智能IC卡燃气表系统设计

PAGEIV摘要社会生活节奏的日趋加快，人工上门查记燃气表的工作量大,效率低,恶意拖欠燃气费的用户使燃气公司损失很大。针对这些情况，并随着科技的发展以及智能IC卡的出现，本文设计了IC卡预付费型燃气表。燃气用户在燃气公司开户,购买一定气量后,即得到加密的IC卡。用户用气时将卡插入燃气表中,卡中气量自动输入燃气表并在IC卡中消除气量,供气阀门打开。当气量不足时,燃气表提示用户购气；气量用完时,燃气表自动切断供气管路。这种IC卡燃气表是一种多功能的表，有别于普通的燃气表。该表在显示流量的同时，还可以用PID算法对其流量加以控制，体现其智能性。本设计在实现对燃气流量控制的同时，又可以固定流量加以显示，而当流量小于某一值时，就报警。本设计采用MCS-51系列单片机中的89C51为CPU，当IC卡插入后，燃气开通，传感器会将检测到的流量以电流的形式送入I/V变换器，得到相应的电压信号，该信号经A/D转换后，以数字量的形式存于CPU单元中，该量与设定值间一定存在差值，通过PID调节后，将信息送入CPU，由它发出指令信号推动执行机构带动调节阀控制燃气流量的大小，如此反复多次控制后，最终可实现设计的相关参数。关键词：IC卡；单片机；流量；显示

AbstractCommunitytospeedupthegrowingpaceoflife,artificialgasmeter-siteinvestigationsinmindtheheavyworkload,lowefficiency,malicioususerfeesowedthegascompanyGasgreatloss.Withthedevelopmentoftechnology,apre-paidICcard-typegasmeter,gasusersinthegascompanytoopenanaccount,purchaseacertainvolume,thatisencryptedbytheICcard.Gasuserswillinsertthegascardtable,cardsintheairandautomaticallyentergasmeterintheICcardintheeliminationofgas,andgassupplyvalvetoopen.Whenthegasshortage,thegasmeterpromptstheusertopurchasegas;exhaustedgas,gasmeterautomaticallycutoffgassupplypipeline.Inviewofthis,thepaperdesignofthesmartICcardgasmeter.TheICcardisagasmetermulti-purposetable,unlikeanordinarygasmeter.Thetableshowsthattraffic,itisalsoPIDalgorithmcanbeusedtocontrolitsflow,reflecttheirintelligenceandtheICcardhasplayedtheroleofswitches,ICcardonbehalfofamanagementinformation,itcanbewrittentoreflectapasswordorCardpeople'sthinking.Implementationofthisdesigninthegasflowcontrolatthesametime,trafficcanbefixed,andwhentheflowislessthanacertainvalue,onthealarm.ThisdesignusesMCS-51seriesin89C51microcontrollerfortheCPU,whentheICcardisinsertedaftertheopeningofgas,thesensorwilldetectthecurrenttoflowintotheformofI/Vconverters,thecorrespondingvoltagesignal,ThesignalA/Dconverter,withthenumberofdepositorsintheformofCPUunit,thevolumeandsettingsmustexistbetweenthemarginthroughPIDregulator,theinformationwillbesenttoCPU,itissuedadirectivebypromotingtheimplementationofsignalInstitutionsdrivengasflowcontrolvalvecontrolthesizeofcontrolsorepeatedly,willeventuallyachievethedesignparameters.Keywords：ICcard；Single-chipmicrocomputer；Flow；Display

目录第1章绪论 11.1引言 11.2智能IC卡燃气表存在的技术问题 11.3研制智能IC卡燃气表的意义 2第2章总体方案论证 32.1智能IC卡燃气表设计方案 32.1.1IC卡燃气表的功能 32.1.2IC卡燃气表的总体设计方案 32.2.3系统总体的控制过程 42.2智能IC卡燃气表系统的硬件组成 4第3章硬件电路设计 53.1传感器的功能及其技术参数 53.2(RCV420)变换器的设计 63.2.1（RCV420）变换器功能 73.2.2（RCV420）变换器电路的应用 93.3A/D转换器的设计 103.4单片机的设计 133.4.189C51芯片及片内功能 133.4.289C51芯片及各引脚功能 143.4.389C51最小应用系统设计 153.5存储器的设计 163.5.1AT24C02的引脚功能 163.5.2AT24C02与单片机的连接 173.6LED显示部分 183.6.1LED显示及显示器接口 183.6.2单片机与显示器接口 203.7报警装置设置 21第4章智能IC卡燃气表的控制算法 224.1引言 224.2PID控制算法的应用及其控制器的设计 224.3标准数字PID控制算法 244.4增量型PID算法的优点 26第5章智能IC卡燃气表的软件设计 275.1芯片间的通讯方式 275.2控制系统软件设计 275.2.1主程序 275.2.2显示子程序 295.2.3IC卡读写程序 30结论 31参考文献 32致谢 33附录Ⅰ 34附录II 45附录Ⅲ 46附录Ⅳ 48PAGE48绪论引言本文设计的IC卡燃气表即IC卡膜式智能型燃气表的简称。是近十几年发展起来的新型多功能燃气表，它是以膜式燃气表为基表，加装电子控制器所组成的一种具有控制流量功能的燃气计量装置。一般由计量传感器电路、微功耗单片机、微功耗阀门、电压测试电路、防窃气电路、流量监测等部分组成。常用于检测被运输气体的流量，具有精确记数功能、功能卡传输媒介功能、阀门自动处理功能、非法操作处理功能、欠压处理功能、掉电处理功能、数据下载功能、数据显示与声音提示功能等。随着时代的进步、居民民主意识的增强、生活水平的提高，这种智能IC卡燃气表也将会应用到更多领域，它将成为一项跨部门、跨地区、跨世纪的庞大社会系统工程。当前，随着国家“金卡工程”的深入开展和开发大西北“西气东运”计划的正式启动，这种智能IC卡燃气表以呈现出十分广阔的应用前景，必然是今后的发展方向。本设计介绍该燃气表的核心技术基于MCS-51单片机的智能IC卡燃气表电控系统设计，论述了智能IC卡燃气表的控制方式、电控系统的硬件电路构成、数字PID控制算法、软件设计及应用情况。智能IC卡燃气表存在的技术问题本文设计的IC卡燃气表在最初由于发展的不成熟，在实际使用中存在一定的问题：控制器计数乱码、电磁阀失控、无法输气、传感器存在较大误差、电池失效、元器件故障率高等问题，以及在管理上存在的一些漏洞，为公司工程安装和燃气销售带来一定的工作负荷和难度。当然，随着时间的推移，技术的进步，产品质量的提高，售后服务的完善，许多问题大都已解决。目前，以下几个问题是当前IC卡燃气表中普遍存在的问题。●兼容问题目前，在全市数万IC卡用户中，我们所使用的IC卡燃气表有两家，但由于两家的IC卡售气系统不兼容，造成日常管理较为混乱，重复设置销售网点，居民用户有时不了解情况，常常感到购气不方便，因此，我们一直建议两家能够实现互相兼容，方便用户。●电池问题由于IC卡燃气表安装位置不好，一般处于高温高湿环境中，一般电池自然漏电严重，常常造成电解液腐蚀电路板和电子元件，影响仪表正常工作。●阀门问题阀门是控制仪表的关键部件，但是，阀门的内漏、失灵、功耗大，易引起仪表出现故障，受到外界攻击，使仪表无法正常工作，这是IC卡燃气表的一个薄弱环节。●攻击性问题由于IC卡表具有控制流量的功能，可以免去人为控制所带来的危险性，但是，不排除一些人会对IC卡表进行尝试攻击，因此，仪表的抗攻击性能显得尤为重要。我们在对仪表检测时，非常重视对抗攻击性能的测试，保证燃气的安全运输，防止发生泄漏或爆炸事件，对人造成不必要的伤害。●卡片发放管理问题卡片的制造、发放、管理、服务等一系列工作，关系到燃气企业的经济利益，必须严格管理，尤其对生产卡、清零卡、测试卡等非用户卡的管理，关系到仪表生产厂家和燃气销售单位、仪表检测单位的管理。易存在一定漏洞，需严格管理。●系统安全性问题智能卡和接口设备之间的信息交换：这些信息可以被截取分析，从而被复制或插入假信号；伪造智能卡的出现：伪造智能卡与接口设备之间的信息，使接口设备无法判断出是合法的还是伪造的；操作人员的作弊行为：私下的泄露和人为的非法修改信息等；用户的非法攻击：通过各种手段对设备的关键部位进行攻击。IC卡表除了抗攻击性问题的物理安全性之外，还有其他逻辑安全性问题，如工作人员的素质和安全意识，密码密钥管理的安全等。研制智能IC卡燃气表的意义随着科学技术的发展，城市的基本建设规模日益扩大,特别是高层建筑和高级住宅亦越来越多,城市燃气化工程也出现了新的变化。即对燃气的计量、收费和管理提出了更高的要求。过去的入户查表收费管理模式与现代经济的发展、基本建设和市场经济很不适应,并且旧的管理模式最大缺点是投入较多的人力、物力,管理成本高,又不安全。因此,设计了智能IC卡预付费燃气表装置,是解决上述问题的有效方法。第2章总体方案论证2.1智能IC卡燃气表设计方案2.1.1IC卡燃气表的功能作为供气计量、自动计费的智能IC卡燃气表应具有以下功能：（1）燃气流量的累积，燃气可用数的递减。（2）LED显示燃气累积数，燃气可用数以及卡中的购气数。（3）LED显示“欠量”，“过流”，“异常”等提示汉字。（4）“欠量”，“过流”，“异常”等情况下,有声音报警。（5）燃气流量的输入脉冲频率范围在0.1—200Hz之间。（6）掉电保护,系统电压低于一定值时，将有关数据写入EEPROM后即关阀。2.1.2IC卡燃气表的总体设计方案根据上述功能的要求，确定系统的方案如下：智能IC卡燃气表系统主要由单片机，IC卡，电磁阀，传感器，A/D转换器，LED显示器，报警器等组成。总体框图如下:流量传感器流量传感器单片机A/D转换电磁阀电源IC卡显示报警燃气图2.1系统总体控制原理图2.2.3系统总体的控制过程MCS-51（89C51）单片机主要完成系统数据的最优运算、分析、显示、存储和控制等功能，RCV420完成I/V变换；A/D转换部分由TLC549来完成；系统的显示部分由LED数码管实现，而控制部分有执行机构（调节阀）来完成。整个系统在计算机控制下完成相关任务。2.2智能IC卡燃气表系统的硬件组成1.单片机AT89C51单片机是美国ATMEL公司生产的低电压，高性能CMOS8位单片机，片内含4kbytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和128bytes的随机存取数据存储器（RAM），可灵活应用于各种控制领域。2.电磁阀电磁阀是智能IC卡燃气表的重要部件，本文采用的是新型双稳态电磁阀MP15A-5V，电源电压低。正常供气情况下，电磁阀处于常开状态，驱动机构不消耗电能；只有当上一级的气体数完时，电磁阀关闭并自锁于常闭状态。它具有启动气压低及关闭可靠等特点。3.IC卡电路IC卡读/写器是IC卡煤气表的输入接口。当IC卡插入读/写器时，首先读入的是卡中的密码，以此判断IC卡的合法性。煤气表在判断了卡的合法性后，读入所购气量并与煤气表内剩余气量累加，同时将卡上购气量单元清零，回写煤气表上用气量、剩余气量等信息，以便下次购煤气时煤气公司读取，实现煤气表信息的回馈功能。4.传感器本设计的传感器选用SWINGWIRLⅡ电容式涡街流量传感器。此基本原理是以卡门涡街理论为基础。适用范围广，压力损失小，长期稳定性好，工作寿命长。5.LED显示AT89C5串行口的移位寄存器有四种工作方式，通过外接移位寄存器74LS164实现串／并转换后控制并驱动数码管及LED显示。主要显示剩余煤气量和已用的煤气量。第3章硬件电路设计3.1传感器的功能及其技术参数本设计的传感器选用SWINGWIRLⅡ电容式涡街流量传感器。它是20世纪中后期发展起来的一种具有国际先进水平的新型流量计，它应用差动电容检测原理，以独特的结构方式克服了压电式涡街流量计抗振动干扰、耐高难度温差的缺点，大大提高了涡街流量计的性能，使涡街流量计的技术和性能达到目前最高水平。SWINGWIRLⅡ电容式涡街流量传感器其基本原理是以卡门涡街理论为基础。它的结构是以三角形卡门旋涡发生体固定在传感器本体（测量管）中，并开有一径向中心孔。后者通过两侧导压孔与流体连通。差动开关电容（DSC）检测器插入中心孔里面，用于检测卡门涡街所产生的压力脉冲信号。DSC结构由支座、电极、振动舌组成。振动舌实际上是一个管形振动体，其管壁很薄，上端以法兰方式固定在传感器体上，下端面封密。使得振动舌中心孔内部与流体隔离开来。由于其下端不是固定的，故旋涡压力脉冲可使它沿X轴方向发生横向偏移，在振动舌的中心孔内部有一个带有电极的管形支座，其上端与振动舌焊接在一起，中间及下端部分与片制成的弧状形成电极，整个支座不与流体接触。传感器的工作过程如下：当管道中的流体流经旋涡发生体而交换成两侧列旋涡即卡门涡街时，由于在旋涡分离点引起低压，结果在旋涡发生体两侧产生反相的周期性压力脉冲，并通过侧面孔传到旋涡发生体中心孔内部而作用到振动舌上，使它沿X轴作周期性横向偏移，但由于振动舌上端固定，故这种周期性偏移实际上演变为扰性振动，其频率和相位严格与涡街压力脉冲一致，但振幅甚微，振动舌始终不会碰触旋涡发生体中心孔内壁和电极支座。另一方面，流体旋涡压力脉冲不会使电极支座发生任何偏移。所以在旋涡压力作用下仅是震动舌的下端相对于静止的支座作相对运动，在某一时刻，振动舌与支座上一个电极之间的距离缩短，而与另一个电极间的距离则增大；前置放大器电容检测电路分别向两个电容充电，而振动体与支座相对运动引起的电容变化反映为电流大小的变化，从而实现机电转换。电容检测电路按“差动开关电容”原理设计。仅产生一个由两个电容差值所决定的差动信号，而原来的两个基本电容值则在形成差动信号时被抵消，差动信号是一个正弦波信号，经处理后以4～20mA电流脉冲形式输出，其频率与流量成正比，其工作原理图如图3.1所示。流量流量旋涡发生体DSC传感器前置放大器二次装置图3.1SWINGWIRLII电容式涡街流量传感器其适用范围：SWINGWIRLⅡ电容式涡街流量传感器是采用差动开关电容（DSC）作为检测元件，来感测旋涡发生体产生的旋涡频率的一种器材，压力损失小；长期稳定性好；工作寿命长；测量准确度高等。可用于测量封闭管道中的气体、蒸汽和液体的流量。例如：煤气、天然气、压缩空气、柴油；变温液体及液化的二氧化碳、氮，天然气等低温液体。其主要技术参数如表3.1所示。表3.1SWINGWIRLII电容传感器主要技术参数电源电压（VDC）2411022050/60HZ介质温度（℃）-10～+50准确度（1）液体：雷诺数Re=3800～20000，±0.15%满量程Re>20000，±0.75%测量值（2）气体：雷诺数Re=3800～20000，±1%满量程Re>20000，±1%测量值公称压了MPAPN1.4～4.0防爆等级本安型EEXibIICT1～T6输出信号电流输出：0～20mA或4～20mA（可选）RL＜800Ω，数字试可调时间常数2.5重复性0.2%测量值流速范围终值液体：9气体：253.2(RCV420)变换器的设计RCV420是美国RURR-BROWN公司生产的精密电流环接收器芯片,用于将4-20mA输入信号转换成为0-5V输出信号,具有很高的性能价格比。包含一个高级运算放大器，一个片内精密电阻网络和一个精密10V电压基准。其总转换精度为0.1%,共模抑制比CMR达86dB,共模输入范围达±40V。RCV420在满量程时的电压下降仅为1.5V,在环路中串有其他仪表负载,或者在对变送器电压有严格限制的应用场合非常有用。10V电压基准提供了一个典型温漂为5ppm/℃的精密10V输出。RCV420无需其它外围器件辅助,就能实现诸多功能。增益、偏置和CMR无需调节,较之由分立器件设计的印制板电路,RCV420具有更低的开发成本、制造成本和现场维护费用。芯片如图3.2所示。图3.2RCV420变换器3.2.1（RCV420）变换器功能变送器输出的信号为0～10mA或4～20mA的电流信号。这一方面提高了信号远距离传送过程中的抗干扰能力，减少了信号的衰减；另一方面为与标准化仪表和执行器匹配提供了方便。当模拟量输入为电流信号时，就要经过电流/电压（I/V）转换处理，得到适合A/D转换器使用的电压信号。●有源I/V变换有源I/V变换主要是利用有源器件运算放大器和电阻组成，如图3.3所示。3.3有源I/V变换电路图利用同相放大电路，把电阻R1上产生的输入电压变成标准的输出电压。该同相放大电路放大倍数为：若取R3=100KΩ，R4=150KΩ，R1=200Ω，则0～10mA输入对应于0～5V的电压输出。若取R3=100KΩ，R4=25KΩ，R1=200Ω，则4～20mA输入对应于1～5V的电压输出。●专用的I/V变换当4-20mA电流输入对应0-5V电压输出时,要求电路的传输阻抗为:为了得到期望的输出(4mA时0V,20mA时5V),放大器的输出必须有一个偏置:输入电流信号接至+IN端还是接至-IN端取决与信号的极性,并经过中心抽头CT返回地端。两个匹配的75Ω检测电阻Rs构成对称输入,可最大程度地抑制CT脚的共模电压信号,消除不同输入端电流在差分电压转换时的不均衡。检测电阻将输入的电流信号经差分放大器放大,转换成一个与之成正比的电压。位于放大器反馈通道中的T型网络节点用于产生所需要的-1.25V偏置电压。输入电阻网络提供了很高的输入阻抗,并将共模输入电压衰减至运算放大器的共模信号容限内。其内部结构如图3.4所示。图3.4RCV420内部结构3.2.2（RCV420）变换器电路的应用RCV420典型的应用电路如图3.5所示。在图中，（10）、（11）与（12）脚相连，（14）与（15）脚相连，（5）脚、（2）脚接地在V+、V-处各接一个1μF的电容，以便滤去电源谐波。（7）脚和（8）脚悬空。RCV420基本转换原理是：16mA的电流变化转换成5V的电压变化，则单位电流的变化率。根据设计要求，在4mA输入时，输出为0V，因此放大器需要一个偏置电压Vos。输入电流信号究竟是连接在+In还是-In，取决于输入信号的极性，回到地则是通过中间接头CT，75Ω的敏感电阻Rs提供了电流/电压变换，并通过放大器放大，其电压增益为：在放大器的反馈网络中，T型网络提供了相加点，产生了所需要的-1.25V的偏置电压。图3.5RCV420典型应用电路图3.3A/D转换器的设计1．概述TLC549是美国德州仪器公司生产的8位串行A/D转换器芯片,可与通用微处理器、控制器通过I/OCLOCK、CS、DATAOUT三条口线进行串接口。具有4MHz片内系统时钟和软、硬件控制电路,转换时间最17μs。总失调误差最大为±0.5LSB,典型功耗值为6mW。采用差分参考电压高阻输入,抗干扰,可按比例量程校准转换。2.芯片简介采样保持8位模数转换器输出数据寄存器8-1据选择器和驱动器内部系统时钟控制逻辑和输出计数6DATAOUT7采样保持8位模数转换器输出数据寄存器8-1据选择器和驱动器内部系统时钟控制逻辑和输出计数6DATAOUT712REF+REF-53ANALOGIN488I/OCLOCK图3.6TLC548、TLC549内部框图TLC549共有8条引脚，如图3.7所示。图3.7TLC549各引脚排列1、3．差分基准电压2．模拟输入电压4、8．电源电压5V5．转换与输出控制信号6．串行数据输出7．输入/输出时钟2．2极限参数TLC548/549的极限参数如下:●电源电压:6.5V;●输入电压范围:0.3V～VCC+0.3V;●输出电压范围:0.3V～VCC+0.3V;●峰值输入电流(任一输入端):±10mA;●总峰值输入电流(所有输入端):±30mA;●工作温度:TLC548C、TLC549C:0℃～70℃TLC548I、TLC549I:-40℃～85℃TLC548M、TLC549M:-55℃～125℃3．TLC549的工作时序原理及与单片机的连接3．1TLC548、TLC549均有片内系统时钟,该时钟与I/OCLOCK是独立工作的,无须特殊的速度或相位匹配。其工作时序如图3.8所示。图3.8工作时序图3．2TLC549与89C51芯片的连接方法：TLC548/549采用串行方式来传送数据,在和单片机连接时只需占用3根口线。其中I/OCLOCK和DATAOUT可以和另外的TLC548/549或外部单元共用。具体的接口方法如图3.9所示,图中P12接转换与输出控制信号端,P22输入/输出双向I/O口与串行数据输出连接，ALE地址所存与TLC549的输入/输出时钟口相连接。当CS为高时,数据输出(DATAOUT)端处于高阻状态,此时I/OCLOCK不起作用。这种CS控制作用允许在同时使用多片TLC548、TLC549时,共用I/O图3.9TLC549与89C51的连接CLOCK,以减少多路(片)A/D并用时的I/O控制端口。一组通常的控制时序为：(1)将CS置低。内部电路在测得CS下降沿后,再等待两个内部时钟上升沿和一个下降沿后,然后确认这一变化,最后自动将前一次转换结果的最高位(D7)位输出到DATAOUT端上。(2)前四个I/OCLOCK周期的下降沿依次移出第2、3、4和第5个位(D6、D5、D4、D3),片上采样保持电路在第4个I/OCLOCK下降沿开始采样模拟输入。(3)接下来的3个I/OCLOCK周期的下降沿将移出第6、7、8(D2、D1、D0)个转换位。(4)最后,片上采样保持电路在第8个I/OCLOCK周期的下降沿将移出第6、7、8(D2、D1、D0)个转换位。保持功能将持续4个内部时钟周期,然后开始进行32个内部时钟周期的A/D转换。第8个I/OCLOCK后,CS必须为高,或I/OCLOCK保持低电平,这种状态需要维持36个内部系统时钟周期以等待保持和转换工作的完成。如果CS为低时I/OCLOCK上出现一个有效干扰脉冲,则微处理器/控制器将与器件的I/O时序失去同步;若CS为高时出现一次有效低电平,则将使引脚重新初始化,从而脱离原转换过程。在36个内部系统时钟周期结束之前,实施步骤(1)-(4),可重新启动一次新的A/D转换,与此同时,正在进行的转换终止,此时的输出是前一次的转换结果而不是正在进行的转换结果。若要在特定的时刻采样模拟信号,应使第8个I/OCLOCK时钟的下降沿与该时刻对应,因为芯片虽在第4个I/OCLOCK时钟下降沿开始采样,却在第8个I/OCLOCK的下降沿开始保存。3.4单片机的设计3.4.189C51芯片及片内功能1.简介在众多的51系列单片机中，要算ATMEL公司的AT89C51更实用，因它不但和8051指令、管脚完全兼容，而且其片内的4K程序存储器是FLASH工艺的，这种工艺的存储器用户可以用电的方式瞬间擦除、改写，一般专为ATMELAT89Cx做成的编程器均带有这些功能。显而易见，这种单片机对开发设备的要求很低，开发时间也大大缩短。写入单片机内的程序还可以进行加密，这又很好地保护了人们的劳动成果。虽然网上有人说AT89C51可以解密，但花费的代价均需万元左右！况且所有的单片机均可解密，只是费用多少的问题。再者，AT89C51目前的售价比8031还低，市场供应也很充足。2.89C51片内功能89C51核心处理单元：4k字节FLASH89C51X2128字节RAM89C51X212时钟操作可选6个时钟通过软件或并行编程器。存储器寻址范围：64K字节ROM和64K字节RAM。电源控制模式：时钟可停止和恢复空闲模式和掉电模式。两个工作频率范围：6时钟模式时为0到20MHz12时钟模式时为0到33MHz3个加密位4个中断优先级6个中断源4个8位I/O口3个16位定时/计数器T0、T1（标准89C51）和增加的T2（捕获和比较）可编程时钟输出异步端口复位低EMI(禁止ALE以及6时钟模式)掉电模式可通过外部中断唤醒3.4.289C51芯片及各引脚功能单片机是一个系统中的核心部分，所以单片机电路设计对系统的性能好坏有着至关重要的作用。下面就89C51单片机的引脚及其功能进行说明。图3.10为89C51单片机引脚图。图3.1089C51单片机单片机各引脚及功能介绍：（1）Vss：地。（2）Vcc：电源：提供掉电，空闲，正常工作电压。（3）P0.0-0.7：P0口，是开漏双向口，可以写为1使其状态为悬浮用作高阻输入。P0也可以在访问外部程序存储器时作地址的低字节，在访问外部数据存储器时作数据总线。此时通过内部强上拉输出1。（4）P1.0-1.7：P1口：P1口，是带内部上拉的双向I/O口，向P1口写入1时，P1口被内部上拉为高电平，可用作输入口。当作为输入脚时，被外部拉低的P1口会因为内部上拉而输出电流。（5）P2.0-2.7：P2口,P2口是带内部上拉的双向I/O口,向P2口写入1时,P2口被内部上拉为高电平,可用作输入口。当作为输入脚时，被外部拉低的P2口会因为内部上拉而输出电流。在访问外部程序存储器和外部数据时分别作为地址高位字节和16位地址(MOVX@DPTR)，此时通过内部强上拉传送1。当使用8位寻址方式(MOV@Ri)访问外部数据存储器时,P2口发送P2特殊功能寄存器的内容。（6）P3.0-3.7：P3口是带内部上拉的双向I/O口，向P3口写入1时，P3口被内部上拉为高电平，可用作输入口。当作为输入脚时，被外部拉低的P3口会因为内部上拉而输出电流。P3口还具有以下特殊功能：RxD(p3.0)：串行输入口。TxD(P3.1)：串行输出口。INT0(P3.2)：外部中断0。INT1(P3.3)：外部中断。T0(P3.4)：定时器0外部输入。T1(P3.5)：定时器1外部输入。WR(P3.6)：外部数据存储器写信号。RD(P3.7)：外部数据存储器读信号。（7）RST：复位，当晶振在运行中，只要复位管脚出现2个机器周期高电平即可复位，内部有扩散电阻连接到Vss,仅需要外接一个电容到Vcc,即可实现上电复位。（8）ALE：地址锁存使能，在访问外部存储器时，输出脉冲锁存地址的低字节，在正常情况下，ALE输出信号恒定为1/6振荡频率。并可用作外部时钟或定时，注意每次访问外部数据时一个ALE脉冲将被忽略。ALE可以通过置位SFR的auxlilary.0禁止，置位后ALE只能在执行MOVX指令时被激活。（9）PSEN：程序存储使能，当执行外部程序存储器代码时PSEN每个机器周期被激活两次，在访问外部数据存储器时PSEN无效，访问内部程序存储器时PSEN无效。（10）EA/Vp：外部寻址使能/编程电压，在访问整个外部程序存储器时，EA必须外部置低。如果EA为高时，将执行内部程序，除非程序计数器包含大于片内FLASH的地址。（11）X1：晶体1，反相振荡放大器输入和内部时钟发生电路输入。X2：晶体2，反相振荡放大器输出。3.4.389C51最小应用系统设计89C51是片内有ROM/EPROM的单片机，因此，用这种芯片构成的最小系统简单、可靠。本设计在用89C51单片机构成最小系统时，只须将单片机接上时钟电路和复位电路即可，如图3.11所示。图3.1189C51最小应用系统由于集成度的限制，最小应用系统只能用作一些小型的控制单元。其应用特点：●有可供用户使用的大量I/O口线。因没有外部存储器扩展，这时EA接高电平，P0、P1、P2、P3都可以作用户I/O口使用。●内部存储器容量有限。●应用系统开发具有特殊性。P0、P1口的应用与开发环境差别较大。由于这类应用系统应用程序量不大，外电路简单，采用模拟开发手段较好。89C51的应用软件须依靠半导体厂家用半导体掩膜技术置入，故89C51应用系统一般用作大批量生产的应用系统。3.5存储器的设计3.5.1AT24C02的引脚功能1．基本特点24C02为I2C总线串行EEPROM储存器，它的存储容量为4k位（4096位），存储器的内部结构为512×8位,24C02的字节数分别是256，芯片小巧，为8脚双列DIP封装，10万次擦写，100年数据保存，芯片具有写保护，可靠性高,不占用系统存储空间，只需两根控制线，但是这种基于两线制的I2C总线灾简化硬件的同时造成了编程的复杂，因为所有控制时序需用指令去模拟。2．内部芯片结构及使用方法芯片引脚如图3.12所示，A0,A1,A2为芯片地址线，从000（全接低电平）至111（全接高电平），所以一个系统中最大可接同类芯片8片（对24c01和24c02）。编程时芯片地址字节作为第一个发往EEPROM的信息，用来选择芯片，需要说明的是，24C02以后的芯片，因内部字节数大于256，A0,A1,A2就不能全部接固定电平用于芯片选择，而是要用其中一位、二位乃至三位接上I/O口线用作线内页面选择，与之对应，系统可连接的最大芯片数量也有变化。Vcc，Vss：电源和地线，SCL：串行时钟线，SDA：数据及地址信息线，WP：为写保护。图3.1224C系列EEPROM引脚图3.5.2AT24C02与单片机的连接图3.1324C02与8051的连接图图中AT24C02的1、2、3脚是三条地址线，用于确定芯片的硬件地址。在AT89C51试验开发板上它们分别接P15，P16,P17口，第8脚和第4脚分别为正、负电源。第5脚SDA为串行数据输入/输出，数据通过这条双向I2C总线串行传送，在AT89C51试验开发板上和单片机的P14连接。第6脚SCL为串行时钟输入线，在AT89C51试验开发板上和单片机的P13连接。SDA和SCL都需要和正电源间各接一个5.1K的电阻上拉。第7脚需要接地。24C02中带有片内地址寄存器。每写入或读出一个数据字节后，该地址寄存器自动加1，以实现对下一个存储单元的读写。所有字节均以单一操作方式读取。为降低总的写入时间，一次操作可写入多达8个字节的数据。SDA和SCL两条双向总线采用I2C-bus汇流总线技术，所有控制命令和数据传输均通过这两条线进行，其波特率最大为100kbit’s。数据读，写操作过程：在写操作中,主器件发送完写控制字节10100000,等接收到24C02通过SDA发出确认信号ACK后,主器件接着随时钟输入8位地址码(00-0FFH),收到24C02再次发出确认信号ACK后,才发送待写入的数据。最后,主设备必须用停止状态来终止写操作。在写控制字节中高四位被指定为1010,芯片地址为A2、A1、A0为000,R/W=0。在读操作中，若是读当前地址内容,主器件发送完读控制字节10100001,并收到ACK信号后,即可一位位地读出该单元内容;若要读随意地址内容,由主器件先发送写控制字节10100000,然后发送待读的E2PROM单元地址(00-0FFH),收到ACK信号后由主器件再次产生起始条件,接着发送读控制字节,收到ACK信号后,即可读出该单元内容。最后,数据的读取不通过确认应答,而是通过产生一个停止状态来应答。3.6LED显示部分单片机应用系统中，使用第二显示器主要有LED（发光二极管显示器）和LCD（液晶显示器）。这两种显示器成本低廉，配置灵活，与单片机接口方便。近年来也开始配置简易形式的CRT接口，可以方便地进行图形显示。本设计采用的是LED静态显示方式。3.6.1LED显示及显示器接口LED显示块是由发光二极管显示字段的显示器件。在单片机应用系统中通常使用的是七段LED。这种显示块有共阴极与共阳极两种，如图3.14所示。共阴极LED显示块的发光二极管阴极接地。如图（a）所示，当某个发光二极管的阳极为高电平时，发光二极管点亮；共阳极LED显示块的发光二极管阳极并接。如图（b）所示。本设计采用的是共阳极的接法。（a）共阴极gongyinji（a）共阴极gongyinji图3.14七段LED显示段通常的七段LED显示块中有八个发光二极管，故也有人叫做八段显示器。其中七个发光二极管构成七笔字形“8”。一个发光二极管构成小数点。七段显示块与单片机接口非常容易。只要将一个8位并行输出口与显示块的发光二极管引脚相连即可。8位并行输出口输出不同的字节数据即可获得不同的数字或字符，如表3.2示。通常控制发光二极管的8位字节数据称为段选码。显示字符共阴极段选码共阳极段选码显示字符共阴极段选码共阳极段选码03FHC0HC39HC6H106HF9HD5EHAH25BHA4HE79H86H34FHB0HF71H8EH406H99HP73H8CH56DH92HU3EHC1H67DH82HΓ31HCEH707HF8HY6EH91H87FH80H8.FFH00H96FH90H“灭”00HFFHA77H88H………………B7CH83H表3.2七段LED的段选3.6.2单片机与显示器接口MCS-51单片机应用系统中，当不用做串行通讯时，可以用来扩展并行I/O（设定串行口工作在移位寄存器、方式0状态下）。用于显示器接口时，使用串行输入、并行输出移位寄存器74LS164，每接一片74LS164可扩展一个8位并行输出口，用以连接一个LED段选口作静态显示中的8根列线使用。图3.15为89C51串行口扩展的显示器的接口电路。为了避免电路重复，只画出两位LED静态显示，根据需要可任意扩展。显示器中，每扩展一个74LS164，就可增加一位LED显示器。图3.15串行扩展口的显示接口74LS164是串输入、并输出移位寄存器，并带有清除端。其外部引脚如图3.16所示。其中74LS164的引脚Q0～Q7为8位并行输出端；引脚A、B为串行输入端;引脚CLK为时钟脉冲输入端,在CLK脉冲的上升沿作用下实现移位,在CLK=0清除端MR=1时,74LS164保持原来数据状态；MR=0时74LS164输出清零。 图3.1674LS164引脚图3.7报警装置设置基于本设计中流量范围（0.025～4m3/h），最小读数不小于0.1L的技术指标，设计使用单频音报警装置。当燃气小于0.1L的时候，该报警器会自动发出蜂鸣声来提醒用户注意。下面介绍单频音报警器与CPU的接口。实现单频音报警的接口电路比较简单。其发音元件通常采用压电蜂鸣器，这种蜂鸣器只需在两条引线上加3～15V的直流电压，就能产生3kHz左右的蜂鸣振荡音响。比电动式蜂鸣器结构简单，耗电少，且更适合于在单片机系统中使用。压电式蜂鸣器，约需10mA的驱动电流。因此，可以使用一个晶体三极管驱动如图3.17所示。图3.17使用单频音报警电路上图中，晶体管基极输入端接单片机的P1.0口，当P1.0输出高电平“1”时，晶体管导通，压电蜂鸣器两端获得约+5V电压而鸣音；当P1.0输出低电平“0”时，三极管退出导通状态，蜂鸣器停止发音。其接口电路程序如下：SND：SETBP1.0MOVR7，#1EHDL：MOVR6，#0F9HDL1：DJNZR6，DL1DJNZR7，DLCLRP1.0RET第4章智能IC卡燃气表的控制算法4.1引言大滞后对象及对象的不确定性是工业生产过程中很难控制的一类对象，它“具有滞后的过程，在输入作用下不能立刻观察出它对输出的影响，因此，控制问题就变得复杂化了，基于这个原因，滞后及对象的不确定性就被认为是本来就存在于物理系统中的最难控制的动态环节”。而在许多工业生产过程中，滞后现象又是普遍存在的，例如冶金、玻璃、造纸工业中板材厚度的控制，加热炉、炉窖的传热，化工、炼油生产中物料的传输，反应器的化学合成等系统都存在着上述问题。因此，找寻一种简单、实用的控制方法来克服上述问题成了当务之急。为此,本设计采用PID控制算法。4.2PID控制算法的应用及其控制器的设计按偏差的比例（Proportional）、积分（Integral）、微分（Differential）进行控制的调节器，简称为PID调节器。PID调节是连续系统中技术最成熟、应用最广泛的一种控制算法，它结构灵活，不仅可以用常规的PID调节，而且可以根据系统的要求，采用各种PID变型，如PI、PD控制及改进的PID控制等。它具有许多特点，如不需要出数学模型、控制效果好等，特别是在微机控制系统中，对于时间常数比较大的被控对象来说，数字PID完全可以代替模拟PID调节器，应用更加灵活，适用性更强。PID控制规律及其基本作用：PID调节器是一种线形调节器，其框图如图4.1所示。图4.1PID方框控制器下面分别讨论比例调节器P、积分调节器I、微分调节器D的作用。●比例调节器（P）这是一种简单的调节器，控制规律为（4.1）式中，Kp为比例系数，u0为偏差e=r-y=0时的控制作用（如原始阀门开度、基准电压等）。比例调节器与偏差成比例调节，调节及时，误差一旦产生，调节器立即产生控制作用，使被控量y向减小偏差的方向变化，但这种调节使被控量y存在静差，即有残留误差，因为调节作用是以偏差的存在为前提条件的。只有在控制作用为u0时才会出现零静差（此时偏差e=0）。提高放大系数Kp虽可以减小静差，但永远不会使之减小到零，而且无止境地提高放大系数Kp最终将导致系统不稳定。●比例积分调节器（PI）采用比例调节的系统存在静差，为了消除静差，在比例调节器的基础上加入积分调节器，组成比例积分调节器，其控制规律为（4.2）式中Ti为积分常数，Ti越大积分作用越弱。积分调节器的突出优点是，只要被调量存在偏差，其输出的调节作用便随时间不断加强，直到偏差为零。在被调量的偏差消除后，由于积分规律的特点，输出将停留在新的位置而不回复原位，因而能保持静差为零。但单纯的积分也有弱点，其动作过于迟缓，因而在改变静态品质的同时，往往使调节的动态品质变坏，过度过程时间加长。因此在实际生产中往往在积分调节的基础上加入比例调节，把比例作用的及时性与积分作用消除静差的优点结合起来，构成比例积分调节器。●比例积分微分调节器（PID）比例积分调节消除系统误差需经过较长的时间，为进一步改进控制器，可通过检测误差的变化率来预报误差，根据误差变化趋势，产生强烈的调节作用，使偏差尽快地消除在萌芽状态，数学上描述这个概念用微分，因此在PI调节器的基础上加入微分调节，就构成了比例积分微分调节器，其控制规律为(4.3)(4.3)式中Td为微分常数，Td越大微分作用越强。在PID三作用调节器中，微分调节主要用来加快系统的响应速度，减小超调，克服振荡。将P、I、D三种调节规律结合在一起，既快速敏捷，又平稳准确，只要三者强度配合适当，便可获得满意的调节效果。(4.4)PID调节器的传递函数为(4.4)在工业过程控制中，模拟PID调节器的执行机构有电动、气动、液动等类型，PID调节规律用硬件实现。而在微机控制系统中采用数字控制器，即用软件来实现PID控制，因此要将模拟PID调节器离散化为数字PID控制算法。数字PID控制算法，是立足于连续系统PID控制器的设计，然后用微机进行数字模拟，这种方法称为模拟化（连续化）设计方法。由于它要求较小的采样周期，只能实现较简单的控制算法。当根据控制任务的要求，选择较大的采样周期或对控制质量有较高的要求时，就不能采用数字控制器的模拟化的设计方法，而应该选择数字控制器的直接设计方法。数字控制器的直接设计方法也称离散化设计方法，是Z平面上的设计方法，它根据系统的性能要求，运用离散控制理论，直接设计控制系统的数字控制器。与模拟化设计方法相比更具有一般的意义，它完全是根据采样系统的特点进行分析与综合，并导出相应的控制规律的。利用微机软件的灵活性，就可以实现从简单到复杂的各种控制规律。在工业过程控制中，模拟PID调节器的执行机构有电动、气动、液动等类型，PID调节规律用硬件实现。而在微机控制系统中采用数字控制器，即用软件来实现PID控制，因此要将模拟PID调节器离散化为数字PID控制算法。数字PID控制算法，是立足于连续系统PID控制器的设计，然后用微机进行数字模拟，这种方法称为模拟化（连续化）设计方法。由于它要求较小的采样周期，只能实现较简单的控制算法。当根据控制任务的要求，选择较大的采样周期或对控制质量有较高的要求时，就不能采用数字控制器的模拟化的设计方法，而应该选择数字控制器的直接设计方法。数字控制器的直接设计方法也称离散化设计方法，是Z平面上的设计方法，它根据系统的性能要求，运用离散控制理论，直接设计控制系统的数字控制器。与模拟化设计方法相比更具有一般的意义，它完全是根据采样系统的特点进行分析与综合，并导出相应的控制规律的。利用微机软件的灵活性，就可以实现从简单到复杂的各种控制规律。4.3标准数字PID控制算法为了实现微机控制生产过程变量，必须将式（4.3）表示的模拟PID算式离散化，变为数字PID算式，为此，在采样周期T远小于信号变化周期时，作如下近似（T足够小时，如下逼近相当准确，被控过程与连续系统十分接近）：(4.5)(4.5)式中T为采样周期，k为采样序号，k=0，1，2，……j，……，k。将（4.5）式代入（4.3）式，于是有：(4.6)(4.6)其中，u（k）为调节器第k次输出值；e（k）、e（k-1）分别为第k次，第k-1次采样时刻的偏差值。从式4.6可见，u（k）是全量值输出，每次的输出值都与执行机构的位置（如控制阀门的开度）一一对应，所以称之为位置型PID算法。在这种位置型控制算法中，由于算式中存在累加项，因此输出的控制量u（k）不仅与本次偏差有关，还与过去历次采样偏差有关，使得u（k）产生大幅度变化，这样会引起系统冲击，甚至造成事故。所以在实际中当执行机构需要的不是控制量的绝对值，而是其增量时，可采用增量型PID算法，现推导如下。由（4.6）式可得出控制量的增量Δu(k)为(4.7)(4.7)令，，则式（4.7）可写为(4.8)(4.8)为了更易于编程，可将式（4.8）进一步写为(4.9)(4.9)式中，当控制系统中的执行器为步进电机、电动调节阀、多圈电位器等具有保持历史位置的功能的这类装置时，一般均采用增量PID控制算法。4.4增量型PID算法的优点●位置型算式每次输出与整个过去状态有关，计算式中要用到过去偏差的累加值Σe(j)，容易产生较大的累积计算误差；而在增量型算式中由于消去了积分项，从而可消除调节器的积分饱和，在精度不足时，计算误差对控制量的影响较小，容易取得较好的控制效果。●为实现手动——自动无扰切换，在切换瞬时，计算机的输出值应设置为原始阀门开度u0，若采用增量型算法，其输出对应于阀门位置的变化部分，即算式中不出现u0项，所以易于实现从手动到自动的无扰动切换。●采用增量型算法时所用的执行器本身都具有寄存作用，所以即使计算机发生故障，执行器仍能保持在原位，不会对生产造成恶劣的影响。正因为具有上述优点，在实际控制中，增量型算法要比位置式算法应用更加广泛。

第5章智能IC卡燃气表的软件设计对一个完整的控制系统来说，硬件是骨架，软件是灵魂，二者缺一不可。软件的好坏直接影响整个系统的控制性能，本设计研究的是智能IC卡燃气表的设计，为了编写软件方便，根据模块化原理，采用分块编写和高度集中的原则。每个子程序都完成一定的功能，且具有相对的独立性。该做法不仅简单，而且一旦出现了问题，可以有针对性的进行调试和处理。5.1芯片间的通讯方式各个芯片间通过一定的工作方式使整个系统协调有序的工作着，最终完成相应的技术指标。现将该系统的主要的工作方式简单作以介绍：●A/D转换CPU与TLC549中断方式进行转换。这样可以节省CPU的时间去执行其他的程序。●显示显示采用串行输入，并行输出方式实现。●报警报警采用三极管驱动扬声器来发出蜂鸣声，起到警报作用。5.2控制系统软件设计5.2.1主程序主程序的功能是首先对所有芯片复位，初始化后，经外围设备，通过A/D转换器，将信号转换后进行读取，当IC卡中的金额不足或没有时，将显示出来并报警响铃，同时关闭电磁阀；续费后，电磁阀开启，功能正常。主程序流程图如图5.1所示。初始化单片机及外围设备初始化单片机及外围设备设置A/D通道读数据数据存储查询历史数据YLED显示是否金额已无？关闭电阀启动报警金额过低声音报警NYYN返回开始图5.1主程序流程5.2.2显示子程序电路中设计了4位LED显示器,其功能为:电路中设计了4位LED显示器,其功能为:左首位为百位数或标志位,左二位为十位数,左三位为个位数,左四位为小数点后的十分位数。如图5.2所示的显示子程序框图。取百位数取百位数查表取段选码送百位数灭LED输出完否？取送十位循环取送个位循环点亮LED返回YN图5.2显示子程序框图5.2.3IC卡读写程序与旧气量数相加读取购气量数正确IC卡IC卡密码正确？开阀与旧气量数相加读取购气量数正确IC卡IC卡密码正确？开阀气量大于零NNNYYYIC卡读写中断入口中断返回图5.3IC卡读写流程图结论我国民用燃气表的收费，过去采用的是人工抄表、按户收费的方式，工作繁琐而且容易出错。因此，燃气部门一直在寻求一种方便实用的收费方法，先后试用过集中抄表系统、联网式抄表系统，但这些系统都没有从根本上摆脱抄表的麻烦，而且有的系统过于复杂、成本高、不稳定。为了改变这种现状，将IC卡技术应用到燃气表计量中。IC卡又称为集成电路卡，能够抗磁性，并能按人的意识进行读写，读写次数可达10万次以上。考虑系统的成本及稳定性，我基于AT89C51单片机设计出了IC卡燃气表系统。本设计主要阐述了IC卡燃气表的硬件、软件设计方案，包括系统功能、工作原理、结构框图、硬件各部分电路设计及其软件程序编写等。涉及领域包括电子、单片机、汇编语言等多门学科。在本系统的设计过程中，硬件方面的重点是燃气表测量电路、控制电路等的设计。软件部分采用AT89C51单片机的汇编语言编写，设计中应用模块化设计结构，完成了电表的计费功能。通过本次毕业设计，有很多更深入的东西有待开发和利用，其发展前景是广阔的，有较高的社会价值和经济价值。由于我的知识水平有限，设计中遇到许多的难题，但在老师的帮助下，得到了相应的解答，使我在设计中不断的增长知识，拓展思路。参考文献[1]王丽,李劲伟.TLC549A/D转换电路在EDA实验系统上的实现[J].河南科技大学学报，2002,(05):12-32[2]欧阳兵,吕艳萍,宋述波,骆德昌.串行A/D转换器TLC2558接口的设计[J].电子工程师，2002,(09):76-90[3]何立民.单片机应用系统设计[M].第一版.北京:北京航空航天大学社,1990:25-47[4]姜迎新.国外电子元器件[M].第一版.北京:北京交通大学出版社,2004:24-35[5]李涛.新型单片机AT89C51及其应用举例[J].计算机应用，1996,（04）:13-25[6]徐文达,刘欣然.智能卡读卡器的设计与实现[J].计算机工程与应用，1997,（10）:89-101[7]肖建辉.由单片机构成的带串行接口的LED显示驱动器[J].单片机与嵌入式系统的应用，2002,(01):87-91[8]沙占友.单片机外围电路设计[M].第一版.北京:电子工业出版社,2003:30-50[9]刘小芳,曾黄麟,吕炳朝.单片机的多串口扩展技术的设计[J].计算机测量与控制，2004,(11):34-41[10]于凌宇.当代传感器新技术应用[J].传感器技术,1998,(11):88-94[11]Shay,WilliamA.UnderstandingDateCommunicationandNetworks.BostonMA:PWS,1994:5-14.[12]陈章龙.实用单片机大全[M].第一版.哈尔滨:黑龙江科学技术出社，1989:58-65[13]苏斌.非接触式IC卡预付费燃气表的设计方法[J].电子工艺技术，2000,(03):39-51[14]李光东.单片机原理与接口技术[M].第一版.武汉:华中科技大学出版社,1992:110-122[15]Michealhill.TheDevelopmentofSemiconductorTechnologyExpectationsforFutureSmartCard.TheSmartCardGuide,1995:85-96[16]饶志强,叶念渝.数字滤波器的探讨与实现[J].计算机与数学工程,2005(07):11-14[17]张小牛,侯国屏.虚拟仪器技术回顾与展望[J].测控技术,2000(09):19-27[18]龙志强,赵海龙.虚拟仪器测试技术研究[J].仪表技术,2000(03):48-54[19]MSP430WindowWork-BenchInterfaceGuide.TexasInstruments.1999:23-45[20]方佩敏.新编传感器原理与应用[M]．北京：电子工业出版社，1994:48-60致谢这次毕业设计是在我的导师王宇老师的指导下完成的，从他那里我学到许多技术理论和开发经验，使我受益匪浅。我的导师王宇老师在我设计的整个过程中，一直给予我无私的帮助。他不但在设计思路中给我很多指点，使我在设计中遇到的一些问题得到尽快的解决。通过本次毕业设计，让我学到很多课堂上学不到的知识，而王宇老师对我的热心指导和帮助，更让我学到很多道理。在此我对王老师表示深深的感谢。同时，我还要感谢许多帮助我顺利完成本次毕业设计的同学，在此对他们我也表示由衷的感谢。由于能力有限，本次设计中难免有错误和漏洞，望各位老师给予批评指正。附录Ⅰ英文翻译CompleteA/D574ConverterComplete12-BitA/DConverterwithReferenceandClock8and16BitMicroprocessorBusInterfaceGuaranteedLinearityOverTemperature0ºCto+70ºC–AD574AJ,K,L–55ºCto+125ºC–AD574AS,T,UNoMissingCodesOverTemperature35μsMaximumConversionTimeBuriedZenerReferenceforLong-TermStabilityandLowGainT.C.10ppm/CmaxAD574AL12.5ppm/CmaxAD574AUCeramicDIP,PlasticDIPorPLCCPackageAvailableinHigherSpeed,Pinout-CompatibleVersions(15μsAD674B,80msAD774B;10μs(withSHA)AD1674)AvailableinVersionsCompliantwithMIL-STD-883andJANQPLPRODUCTDESCRIPTION：TheAD574Aisacomplete12-bitsuccessive-approximationanalog-to-digitalconverterwith3-stateoutputbuffercircuitryfordirectinterfacetoan8-or16-bitmicroprocessorbus.Ahighprecisionvoltagereferenceandclockareincludedon-chip,andthecircuitguaranteesfull-ratedperformancewithoutexternalcircuitryorclocksignals.TheAD574AdesignisimplementedusingAnalogDevices’Bipolar/I2Lprocess,andintegratesallanaloganddigitalfunctionsononechip.Offset,linearityandscalingerrorsareminimizedbyactivelaser-trimmingofthin-filmresistorsatthewaferstage.ThevoltagereferenceusesanimplantedburiedZenerforlownoiseandlowdrift.Onthedigitalside,I2Llogicisusedforthesuccessive-approximationregister,controlcircuitryand3-stateoutputbuffers.TheAD574Aisavailableinsixdifferentgrades.TheAD574AJ,K,andLgradesarespecifiedforoperationoverthe0°Cto+70°Ctemperaturerange.TheAD574AS,T,andUarespecifiedforthe–55°Cto+125°Crange.Allgradesareavailableina28-pinhermetically-sealedceramicDIP.Also,theJ,K,andLgradesareavailableina28-pinplasticDIPandPLCC,andtheJandKgradesareavailableinceramicLCC.TheS,T,andUgradesinceramicDIPorLCCareavailablewithoptionalprocessingtoMIL-STD-883CClassB;theTandUgradesareavailableasJANQPL.TheAnalogDevices’MilitaryProductsDatabookshouldbeconsultedfordetailson/883BtestingoftheAD574A.PRODUCTHIGHLIGHTS1.TheAD574Ainterfacestomost8-or16-bitmicroprocessors.Multiple-modethree-stateoutputbuffersconnectdirectlytothedatabuswhilethereadandconvertcommandsaretakenfromthecontrolbus.The12bitsofoutputdatacanbereadeitherasone12-bitwordorastwo8-bitbytes.2.Theprecision,laser-trimmedscalingandbipolaroffsetresistorsprovidefourcalibratedranges:0voltsto+10voltsand0voltsto+20voltsunipolar,–5voltsto+5voltsand–10voltsto+10voltsbipolar.Typicalbipolaroffsetandfull-scalecalibrationerrorsof±0.1%canbetrimmedtozerowithoneexternalcomponenteach.3.TheinternalburiedZenerreferenceistrimmedto10.00voltswith0.2%maximumerrorand15ppm/°CtypicalT.C.Thereferenceisavailableexternallyandcandriveupto1.5mAbeyondtherequirementsofthereferenceandbipolaroffsetresistors.4.AD674B(15ms)andAD774B(8ms)providehigherspeed,pincompatibility;AD1674(10ms)includeson-chipSample-HoldAmplifier(SHA).THEAD574AOFFERSGUARANTEEDMAXIMUMLINEARITYERROROVERTHEFULLOPERATINGTEMPERATURERANGEDEFINITIONSOFSPECIFICATIONSLINEARITYERRORLinearityerrorreferstothedeviationofeachindividualcodefromalinedrawnfrom“zero”through“fullscale”.Thepointusedas“zero”occurs1/2LSB(1.22mVfor10voltspan)beforethefirstcodetransition(allzerostoonlytheLSB“on”).“Fullscale”isdefinedasalevel11/2LSBbeyondthelastcodetransition(toallones).Thedeviationofacodefromthetruestraightlineismeasuredfromthemiddleofeachparticularcode.TheAD574AK,L,T,andUgradesareguaranteedformaximumnonlinearityof1/2LSB.Forthesegrades,thismeansthatananalogvaluewhichfallsexactlyinthecenterofagivencodewidthwillresultinthecorrectdigitaloutputcode.Valuesnearertheupperorlowertransitionofthecodewidthmayproducethenextupperorlowerdigitaloutputcode.TheAD574AJandSgradesareguaranteedto1LSBmaxerror.Forthesegrades,ananalogvaluewhichfallswithinagivencodewidthwillresultineitherthecorrectcodeforthatregionoreitheradjacentone.Notethatthelinearityerrorisnotuser-adjustable.DIFFERENTIALLINEARITYERROR(NOMISSINGCODES)Aspecificationwhichguaranteesnomissingcodesrequiresthateverycodecombinationappearinamonotonicincreasingsequenceastheana