鍋爐壓力監(jiān)控系統(tǒng)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文

1、<p><b>　　第1章 緒 論</b></p><p>　　1.1 課題背景及研究意義</p><p>　　鍋爐是一種熱能轉(zhuǎn)換設(shè)備，傳統(tǒng)的鍋爐由鍋和爐兩大主體和保證其安全經(jīng)濟(jì)連續(xù)運(yùn)行的附件，儀表附屬設(shè)備，自控和保護(hù)系統(tǒng)組成，水在鍋（鍋筒）中不斷被爐里燃料燃燒釋放出來的能量加熱，溫度升高并產(chǎn)生帶壓蒸汽，由于水的沸點(diǎn)隨壓力的升高而升高，鍋是密封的，水蒸氣在里

2、面的膨脹受到限制而產(chǎn)生壓力形成熱動(dòng)力（嚴(yán)格的說鍋爐的水蒸氣是水在鍋筒中定壓加熱至飽和水再汽化形成的）作為一種能源廣泛使用。鍋爐廣泛用于生產(chǎn)和生活之中[1]。</p><p>　　傳統(tǒng)的鍋爐都使用燒煤的方法進(jìn)行加熱，這種方式加熱不但對空氣污染嚴(yán)重，而且在加熱時(shí)需要用人工進(jìn)行燃料的運(yùn)輸與添加，一旦加入燃料過多，水溫會(huì)升的過快造成開鍋，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成鍋爐爆炸，造成人身財(cái)產(chǎn)的損害，對于現(xiàn)在國內(nèi)的發(fā)展來說，很少有地區(qū)對此進(jìn)行

3、改進(jìn)，而本設(shè)計(jì)提出一種新型的鍋爐加熱與壓力控制方法，真正實(shí)現(xiàn)無人操作，全自動(dòng)加熱、控溫、節(jié)能環(huán)保，本設(shè)計(jì)摒棄傳統(tǒng)的燃料加熱方法，而使用電熱的方式，這樣通過微控制器可以對水溫進(jìn)行實(shí)時(shí)的控制，不僅節(jié)省能源，還能達(dá)到準(zhǔn)確的溫度控制，在控制系統(tǒng)中又加入了壓力控制環(huán)節(jié)，這樣整個(gè)系統(tǒng)就達(dá)到了全自動(dòng)智能化水平。</p><p>　　根據(jù)國內(nèi)實(shí)際情況和環(huán)保上的考慮和要求，燃煤鍋爐由于污染并且效率不高，已經(jīng)逐漸被淘汰；燃油和燃?xì)忮?/p>

4、爐也存在著燃料供應(yīng)不方便和安全性等問題。因此在人口密集的居民區(qū)、旅館、醫(yī)院和學(xué)校，電加熱鍋爐完全能替代燃煤、燃油、燃?xì)忮仩t[2]。</p><p>　　1.2 鍋爐壓力監(jiān)控系統(tǒng)研究現(xiàn)狀</p><p>　　1.2.1 國外研究發(fā)展和現(xiàn)狀</p><p>　　在國外，鍋爐的自動(dòng)化控制從上世紀(jì)三、四十年代就開始了，當(dāng)時(shí)大都為單參數(shù)儀表控制，進(jìn)入上世紀(jì)五十年代后，美國、前

5、蘇聯(lián)等國家都開始進(jìn)行對鍋爐的操作和控制的進(jìn)一步研究。但由于當(dāng)時(shí)科技發(fā)展的局限性，對鍋爐的控制主要停留在使用汽動(dòng)儀表的階段，而且大多數(shù)鍋爐只是檢測工藝參數(shù)，不進(jìn)行自動(dòng)控制。到上世紀(jì)六十年代，在發(fā)達(dá)國家，鍋爐的控制主要以電動(dòng)單元組合儀表檢測與控制，還是以檢測報(bào)警為主，控制為輔助功能。</p><p>　　1.2.2 國內(nèi)研究發(fā)展和現(xiàn)狀</p><p>　　在國內(nèi)，由于經(jīng)濟(jì)技術(shù)條件的限制，中小企

6、業(yè)鍋爐設(shè)備水平一直比較落后，大多數(shù)中小型鍋爐水平基本上停留在手動(dòng)和簡單儀表操作的水平，80年代中后期，隨著先進(jìn)的控制技術(shù)引入我國的鍋爐控制，鍋爐的計(jì)算機(jī)控制得到了很大的發(fā)展。至90年代，鍋爐的自動(dòng)化控制己成為一個(gè)熱門領(lǐng)域，利用單片機(jī)、可編程序控制器、工業(yè)計(jì)算機(jī)以及引進(jìn)的國外控制設(shè)備開發(fā)的各種控制系統(tǒng)，己逐漸用于對原有鍋爐的技術(shù)改造中，并向與新建爐體配套的方向發(fā)展，許多新的控制方法，諸如最優(yōu)控制、自適應(yīng)控制、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、專家控

7、制等自動(dòng)控制的最新成果也在鍋爐自動(dòng)控制中得到了嘗試和應(yīng)用.但由于控制技術(shù)單一，或控制算法的建模往往不能反映真實(shí)的鍋爐燃燒狀況，導(dǎo)致在工程實(shí)踐中并不怎么成功，不能產(chǎn)生很好的經(jīng)濟(jì)效益，挫傷了用戶在工業(yè)鍋爐上用計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制的積極性。</p><p><b>　　1.3 鍋爐的應(yīng)用</b></p><p>　　鍋爐作為重要的動(dòng)力設(shè)備，已廣泛應(yīng)用于化工、煉油、發(fā)電等工業(yè)生產(chǎn)中

8、，同時(shí)鍋爐又是工業(yè)生產(chǎn)及采暖供熱中一次能源轉(zhuǎn)換為二次能源的重要設(shè)備。從某種意義上講，鍋爐控制效果的好壞對企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和人民的生活質(zhì)量有著直接的影響。由于鍋爐本身具有多輸入、多輸出并且各個(gè)參數(shù)之間還具有相互關(guān)聯(lián)性的特點(diǎn)，所以對鍋爐的控制始終是各國技術(shù)人員不斷探索研究的一個(gè)重要課題。 傳統(tǒng)的鍋爐控制系統(tǒng)大多采用手動(dòng)操作或儀表控制，控制精度低，生產(chǎn)效果差。操作者與管理層之間的通信基本上采用電話聯(lián)系，管理層難于及時(shí)全面了解控制現(xiàn)場的情況，信息

9、不但反饋時(shí)間長而且有遺漏，管理時(shí)效性差，企業(yè)的生產(chǎn)效益和經(jīng)濟(jì)效益低，不能滿足企業(yè)的發(fā)展需要[3]。</p><p>　　鍋爐參數(shù)監(jiān)控，是過程控制的典型實(shí)例。鍋爐微計(jì)算機(jī)控制，是近年來開發(fā)的一項(xiàng)新技術(shù)，它是微型計(jì)算機(jī)軟、硬件、自動(dòng)控制、鍋爐節(jié)能等幾項(xiàng)技術(shù)緊密結(jié)合的產(chǎn)物，我國現(xiàn)有中、小型鍋爐30多萬臺(tái)，每年耗煤量占我國原煤產(chǎn)量的1/3，目前大多數(shù)工業(yè)鍋爐仍處于能耗高、浪費(fèi)大、環(huán)境污染等嚴(yán)重的生產(chǎn)狀態(tài)。提高熱效率，降低

10、耗煤量，用微機(jī)進(jìn)行控制是一件具有深遠(yuǎn)意義的工作[4]。</p><p>　　1.4 本論文主要研究內(nèi)容</p><p>　　當(dāng)前，世界計(jì)算機(jī)市場上出現(xiàn)了專門應(yīng)用于工業(yè)控制的一系列單片機(jī)產(chǎn)品，單片機(jī)以其價(jià)格便宜、重量輕、體積小、功耗低、功能強(qiáng)的特點(diǎn)，在工業(yè)控制的現(xiàn)場應(yīng)用中得到越來越廣泛的關(guān)注，單片機(jī)既能夠完成各種常規(guī)的控制，還能夠充分利用控制理論的最新研究成果情況下結(jié)合被控對象的特性，選擇更

11、加先進(jìn)的控制方法，來獲得更好的控制效果。目前，因?yàn)榧矣缅仩t設(shè)備屬于批量制造生產(chǎn)，而一整套完備的控制系統(tǒng)是每臺(tái)鍋爐所必需的，針對小型鍋爐的這些特點(diǎn)，更結(jié)合產(chǎn)品的成產(chǎn)成本考慮，以單片機(jī)為核心器件組成的控制系統(tǒng)成為了最為理想的選擇。同時(shí)，單片機(jī)以其完備的控制功能、優(yōu)秀的運(yùn)算能力、完善的外部接口電路等一系了特點(diǎn)，適應(yīng)了中小型鍋爐控制系統(tǒng)需要。同時(shí)在選取外圍芯片時(shí)，應(yīng)盡量考慮一些較為典型的、易于替換和擴(kuò)展的電路和芯片，并建立在降低生產(chǎn)成本的前提下

12、。傳感器主要選擇些基于單總線結(jié)構(gòu)的ICSl220型壓力傳感器，使用方便，體積小，而且經(jīng)濟(jì)實(shí)惠。系統(tǒng)在軟件這塊主要采用模塊化的程序結(jié)構(gòu)。主程序作為控制程序，為整個(gè)系統(tǒng)軟件的一條主線，其它功能模塊均采用子程序調(diào)用、查詢等方式，這樣使得擴(kuò)充和調(diào)試更加方便。本次論文是由壓力傳感器檢測信號(hào)，然后由放大</p><p>　　第2章 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)</p><p>　　2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)總框圖</p&

13、gt;<p>　　鍋爐壓力控制系統(tǒng)的主控部分由單片機(jī)構(gòu)成。通過按鍵電路進(jìn)行壓力報(bào)警值的設(shè)定，并對鍋爐的壓力進(jìn)行采集及處理，然后與報(bào)警值比較，當(dāng)壓力值大于壓力上限(報(bào)警)值時(shí)就報(bào)警，停止加熱。當(dāng)壓力少于壓力下限值時(shí)，發(fā)生報(bào)警，重新啟動(dòng)進(jìn)行加熱處理。以此重復(fù)對鍋爐壓力控制。同時(shí)為結(jié)合實(shí)際需要，本系統(tǒng)亦對鍋爐內(nèi)氣壓進(jìn)行控制。圖2-1所示是其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。</p><p>　　圖2-1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)總框圖<

14、;/p><p>　　壓力檢測：壓力檢測是用壓力傳感器檢測鍋爐內(nèi)的氣壓，然后由傳感器將檢測到的壓力變?yōu)殡娦盘?hào)傳出來。</p><p>　　放大電路：由于由壓力傳感器傳出來的電信號(hào)不一定是0～5V電信號(hào)，所以這里要做一個(gè)放大電路，就是將傳感器給出的電信號(hào)放大到相應(yīng)的倍數(shù)，達(dá)到輸出電信號(hào)相應(yīng)的伏數(shù)。</p><p>　　A/D數(shù)模轉(zhuǎn)換：由于壓力傳感器輸出的是模擬信號(hào)，而單片機(jī)

15、中接收的是數(shù)字信號(hào)，所以這時(shí)應(yīng)該做一個(gè)A/D數(shù)模轉(zhuǎn)換電路，將壓力傳感器輸出的模擬電信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，然后傳送到單片機(jī)。</p><p>　　按鍵：這里的按鍵就是用來設(shè)壓力上限值和下限值的。</p><p>　　LCD1602顯示：這里要的是LCD1602液晶顯示屏。就是將壓力傳感器檢測到的壓力顯示但液晶顯示屏上。</p><p>　　報(bào)警：本次設(shè)計(jì)采用的是蜂鳴器做

16、報(bào)警電路，由壓力傳感器檢測到的壓力在LCD1602液晶顯示屏上，當(dāng)壓力值超過設(shè)定的上限值時(shí)，要報(bào)警。提醒工作人員處理。當(dāng)壓力小于下限值時(shí)，蜂鳴器一樣報(bào)警，提醒工作人員處理。</p><p>　　STC89C52單片機(jī)：這里單片機(jī)是一個(gè)處理器作用。壓力傳感器接收到的信號(hào)傳給放大器，放大器將電信號(hào)放大后傳給A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換，A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換后傳給單片機(jī)，單片機(jī)經(jīng)過處理傳給LCD1602液晶顯示屏上顯示出來。當(dāng)超過上限值或

17、下限值時(shí)，蜂鳴器發(fā)生報(bào)警，提醒工作人員處理。</p><p>　　2.2 本次設(shè)計(jì)方案的選擇</p><p>　　本次設(shè)計(jì)是基于單片機(jī)的鍋爐壓力監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)，鍋爐壓力檢測的是鍋爐中氣壓的大小。經(jīng)過壓力傳感器的作用給出一個(gè)電信號(hào)，然后給單片機(jī)，單片機(jī)給出一個(gè)信號(hào)，再LCD1602液晶顯示屏上顯示出來，當(dāng)超過設(shè)定的壓力值，報(bào)警提示，提醒工作人員處理。以下有兩種方案，從中選擇一種比較合理的方案。

18、</p><p>　　方案一：數(shù)字壓力傳感器是一個(gè)集成A/D轉(zhuǎn)換一起的壓力傳感器。數(shù)字壓力傳感器檢測到一個(gè)電信號(hào)，然后傳給單片機(jī)中，單片機(jī)經(jīng)過處理顯示在LCD1602液晶顯示屏上，當(dāng)超過設(shè)定的壓力值時(shí)，蜂鳴器報(bào)警，提醒工作人員處理。</p><p>　　方案二：模擬量的壓力傳感器器ICS1220系列檢測鍋爐中的壓力，檢測到一個(gè)電信號(hào)，傳給INA128放大電路中，經(jīng)過INA128放大電路放大

19、輸出0～5V的電信號(hào)，然后進(jìn)入A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換，將輸入的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，然后再傳輸給單片機(jī)中，然后單片機(jī)在LCD1602顯示屏中顯示出壓力，當(dāng)壓力超過設(shè)定壓力值時(shí)，發(fā)生報(bào)警，提醒工作人員處理。</p><p>　　比較這兩種方案，首先在學(xué)校里學(xué)到的知識(shí)很多都是要做A/D轉(zhuǎn)換電路的，還有很多都是做模擬信號(hào)輸出的；其次，考慮到方案一種數(shù)字壓力傳感器的價(jià)格比較貴，那些都是工業(yè)上使用的壓力傳感器，而且作為學(xué)生考慮到

20、有充足的資源。而模擬量的傳感器價(jià)格是比較便宜的，還有ICS1220系列的傳感器是體積比較小的，用著也非常方便。最后，選擇模擬量的壓力傳感器的那種方案，故選擇方案二。</p><p>　　第3章 硬件電路設(shè)計(jì)</p><p>　　3.1 單片機(jī)的選擇</p><p>　　方案一：AT89C51是美國ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓，高性能CMOS型8位單片機(jī)，器件采用ATM

21、EL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器(CPU)和Flash存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大。其片內(nèi)的4K程序存儲(chǔ)器是FLASH工藝的，這種單片機(jī)對開發(fā)設(shè)備的要求很低，開發(fā)時(shí)間也大大縮短。寫入單片機(jī)內(nèi)的程序還可以進(jìn)行加密，這又很好地保護(hù)我們的勞動(dòng)成果。AT89C51目前的售價(jià)比8031低，市場供應(yīng)也很充足。AT89C51可構(gòu)成真正的單片機(jī)最小應(yīng)用系統(tǒng)，縮小系統(tǒng)體積，增加系統(tǒng)的可靠性，降低系統(tǒng)的成

22、本。只要程序長度小于4K，四個(gè)I/O口全部提供給用戶?？捎?V電壓編程，而且擦寫時(shí)間僅需l0ms。AT89C51芯片提供三級(jí)程序存儲(chǔ)器加密，提供了方便靈活而可靠的硬加密手段，能完全保證程序或系統(tǒng)不被仿制。PO口是三態(tài)雙向口，通稱數(shù)據(jù)總線口，因?yàn)橹挥性摽谀苤苯佑糜趯ν獠看鎯?chǔ)器的讀/寫操作[5]。</p><p>　　方案二：STC89C52單片機(jī)的指令系統(tǒng)和AT89C51系列的完全兼容。AT89C51不帶ISP下載

23、，要用下載器才行，STC89C52可以用你的USB轉(zhuǎn)串口下載，下載軟件可以到STC廠家網(wǎng)上去下。STC單片機(jī)執(zhí)行指令的速度很快，大約是AT的3～30倍，所以在AT上好使的程序在STC上不一定好用，最典型的例子就是那些對時(shí)序有嚴(yán)格要求的模塊，比如IIC，DS18B20、DS1302等的時(shí)序。再者，由于執(zhí)行速度的加快，非定時(shí)器控制的精確延時(shí)也會(huì)受到一定影響，用STC時(shí)注意得加長延時(shí)，大約是AT的10～30倍。片機(jī)對工作環(huán)境的要求比較低，電壓

24、低于5伏時(shí)仍然正常工作，甚至3伏到4伏之間都還可以工作，然而這樣的環(huán)境下AT肯定不行了，所以當(dāng)一個(gè)系統(tǒng)用STC單片機(jī)好用，但用AT的單片機(jī)不工作時(shí)，直接查最小系統(tǒng)，看單片機(jī)的供電是否正常[6]。</p><p>　　比較這兩種方案，由于在學(xué)校期間學(xué)過數(shù)字電路、單片機(jī)原理、C語言程序設(shè)計(jì)，綜合考慮單片機(jī)的各部分資源和作為學(xué)生能夠獲得的資源，經(jīng)過對比此次設(shè)計(jì)要求，我選擇用STC系列芯片完成。而且學(xué)校也提供了相應(yīng)的硬件

25、操作平臺(tái)，實(shí)際操作起來比較方便，故STC為更合理的選擇。</p><p>　　STC89C52是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系統(tǒng)可編程Flash存儲(chǔ)器。與工業(yè)80C51產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上Flash允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8位CPU和在系統(tǒng)可編程Flash，使得STC89C52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案，如圖3-1

26、所示。STC89C52具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8k字節(jié)Flash，256字節(jié)RAM，32 位I/O口線，看門狗定時(shí)器，2 個(gè)數(shù)據(jù)指針，三個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，一個(gè)6向量2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時(shí)鐘電路。另外，AT89S52 可降至0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下，CPU 停止工作，允許RAM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直

27、到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。</p><p>　　主要性能：與MCS-51單片機(jī)產(chǎn)品兼容、8K字節(jié)在系統(tǒng)可編程Flash存儲(chǔ)器、1000次擦寫周期、全靜態(tài)操作：0Hz～33Hz 、三級(jí)加密程序存儲(chǔ)器 、32個(gè)可編程I/O口線 、三個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器八個(gè)中斷源、全雙工UART串行通道、低功耗空閑和掉電模式、掉電后中斷可喚醒、看門狗定時(shí)器、雙數(shù)據(jù)指針、掉電標(biāo)識(shí)符。如圖3-1所示STC

28、89C52單片機(jī)管腳圖。</p><p>　　圖3-1 STC89C52單片機(jī)圖</p><p>　　GNE(20腳):接地。</p><p>　　VCC（40腳）:主電源+5V。</p><p>　　XTAL1（19腳）:接外部晶體的一端。在片內(nèi)它是振蕩電路反相放大器的輸入端。在采用外部時(shí)鐘時(shí)，對于HMOS單片機(jī)，該端引腳必須接地；對于CH

29、MOS單片機(jī)，此引腳作為驅(qū)動(dòng)端。</p><p>　　XTAL2（18腳）:接外部晶體的另一端。在片內(nèi)它是一個(gè)振蕩電路反相放大器的輸出端，振蕩電路的頻率是晶體振蕩頻率。若需采用外部時(shí)鐘電路，對于HMOS單片機(jī)，該引腳輸入外部時(shí)鐘脈沖；對于CHMOS單片機(jī)，此引腳應(yīng)懸浮。</p><p>　　RST（9腳）:單片機(jī)剛接上電源時(shí)，其內(nèi)部各寄存器處于隨機(jī)狀態(tài)，在該腳輸入24個(gè)時(shí)鐘周期寬度以上的高

30、電平將使單片機(jī)復(fù)位（RESET）。</p><p>　　PSEN（29腳）:當(dāng)訪問片外程序存儲(chǔ)器時(shí)，該端口輸出負(fù)脈沖信號(hào)作為存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)。CPU在向片外存儲(chǔ)器取指令期間，PSEN信號(hào)在12個(gè)時(shí)鐘周期中會(huì)生效兩次。另一方面，在訪問片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效PSEN信號(hào)不會(huì)出現(xiàn)。PSEN端口能驅(qū)動(dòng)8個(gè)LSTTL負(fù)載?？梢愿鶕?jù)PSEN、ALE和XTAL2三個(gè)輸出端口是否有信號(hào)輸出，來判斷80C51是否處在工作狀態(tài)

31、。</p><p>　　ALE/PROG（30腳）:當(dāng)訪問片外程序存儲(chǔ)器時(shí)，該端口輸出負(fù)脈沖信號(hào)作為存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)。CPU在向片外存儲(chǔ)器取指令期間，PSEN信號(hào)在12個(gè)時(shí)鐘周期中會(huì)生效兩次。另一方面，在訪問片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效PSEN信號(hào)不會(huì)出現(xiàn)。ALE/PROG端同樣可驅(qū)動(dòng)8個(gè)LSTTL負(fù)載。</p><p>　　EA/VPP（31腳）:當(dāng)EA端口輸入高電平時(shí)，CPU從片內(nèi)程序

32、存儲(chǔ)器地址0000H單元開始執(zhí)行程序。當(dāng)?shù)刂烦?KB時(shí)，將自動(dòng)執(zhí)行片外程序存儲(chǔ)器的程序。當(dāng)EA端口輸入低電平時(shí)，CPU只訪問片外程序存儲(chǔ)器。在對87C51EPROM編程時(shí)，該引腳用于施加編程電壓VPP。</p><p><b>　　輸入/輸出引腳：</b></p><p>　　1.P0.0—P0.7(32腳—39腳)：P0口是一個(gè)漏極開路的8位準(zhǔn)雙向I/O口。作為漏

33、極開路的輸出端口，每位能驅(qū)動(dòng)8個(gè)LS型TTL負(fù)載。P0口有三個(gè)功能：外部擴(kuò)充存儲(chǔ)器時(shí)，當(dāng)作地址總線（A1～A7）；不擴(kuò)充時(shí)，可做一般I/O口使用，但內(nèi)部沒有上拉電阻，作為輸入或輸出時(shí)應(yīng)在外部接上拉電阻。</p><p>　　2.P1.0—P1.7（1腳—8腳）：P1口是一個(gè)帶內(nèi)部上接電阻的準(zhǔn)雙向I/O口。P1的每一位能驅(qū)動(dòng)4個(gè)LS型TTL負(fù)載。在P1口作為輸入口使用時(shí)，應(yīng)先向P1口鎖存器（地址90H）寫入全1，此

34、時(shí)P1引腳由內(nèi)部上接電阻接成高電平。P1.0和P1.1多了T/C2的復(fù)用。</p><p>　　3.P2.0—P2.7 （21腳—26腳）：P2口是一個(gè)帶內(nèi)部上接電阻的8位準(zhǔn)雙向I/O口。P2口每一位能驅(qū)動(dòng)4個(gè)LS型TTL負(fù)載。P2口有兩個(gè)功能：擴(kuò)充外部存儲(chǔ)器時(shí)，當(dāng)作地址總線（A8~A15）使用。做一般I/O口使用，其內(nèi)部有上拉電阻。</p><p>　　4.P3.0—P3.7 （10腳—

35、17腳）：P3口是一個(gè)帶內(nèi)部上接電阻的8位準(zhǔn)雙向I/O口。P3口每一位能驅(qū)動(dòng)4個(gè)LS型TTL負(fù)載。P3口與其它I/O口有較大區(qū)別，每個(gè)引腳還具有專門功能,除了作為I/O口使用外（內(nèi)部有上拉電阻），還有一些特殊功能，由特殊寄存器來設(shè)置。如表3-1所示。</p><p>　　表3-1 P3口的第二功能表</p><p>　　3.2 單片機(jī)最小系統(tǒng)</p><p>　　單

36、片機(jī)最小應(yīng)用系統(tǒng)，指的是用最少的元件組成的單片機(jī)并且可以正常工作的系統(tǒng)，對本次設(shè)計(jì)使用單片機(jī)來說，最小系統(tǒng)一般應(yīng)該包括：單片機(jī)，晶振電路以及復(fù)位電路。如圖3-2所示。</p><p>　　圖3-2 單片機(jī)最小系統(tǒng)圖</p><p>　　3.2.1 晶振電路設(shè)計(jì)</p><p>　　晶振值取12MHz(因?yàn)榭梢詼?zhǔn)確地得到9600波特率和19200波特率，用于有串口通訊

37、的場合)。如下圖3-3所示。</p><p>　　圖3-3 晶振電路圖</p><p>　　晶振是給單片機(jī)提供工作信號(hào)脈沖的，這個(gè)脈沖就是單片機(jī)的工作速度。比如 12M晶振。單片機(jī)工作速度就是每秒12M。單片機(jī)內(nèi)部也有晶振，接外部晶振可以獲得更穩(wěn)定的頻率。因?yàn)榫д衽c單片機(jī)的腳XTAL1和腳XTAL2構(gòu)成的振蕩電路中會(huì)產(chǎn)生偕波(也就是不希望存在的其他頻率的波),這個(gè)波對電路的影響不大,但會(huì)降

38、低電路的時(shí)鐘振蕩器的穩(wěn)定性。為了電路的穩(wěn)定性起見,ATME公司只是建議在晶振的兩引腳處接入兩個(gè)10pf～50pf的瓷片電容接地來削減偕波對電路的穩(wěn)定性的影響,所以晶振所配的電容在10pf～50pf之間都可以的。</p><p>　　所以圖中C2和C3電容為22pF，是有起振作用和削減偕波對電路的穩(wěn)定性的影響。</p><p>　　3.2.2 復(fù)位電路設(shè)計(jì)</p><p&

39、gt;　　單片機(jī)上電后，在其9腳（RESET）出現(xiàn)24個(gè)振蕩周期以上的高電平后，單片機(jī)內(nèi)部初始復(fù)位。為了確保單片機(jī)正常復(fù)位，必需使其第9腳上出現(xiàn)的高電平保持2μs以上。復(fù)位電路如圖 3-4所示。</p><p>　　圖3-4 復(fù)位電路圖</p><p>　　復(fù)位電路通電時(shí)，電容C1兩端相當(dāng)于短路，RESET引腳上為高電平，然后電源通過電阻R1對電容C1充電，RESET端電壓慢慢下降，降到一

40、定電壓值以下，即為低電平，單片機(jī)開始正常工作。</p><p>　　圖中的電阻R1起到一個(gè)限流作用。當(dāng)按下復(fù)位按鍵的時(shí)候，為了防止電路中的電流過大，燒壞電路，所以加一個(gè)電阻R1，這樣有限制電流過大的作用。而電容C1是對電路進(jìn)行濾噪和去耦，減少電源電壓波動(dòng)的干擾和電路本身產(chǎn)生的噪聲對電路其它部分的影響。</p><p>　　3.3 放大電路設(shè)計(jì)</p><p>　　I

41、NA128 是低功耗高精度的通用儀表放大器它們通用的3 運(yùn)放3-op amp 設(shè)計(jì)和體積小巧使其應(yīng)用范圍廣泛反饋電流Current-feedback 輸入電路即使在高增益條件下(G = 100 時(shí)200kHz)也可提供較寬的帶寬，單個(gè)外部電阻可實(shí)現(xiàn)從1 至10000 的任一增益選擇INA128 提供工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的增益等式gain equation。INA128用激光進(jìn)行修正微調(diào)具有非常低的偏置電壓(50mV)溫度漂移0.5μV/℃ 和高共模

42、抑制在G=100 時(shí)120dB 其電源電壓低至±2.25V 且靜態(tài)電流只有700uA 是電池供電系統(tǒng)的。理想選擇內(nèi)部輸入保護(hù)能經(jīng)受±40V 電壓而無損壞，INA128的封裝為8 引腳塑料DIP 和SO-8 表面襯底封裝規(guī)定溫度范圍為-40℃至+85℃，還有對應(yīng)的雙配置INA128[7]。INA128特性如下：</p><p>　　1.低偏置電壓 最大50μV；</p><p

43、>　　2.低溫度漂移 最大0.5μV/℃；</p><p>　　3.低輸入偏置電流 最大5nA；</p><p>　　4.高共模抵制 CMR 最小120dB；</p><p>　　5.輸入保護(hù)至±40V；</p><p>　　6.寬電源電壓范圍 ±2.25 至 ±18V；</p><p&

44、gt;　　7.低靜態(tài)電流 700μA；</p><p>　　8.8引腳塑料DIP 和SO-8封裝。</p><p>　　INA128放大電路如下圖3-5所示。</p><p>　　圖3-5 INA128放大電路圖</p><p>　　1、8腳跨接的電阻就是用來調(diào)整放大倍率，4、7腳需提供正負(fù)相等的工作電壓，2、3腳輸入要放大的電壓，并從6腳

45、輸出放大的電壓值。5腳則是參考基準(zhǔn)，如果接地，則6腳的輸出即為與地之間的相對電壓。</p><p>　　圖中2、3管腳是輸入電壓管腳就是接ICS1220系列壓力傳感器輸出的電壓，1、8管腳接電阻R2為50千歐，這是一個(gè)放大倍數(shù)（也就是增益）。而INA128的4、7管腳接兩個(gè)電容C4和C5都是為0.1uF,這是對電路中電壓的穩(wěn)定，還有對芯片INA128有保護(hù)作用。而6管腳就要接到A/D轉(zhuǎn)換電路上，起到一個(gè)輸出放大的

46、電壓值。</p><p>　　3.4 A/D轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)</p><p>　　PCF8591是一個(gè)單片集成、單獨(dú)供電、低功耗、8-bit CMOS數(shù)據(jù)獲取器件。PCF8591具有4個(gè)模擬輸入、1個(gè)模擬輸出和1個(gè)串行I2C總線接口。PCF8591的3個(gè)地址引腳A0, A1和A2可用于硬件地址編程，允許在同個(gè)I2C總線上接入8個(gè)PCF8591器件，而無需額外的硬件。在PCF8591器件上輸入輸

47、出的地址、控制和數(shù)據(jù)信號(hào)都是通過雙線雙向I2C總線以串行的方式進(jìn)行傳輸[8]。 PCF8591的功能包括多路模擬輸入、內(nèi)置跟蹤保持、8-bit模數(shù)轉(zhuǎn)換和8-bit數(shù)模轉(zhuǎn)換。PCF8591的最大轉(zhuǎn)化速率由I2C總線的最大速率決定。PCF8591特性如下：</p><p><b>　　單獨(dú)供電；</b></p><p>　　PCF8591的操作電壓范圍2.5V～6

48、V；</p><p><b>　　低待機(jī)電流； </b></p><p>　　通過I2C總線串行輸入/輸出； </p><p>　　PCF8591通過3個(gè)硬件地址引腳尋址； </p><p>　　PCF8591的采樣率由I2C總線速率決定； </p><p>　　4個(gè)模擬輸入可編程為單端型或差分輸

49、入； </p><p>　　自動(dòng)增量頻道選擇； </p><p>　　PCF8591的模擬電壓范圍從VSS到VDD； </p><p>　　PCF8591內(nèi)置跟蹤保持電路； </p><p>　　8-bit逐次逼近A/D轉(zhuǎn)換器； </p><p>　　通過1路模擬輸出實(shí)現(xiàn)DAC增益。</p><p&

50、gt;　　PCF8591是具有I2C總線接口的8位A/D及D/A轉(zhuǎn)換器。有4路A/D轉(zhuǎn)換輸入，1路D/A模擬輸出。這就是說，它既可以作A/D轉(zhuǎn)換也可以作D/A轉(zhuǎn)換。A/D轉(zhuǎn)換為逐次比較型。引腳圖如下圖3-6所示。</p><p>　　圖3-6 PCF8591引腳圖</p><p>　　AIN0～AIN3：模擬信號(hào)輸入端。 </p><p>　　A0～A3：引腳地址端

51、。 </p><p>　　VDD、VSS：電源端(2.5～6V)。 </p><p>　　SDA、SCL：I2C總線的數(shù)據(jù)線、時(shí)鐘線。 </p><p>　　OSC：外部時(shí)鐘輸入端，內(nèi)部時(shí)鐘輸出端。 </p><p>　　EXT：內(nèi)部、外部時(shí)鐘選擇線，使用內(nèi)部時(shí)鐘時(shí)EXT接地。 </p><p>　　AGND：模擬信號(hào)

52、接地。 </p><p>　　AOUT：D/A轉(zhuǎn)換輸出端。 </p><p>　　VREF：基準(zhǔn)電源端。</p><p>　　PCF8591采用典型的I2C總線接口器件尋址方法，即總線地址由器件地址、引腳地址和方向位組成。飛利蒲公司規(guī)定A/D器件地址為1001。引腳地址為A2A1A0，其值由用戶選擇，因此I2C系統(tǒng)中最多可接23=8個(gè)具有I2C總線接口的A/D器件。

53、地址的最后一位為方向位R ，當(dāng)主控器對A/D器件進(jìn)行讀操作時(shí)為1，進(jìn)行寫操作時(shí)為0。總線操作時(shí)，由器件地址、引腳地址和方向位組成的從地址為主控器發(fā)送的第一字節(jié)。所以PCF8951的A/D轉(zhuǎn)換電路如下圖3-7所示。</p><p>　　圖3-7 PCF8951A/D轉(zhuǎn)換電路圖</p><p>　　PCF8951的A/D轉(zhuǎn)換電路中，是由PCF8951芯片中的數(shù)據(jù)線SDA和時(shí)鐘線SCL與所選的單

54、片機(jī)連接的，他們分別接到單片機(jī)的P2.1、P2.0引腳上。而圖中的電位器可以不用連接，這只是一個(gè)調(diào)節(jié)芯片的。</p><p>　　在PCF8951中控制字節(jié)用于實(shí)現(xiàn)器件的各種功能，如模擬信號(hào)由哪幾個(gè)通道輸入等。控制字節(jié)存放在控制寄存器中。總線操作時(shí)為主控器發(fā)送的第二字節(jié)。其格式如下所示：</p><p>　　其中：D1、D0兩位是A/D通道編號(hào)：00通道0，01通道1，10通道2，11通道

55、3D2 自動(dòng)增益選擇（有效位為1），D5、D4模擬量輸入選擇：00為四路單數(shù)入、01為三路差分輸入、10為單端與差分配合輸入、11為模擬輸出允許有效。</p><p>　　當(dāng)系統(tǒng)為A/D轉(zhuǎn)換時(shí)，模擬輸出允許為0。模擬量輸入選擇位取值由輸入方式?jīng)Q定：四路單端輸入時(shí)取00，三路差分輸入時(shí)取01，單端與差分輸入時(shí)取10，二路差分輸入時(shí)取11。最低兩位時(shí)通道編號(hào)位，當(dāng)對0通道的模擬信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換時(shí)取00，當(dāng)對1通道

56、的模擬信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換時(shí)取01，當(dāng)對2通道的模擬信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換時(shí)取10，當(dāng)對3通道的模擬信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換時(shí)取11。</p><p>　　在進(jìn)行數(shù)據(jù)操作時(shí)，首先是主控器發(fā)出起始信號(hào)，然后發(fā)出讀尋址字節(jié)，被控器做出應(yīng)答后，主控器從被控器讀出第一個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)，主控器發(fā)出應(yīng)答，主控器從被控器讀出第二個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)，主控器發(fā)出應(yīng)答,一直到主控器從被控器中讀出第n個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)，主控器發(fā)出非應(yīng)答信號(hào)，最后主控器發(fā)出停止信號(hào)。&

57、lt;/p><p>　　1.器件地址一般都使用的0X90，，就是把a(bǔ)1～a3都接地了。</p><p>　　2.D2自動(dòng)增益選擇（有效位為1）設(shè)定1的時(shí)候，可以連續(xù)讀出四個(gè)數(shù)據(jù)，就是四個(gè)通道的數(shù)據(jù)。</p><p>　　3.啟動(dòng)ad轉(zhuǎn)換的時(shí)候，緊接著讀出來的數(shù)據(jù)，不是當(dāng)前的數(shù)據(jù)而是前一次保存的數(shù)據(jù)，所以可以根據(jù)需要來選擇是不是拋掉。</p><p&g

58、t;　　4.連續(xù)讀數(shù)據(jù)（0x04）的時(shí)候你可以首先把第一個(gè)數(shù)據(jù)拋掉，然后連續(xù)讀出來5個(gè)數(shù)據(jù)就可以了，數(shù)據(jù)后面的4個(gè)就是需要的數(shù)據(jù)。</p><p>　　5.可以進(jìn)行DA轉(zhuǎn)換（0x40），轉(zhuǎn)化男的時(shí)候滿值255標(biāo)示5V，0標(biāo)示0V。</p><p>　　6.數(shù)據(jù)符合I2C通訊模式。</p><p>　　3.5 按鍵電路設(shè)計(jì)</p><p>　　

59、按鍵在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中是一個(gè)很關(guān)鍵的部件，它能實(shí)現(xiàn)向單片機(jī)系統(tǒng)輸入數(shù)據(jù)、發(fā)送命令等功能，是人工干預(yù)單片機(jī)的主要手段。按鍵鍵控制有矩陣式和獨(dú)立式兩中。這次設(shè)計(jì)的按鍵是獨(dú)立式的，兩個(gè)按鍵的一個(gè)腳分別接到正5V電源上，另外兩個(gè)腳分別接到單片機(jī)的P1.1、P1.2引腳上。按鍵電路如下圖3-8所示。</p><p>　　圖3-8 按鍵電路圖</p><p>　　對于鍵的識(shí)別，可以采用程序掃描的方法。

60、考慮到本設(shè)計(jì)實(shí)際需要的按鍵較少，所以選擇采用獨(dú)立式按鍵接口電路。它是將每個(gè)獨(dú)立按鍵按一對一的方式直接接到單片機(jī)的I/O口上，通過程序掃描查詢方式實(shí)現(xiàn)與單片機(jī)系統(tǒng)交互的。在程序查詢方式下，通過I/O端口讀入按鍵狀態(tài)，當(dāng)有按鍵按下時(shí)，相應(yīng)的I/O端口變?yōu)榈碗娖?，這樣通過讀I/O口的狀態(tài)判斷是否有按鍵按下。而圖中這兩個(gè)按鍵是設(shè)鍋爐壓力上限和下限的，設(shè)計(jì)這個(gè)電路可以使下面的報(bào)警電路打下基礎(chǔ)[9]。</p><p><

61、;b>　　3.6 報(bào)警電路</b></p><p>　　在壓力的檢測過程中報(bào)警電路是必不可少的，而在電路設(shè)計(jì)中就要一個(gè)蜂鳴器一個(gè)管腳接地，其他一個(gè)管腳與單片機(jī)連接這樣就可以實(shí)現(xiàn)，下圖中蜂鳴器一個(gè)腳接地，另一個(gè)腳接到單片機(jī)的P1.3引腳上。如下圖3-9所示。</p><p>　　圖3-9 報(bào)警電路圖</p><p>　　在鍋爐壓力檢測中，我們設(shè)定一個(gè)

62、上限值，一個(gè)下限值，當(dāng)壓力傳感器檢測到鍋爐內(nèi)的壓力大于上限，然后經(jīng)過放大電路，放大為0～5V電壓信號(hào)，再經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)傳到單片機(jī)中，然后由單片機(jī)將信號(hào)給蜂鳴器，蜂鳴器這時(shí)候就響，然后報(bào)警，這樣就提示工作人員要對鍋爐壓力進(jìn)行處理了。反之，當(dāng)壓力低于下限值時(shí)，會(huì)做同樣的處理。</p><p>　　3.7 壓力傳感器檢測設(shè)計(jì)</p><p>　　壓力傳感器芯片的性能受溫度

63、的影響非常大，主要表現(xiàn)為零點(diǎn)和靈敏度隨溫度變化而發(fā)生漂移。1220型是經(jīng)過溫度補(bǔ)償?shù)墓鑹鹤枋綁毫鞲衅鳎捎秒p列直插封裝結(jié)構(gòu)，適用要求成本低，性能優(yōu)越，長期穩(wěn)定性好的應(yīng)用領(lǐng)域。 </p><p>　　通過激光修正的電阻實(shí)現(xiàn)了0～50℃的溫度補(bǔ)償，還提供一個(gè)激光修正的電阻用于調(diào)節(jié)差動(dòng)放大器的增益來校正傳感器的壓力靈敏度變化，使具有良好的互換性，互換性誤差僅為±1％。從0～2psi至0～100psi量程范圍

64、內(nèi)均有表壓，差壓和絕壓產(chǎn)品[10]。ICSl220系列具有如下優(yōu)點(diǎn)：</p><p>　　1.放大、校準(zhǔn)和溫度補(bǔ)償；</p><p>　　2.多級(jí)壓力非線性修正；</p><p>　　3.直接輸出經(jīng)放大校準(zhǔn)的模擬信號(hào)；</p><p>　　4.輸出與輸入電壓成正比；</p><p>　　5.溫補(bǔ)范圍為0～70℃，滿足絕

65、大部分用戶的需求；</p><p>　　6.有表壓、差壓和絕壓配置，有微壓和低壓等量程。</p><p>　　ICSl220傳感器性能參數(shù)如下表3-2所示：</p><p>　　表3-2 ICS1220傳感器性能參數(shù)表</p><p>　　應(yīng)變片可以將應(yīng)變轉(zhuǎn)換為電阻的變化，為了顯示于記錄應(yīng)變的大小，還要將電阻的變化再轉(zhuǎn)換為電壓或電流的變化，因

66、此需要有專用的測量電路，通常采用直流電橋和交流電橋。壓力傳感器的電路如圖3-10所示。</p><p>　　圖3-10 ICS1220系列傳感器接線圖</p><p>　　壓力傳感器在檢測壓力時(shí)，要接外加電路，這里壓力傳感器的1、3腳分別是信號(hào)輸出管腳，它們分別接到放大器INA128的2(IN-)、3(IN+)腳上，2、6腳接地腳，4、5腳是供電腳接到正五伏電壓上供電。</p>

67、<p>　　由于應(yīng)變片的電橋電路的輸出信號(hào)一般比較微弱，所以目前大部分電阻應(yīng)變式傳感器的電橋輸出端與直流放大器相連電橋的輸出電壓于應(yīng)變成線性關(guān)系。若相鄰兩橋臂的應(yīng)變極性一致，即同為輸出電壓為兩者之差，若不同時(shí)，則輸出電壓為兩者之和。若相對兩橋臂的極性一直，輸出電壓為兩者之和，反之則為兩者之差。電橋供電電壓U越高，輸出電壓Uo越大[11]。</p><p>　　3.8 電源電路設(shè)計(jì)</p>

68、<p>　　本次設(shè)計(jì)中應(yīng)用的各種模塊都需要電源的供電，所以這里做一個(gè)USB供電的電路設(shè)計(jì)。在USB供電的電路中，電壓從VCCin進(jìn)入然后經(jīng)過一個(gè)電阻和一個(gè)LED燈回到接地。這里電阻選擇的是1K的電阻，這只是一個(gè)保護(hù)作用，還有如果要方便斷開，這里可以加入一個(gè)自鎖開關(guān)，但是這里設(shè)計(jì)不加，只需要插供電的端口就可以直接亮了，而且，只要各個(gè)模塊需要供電的地方往這個(gè)USB供電電路中一插就可以實(shí)現(xiàn)各個(gè)模塊的供電了。還有設(shè)計(jì)一個(gè)USB供電

69、電路的好處防止各個(gè)模塊供電的比較多，到時(shí)候插在供電端比較麻煩，得需要很多的插座才能滿足，所以要設(shè)計(jì)一個(gè)USB供電電路。這里的電阻是保護(hù)LED燈的作用，防止那個(gè)LED燈被燒壞。如下圖3-11所示。</p><p>　　圖3-11 電源電路圖</p><p>　　3.9 LCD液晶顯示電路設(shè)計(jì)</p><p>　　液晶顯示器LCD（Liquid Crystal Disp

70、lay）廣泛應(yīng)用于微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，與LED相比，具有功率低，抗干擾能力強(qiáng)，體積小，價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)。另外，LCD在大小和形狀上更加靈活，接口簡單，不但可以顯示數(shù)字、字符，而且可以顯示文字和圖形。</p><p>　　字符和數(shù)字的簡單顯示，不能滿足圖形曲線和文字顯示的要求。點(diǎn)陣式LCD不僅可以顯示字符、數(shù)字，還可以顯示各種圖形、曲線及文字，并且可以實(shí)現(xiàn)屏幕上下左右滾動(dòng)、動(dòng)畫、分區(qū)開窗口、反轉(zhuǎn)、閃爍等功能，用途十分廣

71、泛?，F(xiàn)在，隨著液晶技術(shù)的突破，液晶顯示器的質(zhì)量有了很大的提高，品種也在不斷推陳出新，不但有各種規(guī)模的黑白液晶顯示器，還有絢麗多彩的彩色液晶顯示器。在點(diǎn)陣式液晶顯示器中，把控制驅(qū)動(dòng)電路與液晶點(diǎn)陣集成在一起，組成一個(gè)顯示模組，可與八位微處理器接口直接連接，不但使用方便，而且價(jià)格也比較便宜[12]。</p><p>　　3.9.1 LCD1602的引腳及接線</p><p>　　1602液晶也叫

72、1602字符型液晶，它是一種專門用來顯示字母、數(shù)字、符號(hào)等的點(diǎn)陣型液晶模塊。它由若干個(gè)5X7或者5X11等點(diǎn)陣字符位組成，每個(gè)點(diǎn)陣字符位都可以顯示一個(gè)字符，每位之間有一個(gè)點(diǎn)距的間隔，每行之間也有間隔，起到了字符間距和行間距的作用，正因?yàn)槿绱怂运荒芎芎玫仫@示圖形（用自定義CGRAM，顯示效果也不好）。1602LCD是指顯示的內(nèi)容為16X2,即可以顯示兩行，每行16個(gè)字符液晶模塊（顯示字符和數(shù)字）。LCD1602(如下圖3-12所示)分

73、為帶背光和不帶背光兩種，基控制器大部分為HD44780，帶背光的比不帶背光的厚，是否帶背光在應(yīng)用中并無差別[13]。LCD1602的主要技術(shù)參數(shù)：</p><p>　　1.顯示容量:16×2個(gè)字符；</p><p>　　2.芯片工作電壓:4.5～5.5V；</p><p>　　3.工作電流:2.0mA(5.0V)；</p><p>

74、　　4.模塊最佳工作電壓:5.0V；</p><p>　　5.字符尺寸:2.95×4.35(W×H)mm。</p><p>　　圖3-12 LCD1602接線圖</p><p>　　LCD1602液晶顯示屏的接法是1、3、16腳接地；2、15角接正5V電源；剩下的4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14腳分別接到單片機(jī)的P2.4、P2

75、.5、P2.6、P0.0、P0.1、P0.2、P0.3、P0.4、P0.5、P0.6、P0.7引腳上。其實(shí)LCD1602顯示屏的3管腳是接一個(gè)調(diào)光滑動(dòng)變阻器的，但是這里選擇接地就是對比度最高。</p><p>　　1602字符型LCD通常有14條引腳線或16條引腳線的LCD，多出來的2條線是背光電源線。VCC(15腳)和地線GND(16腳)，其控制原理與14腳的LCD完全一樣。LCD1602引腳接口如下：<

76、/p><p>　　第1腳：VSS為地電源。</p><p>　　第2腳：VDD接5V正電源。</p><p>　　第3腳：VL為液晶顯示器對比度調(diào)整端，接正電源時(shí)對比度最弱，接地時(shí)對比度最高，對比度過高時(shí)會(huì)產(chǎn)生“鬼影”，使用時(shí)可以通過一個(gè)10K的電位器調(diào)整對比度。</p><p>　　第4腳：RS為寄存器選擇，高電平時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時(shí)選擇

77、指令寄存器。</p><p>　　第5腳：R/W為讀寫信號(hào)線，高電平時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平時(shí)進(jìn)行寫操作。當(dāng)RS和R/W共同為低電平時(shí)可以寫入指令或者顯示地址，當(dāng)RS為低電平R/W為高電平時(shí)可以讀忙信號(hào)，當(dāng)RS為高電平R/W為低電平時(shí)可以寫入數(shù)據(jù)。</p><p>　　第6腳：E端為使能端，當(dāng)E端由高電平跳變成低電平時(shí)，液晶模塊執(zhí)行命令[14]。</p><p>　　第

78、7～14腳：D0～D7為8位雙向數(shù)據(jù)線。</p><p>　　第15腳：背光源正極。</p><p>　　第16腳：背光源負(fù)極。</p><p>　　3.9.2 LCD1602的指令說明及時(shí)序</p><p>　　1602液晶模塊內(nèi)部的控制器共有11條控制指令，如下表3-3所示。</p><p>　　表3-3 1602

79、控制指令表</p><p>　　1602液晶模塊的讀寫操作、屏幕和光標(biāo)的操作都是通過指令編程來實(shí)現(xiàn)的。（說明：1為高電平、0為低電平）。</p><p>　　指令1：清顯示，指令碼01H,光標(biāo)復(fù)位到地址00H位置。</p><p>　　指令2：光標(biāo)復(fù)位，光標(biāo)返回到地址00H。</p><p>　　指令3：光標(biāo)和顯示模式設(shè)置I/D：光標(biāo)移動(dòng)方向

80、，高電平右移，低電平左移S:屏幕上所有文字是否左移或者右移。高電平表示有效，低電平則無效。</p><p>　　指令4：顯示開關(guān)控制。D：控制整體顯示的開與關(guān)，高電平表示開顯示，低電平表示關(guān)顯示C：控制光標(biāo)的開與關(guān)，高電平表示有光標(biāo)，低電平表示無光標(biāo)B：控制光標(biāo)是否閃爍，高電平閃爍，低電平不閃爍。</p><p>　　指令5：光標(biāo)或顯示移位S/C：高電平時(shí)移動(dòng)顯示的文字，低電平時(shí)移動(dòng)光標(biāo)。

81、</p><p>　　指令6：功能設(shè)置命令DL：高電平時(shí)為4位總線，低電平時(shí)為8位總線 N：低電平時(shí)為單行顯示，高電平時(shí)雙行顯示F: 低電平時(shí)顯示5x7的點(diǎn)陣字符，高電平時(shí)顯示5x10的點(diǎn)陣字符。</p><p>　　指令7：字符發(fā)生器RAM地址設(shè)置。</p><p>　　指令8：DDRAM地址設(shè)置。</p><p>　　指令9：讀忙信號(hào)和光

82、標(biāo)地址BF：為忙標(biāo)志位，高電平表示忙，此時(shí)模塊不能接收命令或者數(shù)據(jù)，如果為低電平表示不忙。</p><p><b>　　指令10：寫數(shù)據(jù)。</b></p><p><b>　　指令11：讀數(shù)據(jù)。</b></p><p>　　3.9.3 LCD1602的RAM地址映射及標(biāo)準(zhǔn)字庫表</p><p>　　

83、液晶顯示是一個(gè)慢顯示器件，所以在執(zhí)行每條指令之前一定要確認(rèn)模塊的忙標(biāo)志為低電平，表示不忙，否則此指令失效。要顯示字符時(shí)要先輸入顯示字符地址，也就是告訴模塊在哪里顯示字符[15]。如下圖3-13是1602的內(nèi)部顯示地址。</p><p>　　圖3-13 LCD1602內(nèi)部顯示地址圖</p><p>　　模塊的忙標(biāo)志為低電平，表示不忙，否則此指令失效。要顯示字符時(shí)要先輸入顯示字符地址，也就是告

84、訴模塊在哪里顯示字符，圖3-13是1602的內(nèi)部顯示地址。</p><p>　　在對液晶模塊的初始化中要先設(shè)置其顯示模式，在液晶模塊顯示字符時(shí)光標(biāo)是自動(dòng)右移的，無需人工干預(yù)。每次輸入指令前都要判斷液晶模塊是否處于忙的狀態(tài)。</p><p>　　1602液晶模塊內(nèi)部的字符發(fā)生存儲(chǔ)器（CGROM）已經(jīng)存儲(chǔ)了160個(gè)不同的點(diǎn)陣字符圖形，這些字符有：阿拉伯?dāng)?shù)字、英文字母的大小寫、常用的符號(hào)、和日文

85、假名等，每一個(gè)字符都有一個(gè)固定的代碼，比如大寫的英文字母“A”的代碼是01000001B（41H），顯示時(shí)模塊把地址41H中的點(diǎn)陣字符圖形顯示出來，我們就能看到字母“A”。</p><p>　　第4章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)</p><p>　　4.1 系統(tǒng)總流程圖的設(shè)計(jì)</p><p>　　由于模塊化程序的設(shè)計(jì)，通過調(diào)用程序即可實(shí)現(xiàn)所用功能，寫程序時(shí)，調(diào)用程序前即系統(tǒng)運(yùn)行首

86、要先對系統(tǒng)進(jìn)行初始化。然后對按鍵進(jìn)行掃描，對按鍵事件做出相應(yīng)的反應(yīng)。接下來看接收數(shù)據(jù)，然后數(shù)據(jù)處理，再判斷壓力值是否超過設(shè)定的壓力值，要是否還得返回按鍵值那從新操作，如果超過設(shè)定壓力值，這時(shí)蜂鳴器報(bào)警。接著返回來循環(huán)。根據(jù)所畫的原理圖(如附錄1所示)設(shè)計(jì)出以下程序流程圖。主程序流程圖如圖4-1所示。</p><p>　　圖4-1 主程序流程圖</p><p>　　4.2 壓力檢測程序流程圖

87、設(shè)計(jì)</p><p>　　如圖4-2為壓力檢測主程序流程圖，單片機(jī)先初始化，啟動(dòng)放大電路和A/D轉(zhuǎn)換，等待傳感器接受的檢測數(shù)據(jù)，單片機(jī)計(jì)算是否接收完畢，如是等待放大電路和A/D轉(zhuǎn)換，如否返回繼續(xù)等待接收。放大電路和A/D接收是否完畢，如是計(jì)算符合報(bào)警條件否，如否則返回。報(bào)警檢測如是則啟動(dòng)報(bào)警，如否則顯示結(jié)果。最后返回。</p><p>　　圖4-2 信號(hào)檢測流程圖</p>&

88、lt;p>　　4.3 外部中斷程序流程圖</p><p>　　如圖4-3所示為外部中斷子程序流程圖，首先要設(shè)定外部中段入口，然后關(guān)閉外部中斷，下一步單片機(jī)讀取壓力值，輸出結(jié)果，然后外部開中斷，最后返回。</p><p>　　圖4-3 外部中斷流程圖</p><p>　　第5章 系統(tǒng)分析與調(diào)試</p><p>　　5.1 程序編寫的思路&

89、lt;/p><p>　　該系統(tǒng)主要是由壓力傳感器給一個(gè)信號(hào)，然后將這個(gè)信號(hào)處理后，轉(zhuǎn)給放大器中，經(jīng)過放大后的電壓值，再傳給A/D轉(zhuǎn)換電路中，經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換后傳給單片機(jī)中，而單片機(jī)給LCD1602液晶顯示屏中，在LCD1602中我們要定義以下子函數(shù)：LCD1602液晶寫命令子函數(shù)、LCD1602液晶寫數(shù)據(jù)子函數(shù)、LCD1602液晶初始化子函數(shù)。而最后超過壓力上限值時(shí)，給與報(bào)警。程序清單如附錄2所示。</p>

90、<p>　　5.2 程序開發(fā)和燒錄</p><p>　　本設(shè)計(jì)是在Keil C環(huán)境下開發(fā)的，Keil C軟件支持C語言的編程及調(diào)試，運(yùn)用方便，是做C語言畢業(yè)設(shè)計(jì)者的首選。設(shè)計(jì)的首要任務(wù)是安裝和學(xué)習(xí)使用這個(gè)軟件，在簡單的學(xué)習(xí)和了解Keil C后，我們便可在此環(huán)境下開始了對帶錄音功能的電子琴的設(shè)計(jì)工作。在編譯完Keil C后，再運(yùn)用STC_ISP_V480軟件燒錄到開發(fā)板上，實(shí)現(xiàn)實(shí)物與程序的連接。Kei

91、l C程序運(yùn)行如圖5-1所示。</p><p>　　圖5-1 KeilC運(yùn)行圖</p><p>　　在編譯完Keil C后，再運(yùn)用STC_ISP_V480軟件燒錄到開發(fā)板上，實(shí)現(xiàn)實(shí)物與程序的連接。在燒錄前要對STC_ISP_V480進(jìn)行一些必要的設(shè)置。第一步：設(shè)置MCU Type為STC89C52RC；第二步：打開編寫好并編譯的程序文件，它是以.hex為后綴的文件；第三步：選擇對應(yīng)的COM

92、端口，（可在我的電腦的設(shè)備管理處查看COM選項(xiàng)）；第四步：點(diǎn)擊Download下載，等提示。請給MCU上電時(shí)，打開開發(fā)板上的開關(guān)，它就自行燒錄了。如下圖5-2所示。</p><p>　　圖5-2 程序燒錄運(yùn)行圖</p><p>　　在完成對程序的調(diào)試及燒錄之后，還需要對其進(jìn)行演示，把開發(fā)板與電腦連上，設(shè)置好對應(yīng)的接口，完成供電及下載。按下按鍵在設(shè)定上限值和設(shè)定好下限值，然后在鍋爐中檢測壓力

93、值，當(dāng)檢測到壓力時(shí)，將信號(hào)傳給放大器，放大器將電壓值放大為0～5V，然后啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換電路將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，這時(shí)將這個(gè)信號(hào)傳給單片機(jī)，然后單片機(jī)經(jīng)過處理給液晶顯示屏，將這個(gè)壓力值顯示在液晶顯示屏上，要是超過設(shè)定的上限值，單片機(jī)會(huì)給一個(gè)信號(hào)給報(bào)警電路，報(bào)警電路接受后就發(fā)生報(bào)警，這時(shí)提醒工作人員要對鍋爐內(nèi)的壓力進(jìn)行處理了。就是達(dá)到這種效果以告誡這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的成功。</p><p>　　5.3 系統(tǒng)的調(diào)試和分析

94、</p><p>　　本設(shè)計(jì)的程序采用的是C程序設(shè)計(jì)，C語言的顯著特點(diǎn)是用二進(jìn)制來編寫程序,程序的各個(gè)部分除了必要的信息交流外彼此之間相互獨(dú)立。這種結(jié)構(gòu)化方式可使程序?qū)哟吻逦? 便于使用、維護(hù)以及調(diào)試。C語言是以函數(shù)形式提供給用戶的,這些函數(shù)可方便的調(diào)用,并具有多種循環(huán)、條件語句控制程序流向,從而使程序完全結(jié)構(gòu)化。雖然C語言也是強(qiáng)類型語言，但它的語法比較靈活，允許程序編寫者有較大的自由度。系統(tǒng)調(diào)試包括硬

95、件調(diào)試和軟件調(diào)試，而且兩者是密不可分的。 </p><p>　　我們設(shè)計(jì)好的硬件電路和軟件程序，只有經(jīng)過聯(lián)合調(diào)試，才能驗(yàn)證其正確性；軟硬件的配人情況以及是否達(dá)到設(shè)計(jì)任務(wù)的要求，也只有經(jīng)過調(diào)試，才能發(fā)現(xiàn)問題并加以解決、完善，最終開發(fā)成實(shí)用產(chǎn)品。 </p><p>　　硬件調(diào)試分單元電路調(diào)試和聯(lián)機(jī)調(diào)試，單元電路試驗(yàn)在硬件電路設(shè)計(jì)時(shí)已經(jīng)進(jìn)行，這

96、里的調(diào)試只是將其制成印刷電路板后試驗(yàn)電路是否正確，并排除一些加工工藝性錯(cuò)誤（如錯(cuò)線、開路、短路等）。這種調(diào)試可單獨(dú)模擬進(jìn)行，也可通過開發(fā)裝置由軟件配合進(jìn)行。硬件聯(lián)機(jī)調(diào)試則必須在系統(tǒng)軟件的配合下進(jìn)行。 </p><p>　　軟件調(diào)試一般包括分塊調(diào)試和聯(lián)機(jī)調(diào)試兩個(gè)階段。程序的分塊調(diào)試一般在單片機(jī)開發(fā)裝置上進(jìn)行，可根據(jù)所調(diào)程序功能塊的入口參量初值編制一個(gè)特殊的程序段，并連同被調(diào)程序功能塊一起在開發(fā)裝置上運(yùn)行；

97、也可配合對應(yīng)硬件電路單獨(dú)運(yùn)行某程序功能塊，然后檢查是否正確，如果執(zhí)行結(jié)果與預(yù)想的不一致，可以通過單步運(yùn)行或設(shè)置斷點(diǎn)的方法，查出原因并加以改正，直到運(yùn)行結(jié)果正確為止。這時(shí)該 程序功能塊已調(diào)試完畢，可去掉附加程序段。其它程序功能塊可按此法進(jìn)行調(diào)試。程序聯(lián)機(jī)調(diào)試就是將已調(diào)試好的各程序功能塊按總體結(jié)構(gòu)聯(lián)成一個(gè)完整程序，在所研制的硬件電路上運(yùn)行。從而試驗(yàn)程序整體運(yùn)行的完整性、正確性和與硬件電路的配合情況。在聯(lián)調(diào)中可能會(huì)有某些支路上的程序

98、、功能塊因受條件制約而得不到相應(yīng)的輸入?yún)?shù)，這時(shí)，調(diào)試人員應(yīng)創(chuàng)造條件進(jìn)行模擬調(diào)試。在聯(lián)調(diào)中如發(fā)現(xiàn)硬件問題也應(yīng)及時(shí)修正，直到單片機(jī)系統(tǒng)的軟件、硬件全部調(diào)試成功為止。系統(tǒng)調(diào)試完成后，還要進(jìn)行一段時(shí)間的試運(yùn)行，從而檢驗(yàn)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和抗干擾能力，驗(yàn)證系統(tǒng)功能是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求，是否達(dá)到預(yù)期的效果。</p><p><b>　　結(jié) 論</b></p><p>　　這次畢業(yè)設(shè)計(jì)是

99、基于單片機(jī)的鍋爐壓力監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)，在這次基于單片機(jī)的鍋爐壓力監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)中我們學(xué)到了很多東西，并從這次設(shè)計(jì)中掌握了單片機(jī)最小系統(tǒng)的基礎(chǔ)知識(shí)，從而認(rèn)識(shí)到Protel繪制原理圖，還從這次設(shè)計(jì)中學(xué)到了很多芯片的應(yīng)用。通過這次基于單片機(jī)的鍋爐壓力監(jiān)控系統(tǒng)次設(shè)計(jì)，進(jìn)一步掌握了解單片機(jī)的原理，培養(yǎng)自主查找資料，搜索信息的能力、培養(yǎng)實(shí)踐動(dòng)手能力與合作精神。</p><p>　　這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)使我們對單片機(jī)系統(tǒng)的了解，熟悉了C語

100、言軟件的應(yīng)用，使我們更好的認(rèn)識(shí)到單片機(jī)的深?yuàn)W，在這次設(shè)計(jì)中遇到很多困難，幸虧有老師和同學(xué)的幫忙才很好的完成設(shè)計(jì)。</p><p>　　本次設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對鍋爐壓力的全自動(dòng)化控制，節(jié)省了人力資源，同時(shí)添加了報(bào)警裝置大大提高了鍋爐使用的安全性。但是有些不足的是沒能很準(zhǔn)確的調(diào)節(jié)出壓力數(shù)據(jù)，還有對ICS1220系列傳感器的應(yīng)用還是不夠精煉的。對于PLC和組態(tài)去控制鍋爐壓力，相比之下單片機(jī)去控制鍋爐壓力比較經(jīng)濟(jì)實(shí)惠

101、，體積小，應(yīng)用方便，讀取數(shù)據(jù)也比較容易。在這次設(shè)計(jì)中，我們不但學(xué)會(huì)了耐心、堅(jiān)強(qiáng)，而且也從這次設(shè)計(jì)中學(xué)到了單片機(jī)技術(shù)這門課程的認(rèn)識(shí)，也從中獲得很多東西，使我認(rèn)識(shí)到這門課程的重要性，真是使我受益匪淺。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]劉玉強(qiáng)、劉曉為.高溫?cái)U(kuò)散爐恒溫區(qū)溫度的自動(dòng)控制[J].哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，1999</p>

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