基于动力机械传动效率测量系统的设计说明书

- 1 -1 前言1.1 国内外研究现状当今社会的发展，是信息化发展的社会。在信息时代，人们的社会活动将主要依靠对信息资源的开发及获取、传输与处理。而传感器是获取自然领域中信息的主要途径与手段，是现代科学的中枢系统。它是指那些对被测对象的某一确定的信息具有感受与检出功能，并使之按照一定规律转换成与之对应的可输出信号的元器件或装置的总称。传感器处于研究对象与测控系统的接口位置，一切科学研究和生产过程所要获取的信息都要通过它转换为容易传输和处理的信号。如果把计算机比喻为处理和识别信息的“大脑 ”把通信系统比喻为传递信息的“神经系统” ，那么传感器就是感知和获取信息的“感觉器官” 。传感器技术是在 20 世纪的中期才刚刚问世的。在那时，与计算机技术和数字控制技术相比传感技术的发展都落后于它们，不少先进的成果仍停留在实验研究阶段，并没有投入到实际生产与应用中，转化率比较低。传感器技术是现代科技的前沿技术，发展迅猛，同计算机技术与通信技术一起被称为信息技术的三大支柱，许多国家已将传感器技术列为与通信技术和计算机技术同等重要的位置。现代传感器技术具有巨大的应用潜力和广泛的开发空间 发展前景十分广阔。在国外，传感器技术主要是在各国不断发展与提高的工业化浪潮下诞生的，并在初期多用于国家级项目的科研研发以及各国军事技术、航空航天领域的试验研究。然而，随着各国机械工业、电子、计算机、自动化等相关信息化产业的迅猛发展，以日本和欧美等西方国家为代表的传感器研发及其相关技术产业的发展已在国际市场中逐步占有了重要的份额。我国从 20 世纪 60 年代开始传感技术的研究与开发，经过从“六五”到“九五”的国家攻关，在传感器研究开发、设计、制造、可靠性改进等方面获得长足的进步，初步形成了传感器研究，开发、生产和应用的体系，并在数控机床攻关中取得了一批可喜的，为世界瞩目的发明专利与工况监控系统或仪器的成果。但从总体上讲，它还不能适应我国经济与科技的迅速发展 我国不少传感器、信号处理和识别系统仍然依赖进口。同时，我国传感技术产品的市场竞争力优势尚未形成，产品的改进与革新速度慢，生产与应用系统的创新与改进少。1.2 选题的意义机械效率是反映机械性能的优劣的重要标志之一。齿轮减速器传动是一种在工程实际中被广泛应用的传动机械。任何机械在其运行过程中受到多种因素的影响都- 2 -会有能量的损失,齿轮减速器传动也不例外。此外,当今的机械传动正朝着大功率、小体积、高效率以及长寿命的方向发展,机械工业各领域中都非常重视对齿轮传动机械效率的研究,它的效率的好坏直接影响到整个设备的运行效率，还会影响到整个设备的费用，影响到企业的经济效益。因此，研究机械传动装置效率极其影响因素显得尤为重要，它为最大限度地在设计，使用齿轮减速器传动装置过程中提高其效率，从而提高企业经济效益具有十分重要的意义。 齿轮传动以其传动功率和速度的适用范围广、传递比稳定、传动效率高、使用寿命长、可靠性能好和结构紧凑等一系列优点而被广泛的应用。但在对齿轮传动效率进行测试时，因其功率损失（即齿轮啮合时的摩擦损失、搅动润滑油时的油阻损失以及轴承的摩擦损失等）相对较小，若采用传统的手工测试手段，不但操作复杂、可靠性能差、测试的数据误差大、测量精度低，而且得到的测试数据很难正确表达效率与转速、效率与扭矩之间的关系，所以用现代的测试技术替代传统的测试手段已成为不可回避的现实。为此，我们利用微电子技术，实现了齿轮传动效率的计算机辅助测试。其测试过程简单，测试结果准确可靠。1.3 设计的内容和目的旋转机械的功率与效率是机械工业中常见的物理量。旋转机械结构的功率是作用在旋转轴上的扭矩与旋转轴的转速的积，P = k Mn式中，k 为与单位制有关的系数， M 为作用在旋转的机械上的扭矩，n 为转速。旋转机械的输出功率 P 出与输入功率 P 入之比就是该旋转机械的效率 ，即 = P 出/P 入该设计题目属于机电一体化系统设计的内容，应用到课程包括：测试技术、机电一体化系统设计、机械设计、机械原理、机械零件、机电传动、机械制图、理论力学、材料力学、机械制造及基础、互换性与技术测量、数控技术、计算机辅助电路设计、计算机辅助绘图等。完成基于动力机械传动效率测量系统的整体设计，包括整体动力机械的结构系统、夹持系统、传感器的调整和固定系统、自动控制系统等几个部分。该系统的指标如下：采用转矩转速测量仪、传感器及磁粉制动器等电子仪器完成系统配置；采用 ZJ 型转矩转速传感器，此传感器串接于功率扭力轴之间，它与ZJYW1 型转矩转速测量仪配合使用，可以测量 06000 转/分范围内的扭矩与转速；施力系统的动力源采用调速电机，速度调节范围为 06000 转/分；采用 CZ 型磁粉制动器的制动功率为 20kgM；实验装置要求不同心度误差应小于 0.1mm。- 3 -图 1.3 机床主轴箱的功率与效率测试系统框图此装置中，为了避免在传感器扭力轴上产生附加弯矩，安装时，必须使被测机械、传感器、负载等具有较好的同心度。当存在弯矩时，不仅降低了测量精度，在某些情况下，甚至可能使扭力轴损坏。本装置要求不同心度误差应小于 0.1mm。此装置的全部联轴器均采用桡性联接（用尼龙绳、联轴器） ，使联轴器只能传递扭矩，不传递弯矩。这样将显著改善传感器的工作条件，以保证较高的测量精度。 图 1.4 测试系统原理框图- 4 -2 总体设计方案测定效率的方式主要有两种：封闭功率流式与开放功率流式。前者者采用输出功率反馈给输入的方式，电源只供给齿轮传动中摩擦阻力所消耗的功率，可以大大减小功耗。后者借助一个加载装置（机械制动器、电磁测功器或磁粉制动器）来消耗齿轮传动所传递的能量。其优点是与实际工作情况一致，简单易行，实验装置安装方便；缺点是动力消耗大，对于需作较长时间试验的场合（如疲劳试验） ，消耗能力尤其严重。因此这种实验方案采用较多。2.1 转速测量方法的选择转速计根据工作原理分为计数式、模拟式和同步式三大类。计数式转速测量的方法是用某种方法数出一定时间内的总转数；模拟式的测量方法是测出由瞬时转速引起的某种物理量（如离心力、发电机的输出电压）的变化，同步式的测量方法是利用已知频率的闪光与旋转体的旋转同步来测出转速，根据转速转换方式的不同，有不同的转速测量方法，测量方法如下。（1）技术式机械式：利用齿轮传动，适合中、低速测量，结构简单价格便宜。光电式：利用来自旋转被测体上光线，适合中高速，没有扭矩损失结构简单。电磁式；利用磁电转换器将转速转换成磁电冲，适合中高速。（2）模拟式机械式：利用离心率与速度平方成正比的关系，适合中低速，结构简单。电容式：利用电容充放电回路产生与速度成正比的电流，最高可测10000r/m.发电机式：利用电机直流与转速成正比的关系，可远距离指示。（3）同步式机械式：带动带槽的圆盘，目测与旋转体的转速，中速，无扭矩损失。闪光式：利用已知频率闪光测出与旋转体同步频率。 该方案选用 ZJYW1型转矩转速测量仪，ZJYW 1型转矩转速测量仪，通过与 ZJ 型转矩转速传感器配套使用，是一种测量各种动力机械的传动力矩和转速的高精度直读式（数字显示）的电子仪器。在它的面板上有两个显示窗，一个窗用于显示转矩（Nm） ；另一个窗用于显示转速（rpm） 。仪器还具有转矩和转速模拟量输出，可与A/D 板或 SC-16 型光线记录示波器配用，对瞬时变化的转速波形进行测试或记录，绘制动态曲线，供作过渡过程动态分析用。此外，转矩转速测量仪与其它非电量-相位差变换器传感器配套使用，可对拉- 5 -力、压力、重力、厚度和流量等非电量进行测量。这就对于我国机械工业的新产品试制或现有产品的质量检查以及质量的提高提供了一种新式的实验设备。2.2 转矩转速传感器的选择目前在转矩测量中, 传递类转矩传感器应用十分广泛。该类传感器按转矩信号的产生方式可分为光学式、光电式、磁电式、应变式、电容式、钢弦式及机械式。同时还可根据信号传输的方法不同而分为接触型和非接触型两种。一般每分钟几百转以下的低转速场合采用接触式。每分钟几百转至一万转甚至更高的转速场合采用非接触式。从转矩传感器的发展历程来看, 电阻应变式转矩传感器由于具有测量精度高, 结构简单 , 造价低廉 , 方便与计算机相联等一系列优点, 无疑代表转矩传感器的最新发展方向。接触式转矩传感器, 其特点是:非常适合测量静止扭矩, 也可以测量低速转动扭矩;体积小、重量轻、易于安装; 存在导电滑环的磨损, 寿命有限, 不适合高转速场合。无接触式转矩传感器的特点:无接触, 使用寿命不限; 转换精度高,A/D 转换内码可达 10 万以上; 由于采用微电子技术, 测量可靠性大大提高;体积小, 重量轻, 易于安装; 由于内藏 CPU 电路, 可以实现各种补偿。使其精度大大提高, 最高可达(0.030.1)%F.S。此种传感器与以往的其它类型的传感器相比较而言, 由于真正实现了数字的无线发射与接收, 因此它可以直接与带有 232 或 485 的数字仪表或计算机相联,可以实现联网测量与控制, 是属于一种智能型数字转矩传感器。综上所述选择 ZJ 型传感器，此传感器串接于功率扭力轴之间，它与 ZJYW1 型转矩转速测量配合使用，可以测量 06000 转/分范围内的扭矩与转速。此传感器的内、外齿轮是多极的磁性结合。其内、外齿轮并不啮合，齿顶间留有工作气隙。内、外齿轮的齿顶相对时，气隙最窄；齿顶和齿槽相对时，气隙变宽。内外齿轮在相对旋转时，齿顶与齿槽交替相对。当转动一个齿时，工作气隙发生一个周期的变化，磁路的磁阻和磁通随之相应作周期变化。因此，在感应线圈中感应出近似正弦波的电讯号。此电讯号瞬时值的变化和内、外齿轮的相对位置的变化是一致的。ZJ 型传感器的内部结构主要由扭力轴、永久磁钢、感应线圈、转筒、小电机、壳体等部件组成。当扭力杆与套筒（转筒）发生相对运动时，在每一个检测线圈内感应出近似正弦波的信号；在扭力杆（轴）上没有负载时，两端检测线圈所输出的- 6 -信号有一个固定的相位差；当扭力杆加上负载后，扭力杆被扭转（扭转变形角 ）其变形大小与传送的扭力矩 T 成正比，从检测线圈感应输出的信号发生相位差的变化。这相位差的变化反映所要测量的扭力矩。图 2.2 结构原理图 ZJ 型传感器属于接触式类型，所以该传感器能长时间地稳定操作，精确地测量低转速至高转速的扭矩，广泛地应用于测量各种变速齿轮装置的扭矩比、转速比和机械效率。ZJ 型传感器顶部的小电机是用于当测量转速较低时（低于 400 转/分） ，甚至在静止壮态下使用的。此小电机通过三角皮带传动，带动转筒、内齿轮和永久磁钢，使内外齿轮之间有足够大的相对转速，以保证低速时的测量精度（注意：驱动小电机的转向应与传感器主轴的转向相反）2.3 加载装置的选择加载装置分为静载加载装置和动载加载装置静载加载装置，在静载加载装置中包括重物加载、机械式加载、气压加载和液压加载。动载加载装置，动载加载装置也称为激震装置。它包括惯性力加载、激震器加载，其中包括震动台。液压加载装置的特点：优点：(1)液压传动的各种元件、可根据需要方便、灵活地来布置；- 7 -(2)重量轻、体积小、反应速度快；(3)操纵控制很方便，可实现大范围的无级调速；(4)可自动实现过载保护；(5)一般采用矿物油为工作介质，相对运动面可自行润滑，使用寿命长；(6)很容易实现直线运动；(7)容易实现机器自动化，当采用电液联合控制后，不仅可实现更高程度的自动控制，而且可以实现遥控。缺点：需要良好的维护保养由于液压部件是精密部件并在高压力之下使用，因此需要良好的维护保养，以防止生锈、污垢、油变质等等，所以必须保持清洁和使用适当的液压油。磁粉制动器特点：（1）可以轻松进行大范围的控制。 （2）可以达到连续滑动运转。 （3）可以得到安定的扭力。 （4）无鸣叫音。运动面的滞滑现象会发生于摩擦方式，但是在此不会出现，而且也不会发出连结音，所以运转是相当安静。 （5）热容量很大。由于使用了耐热性优越的磁粉及运用了理想的冷却方法，即使是过于严酷的连续滑动运转，也是可以安心使用。 （6）可以达到平顺的连续及驱动状态。由于静摩擦系数和动摩擦系数几乎一样，所以完全连结时不会产生震荡，可以实现负载加减速度。综上所述选择 CZ 型磁粉制动器，磁粉制动器是“ 电磁粉末制动器”的简称，是一种以高导磁性的磁粉为工作媒介的，以激磁电流为控制手段的性能优越的新型自动化控制元件。CZ 型磁粉制动器是根据电磁原理，通过磁链而传递力矩的新型制动器材。其内部结构比较简单。在定子与转子的间隙中填入磁粉。在尚未加载前（激磁线圈未通过电流时） ，磁粉主要附着在定子的表面。当慢慢加载时，激磁线圈通过直流电流，此时产生强磁通，磁粉立即沿磁通连接成一条条链形，此刻磁粉间的结合力和磁粉与工作间的摩擦力产生制动力矩。该力矩与激磁电流基本成正比（线性关系） 。电流增大，制动力也慢慢增大（激磁电流增大的幅值是有一定限度的） 。输入的机械能在磁粉制动器内转换成克服摩擦制动力矩而变成热能。为了防止磁粉发热，使磁粉制动力矩稳定，需要采取降温冷却措施。较大的磁粉制动器，一般使用水冷却。CZ 型磁粉制动器的激磁电流由 WIJ-2 型稳定电源箱供给。在这个稳定电源箱面板的左下方设有“电流调节”旋钮，可任意调节各种输出稳恒直流电流的大小，以控制磁粉制动器产生各种制动力矩。- 8 -图 2.3 磁粉制动器1- 激磁线圈 2-定子 3-磁粉 4-转子 5-扭力轴 6-水管接头综上所述本设计采用 ZJ 型转矩转速传感器、ZJYW1 型转矩转速测量仪、CZ 型磁粉制动器等电子仪器完成系统配置。- 9 -3 机械系统设计3.1 电动机的选型由工作原理知由于此装置的需要电动机应选用调速电机，速度调节范围为06000 转/分。配套驱动器 SCA-B4-70-10 时，可以进行速度和位置控制，最大输出功率可达 700W。调速范围是： 0 6000 转/分。初选电动机型号为 RECM343/3，其参数如下表 3.1 所示表 3.1 RECM343/3 技术数据输出功率/KW 42额定转速/(r/min) 5000启动扭矩/(N.m) 8转动惯量/ 2gcm 62电压/v 24/48质量/Kg 173.2 联轴器的选型一般采用弹性柱销式联轴器即可，但是应尽可能减少联轴器的质量，这些对小规格传感器和高速传感器尤其重要。为了使传感器不承受弯矩，应该采用扰性联轴器（例如尼龙绳联轴器） ，这将显著改善传感器的工作条件，保证测量的精度。这类联轴器传递转矩的能力很大，结构更为简单，安装制造方便，耐久性非常好，还具有一定的缓冲和吸震的能力。图 3.1 LX1 联轴器- 10 -公称转矩（3.1）66 4p30=9.510.5m=1.30n2TNmN由表查得 ,故由（3-2）得计算转矩为AK= （3.2）ca 4.3105式中，T 为公称转矩， ； 为工作情况系数。NAK从 GB/T-5014-2003 中查得 LX1 型弹性柱销联轴器公称转矩 250 ，许用最mN大转速 8500 ，轴径 12-24 mm 之间，故合用。r/min3.3 轴座的设计及其轴承的选型为了避免传感器在弹性轴上产生弯矩，在安装时必须使原动机、传感器、负载三者之间具有良好的同轴度，当存在弯矩时，将会降低测量的精度，在有些情况下，甚至可能使弹性轴发生损坏。在使用小规格的传感器时，尤其应保证较高的同轴度。ZJ 型转矩转速传感器的安装一般为水平安装，也可以作垂直安装，但不允许传感器承受过大的轴向力。增加中间支承的目的是为了保证传感器不受因频繁更换测试设备而造成安装同轴度的变化，由此引起测试数据的变化，同时可避免因安装不同轴使传感器承受较大的弯矩，从而引起测试数据的不稳定。如果能保证安装同轴度（0.05mm） ，或者由于安装场地的限制，可去掉中间支承。图 3.3 轴承支座 由于对此位置的轴承要求不是很严格不需要进行承载能力计算，故根据轴颈选- 11 -择相应的轴承即可。查 GB/T 276-1944 得选用 6001 型轴承 d=12，基本额定静载荷 2.38，极限转速1900026000r/min.3.4 基座的设计该机械传动效率测量台是一个多功能综合试验台，可进行有关典型机械传动如带传动、链传动、齿轮传动及组合等基本实验，试验台可用同一底座及其配套设施组装成多种测试机械性能的综合试验台。该底座设计有 4 条 T 型槽，可以灵活的把各种设备布局在实验台上，改变了以往根据底座的尺寸来改变实验设备的做法，大大的降低了实验经费，还可以根据设备需要配备小底座，以提高设备的高度提高整个设备的同轴度，该设计很好的提高了测试的准确性，尽可能小的较少了误差。为整个实验的成功打下了良好的基础。图 3.4 底座 - 12 -3.5 传感器的选型及其原理说明有方案论证得传感器选择 ZJ 系列ZJ 系列转矩转速传感器主要用于测量各种动力机械的转速和扭矩，在选用传感器时，首先要确定被测设备的最大扭矩和转速的大小，被测设备的最大扭矩最好使用在传感器额定扭矩的 2/3120%的范围内，且最高转速不要超过传感器的额定转速。这样既可保证所选传感器能在长期使用中的安全可靠性，又可以保证较高的测量精度。在知道被测功率及工作转速时，可按下式计算被测扭矩的大小。计算扭矩：M = = =47.6 (3.5)P0.0001047n 30.1476NMM：牛顿米N：转/分P：千瓦有计算可得选择 ZJ50 型转矩转速传感器，额定扭矩 50 ，额定转速N06000 .r/min图 3.5 ZJ50 型转矩转速传感器 图 3-5 为传感器的结构示意图，它由机座、扭力轴、内齿轮、外齿轮、磁钢、线圈轴承等组成。内齿轮、磁钢固定在套筒上，线圈固定在端盖上，外齿轮固定在- 13 -扭力轴上，当内外齿轮发生相对转动时，由于磁通不断变化，在线圈中便感应出近似正弦波的感应电势小 u1、u2，两感应电势的初始相位差是恒定的，考虑到正、反加载， 0设计在大约 180 位置上，当加上扭力时，扭力轴发生扭转变形。在弹性范围内加扭矩与机械扭矩成正比，这时 u1、u2 讯号的相位差要发生变化，= 0。当传感器的扭矩增加到额定值时，变化的相位 大约为 90。因此，测量 出就等于间接测量出轴上的外加转矩，这样，传感器就实现了把机械量(扭角变化)转化成电子置(相位差变化)的过程。图 3-6 为讯号的时序波形图。此时，扭力轴的机械扭转角 为 360Z 的(Z 为齿轮齿数)。图 3.6 时序波形图 了确保传感器测量精度，在使用环境温度和标定温度不相同时，按下式堆传感器标定系数进行修正：(3.5)t00=1()cXt式中：Xt温度为 t 时的传感器系数；温度为 时的传感器系数，即铭牌上所标注的系数值；t00t测量时实际环境温度(C)；标定传感器时的环境温度(C)；0 G剪切弹性模量 G 时温度系数，本传感器变形轴材料为 50CrVA， G=0.027%/C， 。3.5.1 小电机的用途传感器上端的小电机是一个辅助电机。因为 ZI 传感器规定低于 600r/min 转速时要启动小电机，否则，影响扭矩测量精度。其原因为：ZJ 传感器为磁电式传感器，转速过低将引起信号幅度的下降，而有可能使得仪器无法正常工作出现异常，- 14 -一般要求信号幅度大于 0.2V 有效值。：转速过低，扭矩信号频率下降将引起扭矩测量误差（整量化误差）的增大。因此启动小电机，提高传感器内外齿的相对转速，以解决影响传感器工作的问题。如若要求不高，可以将显示转速减去小电机转速（可在主轴不转时启动小电机测得） ，但要注意因小电机为异步电机，且为皮带传动，其转速不可能是绝对稳定的。如若要求高精度测量转速（例如测齿轮箱效率） ，可以选用带内齿套桶测速的传感器，可实时扣除小电机转速，此时仪器显示的是主轴真正的转速。- 15 -4 控制系统设计4.1 电路工作原理由于在设备中加了两个测转矩转速的传感器装置，当传感器内外齿轮发生相对转动时，由于磁通不断变化，在线圈中边感应出近似正弦波的感应电式，由于有两个传感器，故输出的有两个模拟信号两个脉冲信号，所以此电路采用两个 8255 实现0/1 信号的转化，采用 AD574 实现数转换4.2 单片机的选择单片机是整个系统的核心，其程序主要包括模拟信号通道选择部分、并行数据采集部分和并行数据传输部分；单片机选择 80C52 能很好的满足检测系统性能的要求，其部分引脚功能如下：图 4.2 80C52 管脚图 主电源引脚 Vcc 和 VssVcc-(40 脚)接+5V 电压；Vss-(20 脚)接地。 外接晶体引脚 XTAL1 和 XTAL2XTAL1(19 脚)接外部晶体的一个引脚。在单片机的内部，它是一个反向放大器的输入端，这个放大器构成了片内振荡器。此检测系统采用外部振荡器，而此引脚- 16 -作为驱动端。XTAL 2(18 脚) 接外部晶体的另一端。在单片机内部，接至上述振荡器的反向放大器的输出端就可以。 控制或其它电源复位引脚 RST/VDP、ALE/PROG、PSEN 和 EA/Vpp RST/Vpd (9 脚)当振荡器运行的时侯，再次引脚上 出现两个机械周期的高电平时单片机故为。根据检测系统电路图可知，该系统复合电路实现 80C52 的复位(手动复位电路和上电复位电路) ，在上电复位电路中，在 9 引脚和 Vss 引脚之间连接一个约 8.2K 的下拉电阻，与 Vcc 引脚之间连接一个约 10F 的电容，以保证可靠地复位。Vcc 掉电期间，此引脚可接上备用的电源，以保证内部 RAM 的数据不会丢失。当 Vcc 主电源下掉到低于规定的电平时，而 Vpd 在其规定的电压范围(50.5V)内，Vpd 就向内部 RAM 提供备用的电源，完成掉电保护的功能。 ALE/ (30 脚)PROG当访问外部存储器的时候，ALE(允许地址锁存) 的输出用于锁存地址的地位字节。即使不访问外部存储器，ALE 端仍以不变的频率周期性的出现正脉冲信号，此频率为振荡器频率的 1/6。因此，它可用对外输出的时钟，或用于定时的目的。然而要注意的是，每当访问外部数据存储器的时侯，将跳过一个 ALE 脉冲。ALE 端可以驱动( 吸收或输出电流 )8 个 LS 型的 TTL 输入电路。 (29 脚)PSEN此脚的输出是外部程序存储器的读选通信号。再从外部程序存储器读取指令(常数)期间，每个机器出现。周期两次 有效。但在此期间，每当访问外部数据存PSEN储器时，这两次有效的 信号将不 同样可驱动（吸收或输出）8 个 LS 型TTL 输入。 /Vpp(31 引脚)EA当 端保持高电平时，访问内部的程序存储器，但在 PC(程序计数器)值超过1FFFH 的时侯，将自动转向执行外部程序存储期内的程序。当 保持低电平时，EA则只访问程序存储器，不管是否有内部程序存储器。80C52 编程期间，在 EPROM编程期间，此引脚也用于施加 21 伏的编程电源(V pp)。 输出/输入(I/O)引脚 P0、P1、P2、P3 （共 32 根） P0 口（39 脚-32 脚）是双向 8 位三态 I/O 口，在外接存储器时，与地址总线的低 8 位机数据总线是复用的，能以吸收电流的方式驱动 8 个 LS TTL 的负载。 P1 口(1 脚-8 脚)是 8 位准双向 I/O 口。由于这种接口输出没有高阻状态，输入也不能锁存，故不是真正的双向 I/O 口。P1 口能驱动(吸收或输出电流 )4 个 LS TTL 负载。 P2 口(21 脚-28 脚)- 17 -是 8 位准双向 I/O 口。在访问外部存储器的时侯，它可以作为扩展电路的高 8位地址总线送出高 8 位地址。在 EPROM 编程和程序验证期间，它接受高 8 为诶地址，P2 可以驱动 (吸收或输出电流)4 个 LS TTL 负载。 P3 口(10 脚-17 脚)是 8 位准双向 I/O 口，在 MCS-51 中，这 8 个引脚还用于专门的功能，时复的时候用双功能口。P3 能驱动（吸收或输出电流） 4 个 LS TTL 负载。作为第一功能使用时，就是作为普通的 I/O 口用，功能和操作方法与 P1 口是相同的。作为第二功能使用时，各引脚的定义如下表 4.2 所示，值得强调的是，P3 口的每一条引脚均可独立的定义为第一功能的输入输出或第二功能。表 4.2 P3 口各线的第二功能定义口线 引脚 第二功能P3.0 10 RxD(串行输入口)P3.1 11 TxD(串行输出口 )P3.2 12 (外部中断 0)0INTP3.3 13 (外部中断 1)1P3.4 14 T0(定时器 0 外部输入)P3.5 15 T1(定时器 1 外部输入)P3.6 16 (外部数据存储器写脉冲)WRP3.7 17 (外部数据存储器读脉冲)D综上所述，80C52 单片机通过内外三线(数据总线、地址总线、控制总线)控制数据的传输工作，完成数据的采集，计算，存储的一体化过程。4.3A/D 转换芯片的选择AD574 是美国 AD 公司生产的一种 12 位高速逐次逼近型模数变换器，图 4-3所示片内自备时钟基准源，变换时间很快(25 s)，数字量输出具有三态缓冲器，可直接与微机的总线接 El，又可直接采用双极性模拟信号输入，有着广泛的应用场合和用途，供电电源为1 5 V，逻辑电源为+5 VCS ：片选，低有效CSCE ：片允许，高有效8031 的 WR 和 RD 相与非后接 CE，以确保 AD574A 在被启动变换或读出变换结果的操作时，CE 有效RC ：读变换，高为读 AD 变换结果，低为启动 AD 变换128 ：数据格式，高为 12 位并行输出，低为 8 位(或 4 位)并行输出本设计令其接地A0 ：字节地址短周期，高为 8 位变换输出低 4 位，低为 12 位变换输出高 8位STS ：变换状态，高为正在变换，低为变换结束STS 总共有三种接法：(1)空着：只能在启动变换 25 s 以后读 AD 结果；(2)接静态端口线：可用查询方法，待 STS为低后再读 AD 变换结果；(3)接外部中断线：可引起中断后，读 AD 变换结- 18 -果本设计夸其接 P1oREFIN ：基准输入REFOUT ：基准输出BIP OFF ：双极性方式时，偏置电压输入端DBIIDB0：12 位数据总线10VSPAN ：单极性 010 V 模拟量输入；双极性 0 5 V 模拟量输入该设计采用双极性 0 5 V图 4.3 AD574 管脚图 4.4 接口芯片的选择8255 是 Intel 公司生产的可编程并行 I/O 接口芯片，有 3 个 8 位并行 I/O 口。具有 3 个通道 3 种工作方式的可编程并行接口芯片（40 引脚） 。 其各口功能可由软件选择，使用灵活，通用性强。8255 可作为单片机与多种外设连接时的中间接口电路。 8255 作为主机与外设的连接芯片，必须提供与主机相连的 3 个总线接口，即数据线、地址线、控制线接口。同时必须具有与外设连接的接口 A、B、C 口。由于8255 可编程,所以必须具有逻辑控制部分，因而 8255 内部结构分为 3 个部分：与CPU 连接部分、与外设连接部分、控制部分。- 19 -图 4.4 8255 管脚图 4.4.18255