电导率在线控制系统软件设计说明书

1、电导率在线控制系统软件设计说明书电导率在线控制系统软件设计说明书 电导率在线控制系统软件设计说明书第一章系统概述L1系统研发目的及 意义电导率仪是一种应用很广泛的测量仪器。无论是工业、农业的生产部门，还是科研部门都有应用。随着微电子工业清洗处理、饮用纯净水、药用蒸储水、生 物制品用水、动力锅炉以及大型发电机组冷却用水的需求量 的急剧增加，越来越多的产品、技术开始对介质的导电性能、 成分等特性要求给出准确的分析和评价，而且在实时性、准 确度等方面提出了更高的要求。对于纯硬件结构的仪表在不同条件下需要人工多次调整 才能使用的问题，不仅影响了生产效率，而且增加了维护成 本。随着国内外电导率仪的发展，

2、迫切需要检定项目完备、高 精度的电导率检定装置来用于日常检定工作，而电导率在线 控制系统软件不仅精度高，维护简单、成本低等优点而且它 与传统的电导仪相比更具有价格低廉，在一定的测量范围内 不需分档、操作简单、误差自动补偿、数字显示等优点。所以，实用的“电导率在线控制系统软件”的研发与应用就 应允而出。近20年来，由于微电子学技术的进步以及计算机应用的 日益广泛，智能化测量控制仪器仪表已经取得了巨大的进展， 从技术背景上来说,归功于硬件集成电路的不断发展。电导率在线控制系统软件是先进的电子技术、传感器技术 和软件设计技术的完美结合。它可用于高精度测量水溶液的pH、ORP、电导率、TDS、 盐度、

3、电阻率和温度等参数，是性价比最优的水质分析仪器。更适用于工矿企、农牧、石油、化工、冶金、酿造、制药、 质检、科研、电厂及医疗卫生、安全防护、水处理工程和环 保等行业和不猛实验室对溶液的PH、PX1、PX2、mV、S 值以及温度值进行分析测定。1.2 可行性分析随着环境污染的日趋严重和污水处理技 术的发展，水质监测在现代工业生产中的地位也就日趋重 要。目前监测污水中的COD,NH3, -N和pH值的主要方式有 分光光度法、原子色谱法、荧光法、电导率法等。前三种方法通过污水对光谱的吸收和折射估算污水的溶 质和浓度，因其能达到一定的测量精度要求，近两年来发展 迅速，但是他们需手工作业且检测时间长，仪

4、器操作复杂， 监测成本高的缺点，所以电导率检测法仍是目前工业生产中 水质监测的主要方法。因其具有历史悠久，工艺完美，数据稳定，简便易行的优 点，占据了水质检测的重要地位。然而传统的电导率检测仪由于精度低，智能化程度不高, 近年来一直没有新的进展。近年来国内也涌现出许多电导率在线控制系统软件的生 产厂家，他们研制的智能型电导仪（电导计），创新的内置温 度补偿功能，可调范围05.0%/,当选择0%/的温度校 正系数，可以进行无温度补偿的电导值显示，并且宽温度补 偿范围为050。测试仪内部采用长寿命的碳电极作为微处理器，确保能高 精度的提供特殊功能及特性。对比可调节的超大LCD显示适于不同的观察角度

5、，双显 示器可同时显示电导值及温度。坚固耐用的外壳增加了设备的稳定性和耐用性。并提供自动开、关机功能以节省电源和方便使用，内置微 处理器芯片，具有自动校准、自动温度补偿、数据储存、功 能设置、自诊断信息和低电压显示等智能化功能。现阶段的智能电阻率测试仪应用很广泛包括水处理，水 产养殖，食品加工，冲印，实验室，造纸业，品质控制等应 用途径。但由于技术不全面、元件使用规格不协调等原因导致测量 测试的结果均存在一定误差，但总体比较精确度还是能够达 到国际标准。现在国际上有三个系列的标准缓冲溶液可以选择： 欧美系列、NIST系列和中国系列。三个系列均可设置纯水pH值测量模式和加氨纯水pH值测 量模式。

6、对这二种特殊的pH值测量模式，不仅有常规的斜率补偿, 还有溶液pH值的非线性温度补偿，大大提高了测量的准确 度，特别适合电力、石化等行业使用。国内、外许多著名公司都相继开发了相应的产品。国外产品的价格明显偏高，如美国的1054B电导率分析仪 离岸价为1600美元，不适于量大面积的使用。国内产品采用纯硬件结构，对影响测量结果的介质温度只 能作分段象征性的补偿，效果不好、准确度低、稳定性差。随着智能化、数字化仪器仪表的发展，以及我国改革开 放政策的深化，近年来我国引进了大批的国际上高水平的仪 器仪表。这不仅对国内测量仪器的设计研制、元器件、生产工艺带 来很大的冲击，更是对我国仪器仪表的设计理论和制

7、造方法 的巨大震动。仪器仪表是认识世界的重要工具，在人类科学探索与生产 活动中，仪器仪表工业的逐渐发展已成为了一种新型产业。同时仪器仪表工业的发展是随着社会、科学的进步而发展 的，也代表着一个国家科技发展的水平。我国的仪器仪表工业已具有相当规模，是有一定实力的 高技术产业，部分产品也已达到国际先进水平。但从总体上看，基础还是比较落后的，产品的质量、可靠 性较差，品种与规格不全，至今有关稳定性和可靠性的标准 尚无，而且很多标准从上世纪70年代制定以来，30年一直 未变过，满足不了国民经济发展的要求，也制约了仪表工业 的健康发展。1.3 系统实现原理电导率测试仪是通过测量电导率来确 定溶液的粒子含

8、量得，在电解质溶液中,带电的离子在电场的 影响下，会产生移动而传递电子,因此具有导电作用。其导电能力的强弱称为电导度，电导度的大小也是电导率 测试仪的主要测试内容，从而检测溶液中待测粒子的含量。电导率检测仪的系统结构由方波激励装置、电导池、运放 环节、温度补偿环节、A/D转换和显示器等六个主要部分组 成。系统中使用交流电以减少极化现象引起的误差，并引入了 温度补偿环节以使测量出的数据更加精准。研制一种电导率仪，采用方波激励,并合理的选择取样点 范围，尽量避免电极的极化现象和电缆线的分布电容（分布电 容是指由非电容形态形成的一种分布参数。一般是指在印制板或其他形态的电路形式，在线与线之 间、印制

9、板的上下层之间形成的电容。这种电容的容量很小，但可能对电路形成一定的影响。）对电导率测量的影响，同时使用温度补偿电路来进行温度补偿,以减小温度对测量的影响。提高了整机的测量精度。硬件主要研究内容是以MCS-51单片机和性能优良的大 规模集成电路相结合的电导率在线控制系统软件，以满足加 强整机功能，发挥一机多用、降低成本的目的。主要涉及的设计包括温度测量电路，电导率测量电路，单 片机外围电路，键盘显示电路，报警电路以及电导率温度补 偿方法。系统统的在线软件平台基于C51系列单片机和相关的单 片机仿真调试软件系统，使用中断控制多路选择开关、A/D 转换和驱动LED显示，并且计算温度补偿和电导率值。

10、要功能是（1）能对水质情况进行检测，提供的检测参数 是电导率和温度值作为故障诊断依据；（2）记录电导率运行 数据，判断其工作状况并对异常情况及时报警，并提供报警 数据；（3）在企业网内对水质的运行实现远程监控也分析。第二章系统总体设计方案2.1主要技术指标 我们在电 导率在线控制系统软件设计中,将电导池看作电导检测电路 中的一个输入电阻。电导率检测仪是通过测量溶液电导率，既溶液中电解质导 电能力强弱程度来进行检测和监控的。具体技术指标要求如下：（1）将温度传感器与电导池电极连在一起，介质温度在0120C范围内，用软件对被测水溶液的电导率进行全自动 温度补偿,补偿为0120。(2)仪器的通道测量

11、范围为02(HiS/cm,使仪器能用于水 处理的过程检测。(3)仪器系统的稳定性要求在±2*0.001/2411。(4)仪器的测量时间间隔在100ms,并用0.000-20.000的发 光二极管显示。(5)要求有控制模块，并且控制方式为位式ON/OFF带回 差。(6)输出信号为DC4-20niAo(7)受电极制造精度的限制，我们在设计中将两个通道的电 导率测量精度定为1.0级，既为满量程1%。(8)通信方式为RS232串行通讯，波特率在300-9600bps 间自由设定。2.2 系统总体方案论证 本系统以一个MCS-51单片机为 核心，辅以电导率测量电路、温度检测电路以及一些必要的

12、外围辅助电路来实现对溶液中电导率的检测，外围电路电源 均由单片机统一控制管理。检测电导池中的粒子含量并记录下来作为系统的主要功 能，其主要模块除单片机控制部分外，还有温度检测，电导 率检测，键盘控制电路，数码显示，报警电路和电源电路等。(1)本设计采用AD590芯片为核心进行温度检测。AD590的测量范围为-55一+150,满足设计要求范围， 并且AD590可测量测量热力学温度、摄氏温度、两点温度差、 多点最低温度、多点平均温度的具体电路，且其精度高，价 格低，不需辅助电源，线性好，所以用于本仪器设计中。(2)方波产生电路是一种能够直接产生方波或矩形波的非 正弦信号发生电路，因为方波或矩形波包

13、含极其丰富的谐波 信号，因此，这种电路又称作为多谐振荡器电路。因此本次设计我采用的是双向限幅方波发生电路。(3)由于仪器要求测量范围为0-20|iS/cm,即电导率的范 围。本设备采用电阻交流分压法，由于本测量方式设计许多测 量指数，具体内容及计算方法在下面介绍测量电路设计章节 中给出，这里只简单给出测量原理图。激励信号放大采样处理数据显示图2.1电导率测量 原理图图2.2电导率测量电路图图2.3自动温度补偿电路 原理图(1)温度补偿方法采用销热电阻与R/V转换。利用集成运算放大器和伯热电阻可以构成自动温度补偿 电路，箱热电阻的工作原理是将温度的变化转化为电阻的变 化。(2)模拟开关电路是由选

14、用CMOS单端8通道多路开关 CD4051和选用带三态门控制输出的8D锁存器74LS373所 构成的通道切换电路。(3)本次设计方案使用STC89c51单片机芯片，A/D转 换电路使用AD0809芯片，显示装置则用八字管显示电路， 键盘控制电路采用8155H扩展键盘，电源是由LM7805构成 的+5V电压源。(4)报警电路使用压电式蜂鸣报警装置，看门狗电路由 MAX690为核心芯片构成。2.3 电导率测试仪硬件结构图电导率测试仪硬件结构图 如图2.1所示。滤波器电压跟随器电导测量电路多路选择开关A/D 转换器信号放大器方波激励电路温度测量电路MCS-51 单片机键盘控制数码显示图2.1电导率测

15、试仪硬件结构 图2.4系统软件流程图YN时钟脉冲触发A/D转换A/D转 换结束？单片机读取结果 计算电导率数值 显示输出变 量和端口初始化 时钟信号正半周期？多路选择开关选择 电导率通道多路选择开关选择温度通道开始系统软件流 程图如图2.2所示。Y图2.2系统软件流程图第三章系统硬件介绍及电路 原理3.1 AT89C51单片机特性及管脚接线介绍 针对一定的 用途，恰当的选择所使用的单片机是非常重要的。对于明确的应用对象，选择功能过少的单片机，无法完成 控制任务；选择功能过强的单片机，又会造成资源浪费，使 产品的性能价格比下降。单片机是整个系统的核心，对整个系统起到控制、管理 的重要作用，并进行

16、复杂的信息处理，产生测试、运行、管 理信号及控制整个检测的过程。单片机应用于各种系统中，而现在市面上的单片机种类型 号又很多很复杂。所以在本系统中，选择单片机时，参考了以下标准：（1）可用性。指单片机是否能很容易地开发和利用，具体包括是否有合 适的开发工具，是否适合于大批量生产、性能价格比，是否 有充足的资源，是否有现成的技术资源等。（2）单片机内部资源。单片机的内部存储资源越多，系统外接的部件就越少，这 可提高系统的许多有用的技术指标。（3）运行速度。单片机运行速度一般和系统匹配即可。（4）存储空间。单片机内部存储器的容量，外部可以扩展的存储器空间。（5）特殊功能。一般指可靠性、功耗、掉电保

17、护、故障监视等。3.1.1 AT89c51性能介绍 从硬件角度来看，与MCS51 指令完全兼容的新一代AT89CXX系列单片机，比在片外加 EPROM才能使用的80312代单片机，其抗干扰性能强，性 能相当但功耗小。程序修改直接用+5伏或+12伏电源擦除，更显方便、而且 其工作电压放宽至2.7伏6伏，因而受电压波动的影响更小, 而且4K的程序存储器完全能满足单片机系统的软件要求。故AT89c51单片机是构造本检测系统的更理想的选择。本系统选用的AT89C51单片机，其功能特性如下：（1）4K字节可编程闪速程序存储器；1000次循环写/擦。（2）全静态工作：0Hz-24MHz。（3）三级程序存储

18、器锁定。（4） 128*8位内部数据存储器，32条可编程I/O线。（5）两个十六位定时器/计数器，六个中断源。（6）可编程串行通道，低功耗闲置和掉电模式。该器件采用ATMEL的高密度非易失性的存储器工艺，并 且可以与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU与闪速式存储器组合在单个芯片 中，AT89c51是一种很高效的微控制器，为很多嵌入式系统 提供了高灵活性且相对价廉的设计方案。3.1.2 AT89C51主要接线介绍89C51管脚图3.1所示:图3.1 89C51管脚图VCC：供电电压。GND：接地端。RST：复位输入端。当振荡器复位时，要保持RST管脚两个机器周期

19、的高电平 时间。P0 口：P0 口为一个8位漏极开路双向I/O 口，每脚可吸收8个TTL 逻辑门电流。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/ 地址的低八位。在FLASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进 行校验时，P0 口为输出原码，此时P0 口外部必须被拉高。P1 口：P1 口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O 口，P1 口缓冲 器能接收和输出4个TTL逻辑门电流。pi 口管脚写入r后，被内部上拉为高电平，可用作输入, pi 口被外部下拉为低电平时，将输出电流。在FLASH编程和校验时，P1 口作为低八位地址接收。P2 口：P2 口为一个内部上拉电阻的8位双向I

20、/O接口，P2 口缓冲器 可接收、输出4个TTL逻辑门电流，当P2 口被写T时，其 管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输出时，P2 口的管脚被外部拉低，将输出电流。P2 口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器 进行存取时，P2 口则输出地址的高八位。在给出地址“广时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地 址数据存储器进行读写时,P2 口输出其内部特殊功能寄存器 内的内容。P2 在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制 信号。P3 :P3 口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O 口，可接收、输 出4个TTL逻辑门电流。当P3 口写入，T，后，它们被内部电阻上拉为高电平

21、，并用 作输入口。作为输入，被外部拉低的P3 口将用上拉电阻输出电流。P3 口同时也可为闪烁编程和编程校验接收一些控制信 号。ALE/：ALE引脚输出的为抵制锁存允许信号，当单片机上电正常工 作后，ALE引脚不断输出正脉冲信号。当单片机访问外部储存器时，ALE舒小虎信号的负跳沿用 于单片机发出的低8位地址经外部锁存器锁存的锁存控制信 号。及时不访问外部锁存器，ALE端口仍有正脉冲信号输出， 次频率为时钟振荡器频率的六分之一。如果想初步判断单片机芯片的好坏，可用示波器查看ALE 端口是否有正脉冲信号输出。如果有脉冲信号输出，则单片机基本上是好使的。 为本引脚的第二功能。在对片内EPROM型单片机

22、编程写入时，此引脚作为编程 脉冲输入端。 本端口为外部程序存储器的选通信号。当由外部程序存储器取值期间，每个机器周期有两次有 效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的信号将不会出 现。/VPP：功能为内外程序储存器选通控制端。当保持低电平时，在此期间只访问外部程序存储器(0000H-0FFFFH),不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，将内部锁定为RESET；当端保持高 电平时，此期间访问内部程序存储器。XTAL1： 反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。该端口应接外部晶体的一个引脚，该引脚内部是一个反相 放大器的输入端，这个反相放大器构成了片内振荡器，如果 采用外接晶体振荡器

23、时，此引脚应接地。XTAL2：接外部晶体的另一端，在该引脚内部接来自内部反向振荡器 的输出。若采用外部时钟振荡器时，该引脚接收时钟振荡器的信 号，即把此信号直接接到内部时钟发生器的输入。3.1.3 振荡器特性XTAL1和XTAL2分别为反向放大器 的输入和输出。该反向放大器可以配置为片内振荡器，石英晶体振荡和陶 瓷振荡均可使用。如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此 对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低 电平要求的宽度。外接石英晶体或陶瓷谐振器及电容Cl、C2接在放大器的 反馈回路中，则构成并联振荡电路。对外接电容Cl、C

24、2虽然没有十分严格的要求，但电容的 大小会轻微影响振荡频率的高低、振荡器工作的稳定性、起 振的难易程度及温度稳定性。如果使用石英晶体，推荐电容使用30pF±10pF的，而如果 使用陶瓷谐振器建议选择40pFi10pF大小的。由于外部时钟信号是通过一个2分频触发器后，作为内部 时钟信号的。所以对外部时钟信号的占空比并没有特殊要求，但最小高 电平持续时间和最大的低电平持续时间应符合产品技术条 件的要求。3.1.4 芯片擦除整个PEROM阵列和三个锁定位的擦除 电信号可通过正确的控制信号组合而成,并保持ALE管脚处 于低电平10ms来。在芯片擦除操作中，代码阵列全被写“1”且在任何非空存储

25、 字节被重复编程以前，该操作必须被执行。此外，AT89C51设有稳态，可以在低到零频率的条件下 静态逻辑，支持两种软件可选的掉电模式。在闲置下，CPU停止工作。但RAM、定时器、计数器、串口和中断系统仍在工作。在掉电模式下，保存RAM的内容并且冻结振荡器，禁止 所用其他芯片功能，直到下一个硬件复位为止。3.1.5 C51单片机处理器状态处理器的状态保存在状态 寄存器PSW中，状态字中包括“进位”位，用于BCD码处理 的辅助进位位，奇偶标志位，溢出标志位，还有前面提到的 用于寄存器组选择的RS0和RS1,具体内容见表一。表一 PSW 结构功能表 CY AC FO RSI RSO OV USR P

26、CY：进位标志位AC：辅助进位标志位FO：通用标志位RS1：寄存器组选择位高位RS0：寄存器组选择位低位OV：溢出标志位USR：用户定义标志位P：奇偶标志位3.1.6 C51单片机的中断系统MCS51单片机 的中断系统有5个中断请求源，2个优先级，可以实现2级 中断服务程序嵌套。用户可以用光中断指令"CLREA”来屏蔽所有的中断请求, 也可以用开中断指令"SET EA”来允许CPU接收中断请求。每个中断源可以用软件独立地控制允许中断和关中断，每 个中断源的中断级均可以用软件来控制。中断优先级，有标准的中断机制，低优先级的中断只能被 高优先级的中断所中断，而高优先级的中断不能

27、被低中断级 中断。3.1.7 AT89C51最小系统AT89C51的最小系统原理图如 图3.12所示。图3.2 AT89C51的最小系统原理图3.2温度部分的选择3.2.1 温度传感器的选择温度传感器是本系统的关键器件 之一，设计要求所测温度范围在0C120,且由于测量的 是溶液中介质的温度，所以要求选择能测量流体温度、非线 性误差较小的温度传感器，且要求该芯片能够简便、准确地 传送数据，所以采用新型的集成温度传感器AD590作为测温 元件。同时，它有一致性好，容易互换，所需功率比较小，对电 流电压及纹波漂移不敏感等优点。3.2.1.1 AD590的特性简介AD590是美国模拟器件公司 生产的

28、电流输出型集成温度传感器。实际中通过对电流的测量即可得到相应的温度数值。它的主要特性如下：(1)流过器件的电流(pA)等于器件所处环境的热力学温度 度数：Ir/T=l式中Jr流过器件(AD590)的电流，单位为mA； T 热力学温度，单位为K； (2) AD590的测温范围为55 +150；保存温度：-65+175；焊接温度：300 (3)AD590的电源电压范围为4V30 V。工作电压可在4V6V范围变化，正向最大电压+44V,反 向最大电压20V,因而器件即使反接也不会被损坏。电流变化范围为1mA,相当于温度变化1K。(4)输出电阻为710 mC； (5)精度高，AD590 E- 55 +

29、-150C范围内，非线性误差仅为±0.3。图3.3 AD590的封装图3.2.2.2 AD590基本工作原理现 代的温度温度传感器都将恒流源、放大电路、补偿电路集成 在一起做成集成温度传感器。AD590是温度一电流型传感器，适于长线传输、远距离 测温，并且它不像电压传输那样会因传输线内阻的存在而引 起电压衰减。安装时，将其封装在护套内并直接插入电导池中，采用带 屏蔽的双绞线将电流引出与AD590集成温度传感器接口电 路相连即可。3.2.23 AD590的基本应用AD590可以测量热力学温度、 摄氏温度、两点温度差、多点最低温度、多点平均温度的器 件，广泛应用于不同的温度控制场合。由于

30、AD590精度高、价格低、不需辅助电源、线性好，常 用于测温和热电偶的冷端补偿。3.2.3模拟开关电路本次设计选用CMOS单端8通道多 路开关CD4051,它带有三个通道选择输入端口 A、B、C和 一个禁止输入端INHo当INH="：T时，所有通道均断开，禁止模拟量输入；当INH="0”时，A、B、C用来选择8个通道中的一个，使之被 选通。由于A/D转换器的转换时间比较长，在转换期间应保持 CD4051的A、B、C信号保持不变，否则将得到错误的结果。因此可利用锁存器锁存将A、B、C信号锁存。本设计选用带三态门控制输出的8D锁存器74LS373作为 CD4051的地址锁存。7

31、4LS373的数据输入端为D7DO,数据输出端为Q7Q0。并设有一个选通端LE,当LE-时，数据输出端与输入 端直通相连；而当LE="O”时，数据输出端与输入端断开，即 在选通端LE的下降沿将数据锁存。本设计将选通端LE与单片机的口线P1.5相连，控制 74LS373的数据输出，最终达到控制模拟量输入通道的目的。模拟开关电路如图所示，传感器输出的模拟量电压将接 到模拟开关的输入端1/001/07,哪一路送到A/D转换器由 74LS373的输出Q0Q2决定，而Q0Q2的值则由单片机 的P0.7控制，在P0.7的下降沿将数据锁存到Q0Q2o图3.4输入通道切换电路324 A/D转换器和A

32、DC0809 简介324.1 A/D转换器A/D转换器概述：A/D转换器的作用是把模拟量转换成数字量，以便于计算机 进行处理。随着超大规模集成电路技术的发展，A/D转换器的设计思 想和制造技术日新月异。为满足各种不同的检测及控制任务的需要，大量结构不 同、性能各异的A/D转换芯片应运而生。A/D转换器的分类：根据A/D转换器的原理可将A/D转换器分为两大类：第一类是直线型A/D转换器，另一类是间接型A/D转换器。在直接型A/D转换器中，输入的模拟电压被直接转换成数 字代码，不经任何其他中间变量；在间接型A/D转换器中， 首先把输入的模拟电压转换成某种中间变量（如时间、频率、 脉冲宽度等），然后

33、再把这个中间变量转换成数字代码输出。A/D转换器的主要技术指标：（1）转换时间和转换率。转换时间就是A/D完成一次转换所需要的时间。转换时间的倒数为转换速率。并行式A/D转换器的转换时间最短约为20ns50ns,速率 大约为5x1072x107次/S；双极性逐次比较式的转换时间 约为0.4弊,速率为2.5x106次/S。（2）分辨率。A/D转换器的分辨率习惯上用输出二进制位数或BCD码 的位数表示。而由于量化过程引起的误差为量化误差，量化误差是由于 优先位数字量化对模拟量进行量化而引起的误差。量化误差理论上规定为1个单位分辨率的士 LSB,提高分辨率可以有效地减少量化误差。(3)转换精度。A/

34、D转换器的转换精度是定义为一个实际的A/D转换器与 一个理想的A/D转换器在量化数值上的差值。通常情况下可以用绝对误差或相对误差来表示。3.2A.2 ADC0809简介ADC0809是一种主次比较式8位 模拟输入、8位数字量输出的A/D转换器。其主要引脚功能如下：(1) IN0-IN7是8位模拟信号输入端。(2) D0-D7是8位数字量输出端。(3) A、B、C与ALE共同控制8路模拟通道的切换， A、B、C分别于3根地址线或数据线相连接，3位编码对应 8个通道地址端口。CBA=OOO-111分别对应IN0-IN7通道地址。ADC0809虽然有8路模拟通道可以同时输入8路模拟信 号，但每个瞬间

35、只能转换1路，各路之间的切换由软件控制 改变C、B、A引脚上的代码来实现。(4) OE、START、CLK为控制信号端，其中OE为输出 允许端，START为启动信号输入端，CLK为时钟信号输入 端。A/D转换原理：ADC0809是采用逐次比较的方法完成A/D转换的，由单一 的+5V电源供电。片内有锁存功能的8选1的模拟开关，由C、B、A引脚 的编码来决定所选的通道。ADC0809完成一次转换需要的时间在lOOus左右，输出具 有TTL三态锁存缓冲器，可直接连接到MCS-51的数据总线 上。通过适当的外接电路，0809可对05V的模拟信号进行转 换。3.2.5 MCS-51单片机控制ADC的工作

36、过程首先利用指 令选择0809的一个模拟输入通道，当执行MOVX DPTR, A 指令时，单片机的信号有效，从而产生一个启动信号并给 0809的START引脚送入脉冲信号，开始对选中通道进行转 换。当转换结束后，0809发出转换结束的EOC （高电平）信 号，该信号可供单片机查询，也可反相作为向单片机发出的 中断请求信号；当执行MOVXA,DPTR指令时，单片机发 出读控制信号QE端有高电平，且把经过0809转换完毕的数 字量读入到A累加器中。由上述可见，单片机控制ADC时，可采用查询和中断控 制这两种方式。查询方式是在单片机把启动信号送到ADC之后，在执行 别的程序时，同时对0809的EOC

37、引脚状态进行查询，以检 查ADC变换是否已结束，如查询到变换已经结束，则读入 转换完毕的数据。中断查询方式是在将启动信号送到ADC之后，单片机执 行别的程序的方式。ADC0809转换结束并向单片机发送中断请求信号时，单片 机响应此中断请求，并进入中断服务程序，读入转换数据。中断控制方式的效率高，所以特别适合于变换时间较长的 ADCo3.2.6 温度检测电路本实验是通过利用温度传感器 AD590采集温度信息后QP07作为温度检测装置，将采集的 温度信号进过I/V变换，输出毫安级电压，再经过一个电压 跟随器、一个10倍的运算放大器，和一个-1倍的运算放大 器后，再输入ADC0809中进行处理，利用

38、AD0809作为模 拟量信号转换装置，然后将转换后的信息逐一送达至 AT89C51单片机中。温度检测电路如图3.5所示。图3.5温度检测系统原理图3.3电导率测量部分3.3 电导率测试仪的工作原理电导率检测法主要是通过测量溶 液的电导率值来确定溶液的含盐量或其他粒子含量等数值。电解质溶液导电能力的强弱称为电导（S）,电极常数为 （Q）,与电导率（K）有如下关系：S=1/R=I/U=A/=K/Q式中R为溶液的等效电阻；A为等效 电极面积（cm2）； L为等效电极间距（cm）； Q为电极常数，大小等于L/A； 1/为电导率，以K表示，习惯上以25 为标准温度，将其他温度下的测量结果换算为25是的电

39、导 率。图3.6电导率测量部分电路图D1,D2是两个反向并联的 二极管，其作用是将信号值限定在+0.7V-0.7V之间。U4是电压跟随器，G1为电导池，采用无极式传感器，主通入电流，根据电磁感应原理，在副线圈中得到与溶液电导率成正比的感应电动势。在测量时附近会产生的电动势,会使电导池中的带点粒子产生运动，所以可以将电导池看成具有一定阻值的等 效电阻，再利用一定就算方法就可以算出粒子的含量，即为 设计所要测得的含盐量。3.4方波激励电路的设计方波产生电路是一种能够直接 产生方波或矩形波的非正弦信号发生电路，因为方波或矩形 波包含极其丰富的谐波信号，因此，这种电路又称作为多谐 振荡器电路。它是在迟

40、滞比较器的基础上增加了一个由Rf、C组成的积 分电路，把输入端引入限流电阻R和两个背靠背的双向稳压 管就组成了 一个双向限幅方波发生电路。图3.7双向限幅的方波产生电路 由图可知，电路的正反 馈系数F为在接通电源的瞬间，输出电压究竟偏向于正向 饱和还是负向饱和，都不是特定出现的。设输出电压偏向于正向饱和值，即时，加到电压比较器同 相端的电压为+F,而加于反相端的电压，由于电容器C上的 电压不能发生突变，只能由输出电压通过电阻按指数规律向 电容C充电来建立。图3.8电容器C充电情况如图所示，充电电流为。显然，当加到反相端的电压略正于+F时，输出电压便立即 从正饱和值迅速翻转到负饱和值，又通过对C

41、进行反向充电, 直到略负于值时，输出状态再翻转过来，如此循环不已，形 成一系列的方波输出。T1 t T/2 T T2图3.9方波产生电路工作原理图 图3.9画 出了在一个方波的典型周期里，输出端及电容器C上的电压 波形。设t=0时，=,则在T/2的时间里，电容C上的电压将以 指数规律由向方向变化，电容器端电压随时间变化规律为 (3.1)设T为方波的周期，当t=T/2时，=，代入上式，可得 对 T求解，可得 如适当选取R14和R15的值，可是F=0.462, 则振荡周期可简化为T=,或振荡频率为(3.4)在低频范围 (如10Hz10kHz)内，对于固定频率来说用运放来组成图 3.8运放就行。当振

42、荡频率较高时，为了获得前后沿较陡的方波，以选择 转换速率较高的集成电压比较器代替运放为宜。3.5键盘和显示部分3.5.1 8155H简介 图3.10 8155H的 引脚结构框图8155H芯片内包含有256B的RAM储存器(静 态)，RAM的存取时间为400ns。两个可编程的8位并行口 PA、PB, 一个可编程的6位并 行口 PC,以及一个14位减法定时器/计数器。PA、PB 可工作于基本输入/输出方式或选通输入/输出方 式。8155H可以直接与单片机相连,不需要增加任何硬件逻辑, 且8155H既有IO 口又具有RAM和定时/计数器。功能引脚如下：(1) AD7-AD0为地址/数据线，与MCS-51的P0 相连。(2) PA7PA0、PB7-PB0是通用I/O 口线，用于传送A、 B 上的外数据。PC5-PC0为数据/控制线，用作传输I/O数据。(3)控制总线,RESET、IO/、ALE、TIMERIN 和。(4)电源线：Vcc为5V电源输入线，Vss接地。3.5.2 按键部分用的是4*4矩阵，只设有16个键，分别 为09数字键、确认、返回、REST和停