单片机在过程控制中的应用.docx

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1、氨冷器被冷却介质出口温度-液位超驰控制系统的设计摘要氨冷器主要的作用是为了使醋酸铜氨液再生以便循环使用。为了达到生产过程对控 制系统的要求，在简单温度控制系统基础上叠加一个液位超驰系统，即温度-液位超驰 控制系统。该控制系统中需要用到温度及液位调节器，传统的调节器采用DDZ-III型电 动组合仪表，而随着单片机在控制领域广泛应用，利用计算机软件实现控制算法，具有 更大的灵活性、可靠性和更好的控制效果本文主要以AT89C51单片机为核心，结合传感器技术来实现超驰控制系统的智能 化设计，主要研究其基本工作原理，硬件电路设计以及软件设计，其中硬件部分包括核 心控制模块AT89C51单片机及其外围电路

2、的设计；软件部分包括系统程序控制流程图 以及主程序及各功能模块程序的结构设计等内容。关键词：超驰控制系统，AD转化器，89C51单片机，LCD显示，PID 算法THE INTELLIGENT DESIGN OF AMMONIA COOLEROVERRIDE CONTROL SYSTEM BYTHE COOLING MEDIUMOUTLET TEMPERATURE-FLUID POSITIONABSTRACTAmmonial main role is to make renewable liquid ammonia copper acetate for recycling. In order t

3、o achieve the production control system requirements, superposition a solution on the basis of simple temperature control system for super relaxation system, that is, temperature - level override control system. The need to control system of temperature and Liquid Level regulator regulator DDZ-III t

4、ype electric combination of traditional instruments, but with the wide application of Single Chip Computer in control field. This paper mainly AT89C51 microcontroller as the core, to override the intelligent design of control system with sensor technology, mainly studies the basic working principle,

5、 hardware circuit and software design, the hardware part includes the design module of AT89C51 MCU and its peripheral circuit of the core control; the software part includes the system flow chart and the structure design of the main program and each the function module of the program control program

6、 etc.KEYWORDS: override control system, A/D converter, 89C51 MCU, LCD display, PID algorithm目录摘要（中文）I摘要（外文）I1绪论11.1研究背景及意义11.1.1研究意义11.2主要研究内容22系统总体设计方案32.1系统工作原理32.2总体设计方案32.2.1温度采集方案的选择32.2.2显示电路方案的选择32.2.3声光报警电路方案的选择42.2.4系统总体设计43系统的硬件电路设计53.1核心控制模块的设计53.1.1 AT89C51单片机简介53.1.2 AT89C51单片机最小系统73.2

7、A/D和D/A转换器83.2.1 ADC0809芯片93.2.2 DAC0832芯片123.3执行模块的设计153.4 显示模块的设计163.5报警模块的设计183.6电源模块的设计184系统的软件设计194.1主程序的设计194.1.1 T1中断模块204.2 IPD算法的设计204.3各功能模块子程序的设计224.3.1 A/D转换子程序234.3.2显示程序244.3.3键盘子程序24参考文献27附录1程序清单28致谢351绪论1.1研究背景及意义1.1.1研究意义如今，随着工业的发展和能源供求的紧张，工程技术人员对于这些过去废弃不用的 余热加以重视，利用它来产生压力蒸汽，以此作为供热，

8、供气，供电和动力的辅助能源， 借以提高热能的总利用率，降低燃料消耗指标，降低电耗，借以获取经济效益，因此设 计一个优良的蒸汽热能回收换热器有着十分重大的意义。通过本次毕业设计对掌握电路 设计和89C51程序设计的思路与方法，掌握氨冷器控制系统的意义与运用，结合单片机 与传感器技术对温度及液位进行检测和控制以使系统的响应速度加快，超调量减少，过 渡过程时间缩短，振荡次数减少控制，生产安全成为本系统研究的主要目的和意义1.1.2氨冷器温度-液位超驰控制系统概述在合成氨生产过程中，采用醋酸铜氨液吸收变化气体中的一氧化碳和二氧化碳，吸 收是一个放热反应，吸收一氧化碳与二氧化碳的醋酸铜氨液温度高达80C

9、以上，为了使 醋酸铜氨液再生以便循环使用。其关键性的一个步骤就是将饱和的醋酸铜氨液冷却到 810C，其冷却过程主要是借助于氨冷器来实现的，氨冷器是依靠液氨汽化吸收醋酸铜 氨液的热量，使铜氨液的温度下降这一原理进行的，液氨在氨冷器中汽化需要一定的时 间，氨冷器在某一个液位高度上汽化面积为最大，因此，当液氨高度超过最大的汽化面 积高度后，液位越高汽化面积越小，调节过程会出现反常现象，这是氨冷器调节的一个 重要特点。为了达到生产过程对控制系统的要求，在简单温度控制系统的基础上叠加上 一个液位超驰调节系统。如图1-1所示。图1-1氨冷器温度-液位超驰控制系统正常工况下，如果温度升高，温度控制器输出控制

10、液氨流量。增加液氨量，经液氨 的蒸发，使出口温度下降。如果液位上升到软限液位设定仍不能降低温度，由液位控制 器取代温度控制器，根据液位控制进氨量，保护了后续设备，一旦温度下降，温度控制 器输出与液位控制器输出相等，并继续下降时，温度控制器就自动取代液位控制器，工 艺操作恢复到正常工况。在该控制系统中，调节器既可安装在液氨管线上，也可安装在氨气管线上，调节阀 安装在氨气管线上对象迟后较小，反应比较灵敏，但缺点是需要用一个较大管径耐高压 的气体阀门，这种阀门成本比较高，而且受氨气的腐蚀比液氨严重得多，所以调节阀一 般是安装在液氨管线上。无论在正常工况下，还是在异常工况下，总是有调节器处于开环待命状

11、态。对于处 于开环的调节器，其偏差长时间存在，如果有积分控制作用，其输出将进入深度饱和状 态。一旦选择器选中这个调节器工作，调节器因处于饱和状态而失去控制能力，只能等 到退出饱和以后才能正常工作。所以在超驰控制系统中，对有积分作用的调节器必须采 取抗积分饱和措施。而对于计算机在线运行的控制系统，只要利用计算机的逻辑判断功 能进行适时切换即可。1.2主要研究内容本文主要以AT89C51单片机为核心，结合传感器技术来实现超驰控制系统的智能化 设计，主要研究其基本工作原理，硬件电路设计以及软件设计，其中硬件部分包括核心 控制模块AT89C51单片机及其外围电路的设计；软件部分包括系统程序控制流程图以

12、 及主程序及各功能模块程序的结构设计等内容。在本次毕业设计过程中，主要涉及到如下工作：(1) 研究与分析PID控制理论的发展现状，并提出本设计的最终方案。(2) 选择以单片机为核心的中央处理器。在设计的过程中，熟悉AT89C51单片机汇 编语言的设计流程和开发环境。同时对各功能模块进行软硬件的设计与实现。(3) 在学习单片机的基础上，完成硬件电路各个功能模块的设计和软件程序的编写， 以及电路仿真和调试，最终实现显示、自动调节的功能。(4) 在显示方面采用了 LCD12864作为显示信息器件，与用户进行友好交互。LCD12864是专门用于显示汉字、字母、数字、符号的显示模块，具有功耗低、体积小、

13、 显示内容丰富等诸多优点，在低功耗应用系统中得到很广泛。2系统总体设计方案2.1系统工作原理在温控部分，用89C51单片机为中央处理器，通过温度传感器DS18B20采集温度信 号，ADC0809将采集到的温度信号传输给单片机，再由单片机控制显示器，并进行PID 处理，然后经DAC0832输出模拟信号驱动电气转换器QZD-1000，继而控制液氨调节 阀，调节液氨的进出量，实现对温度的控制。在液位控制部分，当液位低于最大汽化面积高度九时，液位变送器的输出信号经 A/D转换后送入单片机，单片机仅控制显示器显示此时?的液位；当液位超过最大汽化面 积高度Hmax时，单片机中的门限值判断程序会做出相应动作

14、，此时切断温度调节程序， 由液位调节程序取代，控制液氨调节阀，调节液氨的进出量，实现对液位的控制，不使 H超过叽，当H信号低于叽时，又重新由温度调节程序对液氨调节阀进行控制。 在温度和液位超出限定值时，会进行声光报警。2.2总体设计方案超驰控制系统的智能化设计的目的是实现温度液位的自动调节，维持温度在给定值 附近，系统安全运行。本设计的基本系统构成主要包括单片机核心控制模块、温度液位 采集模块、执行模块、报警模块等。2.2.1温度采集方案的选择方案一：采用传统的热电阻传感器测量温度值，再将信号送入温度变送器，输出标 准电信号，经ADC0809转化为数字信号送入单片机。成本简单，但结构较复杂，涉

15、及 多个元器件。方案二：采用集成温度传感器DS18B20，DS18B20温度传感器是美国DALLAS半 导体公司最新推出的一种改进型智能温度传感器，与传统的热敏电阻等测温元件相比， 它能直接读出被测温度，并且可根据实际要求通过简单的编程实现912位的数字值读 数方式。独特的单线接口仅需要一个端口引脚进行通信，不需经过ADC转换再送入单 片机中综合各项因素，选择方案二。2.2.2显示电路方案的选择方案一：显示电路采用4位共阳LED数码管，从P3 口 RXD,TXD串口输出段码。 显示电路是使用的串口显示，最大的优点就是使用口资源比较少，该显示电路只使用单 片机的3个端口 P1.7, P3.0,

16、P3.1。并配以4片串入并出移位寄存器74LS164CLED驱动） 四只数码管采用74LS164右移寄存器驱动，显示比较清晰。但结构为复杂。方案二：采用LCD12864作为显示信息器件，与用户进行友好交互。LCD12864是专 门用于显示汉字、字母、数字、符号的显示模块，具有功耗低、体积小、显示内容丰富 等诸多优点，在低功耗应用系统中得到很广泛LCD12864，即像素为128*64的显示液 品。其每一行最多可以显示8个中文，16个半宽字体。由该模块构成的液晶显示方案与 同类型的图形点阵液品显示模块相比，不论硬件电路结构或显示程序都要简洁得多。综合考虑，选用方案二。2.2.3声光报警电路方案的选

17、择方案一：采用蜂鸣器和高亮发光二极管组成声光报警电路。它是高电平报警，一旦 监测到温度、液位值达到报警限时，就发出报警。该电路简单、可靠。方案二：采用语音芯片，在超过上下限时能够通过语音进行报警，其人机交互友好， 但控制复杂，成本较高。综合考虑，选用方案一。2.2.4系统总体设计本系统通过温度采集模块对氨冷器出口温度信号进行采样，同时液位采集模块也对 氨冷器中液氨高度进行采样，将采集到的信号送到89C51单片机进行处理，当在正常工 况时，采用温度调节程序，最后单片机将处理过的数字信号通过D/A转换为模拟信号输 出，驱动电气转换器，将电流信号转化为标准气压信号，推动执行机构，控制液氨的进图2-1

18、总体设计方案框图3系统的硬件电路设计3.1核心控制模块的设计3.1.1 AT89C51单片机简介AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器(FPEROMFalsh Programmable and Erasable Read Only Memory)的低电压，高性能 CMOS8 位微处理 器，俗称单片机。AT89C2051是一种带2K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的单片机。 单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。该器件采用ATMEL高密度非易失存 储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8 位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATM

19、EL的AT89C51是一种高效微控制器， AT89C2051是它的一种精简版本。AT89C51单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵 活性高且价廉的方案。其管脚图如图3-1所示。_12P1.0VCC3P1.1P0.0/AD04P1.2P0.1/AD15P1.3P0.2/AD26P1.4P0.3AD37P1.5P0.4/AD4_8P1.6P0.5/AD59P1.7P0.6/AD6_0RSTP0 7/AD711RXD/P3.0ea/vpp_12TXD/P3.1ALE/PROG_3INT0/P3.2PSEN_4INT1/P3.3P2.7/A15_5T0/P3.4P2.6/A14-A6T1E3-5P2

20、.5/A13WRP3 6P2.4/A12_8RD/P3.7P2.3/A1119XTAL2P2.2/A1020XTAL1P2.1/A9GNDP2.0/A840393837363534333227262524232221图3-1 AT89C51管脚图1.主要特性：.与MCS-51兼容4K字节可编程闪烁存储器寿命：1000写/擦循环数据保留时间：10年全静态工作：0Hz-24Hz三级程序存储器锁定128*8位内部RAM32可编程I/O线两个16位定时器/计数器5个中断源可编程串行通道低功耗的闲置和掉电模式片内振荡器和时钟电路2 .引脚功能说明(1) VCC为电源电压，GND为地。(2) P0 口：

21、P0 口为一个8位漏级开路双向I/O 口，每脚可吸收8TTL门电流。当P1 口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以 被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进行 校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。在访问外部数据存储器或程序存储器 时，这组口线分时转换地址(低8位)和数据总线复用，在访问期间激活内部上拉电阻。 在Flash编程时，P0 口接收指令字节，而在程序校验时，输出指令字节，校验时，要求 外接上拉电阻。(3) P1 : P1 口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O 口，P1 口缓冲器能接收输

22、出4TTL门电流。P1 口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1 口被外部下拉 为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1 口作 为第八位地址接收。(4) P2 口： P2 口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O 口，P2 口缓冲器可接收，输出 4个TTL门电流，当P2 口被写“ 1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并 因此作为输入时，P2 口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故P2 口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2 口输出地址的高 八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址

23、数据存储器进行 读写时，P2 口输出其特殊功能寄存器的内容。P2 口在FLASH编程和校验时接收高八位 地址信号和控制信号。(5) P3 : P3 口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O 口，可接收输出4个TTL门 电流。当P3 口写入“ 1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于 外部下拉为低电平，P3 口将输出电流(ILL)这是由于上拉的缘故。P3 口除了作为一般的I/O 口线外，更重要的用途是它的第二功能。如下所示： 口管脚备选功能P3.0 RXD （串行输入口）P3.1 TXD （串行输出口）P3.2 /INT0 （外部中断0）P3.3 /INT1 （外部中断1）P3.

24、4 T0 （记时器0外部输入）P3.5 T1 （记时器1外部输入）P3.6 /WR （外部数据存储器写选通）P3.7 /RD （外部数据存储器读选通）P3 口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。P3 口还接收一些用于Flash闪速存储器编程和程序校验的控制信号。（6）RST：复位输入。当振荡器工作时，RST引脚出现两个机器周期以上高电平将使 单片机复位。（7）ALE / PROG:当访问外部程序存储器或数据存储器时，ALE （地址锁存允许） 输出脉冲用于锁存地址的低8位字节。即使不访问外部存储器，ALE仍以时钟振荡频 率的1/6输出固定的正脉冲信号，因此它可对外输出时钟或用于定时目的。要

25、注意的 是：每当访问外部数据存储器时将跳过一个ALE脉冲。对Flash存储器编程期间，该引脚还用于输入编程脉冲（PR顽）。如有必要，可通过对特殊功能寄存器（SFR）区中的8EH单元的DO位置位，可禁 止ALE操作。该位置位后，只有一条MOVX和MOVC指令ALE才会被激活。此外， 该引脚会被微弱拉高，单片机执行外部程序时，应设置ALE无效。（8） PSEN程序储存允许（PSEN）输出是外部程序存储器的读选通信号，当AT89C51 由外部程序存储器取指令（或数据）时，每个机器周期两次PSEN有效，即输出两个脉 冲。在此期间，当访问外部数据存储器，这两次有效的PSEN信号不出现。（9 ） EA /

26、 VPP:外部访问允许。欲使CPU仅访问外部 程序存储器（地址为 0000H-FFFFH），EA端必须保持低电平（接地）。需注意的是：如果加密位LB1被编 程，复位时内部会锁存EA端状态。如EA端为高电平（接VCC端），CPU则执行内部程序存储器中的指令。Flash存储器编程时，该引脚加上+12V的编程允许电源VPP，当然这必须是该器件是 使用12V编程电压VPP。（10）XTAL1：振荡器反相放大器的及内部时钟发生器的输入端。（11）XTAL2:振荡器反相放大器的输出端。3.1.2 AT89C51单片机最小系统89C51单片机有4KEPROM，所以不需外扩EPROM，所以我们将AT89C51

27、芯片的第31脚（ET /VPP）固定接高电平。单片机的时钟电路有一个12M的晶振和两个30P的 小电容组成，它们决定了单片机的工作时间精度为1微秒。复位电路由22UF的电容和 1K的电阻及IN4148二极管组成，以前教科书上常推荐用10UF电容和10K电阻组成复 位电路，这里我们根据实际经验选用22UF的电容和1K的电阻，其好处是在满足单片 机可靠复位的前提下降低了复位引脚的对地阻抗，可以显著增强单片机复位电路的抗干 扰能力。二极管的作用是起快速泄放电容电量的功能，满足短时间多次复位都能成功。 如图3-2所示。30pFC3111.0592M234567891011121314151617181

28、920P1.0vccP1.1PL2PO 一 0( ADO)P1.3PO.l(ADl)P1.4P0.2(AD2)PL5P0.3(AD3jP1.6P0.4(AI4)PL7P0.5(AD5)P0.6(AD6)RSTPO.7(AD7)P3.O(K)EAATPP3一 i（Tm）P3.2(INT0)ALE;PROGP 顼 INTI)PSENP3.4(T0)P3.5(T1)P2.7(A15)P3.6(WR)P2.6(A14)P3.7(RD)P2.5(A13)P2.4(A12)XTAL2P2.3(A11)XTALlP2.2(A10)P2.1(A9)GNDP2.0A8)图3-2 AT89C51最小系统电路图3.

29、2 A/D和D/A转换器液位变送器采集到的信号需经过AD转换送入单片机中进行处理，而由单片机处理 过的数字信号，需经过DA转换送入执行机构，驱动调节阀调节液氨的流量。本系统分别采用ADC0809和DAC0832作为模数转化器。它们都是较为通用的转换 器，性能稳定。3.2.1 ADC0809 芯片ADC0809是美国国家半导体公司生产的CMOS工艺8通道，8位逐次逼近式A/D模数 转换器。其内部有一个8通道多路开关，它可以根据地址码锁存译码后的信号，只选通 8路模拟输入信号中的一个进行A/D转换。是目前国内应用最广泛的8位通用A/D芯片。 它具有高速、高精度、温度依赖度低以及在长期工作条件下能耗

30、小、重复性好等优点。1.内部结构如图3-3所示图3-3内部结构图由图3-3可看芯片主要是由一个8位A/D转换器、8路模拟输入选通开关、地址锁 存及译码电路工作和三态数据输出锁存器组成。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 对输入模拟量要求：信号单极性，电压范围是0 5V，若信号太小，必须进行放大； 输入的模拟量在转换过程中应该保持不变，如若模拟量变化太快，则需在输入前增加采 样保持电路。为实现8路模拟通道能有条不紊地工作，首先通过地址

31、译码锁存器选通所要开通的8 路模拟通道中的一路开关，将模拟信号送入A/D转换器中实现A/D的转换，转换后的 数据放到三态数据锁存器中等待CPU来取，取后由CPU启动新一次的地址译码，重复 以上完成新一次的A/D转换。ADC0809芯片提供了高转换速度、高精密度、环境影响 小和低功耗等优点，被广泛应用于各种控制领域。2.外部结构ADC0809是带有8位A/D转换器、8路多路开关以及与微型计算机兼容的控制逻辑 的CMOS组件，其转换方法为逐次逼近型。在A/D转换器内部含有一个高阻抗斩波稳 定比较器，一个带有模拟开关树组的256电阻分压器，以及一个逐次逼近型寄存器。8 路的模拟开关由地址锁存器和译码

32、器控制，可以在8个通道中任意访问一个通道的模拟 信号。由于多路开关的地址输入部分能够进行锁存和译码，而且三态TTL输出也可以 锁存，所以它易于与微型计算机接口。如图3-4所示ADDBADDCSTARTEOCCLOCKALE图3-4 ADC0809引脚图引脚结构：ADC0809各脚功能如下： D7-D0 : 8位数字量输出引脚 IN0-IN7 : 8位模拟量输入引脚 VCC : +5V工作电压 GND ：地 REF（ +）:参考电压正端 REF (-):参考电压负端 START : A/D转换启动信号输入端 ALE :地址锁存允许信号输入端(START和ALE两种信号用于启动A/D转换，通常接在

33、一起) EOC :转换结束信号输出引脚，开始转换时为低电平，当转换结束时为高 电平。 OE :输出允许控制端，用以打开三态数据输出锁存器。 CLK :时钟信号输入端(一般为500KHz)。1.地址输入和控制线：4条ALE为地址锁存允许输入线，高电平有效。当ALE线为高电平时，地址锁存与译码 器将A，B，C三条地址线的地址信号进行锁存，经译码后被选中的通道的模拟量进 转换器进行转换。A，B和C为地址输入线，用于选通IN0-IN7上的一路模拟量输入。通道选择表 如下表3-1所示。表3-1地址信号与选中通道的关系地址选中通道CBA000IN0001IN1010IN2011IN3100IN4101IN

34、5110IN6111IN73. ADC0809应用说明(1) . ADC0809内部带有输出锁存器，可以与AT89S51单片机直接相连。(2) .初始化时，使ST和OE信号全为低电平。(3) .送要转换的哪一通道的地址到A，B，C端口上。(4) .在ST端给出一个至少有100ns宽的正脉冲信号。(5) .是否转换完毕，我们根据EOC信号来判断。(6) .当EOC变为高电平时，这时给OE为高电平，转换的数据就输出给单片机 了。ADC0809芯片与51单片机的连接电路如图3-5所示。图 3-5 ADC0809 与 AT89C51 的连接%ALE80C510EALECLKD2CST一AECV,II+

35、II*HIC08093.2.2 DAC0832 芯片DAC0832是美国资料公司研制的8位双缓冲器D/A转换器。芯片内带有资料锁存 器，可与数据总线直接相连。电路有极好的温度跟随性，使用了 COMS电流开关和控 制逻辑而获得低功耗、低输出的泄漏电流误差。芯片采用R-2RT型电阻网络，对参考电 流进行分流完成D/A转换。转换结果以一组差动电流IOUT1和IOUT2输出。DAC0832主要性能参数：分辨率8位；转换时间1s参考电压10V；单电源 +5V+15V；功耗20mW。1.内部结构如图3-6所示。/XFIR17ILE 剪/CS 1/W1 2B4kDAC宵布皓R Veep12 IDTJT211

36、 loirn3 ACNDW DCNC图3-6内部结构图DAC0832中有两级锁存器，第一级锁存器称为输入寄存器，它的锁存信号为ILE； 第二级锁存器称为DAC寄存器，它的锁存信号为传输控制信号XFER。因为有两级锁 存器，DAC0832可以工作在双缓冲器方式，即在输出模拟信号的同时采集下一个数字 量，这样能有效地提高转换速度。此外，两级锁存器还可以在多个D/A转换器同时工作 时，利用第二级锁存信号来实现多个转换器同步输出。图3-12中LE为高电平、CS和WR为低电平时，巨为高电平，输入寄存器的输出 跟随输入而变化；此后，当WR由低变高时，叫为低电平，资料被锁存到输入寄存器 中，这时的输入寄存器

37、的输出端不再跟随输入资料的变化而变化。对第二级锁存器来说， XFER和旺同时为低电平时，巨为高电平，DAC寄存器的输出跟随其输入而变化； 此后，当WR由低变高时，乓变为低电平，将输入寄存器的资料锁存到DAC寄存器 中。222.引脚结构如图3-7所示图3-7引脚结构图DAC0832是20引脚的双列直插式芯片。各引脚的特性如下: C 片选信号，和允许锁存信号ILE组合来决定W 1是否 起作用。 ILE允许锁存信号。 WRi写信号1，作为第一级锁存信号，将输入资料锁存到 输入寄存器（此时WR必须和石、ILE同时有效）。 WR2写信号2，将锁存在输入寄存器中的资料送到DAC 寄存器中进行锁存（此时，传

38、输控制信号XFER必须有效）。 XFER 传输控制信号，用来控制WR o DI7DI08位数据输入端。2 IOUT1模拟电流输出端1。当DAC寄存器中全为1时，输 出电流最大，当DAC寄存器中全为0时，输出电流为0。 IOUT2模拟电流输出端2。IOUT1+IOUT2=常数。 Rfb反馈电阻引出端。DAC0832内部已经有反馈电阻， 所以，Rfb端可以直接接到外部运算放大器的输出端。相当于将反馈电阻接在运 算放大器的输入端和输出端之间。 Vref参考电压输入端。可接电压范围为10V。外部标准 电压通过VRef与T型电阻网络相连。 VCC芯片供电电压端。范围为+5V+15V，最佳工作状态 是+1

39、5V。 AGND模拟地，即模拟电路接地端。 DGND数字地，即数字电路接地端。3.3执行模块的设计本系统采用气动调节阀作为执行机构，这是由于气动调节阀能用于易燃易爆现场的 优点，还不能被电动调节阀所取代。气动调节阀由执行机构和调节机构（阀）两部分组装而成。气动调节阀有气开式与 气关式两种形式。气开、气关的选择原则是：从工艺生产安全考虑，一旦控制系统发生 故障、信号中断时，调节阀的开关状态应能保证工艺设备和操作人员的安全。如果控制 信号中断时，阀处于打开位置危害性小，则应选用气关式调节阀：反之，若调节阀处于 关闭位置时危害性小，则应选用气开阀。根据本系统工艺，我们采用气开型。为了使气动调节阀能够

40、接收电动调节器的输出信号，必须使用电/气转换器把调节器 输出的标准电流信号转换为20100KPa的标准气压信号。因此，电气转换器的作用就 是将电信号转换为气信号。本系统中采用QZD-1000电气转换器。QZD1000 系列产品有 QZD-1001、QZD-1000、QZD-1000B、QZD-1001i，QZD1000 系列电气转换器是工业自动化仪表中电动和电动仪表之间的信号转化元件。用以 将电动调节仪表输出的电流信号4-20mA或0-10mA，经转换器成比例的转化成20100KPa气动模拟信号，产品广泛应用于石化、电力、冶金等工业部门的自控系统 中。技术参数： 输入信号：420mA （标准）

41、，010mA （变型产品） 输出压力：0.02 0.1MPa （0.2 1 kg/cm2）气源压力：0.14MPa （1.4kg / cm2 ) 气源压力：0.14MPa （1.4 kg/ cm2） 输入阻抗：300Q10Q 4 20mA 时；1000Q30Q 0 10mA 时 环境温度：-25+55 C （一般型）；-25+40 C （防爆型）相对湿度：595%防爆型式：Exd IIBT6隔爆型（用“d表示，老标志用“B表示）；Exia IICT6本质安全型（用“i”表示，老标志用“A”表示） 气源接口 ：螺纹M10X1配管06x1信号接口： M22X1.5 （G 1/2 ）基本误差：1%

42、（输出压力范围的百分数表示）回差：1% （输出压力范围的百分数表示）死区：小于基本误差限绝对值的1/5 耗气量：小于1000L/h （标准情况下耗气量）传送时间：4秒（管径04,长为60m时）绝缘电阻：不小于20MQ外壳材料：压铸铝合金、表面喷塑处理 外形尺寸：203x160x105 （长x宽x高）重量：2.1 kg3.4显示模块的设计本设计中采用了 LCD12864作为显示信息器件，与用户进行友好交互。LCD12864 是专门用于显示汉字、字母、数字、符号的显示模块，具有功耗低、体积小、显示内容 丰富等诸多优点，在低功耗应用系统中得到很广泛LCD12864，即像素为128*64的显 示液晶。

43、其每一行最多可以显示8个中文，16个半宽字体。图3-9是它与系统单片机连 接的原理图。图3-9显示连接原理图表3-2为液晶显示模块管脚排列和功能。表3-2管脚排列和功能引脚标号功能说明备注1y ss逻辑负电源输入引脚，0V2V dd逻辑正电源输入引脚，+5V3V1偏压信号引脚，可调节其对比度一般接0V4RS数据/指令寄存器选择功能5R/W读写选择引脚若只需读，则接地6EN读写使能引脚714D0 D78位数据引脚线15CS1半屏控制引脚高电平时对应半屏 可用16CS2半屏控制引脚3.5报警模块的设计工业现场需要有对温度、液位超限的检测报警功能，并能通过声、光发出报警警示， 所以我们用到一个报警电

44、路。本设计采用蜂鸣器和高亮发光二极管组成声光报警电路。 报警器在整个系统中也起着非常重要的作用，它是高电平报警，一旦监测到温度和液位 值达到报警限时，就发出报警。该电路简单、可靠。为了加大报警声音的响度，还需在 电路中加上一个三极管作驱动。另外还使用了高亮、大功率的发光二极管作光报警。采 用的高亮发光二极管的优点表现在：尺寸小，体积小；不存在热辐射；低电压，低电流 启动，耗电少；反应速度快，可用于高频场合；使用寿命长；有利于环保；容易开发成 轻薄短小产品。其系统电路图如图3-10所示。图3-10报警电路图3.6电源模块的设计本设计用到两个电压+5v和+24v，可以经220v变压和7805稳压芯

45、片提供，如图 3-11所示。图3-11电源设计电路4系统的软件设计本设计软件所要实现的功能：实时控制液氨调节阀；实时检测是否超温度液位出上 下限；低选；实时显示检测的数据、上下限数值；实时监控键盘输入；报警控制。4.1主程序的设计本系统各功能模块子程序主要包括：温度处理程序、A/D转换程序、液位处理程序、 低选、D/A转化程序、显示程序、温度液位设定程序。主程序完成整个系统的初始化工 作，包括堆栈设置及有关标志，内存地址单元分配，暂存单元和动态显示缓冲区数据清 零等，主程序还需要调用T0中断程序。主程序软件流程图如图4-1所示。系统初始化60H64H清0,40H43H赋行扫描值，44FH4FH赋8位键码调用键盘键盘扫描子程序T1初始化开中断等待中断图4-1主程序软件流程图4.1.1 T1中断模块T0中断程序主要完成整个系统的温度液位控制工作，包括A/D转换，报警处理，调 用PID子程序，D/A转换等。T1中断模块的程序流程图如图4-2所示。图4-2 T1中断服务子程序流程图4.2 IPD算法的设计氨冷器这样的设备可以选择积分外反馈型的比例积分调节器，在一个控制系统中全 少由被控对象、测量变送器、控制器及执行器等部分组成。由于外界的各种扰动