微机原理课程设计基于DVCC实验箱的电厂锅炉给水pH值检测系统接口设计.doc
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1、目录第1章 绪论11.1 设计目的11.2 设计要求1第2章 设计原理22.1 总体设计22.2 工作原理分析2第3章 器件选型43.1 AT89C51单片机43.2 A/D转换器53.2.1 A/D工作原理53.2.2 AD0809介绍53.3 移位寄存器63.4 LED显示部分73.5 整体仿真电路8第4章 程序设计9第5章 心得体会12参考文献13第1章 绪论1.1 设计目的针对锅炉给水系统,为保证锅炉安全而经济地运行,需对水(补给水或凝结水)进行净化、软化、除盐、除气等处理,再对锅炉给水进行调质,在水中加入适量的酸碱液,使水的pH值在指定数值或设定范围。pH值是考察溶液酸度的一个重要参
2、数,但在线pH值的测量还没有很好地应用于电厂锅炉补给、锅炉给水以及循环冷却水中。通过pH值的在线检测,可及时调节系统中的pH值,使其控制在最佳范围内,从而达到减缓锅炉设备腐蚀、结垢的目的。由于电厂锅炉给水温度的变化直接影响pH值测量的准确性,采用现有的温度补偿方法也只能减小温度的影响,却无法补偿给水本身的温度特性带来的偏差,为提高pH值测量的准确性,采用计算机自动进行补偿,可消除温度的影响,提高pH值测量的准确性。本设计是通过DVCC试验箱实现对检测数据的调整,最后显示其真实值。本设计的主要目的为:1.了解并掌握单片机的原理、结构、指令、输入输出接口及应用。 2.熟悉DVCC实验系统的软、硬件
3、结构,并能利用此系统进行开发设计。 3.掌握汇编语言程序设计和调试。4.掌握PH值传感器的特性及输出信号特点并能实现信号的转换及最终的PH值的显示。1.2 设计要求开发型单片单板机DVCC-51是一种简易在线开发系统,它具有开发编程功能,可用于用户8031单片机系统的在线CPU仿真/调试,而且它自身就是一台以8031单片机为CPU的单板机,可直接用于工业过程控制、实时数据采集/处理系统和各种智能仪器仪表。本设计主要通过DVCC-51来实现软件与硬件的调试,以达到设计的目的。本设计的要求如下:设计指标:pH测量范围 0-14,精度0.1,具有温度补偿能力。1、基于DVCC实验箱,调通A/D转换器
4、,并能实现对输入的信号进行转换。2、根据PH值传感器输入的信号特点,进行量纲的转换和数据的显示。3、并最终将测出的PH值实现远传(即具有和上位机PC机通讯的能力)。第2章 设计原理2.1 总体设计本系统主要由单片机,pH传感器,温度补偿电路,信号调理电路及数码管显示模块组成。其流程图如图2-1所示。图2-1 系统整体结构PH电极产生与水pH有关的微弱电信号,经过调理电路处理后为0-5V标准电信号,然后送给ADC0809八位高精度模数转换器,将0-5V的标准模拟电信号转换为数字信号。同时温度补偿电路也将信号连入单片机,单片机对信号进行各种处理,通过转换公式再换算成对应的pH值。经过处理的参数信号
5、通过显示电路进行显示,使人们能直观的看到pH显示。2.2 工作原理分析本系统主要部分为A/D转换和单片机,由于对精度没做很大要求,我们采用逐次逼近式A/D转换ADC0809。由于ADC0809在进行A/D转换时需要有CLK信号,而此时的ADC0809的CLK是接在AT89C51单片机ALE信号4分频后的引脚上。因此产生CLK信号的方法就不用软件来产生了,直接由单片机硬件来完成,通过旋钮改变输入电压。ADC0809的参考电压VREFVCC,所以转换之后的数据要经过数据处理,通过程序处理的过程就包含了实现了量程变换,本次设计采用C语言编程,然后再由单片机的串行口输出给显示电路。而显示电路则是由74
6、LS164和数码管连接起来的,最后把数据送入数码管显示,选用3个共阴极数码管进行显示当前pH的变化值。ADC0809与单片机8032的连接,所需要的芯片在DVCC面板上都有,查找其模数转换应用原理图如图2-2所示。图2-2 A/D转换ADC0809应用原理图第3章 器件选型3.1 AT89C51单片机图3-1 单片机引脚图AT89C51是美国ATMEL公司生产的低功耗,高性能CMOS8位单片机,片内含4k bytes的可系统编程的Flash只读程序存储器,器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产,兼容标准8051指令系统及引脚。它集Flash程序存储器既可在线编程(ISP)也可用传
7、统方法进行编程及通用8位微处理器于单片芯片中,功能强大,而且价位低。管脚图如图3-1所示。40个引脚按引脚功能大致可分为4个种类:电源、时钟、控制和I/O引脚。管脚功能说明:1.电源:VCC 芯片电源,接+5V;VSS 接地端。 2.时钟:XTAL1、XTAL2 晶体振荡电路反相输入端和输出端。 3.I/O线:8031共有4个8位并行I/O端口:P0、P1、P2、P3口,共32个引脚。P3口还具有第二功能,用于特殊信号输入输出和控制信号(属控制总线)。 4.P3口第二功能:P30/RXD,串行输入口;P31/TXD,串行输出口;P32/INT0,外部中断0(低电平有效);P33/INT1,外部
8、中断1(低电平有效);P36/WR,外部数据存储器写选通(低电平有效);P37/RD,外部数据存储器读选通(低电平有效)。3.2 A/D转换器3.2.1 A/D工作原理常用的A/D转换原理可分为逐次逼近式和双积分式两种。前者转换时间短(几s到100s),适用于工业生产过程的控制;后者转换时间长(几ms到100ms),适用于实验室标准测试。A/D转换器选用ADC0809模拟/数字转换器。ADC0809是带有8位A/D转换器、8路多路开关以及微处理机兼容的控制逻辑的CMOS 组件。它是逐次逼近式A/D 转换器,可以和单片机直接接口。根据A/D转换器的原理,n位A/D转换器输出的二进制数字量B与模拟
9、输入电压VI 、正基准电压VREF+ 、负基准电压VREF- 的关系为式(3-1)所示: (3-1)3.2.2 AD0809介绍ADC0809是8位逐次逼近式AD转换器,包括8位模数转换器、8通道多路转换器和与微处理器兼容的控制逻辑。8通道多路转换器能根据地址锁存译码后的信号,选通8路模拟输入信号中的一个进行AD转换。 图3-2 ADC0809的内部逻辑结构图如图3-2为ADC0809的内部逻辑结构图。ADC0809由一个8路模拟开关、一个地址锁存与译码器、一个A/D转换器和一个三态输出锁存器组成。多路开关可选通8个模拟通道,允许8路模拟量分时输入,共用A/D转换器进行转换。三态输出锁器用于锁
10、存A/D转换完的数字量,当OE端为高电平时,才可以从三态输出锁存器取走转换完的数据。ADC0809芯片有28条引脚,采用双列直插式封装,如图3-3所示。下面说明各引脚功能。 图3-3 ADC0809模数转换器的引脚功能IN0IN7为8路模拟量输入端;D0D7 为8位数字量输出端;ADDA、ADDB、ADDC为3位地址输入线,用于选通8路模拟输入中的一路;ALE为地址锁存允许信号,输入,高电平有效;START为A/D转换启动信号,输入,高电平有效;EOC为A/D转换结束信号,输出,当A/D转换结束时,此端输出一个高电平(转换期间一直为低电平);OE为数据输出允许信号,输入,高电平有效。当A/D转
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