输油泵站机泵控制系统设计-学位论文.doc

本 科 毕 业 设 计题 目 输油泵站机泵控制系统设计 系 别 信息工程系 学生姓名 专 业 电气工程及其自动化 学 号 指导教师 职 称 教授 2年月20日输油泵站机泵控制系统设计摘 要传统输油泵站的机泵有人职守，大量物力财力用于人工。主管部门和监控部门不能随时掌握输油泵站情况。输油泵站设备隐患不能被及时发现。为了提高管理效率，本文设计了一套可以实现输油泵站无人职守、监控泵站运行状态，集中管理泵站的自动控制系统。本设计采用以单片机为控制核心的自动控制系统。结合输油泵站的实际运行情况，设计相应的硬件电路和系统的软件实现对输油管道温度和压力的自动控制。此自动控制系统通过温度感应器和压力感应器采集电位数据，数据通过A/D转换模块传送给单片机AT89C51系统进行数据处理。同时把模拟量转换成数字量，得到数据在LCD液晶显示器上显示。可以通过按键实现对温度值和压力值的调节。由LED和蜂鸣器组成报警系统。本次设计的软件部分由C语言完成, 软件设计分为主程序,A/D转换程序，跑马灯程序，显示程序等，实现了对输油泵站的自动控制，配合软件仿真可以直观的查看此系统的功能。本文设计的输油泵站机泵控制系统的特点是成本较低，管理效率高，可以实现对输油线路工作状态的监控。关键词：输油泵站；单片机；控制；自动化；仿真ABSTRACTTraditional oil pumping station pumping station unattended and substantial costs for artificial. The competent authorities can not Keep pumping station. The pumping station the hidden equipment can not be found. In order to improve management efficiency, we designed a pumping station unattended monitoring stations run state, centralized management of the pumping station automatic control system.This design uses a microcontroller as the control core of the automatic control system. The actual operation of the oil pumping station design the hardware and system software to automatically control the temperature and pressure of the pipeline. This automatic control system by temperature sensors and pressure sensors capture potential data, the data is transmitted through the A / D converter module to the the microcontroller AT89C51 system data processing. Analog into digital data obtained in the liquid crystal display on the LCD display. The regulation of the temperature values and pressure values can be realized through the button. LED and buzzer alarm system. The software portion of the design is completed by the C language, the software design is divided into the main program, A / D conversion process, horse race lamp program, display program, to achieve automatic control of oil pumping station, with the simulation can view this intuitive system functions.In this paper, the design of the oil pumping station pump control system is characterized by low cost, high efficiency management can be achieved the oil line working condition monitoring.Key words：Oil pump station ；SCM；Control ；Automation; simulation 目录1 绪论11.1 研究目的及意义11.2 国内研究现状11.3 国外研究现状21.4 本文的主要研究内容22 设计需求32.1 系统的功能需求与技术指标32.2 系统的总体设计方案32.2.1 输油泵站工作原理32.2.2 系统设计流程图32.3 系统的相关技术42.3.1 单片机技术42.3.2传感器技术52.3.3通信技术53 系统的硬件设计73.1 中央处理电路73.1.1 中央处理器电路核心芯片73.1.2 AT89C52引脚接口电路93.1.3 复位电路93.1.4 时钟电路103.2 A/D转换电路设计113.2.1 A/D转换芯片ADC0832113.2.2 A/D转换芯片ADC0832引脚说明113.2.3 单片机对ADC0832的控制原理123.3 跑马灯电路设计133.3.1 74HC138译码器133.3.2 跑马灯设计原理143.4 液晶显示电路设计143.5 温度传感器电路设计163.5.1 DS18B20数字温度传感器163.5.2 DS18B20数字温度传感器引脚说明164 系统的软件设计174.1 系统主程序设计174.2 传感器程序设计184.2.1 A/D转换程序设计184.2.2 传感器说明及仿真184.3 显示模块程序设计194.3.1 显示模块程序流程194.3.2 显示模块说明及仿真204.4 跑马灯程序设计214.4.1 跑马灯程序流程214.4.2 跑马灯说明与仿真215 调试与仿真225.1 proteus简介225.2 proteus仿真结果226 总结27参考文献28致 谢29附 录：电路原理图30附 录：源程序31届毕业设计1 绪论1.1 研究目的及意义随着现代工业的进一步发展和全球化趋势的加强，世界对资源的需求在不断增加，作为目前最重要的能源之一-石油，为经济的发展及社会的进步提供了动力。石油产业是现代文明发展的支柱，是国家的命脉所在，在国民经济中占有非常重要的地位，石油的质量和产量关系着国家生产部门的方方面面。相比发达国家，我国石油工艺水平、生产技术手段及管道运输起步较晚，自动化管理水平较低。输油泵站是长输管线的主要组成部分之一。其任务是提供油流一定的能量（包括压力能、热力能），以使油品保质保量、安全经济的输送到目的地。目前国内输油泵站数量较多且大部分处于偏远地区，位置分散，环境恶劣，交通不便，主管部门和监控部门对输油泵站的工作状态和输油管道的监测难度很大。目前国内主要使用传统的人工定期巡检、巡查的方式对输油管道进行监测，导致在具体实施的过程中存在着较大的误差，监测流程复杂，监测周期较长，监测费用高等很多缺点，在技术上，经济上都不能适应管道监测的自动化、信息化发展的要求。由于没有一种有效可行的现场设备的网络化监测管理系统，输油管道的监测秩序得不到安全、有效的保护，监测设备维护管理操作混乱，设备故障得不到及时的修复，这成为油田生产企业的一个重大难题。由于输油管道分布范围广而且数量多，人工监测方式必定会使人员劳动强度加重，并且影响了输油管道数据采集的实时性和准确性，给输油管道的监测和数据的统计带来了许多不便。因此，国内各大输油泵站需要一种低成本、高效率的自动控制系统，来解决实际生产问题。1.2 国内研究现状我国管道自动化随着输送工艺、计算机应用、通信技术、自控技术的不断发展，经历了一个由低级向高级的发展过程。80年代中期以来，我国先后在几条改建、新建的管道上实现自动化监控。通过引进国外先进技术及自行设计改造等方式，使我国输油管道自动化监控技术逐步提高，缩短了与国外的差距。90年代，我国长输管道广泛地采用SCADA系统进行全线监视、生产管理、调度及控制。新建的管道，如抚顺营口成品油管道、轮南库尔勒输油管道及复线、库尔勒部善输油管道等均采用SCADA系统，管道自动化控制系统与管道同步投产。我国长输管道的自动化水平有了很大的提高。目前我国自行研制成功5000kW微机控制直接式原油加热炉，接近国际先进水平，加热炉效达91%。输油管道用的5000kW及以下的加热炉己形成标准系列，己在东北、华北输油管道上广泛应用。最大加热能力已达8000kW。我国石油工业的不断发展，促进和带动了原油储运技术的进步。目前我国已掌握了国际上通用的常温输送、加热输送、加剂输送、顺序输送、间歇输送及密闭输送等各种先进的管输工艺。特别在高凝点、高枯度、高含蜡原油的加热输送，原油热处理以及加剂输送等方面己达国际水平。同时输送工艺的进步也对设备材料的制造提出了更高的要求，通过不断的摸索与实践，使我国在埋地金属管道和储罐的防腐保温、阴极保护和腐蚀探测等研究领域也接近国际水平1。1.3 国外研究现状目前，世界范围内的高粘、易凝原油管道长距离输送基本上仍是采用加热和稀释两种工艺。针对现役管道输量逐年下降，稠油开采日益增多，以提高管道运行安全性、节能降耗为目的的各种新技术、组合工艺的研究日益成为热点，象物理场处理(磁处理、振动降粘)、水输(液环、悬浮、乳化)、器输(滑箱、膜袋)、充气降粘(充饱和气增加输量)、混输和顺序输送等等多种工艺的研究，有些己进入工业试验与短距离试输阶段。总体来说，国外原油管道的输送工艺正朝着多元化和新型化的方向发展。国外先进的原油管道普遍采用密闭输送工艺、高效加热炉和节能型输油泵;运用高度自动化的计算机仿真系统模拟管道运行和事故工况，进行泄漏检测，优化管线的调度管理;对现役管道定期进行安全检测和完整性评价。例如:美国的全美管线就是世界上最先进的一条热输原油管道，全长2 715 km，管径760，全线采用计算机监控和管理系统(SCSS)，在控制中心的调度人员通过计算机可实现管道流量、压力及泵、炉、阀等设备的自动控制，仿真系统软件可完成泄漏检测、定位、设备优化配置、运行模拟等功能。世界各国尤其是盛产含蜡粘性原油的大国，都在大力进行长距离管道常温输送工艺的试验研究。随着含蜡高粘原油开采量的增加以及原油开采向深海发展，各国都特别重视含蜡高粘原油输送及流动保障技术研究。挪威、法国、英国、美国等石油工业发达国家在含蜡高粘原油流变性及其机理、管道蜡沉积预测等方面达到很高水平，并即将带来应用技术的新突破1。1.4 本文的主要研究内容本设计是一个输油泵站自动控制系统，主要任务是长距离的输油管线进行实时数据采集和控制。硬件上要求各测控站点之间有远程传感检测装置，如温度传感器压力传感器，而且要有远程控制装置，如泵站的启停、报警、加热装置等。在总站上可以直观地了解控制各泵站的信息数据。本系统的研发主要包括了系统硬件和系统软件的设计。硬件的设计主要包括了各个功能模块的方案论证和电路设计；软件设计主要包括主程序、LCD显示、A/D转换等子程序编制。本系统的主要设计内容是以单片机系统为核心，结合现代通信技术，设计相应的硬件电路和系统软件实现对输油泵站的自动控制和无线监测。采集传感器电位，通过电位放大后进行A/D转换，同时把数据上传给单片机进行处理分析。电位精度达到0.5%，根据技术指标，硬件设计工作主要包括：中央处理器设计、A/D转换电路设计、LCD液晶显示电路设计、时钟电路设计、跑马灯显示设计；在软件方面则是利用单片机组成控制系统，编程实现温度、压力的数据输入、A/D数据转换及液晶显示等功能。2 设计需求2.1 系统的功能需求与技术指标本次毕业设计系统的功能要求及技术指标：（1） 使用5V DC供电。（2） 环境温度：-15+60摄氏度。（3） 电位精度达到：0.5%。（4） 实时数据显示。（5） 超过阀值自动报警，停止工作。（6） 可手动设置数据。（7） 系统具有仿真功能和良好的可视性。2.2 系统的总体设计方案2.2.1 输油泵站工作原理油气集输是把油、气田生产的原油和天然气收集起来，通过计量、初加工（净化、稳定）和输送的全过程。输油泵站是长输管线的主要组成部分之一。其任务是供给油流一定的能量（包括压力能、热力能），以使油品保质保量、安全经济的输送到目的地。输油站按所处位置分为首站、中间站和末站，中间站按其功能还可分为加热站（只能提供热能）、加压站（只能提供压能）及热泵站（既提供热能又提供压能）。首站：是长输管线的起始站。主要任务是接收来油，经计量后，加压加热向下站输送。首站设有输油机泵和加热装置，还设置较大容积的储油罐，以满足计量及调节来油与输油间不平衡的需要。中间站：是长输管线沿途设置的输油站。其主要任务是对所输油品按工艺要求供给一定的能量，使油品继续流动。末站：是长输管线的终点站。主要任务是接收输油管线所输的全部油品，经过计量后将油储存起来或直接把油品输给用油单位，或以其它运输方式转运给用户。2.2.2 系统设计流程图根据系统功能的要求和系统构成的需要其总体设计方案如图1所示。系统硬件组成分为以下几个部分：A/D转换电路、液晶显示电路、时钟电路、报警电路、跑马灯电路、加热加压电路、数据采集电路及核心控制电路。实现输油泵站自动控制功能的总体思路如下：系统由电源进行供电，当启动自动控制系统后，加热加压电路和跑马灯电路（模拟油路的传输）开始工作。采集的温度和压力电位数据通过A/D转换模块将模拟量转换成数字量，同时传递给单片机系统进行数据分析并处理。液晶显示模块LM016L显示数据。通过按键实现对温度值和压力值的调节。当压力低于5MPa时，系统低压报警，加压电路开始加压；当压力高于20MPa时，系统高压报警，减压电路开始减压；当温度低于30摄氏度时，系统低温报警，加热电路开始加热；当温度高于50摄氏度时，系统高温报警，加热电路停止加热。系统原理框图如图1所示：时钟电路CPU（单片机AT89C51）液晶显示电路报警电路A/D转换电路压力传感电路温度传感电路跑马灯电路加热加压电路图1 系统组成的原理框图2.3 系统的相关技术2.3.1 单片机技术随着微电子科技的不断发展，计算机技术也得到快速发展，并且由芯片的集成度的提高而使计算机微型化，出现了单片微型计算机（Single Chip Computer），简称单片机，也可称为微控制器MCU（Micro controller Unit）。单片机，即集成在一块芯片上的计算机，集成了中央处理器CPU（Central Processing Unit）、随机存储器RAM（Random Access Memory）、只读存储器（Read Only Memory）、定时器/计数器以及I/O接口电路等主要计算机部件。单片机具有功能强，体积小，成本低，功耗小，配置灵活等特点，使其在工业控制、智能仪表、技术改造、通信系统、信号处理等领域以及家用电器、高级玩具、办公自动化设备等方面均得到应用。从1976年9月Intel公司推出MCS48系列单片机以来，世界上的一些著名的器件公司都纷纷推出各自系列的单片机产品。主要有Intel公司的MCS48、51、96系列单片机；Motorola公司的MC6801、6805系列单片机；Zilog公司的Z8系列单片机；近年有Atmel公司的AT89系列单片机和Microchip公司的PIC系列单片机等。各种系列的单片机由于其内部功能、单元组成及指令系统的不尽相同，形成了各具特色的系列产品。本设计采用的是Atmel公司开发的AT89C51单片机。AT89C51是一种带4K字节FLASH存储器（FPEROMFlash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压、高性能CMOS 8位微处理器，可擦除只读存储器可以反复擦除1000次。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，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和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器。AT89C51提供以下标准功能：4k字节Flash闪速存储器，128字节内部RAM，32个I/O 口线，两个16位定时/计数器，一个5向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。同时，AT89C51可降至0Hz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止CPU的工作，但允许RAM，定时/计数器，串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存RAM中的内容，但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位。2.3.2传感器技术传感器是自动化系统最基础、最重要的组成部分之一，其可靠性和精度直接影响系统工作的可靠性和性能。正确地选择、合理地使用传感器，对设计自动化系统具有重要意义。对于输油泵站和输油管道自动控制系统，从油田生产和实际需要的角度出发，传感器需要满足以下要求：可靠性。传感器要具有较强的防爆、防水、防磁、抗震和耐高、低温特性；传感器超量程不损坏；设备在正常使用情况下，主要部件平均无故障时间大于1年，使用寿命不小于10年；自动控制机构误动作发生率不高于1/10000。准确性。主要参数(压力、温度等)的计量误差不高于O.5；各项参数的年漂移量不大于O.1%FS；采集误差不高于1/10000。安全性。系统采用防爆结构，保证不因系统问题而导致事故2。 温度传感器的选择：一体化温度变送器是将热电阻或热电偶检测出的温度或温差，通过温度变送电路转换成标准的4-20mA直流电流信号或1-5V直流电压信号的温度检测仪表。现在已利用集成电路技术，将变送电路做成小型模块，安装在铂电阻或热电阻的接线盒内，直接安装在现场，这样可以最大限度地减少线路电阻的影响，从而获得较高的精确度，安装和使用十分方便。一体化温度变送器不需要经过二次转换，直接接入计算机，进行显示和控制2。压力传感器的选择：振弦式压力变送器利用谐振元件(振弦)随压力变化改变其固有频率的特性来测量压力。正弦式压力变送器由振弦、磁铁、激振器、膜片及测频电路组成，振弦式压力传感器依靠测量频率来确定压力，而频率信号在传输过程中可以忽略导线电阻、电感、电容等的影响，有较高的准确度，精度可达到O.01级，可作为高精度压力传感器来用2。本设计中为了仿真需要，使用DS18B20数字温度传感器代替一体化温度变送器；使用滑动变阻器和ADC0832数模转换器代替振弦式压力变送器。2.3.3通信技术目前国内油田油井数量较多且大部分处于偏远地区，位置分散，环境恶劣，距离很远。通过专门的通讯电缆线或者是利用现场总线技术实现数据传输，这些方法传输距离有限，成本也比较高。随着电子、计算机及信息技术的飞速发展，工业无线网络是从新兴的无线传输发展而来，具有低能耗，低成本，扩展性强，灵活度高等特点，已经成为现在的研究热点。无线数据采集要将恶劣，复杂的现场环境下的采集量完整的采集，还要将采集到的数据传送给远端的控制室。主要应用的领域包括：石油管道无线监测系统；工业遥测系统；无线数据传输；安全设备无线监控；城市管网压力、温度监测；电力无线报警等。无线的远程数据传输方式主要有移动蜂窝网络通信、微波通信和卫星通信三种。由于移动蜂窝网络通信高带宽、高可靠性、低延时、低成本和使用方便等特点被广泛使用在长管道运输中。LTE是目前快速发展的4G移动网络，LTE实现了网络时延的减少、更高的数据速率、系统容量和覆盖。输油泵站和输油线路的运行参数可以更快更可靠的传送到监控中心，从而可以以泵站监控中心为平台，依靠局部无线通讯网络，全程、全天候、全方位的对远距离故障点管道、设备抢维修技术支持，危险点运行参数的实时检测，实现科学决策、精确指挥、经济节能降耗、生产高效运营的目标，从而使企业管理运行达到新的精细化高度3。图2 输油泵站通信示意图3 系统的硬件设计本章详细介绍硬件电路的设计。系统硬件电路包括以下几个部分：以单片机为中央处理器、A/D转换电路、跑马灯电路、液晶显示电路、时钟电路、温度传感电路和加热加压电路。详细阐明芯片的选择比较，所选用芯片的内部组成、功能特点、外围电路及其接口电路，并设计出具体的硬件电路。3.1 中央处理电路单片机最小系统是指能够使单片机正常工作的最小系统。单片机是将中央处理器、只读存储器（ROM）、随机存储器（RAM）、计数器、定时器及输入输出接口电路等计算机主要器件集成在一块集成电路芯片上的微型计算机。本设计的输油泵站机泵控制系统的中央处理电路采用美国ATMEL公司生产的单片机AT89C51来实现。3.1.1 中央处理器电路核心芯片中央处理电路是以AT89C51为核心芯片，AT89C51是一种附带4K字节可编程、可擦除的只读存储器CMOS8位微处理器。与MCS-51系列产品指令系统兼容。其主要功能特性：（1） 存储器可写入、擦除1000次。（2） 存储数据保存时间是10年。（3） 4K字节可重复擦写Flash存储器（4） 三级可加密程序存储器（5） 1288字节内部随机存储器（6） 32个可编程I/O口线（7） 两组16位定时、计数器（8） 六个中断源（9） 可编程串行通道（10） 低功耗的掉电和闲置模式（11） 片内部振荡器和时钟电路图3 AT89C51引脚图单片机AT89C51引脚如图3所示，AT89C51引脚功能说明：VCC：供电。GND：接地。P0接口：P0接口是一个8位开路双向I/O接口，每脚可吸收8TTL门电流。当P0接口的管脚第1次写1时，被定义为高阻输入。P0接口能够用于外部程序数据存储器，它可被定义为数据、地址的低8位。在FIASH编程时，P0 接口作为原码输入接口，当FIASH进行校验时，P0接口输出原码，此时P0接口外部必须接上拉电阻。P1接口：P1接口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O接口，P1接口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1接口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1接口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1接口作为低8位地址接收。P2接口：P2接口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O接口，P2接口缓冲器可接收、输出4个TTL门电流，当P2接口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2接口的管脚被外部拉低，输出电流。P2接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口接输出地址的高8位。在给出地址“1”时，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2接口输出其特殊功能寄存器的内容。P2接口在FLASH编程和校验时接收高8位地址信号和控制信号。P3接口：P3接口管脚是八个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3接口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3接口将输出电流（ILL）。P3接口也可作为AT89C51的一些特殊功能接口，如下表所示：接口管脚 备选功能P3.0 RXD（串行输入接口）P3.1 TXD（串行输出接口）P3.2 /INT0（外部中断0）P3.3 /INT1（外部中断1）P3.4 T0（计时器0外部输入）P3.5 T1（计时器1外部输入）P3.6 /WR（外部数据存储器写选通）P3.7 /RD（外部数据存储器读选通）P3接口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。RST：复位输入。ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的低位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时， ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。/PSEN：外部程序存储器的选通信号。/EA/VPP：当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。加密方式1时，/EA都将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。XTAL2：来自反向振荡器的输出。3.1.2 AT89C52引脚接口电路P0接口：通过译码器与LCD连接显示外部输入的当前压力值和温度值。P1接口：由于P1接口有外部输入的功能，所以与压力传感器相连进行外部输入，压力值通过A/D转换器进行输出在LCD显示当前压力值。P2接口：P2接口与温度传感器、加热加压模块和报警器连接，当温度高于或低于设置温度时，单片机控制报警并启动加热加压模块。P3接口： 连接74HC138译码器，通过译码器与LED连接实现跑马灯设计。3.1.3 复位电路系统在启动运行时都要复位，使中央处理器和系统中的其他部件都处于一个确定的初始状态，并从这状态开始工作。系统采用上电复位方式，在RST复位端接一个电阻R1至VCC和一个电容至GND，就能实现上电自动复位。因为电容两端电压不可突变，在上电的瞬间，电容通过电阻充电，就在复位端出现一定时间的高电平。只要保持RST引脚为高电平时间足够长，就可使CPU复位。所需高电平时间的长短与VCC上升时间和振荡器起振时间有关。10MHz时，约1ms；1MHz时，约l0ms。若VCC上升时间小于20ms，那么从上电时间算起，只要保持RST引脚在高电平停留时间不小于20ms即可。本课题中，复位电路中的电阻R1=10K，电容取10F，若频率为11.0592MHz，可以保证可靠的上电复位。如果频率降低，可以适当加大电容C10。图4 系统复位电路图3.1.4 时钟电路系统时钟电路是计算机的心脏，它控制着计算机的工作节奏。AT89C51中有一个用于构成内部振荡器的高增益反相放大器，引脚XTAL1和XTAL2分别是该反相放大器输入端和输出端，这个放大器与作为反馈的片外石英晶体一起构成自激振荡器。外接石英晶体及电容C1、C2接在放大器的反馈回路中构成并联振荡电路。本设计中，AT89C51的晶体振荡器采用11.0592MHz，对外接电容C1、C2虽然没有十分严格的要求，但电容容量的大小会影响振荡频率的高低、振荡器的稳定性、振荡的难易程度和温度稳定性，故C1、C2的电容值可选为33pf。作用有两个：其一是使振荡器起振，其二是对振荡器的频率f起微调作用(C1，C2大，f变小)。图5 系统时钟电路图3.2 A/D转换电路设计3.2.1 A/D转换芯片ADC0832A/D转换的过程是模拟信号依次通过取样、保持和量化、编码几个过程后转换为数字信号。本课题采用ADC0832作为A/D转换芯片。逐次逼近式A/D转换器ADC0832是带有8位A/D转换器、8路多路开关以及微处理机兼容的控制逻辑的CMOS组件。.其主要功能特性：（1） 8位分辨率；（2） 逐次逼近式A/D转换器（3） 双通道A/D转换；（4） 输入输出电平与TTL/CMOS相兼容；（5） 5V电源供电时输入电压在05V之间；（6） 工作频率为250KHZ，转换时间为32S；（7） 功耗仅为15mW；（8） 8P、14PDIP（双列直插）、PICC 多种封装；3.2.2 A/D转换芯片ADC0832引脚说明图6 ADC0832引脚图A/D转换器ADC0832引脚如图6所示，ADC0832引脚功能说明：CS：片选使能，低电平芯片使能。CH0：模拟输入通道0。CH1：模拟输入通道1。GND：芯片参考0电位（地）。DI：数据信号输入，选择通道控制。DO：数据信号输出，转换数据输出。CLK：芯片时钟输入。VCC/REF：电源输入及参考电压输入（复用）。ADC0832 为8位分辨率A/D转换芯片，其最高分辨可达256级，可以适应一般的模拟量转换要求。其内部电源输入与参考电压的复用，使得芯片的模拟电压输入在05V之间。芯片转换时间仅为32s，据有双数据输出可作为数据校验，以减少数据误差，转换速度快且稳定性能强。独立的芯片使能输入，使多器件挂接和处理器控制变的更加方便。通过DI 数据输入端，可以轻易的实现通道功能的选择。3.2.3 单片机对ADC0832的控制原理ADC0832 与单片机的接口使用四条数据线，分别是CS口、CLK口、DO口、DI口。但由于DO端与DI端在通信时并未同时有效，所以电路设计时可以把DO和DI 并联在一根数据线上使用。当ADC0832未工作时其CS输入端为高电平，此时芯片禁用，CLK 和DO/DI 的电平可任意。当要进行A/D转换时，先将CS使能端置于低电平并且保持低电平直到转换完全结束。此时芯片开始转换工作，同时由处理器向芯片时钟输入端CLK 输入时钟脉冲，DO/DI端则使用DI端输入通道功能选择的数据信号。在第1 个时钟脉冲的下沉之前DI端必须是高电平，表示启始信号。在第2、3个脉冲下沉之前DI端应输入2 位数据用于选择通道功能，当此2 位数据为“1”、“0”时，只对CH0 进行单通道转换。当2位数据为“1”、“1”时，只对CH1进行单通道转换。当2 位数据为“0”、“0”时，将CH0作为正输入端IN+，CH1作为负输入端IN-进行输入。当2 位数据为“0”、“1”时，将CH0作为负输入端IN-，CH1 作为正输入端IN+进行输入。到第3 个脉冲的下沉之后DI端的输入电平就失去输入作用，此后DO/DI端开始使用数据输出DO进行转换数据的读取。从第4个脉冲下沉开始由DO端输出转换数据最高位DATA7，随后每一个脉冲下沉DO端输出下一位数据。直到第11个脉冲时发出最低位数据DATA0，一个字节的数据输出完成。也正是从此位开始输出下一个相反字节的数据，即从第11个字节的下沉输出DATA0。随后输出8位数据，到第19 个脉冲时数据输出完成，也标志着一次A/D转换的结束。图7 单片机与ADC0832链接图3.3 跑马灯电路设计3.3.1 74HC138译码器74HC138是高速CMOS器件，74HC138引脚兼容低功耗肖特基TTL（LSTTL）系列。74HC138译码器可接受3位二进制加权地址输入，并当使能时，提供8个互斥的低有效输出（Y0至Y7）。74HC138特有3个使能输入端：两个低有效（E1和E2）和一个高有效（E3）。除了把E1和E2置低并且E3置高，否则74HC138将保持所有输出为高。利用这种特性，仅需4个74HC138芯片和1个反相器，即可实现并行扩展，组合成为一个1-32（5线到32线）译码器。任选一个低有效使能输入端作为数据输入，而把其余的使能输入端作为选通端，则74HC138亦可充当一个8输出多路分配器，未使用的使能输入端必须保持绑定在各自合适的高有效或低有效状态。表1 74HC138真值功能表INPUTS 输入Outputs输出ENABLE 使能ADDRESS地址E3E2E1A2A1A0Y0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7XXHXXXHHHHHHHHLXXXXXHHHHHHHHXHXXXXHHHHHHHHHLLLLLLHHHHHHHHLLLLHHLHHHHHHHLLLHLHHLHHHHHHLLLHHHHHLHHHHHLLHLLHHHHLHHHHLLHLHHHHHHLHHHLLHHLHHHHHHLHHLLHHHHHHHHHHL图8 74HC138引脚图3.3.2 跑马灯设计原理根据74S138译码器的工作原理，当G1口、G2A口和G2B口分别致高电平时，译码器工作，根据74LS138的3个译码信号A、B、C来选择Y0、Y1、Y2、Y3、Y4、Y5、Y6作为输出，实现译码。各输出为低电平时，当共阳极的LED灯为高电平时，相应的灯亮。A、B、C三个信号由单片机的P1.0、P1.1和P1.2来提供，而P1.0、P1.1和P1.2口的值是通过程序设置初始值后，通过P1.0、P1.1和P1.2的值加1和循环可以实现LED灯的循环点亮。