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基于单片机的压力液位控制系统的设计研究摘要本文介绍了国内外过程控制系统研究的发展过程、进展状况以及提高自动化程度的若干新技术：研究了过程控制实验装置的内在结构、控制对象以及主要特点；选取过程控制中的典型参数液位压力为控制对象，设计了以机为上位机、以（；单片机为下位机，并辅之以传感器、变频器阻及相关接口部件的二级集散控制系统；着重介绍了基于单片机的数据采集与处理系统和基于一通信标准的数据通信系统程序模块的设计思路、工作过程；介绍了提高系统抗干扰能力的看门狗电路。基于单片机的一过程控制系统的硬件和软件都采用模块化设计，硬件模块便于生产和维护；软件模块便于修改和升级。文中的数据采集与处理程序、上位机与下位机之间的通信程序都使用执行效率较高的汇编语言来完成，上位机的人机交互界面与数据输出程序采用高级语言来开发。通过本文的研究，总结出了基于单片机过程控制系统的优势：体积小，实际应用系统简单实用，成本低，效益好；具有较高的性能价格比；系统不易受到干扰，可靠性高。本文为基于单片机的过程控制系统应用到实际生产过程做了有益的尝试，为提高我国过程控制自动化水平提供了有参考价值的设计思路。关键词：过程控制单片机数据采集串行通信程序设计 -11 ， 。 ， ，： ， （一 ； ， ， ， ， ， ， ， ， 一 卜一 ， ； ， ， ， ， ， ： ；：， ： ： ： 插图清单图一实验装置工艺流程图图微机监控系统测绘的液位动态波形图单容水箱液位压力控制系统框图图单片机控制系统的结构框图图图，引脚与芯片的接口电路图数据采集子程序流程罔图数据传送子程序流程图图变速积分控制子程序流程图图图图串行口内部结构图格式及各位的定义格式及各位的定义图方式传输的祯格式图计算机与终端连接方法图上位机接收数据主程序流程图图上位机接收数据中断服务程序流程图图下位机发送数据主程序流程图图下位机接收数据程序流程图图下位机发送数据中断服务程序流程图图图程序流程图与接口电路图系统登陆界面图装置流程示意图图计算机控制界面图单片机控制屏面板图单片机控制典型液位曲线图图图图控制典型液位曲线控制的液位曲线图时的液位曲线时的液位曲线图， 时的液位曲线图 ，时的液位曲线图，时的液位曲线表格清单表控制寄存器中各位定义表通道的选择或测试电压的选择表数据长度的选择表输出数据的格式】表极性的选择表卜串行口的工作方式表系统参数的选取表 接口信号（）表叫电气性能表表 引脚功能表表 控件的属性值表一系统参数功能定义独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外。论文中不包含其他已经发表或撰写过的研究成粟，也不包含为获得盒壁王丝厶堂或其他教育机构静学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。学位论文作者签名：鼠虬蠢签字日期：年月 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解金垦工些盔堂有关保留，使用学位论文的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权金世王些盘堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文（保密的学位论文在解密后适用本授权书）学位论文储躲阎绒谙导师签名季武签字日期：町年月日签字日期：加哆年夕月日，学位论文作者毕业后去向工作单位；通讯地址；电话：邮编；致谢光阴似箭转眼间两年半的研究生生活也将告一段落了。在本文即将完成之际，我心潮澎湃，从进入课题到论文的顺利完成，许多师长、同学、朋友给予了我极大的帮助，在这里请你们接受我诚挚的谢意。本文是在我的导师朱武副教授的悉心指导下完成的。在整个研究生阶段，朱老师无论在学习上还是生活上都给我极大的帮助和鼓励。朱老师严谨的治学态度、尽心尽责的工作态度、平易近人的作风以及积极乐观的生活态度，都对我产生了很深的影响，将是我一生受益不尽的财富。在此向朱老师致以最诚挚的感谢！在研究生阶段的学习和研究生活中，真空教研室的陈长琦老师、干蜀毅老师、王君老师、王旭迪老师、唐志国老师给予了我无私的指导和热心的帮助，在此一并表示衷心的感谢。由衷感谢我的同学谢俊杨有财、高庞、刘珍、陈明在多年的学习和生活上给予我的帮助。感谢孙洁、徐正侠、谢祖强、陶贺、李森以及真空教研室所有的师弟、师妹们给我的论文提出的宝贵意见和平时生活上对我的帮助。由衷痞谢我的父母，是他们的无私奉献和全力支持为我铺平了前进的道路，让我在人生的旅程上一帆风顺，我将以更好的成绩来回报他们！最后，再次向所有关心和支持我的老师、同学、亲人和朋友们致以我最诚挚的谢意作者：阎晓倩年月第一章绪论过程控制的概念过程控制通常是指石油、化工、冶金、电力、轻工、纺织、建材、原子能等工业部门生产过程的自动化。过程控制技术是自动化技术的重要组成部分。在现代工业生产过程自动化中，过程控制技术正在为实现各种最优技术指标、提高经济效益和社会效益、提高劳动生产率、节能、环保和改善劳动条件等方面起着越来越大的作用。过程控制有很多分类的方法，若按被控参数的名称来分，有流量、压力、液位、成分、值等控制系统；按是否采用常规仪表和计算机来分，有仪表过程控制系统和计算机过程控制系统；按给定信号的特点来分，有定值控制系统、程序控制系统和随动控制系统等【。由于被控对象本身是千差万别的，所以要求过程控制系统的设计工作必须根据具体的工业设计过程的特性和工艺要求，通过选用过程检测控制仪表构成系统，再通过参数整定，实现对生产过程的最优控制。过程控制的国内外发展概况自从维纳创立控制论以来，自动控制理论经历了两个主要的发展阶段：经典控制理论阶段和现代控制理论阶段函。经过半个多世纪的发展，这些常规的控制方法已经形成了比较完善的学科体系，并获得了许多成功的应用。它主要是针对工艺过程的连续时间动态系统，要求对象必须量化，各种量化参数之间的关系能够用比较精确的数学模型来描述。随着科学技术的发展，现代工业的生产规模越来越大，复杂性越来越高，市场竞争也越来越激烈。因此，对企业的管理和生产过程的控制要求也越来越高。为了保证生产的高效稳定的运行，获得最大的经济效益，原来简单的、局部的、常规的控常和仅凭经验的管理在现代工业化生产面前就显得力不从心了。因此，在国内外，又有多种先进控制系统得到充分研究，如多变量预估控制（），优化控制（），连续过程的总体质量控制（），与工人智能相结合的智能控制（，包括模糊控制系统，专家系统等），适用于大时滞过程的先进控制（），能够进行故障检测和诊断的容错控制以及连续工业过程的计算机一体化生产系统（），等等。这些新的控制理论的出现，进一步推动了现代控制理论的发展，并且在常规控制理论的基础上产生了一个新的飞跃。，基于单片机控制的特点（）单片微机体积小，实际应用系统简单实用，成本低，效益好。（）系统配置以满足对象的控制要求为出发点，使得系统具有较高的性能价格比。（）应用系统通常将程序驻留在中，无需软硬磁盘做软件载体，使系统不易受到干扰，可靠性商，使用方便。（）应用系统所用存储器芯片可选用、芯片或利用掩膜形式生产，便于成批开发和应用，许多单片微机如系列和系列，开发芯片和应用芯片相互配套，使应用系统成本大大降低。（）由于系统小巧玲珑，控制功能强、体积小，便于安装于被控设备之内，大大推动了机电一体化产品的开发。课题的来源、目的厦所研究的主要内容本课题来自合肥工业大学实验室建设项目，目的在于对一实验装置进行控制、调节，使管道的流量、液位等参数值达到给定要求；减小或消除来自系统内部或外部的影响：克服滞后现象；提高系统的鲁棒性；优化控制参数等。本课题主要研究的是基于单片机对实验装置的液位压力参数的控制和调节，即以单片机为调节器，辅助以与单片机系统配套的、转换单元及电路，通过执行数字程序实现自动调整（设定值在单片机键盘上完成）。课题的意义在工业生产的实践中，人们普遍要求产品的质量“稳定”，而所谓产品质量的稳定实质上是指产品的某些最关键性的指标必须达到预定的要求：但是产品的性能指标的稳定往往是与产品生产过程中的工艺过程、工艺条件及工艺参数的稳定密不可分的。难以想象，在一个不稳定的、多变的生产条件下，能够生产出质量稳定的产品。事实上，在许多领域，过程控制的主要目的在于消除或减小外界的干扰对被控量的影响，使被控量能够稳定在给定值上。一个良好的控制系统不但要保护系统的稳定性和整个生产的安全，满足一定的约束条件，而且应该带来一定的经济效益和社会效益。因此，对于过程控制系统的设计，已不能采用单一基于定量的数学模型的传统控制理论稻控制技术必须进一步开发高级的过程控制系统，研究先进的过程控制规律。所以基于单片机的控制系统在过程控制的生产实践中，发挥了越来越重要的作用。单片微机在许多过程控制设备和产品中都得到广泛的应用。由于其体积小，价格低，具有逻辑判断、定时计数、程序控制等多种功能，在各个领域、各个行业都得到了广泛应用。不仅有常用的位机，而且位单片机和位单片机也得到了普及，随着过程控制精度要求的增加和运算速度的增快，位单片机也得到了进一步的应用。第二章卜过程控制实验系统型过程控制实验装置是杭州天科技术公司天煌教学仪器厂生产豹一种新型实验设备，下面简要介绍一下该实验装置的被控对象以及所能提供的过程检测控制仪表。实验装置所构建的控制对象一过程控制实验装置的对象模型是由上、下两个水箱构成液位、压力、流量三个参数的控制系统，由复合水箱和加热器构成温度控制系统。执行部件是三相变频调速交流鼠笼电动机，支流调速他励电动机和通过固态继电器控制的电热器。过程控制实验装置集多参数闭环控制为一体由过程控制对象、调节器模块、执行器模块、变送器模块等组成，各模块间灵活组合，基本包含了目前所有的工业控制方式，涉及温度、压力、流量、液位等重要的过程控制参数。控制对象主要由上、下两个水箱、一个电加热器复合水箱及一个储水箱组成。上、下水箱滚位或压力作为被控对象由两个水泵供水（由交流、直流调速电机、齿轮泵和压力传感器等组成），水箱水温作为被控对象是由温度传感器、加热器、固态继电器等组成；管道上装有电磁流量计、阀门等。水位、水温、压力以及供水流量均可作为被控变量。两个水泵可同时工作，也可单独工作，还可以将其中一个作为执行器，另一个作为干扰源。整个对象可设计成一阶、二阶系统。系统的工艺流程图如图所示，交流电动机从储水箱中抽水，提供给对象，一方面它可以通过阀或阀供给复合温控水箱，再经过电磁流量计（）后，经阀或阀分别供给上，下两个水箱；另外一方面，直流电动机从储水箱中抽水，通过阀和阀也可供水给上、下两个水箱，两个水箱内均装有液位传感器 ）和溢流口，而且每个水箱的出水口均经过线形处理，上水箱的水经过阀的调节流到下水箱，上水箱中还安置了压力传感器（），用于检测压力的大小。下水箱的水经过阀流到复合加热水箱的外壳，最后经溢流口流回储水箱，从而构成了一个水循环系统。在复合加热水箱的内套安装了加热器和（温度传感器），用于检测温度。实验装置的主要特点：实验装置所构建的上述控制对象模拟了一个自动供水系统，体现了过程控制系统的如下几个特点】：连续生产的自动控制系统由的工艺流程图可以看出，由于各水箱上均安装有溢流口，而且所有的溢流口均经由水管通入储水箱，所以无论操作者将系统组合成何种系统，电动机或水泵都可以随时投入工作而不会发生事故。图 实验装置工艺流程图 在阀、阀、阀，阀都打开的情况下，可以构建一个恒定液位或永压的控制系统。这自然使人想起当前流行的无水塔自来水自动供水系统：供水泵通过阀和阀向水箱供水，用户通过阀和阀从水箱中取水，这种取水方式在数量上和时间上都是随机的。因此，为了维持水箱中压力和液位的恒定，水泵电动机就必须自动地、不停地调节其转速以改变其供水量的大小，使之与实际的用水量想一致。所以整个工作过程必定是连续的、不间断的，而且作为一个闭环控制系统，偏差和调节是不断出现的，平衡是暂时的，整个系统将随时处于动态调节的状态中。被控参数为非电量的如前所述，实验装置所提供的被控参数可以是压力、流量、液位、温度等各种非电量；使用该装置可直接模拟工业控制现场各种参量控制过程，这些过程的机理不同，有些可以使用同样的执行机构，例如压力、流量、温度的控制中都使用了交流变频调速电动机和水泵作为执行机构；有些则使用不同的执行机构，例如温度的控制系统中则使用了电热器和无触点继电器作为执行机构。被控对象及控制过程的多样性必然导致控制方案的多样性。控制过程的多样性与所有自动控制系统相比，过程控制系统的控制方案以稳定、准确、高效率和低成本为设计的基本目标。在满足基本目标的前提下，实验装置为用户提供了各种工作模块的选择方案。对于同一个控制对象变频器及交流电机一水泵无极调速系统，操作者可以选择利用装置上所配备的不同模块，组合成不同的控制系统或采用不同的控制方式进行实验。目前，可供选择的主要的控制方式有：采用调节器的闭环控制系统机监控方式、控制呻机监控方式、单片机控带卜机监控方式。需要指出的是，以上各种控制系统均配以机加以监控或监测，一方面可以充分发挥机图形界面的优势，直观地表达出控制系统过渡过程的动态波形曲线，另一方面，在现代过程控制系统中，机本身正取代调节器而发挥越来越大的作用。以闭环控制的液位自动调制系统为例，计算机通过实时监测，给出了该系统在启动时输出量的动态波形曲线，图，中是在采用调节器时的波形，显然存在静差；是采用调节器，同一系统启动时输出量的动态波形图，两者的差异显而易见。图微机监控系统测绘的液位动态波形 目叶 实验装置所选用的测控仪表过程控制是通过各种检测仪表、控制仪表（包括电动仪表和气动仪表模拟仪表和智能仪表）和电子计算机（看作一台仪表）等自动化技术工具，对整个生产过程进行自动检测、自动监督和自动控制，过程检测控制仪表包括检测元件、变送器、调节器（包括计算机）、调节阀等。现将实验装置所选用的有关的智能化部件介绍如下。压力传感器的选择扩散硅传感器的工作原理是利用单晶硅的压阻效应，采用工艺扩散四个等值应变电阻，组成惠斯登电桥，不受压力作用时，电桥处于平衡状态，当受到压力（或压差）作用时，电桥的一对桥壁窀阻变大，另一对变小，电挢失去平衡，若对电挢加一恒定的电压，便可检测到对应于所加压力的电压信号，从而达到测量液体、气体压力大小的目的【“。本装置采用的是型传感器，即在芯片上集成了个激光敏感调节电阻，用以偏置校准和温度补偿。它由单个型压敏电阻代替了以往由个电阻组成的惠斯登电桥。型传感器的压力范围是（，灵敏度为（）。的选择本装置采用的是公司生产的型单片机它与一系列单片机是兼容的，在内部含有可重复编程的存储器，可进行次擦写操作，全静态工作为渊，有三级程序存储器加密锁定，内部含字节的，条可编程的端口，有个位定时计数器、级中断、通用串行接口、低电压空闲及电源下降方式。它的优点如下”：（）内部含有存储器。在系统的工作过程中，能有效地保存一些数据信息，即使外界电源损坏也不会影响到信息的保存。（）和插座兼容。的引脚同（的引脚是一样的，所以当用单片机取代时，可以直接进行代换。（）静态时钟方式。采用静态时钟方式，所以可节省电能，这对于降低便携式产品的功耗十分有用。（）错误编程也无废品产生。一般的产品一旦错误编程就成了废品，而内部采用了存储器，所以错误编程之后仍可以重新编程，直到正确为止，故不存在废品。（）可进行反复系统实验。用单片机设计的系统可以反复进行系统实验，每次实验可以编入不同的程序，这样可以保证用户的系统设计达到最优，而且随客户的需要和发展还可以进行修改。是系统不断追随用户的最新要求。，变频嚣的选择”。实验装置采用的是三菱变频器，这是个智能型器件，内有嵌入式微控制器具有可编程参数设置和完善的自动故障检测及保护功能。具有通信接口，可以实现与计算机通信，由机算机进行参数的设置或在计算机直接控制下的运行。和大多数智能型变频器一样，己一可以有四种操作和控制的方式供用户选择：（）面板操作方式（即手动操作方式）；（）多段位操作方式（一般适合于用对其进行控制时使用）；（）外部模拟量输入控制方式；（）计算机通信控制方式。可编程控制器的选择在实验装置中，采用了西门子公司的可编程控制器。它集成了个输入个输出，总共有个数字量点。字节程序和数据存储空间，个独立的高速计数器。具有控制器，个通信编程口。具有通讯协议、通讯协议和自由方式通讯能力。端子排可很容易地整体装卸，是具有较强控制能力的控制器。温度变送器的选择实验装置中，温度监控的任务是由监测控制仪表温度变送器实现的。温度变送器一是一台内含单片机的智能化仪表。具有温度一电量变送、调节控制、测量显示、设置及设置显示、报警及通信等多项功能。作为一个相对独立的数据采集单元，操作者可以通过变送器面板上的操作按钮对温度控制系统进行手工操作，也可以通过计算机进行自动监控。由以上介绍不难看出实验装置给我们提供了一个具体的、多参量的过程控制对象，又提供了多种智能化的执行部件和检测控制仪表，这些部件和仪表的选型应能满足可靠性、实用性和先进性的要求。但是，如同其他自动控制系统一样，过程控制系统也是在不断发展之中，从即将成为过程控制主流的集散控制系统（）的角度来看。一台一实验装置只是其中的一个现场控制站。单容水箱液位压力控制系统简介图为单容水箱液位，压力控制系统简图。这是一个单回路反馈控制系统，控制的任务是使水箱的液位，压力等于给定值，减小或消除来自系统内部或外部扰动的影响。我们仅以上水箱为例，设定萁液位，压力参数为被控对象。交流电动机带动齿轮泵通过阀向上水箱供水，调节阀使之同时向外排水，令入水的速度大于出水的速度，达到被控参数（液位压力）的动态调整。本文的主要研究对象是：以单片机为控制核心，辅助以与单片机系统配套的、转换单元及电路，通过执行数字程序实现参数的自动调整（设定值在单片机键盘上完成），使水箱的实际液位压力值与设定值接近，最终稳定于设定值。单回路控制系统由于结构简单、投资小、操作方便、且能满足一般生产过程的要求，故它在过程控制中得到广泛应用。当一个单回路系统设计安装就绪之后，控制质量的好坏与控制器参数的选择有着很大的关系。合适的控制参数，可以带来满意的控制效果。反之，控制器参数选择的不合适，则会使控制质量变坏，达不到预期的效果。因此，当一个单回路系统搭建好以后，如何整定好控制器的参数是一个很重要的实际问题。图单容水箱液位压力控制系统简图 吐 一个控制系统设计好以后，系统的投运和参数整定是十分重要的工作。系统从原来的手动操作要切换到自动操作状况，必须要无扰动的，这就要求调节器的输出量能跟踪手动的输出值，同时在切换时应使测量值与给定值无偏差存在。由此可见，本文的研究内容为单回路的控制系统应用到实际生产过程做出了十分有益的尝试。单片机监控系统的作用和功能单片机控制系统的结构框图如图所示，其主要组成部分有：基于扩散硅传感器的液位，压力检测单元、转换单元、以单片机为核心的控制单元以及调节水箱进水量的变频调速单元。塑图单片机控制系统的结构框图皇 掣单片机控制系统具体的工作过程是：设定欲稳定的水箱的液位高度，通过检测元件获取当前水箱的实际的液位高度，经模数转换芯片将模拟信号转换为数兰字信号，送单片机与设定值进行比较，得到偏差信号，经过调节器做运算，给变频器输出一个转速控制信号，通过数，模转换器将变频器调速信号由数字信号转换成模拟信号，由于变频器的输出频率与输入电压成比例，可变的输出频率调整电动机和水泵的转速，从而调节流量，达到调节水箱液位压力的目的。在对实验装置的电子电路作进一步深入的研究和分析后，我们看到，单片机监控系统在本装置中起到了核心和关键的作用。单片机监控系统由采样电路、模拟量信号调理电路、仪表显示电路、单片机监控电路、电源电路共计种单元电路组成。这些电路以为核心，主要执行以下四项任务【“：（）现场数据的监测。现场产生的液位、压力、流量等非电量实时信号经传感器转换成电信号之后，经过信号调理，被送到单片机电路板的模拟量输入端口。再经过转换之后被变换为数字量，单片机定时采集这些数字信号，将其存储起来。并及时更新存储空间，等待主机的查询。（）现场控制。和现场监测不同的是现场控制是指单片机电路板的输出，这种输出可以是数字量也可以是模拟量。在本装置中，所谓控制，其实是指对变频调速器的控制。单片机是通过其电路板上的转换电路来实现其对输出模拟量信号的控制的。（）数据通信。单片机作为下位机，必须不停地与上位机保持联系，以便及时地将最新的现场被控参数的实时数据上报机，同时，获取机发出的最新的调控转速的指令。（）键盘及显示监控。在单片机监控系统中，可以通过键盘进行通道的选择和参数的设置等方面的工作。第三童数据采集与处理系统数据采集的基本任务数据采集系统涉及多学科，所研究的对象是物理或生物等各种非电或电信号。根据各种电或非电物理信号的特征，利用相应的归一化技术，将其转换成为可真实反映事物特征的电信号后，经转换器转换为计算机可识别的有限长二进制数字编码，以此作为研究自然科学和实现工业实时控制的重要依据。在本实验装置中，数据采集与处理系统的任务是将检测元件获取的当前水箱的实际液位高度转换成相应的电压值，以便单片机将该电压值与设定的电压值进行比较，从而按所得偏差进行控制运算。数据采集与处理系统的硬件部分在当今的微机测控系统中，经常会遇到需要输入各种模拟信号的状况，这时必须进行转换。有时，在某些实际项目中，为了采集模拟量而选用些专用的数掘采集卡，不仅使系统更加复杂，还增加了系统的设计成本。本实验装置针对液位压力缓慢变化的模拟信号，考虑到经济、实用等因素，在原有控制器的基础上，以单片机为核心，利用少量的接口，采用串行转换芯片，扩展出一个数据采集系统。本数据采集系统的控制部分采用的是公司出产的单片机，其主要特性如下：）工作频率为埘）两个标准位定时计数器）可编程口线条，中断源个）字节侠闲字节）工作电压，编程电压）可电擦写次）引脚，封装本实验装置控制系统的数据采集对象为随时间缓慢变化的液位，压力信号，因此选用公司的位串行模数转换器，其分辨率较高，使用开关电容逐次逼近技术完成转换过程，而且采用的是串行输入结构，大大节省了单片机的资源。其主要特点为：）位分辨率转换器）在工作温度范围内转换时间为脚）个模拟输入通道）路内置自测试方式）采样率为）线形误差凹）有转换结束输出）具有单、取极性输出）可编程的或前导）可编程输出数据长度。；：。；：；誊：；【图引脚 的引脚排列如图所示。图中的为模拟输入端，路输入信号由内部多路器选通；为片选端，在，端由高变低时，内部计数器复位。由低变高时，在设定时间内禁止 和；为串行数据输入端。由位的串行地址输入来选择模拟量的输入通道；为转换结果的三态串行输出端，为高时，处于高阻抗状态，为低时，处于激活状态；为转换结束端，在最后的 下降沿之后，从高电平变为低电平并保持到转换完成和数据准备传输为止；为时钟，其接收串行信号并完成以下个功能，（）在 的前个上升沿，位输入数据存入输入数据寄存器；（）在 的第个下降沿，被选通的模拟输入电压开始向电容器充电，直到的最后一个下降沿为止：（）将前一次转换数据的其余位输出到 端，在 的下降沿时数据开始变化；（） 的最后一个下降沿，将转换的控制信号传送到内部状态控制位；为正基准电压端；为负基准电压端；为电源；为内部电路的她回路端。模拟信号的采集与处理液位的测量本装置中液位的测量采用的是型传感器。其工作原理是在单晶硅的基础上扩散出型或型电阻条，接成电桥。在压力作用下，根据半导体的压一阻效应，把压力的变化转换成电阻的变化，经过测量电路所测的输出电压反映出所受压力的变化，即液位的变化。当硅膜片上受到压力和，作用时，由于它们对膜片产生的压力正好相反，因此作用在膜片上的压力为矗一，从而可以进行压差测量。实验中具体的测量方式为空气管传感方式：将一根管子（橡皮或塑料）竖直立起，其一端放于液体容器中，另一端完全敞开，则在管子里面的液面与容器中的是完全相同的。若将管子的上端封住（接到的压力面），管子内就会留有一定体积的气体。当容器内液位变化时，管内空气的压力将会成比例地变化，则传感器的压力面会将其所感知的压力变化传送给串行转换芯片，将该压力的变化转换成电信号。的控制字格式“”有个输入通道，有三种输出数据长度，每种数据又可以设定为不同的数据顺序（高位在前还是低位在前）。通道的选择、数据格式的设定，都是通过控制器向写控制字来实现的。控制字格式如表所示。表控制寄存器中各位定义通道选择输出数据长度输出数据顺序极性选择（）表通道的选择或测试电压的选择通道选择功能（）选择通道选择通道选择通道选择（耵口一）肛作为预试电压。软件关闭电源控制字相当于内部一个位的控制寄存器，用于选择通道、选择传输数据格式、传输数据长度。具体定义如表所示。表数据度的选择表输出数据的格式 输出数据长度功能输出数据的高位在（）输出数据低位在前（）表极性的选择功能单极性二进制数烈极性二进制数转换过程与的接口电路如图所示。以片选信号百夏的电平为参考，的工作过程可分为转换周期和周期两部分交替进行“。图与芯片的接口电路 ）西，转换周期此时、被禁止，引脚呈现高阻态，为高，被禁止，为共同使用串行总线的其他芯片让出了总线使用权。这个周期是转换周期仍在进行转换