以高性能單片機C8051F020為核心控制芯片的自動測控系統，能自動測溫，到測溫點自動輸出線性電流、自動采集負載壓力等，并進行計算、顯示及打印測試數據，其可靠性、精度、效率都大大提高。

1 系統方案設計
    　系統進入溫度零漂測試狀態時，由嵌入式微計算機控制，升溫信號通過光電隔離控制固體繼電器組去驅動油箱里11個功率是kW級的加熱管快速升溫。到某個測溫點時，自動輸出經D／A轉換后的模擬三角波周期信號加在伺服閥的繞組上，驅動伺服閥工作，使得閥的兩個負載腔的壓力值隨控制電流大小呈差動變化。壓力的變化作用在壓力變送器上，經A／D不斷采樣比較，當差值為最小時(一個周期出現兩次最小值)，計算機由此計算出對應加在伺服閥上的電流零偏值。當循環到最高溫度后，自動關閉加熱器，并控制電磁閥打開水冷散熱器降溫，然后重復以上測試過程，直到降溫回到起始溫度點，結束測試。這中間計算機實時顯示、打印當前溫度點的溫度和所需要的數據，控制系統框圖如圖1所示。

2 硬件組成
    　C8051F020是完全集成的混合信號系統級MCU芯片(SoC)，單片內集成了構成一個單片機數據采集或控制系統所需要的幾乎所有模擬和數字外設及其他功能部件。這些外設或功能部件包括：模擬多路選擇器、ADC、可編程增益放大器、DAC、電壓比較器、電壓基準、溫度傳感器、定時器、內部振蕩器、RAM、Flash存儲器、看門狗等。其以“流水線”結構方式處理指令，運行效率高，大部分只要1個或2個系統時鐘。這極大地簡化了硬件設計，可以很方便地在其外圍擴展相應調理電路組成整個硬件系統。在D／A轉換通道電路中，來自F020內部電壓基準VREF經U1緩沖放大，作為U2負端的基準電壓，U3正端接F020的DA單級性輸出，經一階低通濾波器、緩沖放大處理后變為0～±5V輸出信號。由于偏移電路的存在，芯片D／A端口初始化設置前或復位瞬間，將產生－5mA的瞬間電流，對伺服閥產生不良的沖擊。為避免這一情況的發生，用一路I／O經光電隔離后去控制一只OM－RON高響應繼電器(約1 ms)，根據指令接通和斷開與伺服閥的連接，如圖2所示。

    　在A／D采集通道電路中，模擬輸入信號經一階低通濾波器，緩沖倒相后輸出，如圖3所示，有三路相同的電路，經內部模擬開關切換。
    　8位LED顯示、5個軟鍵盤輸入，采用了專用的CH452數碼管顯示驅動和鍵盤掃描控制芯片，其外圍電路極簡單，接口速度快、性能穩定，與C8051F020控制器采用4線串行接口，主要是以其硬件來實現其大部分功能，編程相對簡單，如圖4所示。

  　  溫度的控制是由光電隔離電路、G3NA－220B固體繼電器和水閥繼電器等器件所組成的，分別用來控制油箱的加熱管或水冷散熱器以升溫和降溫。整個電路采取了多種抗干擾措施，其中在輸入和輸出加有WS系列三端口V／V電壓輸入、V／I電流輸出型隔離端子。溫度和壓力變送器的輸出信號為0～5 V。電流輸出為0～±5 mA，恒流特性，在閥繞組阻抗變化范圍內，精度達0．2％。
   　 電源采用紋波較小、EMI較好的模塊式一體化的線性電源。采用嵌入式微型打印機打印簡單的漢字和數據。

3 數據采集處理
  　  系統的D／A模擬輸出Vo=5×(D-2 048)／2 048，D值范圍為0～4 096，即為0～±5 V輸出，經V／I隔離轉換成0～±5 mA的控制電流。隔離器件精度優于0．3％。D／A模擬轉換電流分辨率=模擬電流值／D=5／2 048≈2．441 4μA
   　 由于閥的遲滯存在，要求加在伺服閥控制繞組上的三角波電流信號的頻率要低，其周期T=20 s。將組成周期三角波形的數字值放在DA中的4 096個緩存器中。當啟動DA自動轉換時，由T3定時器控制，每20／4 096=0．004 882 s中斷一次，將緩沖區的波形值送出。由于采用的是22．118 4 MHz晶振作為時鐘源，C8051F020處理的速度很快，在程序中斷的4．88 ms時間里完成采集和相關濾波處理計算是綽綽有余的。系統同時對1路油溫、1路室溫、2路壓力信號進行采集，采樣頻率20 kHz，連續循環采集后，進行去除最大和最小值和數字平均值濾波法對采集信號進行濾波。