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1、综 合 设 计(论文)院 系：专业班级：学生姓名：学 号：指导教师：二一六年五月课 程 : 计算机控制技术与系统华北电力大学综合设计（论文）I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
2、 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。华北电力大学综合设计（论文）II目 录1 综合设计题 1储液罐液位微机控制系统 11.1 题目要求 11.2 总体方案 11.3 硬件电路的设计11.3.1 微处理器的最小配置模式11.3.2 A/D 转换电路 31.3.3 报警和电磁阀驱动电路31.4 软 件 控 制 逻 辑 流 程 框 图 42 综合设计题 2热电偶测量信号的冷端温度补偿 62.1 题目要求 62.2 热电偶测温需进行冷端温度补偿的原因 62.3 热电偶测量信号的冷端温度补偿方式 62.3.1
3、 计算法62.3.2 冰 点 槽 法 62.3.3 补偿导线法72.3.4 冷 端 温 度 补 偿 器 72.3.5 仪表机械零点调整法72.4 现场可实现的冷端温度补偿应用方案 72.4.1 补偿电桥法72.4.2 晶 体 管 PN 结 补 偿法 82.4.3 集成电路补偿法83 综合设计题 3模拟量信号输入采样电路设计 93.1 题目要求 93.2 采样电路对应的模入信号地址范围 93.3 采样译码电路 103.3.1 存在的问题103.3.2 解 决 问 题 的 方 法 及 理 由 103.4 改进设计 10总结 11参考文献 12致谢 13华北电力大学综合设计（论文）01 综合设计题
4、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。H H0基 准 液 位工 质 入工 质 出 HminHmax1.2 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
5、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。微处理器地 址 锁 存 器A/D 转 换 器液 位 传 感 器报 警 电 路电 磁 阀 驱 动 电 路图 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： AD15AD0(16 条)：地址/数据复用线，双向工作。 A19A16/ S6S3：地址/状态复用线，输出引脚。华北电力大学综合设计（论文）1 BHE/S7：数据高 8 位允许/ 状态，输出引脚。 ALE：
6、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
7、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。AD16.19AD0.15 A0.19A0A1A2A3A4A5A6A7A8A9A10A1A12A13A14A15A16A17A18A19BHEAD0AD1AD2AD3AD4AD5AD6AD7AD8AD9AD10AD1AD12AD13AD14AD15AD16AD17AD18AD19BHE1RDWRBHE1DT/RDENM/IOA12A13A14A15Y0Y1Y2ALEAD0.15READY2 INTR18NMI17RESET21CLK19 MN/MX3HOLD/GT131 HLDA/GT0
8、30A16.19M/IO/S0 28ALE/QS0 25DT/R/S1 27INTA/QS124TEST23 BHE 34DEN/S2 26RD32WR/LOCK 29U18086PROGRAM=yunxing.EXESRCFILE=yunxing.ASMD03 Q0 2D14 Q1 5D27 Q2 6D38 Q3 9D413 Q4 12D514 Q5 15D617 Q6 16D718 Q7 19OE1 LE1U274HC373D03 Q0 2D14 Q1 5D27 Q2 6D38 Q3 9D413 Q4 12D514 Q5 15D617 Q6 16D718 Q7 19OE1 LE1U374H
9、C373D03 Q0 2D14 Q1 5D27 Q2 6D38 Q3 9D43 Q4 12D514 Q5 15D617 Q6 16D718 Q7 19OE1 LE1U474HC373A1 B2 C3E16 E24 E35Y0 15Y1 14Y2 13Y3 12Y4 1Y5 10Y6 9Y7 7U1674HC138图 1-1 CPU8086 的地址锁存、译码电路华北电力大学综合设计（论文）21.3.2 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 ADC080
10、8仿真。ADC0808 的引脚功能： IN0IN7：8 路模拟量输入端。 OUT1OUT8：8 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 AD 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。 VR
11、EF（+）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 250 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。 ）WRRD Y0A0A1A2AD7AD6AD5AD4AD3AD2AD1AD0231U6:A74HC02 564U6:B74HC02R110kU10(
12、CLOCK)OUT1 21AD B24 AD A25 AD C23VREF(+)12 VREF(-)16IN31 IN42 IN53IN64 IN75START 6OUT5 8EOC7OE9CLOCK10OUT2 20OUT7 14OUT6 15OUT8 17OUT4 18OUT3 19IN228 IN127 IN026ALE2U10ADC0808R7250传 感 器 输 出 4-20mA图 1-2 ADC0808 的引脚接线电路1.3.3 报警和电磁阀驱动电路华北电力大学综合设计（论文）3本门课程具体学习了 74LS374 构成的开关量输出通道，故使用其仿真。74LS374 的引脚功能： D
13、0D7：数据输入端。 OE：三态允许控制端（低电平有效） 。 CP：时钟输入端，其接收到脉冲上升沿时， Q 随 D 而变。 Q0Q7：输出端。采用常开式电磁阀控制工质入和工质出，水位超限的时候，两个继电器的常开触点闭合即线圈通电使电磁阀关闭，达到切断阀门的目的。水位超下限，点亮黄灯报警；水位超上限，则点亮红灯报警。连线如图 1-3 所示。AD0AD1AD2AD3AD4AD5AD6AD7OUT1Y1OUT0OUT0 OUT1OUT2OUT3OUT2 OUT3WRM/IO D03 Q02D14 Q15D27 Q26D38 Q39D413 Q412D514 Q515D617 Q616D718 Q719OE1CLK1U774LS37423 1U8:A74LS02Q1NPNR31k B112VQ2NPNR41k B212VD1LED-REDR510 R610D2LED-YELOWU5ORD3DIODE D4DIODE RL15VRL25V输 入 电 磁 阀 线 圈 输 出 电 磁 阀 线 圈高 位
