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文档简介
单片机原理及应用E-mail:guoqing@第六章
单片机系统的扩展对于简单的应用场合,80C51的最小系统就能满足要求;对于复杂的应用场合,就需要利用单片机的扩展功能,构成功能强,规模较大的系统。系统扩展是指单片机内部各功能部件不能满足应用系统要求时,在片外连接相应的外围芯片以满足应用系统要求。外部程序存储器ROM/EPROM的扩展外部数据存储器RAM的扩展I/O接口的扩展中断系统扩展其它特殊功能扩展扩展内容第六章单片机系统的扩展一、80C51的总线结构当单片机进行外部并行扩展时,其外部连线就成为一般微型机的三总线结构形式6.1概述扩展方法并行扩展串行扩展利用三总线结构利用SPI三线总线和I2C双总线80C51总线结构ALE:当访问外部存储器时,ALE信号的负跳变将P0口上的低8位地址送入地址锁存器PSEN:在访问外部程序存储器读取指令码时,每个机器周期产生两次PSEN信号,与地址信号配合,选通相应的外部程序存储单元,读取指令码,指令码从P0口输入WR、RD:外部数据存储器读、写选通,低电平有效。由MOVX指令产生EA:访问内部或外部程序存储器选择信号。EA=1,访问内部程序存储器,当PC超过片内存储器空间,自动转向外部;EA=0,访问外部程序存储器。二、外部串行扩展性能(略)控制总线作用简述一、外部程序存储器的扩展单片微机的内外程序存储器最大可扩展至64KB扩展芯片可采用EPROM1、扩展的基本方法地址线、数据线对应相连单片机的PSEN线与扩展芯片的MEMR(OE)线相连扩展芯片的片选线可接地或与线性选择线或译码输出线相连ALE与地址锁存器选通相连EA接地或接+5V6.2单片机的外部并行扩展程序存储器扩展框图EA接地,外部程序存储器地址从0000H开始2、锁存器74HC373:锁存缓冲器D0~D7:数据输入Q0~Q7:数据输出LE:锁存允许端:输出允许端74HC373真值表74HC373逻辑图单片机外部程序存储器取指操作时序s1s2s3s4s5s6s1s2s3s4s5s6机器周期1机器周期2XTAL1ALEPSENPCHPCHP2PCHPCL指令P0PCL指令PCL指令P2口连续输出PC高8位地址,剩余位线不能再作为I/O口使用80C51扩展2732为程序存储器27324K×8位EPROM12位地址线8位数据线片选线CE输出允许端OE2732的地址范围1000H~1FFFHVCCEA
P2.0~P2.3ALE80C51
P0GNDPSENA8~A11
VCC2732A0~A7CEO0~O7GNDOE+5V
LEVCC
Q074HC373~
Q7OED0~D7+5V+5V8884EA上拉到+5VPC小于0FFFH时,访问片内程序存储器;PC大于0FFFH时,访问片外程序存储器2732。80C31扩展两片8K×8位片外程序存储器2764地址范围P2.5=0,选中片1:0000H~1FFFHP2.5=1,选中片2:2000H~3FFFH1、扩展概述最大可扩展64K字节,连接方法与程序存储器连接方法大致相同地址线、数据线对应相连存储器读输入RD与单片机读输出RD(P3·7)相连存储器写输入WR与单片机写输出WR(P3·6)相连ALE连接方法同程序存储器二、外部数据存储器扩展MOVXA,@DPTR和MOVX@DPTR,A操作时序s1s2s3s4s5s6s1s2s3s4s5s6PCHDPHPCL指令DPL数据输入数据输出机器周期1机器周期2XTAL1ALEPSENP2P0RDP0WRPCL指令DPLs1s2s3s4s5s6s1s2s3s4s5s6PCHP2口锁存器内容PCL指令Ri数据输入PCL指令Ri数据输出机器周期1机器周期2XTAL1ALEPSENP2P0RDP0WRMOVXA,@Ri和MOVX@Ri,A操作时序2、扩展片外数据存储器的硬件电路在80C51的扩展系统中,片外数据存储器一般由随机存取存储器组成,最大可扩展64KB由于面向控制,实际上扩展的容量都不会太大,一般采用静态RAM,如6116(2K×8位)和6264(8K×8位)地址锁存器与扩展程序存储器时一样,采用8D锁存器74HC273或锁存缓冲器74HC373扩展片外数据存储器的硬件电路静态数据存储器(6116)常用的静态数据存储器:
6116(2K*8);6264(8K*8)静态数据存储器的特点:
1)无需考虑保持数据而设置的刷新电路,扩展电路简单
2)通过有源电路来保持存储器中的数据,消耗较多功率
3)价格高6116,采用CMOS工艺制作,单一+5V电源,额定功耗160mw,典型存取时间为200ns,24线双列直插式封装。操作方式
操作方式CEOEWEIO0--IO7
写LHLDin
读 LLHDout
未选中H任意任意高阻写LLLDin6116引脚及逻辑符号A7A6A5A4A3A2A1A0IO0IO1IO2GNDACCA8A9WEOEA10CEIO7IO6IO5IO4IO31241213A10A011IO7IO08CEOEWEVCCGND5V扩展2K*8位片外数据存储器静态数据存储器62646264,采用CMOS工艺制作,单一+5V电源,额定功耗200mw,典型存取时间为200ns,增加了两根地址线,28线双列直插式封装。
操作方式CE1CE2OEWEIO0--IO7
写LHHLDin
写LHLLDin
读 LHLHDout
未选中H任意任意任意高阻未选中任意L任意任意高阻输出禁止LHHH高阻6264引脚A12A013IO8IO18CEOEWEVCCGND5V6264逻辑图两片6264扩展16K×8位片外数据存储器当P2.5=0时,访问片(1);当P2.5=1时,访问片(2)。片(1)的地址范围为0000H~1FFFH;片(2)的地址范围为2000H~3FFFH。三、扩展片外程序存储器和片外数据存储器1、分别扩展片外程序存储器和片外数据存储器在单片机系统中,既需要扩展片外程序存储器,也需要扩展片外数据存储器。分别扩展片外程序存储器和片外数据存储器程序存储器和数据存储器都由P2口提供高8位地址、P0口提供低8位地址和8位数据或指令,且公用一个地址锁存器。两者共处同一地址空间,即程序存储器地址范围为0000H~1FFFH,数据存储器的地址范围也是0000H~1FFFH。程序存储器由读选通信号PSEN控制,数据存储器的读和写由RD和WR信号控制。由于控制信号的不同,程序存储器和数据存储器的空间在逻辑上是严格分开的,所以在访问它们时不会发生总线冲突。EEPROM:电擦写可编程只读存储器,特点是能在线+5V改写,掉电时原存信息不丢失。以2817A为例介绍单片机扩展EEPROM为通用存储器的方法1、外特性容量为2KB外部EEPROM存储器扩展工作方式CEOEWERDY/BUSY输入/输出读001高阻Dout
写0100Din
维持1XX高阻高阻字节擦除字节写入前自动擦除2、接口电路地址线、数据线及片选线的连接与RAM和EPEOM相同因为EEPROM即可随机读写,又不会因掉电而丢失信息,所以即可作为程序存储器又可作为数据存储器使用下图为8031单片机扩展2817AEEPROM作为通用存储器的电路图RDY/BUSY:写入1字节时间为16ms左右,在写入期间为低电平,P1·0输入低电平;写入结束,RDY/BUSY呈高阻状态,P1·0由3K电阻及+5V电压上拉至高电平。8031单片机扩展EEPROM2817A作为通用存储器3、程序举例将2817A的0700H~07FFH(256个)单元依次写入数据00H~FFH的子程序段ORG0100HMOVDPL,#00HMOVDPH,#07HMOVA,#00HMOVX@DPTR,AJNBP1.0,$INCDPTRINCAJNZLOOPRETSTART:LOOP:;置首地址;P1·0为1,表示已写完;为0,表示正在写,等待;写入最大值为FFH,加1为00H,传送结束四、通过并行总线扩展I/O口I/O(输入/输出)接口是MCS-51与外设交换数字信息的桥梁。I/O扩展也属于系统扩展的一部分。真正用作I/O口线的只有P1口的8位I/O线和P3口的某些位线。在多数应用系统中,MCS-51单片机都需要外扩I/O接口电路。I/O接口电路应满足以下要求:
1.实现和不同外设的速度匹配
2.
输出数据锁存
3.
输入数据三态缓冲
通过并行总线扩展I/O口完成输入/输出口功能的扩展,可以利用简单的TTL电路或CMOS电路,也可以使用可编程接口芯片。如:可编程并行接口(8155、8255)可编程通用同步/异步通信接口(8251)可编程定时/计数器(8253)等使用接口芯片优点:与80C51信号体制一致,利用扩展片外数据存储器的并行总线进行访问,使用MOVX指令,接口非常方便。1、80C51扩展8255A接口电路8255A是Intel公司生产的可编程并行I/O接口芯片具有3个8位的并行I/O口,3种工作方式引脚图D7~D0:三态双向数据线CS:片选信号线,低电平有效RD:读出信号线WR:写入信号线Vcc:+5V电源PA7~PA0:A口输入/输出线PB7~PB0:B口输入/输出线PC7~PC0:C口输入/输出线A1、A0:地址线,用来选择8255A内部的4个端口。
3个8位的并行I/O口
PA口:数据输出锁存和缓冲;数据输入锁存
PB口:数据输出锁存和缓冲;数据输入缓冲。
PC口:数据输出锁存;数据输入缓冲。
PC口可在软件的控制下,分为两个4位端口作为PA口、PB口选通方式操作时的状态控制信号。8255A各端口编址A1A0端口00A口01B口10C口11控制字寄存器A1A0RDWRCS工作状态00010读端A:A口数据→数据总线读端口B:B口数据→数据总线读端口C:C口数据→数据总线010101001000100写端口A:总线数据→A口写端口B:总线数据→B口写端口C:总线数据→C口写控制字:总线数据→控制字寄存器011001010011100××××1数据总线为高阻11010非法状态××110数据总线为高阻8255A端口工作状态选择8255A有三种工作方式:
方式0:基本输入输出
方式1:选通输入输出
方式2:双向传送(仅A口有)
三种工作方式由方式控制字来决定8255A的工作方式8255A的工作方式P0.0~P0.774HC373ALED7~D0A1A02P2.7CS80C518255ARDWRRDWR8255A各口地址:A:8000HB:8001HC:8002H控制字寄存器:
8003H设未用地址线为080C51与8255接口电路初始化程序举例
A组设置成方式2,B组为方式1,B口作为输出口,控制字为C4H MOVDPTR,#8003H MOVA,#0C4H MOVX@DPTR,A输出缓冲器满乙机接收过程检测PC4输入数据通过PC0发应答信号甲机发送过程发送数据通过PC7硬件置低电平检测PC6,准备下一组数据INTRA2、扩展简单的输入/输出口扩展8个输出口的电路使用MOVX@Ri,A时,口地址为00H~07H
使用MOVX@DPTR,A时,口地址为
0000H~0007HWR有片外数据存储器时的扩展P1.0口来选择I/O或RAM0—RAM
地址范围为0000H~1FFFH1—I/O输入口地址任意
外围设备向单片机输出数据时,有一选通信号连接在74HC373的锁存允许端上,在选通信号的低电平期间将发来的数据锁存,同时向CPU发出中断申请。在中断服务程序中由P0口读入锁存器中的数据。例:将单片机从输入口读入的数据,存入片外数据存储器6264的以1000H为首地址的区域。初始化和中断服务程序如下。中断系统初始化程序:INIT:CLRIT0;MOVDPTR,#1000H
SETBEX0
SETBEA;外部中断0选为低电平触发;置数据区首址;外部中断0允许;CPU开中断…中断服务程序:
ORG0003H
AJMPINTORG0100HINT:SETBP1.0 MOVX
A,
@DPTR CLRP1.0
MOVX@DPTR,
A
INCDPTR
RETI;外部中断0入口地址;中断服务程序;指向输入口;输入口数据读入累加器;指向6264;存入数据区;调整地址指针;中断返回6.3单片机的外部串行扩展80C51系列单片机的串行总线包括:
SPI三线总线和I2C公用双总线一、I2C公用双总线结构在器件之间使用两根信号线(SDA和SCL)以串行的方法进行信息传送,并允许若干兼容器件共享的双线总线,称为I2C总线6.3.1串行扩展E2PROMI2C总线系统示意图有I2C接口的主机有I2C接口的从机有I2C接口的从机I2C总线SCLSDASDA称为串行数据线,用于传输双向数据SCL称为串行时钟线,用于传输时钟信号,来同步串行数据线上的数据Vcc挂接在I2C总线上的器件,根据其功能可以分为两种:主控器件和从控器件主控器件:控制总线存取,产生串行时钟(SCL)信号,并产生启动传送及结束传送的条件,总线必须由一个主控器件控制。主控器件一般称为主器件。从控器件:在总线上被主控器件寻址的器件,它们根据主控器件的命令来接收和发送数据。一般称为从器件。数据传输协议:只有当总线不忙时,数据传输才能开始;数据传送期间,无论何时串行时钟线为高,串行数据线必须保持稳定;当串行时钟线为高时,串行数据线的改变将被认为是传送的开始或停止。定义如下总线条件1、总线不忙串行时钟线(SCL)和串行数据线(SDA)保持高电平2、开始数据传送在SCL=1时,SDA上发生一个由高电平到低电平的变化决定起始条件,或称起始信号(START)。总线上所有命令都在起始条件后进行。3、停止数据传送在SCL=1情况下,SDA上发生一个由低电平到高电平的过程,称为停止条件,或称停止信号(STOP)。总线上所有操作必须在停止条件以前结束。4、数据有效
在开始条件后,在SCL=1的周期期间,当SDA稳定时,串行数据线的状态表示数据线是有效的
在SCL保持低电平(SCL=0)的周期期间,SDA上的数据应该改变。每位数据需要一个时钟脉冲。
每次数据传送在起始信号下启动,在停止信号下结束。重复的起始信号将结束前一个传送过程,但不释放I2C
总线,可接着进行下一个传送过程。I2C总线上数据传送有两种方式,它们由START后的第一个字节的最低位(即方向位)决定●主发送到从接收●从发送到主接收二、利用模拟I2C扩展串行E2PROM1、串行E2PROM——24LC32的特点及引脚32Kb(4K×8位)串行存取的电擦除可编程的只读存储器具有如下特点:芯片对快速写操作具有8个8字节页面、或者64字节的高速缓存器,并具有二线串行接口。在I2C上作从器件使用;可在电源电压低到2.5V的条件下工作,芯片还有功率等待模式,以降低功耗;等待电流和额定电流分别为5μA和3mA;地址线允许8片24LC32连接到相同的总线上,得到256Kb位地址空间1、串行E2PROM——24LC32的特点及引脚24LC32引脚排列8脚和14脚双列直插式封装24LC32的引脚功能SDA:串行地址/数据输入/输出端,双向用于传送地址和数据进入器件或从器件发出数据。漏极开路端,因此要求接一个上拉电阻到Vcc(100kHz时,电阻值为10kΩ;400kHz时,电阻值为10kΩ)。对于一般的数据传输,只有在SCL为低电平期间,SDA才允许变化。在SCL高电平期间,SDA的变化用于指示开始和停止条件。SCL:串行时钟端,输入端用于同步传输进入器件和从器件发出的数据。24LC32的引脚功能A0、A1、A2:芯片地址输入端。24LC32使用A0、A1、A2输入端来完成多器件操作,并且形成二线总线标准。加在这些端的电平决定了在地址区中器件所占有的地址块。在控制字节中发送的相应位(A2、A1、A0)选择指定的器件。最多可并联8片24LC32芯片WP---写保护端。 WP=Vcc,器件只读; WP=0,器件能正常读写。2、器件的寻址和操作1)控制字节和器件寻址控制字节是跟随在主器件发出的开始条件后,器件首先接收到的字节。控制字节的配置4位控制码器件选择位选择8个从器件中的一个读写选择位start控制字节和器件寻址操作控制码块选择读/写(R/W)读1010块地址1写1010块地址0读/写操作的控制字格式控制字节的前四位由4位控制码组成当控制码为1010时,表示对24LC32的读和写操作在开始条件之后,24LC32监视SDA线,检查发送出的控制字节。当接收到1010码和相应的器件选择位时,被选中的器件在SDA线上输出一个应答信号控制字节和器件寻址控制字节之后,主器件紧接着发送两个字节的地址信息,定义了要访问从器件内第一个数据字节的地址。4K×8位串行EEPROM∴字节地址为12位要访问的24LC32中内第一个数据字节的地址地址的最高有效字节的最高有效位最先发送2)写操作①字节写主器件发出开始条件以后,再发送R/W=0的控制字指示被寻址的从接收器的两个地址字及一个数据字将跟在第9个时钟周期产生的确认(应答)位之后。主器件发送的下一个字节是字地址的高地址字节,应答后,接着是低地址字节,再次应答后,它们将被写入24LC32的地址指针。随后主器件发送写入到被寻址的存储器里的数据字节。24LC32应答后,主器件发出停止条件。P②页面写写控制字、字地址和第一个数据字节以与字节写相同的方式发送到24LC32。但是替代产生停止条件,主器件可发送多达8页的8个数据字节(总共64个字节)。24LC32先将这些数据字节暂存在片内的页面高速缓存器中。一旦接收到主器件的停止条件后,则内部的写周期开始,这些数据字节将从页面高速缓存器中写入E2PROM阵列。接收到每一个字节后,24LC32的低6位顺序地址指针在内部加1,高7位顺序地址指针保持不变。③应答登记由于在写周期期间,器件将不会应答,所以,这一点可以用来决定周期在什么时候完成。一旦针对写命令的停止条件由主器件发出,器件开始进行内部定时写周期,ACK登记被立即启动。如果写周期器件仍然很忙,则ACK信号将不会被恢复;如果周期已经完成,则器件将恢复ACK信号。主器件将可以进行下一次的读或写操作。3)读操作当控制字的R/W位被置为“1”时,启动读操作。三种基本的读操作类型:读当前地址内容读随意地址内容读顺序地址内容①读当前地址内容24LC32内部包含一个地址计数器,它保存被存取过的最后一个字的地址,并在片内自动加1。如果以前存取的地址为n,下一次读操作则从n+1地址中读数据。主器件发送一个读控制字。在接收到的从地址中的R/W为1的情况下,24LC32发送一个应答位,并且送出8位数据字。主器件发出非应答信号(NOACK),使从器件释放数据线,以便主器件发出一个停止条件,从而终止数据传送。②读随意地址内容这种方式允许主器件以任意方式读存储器任意地址的内容。先置字地址,即主器件将字地址作为写操作的一部分送给24LC32。发送字地址以后,主器件在应答位之后产生一个开始条件,以终止写操作。主器件再次发R/W为1的读操作控制字。24LC32将发出应答位,并发送出8位数据字。主器件将发送非应答信号,并产生一个停止条件,从而终止发送③读顺序地址内容读顺序地址内容方式与读随意地址内容方式的启动方法一样,但是在24LC32发送第一个数据字节后,主器件不发出终止发送的信号。24LC32继续发送下一个地址的8位数据,其内部的地址指针在操作后自动加1。地址指针允许在一次操作期间,连续顺序地读出整个存储器
当主器件接收到最后一个字节后,主器件将产生非应答信号及一个停止条件,终止传送3、80C51与串行24LC32的接口和编程①80C51与串行24LC32的接口A2,A1,A0接地∴地址000BA2,A1接地A0接+5V∴地址001B最多接8片24LC32作为从器件主器件从器件② 模拟I2C总线的编程模拟I2C总线时,一般需用两根I/O口线本例中,P1.6用作SCL线,P1.7用作SDA线以下子程序中,设定单片机所使用的晶体振荡器为6MHz,即机器周期为2μS。若晶体振荡器不是6MHz,则可根据情况增减程序中的NOP指令即可。定义以下模拟总线:SDA BIT P1.7SCL BIT P1.6数据传输规定发送起始条件数据传送,在SCL低电平期间,允许SDA状态改变;发送停止条件启动与停止I2C总线子程序开始条件——
SCL高电平期间,SDA由高到低表示启动I2C总线;停止条件——
SCL高电平期间,SDA由低到高表示停止I2C总线;启动I2C总线子程序在SCL高电平期间,发送一个低电平作为开始条件SDA由高到低表示启动STA: SETB
SDA SETB
SCL NOP NOP CLR SDA NOP
NOP NOP CLR SCL NOP RET停止I2C总线子程序在SCL高电平期间,发送一个高电平作为停止条件SDA由低到高表示停止STOP:CLR SDA NOP
SETB SCL
NOP
NOP
SETB SDA
NOP
NOP
;CLR SCL
NOP
RET发送与接收数据待发送的数据在SCL低电平期间放到SDA上;要接收的数据在SCL高电平期间,SDA稳定时,读入I/O口。发送一个字节数据将累加器ACC中的待发送数据送上SDA线WRBYT:MOV R7,
#8 ;发送8位WRBYT1:RLC A ;将发送位移入C中
JC WRBYT2 ;此位为1,转WRBYT2
CLR SDA ;此位为0,发送0
SETB SCL ;时钟脉冲开始
NOP
NOP
CLR SCL ;时钟脉冲结束
DJNZ R7,WRBYT1 ;未发送完,转WRBYT1 RET发送一个字节数据WRBYT2:
SETB SDA
;此位为1,发送1
SETB SCL
;时钟脉冲开始
NOP
NOP
CLR SCL
;时钟脉冲结束
CLR SDA
DJNZ R7,WRBYT1
;未发送完,转WRBYT1
RET接收一个字节子程序从SDA线上读一个字节的数据,存入累加器ACC中。RDBYT:
MOV R7,
#8 ;接收8位RDBYT1:
SETB SDA ;SDA为输入状态
SETB SCL ;时钟脉冲开始
MOV C,
SDA ;读SDA线
MOV A,
R6 ;取回暂存结果
RLC A ;移入新接收位
MOV R6,
A ;将结果暂存R6
CLR SCL ;时钟脉冲结束
DJNZ R7,
RDBYT1
;未读完8位,转RDBYT1 RET
;读完8位,返回6.3.2串行扩展I/O接口一、利用串行方式0扩展I/O接口1、扩展并行输出口4094
CMOS
8级移位存储总线寄存器引脚图Data:数据输入端Q1~Q8:数据输出端QS:级联输出端QS:反向级联输出端STR:选通端CLK:时钟信号输入端OE:输出允许端VDD:电源,+5VVSS:接地端4094
CMOS
8级移位存储总线寄存器内部结构方框图4094串行扩展I/O接口电路80C51串行口方式0,移位寄存器工作方式RXD:数据输入输出TXD:输出同步时钟信号4095Q1~Q8:并行输出QS:级联DCLK通过并行口输出片内RAM中20H和21H两个单元数据
MOVR7,#2 ;置计数器
MOVR0,#20H ;缓冲区指针
MOVSCON,#00H ;设置串行口为方式0
CLRP1.0 ;允许串行接收OUT1:MOVA,@R0 ;取数据
MOVSBUF,A ;启动发送过程
JNBTI,$ ;等待一帧发送结束
CLRTI INCR0 ;指向下一数据
DJNZR7,OUT1 SETBP1.0 ;送出并行数据
RET2、扩展并行输入口利用串行口方式0扩展并行输入口4014
CMOS
8级同步并入串入,串出移位寄存器4014引脚图P1~P8:并行输入端DS:串行输入端Q8,Q7,Q6:串行输出端P/S:并入/串入控制端CLK:时钟端VDD:电源,+5VVSS:接地端4014扩展并行输入口接口电路图80C51串行口方式0,移位寄存器工作方式RXD:数据输入输出TXD:输出同步时钟信号4014P1~P8:并行输入DS:级联,串行输入Q8:8位并入串出端CLK4014扩展并行接口子程序经串行口从16位的并行扩展口读入2个字节数据,并存入片内RAM的20H和21H单元中。程序如下:
MOVR7,#2 ;置计数器
MOVR0,#20H ;缓冲区指针 CLR
P1.0 ;置入并行数据 SETB
P1.0 ;允许串行移位
RCV1:MOVSCON,#10H ;串行口方式0,允许接收 JNBRI,$ ;等待一帧接收结束
CLR
RI MOV
A,SBUF ;读入数据 MOV
@R0,
A ;送入缓存区 INC
R0 ;调整指针 DJNZ
R7,RCV1 ;未完,继续 RET安全阀基本知识如果压力容器(设备/管线等)压力超过设计压力…1.尽可能避免超压现象堵塞(BLOCKED)火灾(FIRE)热泄放(THERMALRELIEF)如何避免事故的发生?2.使用安全泄压设施爆破片安全阀如何避免事故的发生?01安全阀的作用就是过压保护!一切有过压可能的设施都需要安全阀的保护!这里的压力可以在200KG以上,也可以在1KG以下!设定压力(setpressure)安全阀起跳压力背压(backpressure)安全阀出口压力超压(overpressure)表示安全阀开启后至全开期间入口积聚的压力.几个压力概念弹簧式先导式重力板式先导+重力板典型应用电站锅炉典型应用长输管线典型应用罐区安全阀的主要类型02不同类型安全阀的优缺点结构简单,可靠性高适用范围广价格经济对介质不过分挑剔弹簧式安全阀的优点预漏--由于阀座密封力随介质压力的升高而降低,所以会有预漏现象--在未达到安全阀设定点前,就有少量介质泄出.100%SEATINGFORCE75502505075100%SETPRESSURE弹簧式安全阀的缺点过大的入口压力降会造成阀门的频跳,缩短阀门使用寿命.ChatterDiscGuideDiscHolderNozzle弹簧式安全阀的缺点弹簧式安全阀的缺点=10090807060500102030405010%OVERPRESSURE%BUILT-UPBACKPRESSURE%RATEDCAPACITY普通产品平衡背压能力差.在普通产品基础上加装波纹管,使其平衡背压的能力有所增强.能够使阀芯内件与高温/腐蚀性介质相隔离.平衡波纹管弹簧式安全阀的优点优异的阀座密封性能,阀座密封力随介质操作压力的升高而升高,可使系统在较高运行压力下高效能地工作.ResilientSeatP1P1P2先导式安全阀的优点平衡背压能力优秀有突开型/调节型两种动作特性可远传取压先导式安全阀的优点对介质比较挑剃,不适用于较脏/较粘稠的介质,此类介质会堵塞引压管及导阀内腔.成本较高.先导式安全阀的缺点重力板式产品的优点目前低压储罐呼吸阀/紧急泄放阀的主力产品.结构简单.价格经济.重力板式产品的缺点不可现场调节设定值.阀座密封性差,并有较严重的预漏.受背压影响大.需要很高的超压以达到全开.不适用于深冷/粘稠工况.几个常用规范ASMEsectionI-动力锅炉(FiredVessel)ASMEsectionVIII-非受火容器(UnfiredVessel)API2000-低压安全阀设计(LowpressurePRV)API520-火灾工况计算与选型(FireSizing)API526-阀门尺寸(ValveDimension)API527-阀座密封(SeatTightness)介质状态(气/液/气液双相).气态介质的分子量&Cp/Cv值.液态介质的比重/黏度.安全阀泄放量要求.设定压力.背压.泄放温度安全阀不以连接尺寸作为选型报价依据!如何提供高质量的询价?弹簧安全阀的结构弹簧安全阀起跳曲线弹簧安全阀结构弹簧安全阀结构导压管活塞密封活塞导向不平衡移动副(活塞)导管导阀弹性阀座P1P1P2先导式安全阀结构先导式安全阀的工作原理频跳安全阀的频跳是一种阀门高频反复开启关闭的现象。安全阀频跳时,一般来说密封面只打开其全启高度的几分只一或十几分之一,然后迅速回座并再次起跳。频跳时,阀瓣和喷嘴的密封面不断高频撞击会造成密封面的严重损伤。如果频跳现象进一步加剧还有可能造成阀体内部其他部分甚至系统的损伤。安全阀工作不正常的因素频跳后果1、导向平面由于反复高频磨擦造成表面划伤或局部材料疲劳实效。2、密封面由于高频碰撞造成损伤。3、由于高频振颤造成弹簧实效。4、由频跳所带来的阀门及管道振颤可能会破坏焊接材料和系统上其他设备。5、由于安全阀在频跳时无法达到需要的排放量,系统压力有可能继续升压并超过最大允许工作压力。安全阀工作不正常的因素A、系统压力在通过阀门与系统之间的连接管时压力下降超过3%。当阀门处于关闭状态时,阀门入口处的压力是相对稳定的。阀门入口压力与系统压力相同。当系统压力达到安全阀的起跳压力时,阀门迅速打开并开始泄压。但是由于阀门与系统之间的连接管设计不当,造成连接管内局部压力下降过快超过3%,是阀门入口处压力迅速下降到回座压力而导致阀门关闭。因此安全阀开启后没有达到完全排放,系统压力仍然很高,所以阀门会再次起跳并重复上述过程,既发生频跳。导致频跳的原因导致接管压降高于3%的原因1、阀门与系统间的连接管内径小于阀门入口管内径。2、存在严重的涡流现象。3、连接管过长而且没有作相应的补偿(使用内径较大的管道)。4、连接管过于复杂(拐弯过多甚至在该管上开口用作它途。在一般情况下安全阀入口处不允许安装其他阀门。)导致频跳的原因B、阀门的调节环位置设置不当。安全阀拥有喷嘴环和导向环。这两个环的位置直接影响安全阀的起跳和回座过程。如果喷嘴环的位置过低或导向环的位置过高,则阀门起跳后介质的作用力无法在阀瓣座和调节环所构成的空间内产生足够的托举力使阀门保持排放状态,从而导致阀门迅速回座。但是系统压力仍然保持较高水平,因此回座后阀门会很快再次起跳。导致频跳的原因C、安全阀的额定排量远远大于所需排量。
由于所选的安全阀的喉径面积远远大于所需,安全阀排放时过大的排量导致压力容器内局部压力下降过快,而系统本身的超压状态没有得到缓解,使安全阀不得不再次起跳频跳的原因阀门拒跳:当系统压力达到安全阀的起跳压力时,阀门不起跳的现象。安全阀工作不正常的因素1、阀门整定压力过高。2、阀门内落入大量杂质从而使阀办座和导套间卡死或摩擦力过大。3、弹簧之间夹入杂物使弹簧无法被正常压缩。4、阀门安装不当,使阀门垂直度超过极限范围(正负两度)从而使阀杆组件在起跳过程中受阻。5、排气管道没有被可靠支撑或由于管道受热膨胀移位从而对阀体产生扭转力,导致阀体内机构发生偏心而卡死。安全阀拒跳的原因阀门不回座或回座比过大:安全阀正常起跳后长时间无法回座,阀门保持排放状态的现象。安全阀工作不正常的因素1、阀门上下调整环的位置设置不当。2、排气管道设计不当造成排气不畅,由于排气管道过小、拐弯过多或被堵塞,使排放的蒸汽无法迅速排出而在排气管和阀体内积累,这时背压会作用在阀门内部机构上并产生抑制阀门关闭的趋势。3、阀门内落入大量杂质从而使阀瓣座和导套之间卡死后摩擦力过大。安全阀不回座或回座比过大的因素:4、弹簧之间夹入杂物从而使弹簧被正常压缩后无法恢复。5、由于对阀门排放时的排放反力计算不足,从而在排放时阀体受力扭曲损坏内部零件导致卡死。6、阀杆螺母(位于阀杆顶端)的定位销脱落。在阀门排放时由于振动使该螺母下滑使阀杆组件回落受阻。安全阀不回座或回座比过大的因素:7、由于弹簧压紧螺栓的锁紧螺母松脱,在阀门排放时由于振动时弹簧压紧螺栓松动上滑导致阀门的设定起跳值不断减小。
8、阀门安装不当,使阀门垂直度超过极限范围(正负两度)从而使阀杆组件在回落过程中受阻。
9、阀门的密封面中有杂质,造成阀门无法正常关闭。
10、锁紧螺母没有锁紧,由于管道震动下环向上运动,上平面高于密封面,阀门回座时无法密封安全阀不回座或回座比过大的因素:谢谢观看癌基因与抑癌基因oncogene&tumorsuppressorgene24135基因突变概述.癌基因和抗癌基因的概念.癌基因的分类.癌基因产物的作用.癌基因激活的机理主要内容疾病:
——是人体某一层面或各层面形态和功能(包括其物质基础——代谢)的异常,归根结底是某些特定蛋白质结构或功能的变异,而这些蛋白质又是细胞核中相应基因借助细胞受体和细胞中信号转导分子接收信号后作出应答(表达)的产物。TranscriptionTranslationReplicationDNARNAProtein中心法规Whatisgene?基因:
—是遗传信息的载体
—是一段特定的DNA序列(片段)
—是编码RNA或蛋白质的一段DNA片段
—是由编码序列和调控序列组成的一段DNA片段基因主宰生物体的命运:微效基因的变异——生物体对生存环境的敏感度变化关键关键基因的变异——生物体疾病——死亡所以才有:“人类所有疾病均可视为基因病”之说注:如果外伤如烧伤、骨折等也算疾病的话,外伤应该无法归入基因病的行列。Genopathy问:两个不相干的人,如果他们患得同一疾病,致病基因是否相同?再问:同卵双生的孪生兄弟,他们患病的机会是否一样,命运是否相同?┯┯┯┯
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┷┷┷┷增添缺失替换DNA分子(复制)中发生碱基对的______、______
和
,而引起的
的改变。替换增添缺失基因结构基因变异的概念:英语句子中的一个字母的改变,可能导致句子的意思发生怎样的变化?可能导致句子的意思不变、变化不大或完全改变THECATSATONTHEMATTHECATSITONTHEMATTHEHATSATONTHEMATTHECATONTHEMAT同理:替换、增添、缺失碱基对,可能会使性状不变、变化不大或完全改变。基因的结构改变,一定会引起性状的改变??原句:1.基因多态性与致病突变基因变异与疾病的关系2.单基因病、多基因病3.疾病易感基因
基因多态性polymorphism是指DNA序列在群体中的变异性(差异性)在人群中的发生概率>1%(SNP&CNP)<1%的变异概率叫做突变基因多态性特定的基因多态性与疾病相关时,可用致病突变加以描述SNP:散在单个碱基的不同,单个碱基的缺失、插入和置换。
CNP:DNA片段拷贝数变异,包括缺失、插入和重复等。同义突变、错义突变、无义突变、移码突变
致病突变生殖细胞基因突变将突变的遗传信息传给下一代(代代相传),即遗传性疾病。体细胞基因突变局部形成突变细胞群(肿瘤)。受精卵分裂基因突变的原因物理因素化学因素生物因素基因突变的原因(诱发因素)紫外线、辐射等碱基类似物5BU/叠氮胸苷等病毒和某些细菌等自发突变DNA复制过程中碱基配对出现误差。UV使相邻的胸腺嘧啶产生胸腺嘧啶二聚体,DNA复制时二聚体对应链空缺,碱基随机添补发生突变。胸腺嘧啶二聚体胸腺嘧啶胸腺嘧啶紫外线诱变物理诱变(physicalinduction)
5溴尿嘧啶(5BU)与T类似,多为酮式构型。间期细胞用酮式5BU处理,5BU能插入DNA取代T与A配对;插入DNA后异构成烯醇式5BU与G配对。两次DNA复制后,使A/T转换成G/C,发生碱基转换,产生基因突变。化学诱变(chemicalinduction)碱基类似物(baseanalogues)诱变AT5-BUA5-BUAAT5-BU5-BU(烯醇式)
(酮式)GGC1.生物变异的根本来源,为生物进化提供了最初的原始材料,能使生物的性状出现差别,以适应不同的外界环境,是生物进化的重要因素之一。2.致病突变是导致人类遗传病的病变基础。基因突变的意义概述:肿瘤细胞恶性增殖特性(一)肿瘤细胞失去了生长调节的反馈抑制正常细胞受损,一旦恢复原状,细胞就会停止增殖,但是肿瘤细胞不受这一反馈机制抑制。(二)肿瘤细胞失去了细胞分裂的接触抑制。正常细胞体外培养,相邻细胞相接触,长在一起,细胞就会停止增殖,而肿瘤细胞生长满培养皿后,细胞可以重叠起生长。(三)肿瘤细胞表现出比正常细胞更低的营养要求。(四)肿瘤细胞生长有一种自分泌作用,自己分泌生长需要的生长因子和调控信号,促进自身的恶性增殖。Whatisoncogene?癌基因——是基因组内正常存在的基因,其编码产物通常作为正调控信号,促进细胞的增殖和生长。癌基因的突变或表达异常是细胞恶性转化(癌变)的重要原因。——凡是能编码生长因子、生长因子受体、细胞内信号转导分子以及与生长有关的转录调节因子等的基因。如何发现癌基因的呢?11910年,洛克菲勒研究院一个年轻的研究员Rous发现,鸡肉瘤细胞裂解物在通过除菌滤器以后,注射到正常鸡体内,可以引起肉瘤,首次提出鸡肉瘤可能是由病毒引起的。0.2m孔径细菌过不去但病毒可以通过从病毒癌基因到细胞原癌基因的研究历程:Roussarcomavirus,RSVthefirstcancer-causingretrovirus1958年,Stewart和Eddy分离出一种病毒,注射到小鼠体内可以引起肝脏、肾脏、乳腺、胸腺、肾上腺等多种组织器官的肿瘤,因而把这种病毒称为多瘤病毒。50年代末、60年代初,癌病毒研究成了一个极具想像力的研究领域,主流科学家开始进入癌病毒研究领域polyomavirus这期间,Temin发现RSV有不同亚型,且引起细胞恶变程度不同,推测RNA病毒将其遗传信息传递给了正常细胞的DNA。这与Crick提出的中心法则是相违背的让事实屈从于理论还是坚持基于实验的结果?VSTemin发现逆转录酶,1975年获诺贝尔奖TeminCrickTemin的实验设计:实验设计简单而巧妙:将合成DNA所需的“原料”,即A、T、C、G四种脱氧核苷酸,与破坏了外壳的RSV一起在体外40℃的条件下温育一段时间结果在试管里获得了一种新合成的大分子,它不能被RNA酶破坏,但却可以被DNA酶所分解,证明这种新合成的大分子是DNA用RNA酶预先破坏RSV的RNA,再重复上述的试验,则不能获得这种大分子,说明这个DNA大分子是以RSV的RNA为模板合成的1969年,一个日本学者里子水谷来到Temin的实验室,这是一个非常擅长实验的年轻科学家。按Temin的设想,他们开始寻找RSV中存在“逆转录酶”的证据DNA
RNA
ProteinTranscriptionTranslationReplicationReplicationRe-Transcription修正中心法规据说,1975年Temin因发现逆转录酶而获诺贝尔奖时,Bishop懊恼不已,因为早在1969年他就认为Temin的RNADNA的“前病毒理论”有可能是正确的,并且也进行了一些实验,但不久由于资深同事的规劝而放弃了这方面的努力。但Bishop马上意识到:逆转录酶的发现为逆转录病毒致癌的研究提供了一条新途径。一个RSV,三个诺贝尔奖!!!1989年,UCSF的Bishop和Varmus根据逆转录病毒的复制机制发现了细胞癌基因,并获诺贝尔奖。Cellularoncogene启示:Perutz说:“科学创造如同艺术创造一样,都不可能通过精心组织而产生”Bishop说:“许多人引以为豪的是一天工作16小时,工作安排要以分秒计……可是工作狂是思考的大敌,而思考则是科学发现的关键”Perutzsharedthe1962NobelPrizeforChemistrywithJohnKendrew,fortheirstudiesofthestructuresofhemoglobinandglobularproteins科学的本质和艺术一样,都需要直觉和想像力请给自己一些思考的时间吧!癌基因的分类目前对癌基因尚无统一分类的方法,一般有下面3种分类方法:一、按结构特点分(6)类(一)src癌基因家族(二)ras癌基因家族(三)sis癌基因家族(四)myc癌基因家族(五)myb癌基因家族(六)其它:如fos,erb-A等。三、按细胞增殖调控蛋白特性分成(4)类(一)生长因子(二)受体类(三)细胞内信号转换器(四)细胞核因子二、按产物功能分(8)类(一)生长因子类(二)酪氨酸蛋白激酶(三)膜相关G蛋白(四)受体,无蛋白激酶活性(五)胞质丝氨酸-苏氨酸蛋白激酶(六)胞质调控因子(七)核反式调控因子(八)其它:db1、bcl-2癌基因产物参与信号转导
胞外信号作用于膜表面受体→胞内信使物质的生成便意味着胞外信号跨膜传递的完成。胞内信使至少有:cAMP(环磷酸腺苷)IP3(三磷酸肌醇)PG(前列腺素)cGMP(环磷酸鸟苷)DG(二酰基甘油)Ca2+(钙离子)CAM(钙调素)主要机制是通过蛋白激酶活化引起底物蛋白一连串磷酸化的生物信号反应过程,跨膜机制涉及到:(一)质膜上cAMP信使系统(二)质膜上肌醇脂质系统这两个系统都是由受体鸟苷酸调节蛋白(GTP-regulatoryprotein,G蛋白)和效应酶(腺苷酸环化酶磷脂酶等)组成,有相似的信号转导过程:即受体活化后引起GTP与不同G蛋白结合活化和抑制效应酶从而影响胞内信使产生而发生不同的调控效应。(三)受体操纵的离子通道系统(四)受体酪氨酸蛋白激酶的转导
(一)获得性基因病
(acquiredgeneticdisease)例如:病毒感染激活原癌基因癌基因活化的机制
(二)染色体易位和重排使无活性的原癌基因转位至强启动子或增强子附近而被活化。与基因脆性位点相关。(三)基因扩增(四)点突变三、癌基因的产物与功能(一)癌基因产物作用的一般特点1.目前发现c-onc均为结构基因.2.癌基因产物可分布在膜质核也可分泌至胞外.(二)癌基因产物分类1.细胞外生长因子:TGF-b2.跨膜生长因子受体:MAPK3.细胞内信号转导分子:Gprotein/Ras4.核内转录因子
(三)癌基因产物的协同作用实验证明,用ras或myc分别转染细胞,可使细胞长期增殖,但不能转化成癌细胞,在裸鼠体内也不能形成肿瘤。但用ras+myc同时转染细胞,则使细胞转化成癌细胞。说明:致癌至少需要2种或以上的onc协同作用,2种onc在2条通路上发挥作用,由于细胞增殖调控是多因子,多阶段影响的结果。而影响增殖分化的onc达几十种之多,所以大多数人认为:癌发生是多阶段多步骤的。Whatistumorsuppressorgene?肿瘤抑制基因(抗癌基因、抑癌基因)——是调节细胞正常生长和增殖的基因。当这些基因不能表达,或其产物失去活性时,细胞就会异常生长和增殖,最终导致细胞癌变。反之,若导入或激活它则可抑制细胞的恶性表型。——癌基因与抑癌基因相互制约,维持细胞增殖正负调节信号的相对稳定。影响1岁的儿童“二次打击”学说两个等位基因同时突变视网膜母细胞瘤(Retinoblastoma)RB基因变异(13号染色体)
(1)脱磷酸化Rb蛋白(活性)与转录因子E2F结合,抑制基因的转录活性(2)磷酸化Rb蛋白(失活)与E2F解离,释放E2F(3)E2F启动基因转录(4)细胞进入增生阶段(G1S)因此,Rb蛋白在控制细胞生长方面发挥重要作用一旦Rb基因突变可使细胞进入过度增生状态RB基因的功能等位基因(allele)例如:花颜色基因位于一对同源染色体的同一位置上、控制相对性状的两个的基因叫等位基因(allele)一对相同的等位基因称纯合等位基因
一对不同的等位基因称杂合等位基因
显性基因隐性基因完全显性不完全显性共显性问:女性的两条X染色体基因应如何表达?拓展知识:X染色体基因中,有65%完全处于“休眠”状态,20%仅在部分女性身上“休眠”,15%则完全逃离“休眠”状态一旦其中一条X染色体被损坏,还可以由另一条X染色体来纠正男性却只有一条X染色体,一旦它遭到破坏,男性就会患上血友病、色盲以及肌肉萎缩症等各种遗传病以前人们一直认为,在女性的两条X染色体中,有一条染色体是完全不起作用或是处于“休眠”状态的在Y染色体中,目前仍在“工作”的基因只剩下不到100个X染色体中“工作”的基因>1000个有一个这样的故事:20年前一次意外事故,三个工人遭受钴60(Co60)放射性核素的照射结果:一名工人不久死亡一名工人几年后死于白血病最后一名工人20年后患糖尿病就诊你知道医生在为病人检查时发现了什么吗?锁骨骨折肋骨串珠样X光片发现广泛性骨质缺损骨髓检查——浆细胞比例为30%左右(正常为0.6-1.3%)(多发性骨髓瘤)因此,多基因病涉及遗传因素和环境因素物理因素化学因素生物因素自发因素2.多基因病(polygenicdisease):性状或疾病的遗传方式取决于两个以上微效基因的累加作用,同时还受环境因素的影响,因此这类性状也称为复杂性状或复杂疾病(complexdisease)也叫:“复杂性状疾病”近视(myopia)高血压(hypertension)糖尿病(diabetes)精神分裂症(schizophrenia)哮喘(asthma)肿瘤或癌
(tumororcancer)多基因病的遗传要点数量性状的遗传基础是两对以上基因。这些基因之间没有显,隐性的区别,而是共显性。每个基因对表型的影响很小,称为微效基因。微效基因具有累加效应,即一个基因对表型作用很小,但若干个基因共同作用,可对表型产生明显影响。不仅遗传因素起作用,环境因素具有明显作用。例如:结肠癌(Coloncancer)相关基因:NGX6,SOX7,ITGB1,HSPA9B,MAPK8,PAG,
RANGAP1,SRC和CDC2等。相关信号通路:ras/MEK/ERK,JNK,Rb/E2F,PI3K/AKT及受体相互作用相关通路,免疫反应相关通路以及细胞黏附相关通路等。①早期原发癌生长②肿瘤血管形成③肿瘤细胞脱落并侵入基质④进入脉管系统⑤癌栓形成⑥继发组织器官定位生长⑦转移癌继续扩散例如:糖尿病(diabetes)依赖胰岛素型糖尿病在位于第6号染色体上可能包含至少一个对I型糖尿病敏感的基因在人类基因组中,大约10个位点现在被发现似乎对I型糖尿病敏感其中:1)11号染色体位点IDDM2上的基因
2)葡萄糖激酶基因高血压(hypertension)目前最受关注的是ATP2B1基因编码一种膜蛋白,具有钙泵特性能将高浓度细胞内钙泵出细胞外。精神神经性疾病精神分裂症基因表达改变/诱导增强家族史家暴基因本质:基因组变异惊吓—?—基因突变——精神病多基因病的遗传:易患性(liability)易感性(susceptibility)发病阈值(threshold)易患性(liability)——在多基因病发生中,遗传因素和环境因素共同作用决定一个个体患某种遗传病的可能性。possibility遗传因素(hereditaryfactors)环境因素(environmentalfactor)易感性(susceptibility)——特指由遗传因素决定的患病风险,仅代表个体所含有的遗传因素,易感性完全由基因决定。——在一定的环境条件下,易感性高低可代表易患性高低。riskwithdisease发病阈值(threshold)——当一个个体易患性高到一定限度就可能发病——这种由易患性所导致的多基因病发病最低限度称为发病阈值minimum例如:三核苷酸拷贝数变异CGG(精氨酸)重复:——重复5-54次,正常——重复6-230次,携带者(敏感体质)——重复230-4000次,发病
如:脆性X染色体综合征智力低下患者细胞在缺乏胸腺嘧啶或叶酸的环境中培养时往往出现X-染色体发生断裂男性发病1/1200-2500,女性发病1/1650-5000FragileXsyndrome阈值效应举例:长脸,耳外凸智力低下语言障碍对外界反应迟钝Copynumbervariation问:为什么是三核苷酸重复而不是4、5个?提示:三核苷酸处于阅读框架内,不容易破坏原有基因的开放阅读框架(ORF)4、5个核苷酸不在ORF内,变化容易对原有基因造成很大的影响,一般不容易积累保留癌蛋白抗原癌基因抑癌基因P53蛋白积聚,细胞周期变化P53等位基因丢失、点突变肿瘤形成肿瘤促进因子细胞表型变化相关基因作用P53基因阻滞细胞周期:G1和G2/M期
促进细胞调亡:bax/bcl2
维持基因组稳定:核酸内切酶活性
抑制肿瘤血管生成:Smad4P53基因可否用于治疗癌症?P53基因功能基因治疗:是指以
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