提供許多高性價(jià)比的應(yīng)用場(chǎng)合，可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。</p><p>　　1. AT89C

28、51引腳的排列及功能</p><p>　　AT89C51共有40條引腳線，可以分成I/O口線、控制信號(hào)線、電源線和外部晶振引線等四種。引腳排列如圖2-2所示。</p><p>　　圖2-2 單片機(jī)AT89C51引腳圖</p><p><b>　　2. 主要性能參數(shù)</b></p><p>　?、排cMCS-51產(chǎn)品指令系統(tǒng)

29、完全兼容</p><p>　?、?K字節(jié)可重擦寫Flash閃速存儲(chǔ)器</p><p>　?、?000次擦寫周期</p><p>　?、热o態(tài)操作：0Hz-24MHz</p><p>　　⑸三級(jí)加密程序存儲(chǔ)器</p><p>　?、?28×8字節(jié)內(nèi)部RAM</p><p>　?、?2個(gè)可

30、編程I/O口線</p><p>　　⑻2個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器</p><p><b>　?、?個(gè)中斷源</b></p><p>　　⑽可編程串行UART通道</p><p>　?、系凸目臻e和掉電模式</p><p><b>　　3. 管腳功能說明</b></p>

31、<p>　　AT89C51提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能：4k字節(jié)Flash閃存存儲(chǔ)器，128字節(jié)內(nèi)部RAM，32個(gè)I/O口線，兩個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器， 5個(gè)中斷源，一個(gè)全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路。同時(shí)AT89C51可降至0Hz的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式。其中空閑方式是CPU停止工作，但允許RAM、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作；掉電方式保存RAM中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件

32、工作，直到下一個(gè)硬件復(fù)位信號(hào)的出現(xiàn)。</p><p><b>　　1) P0口</b></p><p>　　P0口是一組8位漏極開路型雙向I/O口，也即地址/數(shù)據(jù)總線復(fù)用口。作為輸出口用時(shí)，每位能吸收電流方式驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL邏輯門電路，對(duì)端口寫“1”可作為高阻抗輸入端用。</p><p><b>　　2) P1口</b>&l

33、t;/p><p>　　P1口是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P1的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)(吸收或輸出電流)4個(gè)TTL邏輯門電路。對(duì)窗口寫“1”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口。作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流（IIL）。</p><p><b>　　3) P2口</b></p><p&g

34、t;　　P2是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口,P2的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4個(gè)TTL邏輯門電路。對(duì)端口寫“1”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口，作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流（IIL）。</p><p>　　在訪問外部程序存儲(chǔ)器或16位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（例如執(zhí)行MOVX @Ri指令）時(shí)，P2口線上的內(nèi)容（也即特殊功能寄存器（

35、SFR）區(qū)中的R2寄存器的內(nèi)容），在整個(gè)訪問期間不改變。</p><p><b>　　4) P3口</b></p><p>　　P3口是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口。P3口輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4個(gè)TTL邏輯門電路，對(duì)P3口寫入“1”時(shí)，它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可作為輸入端口。作輸入端時(shí)，被外部拉低的P3口將用上拉電阻輸出電流（IIL）。<

36、/p><p><b>　　5) RST</b></p><p>　　RST是復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器工作時(shí)，RST引腳出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期以上高電平將使單片機(jī)復(fù)位。</p><p><b>　　6) ALE/</b></p><p>　　當(dāng)訪問外部程序存儲(chǔ)器或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地

37、址的低8位字節(jié)。即使不訪問外部存儲(chǔ)器，ALE仍以時(shí)鐘振蕩頻率的1/6輸出固定的正脈沖信號(hào)，因此它可對(duì)外輸出時(shí)鐘或用于定時(shí)目的。要注意的是：每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)將跳過一個(gè)ALE脈沖。</p><p>　　對(duì)Flash存儲(chǔ)器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖()。：程序存儲(chǔ)允許（）輸出是外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)，當(dāng)AT89C51由外部程序存儲(chǔ)器取指令（或數(shù)據(jù)）時(shí)，每個(gè)機(jī)器周期兩次有效，即輸出兩個(gè)脈沖。在此期間，

38、當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，這兩次有效的、信號(hào)不出現(xiàn)。</p><p><b>　　7)/VPP</b></p><p>　　欲使CPU僅訪問外部程序存儲(chǔ)器（地址為0000H—FFFH），)端必須保持低電平（接地）。需注意的是：如果加密位LB1被編程，復(fù)位時(shí)內(nèi)部會(huì)鎖存端狀態(tài)。如端為高電平（接VCC端），CPU則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲(chǔ)器中的指令。</p><p&

39、gt;　　Flash存儲(chǔ)器編程時(shí)，該引腳加上+12V的編程允許電源Vpp,當(dāng)然該器件是使用12V電壓Vpp。</p><p><b>　　8) XTAL1</b></p><p>　　振蕩器反相放大器的內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端。</p><p><b>　　9) XTAL2</b></p><p>　

40、　振蕩器反相放大器的輸出端。</p><p><b>　　10) 時(shí)鐘振蕩器</b></p><p>　　AT89C51中有一個(gè)用于構(gòu)成內(nèi)部振蕩器的高增益反相放大器，引腳XTAL1和XTAL2分別是該放大器的輸入端和輸出端。這個(gè)放大器作為反饋元件的片外石英晶體或陶瓷諧振器一起構(gòu)成自激振蕩器。</p><p>　　2.2 A/D轉(zhuǎn)換電路</

41、p><p>　　A/D轉(zhuǎn)換電路是由A/D轉(zhuǎn)換器TLC1551、I/V變換電路兩部分組成。</p><p>　　2.2.1 A/D轉(zhuǎn)換器</p><p><b>　　1. 概述</b></p><p>　　TLC1551[3]是美國(guó)TI公司生產(chǎn)的A/D轉(zhuǎn)換器件。該器件的并行輸出為10位，也是一種開關(guān)電容逐次逼近式數(shù)據(jù)采集模數(shù)轉(zhuǎn)

42、換器，它的高速3態(tài)并行端口能直接與信號(hào)處理器或者微處理器系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線配接，其模擬和數(shù)字部分的電源采用單獨(dú)供電方式，從而有效降低了共模干擾和噪音。因此將TLC1551應(yīng)用于數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)數(shù)據(jù)是一只很理想的A/D器件。</p><p>　　2. 內(nèi)部結(jié)構(gòu)及引腳功能</p><p>　　TLC1551采用24腳DIP封裝和28腳FK（FN）封裝。其引腳如圖2-3所示。</p><

43、;p>　　圖2-3 TLC1551引腳圖</p><p>　　內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2-4所示。從圖中可以看出，該芯片包括邏輯控制器、時(shí)鐘振蕩器、除2分頻器、中斷時(shí)鐘、10位電容式數(shù)模轉(zhuǎn)換與開關(guān)控制、連續(xù)逐次逼近寄存器。</p><p>　　芯片內(nèi)控制邏輯中的片選信號(hào)控制著模數(shù)轉(zhuǎn)換的啟動(dòng)，并負(fù)責(zé)把數(shù)據(jù)送到總線上；時(shí)鐘振蕩器為內(nèi)部振蕩方式，當(dāng)多片芯片共用時(shí)，也可采用外部時(shí)鐘，此時(shí)內(nèi)部時(shí)鐘停止工作

44、；時(shí)鐘振蕩器作為主時(shí)鐘，其中一路經(jīng)二分頻后，可作為控制邏輯的時(shí)鐘，另一路則用作中斷時(shí)鐘；連續(xù)逐次逼近寄存器將在被轉(zhuǎn)換的模擬輸入電壓與量化的參考電壓同時(shí)送到數(shù)模轉(zhuǎn)換中后，通過多次比較逐次逼近數(shù)字基準(zhǔn)的。</p><p>　　3. 主要特點(diǎn)和參數(shù)</p><p>　　TLC1551的主要特點(diǎn)如下：</p><p>　　⑴功耗最大為40mW</p><

45、p>　?、瓶蛇m應(yīng)快速并行處理</p><p>　　⑶可以使用外部時(shí)鐘或者內(nèi)部時(shí)鐘</p><p><b>　?、绒D(zhuǎn)換時(shí)間為6µs</b></p><p>　　⑸總不可調(diào)誤差最大為±1LSB</p><p>　?、什捎肅OMS工藝制造</p><p><b>　　

46、⑺分辨率為10位</b></p><p>　　4. 工作過過程及工作時(shí)序</p><p>　　由圖2-4可知，TLC1551是利用典型的逐次逼近轉(zhuǎn)換法進(jìn)行A/D變換的。首先將模擬量從輸入端（AIN）送入模數(shù)轉(zhuǎn)換器，然后依據(jù)參考源把10位電容式D/A轉(zhuǎn)換器的數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量，并在比較器中進(jìn)行逐次比較，直到加入比較器二個(gè)輸入端的模擬量相等為止。此時(shí)10位電容式數(shù)模轉(zhuǎn)換器的二進(jìn)制數(shù)

47、字就對(duì)應(yīng)于輸入模擬量的值，轉(zhuǎn)換結(jié)束后輸出低電平。其轉(zhuǎn)換工作時(shí)序如圖2-5所示。輸出低電平 。</p><p>　　圖2-5 TLC1551的工作時(shí)序圖</p><p>　　2.2.3 I/V變換電路</p><p>　　在液位調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，從變送器輸出的信號(hào)是4～20mA的電流信號(hào)，而A/D轉(zhuǎn)換器(TLC1551)只能對(duì)0～5V的電壓信號(hào)進(jìn)行變換，所以需要把電流信號(hào)變

48、成電壓信號(hào)[4]。我們采用運(yùn)算放大器和電阻的連接電路進(jìn)行I/V變換。A/D轉(zhuǎn)換電路如圖2-6所示。</p><p>　　圖2-6 調(diào)節(jié)器的A/D轉(zhuǎn)換電路</p><p><b>　　相應(yīng)的程序</b></p><p><b>　　CLR P3.0</b></p><p>　　MOV 30H，#00

49、H</p><p>　　MOV 31H，#00H</p><p><b>　　NOP</b></p><p><b>　　CLR P3.4</b></p><p><b>　　NOP</b></p><p><b>　　NOP</b>

50、;</p><p><b>　　NOP</b></p><p><b>　　SETB P3.4</b></p><p><b>　　NOP</b></p><p><b>　　SETB P3.0</b></p><p><b&

51、gt;　　JB P1.5，$</b></p><p><b>　　NOP</b></p><p><b>　　NOP</b></p><p><b>　　CLR P3.0</b></p><p><b>　　NOP</b></p>

52、<p><b>　　CLR P3.5</b></p><p><b>　　NOP</b></p><p><b>　　MOV A，P2</b></p><p><b>　　CLR C</b></p><p><b>　　RLC A&l

53、t;/b></p><p><b>　　MOV R1，A</b></p><p><b>　　MOV A，31H</b></p><p><b>　　RLC A</b></p><p><b>　　MOV A，R1</b></p>&l

54、t;p><b>　　CLR C</b></p><p><b>　　RLC A</b></p><p><b>　　MOV R1，A</b></p><p><b>　　MOV A，31H</b></p><p><b>　　RLC A&l

55、t;/b></p><p><b>　　MOV A，P1</b></p><p>　　ANL A，#03H</p><p><b>　　ORL A，R1</b></p><p><b>　　MOV 30H，A</b></p><p><b&g

56、t;　　SETB P3.5</b></p><p><b>　　NOP</b></p><p><b>　　NOP</b></p><p><b>　　SETB P3.0</b></p><p><b>　　SJMP $</b></p&g

57、t;<p>　　2.3 D/A轉(zhuǎn)換電路</p><p>　　液位調(diào)節(jié)器的D/A轉(zhuǎn)換電路由D/A轉(zhuǎn)換器MAX517和V/I變換電路兩部分組成。</p><p>　　2.3.1 D/A轉(zhuǎn)換器</p><p><b>　　1. 概述</b></p><p>　　在液位調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，常要用到模擬輸出，數(shù)模轉(zhuǎn)換器（D

58、AC）就是一種將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬電信號(hào)的器件。DAC根據(jù)輸入數(shù)據(jù)的格式一般分為并行和串行兩種。并行的DAC通常有8位、10位、12位和16位等，并行芯片進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換時(shí)，輸出建立時(shí)間短，通常不超過10µs，但它們的引腳比較多，芯片體積大，與CPU連接時(shí)電路較復(fù)雜。串行DAC與CPU連接時(shí)所用引線少、電路簡(jiǎn)單，芯片體積小、價(jià)格低。</p><p>　　液位調(diào)節(jié)器采用的是美國(guó)MAXIM公司生產(chǎn)的8位串行芯

59、片MAX517[5]，其引腳如圖2-7所示。</p><p>　　圖2-7 D/A轉(zhuǎn)換器的引腳圖</p><p>　　2. MAX517的性能簡(jiǎn)介</p><p>　　MAX517是8位電壓輸出型數(shù)模轉(zhuǎn)換器，它帶有簡(jiǎn)單的雙線串行接口，允許多個(gè)設(shè)備之間進(jìn)行通信。MAX517使用簡(jiǎn)單的雙線串行接口，只需要標(biāo)準(zhǔn)的微處理器提供2根總線與之相連。微處理器的SCL傳送時(shí)鐘脈

60、沖時(shí)，對(duì)于MAX517來說，最高頻率不能超過400kHZ，即波特率不超過400Kbps。圖2-8是MAX517的一個(gè)完整的串行數(shù)據(jù)傳送時(shí)序。</p><p>　　圖2-8 MAX517的工作時(shí)序圖</p><p>　　3. MAX517的工作過程</p><p>　　液位調(diào)節(jié)器采用的是串行傳送方式。將單片機(jī)AT89C51的P3.2、P3.3引腳分別連接到MAX51

61、7的SDA和SCL引腳，此時(shí)，AT89C51CPU的P3.2、P3.3端口可以被改造成符合I2C總線協(xié)議的二線制接口。具體的改造方法是利用指令，間歇地給P3.3高電平和低電平來制造對(duì)應(yīng)I2C總線協(xié)議的時(shí)鐘脈沖，把要傳送的命令字、狀態(tài)字和數(shù)據(jù)給寄存器A，使其環(huán)移讓位寄存器C把這些信號(hào)依次傳遞給P3.2。時(shí)鐘信號(hào)口P3.3和數(shù)據(jù)信號(hào)口P3.2配合將信號(hào)傳遞到MAX517中。</p><p>　　從時(shí)序看來，在數(shù)據(jù)的傳

62、送過程中，(設(shè)P3.3連SCL，P3.2連SDA)</p><p>　　1) 起始條件：傳送沒有開始的時(shí)候，CPU先將P3.3置高，使得MAX517的SCL=1；然后CPU控制P3.2由高到低，使得MAX517的SDA產(chǎn)生負(fù)跳變，標(biāo)志著傳送的開始。</p><p>　　2) 中間過程：需要傳送地址字節(jié)、命令字節(jié)和輸出字節(jié)。根據(jù)MAX517的工作時(shí)序，當(dāng)且僅當(dāng)SCL=0（即P3.3=0）時(shí)，

63、SDA才產(chǎn)生跳變(P3.2由0變1，或由1變0)；當(dāng)SCL=1（即P3.3=1）時(shí)，SDA狀態(tài)保持(P3.2=0或1，保持不變)。</p><p>　　3) 終止條件:當(dāng)傳送快要結(jié)束的時(shí)候，CPU先將P3.3置高，使得MAX517的SCL=1；然后CPU控制P3.2由低到高，使得MAX517的SDA產(chǎn)生正跳變，標(biāo)志著傳送的結(jié)束。</p><p><b>　　相應(yīng)的程序如下：<

64、;/b></p><p>　　DA EQU P1.0 ；定義數(shù)據(jù)線</p><p>　　SCL EQU P1.1 ；定義時(shí)鐘線</p><p>　　OUT0:ACALL START</p><p>　　MOV A,#58H

65、 ；送地址字節(jié)</p><p>　　ACALL BTYBE ；送出</p><p>　　MOV A,#00H ；轉(zhuǎn)換命令</p><p>　　ACALL BTYBE

66、 ；送出</p><p>　　MOV A,R4；R4 ；存放待轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)</p><p>　　ACALL BTYBE</p><p>　　ACALL STOP</p><p><b>　　RET</b></p><p>　　START:SE

67、TB SDA ；啟動(dòng)I2C總線</p><p><b>　　SETB SCL</b></p><p><b>　　NOP</b></p><p><b>　　NOP</b></p><p><b>　　CLR SDA&l

68、t;/b></p><p><b>　　NOP</b></p><p><b>　　NOP</b></p><p><b>　　CLR SCL</b></p><p><b>　　RET</b></p><p>　　STOP:

69、CLR SDA ；停止</p><p><b>　　SETB SCL</b></p><p><b>　　NOP</b></p><p><b>　　NOP</b></p><p><b>　　SETB SDA&l

70、t;/b></p><p><b>　　RET</b></p><p>　　BTYBE:MOV R7,#8 ；模擬I2C送出8位數(shù)據(jù)</p><p>　　PBIT:RLC A</p><p>　　MOV SDA,C ；送

71、出一位</p><p><b>　　SETB SCL</b></p><p><b>　　NOP</b></p><p><b>　　NOP</b></p><p><b>　　CLR SCL</b></p><p>　　DJNZ

72、R7,PBIT</p><p><b>　　CLR SDA</b></p><p><b>　　SETB SCL</b></p><p><b>　　NOP</b></p><p><b>　　NOP</b></p><p><