電導率在線控制系統(tǒng)軟件設計說明書

1、電導率在線控制系統(tǒng)軟件設計說明書電導率在線控制系統(tǒng)軟件設計說明書 電導率在線控制系統(tǒng)軟件設計說明書第一章系統(tǒng)概述L1系統(tǒng)研發(fā)目的及 意義電導率儀是一種應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用。隨著微電子工業(yè)清洗處理、飲用純凈水、藥用蒸儲水、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)外電導率儀的發(fā)展，

2、迫切需要檢定項目完備、高 精度的電導率檢定裝置來用于日常檢定工作，而電導率在線 控制系統(tǒng)軟件不僅精度高，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“電導率在線控制系統(tǒng)軟件”的研發(fā)與應用就 應允而出。近20年來，由于微電子學技術(shù)的進步以及計算機應用的 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。電導率在線控制系統(tǒng)軟件是先進的電子技術(shù)、傳感器技術(shù) 和軟件設計技術(shù)的完美結(jié)合。它可用于高精度測量水溶液的pH、ORP、電導率、TDS、 鹽度、

3、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 可行性分析隨著環(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

4、器操作復雜， 監(jiān)測成本高的缺點，所以電導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)出許多電導率在線控制系統(tǒng)軟件的生 產(chǎn)廠家，他們研制的智能型電導儀（電導計），創(chuàng)新的內(nèi)置溫 度補償功能，可調(diào)范圍05.0%/,當選擇0%/的溫度校 正系數(shù)，可以進行無溫度補償?shù)碾妼е碉@示，并且寬溫度補 償范圍為050。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顯示適于不同的觀察角度

5、，雙顯 示器可同時顯示電導值及溫度。堅固耐用的外殼增加了設備的穩(wěn)定性和耐用性。并提供自動開、關機功能以節(jié)省電源和方便使用，內(nèi)置微 處理器芯片，具有自動校準、自動溫度補償、數(shù)據(jù)儲存、功 能設置、自診斷信息和低電壓顯示等智能化功能?，F(xiàn)階段的智能電阻率測試儀應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 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。三個系列均可設置純水pH值測量模式和加氨純水pH值測 量模式。

6、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)了相應的產(chǎn)品。國外產(chǎn)品的價格明顯偏高，如美國的1054B電導率分析儀 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計理論和制

7、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 系統(tǒng)實現(xiàn)原理電導率測試儀是通過測量電導率來確 定溶液的粒子含

8、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,因此具有導電作用。其導電能力的強弱稱為電導度，電導度的大小也是電導率 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。電導率檢測儀的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)由方波激勵裝置、電導池、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

9、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)合的電導率在線控制系統(tǒng)軟件，以滿足加 強整機功能，發(fā)揮一機多用、降低成本的目的。主要涉及的設計包括溫度測量電路，電導率測量電路，單 片機外圍電路，鍵盤顯示電路，報警電路以及電導率溫度補 償方法。系統(tǒng)統(tǒng)的在線軟件平臺基于C51系列單片機和相關的單 片機仿真調(diào)試軟件系統(tǒng)，使用中斷控制多路選擇開關、A/D 轉(zhuǎn)換和驅(qū)動LED顯示，并且計算溫度補償和電導率值。

10、要功能是（1）能對水質(zhì)情況進行檢測，提供的檢測參數(shù) 是電導率和溫度值作為故障診斷依據(jù)；（2）記錄電導率運行 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)總體設計方案2.1主要技術(shù)指標 我們在電 導率在線控制系統(tǒng)軟件設計中,將電導池看作電導檢測電路 中的一個輸入電阻。電導率檢測儀是通過測量溶液電導率，既溶液中電解質(zhì)導 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池電極連在一起，介質(zhì)溫度在0120C范圍內(nèi)，用軟件對被測水溶液的電導率進行全自動 溫度補償,補償為0120。(2)儀器的通道測量

11、范圍為02(HiS/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*0.001/2411。(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DC4-20niAo(7)受電極制造精度的限制，我們在設計中將兩個通道的電 導率測量精度定為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，輔以電導率測量電路、溫度檢測電路以及一些必要的

12、外圍輔助電路來實現(xiàn)對溶液中電導率的檢測，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 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)本設計采用AD590芯片為核心進行溫度檢測。AD590的測量范圍為-55一+150,滿足設計要求范圍， 并且AD590可測量測量熱力學溫度、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

13、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0-20|iS/cm,即電導率的范 圍。本設備采用電阻交流分壓法，由于本測量方式設計許多測 量指數(shù)，具體內(nèi)容及計算方法在下面介紹測量電路設計章節(jié) 中給出，這里只簡單給出測量原理圖。激勵信號放大采樣處理數(shù)據(jù)顯示圖2.1電導率測量 原理圖圖2.2電導率測量電路圖圖2.3自動溫度補償電路 原理圖(1)溫度補償方法采用銷熱電阻與R/V轉(zhuǎn)換。利用集成運算放大器和伯熱電阻可以構(gòu)成自動溫度補償 電路，箱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)模擬開關電路是由選

14、用CMOS單端8通道多路開關 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 電導率測試儀硬件結(jié)構(gòu)圖電導率測試儀硬件結(jié)構(gòu)圖 如圖2.1所示。濾波器電壓跟隨器電導測量電路多路選擇開關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電導率測

15、試儀硬件結(jié)構(gòu) 圖2.4系統(tǒng)軟件流程圖YN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？多路選擇開關選擇 電導率通道多路選擇開關選擇溫度通道開始系統(tǒng)軟件流 程圖如圖2.2所示。Y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3.1 AT89C51單片機特性及管腳接線介紹 針對一定的 用途，恰當?shù)倪x擇所使用的單片機是非常重要的。對于明確的應用對象，選擇功能過少的單片機，無法完成 控制任務；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

16、復雜的信息處理，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

17、護、故障監(jiān)視等。3.1.1 AT89c51性能介紹 從硬件角度來看，與MCS51 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80312代單片機，其抗干擾性能強，性 能相當?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

18、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計方案。3.1.2 AT89C51主要接線介紹89C51管腳圖3.1所示:圖3.1 89C51管腳圖VCC：供電電壓。GND：接地端。RST：復位輸入端。當振蕩器復位時，要保持RST管腳兩個機器周期

19、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。pi 口管腳寫入r后，被內(nèi)部上拉為高電平，可用作輸入, pi 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

20、/O接口，P2 口緩沖器 可接收、輸出4個TTL邏輯門電流，當P2 口被寫T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“廣時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當對外部八位地 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 在FLASH編程和校驗時接收高八位地址信號和控制 信號。P3 :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P3 口寫入，T，后，它們被內(nèi)部電阻上拉為高電平

21、，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，當單片機上電正常工 作后，ALE引腳不斷輸出正脈沖信號。當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

22、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。當由外部程序存儲器取值期間，每個機器周期有兩次有 效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的信號將不會出 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

23、時，此引腳應接地。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Cl、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Cl、C

24、2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40pFi10pF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

25、 字節(jié)被重復編程以前，該操作必須被執(zhí)行。此外，AT89C51設有穩(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，直到下一個硬件復位為止。3.1.5 C51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 CY AC FO RSI RSO OV USR P

26、CY：進位標志位AC：輔助進位標志位FO：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3.1.6 C51單片機的中斷系統(tǒng)MCS51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"SET EA”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

27、被低中斷級 中斷。3.1.7 AT89C51最小系統(tǒng)AT89C51的最小系統(tǒng)原理圖如 圖3.12所示。圖3.2 AT89C51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)的關鍵器件 之一，設計要求所測溫度范圍在0C120,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。3.2.1.1 AD590的特性簡介AD590是美國模擬器件公司 生產(chǎn)的

28、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的溫度數(shù)值。它的主要特性如下：(1)流過器件的電流(pA)等于器件所處環(huán)境的熱力學溫度 度數(shù)：Ir/T=l式中Jr流過器件(AD590)的電流，單位為mA； T 熱力學溫度，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4V30 V。工作電壓可在4V6V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,相當于溫度變化1K。(4)輸出電阻為710 mC； (5)精度高，AD590 E- 55 +

29、-150C范圍內(nèi)，非線性誤差僅為±0.3。圖3.3 AD590的封裝圖3.2.2.2 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是溫度一電流型傳感器，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。3.2.23 AD590的基本應用AD590可以測量熱力學溫度、 攝氏溫度、兩點溫度差、多點最低溫度、多點平均溫度的器 件，廣泛應用于不同的溫度控制場合。由于

30、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模擬開關電路本次設計選用CMOS單端8通道多 路開關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INHo當INH="：T時，所有通道均斷開，禁止模擬量輸入；當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。7

31、4LS373的數(shù)據(jù)輸入端為D7DO,數(shù)據(jù)輸出端為Q7Q0。并設有一個選通端LE,當LE-時，數(shù)據(jù)輸出端與輸入 端直通相連；而當LE="O”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。模擬開關電路如圖所示，傳感器輸出的模擬量電壓將接 到模擬開關的輸入端1/001/07,哪一路送到A/D轉(zhuǎn)換器由 74LS373的輸出Q0Q2決定，而Q0Q2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Q0Q2o圖3.4輸入通道切換電路324 A/D轉(zhuǎn)換器和A

32、DC0809 簡介324.1 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的需要，大量結(jié)構(gòu)不 同、性能各異的A/D轉(zhuǎn)換芯片應運而生。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

33、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20ns50ns,速率 大約為5x1072x107次/S；雙極性逐次比較式的轉(zhuǎn)換時間 約為0.4弊,速率為2.5x106次/S。（2）分辨率。A/D轉(zhuǎn)換器的分辨率習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個單位分辨率的士 LSB,提高分辨率可以有效地減少量化誤差。(3)轉(zhuǎn)換精度。A/

34、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。3.2A.2 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 8個通道地址端口。CBA=OOO-111分別對應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

35、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，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lOOus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?shù)耐饨与娐罚?809可對05V的模擬信號進行轉(zhuǎn) 換。3.2.5 MCS-51單片機控制ADC的工作

36、過程首先利用指 令選擇0809的一個模擬輸入通道，當執(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；當執(zhí)行MOVXA,DPTR指令時，單片機發(fā) 出讀控制信號QE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

37、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 機響應此中斷請求，并進入中斷服務程序，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 ADCo3.2.6 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QP07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

38、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電導率測量部分3.3 電導率測試儀的工作原理電導率檢測法主要是通過測量溶 液的電導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)溶液導電能力的強弱稱為電導（S）,電極常數(shù)為 （Q）,與電導率（K）有如下關系：S=1/R=I/U=A/=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/為電導率，以K表示，習慣上以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

39、導 率。圖3.6電導率測量部分電路圖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為電導池，采用無極式傳感器，主通入電流，根據(jù)電磁感應原理，在副線圈中得到與溶液電導率成正比的感應電動勢。在測量時附近會產(chǎn)生的電動勢,會使電導池中的帶點粒子產(chǎn)生運動，所以可以將電導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 設計所要測得的含鹽量。3.4方波激勵電路的設計方波產(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

40、滯比較器的基礎上增加了一個由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。設輸出電壓偏向于正向飽和值，即時，加到電壓比較器同 相端的電壓為+F,而加于反相端的電壓，由于電容器C上的 電壓不能發(fā)生突變，只能由輸出電壓通過電阻按指數(shù)規(guī)律向 電容C充電來建立。圖3.8電容器C充電情況如圖所示，充電電流為。顯然，當加到反相端的電壓略正于+F時，輸出電壓便立即 從正飽和值迅速翻轉(zhuǎn)到負飽和值，又通過對C

41、進行反向充電, 直到略負于值時，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。T1 t T/2 T T2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t=0時，=,則在T/2的時間里，電容C上的電壓將以 指數(shù)規(guī)律由向方向變化，電容器端電壓隨時間變化規(guī)律為 (3.1)設T為方波的周期，當t=T/2時，=，代入上式，可得 對 T求解，可得 如適當選取R14和R15的值，可是F=0.462, 則振蕩周期可簡化為T=,或振蕩頻率為(3.4)在低頻范圍 (如10Hz10kHz)內(nèi)，對于固定頻率來說用運放來組成圖 3.8運放就行。當振

42、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3.5.1 8155H簡介 圖3.10 8155H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 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 相連。(2) PA7PA0、PB7-PB0是通用I/O 口線，用于傳送A、 B 上的外數(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，只設有16個鍵，分別 為09數(shù)字鍵、確認、返回、REST和停