畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）單片機(jī)在干餾氣化爐焚燒溫度控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

1、中文摘要溫度是工業(yè)對(duì)象中主要的被控參數(shù)之一，本文主要介紹了單片機(jī)在干餾氣化爐焚燒溫度控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，主要是以mcs-51單片機(jī)作為控制器的核心，結(jié)合溫度傳感器、變送器、a/d轉(zhuǎn)換器、led顯示器等組成一個(gè)溫度控制系統(tǒng)。氣化爐爐溫控制系統(tǒng)的控制過(guò)程主要是通過(guò)傳感器檢測(cè)到的溫度，經(jīng)a/d轉(zhuǎn)換芯片得到相應(yīng)的數(shù)字量，經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，得到應(yīng)有的控制量，去控制氣化爐風(fēng)門電調(diào)閥，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的控制。控制功能主要是由控制算法來(lái)實(shí)現(xiàn)，把傳統(tǒng)的pid控制和單片機(jī)的邏輯判斷指令結(jié)合起來(lái)，使pid控制更為靈活，能滿足生產(chǎn)過(guò)程的要求，詳細(xì)描述了系統(tǒng)的工作原理和單片機(jī)的硬件組成，軟件編制。關(guān)鍵詞： 溫度控制

2、單片機(jī) pid算法第一章緒 論在工業(yè)生產(chǎn)中，電流、電壓、溫度、壓力、流量、流速和開(kāi)關(guān)量都是常用的主要被控參數(shù)。例如，在冶金工業(yè)、化工生產(chǎn)、電力工程、機(jī)械制造和食品加工等許多領(lǐng)域，人們都需要對(duì)各類加熱爐、熱處理爐、反應(yīng)爐和鍋爐中的溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制。采用單片機(jī)來(lái)對(duì)它們進(jìn)行控制，主要是因?yàn)閱纹瑱C(jī)在一塊芯片上集成了構(gòu)成一臺(tái)微型計(jì)算機(jī)所需的cpu、rom、ram、i/o接口以及定時(shí)器/計(jì)數(shù)器等部件，能滿足對(duì)硬件的功能要求，并且它面向控制，定時(shí)控制功能特別強(qiáng)，cpu可以直接對(duì)i/o接口進(jìn)行各種操作，由于cpu訪問(wèn)存儲(chǔ)器、i/o接口的信息傳輸線（即總線）大多數(shù)在芯片內(nèi)部，因此不易受外界的干擾，不僅如此，它

3、的內(nèi)部功能特別強(qiáng)，系統(tǒng)控制方便。目前，國(guó)內(nèi)外提供了多種多樣的單片機(jī)開(kāi)發(fā)工具，它們具有很強(qiáng)的軟硬件調(diào)試功能和輔助設(shè)計(jì)的手段，大大地縮短了系統(tǒng)研制的周期，還可方便的實(shí)現(xiàn)多機(jī)和分布式控制，提高整個(gè)控制系統(tǒng)的效率和可靠性?；谏鲜鰡纹瑱C(jī)控制方便、組態(tài)簡(jiǎn)單和靈活性大等優(yōu)點(diǎn)，所以溫度的問(wèn)題用單片機(jī)來(lái)控制。而氣化爐的溫度控制過(guò)程對(duì)燃燼度、尾氣排放及焚燒穩(wěn)定性有著重要影響，因此設(shè)計(jì)干餾氣化爐的溫度控制系統(tǒng)對(duì)提高焚燒爐整體性能、焚燒穩(wěn)定性和自動(dòng)化程度都有重要意義。第二章干餾氣化爐焚燒概況2.1 干餾的涵義干餾又叫熱分解（熔融）、熱解或炭化，是指有機(jī)物在隔氧條件下加熱分解的過(guò)程。在實(shí)際生產(chǎn)中，按照生產(chǎn)燃料的不同可

4、將熱分解分為熱解造油和熱解造氣，熱解造油一般采用500以下的溫度，在隔氧條件下使有機(jī)物裂解，生成燃油；而熱解造氣主要是將垃圾的有機(jī)成分氣化和無(wú)機(jī)成分熔融為一體，得到可燃?xì)怏w同時(shí)回收金屬等有用物質(zhì)。2.2 干餾氣化爐的熱力學(xué)模型固體廢物的干餾氣化過(guò)程比較復(fù)雜，通常由熱分解、熔融、蒸發(fā)和化學(xué)反應(yīng)等傳熱、傳質(zhì)過(guò)程所組成。 為了便于更好的認(rèn)識(shí)其焚燒過(guò)程和便于干餾氣化爐的熱平衡計(jì)算，在平衡氣化期間，我們把干餾氣化爐內(nèi)的燃燒層次從頂部到底部可分為燃?xì)鈱?、傳熱層、熱解層、燃燒層和灰化層，在?shí)際焚燒過(guò)程中，各層沒(méi)有明顯的界限，只不過(guò)是總體上有時(shí)間上的先后差別而已。圖2-1所示在干餾氣化爐的熱分解過(guò)程中，隨著底

5、部的燃燒灰化，上部的廢氣物不斷的沉降，首先在傳熱層（200左右）干燥預(yù)熱，進(jìn)入到熱解層（200700）后被干餾熱解，分解出可燃?xì)怏w，可燃?xì)怏w向上經(jīng)過(guò)傳熱層烘烤頂部廢棄物，上升到爐頂燃?xì)鈱訒r(shí)溫度降至200左右，再?gòu)某鰵饪趯?dǎo)入燃燒爐內(nèi)完成高溫氧化過(guò)程，熱解層的殘留炭化物繼續(xù)下降，進(jìn)入燃燒層（600800）后進(jìn)一步燃燒和氣化，最后進(jìn)入灰化層灰化和冷卻。圖2-1氣化爐內(nèi)燃燒層次分布圖2.3 焚燒爐技術(shù)的分類和對(duì)比目前世界各地應(yīng)用的焚燒設(shè)備的型號(hào)達(dá)到200多種，其應(yīng)用廣泛，具有代表性的焚燒爐技術(shù)主要有四大類，即硫化床焚燒爐（包括rdf焚燒爐）技術(shù)、回轉(zhuǎn)窖焚燒爐技術(shù)、爐排型焚燒爐技術(shù)、熱解氣化焚燒爐（ca

6、o）技術(shù)。硫化床燃燒技術(shù)已發(fā)展成熟，由于其熱強(qiáng)度高，更適宜燃燒發(fā)熱值低、含水分高的垃圾；同時(shí)由于其爐內(nèi)蓄熱量大，在燃燒時(shí)基本上可以不用助燃。但由于流化床焚燒爐對(duì)垃圾顆粒度要求很高，同時(shí)要求進(jìn)料均勻，對(duì)操作運(yùn)行及維護(hù)的要求高，操作運(yùn)行及維護(hù)費(fèi)用也高，預(yù)處理設(shè)備的投資成本較高并且預(yù)處理中容易造成垃圾臭氣外溢，產(chǎn)生環(huán)境污染。而這些因素都制約著流化床焚燒技術(shù)在我國(guó)的廣泛應(yīng)用?；剞D(zhuǎn)窯焚燒爐技術(shù)的燃燒設(shè)備主要是一個(gè)緩慢旋轉(zhuǎn)的回轉(zhuǎn)窯，其內(nèi)塞可采用耐火磚砌筑，也可采用管式水冷壁用以保護(hù)滾筒。回轉(zhuǎn)窯式燃燒裝置設(shè)備費(fèi)用低，用電耗與其他燃燒方式相比也較少，但焚燒熱值較低。爐排型焚燒爐技術(shù)發(fā)展較為成熟，這種焚燒爐因?yàn)?/p>

7、具有對(duì)預(yù)處理要求不高、對(duì)熱值適應(yīng)范圍廣、運(yùn)行及維護(hù)簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)，許多國(guó)家都普遍采用這種燃燒技術(shù)。該類型焚燒爐形式很多，主要有固體爐排、鏈條爐排、滾動(dòng)爐排、傾斜順推往復(fù)爐排、傾斜逆推往復(fù)爐排等，為了使燃燒過(guò)程穩(wěn)定，爐排型焚燒關(guān)鍵是爐排。爐排的布置、尺寸、形狀隨著垃圾水分、熱值的差異以及生產(chǎn)廠商的不同而不同?，F(xiàn)在，世界發(fā)達(dá)國(guó)家開(kāi)始采用較先進(jìn)的焚燒技術(shù)是熱解氣化焚燒爐技術(shù)，熱解氣化爐技術(shù) （controlled air oxdation空氣氧化控制技術(shù)，簡(jiǎn)稱cao技術(shù)）是一種控制空氣燃燒技術(shù)。cao系統(tǒng)可分為加熱干燥、熱解氣化、炭化燃燒、可燃?xì)馊紵?個(gè)區(qū)域。2.4 基于空氣氧化控制（cao）的焚燒技

8、術(shù)cao垃圾焚燒爐采用氣化熔融與高溫焚燒相結(jié)合的技術(shù)，采用氣化爐熱解氣化與燃燒爐高溫燃燒分離的燃燒方式，有效控制二惡英等二次污染氣體物質(zhì)的產(chǎn)生，燃燒穩(wěn)定性較好，燃盡率高。2.4.1 氣化熔融技術(shù)的工作原理通過(guò)控制空氣供給量，分別控制其所包含兩個(gè)燃?xì)馐业墓╋L(fēng)量和溫度來(lái)實(shí)現(xiàn)干餾熱解氣化和燃燒過(guò)程。首先在干餾氣化爐內(nèi)將具有一定熱值的固體廢物在供氧不足的的條件下燃燒，供風(fēng)量只有理論需要空氣量的50%80%，依靠底部部分廢棄物的燃燒熱控制溫度在600800，使上部廢棄物中的可熱解物質(zhì)的化合鍵斷裂，轉(zhuǎn)化為小分子量的可燃?xì)怏w，然后在燃燒爐內(nèi)供給充足的空氣，供風(fēng)量為理論需要的130%150%，使可燃?xì)怏w完全、

9、充分燃燒，溫度可達(dá)8501100，并保證停留時(shí)間大于2s，使有毒有害物質(zhì)在高溫下完全氧化分解。而固體廢物中的能量以可燃?xì)獾任镔|(zhì)的形式儲(chǔ)存起來(lái)，成為儲(chǔ)藏、運(yùn)輸?shù)挠袃r(jià)值的燃料。2.4.2 氣化熔融技術(shù)特點(diǎn)1控制二惡英的排放二惡英是一種毒性極強(qiáng)的一類三環(huán)芳香族有機(jī)化合物，主要包括pcdd和pcdf兩類，抑制焚燒過(guò)程。二惡英的排放可歸納為以下幾點(diǎn)：1）燃燒溫度：一般認(rèn)為，高溫燃燒幾乎不生成二惡英，高溫下多氯聯(lián)苯等大部分被分解，另外，高溫燃燒促成二惡英合成的媒體氯化銅在高溫下被還原，氣化熔融爐的飛灰燃燒溫度大多在1300以上，所以氣化爐中的二惡英的排放量很低。2）停留時(shí)間：一方面需確保爐內(nèi)高溫燃燒時(shí)間足

10、夠長(zhǎng)；另一方面，對(duì)于尾部煙氣低溫度的二惡英的合成，應(yīng)盡量縮短煙氣在尾部的滯留時(shí)間，氣化熔融技術(shù)一般都采取急速冷卻措施。3）混合：爐內(nèi)溫度的均勻性非常重要，應(yīng)保證空氣與未燃盡煙氣充分混合2實(shí)現(xiàn)垃圾的減容飛灰和底渣經(jīng)熔融處理后，熔渣致密性大大提高，可以減容70%左右，同時(shí)通過(guò)對(duì)二惡英的分解和對(duì)重金屬的固化實(shí)現(xiàn)徹底無(wú)害化。3廢物利用率高可從熔融渣中方便的分離并回收有價(jià)值的金屬，分離后的殘?jiān)芍瞥山ㄖ牧?，防止了重金屬污染?.4.3 cao的焚燒系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)整個(gè)系統(tǒng)由燃燒系統(tǒng)、送引風(fēng)系統(tǒng)、尾氣處理系統(tǒng)、進(jìn)出料系統(tǒng)、軟水系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和燃料系統(tǒng)等組成。已研制開(kāi)發(fā)的gl-30型干餾氣化焚燒爐其主要設(shè)計(jì)

11、參數(shù)有：垃圾低位熱值：4500 kj/kg 適應(yīng)范圍：400009925 kj/kg垃圾濕度 ：40% 適應(yīng)范圍：25%55%一燃室溫度 ：600 變化范圍：550800二燃室溫度 ：1000 變化范圍：8501150過(guò)量空氣系數(shù)：1.35 變化范圍：1.31.5垃圾處理量 ：30m3/d 最大處理量：60m3/d干餾爐容積： 30m3x2只 干餾氣化時(shí)間：1016h煙氣高溫燃燒時(shí)間：2s 煙氣急冷停留時(shí)間 ：1s其中，燃燒系統(tǒng)是整個(gè)系統(tǒng)的核心，由兩個(gè)完全相同的干餾氣化爐和一個(gè)高溫燃燒爐組成，兩個(gè)干餾氣化爐可以交替工作，可使二次高溫燃燒爐和后續(xù)熱力除塵設(shè)備連續(xù)運(yùn)行，將高溫燃燒爐設(shè)計(jì)為與氣化爐分

12、離，為臥式圓筒燃燒爐，爐體從內(nèi)向外有火層和走風(fēng)層。進(jìn)入高溫燃燒爐的二次風(fēng)經(jīng)爐體預(yù)熱后，再?gòu)娜紵隣t前部進(jìn)入爐內(nèi)和氣化燃?xì)饣旌先紵?，其自?dòng)控制系統(tǒng)采用了可編程控制器與常規(guī)熱工儀表設(shè)計(jì)的方式，以plc為控制核心，傳感器、監(jiān)測(cè)儀表和自動(dòng)執(zhí)行裝置等為plc外部設(shè)備，確保了熱力設(shè)備安全高效的運(yùn)行。對(duì)于其硬件系統(tǒng)主要包括：plc控制器、干餾氣化爐單片機(jī)控制器、現(xiàn)場(chǎng)儀表、強(qiáng)電后備柜與微機(jī)控制臺(tái)；儀器儀表主要包括行程開(kāi)關(guān)、液位開(kāi)關(guān)、溫度傳感器、流量開(kāi)關(guān)等；執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要有電動(dòng)風(fēng)量調(diào)節(jié)閥等。2.4.4 cao焚燒過(guò)程及其控制策略1點(diǎn)火階段及其控制點(diǎn)火前要先將固體廢物裝入氣化爐。首先把氣化爐的投料蓋(頂蓋)打開(kāi)，通過(guò)

13、上料斗將固體廢物裝入氣化爐，再把投料蓋關(guān)上后，啟動(dòng)氣化爐點(diǎn)火器，將燃燒火焰從點(diǎn)火噴嘴噴射到氣化爐中的廢物上，使固體廢物的一部分點(diǎn)燃，這時(shí)廢物開(kāi)始進(jìn)行燃燒。當(dāng)廢物開(kāi)始部分地被燒著后，氣化爐下部固體廢物的燃燒逐漸地從點(diǎn)火口向?qū)γ娣较蚵?，消耗大量的曾存在于氣化爐中的氧和少量由送風(fēng)機(jī)所提供的氧。由于燃燒產(chǎn)生熱量，上部固體廢物開(kāi)始受到干餾熱解，隨著熱解的進(jìn)行，氣化爐中開(kāi)始產(chǎn)生可燃?xì)怏w，并經(jīng)過(guò)煤氣管道被導(dǎo)引入燃燒爐。引入燃燒爐的可燃?xì)怏w與燃燒爐中的空氣混合并由燃燒爐的燃燒器點(diǎn)燃，這時(shí)，氣化爐產(chǎn)生的可燃?xì)怏w開(kāi)始在燃燒爐中燃燒。此階段，氣化爐出口煙氣溫度和燃燒爐溫度都不斷上升，但由于燃燒剛剛開(kāi)始，產(chǎn)生的可燃

14、氣體很少，溫度上升相對(duì)緩慢。當(dāng)確定氣化爐底部燃燒擴(kuò)大到周圍的廢物并變成穩(wěn)定的燃燒，這時(shí)可以關(guān)掉點(diǎn)火器，結(jié)束點(diǎn)火。然而，當(dāng)燃燒火焰噴射到廢物時(shí)，氣化爐的溫度可能會(huì)有暫時(shí)急劇地增加，而火勢(shì)卻可能沒(méi)有很好的在底層廢物之間進(jìn)行傳遞，燃燒可能不擴(kuò)大，這種情況下，燃燒變的不穩(wěn)定并受火焰切斷的影響，而使干餾氣化停止進(jìn)行，所以對(duì)點(diǎn)火工況的判斷很重要。當(dāng)氣化爐出口煙氣溫度上升至設(shè)定值（8501150），關(guān)閉點(diǎn)火器后，出口煙氣溫度有可能下降，并在設(shè)定時(shí)間段后還沒(méi)有上升至設(shè)定值（8501150），即可以認(rèn)為氣化爐內(nèi)燃燒有熄滅的趨勢(shì)確定為點(diǎn)火失效。2燃燒擴(kuò)大階段隨著燃燒的擴(kuò)大和穩(wěn)定化進(jìn)展，氣化爐出口煙氣溫度繼續(xù)緩慢上

15、升，燃燒產(chǎn)生熱量的增加使上部固體廢物的熱解加劇，所產(chǎn)生的可燃?xì)怏w的量也不斷增加。從而使燃燒爐的溫度持續(xù)較快的上升。當(dāng)燃燒爐出口處的溫度傳感器監(jiān)測(cè)到燃燒爐的燃燒溫度達(dá)到預(yù)定溫度（8501150）時(shí)，可以判定可燃?xì)怏w可以自然燃燒，關(guān)閉燃燒爐的燃燒器，燃燒爐溫度暫時(shí)降低，然而，由于可燃?xì)怏w的自燃和可燃?xì)怏w量的增加，燃燒爐溫度繼續(xù)上升。3穩(wěn)定干餾階段當(dāng)可燃?xì)怏w開(kāi)始自燃后，控制電調(diào)閥調(diào)節(jié)氣化爐進(jìn)風(fēng)門的開(kāi)度，使可燃?xì)怏w在燃燒爐中的燃燒溫度保持在預(yù)先設(shè)置的(8501150)左右，在此溫度下，可使煙氣中的有機(jī)毒物質(zhì)分解、破壞，同時(shí)燃燒產(chǎn)生的氧和氮的數(shù)量也很少。燃燒溫度可通過(guò)電調(diào)閥控制燃燒爐風(fēng)門開(kāi)度調(diào)節(jié)，但要保

16、證可燃?xì)怏w完全燃燒所必須的氧量。在此期間，氣化爐中固體廢物的燃燒和熱解是穩(wěn)定進(jìn)行的，并且氣化爐的內(nèi)部空間出現(xiàn)從底部到頂部連續(xù)分布的灰化層、燃燒層、熱解層、傳熱層和燃?xì)鈱?。隨著固體廢物部分燃燒的發(fā)展，燃燒產(chǎn)生的灰化層將向上擴(kuò)展，燃燒層也有一定的向上轉(zhuǎn)移，上層廢物不斷沉降，可以熱解的固體廢物的量不斷減少，可燃?xì)怏w量不斷減少，減少到一定程度，燃燒爐溫度開(kāi)始快速下降。4灰化前助燃階段當(dāng)氣化爐不能產(chǎn)生使燃燒爐溫度基本保持在(8501150)左右的足夠大量的可燃?xì)怏w時(shí)，燃燒爐內(nèi)可燃?xì)怏w的燃燒溫度快速下降。同時(shí)，由于氣化爐內(nèi)熱解和干燥所需熱量的減少，氣化爐出口煙氣的溫度會(huì)快速的上升。燃燒溫度下降到低于設(shè)定溫

17、度(8501150)時(shí)，因可燃?xì)怏w量少，焚燒爐內(nèi)的燃燒會(huì)不穩(wěn)定，有輕微爆燃現(xiàn)象，通過(guò)監(jiān)視器觀察爐內(nèi)火焰忽明忽暗，壓差波動(dòng)很大，溫度低于可燃?xì)怏w的自燃溫度時(shí)，可燃?xì)怏w沒(méi)有經(jīng)完全燃燒，直接排放，造成二次污染。所以，當(dāng)溫度低于設(shè)定溫度時(shí)，就要啟動(dòng)燃燒爐的燃燒器，進(jìn)行噴油助燃，一方面穩(wěn)定燃燒，另一方面避免二次污染氣體的排放，當(dāng)噴油助燃時(shí)燃燒溫度都低于一設(shè)定溫度時(shí)，說(shuō)明氣化爐的可燃?xì)怏w已經(jīng)非常少了，可以關(guān)閉燃燒。5灰化冷卻階段燃燒爐燃燒器關(guān)閉后，燃燒爐已不再工作，此時(shí)，氣化爐內(nèi)可燃物質(zhì)已非常少了，可以適當(dāng)開(kāi)大風(fēng)門，使空氣過(guò)量，使剩余可燃?xì)堅(jiān)跉饣癄t內(nèi)加速燃燒，直到氣化爐內(nèi)所有可燃廢物燃盡灰化后，氣化爐溫

18、度在一設(shè)定溫度以下，可以停止焚燒系統(tǒng)的運(yùn)行，使殘灰自然冷卻。第三章 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)3.1系統(tǒng)的分析與總體的設(shè)計(jì)3.1.1對(duì)溫度控制系統(tǒng)的要求：1溫度測(cè)量。要有溫度測(cè)量電路，被測(cè)量為模擬量，要求微機(jī)具有相應(yīng)的通道。2溫度給定。要有相應(yīng)的給定輸入裝置。3溫度顯示。按要求實(shí)時(shí)顯示裝置的溫度值。4報(bào)警。當(dāng)溫度超過(guò)要求的范圍時(shí)，發(fā)出報(bào)警信號(hào)。3.1.2硬件和軟件功能劃分根據(jù)系統(tǒng)的要求，硬件系統(tǒng)應(yīng)該包括以下電路：溫度測(cè)量電路（包括傳感器、放大器、a/d轉(zhuǎn)換器及接口）、溫度控制電路、溫度顯示電路和輸出報(bào)警電路等。軟件功能包括：溫度檢測(cè)功能、溫度控制的實(shí)現(xiàn)功能、溫度顯示功能和報(bào)警功能 。3.2控制器的總體設(shè)計(jì)

19、3.2.1干餾氣化爐控制器的方案選擇工業(yè)控制系統(tǒng)的種類很多，根據(jù)不同的應(yīng)用場(chǎng)所和采用芯片的不同可以分為工控機(jī)控制、可編程控制器（plc）控制、單片機(jī)控制等。由于工控機(jī)一方面繼承了個(gè)人計(jì)算機(jī)豐富的軟件資源，使其軟件開(kāi)發(fā)更加方便，可以采用高級(jí)語(yǔ)言編程，設(shè)計(jì)友好的工作界面，利用計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的計(jì)算功能，編制復(fù)雜的軟件。此外，其接口都是標(biāo)準(zhǔn)接口，易于與各系統(tǒng)之間進(jìn)行通訊與連接。另一方面又具有可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，但其價(jià)格偏高。對(duì)于中等規(guī)模的控制系統(tǒng)，為了加快系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)速度，可盡量選用現(xiàn)成的工控機(jī)。對(duì)于可編程控制邏輯器其具有可靠性高，編程容易，組合靈活，輸入/輸出功能模塊齊全等優(yōu)點(diǎn)，一般用于對(duì)可靠性

20、要求高的場(chǎng)合。而單片機(jī)介于工業(yè)控制計(jì)算機(jī)和可編程控制器之間，具有較強(qiáng)的控制能力，它是把微型計(jì)算機(jī)主要部件都集成在一塊芯片上，因此單片機(jī)又可看成是一個(gè)不帶外部設(shè)備的微計(jì)算機(jī)。由于單片機(jī)具有功能強(qiáng)、體積小、可靠性高、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，因而在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國(guó)防、交通、民用消費(fèi)品等各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，有力地推動(dòng)了各行業(yè)的技術(shù)改造和產(chǎn)品的更新?lián)Q代。在本焚燒系統(tǒng)中，針對(duì)干餾氣化爐控制器自動(dòng)控制系統(tǒng)，選用單片機(jī)具有如下特點(diǎn)：1可靠性好。芯片本身是按工業(yè)測(cè)控環(huán)境要求設(shè)計(jì)的，其抗工業(yè)噪聲干擾優(yōu)于一般通用cpu；程序指令及常數(shù)、表格固化在rom中不易破壞；許多信號(hào)通道均在一個(gè)芯片內(nèi)，大大縮短了系統(tǒng)內(nèi)信號(hào)傳送距離

21、從而提高了抗干擾能力。另外，由于單片機(jī)體積小，適應(yīng)溫度范圍寬，在應(yīng)用環(huán)境比較差的情況下，容易對(duì)系統(tǒng)采取電磁屏蔽措施，在各種惡劣的情況下都能可靠工作。2易擴(kuò)展。片內(nèi)具有計(jì)算機(jī)正常運(yùn)行所必需的部件。芯片外部有許多供擴(kuò)展用的三總線及并行、串行輸入/輸出管腳，很容易構(gòu)成各種規(guī)模的計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。3控制功能強(qiáng)。為了滿足工業(yè)控制要求，采用面向控制的軟、硬件設(shè)計(jì)并且一般單片機(jī)的指令系統(tǒng)中均有極豐富的條件分支轉(zhuǎn)移指令、i/o的邏輯操作以及位處理功能，且內(nèi)無(wú)監(jiān)控程序或系統(tǒng)通用管理軟件，只放置有用戶調(diào)試好的應(yīng)用程序。4較多的引腳具有復(fù)用功能，可由指令設(shè)置或機(jī)器狀態(tài)來(lái)區(qū)分。5成本低，易開(kāi)發(fā)。隨著其技術(shù)含量不斷提高，

22、這為開(kāi)發(fā)廉價(jià)的控制系統(tǒng)提供了可能；另外，單片機(jī)的應(yīng)用已相當(dāng)廣泛，適于構(gòu)建簡(jiǎn)單、體積小的測(cè)控系統(tǒng)。 綜上所述，所以采用單片機(jī)方案既滿足控制系統(tǒng)的工作要求又可以節(jié)省成本。3.2.2 干餾氣化爐控制器的功能配置在整個(gè)焚燒系統(tǒng)中，由于有較多輔助控制設(shè)備，這些輔助設(shè)備的各種開(kāi)關(guān)量和模擬輸入量輸送到單片機(jī)的處理系統(tǒng)，具體如下：1控制輸出有：報(bào)警控制、氣化爐風(fēng)門電調(diào)閥控制、氣化爐點(diǎn)火器控制。2啟動(dòng)開(kāi)關(guān)有：手動(dòng)/自動(dòng)開(kāi)關(guān)、plc啟動(dòng)控制信號(hào)、投料蓋(頂蓋)行程開(kāi)關(guān)、出灰蓋(底蓋)行程開(kāi)關(guān)。3模擬輸入有：氣化爐出口煙氣溫度、氣化爐中部溫度、燃燒爐溫度等。第四章 硬件設(shè)計(jì)4.1 mcs51系列單片機(jī)簡(jiǎn)介及系統(tǒng)的單

23、片機(jī)選型近幾年來(lái)，雖然系列單片機(jī)得到了廣泛的應(yīng)用，但由于其昂貴的價(jià)格，相比之下，mcs-51系列具有價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，因此被廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。mcs51系列單片機(jī)是把微型計(jì)算機(jī)的基本功能部件（又稱為高檔8位單片機(jī)）集成在一塊超大規(guī)模集成電路上構(gòu)成的微型計(jì)算機(jī)。該類單片機(jī)具有i/o接口和兩個(gè)以上16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，具有較豐富的多級(jí)中斷系統(tǒng)，用其對(duì)溫度進(jìn)行控制，不僅控制方便、組態(tài)簡(jiǎn)單且靈活性大，同時(shí)還可以大幅度提高被控溫度的技術(shù)指標(biāo)，從而能夠大大提高產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量。其結(jié)構(gòu)圖如圖4-1圖4-1 單片機(jī)結(jié)構(gòu)框圖1基本特性為：1）8位cpu。2）片內(nèi)帶振蕩器，振蕩器的頻率范圍為1.2mhz12mhz

24、,有時(shí)鐘輸出。3）128字節(jié)的片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。4）4k字節(jié)的片內(nèi)程序存儲(chǔ)器。5）程序存儲(chǔ)器的尋址范圍為64k字節(jié)。6）片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的尋址范圍為64k字節(jié)。7）21個(gè)字節(jié)專用寄存器。8）4個(gè)并行i/o接口：p0、p1、p2、p3。9） 1個(gè)全雙工的串行i/o接口，可多機(jī)通信。10）2個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器。11）中斷系統(tǒng)有5個(gè)中斷源，可編程為兩個(gè)優(yōu)先級(jí)。12）111條指令，含乘法指令和除法指令。13）有較強(qiáng)的位尋址、位處理能力。14）片內(nèi)采用單總線結(jié)構(gòu)。15）用單一+5v電源。2引腳資源的分配如圖4-2和邏輯符號(hào)如圖4-3所示p3.4p3.0p3.1p3.2p3.3p3.5p3.7p3.6圖4

25、2 引腳資源的分配 vss vcc rst/vpd p0口8 xtal1xtal2 /vppale/880518031p1口rxdtxd8p2口t0p3口8t1圖43邏輯符號(hào)3引腳功能為：8051單片機(jī)芯片采用40引腳雙列直插封裝方式。1） 主電源引腳v和v。v電源端，工作電源和編程校驗(yàn)為+5v, v接地。2）時(shí)鐘振蕩電路引腳xtal1和xtal2。xtal1和xtal2分別用作晶體振蕩電路的反相器輸入和輸出端。在使用內(nèi)部振蕩電路時(shí)，這兩個(gè)端子用來(lái)外接石英晶體，振蕩頻率為晶振頻率，振蕩信號(hào)送至內(nèi)部時(shí)鐘電路產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖信號(hào)；若采用外部振蕩電路，則xtal2用于輸入外部振蕩信號(hào)，該信號(hào)直接送至內(nèi)部

26、時(shí)鐘電路，而xtal1必須接地。3）控制信號(hào)引腳rst/v、ale/、和/v。（1）rst/v：rst為復(fù)位信號(hào)輸入端。當(dāng)rst端保持兩個(gè)機(jī)器周期（24個(gè)時(shí)鐘周期）以上的高電平時(shí)，使單片機(jī)完成復(fù)位操作。第二功能v為內(nèi)部ram的備用電源輸入端。當(dāng)主電源v一旦發(fā)生斷電（稱掉電或失電），降到一定低電壓值時(shí)，可以通過(guò)v為單片機(jī)內(nèi)部ram提供電源，以保護(hù)片內(nèi)ram中的信息不丟失，使上電后能繼續(xù)正常運(yùn)行。（2）ale/：ale為地址鎖存允許信號(hào)。在訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，ale用來(lái)鎖存p0擴(kuò)展地址低8位的信號(hào)；在不訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，ale以時(shí)鐘振蕩頻率的1/6的速率輸出，因而它又可以用作外部定時(shí)或其他需要。但是

27、，在遇到訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，會(huì)丟失一個(gè)ale脈沖。ale能驅(qū)動(dòng)8個(gè)lsttl門輸入。第二功能是作為8751內(nèi)部eprom編程時(shí)的編程脈沖輸入端。（3）：外部程序的讀選通信號(hào)。當(dāng)訪問(wèn)外部rom時(shí)，產(chǎn)生負(fù)脈沖作為外部rom的選通信號(hào)；在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)ram或片內(nèi)rom時(shí)，不會(huì)產(chǎn)生有效的信號(hào)，可以驅(qū)動(dòng)8個(gè)lsttl門輸入端。（4）/v：為訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器控制信號(hào)。對(duì)于8051它的片內(nèi)有4kb程序存儲(chǔ)器。當(dāng)為高電平時(shí)，cpu訪問(wèn)程序存儲(chǔ)有兩種情況：第一種情況，訪問(wèn)的地址空間為04kb范圍內(nèi)，cpu訪問(wèn)片內(nèi)程序存儲(chǔ)器；第二種情況，訪問(wèn)的地址范圍超過(guò)4kb時(shí)，cpu將自動(dòng)執(zhí)行。4）4個(gè)8位i/o端口p0

28、、p1、p2、p3p0口有兩種功能：它可以作為地址/數(shù)據(jù)分時(shí)復(fù)用總線和通用i/o接口使用；p1口只有一種功能：作為內(nèi)部帶上拉電阻的準(zhǔn)雙向i/o口，具有輸出、輸入、端口操作三種工作方式；p3口除了作為準(zhǔn)雙向通用i/o使用外，每一根線還具有第二種功能，p3口用作i/o接口時(shí)，其功能與p1口相同，p3口作為第二功能使用時(shí)其鎖存器端必須為高電平。如下表4-1所示：表4-1 mcs-51接口功能表p3口引腳第二功能p3口引腳第二功能p3.0rxdp3.4t0p3.1txdp3.5t1p3.2int0p3.6wrp3.3int1p3.7rd由于本例對(duì)控制精度要求不高，控制功能一般，故選擇常用的mcs-51

29、系列單片機(jī)中的8051作為處理器。片外程序存儲(chǔ)器選用2732，容量為4k8位。因采集和處理的數(shù)據(jù)不多同時(shí)不需要保留，估計(jì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器使用片內(nèi)的即能滿足要求。4.2 系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)框圖主機(jī)確定后，就可以圍繞主機(jī)，根據(jù)以上的設(shè)計(jì)要求構(gòu)建一個(gè)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。一個(gè)單片機(jī)系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)包括兩部分內(nèi)容：一是系統(tǒng)擴(kuò)展，即當(dāng)單片機(jī)內(nèi)部的功能單元，如rom、ram、i/o等容量不能滿足系統(tǒng)的要求時(shí)，必須在片外進(jìn)行擴(kuò)展，選擇適當(dāng)?shù)男酒?，設(shè)計(jì)相應(yīng)的電路。二是系統(tǒng)配置，即按照系統(tǒng)功能要求配置外圍設(shè)備，如鍵盤、顯示器、a/d轉(zhuǎn)換器等。要設(shè)計(jì)合適的接口電路，在系統(tǒng)的擴(kuò)展和配置設(shè)計(jì)中，應(yīng)遵循以下原則：1盡可能選擇典型電路

30、，為硬件系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化打下基礎(chǔ)。2系統(tǒng)的擴(kuò)展與外圍設(shè)備配置的水平應(yīng)充分滿足應(yīng)用系統(tǒng)的功能要求，并留有適當(dāng)余地，以便進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)。3硬件結(jié)構(gòu)應(yīng)結(jié)合應(yīng)用軟件方案一并考慮。4系統(tǒng)中相關(guān)器件要盡可能做到性能匹配。5可靠性及抗干擾設(shè)計(jì)是硬件設(shè)計(jì)不可缺少的一部分，包括芯片、器件的選擇、去耦濾波等。6單片機(jī)外接電路較多時(shí)，必須考慮其驅(qū)動(dòng)能力。按照以上原則并結(jié)合干餾氣化爐控制器的特點(diǎn)和功能，首先初步確定了應(yīng)用系統(tǒng)，設(shè)計(jì)系統(tǒng)硬件框圖如圖4-3所示。然后按模塊分別對(duì)各單元電路進(jìn)行電路設(shè)計(jì)，接下來(lái)進(jìn)行硬件合成，即將各單元電路按硬件框圖將各部分電路組合到一起，構(gòu)成一個(gè)完整的電路圖。在整個(gè)控制系統(tǒng)圖中，通過(guò)外圍電

31、路采集模擬量，經(jīng)a/d轉(zhuǎn)換并輸入到單片機(jī)的控制口，通過(guò)單片機(jī)處理后然后輸出到控制部分，執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作，完成整個(gè)系統(tǒng)的控制?？刂葡到y(tǒng)鍵盤輸入d/a轉(zhuǎn)換控溫執(zhí)行機(jī)構(gòu)傳感器報(bào)警電路溫度顯示電路時(shí)鐘電路電源電路a/d轉(zhuǎn)換放大器圖4-3 硬件框圖4.3 系統(tǒng)的硬件電路硬件電路主要包括溫度檢測(cè)與變送環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)，模數(shù)轉(zhuǎn)換接口電路的設(shè)計(jì)，人機(jī)交互接口的設(shè)計(jì)，報(bào)警電路的設(shè)計(jì)以及電源電路的設(shè)計(jì)。其工作過(guò)程為：首先是通過(guò)熱電偶溫度傳感器將檢測(cè)的溫度值轉(zhuǎn)變?yōu)?-5v標(biāo)準(zhǔn)電壓信號(hào)，經(jīng)采樣放大器，進(jìn)入a/d轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)進(jìn)入單片機(jī)內(nèi)部，將檢測(cè)的溫度值利用幅值檢測(cè)程序判斷是否超過(guò)所設(shè)定的溫度范圍。4.3.1 輸入通道

32、的設(shè)計(jì)輸入通道只有一個(gè)，包括溫度傳感器、放大器和a/d轉(zhuǎn)換器三部分。1溫度傳感器的選擇溫度傳感器是一種能將溫度轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的傳感器，而其一般在微機(jī)的外部，因此需要把傳感器檢測(cè)的信號(hào)從傳感器所在的位置傳送到微機(jī)的端口并變換成能夠輸入微機(jī)的形式后，再輸入微機(jī)，在變換與傳送中必須保持必要的精度和速度。集成溫度傳感器是把感溫元件（常為pn結(jié)）與有關(guān)的電子線路集成在很小的硅片上封裝而成，由于pn結(jié)不能耐高溫所以集成溫度傳感器通常測(cè)量150以下的溫度。所以，在這里選用熱電偶傳感器，其構(gòu)造簡(jiǎn)單、使用方便、測(cè)量范圍寬、系統(tǒng)具有較高的精確性和穩(wěn)定性。它是將兩種不同金屬的兩端相接構(gòu)成閉合回路，當(dāng)這兩個(gè)連接點(diǎn)的溫度

33、不同（有一個(gè)溫差）時(shí)，會(huì)在回路中產(chǎn)生一個(gè)電動(dòng)勢(shì)而流過(guò)一個(gè)電流，該熱電偶的電動(dòng)勢(shì)可用電壓表測(cè)量，就能求出連接點(diǎn)的溫差，由此可以計(jì)算出被測(cè)物體的溫度。然而當(dāng)冷接點(diǎn)為非0的常溫時(shí)，如果不對(duì)熱電偶進(jìn)行溫度補(bǔ)償，就不能得到正確的測(cè)量結(jié)果，其測(cè)量范圍為：-200+2400左右，因此能測(cè)量高溫。此外，由于熱電偶的電動(dòng)勢(shì)很小，因此在將熱電偶產(chǎn)生的信號(hào)輸入給微機(jī)處理前還需要對(duì)該信號(hào)進(jìn)行放大處理。2a/d轉(zhuǎn)換芯片介紹傳感器一般在微機(jī)的外部，因此需要把傳感器檢測(cè)的信號(hào)從傳感器所在的位置傳送到微機(jī)的端口并變換成能夠輸入微機(jī)的形式后，再輸入微機(jī)，在變換與傳送中必須保持必要的精度和速度。而傳感器檢測(cè)的信號(hào)，其輸出大多數(shù)是

34、模擬信號(hào)，但微機(jī)只接受數(shù)字信號(hào)，因此傳感器的輸出要經(jīng)過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換器（a/d）才能與微機(jī)相連。8位a/d轉(zhuǎn)換芯片adc0809。1）adc0809結(jié)構(gòu)adc0809采用逐位逼近式原理內(nèi)部結(jié)構(gòu),主要有8路模擬量選通開(kāi)關(guān),8位a/d轉(zhuǎn)換器和三態(tài)數(shù)據(jù)鎖存器三部分組成。采用28腳雙列直插式封裝,其性能一般,價(jià)格便宜,便于與單片機(jī)連接,因而應(yīng)用十分廣泛。2）adc0809引腳功能adc0809引腳功能排列如圖4-4所示：圖4-4 adc0809引腳圖各引腳功能說(shuō)明如下:（1）vv：8路05 vdc模擬量輸入端。（2） a、b、c ：3位地址線,地址譯碼與輸入通路相對(duì)應(yīng)，其關(guān)系如表4-2 表42adc0809

35、輸入通道選擇表 地址線通道輸入c ba000001010011100101110111（3） ale：允許地址鎖存信號(hào),輸入,高電平有效。將轉(zhuǎn)換通道地址送入鎖存器中，下降沿時(shí)降三位地址線a、b、c鎖存到地址鎖存器中。（4） clk：輸入時(shí)鐘脈沖端,由于該芯片內(nèi)無(wú)時(shí)鐘，所以必須靠外部提供時(shí)鐘，外部時(shí)鐘的頻率范圍為10-1280hz，標(biāo)準(zhǔn)頻率為640hz。（5）start:啟動(dòng)控制輸入端口信號(hào)，上升沿將sar清零,下降沿開(kāi)始a/d轉(zhuǎn)換。（6）eoc:轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)，eoc=0說(shuō)明a/d正在轉(zhuǎn)換中,eoc=1說(shuō)明a/d轉(zhuǎn)換結(jié)束，同時(shí)把轉(zhuǎn)換結(jié)果鎖在輸出鎖存器中。（7）do0do7:8位輸出數(shù)據(jù)線,三態(tài)輸

36、出鎖存,可與cpu數(shù)據(jù)直接相連。（8）oe:允許輸出信號(hào),輸出,高電平有效。在a/d轉(zhuǎn)換過(guò)程中, oe為低電平，d0d7呈高阻狀態(tài)。當(dāng)a/d轉(zhuǎn)換完畢,oe為高電平,且輸出d0d7狀態(tài)。（9） ref(+)、ref(-):為參考電源輸入端，基準(zhǔn)電壓源正、負(fù)端標(biāo)準(zhǔn)值+5vdc。一般ref（+）與vcc連接在一起，ref（-）與gnd連接在一起。（10）vcc為主電源輸入端，單一的5v供電。（11）gnd為電源地端。3）adc0809性能指標(biāo)（1）總分辨率:8位。（2）轉(zhuǎn)換時(shí)間:100us。（3）具有鎖存控制功能的8路模擬開(kāi)關(guān),能對(duì)8路模擬電壓信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。（4）單一+5v電源供電。基準(zhǔn)電壓由外部提

37、供,典型值為+5v,此時(shí)允許模擬量輸入范圍為05v。3溫度設(shè)定電路溫度設(shè)定可以采用轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)、撥碼盤接口電路來(lái)實(shí)現(xiàn)，這里我們用矩陣鍵盤。因?yàn)楠?dú)立的鍵盤輸入電路每一個(gè)鍵要占1位i/o線，當(dāng)按鍵數(shù)較多時(shí)，顯示i/o線利用率不高。它是有儀器生產(chǎn)廠自己設(shè)計(jì)制造的，一般與計(jì)算機(jī)的并行口連接，通過(guò)并行口將用戶對(duì)鍵盤的操作讀入計(jì)算機(jī)，然后經(jīng)過(guò)譯碼識(shí)別出所按下的鍵。電路如圖4-5所示：10k5+5v19181716157654321行30列0列1列2列3列4行2行1行0pb3pb2141312111098pc3pc0pc1pc28155pc4pb0pb1圖4-5矩陣式鍵盤接口電路1）工作原理為：矩陣式鍵盤是由行

38、線和列線組成，按鍵位于行線和列線的交叉點(diǎn)上，行線和列線分別連接按鍵開(kāi)關(guān)的兩端，行線通過(guò)上拉電阻接到+5v上，平時(shí)無(wú)按鍵動(dòng)作時(shí)，行線處于高電平狀態(tài)，而當(dāng)有按鍵按下時(shí)，行線電平狀態(tài)將由與此行線相連的列線電平?jīng)Q定，列線電平如果為低，則行線電平亦為低；列線電平如果為高，則行線電平亦為高，這一點(diǎn)是識(shí)別矩陣鍵盤按鍵是否被按下的關(guān)鍵所在。在鍵盤掃描程序中首先使所有的行線為0，讀入列線數(shù)據(jù)取反，取反后的數(shù)據(jù)不為0時(shí)，有鍵按下，否則無(wú)按鍵按下。當(dāng)有鍵按下時(shí)，再?gòu)牡?行開(kāi)始，逐行為0讀入列值取反，一直到非0時(shí)為止，此時(shí)所對(duì)應(yīng)的行和列值計(jì)算出是哪一個(gè)鍵按下。在上圖中的五條列線分別接8155c口經(jīng)反向輸出的五條線04

39、，四條行線一端通過(guò)上拉電阻接到+5v電源，另一端分別接到8155b口的4條線pb0pb3，把8155c口設(shè)置為輸出方式，b口設(shè)置為輸入方式，在沒(méi)有任何鍵閉合時(shí)，所有行線pb0pb3輸入都為高電平，當(dāng)基本一個(gè)鍵閉合時(shí)，該鍵所對(duì)應(yīng)的行線和列線短路，通過(guò)軟件來(lái)解決出現(xiàn)的鍵的識(shí)別、防止抖動(dòng)以及產(chǎn)生鍵碼等一系列的問(wèn)題。為了從鍵盤上獲取有特定含義的數(shù)據(jù)，鍵盤掃描程序必須解決以下幾個(gè)問(wèn)題：（1）檢測(cè)出當(dāng)前是否有鍵被按下，檢測(cè)方法是輸出全為0信號(hào)，（即40：00000）到鍵盤的列線上，然后讀鍵盤的行線pb3pb0的狀態(tài)，若pb3pb0為全1（1111），則無(wú)鍵閉合，若有某一行線為（即pb3pb0不為全1），就

40、表示有鍵閉合。（2）當(dāng)有鍵閉合時(shí)，需要去抖動(dòng)。最簡(jiǎn)單的方法是在有鍵閉合時(shí)延遲一段時(shí)間，等待按鍵可靠接觸后，才來(lái)確定是哪一個(gè)按鍵按下。延遲時(shí)間為10ms20ms，當(dāng)系統(tǒng)中有顯示器時(shí)，可調(diào)用幾次顯示子程序來(lái)達(dá)到延遲去抖動(dòng)的目的。（3）在確認(rèn)鍵已穩(wěn)定閉合后，需要進(jìn)一步判斷是哪一個(gè)鍵閉合。方法是對(duì)鍵盤進(jìn)行掃描，所謂掃描就是依次給每一條列線送出0電平，其于各列都為1，并檢測(cè)每次掃描時(shí)所對(duì)應(yīng)的行狀態(tài)，表4-3為8155c0依次輸出：表4-3 8155c口輸出掃描過(guò)程pc4pc3pc2pc1pc01111011101110111011101111每當(dāng)掃描輸出某一列為0時(shí)，相繼讀入行線pb0pb3的狀態(tài)，在依

41、次讀入pb0pb3時(shí)，若為全1，表示為0的這一列上沒(méi)有鍵閉合，否則不為全1 。表示為0的這一列上有鍵閉合，而且閉合鍵所在的行就是pb0pb3中為0的行，確定了閉合鍵的位置后，就要計(jì)算出鍵值，則產(chǎn)生鍵碼，這里把鍵的編號(hào)就作為鍵盤的編碼，則 閉合鍵的數(shù)值=0的行的首鍵號(hào)+0的列號(hào)例如：當(dāng)pc4pc0掃描輸出為01111，讀pb3pb0的狀態(tài)為1011，則為0的行是行2，為0的列則是列4，行2和列4相交處的鍵處于閉合狀態(tài)，行2的首鍵號(hào)為10，列4的列號(hào)就是4，則閉合鍵的鍵值為10+4=14（4）為了保證鍵的一次閉合，cpu只作一次處理，所以必須等待閉合鍵釋放以后才對(duì)鍵入值進(jìn)行處理。48155芯片介紹

42、8155是一種可編程接口芯片，除可擴(kuò)展2個(gè)8位、1個(gè)6位的可編程并行i/o口外，還具有2568位靜態(tài)ram和一個(gè)14位減法計(jì)數(shù)器，可直接與單片機(jī)連接，不需要增加任何硬件邏輯。8155的引腳功能如圖4-6和結(jié)構(gòu)框圖如圖4-7和所示 圖4-6 8155芯片引腳功能圖該芯片由并行i/o接口，存儲(chǔ)器和定時(shí)器/計(jì)數(shù)器三部分組成。8155共40個(gè)引腳，一般為雙列直插dip封裝，40個(gè)引腳可分為與cpu連接的地址數(shù)據(jù)線、控制線、與外圍設(shè)備連接的i/o線，現(xiàn)分別說(shuō)明其功能：1）ad0ad7：地址/數(shù)據(jù)總線。單片機(jī)和8155芯片之間的地址數(shù)據(jù)、命令、狀態(tài)信息都通過(guò)它傳送，在地址鎖存允許信號(hào)ale的下降沿將地址鎖

43、存在內(nèi)部地址寄存器中，該地址既可作為i/o口的地址，又可以作為存儲(chǔ)器的8位地址，它由io/引腳的信號(hào)狀態(tài)決定。ad0ad7上出現(xiàn)的數(shù)據(jù)，其傳送方向由控制信號(hào)和決定。io/aleresettimer intimer outad0ad7pa0pa7pb0pb7pc0pc72568位靜態(tài)ram定時(shí)器a口b口c口圖4-7 8155芯片結(jié)構(gòu)框圖2）：片選信號(hào)線，輸入，低電平有效。3）：讀信號(hào)，輸入，低電平有效。4）：寫信號(hào)，輸入，低電平有效。 5）ale：地址鎖存允許信號(hào)，輸入，在ale信號(hào)下降沿時(shí)，鎖存ad0ad7端線上的8位地址及i/o信號(hào)。6）io/：i/o或ram選擇信號(hào)，輸入。當(dāng)io/=1時(shí)，

44、選擇8155的i/o口；當(dāng)io/=0時(shí)，選擇8155片內(nèi)256字節(jié)ram（尋址范圍為00hffh）。7）pa0pa7：a口8位通用i/o線。8）pb0pb7：b口8位通用i/o線。9）pc0pc5：c口6位i/o線，既可用作通用i/o線，又可作a口和b口工作于選通方式下的控制信號(hào)。10）timer in：定時(shí)/計(jì)數(shù)器 計(jì)數(shù)脈沖輸入端。11）timer out：定時(shí)/計(jì)數(shù)器輸入引腳。8155內(nèi)部有6個(gè)寄存器：a口寄存器（001）、b口寄存器、c口寄存器、命令狀態(tài)寄存器（000）、定時(shí)/計(jì)數(shù)器低8位寄存器（100）、定時(shí)/計(jì)數(shù)器高6位加2位輸出方式寄存器，片內(nèi)6個(gè)寄存器地址的尋址由ad0、ad1、

45、ad2來(lái)實(shí)現(xiàn)。12）reset：復(fù)位信號(hào)，輸入，高電平有效。復(fù)位后8155命令狀態(tài)寄存器清“0”，3個(gè)i/o口被置輸入工作方式，定時(shí)/計(jì)數(shù)器停止工作。13）vcc：+5v電壓。14）vss：接地。5常用存儲(chǔ)器芯片2732a eprom本設(shè)計(jì)中采用2732a eprom，它是容量為4kb的eprom芯片，紫外線擦除、電編程、采用雙列直插式封裝，共24只引腳。a0a11為地址線、 d0d7為數(shù)據(jù)線、是片選線、是數(shù)據(jù)輸出選通線 。使用單一的+5v工作電壓vcc、編程電壓為+21v、標(biāo)準(zhǔn)的2732a的存儲(chǔ)時(shí)間為250ns，引腳圖如4-7所示。74ls373是具有8個(gè)鎖存器芯片，其引腳圖如圖4-8和功能

46、表如表4-3所示。它有1個(gè)使能端g，一個(gè)輸出控制端e，8個(gè)輸入端d1d8，8個(gè)輸出端q1q8，該芯片又叫作透明的d型鎖存器，透明是指當(dāng)使能端g端為高電平時(shí)，輸出端q端將隨輸入端d端的變化而變化，鎖存功能體現(xiàn)在當(dāng)使能端為低時(shí)，q端的輸出將鎖存在自己建立的電平狀態(tài)，而不管此時(shí)輸入端d的狀態(tài)如何。 123459786101112a7a6a5a4a3a2a1a0d0d1d2gndvcca8a9a11/vppa10d7d6d5d4d32732a241314151617181920212223圖4-7 2732芯片引腳圖表4-3 74ls373功能表輸 入輸 出oegdqlhhhlhllll不變h高阻 圖

47、4-8 74ls373引腳圖4.3.2 輸出通道的設(shè)計(jì)輸出通道根據(jù)輸出的信號(hào)形式也分為數(shù)字（開(kāi)關(guān)）量輸出通道和模擬量輸出通道兩類。1溫度顯示電路溫度值采用led（半導(dǎo)體發(fā)光二極管組成的數(shù)碼顯示器）顯示，每段發(fā)光二極管需串接限流電阻，改變阻值可調(diào)整亮度。led顯示器內(nèi)部由七個(gè)條形發(fā)光二極管和一個(gè)小圓點(diǎn)發(fā)光二極管組成。根據(jù)各管的亮暗組合成十六進(jìn)制數(shù)、小數(shù)點(diǎn)和有限個(gè)字符，常見(jiàn)led顯示器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)有共陽(yáng)極和共陰極兩種不同形式，其中com為公共點(diǎn)，當(dāng)顯示器的某一個(gè)發(fā)光二極管通電時(shí)，該二極管發(fā)光，由接口電路控制某幾個(gè)發(fā)光管通電，就可以顯示出某數(shù)碼或字符。共陽(yáng)極的com端一般接電源的+5v，共陰極的com

48、端一般接電源的“地”，其于各端分別經(jīng)限流電阻接各自不同的段碼驅(qū)動(dòng)端。由顯示器的結(jié)構(gòu)可知，直接將要顯示的數(shù)碼或字符發(fā)送到顯示器的驅(qū)動(dòng)端是不可能正確顯示的，七段led顯示器所顯示的字形是由對(duì)應(yīng)的字形代碼確定的，包括小數(shù)點(diǎn)dp，可用一個(gè)字節(jié)來(lái)顯示，根據(jù)字形顯示代碼，共陰極led的字形顯示代碼。表4-4 如：十六進(jìn)制代碼3fh 顯示字符0d7d6d5d4d3d2d1d0dpgfedcba00111111在本設(shè)計(jì)中，采用硬件譯碼功能，通過(guò)將cpu輸出的bcd碼譯成led顯示器需要的字段驅(qū)動(dòng)碼。選用bcd碼-七段碼十六進(jìn)制鎖存譯碼器芯片構(gòu)成接口電路。bcd碼七段碼十六進(jìn)制鎖存譯碼驅(qū)動(dòng)芯片，它能將4位二進(jìn)制

49、編碼的十進(jìn)制數(shù)bcd碼轉(zhuǎn)換為7段顯示器的字符碼，同時(shí)是具有鎖存和驅(qū)動(dòng)功能。邏輯圖和引腳圖如圖4-9所示，各引腳功能如下：1）a、b、c、d：bcd碼輸入端。2）：鎖存允許端，當(dāng)=0時(shí)，4位bcd碼進(jìn)入鎖存器； =1時(shí)，輸入的數(shù)據(jù)被鎖存。3）ag：七段字碼的輸出端。4）：數(shù)據(jù)標(biāo)志端。輸入數(shù)據(jù)為15（1111b）時(shí)， =0，當(dāng)輸入數(shù)據(jù)為其他值時(shí)，端為高阻狀態(tài)。如圖4-10示為利用多位led顯示電路，led為共陰極結(jié)構(gòu)，采用靜態(tài)顯示方式。圖4-10中各片的bcd碼輸入端都接到8051的p1.0p1.3,信號(hào)由p1.4p1.6經(jīng)74ls138議碼后提供。 圖4-9 mc14495邏輯圖和引腳圖 圖4-

50、10 led顯示器接口電路當(dāng)p1.7=1時(shí),38譯碼器開(kāi)通，由p1.4、p1.5、p1.6經(jīng)譯碼器控制選中某一芯片，然后從p1.0p1.3選出要在該位顯示的二進(jìn)制數(shù)據(jù)，在使p1.7=0（=1）時(shí)，四位二進(jìn)制數(shù)據(jù)被鎖存于芯片，經(jīng)譯碼驅(qū)動(dòng)后顯示。mc14495為并行輸入bcd碼的譯碼芯片，占用的i/o口線較多，硬件譯碼要減少i/o口線，可以采用串行輸入的譯碼驅(qū)動(dòng)芯片。2d/a轉(zhuǎn)換器芯片的介紹。它主要由8位輸入寄存器、8位dac寄存器、采用r-2r電阻網(wǎng)絡(luò)的8位d/a轉(zhuǎn)換器以及輸入控制電路四部分組成。由于它有兩個(gè)可以分別控制的數(shù)據(jù)寄存器，使用時(shí)有較大的靈活性，可根據(jù)需要接成不同的工作方式。另外，芯片

51、內(nèi)部有電阻rfb，它可用作直流運(yùn)算放大器的反饋電阻，以便于芯片直接與運(yùn)算放大器連接。dac0832的分辨率為8位，電流輸出,穩(wěn)定時(shí)間為1us。采用20腳雙列直插式封裝，各引腳功能如下：1）di0-di7:數(shù)據(jù)輸入線，其中di0為最低有效位lsb，di7為最高有效位msb。2）:片選信號(hào)，輸入線,低電平有效。3）:寫信號(hào)1，輸入線,低電平有效。4）:寫信號(hào)2，輸入線,低電平有效。圖4-11 dac0832引腳圖5）ile：允許輸入寄存器鎖存信號(hào)，輸入線,高電平有效。6）：允許dac鎖存器寄存信號(hào)，輸入線，電平有效。7）iout1：dac電流輸出端1，輸出信號(hào)一般作為放大器差動(dòng)輸入信號(hào)之一。8）i

52、out2：dac電流輸出端2，此輸出信號(hào)一般作為運(yùn)算放大器差動(dòng)輸入信號(hào)之一。9） r：該電阻可用作外部運(yùn)算放大器反饋電阻，接于運(yùn)算放大器的輸出端。10）：基準(zhǔn)電壓源端，輸入線，-10vdc。11）agnd：模擬電路地線。當(dāng)ile、和同時(shí)有效時(shí)，8位輸入寄存器端為高電平“1”，此時(shí)第一級(jí)輸入寄存器的輸出端q跟隨輸入端d的電平變化；反之，當(dāng)端為低電平“0”時(shí)，原d端輸入數(shù)據(jù)被鎖存于端q,而且在鎖存期間d端電平的變化不影響q端。當(dāng)和同時(shí)有效時(shí)，8位dac寄存器的端為高電平“1”，此時(shí)將第一級(jí)8位輸入寄存器的狀態(tài)鎖存到第二級(jí)8位dac寄存器中，以便d/a轉(zhuǎn)換。通常，把cpu的寫信號(hào)wr作為wr1和wr

53、2的信號(hào)，把接口地址信號(hào)作為cs信號(hào)。如無(wú)特殊要求可將ile接高電位，xfer接地。一般情況下把和接地，置成單級(jí)輸入方式，以便簡(jiǎn)化接口電路。特殊情況下可采用雙級(jí)輸入方式，例如，要求多個(gè)d/a轉(zhuǎn)換器同步工作時(shí)，首先將d/a轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)逐個(gè)置入寄存器，然后用統(tǒng)一信號(hào)（和）再置入8位dac寄存器，以便實(shí)現(xiàn)多個(gè)d/a轉(zhuǎn)換器同步輸出。2報(bào)警電路報(bào)警電路僅需要1位開(kāi)關(guān)量輸出控制，采用8051的i/o口線即可。圖4-12 報(bào)警電路1）控制系統(tǒng)的輸入、輸出（光電隔離電路）控制系統(tǒng)中的信息最終要通過(guò)接口電路輸出給外部設(shè)備，為了防止外設(shè)發(fā)生故障，對(duì)計(jì)算機(jī)造成不良的影響，所以在功率放大電路與接口電路之間增加光電隔離電路。這樣，計(jì)算機(jī)接口電路的輸出引腳和外部設(shè)備功放電路的輸入引腳經(jīng)光電隔離元件隔離，外部設(shè)備一旦發(fā)生短路不會(huì)損壞計(jì)算機(jī)電路。+5v+12v 輸出圖4-13光電隔離電路