测控系统综合设计参考题目

课题一 单片机控制的智能数字电压表的设计

一、题目：

单片机控制的数字电压表设计 二、技术指标： 1. 测量范围

量程：０～０．２Ｖ；０～２Ｖ；０～２０Ｖ 显示位数：三位半 2. 分辨力：１００μＶ 3. 测量速率：２次／秒

4. 测量方式：自动连续测量、外触发单次测量 5. 结果显示方式：正常显示、偏移显示 6. 量程选择方式：手动选择、自动量程选择 7. 测量误差： 8. 输入阻抗： 9. 抗干扰能力： 三、设计要求：

首先进行预设计，根据技术指标选定硬件电路方案，选定元、器件，画出硬件电路图和软件流程图。然后在面包板上组装电路，进行硬件电路调试，编制控制程序，进行软件调试。然后进行联机调试，使设计结果达到技术指标要求。最后做出样机。设计参考：

1. 确定仪器按键功能

根据技术指标的功能要求，确定仪器的按键功能如下：

量程选择键：需４个按键，可分别称为ＡＵＴＯ、０．２、２、２０。 测量方式选择键：需２个按键，分别称为自动连续／手动单次、外触发显示方式选择键：需１个按键，称为正常／偏移。

2. 确定硬件电路方案 根据技术要求，大致可确定出该电压表硬件电路应由测量电路（包括量程标定电路和ＡＤＣ）、单片机、键盘及显示电路几个组成部分，各部分采用的电路形式及主要器件确定如下：

（1）单片机部分

选用8051单片机作为主机，同时还要设计8051单片机的晶振电路和复位电路，具体电路参见总电路图。

（２）测量电路部分 ① ＡＤＣ

ＡＤＣ为数字电压表不可缺少的主要部件，决定着电压表的精度、转换位数等主要技术指标，根据技术指标要求，选用常用的双斜积分式集成ＡＤＣ——５Ｇ１４４３３芯片。

有关５Ｇ１４４３３芯片的介绍请参见参考资料〖1〗〖2〗〖3〗。与单片机接口电路参见总电路图。

② 量程标定电路

该电压表要求三个量程，其中０～２Ｖ为基本量程，所以，对于０～０.２Ｖ量程，需

对输入电压放大１０倍，而对０～２０Ｖ量程则需要对输入电压衰减１０倍，又考虑数字电压表要求具有较高的输入阻抗，故采用高输入阻抗运算放大器组成有源放大、衰减器，电路中Ｋ１～Ｋ４均为电子开关，由ＣＤ４０６６实现，其开关控制由单片机通过接口电路实现。具体电路参见总电路图。

（３）键盘/显示部分

本机需配置具有８个按键的键盘和４位数字ＬＥＤ的显示器。具体电路参见总电路图。 3. 设计软件流程图

根据仪器功能及硬件电路，可确定软件流程图，并初步编制出控制程序。 四、电路的组装、调试要求 在面包板上插装电路，经认真检查连接无误后在断电状态下和开发机联机，进行硬件电路调试。

1. 键盘、显示器的调试

编制简短的调试程序并输入到开发机中执行，然后看键盘、显示器是否按预订结果动作。调试程序略。

本程序功能：首先，显示器各位显示“８．”，若按下某一键，则显示器各位显示该键的键值。

2. 量程标定电路的调试

分别置量程放大、衰减电路的放大倍数为１、０．１、１０，测试一定输入下的输出电压，并与理论值比较，若相差较大，对电路作相应调整。

设置量程可将开发机与量程控制电路联机，通过数据端口写相应量程控制字。 若实际放大倍数有误，可通过电位器Ｗ１，Ｗ２进行调整。 3. ＡＤＣ的调试

选择量程标定电路为基本量程，编制调试程序，确认ＡＤＣ能可靠工作。 本程序功能为启动一次测量，将测量结果送片内ＲＡＭ２０Ｈ～２３Ｈ单元。使用该程序调试ＡＤＣ的步骤如下：

将ＡＤＣ电路与开发机连接，输入调试程序，然后给ＡＤＣ输入端分别加０Ｖ，１Ｖ,１．９９Ｖ电压，在每次给出电压后执行一遍该程序，然后检查内部ＲＡＭ中的数据是否和理论值一致，若基本相同，则说明电路正确，否则断电检查硬件电路有否故障。

五、编写、调试智能数字电压表管理程序

根据工作程序流程将程序分解，先编制监控主程序，然后自顶向下分别编制功能程序，为调试方便，编程应采用模块化编程技术，即每一段子程序的指令条数不要过多，入口、出口各为一个，子程序采用标准结构。先利用ＰＣ机仿真调试软件分别调试用于计算、数码换、标度变换的各模块，然后将初步调试好的程序汇编、存盘。

六、联机调试

将开发机仿真插头插在目标机８０３１插座上，将程序由ＰＣ机传送到开发机，利用开发机对数字电压表的硬、软件进行联机调试。

七、固化程序

程序经联机调试无误后固化于ＥＰＲＯＭ中，然后脱机试运行。若脱机运行有问题，则可能是电压表单片机的复位电路、晶振电路及ＥＰＲＯＭ存储电路存在故障。

八、误差测试

调试无误后，可用较高级的数字电压表与其进行比对，记录测量结果，进行误差估计。 九、制作成型样机

利用PROTEL软件包辅助设计电路的ＰＣＢ图，制板后将电路组装好，加上机壳，形成成形样机。

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课题二 智能数字频率计

一、课程设计目的

通过本课题的设计,进一步掌握以单片机为核心的智能计数的工作原理、程控技术,及智能化方法,巩固以学专业知识、专业基础课知识,将理论知识应用于现代测量实践,以提高综合运用知识能力,分析问题、解决问题的能力,硬件设计、软件编程及其软硬件调试能力,为单片机的开发、应用打下一个良好的基础。

二、设计要求:

以51开发系统为基础,充分利用单片机软、硬件资源,在其控制和管理下,完成数据的采集、处理和显示等工作,实现频率、周期的等精度测量方案。具有频率和周期测量功能。(设计要求扩展:自动量程转换及越限报警能力)在方案设计中,要充分估计各种误差的影响,以获得较高的测量精度

三、设计指标:

1. 频率测量:0～250KHz 2. 周期测量:4ms～10s。 3. 自检能力:

开机自检:ＲＯＭ自检.ＲＡＭ自检,显示器各段自检；系统自检。

4. 具有偏差运算功能（Ｘ－Ａ）,参考值Ａ即可由键控输入,也可是前一次测量值。 5. 闸门时间:0.1s,1s

6. 测量分辨率:5位/0.1s,6位/1s 7. 用LED显示状态、单位等。 四、硬件设计参考电路（见附图） 五、同步测量方案逻辑图: 六、元件清单: LF353 1片 LM311 1片 74LS08 1片 74LS32 1片 74LS04 2片 74LS74 1～2片 LED 6～7个 4.7kΩ 1只 10kΩ 4只 200Ω 6～7只

滤波电容(0.1uf或0.01uf)

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图1 数字电压表电路图

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附 图

图2 数字频率计电路图

课题三 电冰箱温度测控系统设计

一） 系统的主要功能及要求：

1、设定三个测温点，测量范围：-26°～26°C，精度 + 05°C。 2、利用功能键分别设定控制室、冷藏室、冷冻室温度等。 3、利用数码管显示各室温度，压缩机启、停和速冻、报警状态等。 4、制冷压缩机停机后，自动延时3分后方可再启动。 5、电冰箱具有自动除霜功能，当霜厚达到3mm时自动除霜。 6、开门延时超过2分发声报警。

7、工作电压为180～240V，过压或欠压时禁止启动压缩机并用指示灯显示。 二）硬件电路设计：

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主机电路可采用单片机，扩展一片程序存储器和一片A/D转换芯片，构成基本电路。选择适当的温度传感器，霜厚传感器采集相应的数据。扩展接口芯片或由串口扩展74LS164来接功能键和LED显示电路。此外、还有一些附加电路如除霜电路、电压检测电路、开门报警电路等。

三）软机设计

电冰箱控制程序主要由三部分构成：主程序、定时器T0中断服务程序和定时器T1中断服务程序。 1、主程序

主程序是整个冰箱的总控制程序。主要完成个单元初始化、控制中断、定时、显示、键盘程序的启动与循环等。

2、 定时器T0中断服务程序主要完成电源欠压、过压处理，开门状态检查及处理等。 3、定时器T1中断服务程序主要完成3分钟定时及温度、除霜速冻等各种检测。根据结果比较分析，以控制相应的设备工作。

课题四 防盗报警系统设计

一） 系统的主要功能及要求：

单片机防盗报警系统主要用于宾馆、仓库、居民楼等场所。它能对检测点进行自动监测。

一旦出现盗情，能立即报警，并指示出被盗地点。该防盗系统具有结构简单，可靠性高、成本低等特点。若改变传感器，系统还可以用于火灾报警、煤气泄露报警等。

由于该系统主要用于多点集中检测报警，故应能对受检测点进行巡回检测。为防止误报，

当检测到某点有盗情时，系统应延时3S重新检测，如确有情况，则声光报警并显示被盗点。

二） 硬件设计

该系统的传感器可选择接触式、断开式等开关量传感器或热电式、红外式等。系统终端部分选择音响报警电路及数码显示电路。主机可选择51系列的单片机，扩展接口芯片实现多点监测。

三）软件设计

主程序用来初始化，设置接口芯片的口地址及控制字，并对结果进行核对，控制。而

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数据读取，数据核对，查找报警点及显示报警可分别编制相应的子程序来完成。

课题五 温度检测电路设计

MTS102是Motorola公司生产的二极管温度传感器。 1 检测原理

二极管作为温度传感器常常用在温度变化范围大、精度要求适中的温度检测电路中。它的温度系统线性度相当高，数值大约是-2mV/℃。用二极管作为传感器构成温度检测系统需要激励电路、补偿电路和放大电路。其电路如图1所示。

1.1 二极管

差不多任何硅二极管都可用作温度传感器，但Motorola公司的MTS102硅温度传感是经过特殊设计，并为满足传感器的要求进行了优化处理的二极管。可广泛用于汽车和工业产品的温度检测系统。因为这些场合强调低成本和高精度。当温度从-40～+150℃变化时，用TO-92标准封装的这种传感器的温度准确度可达到±2℃。

1.2 激励

二极管最好的激励源是电流源。在要求不高的场合，也可以用电阻偏置电路。但是，电阻偏置存在的缺陷是电源的变化以及波纹会引起显示的误差。如果用低电压电流（如5V）单端供电，这个问题就更加突出。由于MTS102的工作电流为100μA，因此选用Burr-Brown公司的REF200双

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100μA电流源非常适合。其中，一个电流源用于激励，另一个电流源用于补偿。

1.3 放大

在绝大多数场合，任何精密的运算放大器都能用来处理二极管所采集的温度传感信号，速度通常不成问题。当系统供电源为±15V时，可采用低成本、高精度的OPA177；当系统供电采用+5V单电源时，可采用OPA1013双运算放大器。它们的输入端相对电源负端为共模输入状态（在单电源供电下指地），输出端摆动电压杆对于电源负端在15mV以内。

2 电路设计

2.1 简单测温电路

图1即是一个简单的测温电路，图中，采用Motorola的MTS102二极管作温度传感器，激励和放大电路用Burr-Brown公司的REF200电流源及OPA1013双运放来实现。REF200的一组100μA的电流源加上R1上，用于电路补偿。二极管传感器MTS102的测温信号加在运放OPA1013的正输入端，补偿信号加在运放OPA1013的负输入端，放大器输出VO对应于相应的温度数值。由于调整增益和调整补偿都是通过调整R2或R1实现，这将造成二才者相互影响，这是这种简单电路存在的缺陷。该电路存在的另一缺陷是温度-电压转换是反相的，换句话说，温度的正向变化导致输出电压负向变化。

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2.2 改进电路的设计

要想克服简单电路的两个缺陷，使得增益调整和补偿调整相互独立，温度电压转换也是同相的，可采用图2所示的具有独立调节功能的测温电路。 从图2可以看出，二极管传感器MTS102通过射极跟随器与放大器负输入端相连；调零网络与放大器正输入端相连。在传感器和后级放大器之间加一级缓冲器是为了减轻传感器的负载压力。调整时，应该先调整R1或R2，校好增益，再调整RZERO，使系统调零，其调整次序不可颠倒。

2.3 温差检测电路设计

当需要检测两点的温差时，可采用图3所示的电路。在这个电路中，两个温度传感二极管之间的误差电压经过由双运放组成的仪器放大器放大，并由A2输出端输出。这个仪器放大器由一对OPA1013及R1、R2、R3、R4和RAPAN组成。RAPAN用于设置仪器放大器的增闪。要获得较高的共模抑制比，R1、R2、R3和R4必须匹配。如果使用1%的电阻，在增益大于50时，CMR会超过70dB。在这个电路中，增益调节与调零可不分先后。

课题六 用89C51和8254-2实际步进式PWM输出

脉宽调制（PWM）技术最初是在无线电技术中用于信号的调制，后来在电机调速中得到了很好的应用。本设计中要求输出PWM从1Hz～3kHz步进式递增，单步为1Hz。由于89C51的时钟最大能取24MHz，单指令周期为0.5μs，计数频率为×10 6Hz。当输出2999Hz和3000Hz时，若采用89C51内部计数器来计数，根本无法区别。因为计数频率为2MHz，单指令周期0.5μs，而要输出2999Hz时，计数应为666.889；输出3000Hz时，计数诮为666.887。因此在本设计中，采用外部定时器/计数器8254-2。因为8254-2最高计数频率可

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达10MHz，能满足以上设计的要求，另外采用8254-2的工作方式3可输出方波。当定时器/计数器8254-2以方式3工作时，在计数的过程中输出有一半时间为高，另一半时间为低。所以，若计数值为N，则其输出在前N/2时可输出高电平，后N/2时可输出低电平，不需要用软件来控制高低电平的转换，但8254-2计数范围有一定的限制，在采用二进制计数时，范围为0000～9999，最大计数为10 000。此外，为了使分辨率达到要求，还需要考

虑程序指令所占用的时间，尤其是在输出高频时，分辨率尤为重要。

1 硬件设计

1.1 8254可编程定时器/计数器简介

Intel公司的8254是8253的改进型，操作方式及引脚与8253完全相同。它的改进主要反映在2方面：①8254的计数频率更高，可由直流至6MHz；8254-2可高达10MHz。②8254多个1个读回命令（写至控制器的寄存器），其格式如图1所示。

这个命令可以令3个通道的计数器都锁存（8253要3个通道的计数值都锁存，需写入3个命令）。另外，8254中的每个计数器都有1个状态字可由读回命令令其锁存，然后由CPU读取。状态字的格式如图2所示。其中D5～D0即为写入此通道的控制字的相应部分。D7反映了该计数器的输出引脚。输出（OUT）为高电平，D7=1；输出为低电平，D7=0。D6反映时间常数寄存器中的计数值是否已经写入了计数单元中。当向通道写入控制字以及计数值后，状态字节中的D6=1；只有当计数值写入计数单元后，D6=0。

本设计选择8254-2的方式3工作。方式3是一种方波速率发生器。在这种方式中，当CPU设置控制字后，输出将为高，在写完计数值后就自动开始计数，输出保持为高；

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当计数到一半计数值时，输出变为低，直至计数到0，输出又变高，重新开始计数。若在计数期间写入个新的计数值，并不影响现行的计数过程。但是若在方波半周期结束前和新计数值写入后收到GATE脉冲，计数器将在下一个CLK脉冲时装入新的计数值并以这个计数值开始计数。否则，新的计数值将在现行半周期结束时装入计数器。

1.2 PWM输出的硬件设计

本设计选用可编程定时器/计数器8254-2，其最高计数频率可达10MHz；充分利用8254-2的3个定时器/计数器，采取频率的分频输出，并且不需要外部的信号源输入，硬件电路简化；通过软件的处理可以实现连续（1Hz～3kHz）PWM波的输出。本设计中将要输出的PWM波分为3段，分别由8254-2中的3个定时/计数器输出，门控由P2.2、P2.3、P2.4分别加以控制。在1～20Hz的输出时，采用定时器0，计数频率为10 4Hz，最大计数为10 4，最小计数为500符合要求，21～200Hz的输出中，采用定时器1，计数频率为10 5Hz，最大计数为4762，最小计数为500；在201Hz～3kHz 的输出中，采有定时器2，计数频率为10 7Hz，最大计数为49 751，满足二进制计数的范围，最小计数为3333。这些计数值可由单片机89C51[2]送给8254-2的数据输入端，通过除法运算来得到这些计数值，由除法运算得到商。所得到的商去程序指令占用的时间即为所需要的计数值。采用8254-2的3个定时器的输出经过1个或门作为CD4046锁相环的输入，同时经过1个非门进入89C51的INT1口，申请下降沿中断；CD4046锁相环输出所需的PWM。

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为了防止程序进入死循环，增加了外部的硬件看门狗定时器IMP813L[3]，其内部的看门狗定时器监控UP/UC的工作。如果在1.6s内未检测到其工作，内部的定时器将使看门狗输出WDO处于低电平状态，WDO将保持低电平直到在WDI检测到UP/UC的工作。将WR和WDO连接可使看门狗超时产生复位。

具体硬件电路如图3所示。 2 软件设计

软件主要由3部分组成：主程序、键盘扫描程序、中断处理程序。主程序流程如图4所示。

主要地址分配如表1所列。

表1 地址分配

30H～31H 32H～34H 35H～36H 37H～38H 显示频率的高、低8位 计数时钟频率的高、中、低8位 8254-2所需计数值的高、低8位 缓存显示频率的高、低8位（十六进制） 11

40H～43H （1）中断处理过程

显示缓存区地址（BCD数） 当89C51检测到有INT1中断时，进入中断处理程序中，首先检测30H和31H中的内容是否大于20；若不大于20，则门控为P2.2，选中8254-2，选择计数器0、方式3、16位二进计数， 送上次计算出来的这次所需要的计数值给8254-2，将10 4送入32H、33H中作为除法运算中的被除数，而30H、31H的内容作为除法运算中的除数，调用除法运算子程序将所得的商送入32H、33H，余数放在35H、36H中。比较余数是否大于除数的一半，若大于除数的一半则所得的商加1，否则商不变放在32H、33H中。假设程序指令所占用的时间为X/200（其中X为中断程序中单指令周期的个数），将32H、33H中的内容减去X/200，即为下次所要送入8254-2的计数值，放在35H、36H中，返回中断；若大于20，则门控为P2.3，选中8254-2，选择计数器1、方式3，送上次计算出来的这次所需的计数值给8254-2，将10 5送入32H、33H、34H中作为除法运算中的被除数，而30H、31H中的内容作为除法运算中的除数，调用除法运算子程序，将所得的商送入32H、33H中，余数放在35H、36H中。比较余数是否大于除数的一半，若大于除的一半则所得的商加1，否则商不变。假设程序指令所占用的时间为X/20，将32H、33H中的内容减去X/20即为下次所要送入8254-2的计数值，放在35H、36H中，返回中断，若大于200，则门控为P2.4，选中8254-2,选择计数器2、方式3、二进制计数，送上次计算出来的这次所需的计数值给8254-2，将10 7送入32H、33H、34H中作为除法运算中的被除数，而30H、31H中的内容作为除法运算中的除数，调用除法运算子程序，将所得的商送入32H、33H中，余数放在35H、36H.比较余数是否大于除数的一半，若大于除数的一半则所得的商加1，否则商不变入在32H、33H中。假设程序指令令所占用的时间为X*5，将32H、33H中的内容减去5X，即为下次所要送入8254-2的计数值，放在35H、36H中，返回中断。

（2）设置软件陷阱

当程序进入到非程序区，只要在非程序区设置拦截措施，使程序进入陷阱，然后强迫程序回到初始状态。如对CPU的RST指令对应的字节码为0FFH，如果不用的程序存储区预先写入0FFH，则当程序因干扰而“飞”到该区域执行代码时，就相当于执行1条RST指令，从而达到系统复位的目的。

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采用89C51控制PWM分段，8254-2步进式输出1Hz～3kHz的PWM，可以通过软件编程的方法提高分辨率。在有些特殊场合只靠单片机内部的定时器或模拟电路无法精确输出1Hz～3kHz，单步为1Hz的PWM波形时，此设计就显出其明显的优越性，而且它占用的CPU时间短。此设计的结构简单、成本低、可靠性好、抗干扰能力强，可在控制和测量中得到应用

课题七 用单片机控制步进电机

步进电机是机电控制中一种常用的执行机构，它的用途是将电脉冲转化为角位移，通俗地说：当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度（及步进角）。通过控制脉冲个数即可以控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。 1、步进电机常识

常见的步进电机分三种：永磁式（PM），反应式（VR）和混合式（HB），永磁式步进一般为两相，转矩和体积较小，步进角一般为7.5度 或15度；反应式步进一般为三相，可实现大转矩输出，步进角一般为1.5度，但噪声和振动都很大。在欧美等发达国家80年代已被淘汰；混合式步进是指混合了永磁式和反应式的优点。它又分为两相和五相：两相步进角一般为1.8度而五相步进角一般为 0.72度。这种步进电机的应用最为广泛。 2、永磁式步进电机的控制

下面介绍如何用单片机控制步进电机。

图1是35BY型永磁步进电机的外形图，图2是该电机的接线图，从图中可以看出，电机共有四组线圈，四组线圈的一个端点连在一起引出，这样一共有5根引出线。要使用步进电机转动，只要轮流给各引出端通电即可。将COM端标识为C，只要AC、 C、BC、 C，轮流加电就能驱动步进电机运转，加电的方式可以有多种，如果将COM端接正电源，那

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么只要用开关元件（如三极管），将A、 、B、 轮流接地。 下表列出了该电机的一些典型参数： 表1 35BY48S03型步机电机参数

型号 步距角 相数 电压 电流 电阻 最大静转距 定位转距 转动惯量 35BY48S03 7.5 4 12 0.26 47 180 65 2.5

有了这些参数，不难设计出控制电路，因其工作电压为12V，最大电流为0.26A，因此用一块开路输出达林顿驱动器（ULN2003）来作为驱动，通过P1.4~P1.7来控制各线圈的接通与切断，电路如图3所示。开机时，P1.4~P1.7均为高电平，依次将P1.4~P1.7切换为低电平即可驱动步进电机运行，注意在切换之前将前一个输出引脚变为高电平。如果要改变电机的转动速度只要改变两次接通之间的时间，而要改变电机的转动方向，只要改变各线圈接通的顺序。

图1 35BY48S03型步进电机外形图

图2 35BY48S03型步进电机的接线图

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图3 单片机控制35BY48S03型步进电机的电路原理图

3、步进电机的驱动实例

要求：控制电路如图3所示，开机后，电机不转，按下启动键，电机旋转，速度为25转/分，按下加1键，速度增加，按下减1键，速度降低，最高速度为100转/分，最低转带为25转/分，按下停止键，电机停转。速度值要求在数码管上显示出来。 1）．要求分析

按上面的分析，改变转速，只要改变P1.0~P1.3轮流变低电平的时间即可达到要求，这个时间不应采用延时来实现，因为会影响到其他功能的实现。这里以定时的方式来实现。下面首先计算一下定时时间。按要求，最低转速为25转/分，而上述步进电机的步距角为7.5，即每48个脉冲为1周，即在最低转速时，要求为1200脉冲/分，相当于50ms/脉冲。而在最高转速时，要求为100转/分，即48000脉冲/分，相当于12.5ms/脉冲。可以列出下表。

表1 步进电机转速与定时器定时常数关系 速度 单步时间(us) TH1 TL1 实际定时（us） 25 50000 76 0 49996.8 26 48077 82 236 48074.18

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27 46296 89 86 46292.61 28 44643 95 73 44640.155 … … … … …

100 12500 211 0 12499.2

表中不仅计算出了TH1和TL1，而且还计算出了在这个定时常数下，真实的定时时间，可以根据这个计算值来估算真实速度与理论速度的误差值。

表中TH1和TL1是根据定时时间算出来的定时初值，这里用到的晶振是11.0592M。有了上述表格，程序就不难实现了，使用定时/计数器T1为定时器，定时时间到后切换输出脚即可。 2）．程序实现

定义DSB－1A实验板的S1为启动键，S2为停止键，S3为加1键，S4为减1键，程序如下：

StartEnd bit 01H ;起动及停止标志 MinSpd EQU 25 ;起始转动速度 MaxSpd EQU 100 ;最高转动速度 Speed DATA 23H ;流动速度计数

DjCount DATA 24H ;控制电机输出的一个值，初始为11110 111 Hidden EQU 10H ;消隐码 Counter DATA 57H ;显示计数器 DISPBUF DATA 58H ;显示缓冲区 ORG 0000H AJMP MAIN ORG 000BH JMP DISP ORG 001BH JMP DJZD ORG 30H MAIN:

MOV SP,#5FH

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MOV P1,#0FFH MOV A,#Hidden MOV DispBuf,A MOV DispBuf+1,A MOV DispBuf+2,A MOV DjCount,#11110111B

MOV SPEED,#MinSpd ;起始转动速度送入计数器 CLR StartEnd ;停转状态 MOV TMOD,#00010001B ; MOV TH0,#HIGH(65536-3000) MOV TL0,#LOW(65536-3000) MOV TH1,#0FFH; MOV TL1,#0FFH SETB TR0 SETB EA SETB ET0 SETB ET1

LOOP: ACALL KEY ;键盘程序 JNB F0,m_NEXT1 ;无键继续

ACALL KEYPROC ;否则调用键盘处理程序 m_NEXT1: MOV A,Speed MOV B,#10 DIV AB

MOV DispBuf+5,B ;最低位 MOV B,#10 DIV AB

MOV DispBuf+4,B MOV DispBuf+3,A JB StartEnd,m_Next2

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CLR TR1 ;关闭电机 JMP LOOP

ORL P1,#11110000B m_Next2:

SETB TR1 ;启动电机 AJMP LOOP ;主程序结束 ;--------------------------------------- D10ms: ……

;---------延时程序,键盘处理中调用 KEYPROC:

MOV A,B ;获取键值

JB ACC.2,StartStop ;分析键的代码,某位被按下,则该位为1 JB ACC.3,KeySty JB ACC.4,UpSpd JB ACC.5,DowSpd AJMP KEY_RET StartStop:

SETB StartEnd ;启动 AJMP KEY_RET KeySty:

CLR StartEnd; ;停止 AJMP KEY_RET UpSpd:

INC SPEED; MOV A,SPEED

CJNE A,#MaxSpd,K1 ;到了最多的次数？ DEC SPEED ;是则减去1，保证下次仍为该值 K1:

AJMP KEY_RET

18

DowSpd: DEC SPEED MOV A,SPEED

CJNE A,#MAXSPD,KEY_RET ;不等（未到最大值），返回 MOV SPEED,#MinSpd; KEY_RET: RET KEY:

……获取键值的程序 RET

DjZd: ;定时器T1用于电机转速控制 PUSH ACC PUSH PSW MOV A,Speed

SUBB A,#MinSpd ;减基准数 MOV DPTR,#DjH MOVC A,@A+DPTR MOV TH1,A MOV A,Speed SUBB A,#MinSpd MOV DPTR,#DjL MOVC A,@A+DPTR MOV TL1,A MOV A,DjCount CPL A ORL P1,A MOV A,DjCount JNB ACC.7,d_Next1 JMP d_Next2

19

d_Next1:

MOV DjCount,#11110111B d_Next2: MOV A,DjCount RL A

MOV DjCount,A ;回存 ANL P1,A POP PSW POP ACC RETI

DjH: DB 76,82,89,95,100,106,110,115,119,123,12…… DjL: DB 0,236,86,73,212,0,214,96,163,165 ……

DISP: ;显示程序 POP PSW POP ACC …… RETI

BitTab: DB 7Fh,0BFH,0DFH,0EFH,0F7H,0FBH

DISPTAB:DB 0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H,92H,82H,0F8H,80H,90H,88H,83H,0C6H,0A1H,86H,8EH,0FFH END 3）．程序分析

本程序主要由键盘程序、显示器程序、步进电机驱动程序三部份组成，主程序首先初始化各变量，将显示器的高3位消隐，步进电机驱动的各引脚均输出高电平，然后调用键盘程序，并作判断，如果有键按下，则调用键盘处理程序，否则直接转下一步。下一步是将当前的转速值转换为BCD码，送入显示缓冲区；接着判断StartEnd这个位变量，是“1”还是“0”，如果是“1”，则开启定时器T1，否则关闭定时器T1，为防止关闭时某一相线圈长期通电，因此，在关闭定时器T1时，将P1.0~P1.3均置高。至此，主程序的工作即结束。这里为简便起见，这里没有做高位“0”消隐的工作，即如果速度为10转/分，则显示值“010”，读者可

20

以自行加入相关的代码来处理这一工作。

步进电机的驱动工作是在定时器T1的中断服务程序中实现的，由前述分析，每次的定时时间到达以后，需要将P1.0~P1.3依次接通，程度中用了一个变量DjCntr来实现这一功能，在主程序初始化时，该变量被赋予初值11110111B，进入到定时中断以后，将该变量取出送ACC累加器，并在累加器中进行左移，这样，该数值就变为1110 1111，然后将该数与P1相“与”，此时，P1.4即输出低电平，第二次进入中断时，先将该数取反，成为 0001 0000，然后将该数与P1相“或”，这样，P1.4即输出高电平，关断了相应的线圈，然后将该数重新取出，并作左移，即 1110，1111右移成为1101 1111，将该数与P1相“与”，这样P1.5即输出低电平，依次类推，P1.7~P1.4即循环输出低电平。当这一数据变为0111 1111后，需要作适当的改动，将数据重新变回 1111 0111，进行第二次循环，相关代码，请读者自行分析。

定时时间又是如何确定的呢？这里用的是查表的方法，首先用Excel计算得出在每一种转速下的TH值和TL值，然后，分别放入DjH和DjL表中，在进入T1中断程序之后，将速度值变量Speed送入累加器ACC，然后减去基数25，使其基数从0开始计数，然后分别查表，送入TH1和TL1，实现重置定时初值的目的。

课题八 使用单片机制作多路输入电压表

在工业控制和智能化仪表中，常由单片机进行实时控制及实时数据处理。单片机所加工的信息都是数字量，而被控制或测量对象的有关参量往往是连续变化的模拟量，如温度、速度、压力等等，与此对应的电信号是模拟电信号。单片机要处理这种信号，首先必须将模拟量转换成数字量，这一转换过程就是模—数转换，实现模/数转换的设备称为A/D转

换器或ADC。

AD转换器是单片机应用中常见的接口，从事单片机开发的人员通常都会遇到使用AD

的要求，本文通过一个典型的例子来学习一种常用AD转换器的用法。

1、模数转换简介

A/D转换电路种类很多，在选择模/数转换器时，主要考虑以下的一些技术指标：转换时间和转换频率、量化误差与分辨率、转换精度、接口形式等。目前，较为流行的 AD转

21

换器件有很多都采用了串行接口，这使得这类芯片与单片机的硬件连接非常简单，而软件编程相对要复杂一些，下面，我们以TI公司的TLC1543为例，制作一个多路输入的电压

表，了解一下这类芯片的使用特点。

2、TLC1543特性简介

TLC1543是由TI公司开发的开关电容式AD转换器，该芯片具有如下的一些特点： 10位精度、11通道、三种内建的自测模式、提供EOC（转换完成）信号等。该芯片

与单片机的接口采用串行接口方式，引线很少，与单片机连接简单。

图1是TLC1543的引脚示意图，其中A0~A10是11路输入，Vcc和GND分别是电源引脚，REF+和REF-分别是参考电源的正负引脚，使用时一般将REF-接到系统的地，达到一点接地的要求，以减少干扰。其余的引脚是TLC1543与CPU的接口，其中CS为片选端，如不需选片，可直接接地。I/O Clock是芯片的时钟端，Adress是地址选择端，Data Out是数据输出端，这三根引脚分别接到CPU的三个I/O端即可。EOC用于指示一次AD转换已完成，CPU可以读取数据，该引脚是低电平有效，根据需要，该引脚可接入CPU的中断引脚，一旦数据转换完成，向CPU提出中断请求；此外，也可将该引脚接入一个普通的I/O引脚，CPU通过查询该引脚的状态来了解当前的状态，甚至该引脚也可以不接，

在CPU向TLC1543发出转换命令后，过一段固定的时间去读取数据即可。

3、单片机与TLC1543芯片的接口

图2使用TLC1543制作的多路输入电压表的电路图，从图中可以看出，这里使用了TLC1543作为基准电压源，将REF-直接接地，P1.0、P1.1、P1.2、P1.3和P1.4分别与EOC、时钟、地址、数据、片选端分别相连。制作时，请参考表1进制连线。注意电容E1和C1一定要用，E1可用10u/16V电解，C1可用0.1u CBB电容，安装时尽量接近20脚和第

10脚。输入端可根所需要，接入相应的信号。

22

编程的要求是在六位数码管的后四位数码管上轮流显示TLC1543各通道的测量值，

同时用十六进制表示的通道号显示在第1位数码管上。

图2 用单片机制作多路输入电压表

4、TLC1543驱动程序编写

由于采用串行接口，在硬件电路简单的同时，带来了软件编制的复杂性，初学单片机的入门者很难掌握这类芯片的编程方法，这给此类芯片的应用带来一定的限制。为解决这一问题，我们在实际应用该芯片的基础上写出了该芯片的驱动程序，有了驱动程序，使用者不必再关心TLC1543数据手册中的时序图之类不易懂的部份，只要了解清楚驱动程序的用法，即可使用该芯片。

TLC1543共有11条输入通道，这11条通道的编号从0~10，读取时，根据编号来获得想应通道的数据，此外，内部还有三条用于测试的通道，分别是接： 、 和 其通道编号分别是11、12和13. 1）．驱动程序 ;以下定义各引脚

ADCLK EQU P1.1 ;时钟 ADaddr EQU P1.2 ;地址引脚 ADDout EQU P1.3 ;数据端 ADCS EQU P1.4 ;片选端 命令：ADConver

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参数：r2 通道号，转换前存入 转换结后数据在r0r1中，高位在前 资源占用：r0,r1,r7,A ADConver: CLR ADClk CLR ADCS MOV A,R2 RLC A ;送出地址信号 MOV R7,#4 C_L1: RLC A

MOV ADAddr,C SETB ADClk NOP NOP NOP NOP CLR ADClk DJNZ R7,C_L1 ;补6个脉冲 MOV R7,#6 C_L2: SETB ADClk NOP NOP NOP NOP CLR ADClk DJNZ R7,C_L2

24

;等待转换结束 SETB ADCS NOP NOP NOP NOP CLR ADCS ;取高2位 NOP NOP NOP NOP

SETB ADDout SETB ADClk MOV C,ADDout MOV ACC.1,C CLR ADClk NOP NOP NOP NOP

SETB ADDout SETB ADClk MOV C,ADDout MOV ACC.0,C CLR ADClk

ANL A,#00000011B ;清A的高6位 MOV R0,A ;保存数据

MOV R7,#8

25

C_L3: NOP NOP NOP NOP

SETB ADDout SETB ADClk MOV C,ADDout MOV ACC.0,C RLC A CLR ADClk DJNZ R7,C_L3 SETB ADCS MOV R1,A RET

2）．驱动程序的使用

该驱动程序中用到了四个标记符号：

ADClk 与TLC1543的Clk引脚相连的单片机引脚 ADaddr 与TLC1543的Address引脚相连的单片机引脚 ADDout 与TLC1543的AdDout引脚相连的单片机引脚 ADCS 与TLC1543的 引脚相连的单片机引脚

实际使用时，根据接线的情况定义好ADclk、ADaddr、ADDout、ADCS，将通道号送入R2，调用ADConver，即可从R0、R1中得到转换后的数据，使用非常简单。 ;************************************************** ; ;

;文件名：ad.asm

;功能简介：每隔1s轮流将一个通道的值显示在数码管后4位，首位显示通道号 ;**************************************************

26

gCoun DATA 22H ;通道计数器 CLK bit P1.1 ;时钟端 ADDR bit P1.0 ;地址端 Dout bit P1.4 ;数据输出端 CS bit P1.3 ;片选端 Hidden DATA 10H ;消隐码

Counter DATA 57H ;显示程序用计数器 DISPBUF DATA 58H ;显示缓冲区首地址

ORG 0000H JMP START

ORG 000BH ;定时中断使用T0 JMP DISP ;定时中断程序 ORG 30H START:

MOV SP,#5FH ;初始化 MOV P1,#0FFH MOV P0,#0FFH

MOV P2,#0FFH ;关所有LED及数码管 MOV TMOD,#00000001B MOV TH0,#HIGH(65536-3000) MOV TL0,#LOW(65536-3000) SETB TR0 SETB EA SETB ET0

MOV Counter,#0 ;计数器清零

MOV DISPBUF+1,#Hidden ;第2位显示器消隐 MOV gCoun,#0 ；通道计数器清零，指向通道0 LOOP:

CALL Delay ;延时1s

27

MOV R2,gCoun ;送通道号 CALL ADConver MOV A,R0 MOV R6,A MOV A,R1 MOV R7,A CALL HB2

；调用二－十进制转换程序

；入口：待转换的双字节十六进制数在R6和R7中

；出口：转换结束的结果在R3、R4和R5中，压缩BCD码方式存储 MOV A,R4 ANL A,#0F0H

SWAP A ；高低4位互换 MOV DispBuf+2,A ；最高位 MOV A,R4 ANL A,#0FH MOV DispBuf+3,A MOV A,R5 ANL A,#0F0H SWAP A

MOV DispBuf+4,A MOV A,R5 ANL A,#0FH MOV DispBuf+5,A

；以上程序段将压缩BCD码转换成非压缩BCD码并送显示缓冲区 MOV DispBuf,gCoun ；将通道号送第1个显示器的显示缓冲区 INC gCoun ；通道号加1 MOV A,gCoun

CJNE A,#11,LOOP ;判断是否到11了 MOV gCoun,#0 ;到则回零

28

JMP LOOP ;主程序到此结束

29

课题九：库房温湿度自动控制系统

一、设计原则

1.系统的原理框图

下图为库房温湿度自动控制系统的基本组成图。

传感器 处理电路模拟开关A/D 单片机系统 执行机构

2.电路形式的选择 电 源 （1）传感器

传感器是敏感元件,它的功用是探测被测参数的变化。该传感器为温湿度传感器,把感受到的温﹑湿度转换为微小的电压信号.传感器的灵敏度直接决定着整个系统的精确度。

（2）处理电路

传感器送来的为微弱的电信号,还可能伴随着各种噪声,不能直接驱动后级电路,需要用处理放大电路将它放大﹑处理.通过处理电路,对信号进行隔离和放大,驱动后继单元。该处理电路的功用是对传感器送来的信号进行放大﹑信号与噪声的分离.该部分在整个系统中起着十分关键的作用。

（3）模拟开关

此系统有多路传感器输入,通过模拟开关,选择具体的一路作为输入,通道选择由单片机来决定。

（4）A/D转换器

处理电路送来的为模拟信号,而单片机接受的为数字信号,通过A/D转换器,把模拟信号转换为数字信号送进单片机。

（5）单片机系统

该部分为整个系统的核心部分,通过软件编程把程序写进单片机内。对应不同的输入,单片机输出对应信号,驱动后继执行机构。

（6）执行器

在单片机输出信号作用下,执行器发生动作,从而对系统进行控制。执行器包括加热器和除湿机。根据采样结果,对室内温﹑湿度信号进行数据处理。根据设定值的大小,分别对加热器和除湿机进行控制。

2.主要设计指标

控制温度范围:高于室外3℃～5℃; 控制湿度范围: 40～60%

30

工作环境:温度-30℃～+60℃,相对湿度≤95% 工作电压:220±15%

3.实验设备

温湿度传感器 WS302型传感器 多路模拟开关 CD4051 数模转换器 ICL7135 CPU 8031 除湿机 CH948B

二、设计任务

1.设计电路原理图。

2.确定电路器件并说明其原理。

3.编写说明书，说明系统的工作原理、操作方法、说明实验结果。 31

课题十：温度智能控制仪表设计

一、设计原则

1.系统的原理框图

温度检测 传感器 温度设定 微 1#电炉控制 1#炉 机 温度显示 2#电炉控制 2#炉

3#电炉显示 3#炉

2.性能指标

(1) 控温范围为0℃-64℃,可适用多种温度需求场合。

(2) 升温由3台1000W电炉实现。可在一定时间内将温度提高到要求的温度。(3) 要求实时显示温室温度，显示位数3位，即XX.X.℃

3.硬件电路

(1) 微处理器 (2) 温度检测电路 a．A/D转换器 b．温度传感器 (3) 温度设定 (4) 电炉控制电路 (5) 温度显示电路

4.软件系统的设计

系统的程序流程图如图。

32

二、设计任务

1.设计电路原理图。

2.确定电路器件并说明其原理。 3.进行软件编程。

4.编写说明书，说明系统的工作原理、操作方法。

33

课题十一：自动供水控制系统

一、设计原则

1.系统的原理框图

下图为自动供水控制系统的基本组成框图，表示的是自动供水控制系统的组成。

2.系统组成

自动供水控制系统是由电桥、振荡器、交流放大器、相敏检波器、滤波器、电气转换器，气动调节阀门、位置发送器和稳压电源等组成。

3.实验设备

电阻、三极管、变压器、二极管、电容、多触头开关、指示表、电气转换器、气动调节阀门、位置发送器等。

二、设计任务

1.设计电路原理图。

2.确定电路器件并说明其原理。

34

3.编写说明书，说明系统的工作原理、操作方法、说明实验结果。

35

设计十二：液位数字显示控制系统

一、设计原则

1.系统的原理框图

数字显示 装置 液位感测及A/D转换单控制执行及变送单元 元 报警装置 储水装置 水泵和电磁阀 2.电路形式的选择

(1) 传感器部分 (2) 电阻/电压转换器 (3) A/D转换单元 (4) 控制执行单元

3. 实验设备

三端集成稳压器 78L05 78L02 312位A/D转换器 MC14433

8输入与非门 CC4068 4线-七段锁存译码器/驱动器 CD4511 集成运算放大器 一块 达林顿三级管 U850 继电器线圈 3个 八段数码显示管 4个 三相交流电动机 2台

二、设计任务

36

1.设计电路原理图。

2.确定电路器件并说明其原理。

3.编写说明书，说明系统的工作原理、操作方法、说明实验结果。

37

设计十三： DDZ-III型仪表温度控制系统

一、设计原则

1.系统的原理框图

2.系统参数

（1）热电阻温度变送器可与各种测温电阻配合使用，可将温度信号成比例转化为4~20mA(DC)信号和1~5V（DC）信。

（2）调整参数

比列带 P%=1/3100%=（2~500%）（=微分时间积分时间 微分增益

=0.04~10min (=n)

=0.01~2.5min(m=1时)（=m=0.1~25min(m=10时) =10（=n）

（m=1时）

=

2

）

2）

）

积分增益≥≥

（m=10时）（

（3）电机转速

利用电磁减速作用，使电机保持60转/每分；转速的稳定性较高，瞬时转速不稳定度

为10左右。

3.硬件电路的选择

（1）温度变送器

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热电阻温度变送器可为DDZ-III型仪表，与各种测温电阻配合使用，可将温度信号成比例转化为4~20mA(DC)信号和1~5V（DC）信。热电阻温度变送器和直流毫伏温度变送器的输入转换部分搭补相同。热电阻温度变送器的输入转换部分由线形化电路 热电阻导线电阻补偿电路零点调整电路组成。

（2）调节器

调节器选用DDZ-III系列中的基型调节器，他除了有PID运算功能外，只有内给定、偏差指示、手动、输出阀位指示等与简单的调节系统直接有关的功能，成为“基型调节器”。其它带跟踪、抗积分饱和、计算机给定等较复杂的调节器都是在基调节器基础上组合而成的。

其主要任务是根据变送器送来的直流1~5V信号，与给定的信号比较，对偏差进行PID调节运算，然后输出直流4~220mA送至执行器。

（3）执行器

执行器选用DDZ-III系列电动执行器。直接行程电动执行器具有较大的推力，定位精度高，反映速度快，滞后时间小，能源消耗低，安装方便，供电简便，在突然断电时能自动保持调节阀的原来位置等特点。

3.实验设备

DDZ-III型热电阻温度变送器、基型调节器、电动执行机构。

二、设计任务

1.设计电路原理图。

2.确定电路器件并说明其原理。

3.编写说明书，说明系统的工作原理、操作方法、说明实验结果。

39

设计十四：电加热炉的温度控制系统

一、设计原则

1.系统的原理框图

外部存储EPROM 电源 电加热炉 键盘数码显示2.硬件电路设计

（1）温度检测和变送器

温度检测元件和变送器的类型选择与被控温度的范围和精度等级有关。镍铬/镍铝热电偶适用于0℃-1000℃的温度检测范围，相应输出电压为0mV-41.32mV。

变送器由毫伏变送器和电流/电压变送器组成：毫伏变送器用于把热电偶输出的0mV-41.32mV变换成4mA-20mA的电流；电流/电压变送器用于把毫伏变送器输出的4mA-20mA电流变换成1-5V的电压。

（2）微处理器电路

接口电路采用MCS-51系列单片机8031，外围扩展并行接口8155，程序存储器

EPROM2764，模数转换器ADC0809等芯片。8155用作键盘/LED显示器接口电路。键盘有30个按键，分成六行（L0-L5）五列（R0-R4），只要某键被按下，相应的行线和列线才会接通。30个按键分三类：一是数字键0-9，共10个；二是功能键18个；三是剩余两个键，可定义或设置成复位键等。为了减少硬件开销，提高系统可靠性和降低成本，采用动态扫描显示。A口和所有LED的八段引线相连，各LED的控制端G和8155C口相连，故A口为字形口，C口为字位口，8031可以通过C口控制LED是否点亮，通过A口显示字符。 （3）温度控制电路

8031对温度的控制是通过双向可控硅实现的。双向可控硅管和加热丝串接在交流220V、50Hz市电回路。在给定周期T内，8031只要改变可控硅管的接通时间即可改变加热丝的功率，以达到调节温度的目的。

可控硅接通时间可以通过可控硅控制极上触发脉冲控制。该触发脉冲由8031用软件在

40

-8031 A/D转换模块 温度控制执行机构 热电偶-温度变送

P1.3引脚上产生，在过零同步脉冲同步后经光电耦合管和驱动器输出送到可控硅的控制极上。

二、设计任务

1.设计电路原理图。

2.确定电路器件并说明其原理。 3.进行软件编程。

4.编写说明书，说明系统的工作原理、操作方法。

41

设计十五：室内温度自动调节系统

一、设计原则

1.系统的原理框图

下图为室内温度自动调节系统的组成方框图，表示的是室内温度系统的组成结构。

错误!

2.电路形式的选择

（1）变送机构

温度变送器的作用是与热电偶配合，将被测温度和温差信号转换成统一的标注信号，以便实现对温度参数的显示、记录及自动控制。

自激调制成 输入回路 直流放大器 负反馈回路

（2）调节机构

调节机构接受变送机构的信号并与给定信号相比较后，将其偏差信号进行PID调节后输出。控制执行机构。

（3）执行机构

本设计的执行结构为抽风机和加热器。

3.实验设备

DDZ-Ⅱ型温度变送器、调节器、小型抽风机、加热器。

二、设计任务

1.设计电路原理图。

2.确定电路器件并说明其原理。

42

3.编写说明书，说明系统的工作原理、操作方法、说明实验结果。

43

设计十六：加热炉控制系统

一、设计原则

1.系统的原理框图

下图为加热炉控制系统的系统框图，控制对象为电炉，检测元件为热电偶，执行器为电压调整器（ZK-1）和晶闸管器件。图中虚线框内是智能温度控制仪，它包括主机电路、过程输入输出通道、键盘、显示器及稳压电源。

2.设计要求：

（1）具有四路模拟量（热电偶mV）输入，其中第一路用于调节；设有冷端温度自动补偿、热电偶线性化处理和数字滤波功能，测量精度达?0.1%，测量范围为0～1100?C。 （2）有一路模拟量（0～10mA）输出和八路开关量输出，能按时间程序自动改变输出状态，以实现系统的自动加料、放料，或者用作系统工作状态的显示。

（3）用PID调节规律，且具有输出限幅和防积分饱和功能，以改善系统动态调节品质。 （4）采用6位LED显示，2位显示参数类别，4位显示数值。任何参数显示5s后自动返回被调温度的显示。运行开始后，可显示瞬时温度和总时间值。

（5）具有超偏报警功能。超偏时，发光管以闪光形式报警。

（6）输入、输出通道和主机都用光电耦合器进行隔离，使仪器具有较强的抗干扰能力。

44

（7）仪器还具有掉电保护功能。

二、设计任务

1.设计电路原理图。

2.确定电路器件并说明其原理。 3.进行软件编程。

4.编写说明书，说明系统的工作原理、操作方法。

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设计十七：贮罐液位控制系统设计

一、设计原则

1.系统的原理框图

下图为贮罐液位控制系统的方块图，表示贮罐液位控制系统的基本组成。它包括控制器、控制阀、贮罐、差压变送器和差压式水位计。

2.系统硬件电路的选择

（1）差压式水位计 （2）差压变送器 （3）DTL-331调节器 （4）DJK型电动执行器

3.实验设备

压力变送器、差压式水位计、DTL-331调节器、DJK型电动执行器、控制阀、贮罐。

二、设计任务

1.设计电路原理图。

2.确定电路器件并说明其原理。

3.编写说明书，说明系统的工作原理、操作方法、说明实验结果。

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设计十八：热分析技术中的温度控制系统

一、设计原则

1.系统的原理框图

下图为温度控制系统的组成方框图。

1 热电偶 加热炉 执行器 2 加热器 ETC 调节器 偏差放大器 ET 毫伏发生器

2.电路选择

（1）毫伏发生器

选用机械式程序毫伏发生器，如下图所示。在图中，由同步电动机经齿轮减速变速后去带动多圈电位器R滑动端，当滑动端从上向下滑动时，程序毫伏电势ET就逐渐升高，反之就下降。程序毫伏电压还可以根据要求设定多档变速装置，改变其中齿轮的搭配，就改变了电位器R滑动端的滑动速度，即改变了程序升温的速度。

- ET + + 稳压 电源 R 同步电动机 减速变速 - （2）偏差放大器

偏差放大器由滤波器、斩波器、交流放大器、相敏放大器、多谐振荡器和直流稳压电源构成，如图所示。由于偏差放大器放大的信号很小，是微伏级的，故采用低噪声、低漂移和抗干扰能力强的直流放大器。一般采用调制式直流放大器，以减小其漂移。同时，还必须精选前置级的晶体管和开关管，以减小噪声和漂移。

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输入信号 滤波器 斩波器 交流放大器 相敏放大器 输出信号 多谐振荡器

（3）调节器

采用PID调节器。PID调节器由场效应管放大器、运算放大器和PID演算回路等组成，如图所示。由PID调节规律，可以根据炉子的热惯性大小和升温速度，适当调节P、I、D的大小，总会使整个程序温度控制达到既稳定而偏差电压又小的目的。电路应实现抑制零点漂移、提高共模抑制比和使用低的电源电压，并采用场效应管提高输入阻抗。

±10℃ 偏差显示 直流输出 场效应管 放大器 5G922 + 直流输入信号 - PID 演算回路 （4）执行器

采用晶闸管控制器。晶闸管控制器包括触发电路、晶闸管和炉丝电压反馈等三部分，如图所示。图中，输入信号电压就是由PID放大器所输出的电压。当PID放大器输出电压愈高，则触发电路所发出的触发脉冲频率愈高，使晶闸管的导通角愈大，炉子加热快。另一方面，将炉丝电压经整流后反馈到触发电路的输入端，起负反馈作用，使晶闸管不至于瞬时导通过分，而引起炉温的波动。

电源 直流输入信号 + 触发电路 晶闸管 炉子 炉丝电压 反馈网络

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3.主要技术指标

（1）程序毫伏发生器

电源 36V交流电 工作电压 6.1～8.5V 工作电流 8～14mA

恒流器 Vce=18～25V，Ie=25mA （2）偏差放大器

斩波器 交流电压7V 相敏放大器 交流电压14V

多谐振荡器 振荡频率f≈300Hz 直流稳压电源 12V直流电 （3）PID调节器

电源 28V交流电 （4）晶闸管控制器

电源 220V、50Hz交流电

二、设计任务

1.设计电路原理图。

2.确定电路器件并说明其原理。

3.编写说明书，说明系统的工作原理、操作方法、说明实验结果。

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