基于C8051 F020的伺服阀温度零漂测控系统

以高性能单片机C8051F020为核心控制芯片的自动测控系统，能自动测温，到测温点自动输出线性电流、自动采集负载压力等，并进行计算、显示及打印测试数据，其可靠性、精度、效率都大大提高。

1 系统方案设计
系统进入温度零漂测试状态时，由嵌入式微计算机控制，升温信号通过光电隔离控制固体继电器组去驱动油箱里11个功率是kW级的加热管快速升温。到某个测温点时，自动输出经D／A转换后的模拟三角波周期信号加在伺服阀的绕组上，驱动伺服阀工作，使得阀的两个负载腔的压力值随控制电流大小呈差动变化。压力的变化作用在压力变送器上，经A／D不断采样比较，当差值为最小时(一个周期出现两次最小值)，计算机由此计算出对应加在伺服阀上的电流零偏值。当循环到最高温度后，自动关闭加热器，并控制电磁阀打开水冷散热器降温，然后重复以上测试过程，直到降温回到起始温度点，结束测试。这中间计算机实时显示、打印当前温度点的温度和所需要的数据，控制系统框图如图1所示。

2 硬件组成
C8051F020是完全集成的混合信号系统级MCU芯片(SoC)，单片内集成了构成一个单片机数据采集或控制系统所需要的几乎所有模拟和数字外设及其他功能部件。这些外设或功能部件包括：模拟多路选择器、ADC、可编程增益放大器、DAC、电压比较器、电压基准、温度传感器、定时器、内部振荡器、RAM、Flash存储器、看门狗等。其以“流水线”结构方式处理指令，运行效率高，大部分只要1个或2个系统时钟。这极大地简化了硬件设计，可以很方便地在其外围扩展相应调理电路组成整个硬件系统。在D／A转换通道电路中，来自F020内部电压基准VREF经U1缓冲放大，作为U2负端的基准电压，U3正端接F020的DA单级性输出，经一阶低通滤波器、缓冲放大处理后变为0～±5V输出信号。由于偏移电路的存在，芯片D／A端口初始化设置前或复位瞬间，将产生－5mA的瞬间电流，对伺服阀产生不良的冲击。为避免这一情况的发生，用一路I／O经光电隔离后去控制一只OM－RON高响应继电器(约1 ms)，根据指令接通和断开与伺服阀的连接，如图2所示。

在A／D采集通道电路中，模拟输入信号经一阶低通滤波器，缓冲倒相后输出，如图3所示，有三路相同的电路，经内部模拟开关切换。
8位LED显示、5个软键盘输入，采用了专用的CH452数码管显示驱动和键盘扫描控制芯片，其外围电路极简单，接口速度快、性能稳定，与C8051F020控制器采用4线串行接口，主要是以其硬件来实现其大部分功能，编程相对简单，如图4所示。