熱電偶校準(zhǔn)硬件改造與軟件設(shè)計(jì)方案

微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的硬件一般包括：微處理器（CPU),內(nèi)存儲器（ROM、RAM), 以模 / 數(shù)轉(zhuǎn)換和數(shù) / 模轉(zhuǎn)換為核心的模擬量輸入 / 輸出通道，開關(guān)量輸入 / 輸出通道。I/O 及人－機(jī)聯(lián)系設(shè)備，運(yùn)行操作臺等幾部份，上海上儀股份公司通過微處理器的系統(tǒng)總線地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線），構(gòu)成一個(gè)完整系統(tǒng)。本設(shè)計(jì)以 8031 單片機(jī)為核心，外部擴(kuò)展一片 2764 作為程序存儲器，及鎖存器 74LS373，采用 7135A/D 轉(zhuǎn)換器，并配有 CRT 顯示器和打印機(jī)等外部設(shè)備。

工作原理：標(biāo)準(zhǔn)熱電偶與被校偶信號一起送入多路模擬開關(guān)，選中的一路信號經(jīng)放大器放大后送入 A/D 轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換，再把轉(zhuǎn)換出的信號輸入給 8031 單片機(jī)，8031 單片機(jī)把數(shù)字信號進(jìn)行運(yùn)算，計(jì)出所測溫度值，顯示及打印結(jié)果。

（一）微機(jī)中央處理單元

主要由 MCS-51 系列的 8031 單片機(jī)，程序存儲器 2764 和鎖存器 74LS373 等組成，單片機(jī)用于過程控制特別適合，由于其體積小、連線少，抗干擾能力強(qiáng)，故可以提高控制系統(tǒng)的可靠性，使用單片機(jī)控制，可使被控制系統(tǒng)工作在非常佳狀態(tài)，提高系統(tǒng)自動化程度。

（二）信號處理電路

本設(shè)計(jì)放大器采用低溫漂的 AD OP-07，其溫漂系數(shù)為 0.2微伏 /℃，用差模輸入進(jìn)一步抑制放大器的零點(diǎn)漂移。其工作原理為：對 S 型標(biāo)準(zhǔn)熱電偶預(yù)先進(jìn)行一級放大后，與被校偶信號一起送入多路開關(guān) 4051，由 8155 的 PB 口 0~2 發(fā)出選通信號，選中的一路信號經(jīng)放大器放大后送入 ICL7135 進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換。

（三）A/D 轉(zhuǎn)換電路

本設(shè)計(jì)采用雙積分式 A/D 轉(zhuǎn)換器 ICL7135，它是 MAXIM 公司生產(chǎn)的高精度 A/D 轉(zhuǎn)換器，提供 ±20000 的計(jì)數(shù)分辨率，具有雙極性高阻抗差動輸入，它采用自校零技術(shù)，自動極性和超量程辨別功能，輸出是動態(tài)分時(shí)的 BCD 碼，與 8031接口簡單，此片子為 4（1/2）精度，為提高轉(zhuǎn)換精度，采用了高精度電壓基準(zhǔn) ICL8069 作為參考電源。

（四）鍵盤、顯示及打印接口電路

本系統(tǒng)鍵盤為 1 行 4 列共四個(gè)鍵，由 8155 的 PB 口提供行，PC 口的 PC0~3 提供列選通信號。顯示由 8031 的串行口擴(kuò)展 5片串入，并出的移位寄存器 74LS164 接五只 LED 七段數(shù)碼管，用來顯示操作人員要求顯示的內(nèi)容或報(bào)警信號。打印采用一片 8155 建立一個(gè)打印接口電路，打印機(jī)通過標(biāo)準(zhǔn) 20 針插座與8155PA 口、PB 口、PC 口連接，PA 口接打印機(jī) 8 位數(shù)據(jù)線，PB口接打印機(jī)的選通線，采用中斷控制，PC4 接打印機(jī)的 BUSY 線。

五、系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

軟件的設(shè)計(jì)采用模塊化結(jié)構(gòu)，由主程序，初始化程序，中斷服務(wù)程序，查表子程序，打印子程序，鍵盤掃描子程序和顯示子程序組成，整個(gè)程序采用 8031 匯編語言編寫。

（一）主程序

主程序的功能主要是系統(tǒng)的初始化，熱電偶的校檢測試，參數(shù)顯示，打印和鍵處理等功能。主程序主要根據(jù)鍵按下的情況，控制多路開關(guān) 4051 的選通，選擇循環(huán)校準(zhǔn)或監(jiān)視狀態(tài)，同時(shí)不斷進(jìn)行鍵盤掃描和顯示，在循環(huán)校準(zhǔn)中，當(dāng)溫度值改變時(shí)，軟件將熱電偶號數(shù)遞增與遞減時(shí)兩次校準(zhǔn)（即A/D轉(zhuǎn)換后查表）的結(jié)果顯示并進(jìn)行比較，若小于2℃則顯示1#偶（標(biāo)準(zhǔn)偶）并鍵掃描及鍵處理等，若大于2℃，說明被測溫度點(diǎn)還未穩(wěn)定，此時(shí)調(diào)用初始化程序后重復(fù)進(jìn)行校準(zhǔn)。

（二）中斷服務(wù)程序

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)為：當(dāng) ICL7135 被啟動后，開始 A/D 轉(zhuǎn)換，動態(tài)地輸出萬、千、百、十、個(gè)位 BCD 碼結(jié)果，同時(shí)產(chǎn)生5 個(gè)字位選通脈沖 D5~D1。本設(shè)計(jì)采用查詢法采集 A/D 轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)，以上是軟件程序的主要部分，查表子程序、打印、顯示、鍵盤掃描等不再介紹。

六、系統(tǒng)的調(diào)試使用

本系統(tǒng)經(jīng)安裝、調(diào)試、使用，結(jié)果如下：（1）校準(zhǔn)時(shí)間短；（2）工作效率提高；（3）誤差小、精度高；（4）能準(zhǔn)確地顯示溫度值，比較直觀；（5）測量范圍大、可靠性高、使用方便；（6）節(jié)約成本。

七、結(jié)束語

本系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)主要從保證精度及節(jié)約成本兩方面考慮，軟件的編制實(shí)現(xiàn)了各功能程序子程序化，模塊化便于調(diào)試連接 , 通過本系統(tǒng)的建立，解決了原熱電偶校準(zhǔn)費(fèi)工、費(fèi)時(shí)、誤差大、成本高等問題，可以滿足本司熱電偶校準(zhǔn)的要求。本系統(tǒng)存在與檢定爐的溫度控制是兩個(gè)獨(dú)立單元的不足，下一步計(jì)劃是通過軟件連接成一體化控制系統(tǒng)，使該系統(tǒng)更加優(yōu)化。

【致謝】本系統(tǒng)從設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試、使用各個(gè)階段都得到了公司相關(guān)工程技術(shù)人員的大力支持和幫助，并對該系統(tǒng)提出了寶貴的意見，在此表達(dá)衷心的感謝！同時(shí)感謝上海上儀股份公司提供了一個(gè)生產(chǎn)實(shí)踐與理論結(jié)合的技術(shù)平臺讓自己充分發(fā)揮專業(yè)知識，亦非常感謝對此次論文進(jìn)行閱讀 , 謝謝！