1、啤酒發(fā)酵過程的微機(jī)控制 摘 要 在啤酒發(fā)酵中，溫度糖度和時間三者的變化是相輔相成的。而實(shí)際上糖度的 控制是由調(diào)節(jié)發(fā)酵溫度來完成的。時間的控制，在一定麥汁濃度酵母數(shù)量和活性 的條件下，亦取決于發(fā)酵溫度。所以說目前的發(fā)酵操作中，最主要的是溫度的控 制。要使整個發(fā)酵過程按預(yù)定曲線進(jìn)行，達(dá)到良好的產(chǎn)品質(zhì)量，對麥汁發(fā)酵過程 的溫度進(jìn)行控制，是十分重要的。單片機(jī)控制啤酒發(fā)酵的過程控制系統(tǒng)采用了集 成電路溫度傳感器和優(yōu)化采樣控制，具有了較好的控制精度，穩(wěn)定性和可靠性。 而且由于其控制功能要通過內(nèi)部的控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)，人們只要改變這些程序就可 以更改系統(tǒng)的控制功能，以適應(yīng)新的研制要求而不需要改變硬件系統(tǒng)。 本文

2、介紹了一種把單片機(jī)應(yīng)用在啤酒發(fā)酵過程中的控制系統(tǒng)。具體介紹了該 系統(tǒng)涉及的對象特性，發(fā)酵溫度的測量與控制，以及該系統(tǒng)的軟件框圖設(shè)計(jì)。 我們選擇 mcs51 系列的 80c31 作為 cpu，構(gòu)成一個最小系統(tǒng)機(jī)。系統(tǒng)機(jī)的 特點(diǎn)是開發(fā)量大，應(yīng)用靈活。整個系統(tǒng)的硬件主要包括：微處理器（80c31）和外 擴(kuò)存儲器（27512、62256）及外擴(kuò) i/o 接口、譯碼電路、a/d 轉(zhuǎn)換器（ad1674jn） 、 d/a 轉(zhuǎn)換器（dac0832） 、lcd 液晶顯示器（zjm12864b） 、提供12v 和+5v 的電源、 4*4 鍵盤、由 pt100 鉑電阻構(gòu)成的溫度傳感器、后向通道 v/i 變換電路、可

3、調(diào)流 量閥、開關(guān)閥。控制算法選用 pid 控制算法。 關(guān)鍵詞 溫度控制 pid 液晶顯示器 集成電路 采樣控制 beer fermentation process of microcomputer control abstract in beer fermentation, the sugar content and timing of temperature changes in the three complement each other. in fact the control of sugar fermentation by adjusting the temperature to

4、complete. time control, to a certain number of wort concentration and activity of yeast conditions, also depends on the fermentation temperature. so the current operation of the fermentation, the most important one is temperature control. fermentation process to make the whole curve as scheduled, a

5、good product quality, on the temperature of wort fermentation process control is very important. this article introduced one kind the monolithic integrated circuit application in the beer fermentative process control system. introduced specifically this system involves object characteristic, ferment

6、ation temperature survey and control, as well as this system software diagram design. we choose mcs-51 series 80c31 to take cpu, constitutes a smallest system machine. the system machine characteristic is develops the quantity to be big, the application is flexible. the overall system hardware mainl

7、y includes: the microprocessor (80c31) and outside expands the memory (27512, 62256) and outside expands the i/o connection, the decoding circuit, the a/d switch (ad1674jn), the d/a switch (dac0832), the lcd liquid-crystal display (zjm12864b), provides 12v and the +5v power source, the 4*4 keyboard,

8、 the temperature sensor, the backward channel v/i transfer network, the adjustable flow valve, the switch valve which constitutes by the pt100 platinum resistance. the control algorithm selects the pid control algorithm. keywordskeywords temperature control proportion integration differentiation liq

9、uid-crystal display integrated circuit sampling control 第 1 章引言 啤酒是以大麥和水為主要原料，大米或谷物、酒花為輔料，經(jīng)制成麥芽、糖 化、發(fā)酵釀造而成的低酒精度、含二氧化碳、營養(yǎng)豐富的飲料酒。一九七二年七 月二日在墨西哥舉行的第九界“國際營養(yǎng)食品會議”上，被正式列為營養(yǎng)食品。 啤酒有著同人類文化同樣悠久的歷史，但我國的啤酒工業(yè)迄今只有百余年的 歷史。 啤酒生產(chǎn)要經(jīng)過許多道工藝，其中發(fā)酵是最為重要的一環(huán)。麥芽汁冷卻至規(guī) 定溫度后，進(jìn)入發(fā)酵罐，添加一定量酵母后，開始發(fā)酵作用。啤酒發(fā)酵是一項(xiàng)非 常復(fù)雜的生化反應(yīng)過程啤酒在所含酶系的作用下，

10、在厭氣的條件下，使大部分發(fā) 酵性糖轉(zhuǎn)變?yōu)槎趸己途凭硗膺€有一系列的發(fā)酵副產(chǎn)物，如醇類、醛類、 酸類、酯類、酮類和硫化物等生成。這些發(fā)酵產(chǎn)物決定了啤酒的風(fēng)味、泡沫、色 澤和穩(wěn)定性等各項(xiàng)理化性能，使啤酒具有其獨(dú)特的典型性。 不同的釀造者由于采用不同的酵母菌種，不同的發(fā)酵工藝，所以生產(chǎn)出不同 類型的啤酒，傳統(tǒng)的發(fā)酵方法可分為上面發(fā)酵和下面發(fā)酵兩種類型。下面發(fā)酵法 雖出現(xiàn)比較完，卻較上面發(fā)酵法更為盛行。目前大多數(shù)國家采用下面發(fā)酵法釀造 啤酒，國內(nèi)啤酒全部采用下面發(fā)酵法。啤酒的發(fā)酵可分為幾個過程： 1.發(fā)酵過程：麥芽汁經(jīng)冷卻進(jìn)入發(fā)酵罐，在此階段自然升溫到 13.5，并保持 30 小時； 2.還原過

11、程：發(fā)酵液在 24 小時內(nèi)從 13.5升溫到 15.5，并保持 90 小時； 3.降溫過程：發(fā)酵液在 72 小時內(nèi)從 15.5降溫到 4； 4.儲存過程：發(fā)酵液在 48 小時內(nèi)從 4降溫到-0.5，并保溫 96 小時。 啤酒發(fā)酵工藝是一種批量生產(chǎn)工藝，是啤酒生產(chǎn)中最為重要的一環(huán)，發(fā)酵罐 從一開始到結(jié)束，歷時數(shù)周必須嚴(yán)格按照預(yù)定的溫度控制曲線，以實(shí)現(xiàn)最佳發(fā)酵 過程。因此發(fā)酵控制系統(tǒng)就尤為重要。由于發(fā)酵罐運(yùn)行的數(shù)量隨產(chǎn)量的變化而變 化，各發(fā)酵罐的實(shí)際發(fā)酵情況也各不相同，因此各發(fā)酵罐可有自己的控制系統(tǒng)， 如使用單片機(jī)組成系統(tǒng)，再將各分系統(tǒng)由上位機(jī)監(jiān)控。 單個發(fā)酵罐一般由罐體、罐體周圍環(huán)繞的繞冷卻管，

12、及上、中、下三處三個 開關(guān)閥和一個總的流量閥組成，啤酒的發(fā)酵過程是放熱反應(yīng)發(fā)酵液溫度逐漸升高， 要按照預(yù)定的溫度曲線控制，只需控制冷卻液的流量及開關(guān)閥的開關(guān)即可。這一 簡單的工作由 mcs51 系列單片機(jī)組成的系統(tǒng)足可以完成。 本次設(shè)計(jì)即采用 mcs51 系列單片機(jī)組成的系統(tǒng)對啤酒的發(fā)酵過程進(jìn)行控制。 第 2 章 系統(tǒng)控制方案的確定 啤酒發(fā)酵過程中，溫度是主要參數(shù)。系統(tǒng)所采用的控制方法，就是根據(jù)發(fā)酵液 的溫度來控制流量閥冷媒的輸入量及三個開關(guān)閥的開關(guān)。其中調(diào)節(jié)系統(tǒng)是由微型 計(jì)算機(jī)組成。當(dāng)溫度控制達(dá)到一定精度時，其它的參數(shù)如壓力、液位等可以忽略 不予考慮。本次設(shè)計(jì)即采用 mcs51 系列單片機(jī)組

13、成的系統(tǒng)對啤酒的發(fā)酵過程進(jìn) 行控制。由溫度傳感器采溫，經(jīng) a/d 轉(zhuǎn)換進(jìn)入 80c31，相應(yīng)算法求偏移量，由 d/a 轉(zhuǎn)換送出，經(jīng) v/i 變換成 010ma 信號控制流量閥，調(diào)節(jié)冷媒流量以達(dá)到控溫目 的。 發(fā)酵過程特性辯識：為了使微型計(jì)算機(jī)控制的發(fā)酵過程滿足工藝要求，需要 了解被控制對象冷卻液對發(fā)酵溫度調(diào)節(jié)的動態(tài)特性建立控制對象的數(shù)學(xué)模型。 這是一件比較困難的事情。因?yàn)樗^測驗(yàn)特性是靠控制外作用去偵知對象內(nèi)部的 變化過程，由于不允許破壞生產(chǎn)，以免影響企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，故不能加入人為擾 動典型特征來獲得滿度變化特性數(shù)據(jù)，因而采用微機(jī)控制運(yùn)行的條件下，由微機(jī) 本身采集被控過程的輸入量輸出量（冷媒調(diào)

14、節(jié)量和溫度變化） ，然后，離線回歸辯 識。 控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)考慮：根據(jù)發(fā)酵工藝要求和控制對象大慣性、溫度調(diào)節(jié) 精度和速度變化、硬件系統(tǒng)的可靠性、軟件系統(tǒng)的可靠性及保持可編程多功能和 靈活性等要求和特點(diǎn)，總體方案要求包括以下幾個方面的方針：測定和建立數(shù)學(xué) 模型；選擇檢測和調(diào)節(jié)儀表方案；確定控制規(guī)律；確定微機(jī)硬件配置和工作方式； 應(yīng)用軟件的功能和驅(qū)動方式。分述如下： 1. 測定和建立數(shù)學(xué)模型。 決定對測定對象動態(tài)特性和辯識算法進(jìn)行模擬研究，在此基礎(chǔ)上確定了用采 集正常生產(chǎn)運(yùn)行數(shù)據(jù)，并用最小二乘法進(jìn)行回歸建立對象的數(shù)學(xué)模型。實(shí)驗(yàn)已證 明，我們對建立對象的數(shù)學(xué)模型過程的大慣性、大滯后性質(zhì)的預(yù)估是正確

15、的，但 其中不同發(fā)酵階段的參數(shù)有很大變化是逐漸認(rèn)識的。 2.檢測與調(diào)節(jié)。 對上百立方米這樣的一個大容器，又無攪拌的系統(tǒng)，我們采用多點(diǎn)測溫取平 均值的方法，即分上、中、下三部，上部和下部分三點(diǎn)，中部兩點(diǎn)。調(diào)節(jié)部分采 用一個總的流量閥，上、中、下各采用一個開關(guān)閥。由微機(jī)控制總的流量和各閥 的開關(guān)。 3.控制規(guī)律。 對于一般溫度慣性對象，由 pid 調(diào)節(jié)器構(gòu)成閉環(huán)單回路系統(tǒng)，用離散化 pid 值直接控制就可以了。不過為適應(yīng)不同工藝階段給定值是變化的溫度曲線（折線） 這個情況，采用恒溫段采用 pid 調(diào)節(jié)等不同控制措施。為了適應(yīng)大慣性、大滯對 象的特點(diǎn)，在軟件設(shè)計(jì)中還提供了補(bǔ)償?shù)?smith 預(yù)估補(bǔ)償

16、以及比較著名的達(dá)林算 法。 4.系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)。 微機(jī)選型要兼顧性能、可靠性、與外圍接口設(shè)備的連接、功耗、價格等多方 面因素。我們采用 mcs51 系列的 80c31 作為 cpu 并配以相應(yīng)的外圍電路。 5.軟件設(shè)計(jì)。 軟件設(shè)計(jì)采用模塊化程序，各種功能作成子程序，如鍵盤、顯示、pid 調(diào)節(jié)、 報(bào)警等，供主程序調(diào)用。 第 3 章 系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的建立及控制算法的確定 啤酒發(fā)酵的周期為 15 天左右，溫度變化緩慢，是一個大滯后、大慣性的控制 對象，對發(fā)酵液的溫度控制精度要求在 0.15的范圍內(nèi)。要使控制系統(tǒng)達(dá)到理想 的效果，適當(dāng)?shù)倪x擇控制算法是非常重要的。通常的數(shù)字調(diào)節(jié)器都利用常規(guī)的 pid 算法

17、，即根據(jù)下式來編制調(diào)節(jié)程序。 式中：e 為給定值與實(shí)際值的偏差；kp 為調(diào)節(jié)器放大被數(shù)；td 為微分時間；ti 為 積分時間。 由于發(fā)酵罐的容積比較大，每次投料很多，冷卻液又不能與發(fā)酵液直接接觸， 1 0 0 t i p dt tdt de tekp 只在發(fā)酵罐周圍的環(huán)管中循環(huán)，這樣一來系統(tǒng)反應(yīng)速度很慢，滯后時間較長，時 間常數(shù)較大，常常會使調(diào)節(jié)出現(xiàn)超調(diào)或震蕩。圖 3-1 示出階躍信號作用下系統(tǒng)的 反應(yīng)曲線。對于此類含純滯后的控制對象采用 pid 算法或史密斯補(bǔ)償算法能收到 良好的效 階躍信號 圖 31 階躍信號作用下系統(tǒng)反應(yīng)曲線 由于發(fā)酵罐的時間常數(shù)大，將其閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)用一個一階慣性環(huán)節(jié)加一

18、個延 時環(huán)節(jié)來進(jìn)行。 對于計(jì)算機(jī)控制必須把連續(xù)形式化成離散形式，而且為了防止計(jì)算機(jī)運(yùn)算輸出飽 和值，通常采用增量輸出離散算法。 式中：tc 為采樣周期，本系統(tǒng)為 10 秒。還可以變換下面的增量方程： 式中： ui(k)第 k 個周期采樣溫度值； u0(k)第 k 個周期的給定溫度值。 初值 q(k-1)=0,e(k-1)=0 )()()( )() 1()( ) 1()( ) 1()()( 0 kukuke kbkcekq kqkae kpkpkp i c d p c d p c d i c p t t kc t t kb t t t t ka 21 1 我們根據(jù)被控對象的特點(diǎn)，采取以下的方法結(jié)

19、合到 pid 算法之中： 1.在保溫階段，給定 u0（k）保持不變，采用 pi 調(diào)節(jié)。 2.在升溫和降溫階段，采用 pid 調(diào)節(jié)。 3.為了減少滯后的影響，在給定溫度曲線發(fā)生折點(diǎn)變化時，應(yīng)在拐點(diǎn)之前提 前開閥或關(guān)閥。這就是拐點(diǎn)處理，其目的是為了使溫度發(fā)生轉(zhuǎn)折變化時過度自然。 4.對增量輸出和閥位輸出進(jìn)行限幅處理。 前面已提到了采用 smith 補(bǔ)償算法， 我們把被控對象視為具有純滯后的慣性環(huán)節(jié)： 這是它的傳遞函數(shù)。式中：k0 為對象的放大倍數(shù)；t 為對象的時間常數(shù)； 為純 滯后時間。smith 補(bǔ)償環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)為： 化為微分方程形式為： 再化為差分方程形式為： 也可以改寫為： 式中：k=0，

20、1，2；tc 為采樣周期時間；c 為滯后周期數(shù)；c=。由于在主控部分 采用 pid 控制算法，其算法在前面給出，可知： 又有： )()()( )( 0 tptpkty dt tdy t s s )()(1)() 1( 000 ktpktpekktyetky t t s t t cs cc ss p e ts k esgsg 1 )()( 0 s e ts k sg sd sy 1 1 )( )( )( 0 ) 1()(1)() 1( 0 kpkpekkyekyt t s t t s c c )() 1()( ) 1()() 1()()( kbkcekq kqkaekpkpkp )()()()(

21、)()()( 00 kykukukykukuke sisi 而 ys(k)可以由 smith 差分方程推出： 式中： 由此可見，smith 補(bǔ)償控制算法只不過是采樣溫度減去給定溫度，再加上一 個 ys(k)值作為補(bǔ)償值，再把這個值作為 u(k)送入 pid 算式中計(jì)算增量輸出。因 而，可以把上述兩種算法合成一個程序。只要在開始入口處用不同地址選擇其中 的一種算法即可 第 4 章 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)及分析 本次設(shè)計(jì)是為了實(shí)現(xiàn)啤酒發(fā)酵過程的自動控制，對次過程來說，要求處理精度 高、速度快，結(jié)合前面敘述的控制方案、控制算法及兼顧性能、價格的綜合研究， 我們選擇 mcs51 系列的 80c31 作為 c

22、pu，構(gòu)成一個最小系統(tǒng)機(jī)。系統(tǒng)機(jī)的特點(diǎn) 是開發(fā)量大，應(yīng)用靈活。整個系統(tǒng)的硬件主要包括：微處理器（80c31）和外擴(kuò)存 儲器（27512、62256）及外擴(kuò) i/o 接口、譯碼電路、a/d 轉(zhuǎn)換器（ad1674jn） 、 d/a 轉(zhuǎn)換器（dac0832） 、lcd 液晶顯示器（zjm12864b） 、提供12v 和+5v 的電源、 4*4 鍵盤、由 pt100 鉑電阻構(gòu)成的溫度傳感器、后向通道 v/i 變換電路、可調(diào)流 量閥、開關(guān)閥。 4.1 微處理器和外部存儲器擴(kuò)展 4.1.1 微處理器 80c31（cpu） 微處理器（cpu）是控制系統(tǒng)的核心。我們選擇 mcs51 系列的 80c31 作為

23、cpu。80c31 是 cmos 工藝的芯片，功耗較小，價格便宜。 80c31 與 51 系列基本型完全兼容。片內(nèi)有一個 8 位的處理器；片內(nèi)震蕩器； 128 字節(jié)的用戶 ram，21 個字節(jié)的專用寄存器；4 個 8 位并行 i/o 口 （p0、p1、p2、p3） ；1 個全雙工的串行 i/o 口；2 個 16 位定時/計(jì)數(shù)器（t0、t1） ， ) 1() 1(1) 1()(lkpkpkfyky ss t tc ef t tc ekh1 0 c t l 5 個中斷源，2 級中斷優(yōu)先權(quán)。 80c31 的供電電壓可在 5v20%范圍內(nèi)。它有兩種掉電工作方式：一種是 cpu 停止工作，其它部分繼續(xù)工

24、作；一種是除片內(nèi) ram 繼續(xù)保持?jǐn)?shù)據(jù)外，其它部分都 停止工作。 雙列直插封裝（dip）方式的 80c31 共有 40 個引腳，圖 41 是它的引腳分布， 其按功能可分為三部分： 圖 4-1 80c31 管腳圖 1.i/o 口線：p0、p1、p2、p3 p0 口的每一位都由一個多路轉(zhuǎn)換開關(guān) mux 控制。即 p0 是一個多功能口。 當(dāng)單片機(jī)需要擴(kuò)展片外程序存儲器或數(shù)據(jù)存儲器時，p0 口各位用來輸出片外存儲 器地址的低 8 位 a0a7 以及輸入或輸出數(shù)據(jù) d0d7。p0 口一般都是用作地址/數(shù) 據(jù)復(fù)用總線，它是雙向口。本次設(shè)計(jì)也是如此使用。 p1 口是一個普通的單功能口，只能用來作普通的 i/

25、o 口。可以按位設(shè)置 成輸入或輸出。本次設(shè)計(jì)用 p1 口來控制多路開關(guān)、冷卻開關(guān)閥及報(bào)警電路。 p2 口的每一位也都由一個多路轉(zhuǎn)換開關(guān) mux 控制。它是一個雙功能口。 當(dāng)擴(kuò)展片外程序存儲器時，p2 作為地址總線，輸出地址高 8 位 a8a15；當(dāng)擴(kuò)展 片外數(shù)據(jù)存儲器時，可以輸出鎖存器的值作為地址高 8 位 a8a15，也可以輸出 dph 的值作為地址高 8 位 a8a15。 p3 口也是雙功能口，除了作為普通 i/o 口之外，它還具有第二功能。作 為第二功能時，p3 口 8 條線有特殊用途： p3.0 第二功能為 rdx(串行輸入)； p3.1 第二功能為 tdx(串行輸出)； p3.2 第

26、二功能為 int0(外部中斷 0 輸入)； p3.3 第二功能為 int1(外部中斷 1 輸入)； p3.4 第二功能為 t0(定時/計(jì)數(shù)器 0 輸入)； p3.5 第二功能為 t1(定時/計(jì)數(shù)器 0 輸入)； p3.6 第二功能為 wr(片外數(shù)據(jù)存儲器寫選通)； p3.7 第二功能為 rd(片外數(shù)據(jù)存儲器讀選通)； 本次設(shè)計(jì)我們用到 p3 口的第二功能。80c31 的串行口在 p3.0 和 p3.1，它 要用于與上位機(jī)進(jìn)行通訊。 2.控制口線： psen（29）片外取指控制。此引腳輸出的是外部程序存儲器的讀選通信 號。 ale（30）地址鎖存控制。當(dāng)訪問外部存儲器時，ale 的輸出用于鎖存地

27、 址的低位字節(jié)。 ea（31）片外程序存儲器選擇。當(dāng) ea 保持低電平時，訪問片外程序存儲 器。因?yàn)槲覀冇玫?80c31 片內(nèi)沒有程序存儲器，必須進(jìn)行外部擴(kuò)展，因此，將 ea 引腳直接接地。 reset（9）復(fù)位控制。在此引腳保持兩個機(jī)器周期的高電平，cpu 將執(zhí) 行復(fù)位操作，恢復(fù)初始狀態(tài)。我們將此引腳與“看門狗”相連。 3.電源及時鐘： vcc（40） 、vss（20）這兩個引腳為處理器提供電源。其中 vcc 接 +5v，vss 接地。 xtal1（19） 、xtal2（18）這兩個引腳用于引進(jìn)外部震蕩源，來給處理器 提供基準(zhǔn)時鐘信號。我們采用外接 12m 晶體震蕩器。 4.1.2 外部存儲

28、器 存儲器是計(jì)算機(jī)不可缺少的部分，它擔(dān)負(fù)著計(jì)算機(jī)程序和數(shù)據(jù)的存儲的重任。 有了存儲器計(jì)算機(jī)才能脫離人的直接干預(yù)，自動的完成工作。存儲器的容量越大， 存儲的信息就越多，計(jì)算功能就越強(qiáng)。 1.外部程序存儲器 在 mcs51 系列單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)擴(kuò)展中，程序存儲器的擴(kuò)展應(yīng)用是最多的， 擴(kuò)展方法也比較簡單。外部程序存儲器根據(jù)燒寫方法的不同可以分為掩膜式的 （prom） 、光可擦的（eprom）和電可擦的（eeprom） 。我們選用 inter 公司的 27 系列的 27512 芯片，它的存儲器空間達(dá)到了 64k 字節(jié)。 外部程序存儲器和外部數(shù)據(jù)存儲器是分別獨(dú)立編址的，因此外部程序存儲器 有自己獨(dú)立的地址

29、編號（0000hffffh） 。外部程序存儲器內(nèi)指令的讀取由 psen 引腳的信號控制，使用 movc 指令。外部程序存儲器和外部數(shù)據(jù)存儲器共同使用地 址總線和數(shù)據(jù)總線。 mcs51 系列單片機(jī)訪問外部程序存儲器的操作時序分兩種情況，即不執(zhí)行 movx 指令和執(zhí)行 movx 指令。在執(zhí)行 movx 指令時，p0 口作為地址線，專門用于輸 出程序存儲器的低 8 位地址 pcl。p2 口專門用于輸出程序存儲器的高 8 位地址 pch。p2 口具有輸出鎖存功能，而 p0 口除輸出地址數(shù)據(jù)外，還要輸出指令，故要 用 ale 來鎖存 p0 口輸出的地址數(shù)據(jù) pcl，在每個機(jī)器周期中允許地址鎖存器兩次 有

30、效，在下降沿時鎖存器出現(xiàn) p0 口上的低 8 位地址 pcl。同時 psen 也是每個機(jī) 器周期中兩次有效，用于選通外部程序存儲器，使指令讀入片內(nèi)。 當(dāng)應(yīng)用系統(tǒng)中接有外部數(shù)據(jù)存儲器時，在執(zhí)行 movx 指令時，程序存儲器的操 作有變化，其主要原因是在執(zhí)行 movx 指令時，16 位地址應(yīng)指向數(shù)據(jù)存儲器。在 指令輸入以前，p2 口、p0 口輸出的地址 pch、pcl 指向程序存儲器。在指令輸入 并判斷是 movx 指令后，在該機(jī)器周期 s5 狀態(tài)中 ale 鎖存的 p0 口的地址數(shù)據(jù)則不 是存儲器的低 8 位，而是數(shù)據(jù)存儲器的地址。若執(zhí)行的是 movx a，dptr/movx dptr，a 指令

31、，則此地址就是 dpl（數(shù)據(jù)指針的低 8 位） ，同時，在 p2 口上出現(xiàn) 的是 dph（數(shù)據(jù)指針的高 8 位） 。若執(zhí)行的是 movx a，ri/movx ri，a 指令時， 此地址就是 ri 的內(nèi)容，而 p2 口提供的是指向數(shù)據(jù)存儲器高 8 位 p2 口內(nèi)鎖存器的 內(nèi)容，實(shí)際上就是下一條指令的高 8 位地址。在同一機(jī)器周期中將不再出現(xiàn) psen 有效取指信號，下一個機(jī)器周期中 ale 的有效信號也不復(fù)出現(xiàn)，而當(dāng) rd/wd 有效 時，p0 口將讀/寫數(shù)據(jù)存儲器中的數(shù)據(jù)。p0 口將出現(xiàn)有效的輸入數(shù)據(jù)或輸出數(shù)據(jù)。 只有執(zhí)行 movx 指令時，第二個機(jī)器周期間地址總線才由數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)存儲器使用。 我

32、們選用 inter 公司的 27 系列的 27512 芯片，是 64k*8 位的紫外線擦除、電 可編程只讀存儲器，單一+5v 供電，工作電流最大 125ma 維持電流 40ma，讀出時 間最大為 250ns。其 cs 引腳為片選線，本次設(shè)計(jì)直接接地；oe 引腳是數(shù)據(jù)選通線， 與 80c31 的 psen 相連，a0a15 為地址線；o0o7 為數(shù)據(jù)輸出線。具體引腳分布 見圖 4-2。 2外部數(shù)據(jù)存儲器 雖然 mcs51 系列片內(nèi)有 128 字節(jié)的 ram，但一般情況這是不夠的，需要擴(kuò) 數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)存儲器。外部數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)存儲器與外部程序存儲器的地址編號是完全重疊 的，都是 0000hffffh，所以它

33、們的地址和數(shù)據(jù)總線可以共用。雖然地址重疊， 但它們采用不同的控制信號，所以不會沖突。可是外部數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)存儲器卻是和 i/o 口及外圍設(shè)備是統(tǒng)一編址的，任何 i/o 口及外圍設(shè)備均要占用外部數(shù)據(jù)數(shù)據(jù) 存儲器的地址空間。 本次設(shè)計(jì)擴(kuò)展的外部數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)存儲器，我們選用常用的 sram 芯片 62256，它 采用單一+5v 供電。其中 ce 引腳為片選信號輸入線，低電平有效；oe 引腳為讀選 通信號輸入線，低電平有效；we 為寫允許信號輸入線，低電平有效；a0a14 為 地址輸入線；d0d7 為雙向三態(tài)數(shù)據(jù)線。具體引腳分布見圖 4-3。 圖 42 27512 管腳圖 圖 43 62256 管腳圖 4.1.

34、3 鎖存器 由于 mcs51 單片機(jī)的 p0 口是分時復(fù)用的地址/數(shù)據(jù) 總線，因此在進(jìn)行外部程序存儲器擴(kuò)展時，必須利用地址 鎖存器將地址信號從地址/數(shù)據(jù)總線中分離開來。 通常，地址鎖存器可以使用帶三態(tài)緩沖輸出的八 d 鎖 存器 74ls373 或 8282，可以使用帶清除端的八 d 鎖存 圖 44 74ls373 管腳圖 器 74ls273，它們的地址鎖存信號都是 ale。我們選用的是 74ls373。其引腳如圖 44 所示。 74ls373 是帶三態(tài)緩沖輸出的八 d 鎖存器。當(dāng)三態(tài)門的使能信號線 oe 為低電 平時，三態(tài)門處于導(dǎo)通狀態(tài)，允許 q1q8 輸出；當(dāng)三態(tài)門的使能信號線 oe 為高

35、電平時，三態(tài)門處于斷開狀態(tài)，輸出端對外呈現(xiàn)高阻狀態(tài)。因此，74ls373 用作 地址鎖存器時，應(yīng)首先使三態(tài)門的使能信號線 oe 為低電平。 4.2 外部 i/o 口的擴(kuò)展 在 mcs51 的應(yīng)用系統(tǒng)中，單片機(jī)本身提供給用戶使用的輸入、輸出口線并 不多，只有 p1 口和部分 p3 口。因此，在大部分 mcs51 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)中 都不可避免的要進(jìn)行 i/o 口的擴(kuò)展。我們的系統(tǒng)亦如此。由于 mcs51 的外部數(shù) 據(jù)存儲器是和 i/o 口及外圍設(shè)備是統(tǒng)一編址的，因此，我們可以把外部 64k 字節(jié) 的數(shù)據(jù)存儲器 ram 空間的一部分作為擴(kuò)展外圍 i/o 口的地址空間。這樣一來單片 機(jī)就可以像訪問

36、外部 ram 存儲器那樣訪問外部接口芯片，對其進(jìn)行讀/寫操作。 在實(shí)際的應(yīng)用系統(tǒng)中，我們把所有的外圍芯片都通過總線與單片機(jī)相連。如 何使單片機(jī)數(shù)據(jù)總線分時的與各外圍芯片進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送而不發(fā)生沖突，這是我們 需要解決的一個問題。 mcs51 單片機(jī)的數(shù)據(jù)存儲器和程序存儲器地址可以重疊使用，因此數(shù)據(jù)存 儲器和程序存儲器之間不會因?yàn)榈刂分丿B而產(chǎn)生數(shù)據(jù)沖突問題。但 i/o 口外圍設(shè) 備是和數(shù)據(jù)存儲器統(tǒng)一編址的，它不僅占用數(shù)據(jù)存儲器地址單元，而且使用數(shù)據(jù) 存儲器的讀寫控制指令與讀寫指令，這就使得在系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)中，單片機(jī)數(shù)據(jù) 存儲器與外圍 i/o 接口芯片的地址譯碼較為復(fù)雜。 為了唯一的選中外部某一存儲單

37、元（i/o 接口芯片已作為數(shù)據(jù)存儲器的一部 分） ，必須進(jìn)行兩種選擇：一是必須選出該存儲器芯片或 i/o 接口芯，稱為片選； 二是必須選擇出該芯片的某一存儲單元或 i/o 接口芯片中的寄存器，稱為字選。 常用的選址方法有線選法和全地址譯碼法。線選法適用于擴(kuò)展少量的 ram 和 i/o 接口芯片，它是把單獨(dú)的地址線（通常是 p2 口的某一根線）接到外圍芯片的片選 端上，只要該地址線為低電平，就選中該芯片。全地址譯碼法就是將低位地址線 作為芯片的片內(nèi)地址（取外部電路中最大的地址線位數(shù)） ，用譯碼器對高位地址線 進(jìn)行譯碼，譯出的信號作為片選線，一般采用 74ls138 作為地址譯碼器。本次設(shè) 計(jì)我們

38、也采用全地址譯碼的方法，但地址譯碼器我們采用的是一個可編程的邏輯 器件 gal16v8b。它是一種可以用不同的程序來實(shí)現(xiàn)不同功能的邏輯器件。我們在 本次設(shè)計(jì)中用它來實(shí)現(xiàn) 74ls138 的譯碼功能。采用這種器件可以方便日后對系統(tǒng) 修改。gal16v8b 芯片如圖 45 所示。其實(shí)現(xiàn) 74ls138 譯碼器功能的具體程序如 下： module yimaqi titleyimaqi u3 devicegal16v8b a,b,c,d pin 9,8,7,6; e,f,g,h pin 5,4,3,2; i,j,k,l pin 19,18,17,16; m,n,o,p pin 15,14,13,12;

39、 truth_table (h,g,f,e,d,c,b,a-i,j,k,l,m,n,o,p) 1,x,x,x,x,x,x,x-1,1,1,1,1,1,1,0 圖 45 gal16v8b 管腳圖 0,1,0,1,x,x,x,x-1,1,1,1,1,1,0,1 0,1,0,0,x,x,x,x-1,1,1,1,1,0,1,1 0,1,1,0,x,x,x,x-1,1,1,1,0,1,1,1 0,0,1,0,x,x,x,x-1,1,1,0,1,1,1,1 end yimaqi 各外部芯片的地址分配如下： 622568000hffffh ds128875000h5fffh ad1674jn4000h4ff

40、fh dac08326000h6fffh 81552000h2fffh 圖 46 8155 管腳圖 4.3 人機(jī)通道配置 在我們的系統(tǒng)中需要有人機(jī)對話功能，來實(shí)現(xiàn)我們對系統(tǒng)在必要情況下的干 預(yù)和系統(tǒng)向我們報(bào)告運(yùn)行狀態(tài)及運(yùn)行結(jié)果。 我們的系統(tǒng)采用 8155 外擴(kuò)接口芯片帶一個 4*4 鍵盤和一塊 lcd 液晶顯示器 （zjm12864b） 。 4.3.1 接口芯片 8155 8155 是 inter 公司生產(chǎn)的可編程的輸入輸出接口芯片。它包含有 256 字節(jié)的 ram，2 個 8 位、1 個 6 位的可編程并行 i/o 口和 1 個 14 位定時/計(jì)數(shù)器及控制邏 輯電路。各部件和存儲器地址的選擇

41、由 io/m 引腳的信號決定。我們的系統(tǒng)將其接 到 80c31 的 p2.0 引腳上。8155 的工作方式由 cpu 寫入 8155 的控制命令寄存器的 控制字來決定。我們的系統(tǒng)只是使用 8155 的 i/o 口擴(kuò)展。使 pa 口、pb 口為輸 出線，pc 口為輸入線，控制字寫入 03h 即可。8155 的引腳如圖 46 所示。 4.3.2 鍵盤 鍵盤在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中是一個很關(guān)鍵的部件，我們用它來來實(shí)現(xiàn)我們對系 統(tǒng)在必要情況下的干預(yù)。鍵盤的種類很多，我們采用 4*4 的矩陣式鍵盤。行線接 8155 的 pa7pa4，列線接 pc0pc3，采用列掃描方式編程。 4.3.3 lcd 液晶顯示器

42、lcd 液晶顯示器是一種低功耗的顯示器。我們選用的是吉林紫晶公司的液晶 顯示模塊 zjm12864b。zjm12864b 是一低功耗的點(diǎn)陣圖形式 lcd 模塊。顯示格式為 128 點(diǎn)（列） 64 點(diǎn)（行） ；顯示類型為 stn 黃綠模式、半反半透、6:00 視角、 正向顯示；驅(qū)動方式：1/64 占空比；易與 8 位的 cpu 相連；多功能指令；加電自 動復(fù)位；控制芯片為 ks0107b、ks0108b；el 背光源電壓 ac 110v、400hz；工作 電壓：5.0v 0.5v。zjm12864b 的引腳功能如表 41 所示。 表 41zjm12864b 的引腳功能 引腳號 符 號電 平功 能

43、 1vss0地 2vdd5.0v邏輯電壓 3volcd 驅(qū)動電壓調(diào)節(jié) 4rsh / lh：數(shù)據(jù)輸入 l：指令輸入 5r/wh / lh：數(shù)據(jù)讀出 l：數(shù)據(jù)寫入 6eh、hl使能信號 7db0h / l 8db1h / l 9db2h / l 10db3h / l 11db4h / l 12db5h / l 13db6h / l 數(shù)據(jù)總線 14db7h / l 15cs1l片選信號 1 16cs2l片選信號 2 17rstl復(fù)位信號 18vee-10v 輸出端 19nc 20nc zjm12864 的時序特性如表 42 所示 表 42zjm12864 的時序特性 特 性符號最小值最大值單位 e

44、信號周期tc1000ns e 高電平寬度twh450ns e 低電平寬度twl450ns e 上升時間tr25ns e 下降時間tf25ns 地址建立時間tasu140ns 地址保持時間tah10ns 數(shù)據(jù)建立時間tsu200ns 數(shù)據(jù)延遲時間td320ns 數(shù)據(jù)保持時間(1)tdhw10ns 數(shù)據(jù)保持時間(2)tdhr20ns 圖 4-7 zjm12864b 可以方便的和 80c31cpu 相連接。在我們的系統(tǒng)中，將 zjm12864b 與 8155 相連接，如圖 48 所示。 pb pa0 pa1 pa2 pa3 d0 . . . d7 rs r/w e rst 8155 zjm12864

45、a vdd vss v0 vee +6v 1m-2mk 1 2 u 圖 48 zjm12864b 與 8155 相連圖 4.4 前向通道配置 當(dāng)單片機(jī)用作測控系統(tǒng)時，系統(tǒng)中總要有被測信號的輸入通道，由計(jì)算機(jī)提 取必要的信息。被控對象的狀態(tài)由傳感器采集，但傳感器采集的信號如溫度、壓 22 0 1001ttcbtatrrt 力、流量、速度等是連續(xù)變化的模擬量，而單片機(jī)只能處理數(shù)字量，只有將這些 模擬量轉(zhuǎn)換成離散的數(shù)字量才能輸入到單片機(jī)中進(jìn)行處理，這份工作要由 a/d 轉(zhuǎn) 換器來完成。但 a/d 轉(zhuǎn)換器只能接受電信號，如果傳感器輸出的是非電信號，還 要有專門的電路將非電信號轉(zhuǎn)換成電信號。整個這部分稱

46、為前向通道。 我們系統(tǒng)的前向通道包括 pt100 熱電阻傳感器及配套電路、a/d 轉(zhuǎn)換器 ad1674jn、多路開關(guān) cd4051。 4.4.1 pt100 熱電阻傳感器 1熱電阻工作原理 熱電阻是利用導(dǎo)體或半導(dǎo)體的電阻隨溫度變化而變化的原理制成的，這種現(xiàn) 象稱為熱電阻效應(yīng)。利用材料的這種特性而制成的熱電阻傳感器有金屬熱電阻傳 感器和熱敏電阻傳感器兩大類。金屬熱電阻傳感器測溫范圍在200600， 它大多由純金屬材料制成，最常用有鉑和銅。因?yàn)殂K易于提純，物理化學(xué)性質(zhì)穩(wěn) 定，易于加工，而且精度高，穩(wěn)定性好，性能可靠，所以在中、低溫測量中得到 廣泛應(yīng)用。鉑 熱電阻與溫度的關(guān)系接近于線性，在 0600

47、范圍內(nèi)可以用下式表示： 在1900范圍內(nèi)則用下式表示： 式中：rt 是溫度為 t時鉑電阻的電阻值；r0 是溫度為 0時鉑電阻的電阻值； a、b、c 為常數(shù)，由實(shí)驗(yàn)求的，其中： 由此可見，當(dāng) r0 值不同時，在同樣的溫度下 rt 值不同。目前國內(nèi)同統(tǒng)一設(shè) 計(jì)的一般工業(yè)用標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻 r0 值有 100 和 10 兩種。我們選用的 pt100 熱電 阻傳感器屬于前一種。 2測量電路 2 0 1btatrrt cc cb ca 03 03 03 /10*22 . 4 /10*847 . 5 /10*96847 . 3 電阻溫度傳感器阻值的變化 r 是用電橋來測量的，常用的是三線四分之一 電橋電路。如原

48、理圖所示，當(dāng)被測溫度變化時，鉑熱電阻的電阻值發(fā)生變化，導(dǎo) 致電橋失去平衡，電橋的輸出端將有電壓差產(chǎn)生，此電壓差經(jīng)阻容濾波后送到 op-07 運(yùn)算放大器進(jìn)行放大，然后送到第二級放大器 lm308 進(jìn)行放大，其輸出為 05v，送入 a/d 轉(zhuǎn)換器。運(yùn)算放大器 op-07 的溫度漂移小于 0.6mv/，lm308 的 溫度漂移小于 5mv/，它們可以提高傳感器精度，減小系統(tǒng)溫度漂移。為了提高 傳感器的穩(wěn)定性，我們將與 pt100 相鄰的一臂采用精密的繞線電阻。為了加大工 作電流引起的 pt 本身溫升引起的誤差，我們增加了兩個 2.5k 電阻。 4.4.2 a/d 轉(zhuǎn)換器 傳感器采集的信號如溫度、壓力

49、、流量、速度等是連續(xù)變化的模擬量，而單 片機(jī)只能處理數(shù)字量，只有將這些模擬量轉(zhuǎn)換成離散的數(shù)字量才能輸入到單片機(jī) 中進(jìn)行處理，這需要由 a/d 轉(zhuǎn)換器來完成這項(xiàng)任務(wù)。 我們選用的 a/d 轉(zhuǎn)換器 ad1674jn 是美國模擬器件公司生產(chǎn)的 12 位逐次逼近 型快速 a/d 轉(zhuǎn)換器。它是 ad574/ad674 的換代產(chǎn)品，與 ad574/ad674 的芯片引腳、 應(yīng)用特性及諸方面的功能完全兼容。ad1674 的轉(zhuǎn)換速度僅為 10s，比 ad674 還 要快。ad1674 的一個非常突出的優(yōu)點(diǎn)是芯片內(nèi)自帶采樣保持器，可以直接與被轉(zhuǎn) 換的模擬信號相連接。與 ad574/ad674 一樣，ad1674

50、 片內(nèi)也包含高精度的參考電 壓和時鐘電路，不需要外接任何電路和時鐘信號就能完成任務(wù)。ad1674 的引腳如 圖 49 所示。 ad1674 的基本特點(diǎn)和參數(shù)如下：帶有內(nèi)部 采樣保持的完全 12 位逐次逼近（sar）型模/數(shù) 轉(zhuǎn)換器, 采樣頻率為 100khz , 轉(zhuǎn)換時間為 10s,具有1/2lsb 的積分非線性（inl）以及 12 位無漏碼的差分非線性（dnl）, 滿量程校準(zhǔn) 誤差為 0.125%內(nèi)有+10v 基準(zhǔn)電源，也可使用外 部基準(zhǔn)源, 四種單極或雙極電壓輸入范圍分別為 5v，10v，0v10v 和 0v20v, 數(shù)據(jù)可并 行輸出，采用 8/12 位可選微處理器總線接口, 圖 49 a

51、d 1674jn 管腳圖 內(nèi)部帶有防靜電保護(hù)裝置（esd） ，采用雙電源供電，采用 28 腳密封陶瓷 dip 或 soic 封裝形式。 ce=1，cs=0 同時滿足時，ad1674 才能處于工作狀態(tài)。當(dāng) ad1674 處于工作狀 態(tài)時，r/c=0 時啟動 a/d 轉(zhuǎn)換；r/c=1 時進(jìn)行數(shù)據(jù)讀出。12/8 和 a0 端用來控制轉(zhuǎn) 換字長和數(shù)據(jù)格式。a0=0 時啟動 a/d 轉(zhuǎn)換，則按完整的 12 位 a/d 轉(zhuǎn)換方式工作， 如果按 a0=1 啟動 a/d 轉(zhuǎn)換，則按 8 位 a/d 轉(zhuǎn)換方式工作。當(dāng) ad1674 處于數(shù)據(jù)讀 出工作狀態(tài)（r/c=1）時，a0 和 12/8 成為數(shù)據(jù)輸出格式控制

52、端。12/8=1，對應(yīng) 12 位并行輸出；12/8=0 則對應(yīng) 8 位雙字節(jié)輸出。其中 a0=0 時輸出高 8 位，a0=1 時 輸出低 4 位，并以 4 個 0 補(bǔ)足尾隨的 4 位。通過改變 ad1674 引腳 ref out（8） 、 ref in（10） 、bip off（12）的外電路，可使 ad1674 進(jìn)行單極性和雙極性模擬信 號的轉(zhuǎn)換。 4.4.3 多路開關(guān) 多路開關(guān)是數(shù)據(jù)選擇器的別稱。多路開關(guān)的作用主要是用于信號的切換，在 某一時刻接通 某一路，讓該路信號輸入，而讓其他路斷開，從而達(dá)到信號切換的 目的。 我們的系統(tǒng)有八路溫度信號輸入，因此需用選用多路開關(guān)。我們選擇的是 cmos

53、 工藝的八通道多路開關(guān) cd4015。它由邏輯電平轉(zhuǎn)換電路 、地址譯碼電路、開關(guān)通道三部分組成開關(guān)接通哪一通道由輸入的 3 位地址碼 abc 來決定。其地址控制信號由 80c31 提供。 cd4051 還設(shè)有另外一個電源端 vee，以作 為電平位移時使用，從而使得通常在單組 電源供電條件下工作的 cmos 電路所提供的 數(shù)字信號能直接控制這種多路開關(guān)，并使 這種多路開關(guān)可傳輸峰峰值達(dá) 15v 的交 流信號。cd4051 的引腳分布如圖 4-10 所 示。nh 為禁止端，當(dāng) inh 為高電平時，八 通道全部不通。當(dāng) inh 為低電平 0 時 4051 開始工作，當(dāng) abc0 時 ,0 腳輸 出為

54、 1；當(dāng) a=b=0， 圖 410 cd4051 管腳圖 c=1 時，1 腳輸出 1 當(dāng) a=c=0，b=1 時，2 腳輸出為 1；按 8421 碼排列直 到 a=b=c=1 時，7 腳輸出為一。表 43 為地址譯碼電路的真值表。 表 43 地址譯碼電路的真值表 地 址 輸 入通 道 inha2a1a0si 1*- 0000s0 0001s1 0010s2 0011s3 0100s4 0101s5 0110s6 0111s7 4.5 后向通道配置 在工業(yè)控制系統(tǒng)中，cpu 實(shí)現(xiàn)控制運(yùn)算處理后，要對控制對象實(shí)現(xiàn)控制操 作，控制執(zhí)行器完成任務(wù)。但單片機(jī)輸出的都是離散的數(shù)字量，需要將離散 的數(shù)字量轉(zhuǎn)

55、換成連續(xù)的模擬量，這一任務(wù)由 d/a 轉(zhuǎn)換器來完成。我們的系統(tǒng) 要求最后輸出 010ma 的電流信號來控制流量閥，雖然 d/a 轉(zhuǎn)換器輸出為電 流信號但功率特別小，不足以推動執(zhí)行器，這就需要有相應(yīng)的變換電路和功 率放大電路。 4.5.1 d/a 轉(zhuǎn)換器 微處理器處理后的數(shù)據(jù)需要使用 d/a 轉(zhuǎn)換器及相應(yīng)的接口將數(shù)字量變換 成模擬量送出在我們的控制系統(tǒng)中，選用 8 位分辨率的 d/a 轉(zhuǎn)換集成芯片 dac0832。dac0832 是最早和微處理器兼容的、雙緩沖的 d/a 轉(zhuǎn)換器之一。它 的 20 引腳 dip 封裝具有很好的兼容性，當(dāng)我們的系統(tǒng)的分辨率和精度需要提 高時，用 dac1230 系列

56、很容易代替。只需將 80c31 的 a0 地址線與 i 引腳相連， 即可實(shí)現(xiàn) 12 位的 d/a 轉(zhuǎn)換。 dac0832 大家非常熟悉，它與 51 系列單片機(jī)有兩種基本的接口方法，即 單緩沖器方式和雙緩沖器同步方式。我們的控制系統(tǒng)采用單緩沖器方式，接 成電壓輸出型 8 位 dac。dac0832 的 iout1、iout2 引腳輸出的電流送入集成 運(yùn)算放大器 ua741，從 ua741 的第 6 腳輸出單極性模擬電壓。此模擬電壓為： 式中 d 為 80c31 通過 p0 口輸出的數(shù)字量；vref 為基準(zhǔn)電壓，它由-12v 經(jīng)分 壓后獲得，因此輸出電壓為正值。輸出電壓的大小可以通過改變基準(zhǔn)電壓大

57、 小的方法調(diào)整，我們使基準(zhǔn)電壓為-5v， 因此輸出電壓可在 0+5v 之間改變。ua741 的輸出可由電位器 w4 調(diào)零。 ua741 輸出的 0+5v 電壓再經(jīng)過兩級集成運(yùn)算放大器 lm358 和晶體三極管， 最終變換成可以接執(zhí)行器的 010 ma 信號。 4.5.2 執(zhí)行器 我們的啤酒發(fā)酵系統(tǒng)是控制冷卻液的流量，最終來達(dá)到控溫的目的。執(zhí) 行器我們分為兩個部分，一是由 da 轉(zhuǎn)換器控制的流量閥，一是由 80c31 口線 直接控制的電磁閥。由 da 轉(zhuǎn)換器控制的流量閥用與控制冷卻液進(jìn)出總的流量， 流量可調(diào)。電磁閥分別放置在發(fā)酵罐的上、中、下三處，分別控制上、中、 下三處冷卻蛇管的開關(guān)。這三個閥

58、由 80c31 的 p1.3、p1.4、p1.5 口經(jīng)晶體三 極管放大來控制。閥門的具體選擇要根據(jù)冷卻蛇管的口徑及最大要求流量來 確定。 256 ref out dv v 4.6 系統(tǒng)電源及其它外圍芯片 4.6.1 系統(tǒng)電源 我們的控制系統(tǒng)中的 80c31、a/d 轉(zhuǎn)換電路、d/a 轉(zhuǎn)換電路、鍵盤顯示、 存儲器芯片等都需要有穩(wěn)定的直流電源供電才能正常工作。系統(tǒng)中需要12v 和+5v 電源，我們采用串聯(lián)型的集成穩(wěn)壓器來實(shí)現(xiàn)。采用集成穩(wěn)壓器外接元件 少，使用方便，安全可靠，精度、穩(wěn)定性高，噪聲小。 首先 220v 市電經(jīng)過一個雙 18v 變壓器和二極管整流橋輸出，兩路輸出分別進(jìn) 入三端固定正電壓穩(wěn)

59、壓器 mc7812k 和三端固定負(fù)電壓穩(wěn)壓器 mc7912k，由這兩 個電壓穩(wěn)壓器輸出就是我們需要12v 電源，再將+12 電壓經(jīng)過正電壓穩(wěn)壓器 mc7805t，就得到了+5v 電源。mc7812k、 mc7912k、 mc7805t 如圖 4-11 所 示 圖 411 電壓穩(wěn)壓器 4.6.2 實(shí)時時鐘芯片 ds12887 我們利用 ds12887 的時鐘信息，配合液晶顯示器來顯示年、月、日、時、 分、秒。另外，ds12887 最重要的作用是用它來實(shí)現(xiàn)長時間定時，我們的系統(tǒng) 需要定時幾十小時，僅用單片機(jī)很難實(shí)現(xiàn)，我們利用 ds12887 的小時報(bào)警功 能就能容易的完成任務(wù)。 4.6.3 系統(tǒng)監(jiān)

60、控集成電路 我們選用的 max705 是美國 maxim 公司推出的單片機(jī)系統(tǒng)監(jiān)控集成電路。 它具有系統(tǒng)復(fù)位、備份電池切換、 “看門狗”定時輸出、電源電壓監(jiān)測等多種 功能，價格低廉，性能價格比較高。 我們主要用到“看門狗”定時輸出、電源電壓監(jiān)測。一旦因干擾發(fā)生程 序跑飛，wdo 由高變低，通過微分電路在“與非”門 2 號引腳產(chǎn)生一個由高到 低的信號，然后由于電容被充電而使“與非”門 2 號引腳又變?yōu)楦唠娖健? 號 引腳的電平的這種變化使“與非”門輸出一個正脈沖，使單片機(jī)發(fā)生一次復(fù) 位。復(fù)位后，又程序控制向 wdi 引腳發(fā)正脈沖，使 wdo 回到高電平， “看門狗” 從“0”開始計(jì)時， “看門狗