《计算机控制技术与系统》综合设计论文.

综合设计(论文) `

课程 : 计算机控制技术与系统

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二〇一六年五月

摘要

本门课程的第1、2章为绪论和过程通道的内容，讲述了计算机控制系统的基本概念、组成、类型以及模拟量输入/输出通道、开关量输入/输出通道。为培养锻炼我们结合工程问题独立分析思考和解决问题的能力，老师给出三道综合设计的题目。

首先，设计了微机控制系统具体硬件电路及软件控制逻辑流程框图，实现了储液罐液位超限时报警并切断工质输入/输出通道的功能。然后，给出了热电偶测量信号的冷端温度补偿方式，并画出现场可实现的冷端温度补偿方案的设计简图。最后，分析了已知的现场64点模拟量信号输入采样电路的问题，并作出了改进设计。

关键词：储液罐液位；微机控制；热电偶；冷端温度补偿；模拟量信号；采样电路。

目录

1 综合设计题1——储液罐液位微机控制系统 (1)

1.1 题目要求 (1)

1.2 总体方案 (1)

1.3 硬件电路的设计 (1)

1.3.1 微处理器的最小配置模式 (1)

1.3.2 A/D转换电路 (3)

1.3.3 报警和电磁阀驱动电路 (3)

1.4 软件控制逻辑流程框图 (4)

2综合设计题2——热电偶测量信号的冷端温度补偿 (6)

2.1题目要求 (6)

2.2 热电偶测温需进行冷端温度补偿的原因 (6)

2.3 热电偶测量信号的冷端温度补偿方式 (6)

2.3.1 计算法 (6)

2.3.2 冰点槽法 (6)

2.3.3 补偿导线法 (7)

2.3.4 冷端温度补偿器 (7)

2.3.5 仪表机械零点调整法 (7)

2.4 现场可实现的冷端温度补偿应用方案 (7)

2.4.1 补偿电桥法 (7)

2.4.2 晶体管PN结补偿法 (8)

2.4.3 集成电路补偿法 (8)

3综合设计题3——模拟量信号输入采样电路设计 (9)

3.1题目要求 (9)

3.2 采样电路对应的模入信号地址范围 (9)

3.3 采样译码电路 (10)

3.3.1 存在的问题 (10)

3.3.2 解决问题的方法及理由 (10)

3.4 改进设计 (10)

总结 (11)

参考文献 (12)

致谢 (13)

1综合设计题1——储液罐液位微机控制系统

1.1题目要求

某现场储液罐工艺流程如下图所示，其中储液罐液位采用微机自动控制，H0为基准液位，Hmax、Hmin分别为储液罐液位的最大值和最小值。正常运行状态下液位H处于基准液位H0附近，当储液罐液位超出Hmax或低于Hmin时系统自动报警，并显示液位高或低报警，同时微机发出控制指令，停止储液罐工质的输入和输出。设计该储液罐液位微机控制系统具体硬件电路（包括AI、DO通道）及软件控制逻辑流程框图。

Hmax

Hmin

1.2总体方案

本储液罐液位微机控制系统采用以微处理器为核心，配以外围设备[1]以实现监控水位并在紧急情况下报警和采取措施的功能。原理如图1-0所示。

图1-0 微机控制系统的原理图

1.3硬件电路的设计

1.3.1微处理器的最小模式配置

因上学期学习了微机原理及应用的课程，对8086微处理器的使用较为熟悉，故用之作为本控制系统的核心。

8086最小模式下的引脚功能[2]：

●AD15~AD0(16条)：地址/数据复用线，双向工作。

●A19~A16/ S6~S3：地址/状态复用线，输出引脚。

●BHE/S7：数据高8位允许/状态，输出引脚。

●ALE：地址锁存允许，输出引脚。

●DEN：数据允许信号，输出引脚。

●DT/R：数据发送/接收控制信号，输出引脚。=1发送（=0接收）

●M/IO：存储器/IO设备控制信号，输出引脚。=1访问存储器（=0访问I/O设备）

●RD：读信号，输出引脚。低电平有效，表示将执行读操作。

●WR：写信号，输出引脚。低电平有效，表示将执行写操作。

●READY：存储器或I/O端口准备就绪信号，输入引脚。=1，准备就绪

●RESET：复位信号，输入引脚。至少要维持4个T的高电平才有效。

●MN/MX：工作模式选择信号，输入引脚。=1最小模式（=0最大模式）

8086微处理器需要运用分时复用技术，故需要增加地址锁存器，I/O设备的选择需要译码电路（使用3-8译码器）。连线如图1-1所示。

图1-1 CPU8086的地址锁存、译码电路

1.3.2 A/D转换电路

本门课程具体学习了ADC0809芯片的功能及接线并用之做过A/D转换技术的实验，但是基于Proteus软件元件库中不具有其的仿真模式，故使用与其相差无几的ADC0808仿真。

ADC0808的引脚功能：

●IN0~IN7：8路模拟量输入端。

●OUT1~OUT8：8位数字量输出端。

●AL：地址锁存允许信号，输入，高电平有效。

●START：A/D转换启动脉冲输入端，输入一个正脉冲（至少100ns宽）使其启动（脉

冲上升沿使0808复位，下降沿启动A/D转换）。

●EOC：A/D转换结束信号，当A/D转换结束时，此端输出一个高电平（转换期间一直

为低电平）。

●OE：数据输出允许信号，输入，高电平有效。当A／D转换结束时，此端输入一个高

电平，才能打开输出三态门，输出数字量。

●CLK：时钟脉冲输入端。要求时钟频率不高于640KHZ。

●VREF（+）和VREF（-）：参考电压输入端。

●Vcc：主电源输入端5V。

●GND：接地。

●ADDA、ADDB、ADDC：3位地址输入线，用于选通8路模拟输入中的一路。

液位传感器输出4-20mA的电流，通过一个250Ω的电阻将之转化为1-5V的电压，并输入INT0端口，此模拟信号由ADC0808转换为数字信号并送入8086做相关处理。连线如图1-2所示。（输出端OUT8为最低位，与8086连接时需注意。）

图1-2ADC0808的引脚接线电路

1.3.3报警和电磁阀驱动电路