檢測系統(tǒng)綜合課程《單片機(jī)的電子 稱設(shè)計(jì)》.docx

基于單片機(jī)的電子稱設(shè)計(jì)目錄 前言 1 設(shè)計(jì)內(nèi)容及總體方案 . 3 1.1 設(shè)計(jì)內(nèi)容 . 錯(cuò)誤未定義書簽。 1.2 總體方案 . 錯(cuò)誤未定義書簽。2 傳感器的選擇 . 錯(cuò)誤未定義書簽。 2.1 測量原理分析 . 8 2.2 應(yīng)變電橋 . 錯(cuò)誤未定義書簽。 3 信號(hào)調(diào)理電路的設(shè)計(jì) . 10 3.1 放大電路的設(shè)計(jì) . 10 3.2 濾波電路的設(shè)計(jì) . 10 4 A/D轉(zhuǎn)換的設(shè)計(jì) . 10 4.1 ADC0809芯片 . 11 4.2 MC51單片機(jī)與ADC0809接口電路 . 12 5 單片機(jī)的選擇 . 15 6顯示單元的設(shè)計(jì) . 197 參考文獻(xiàn) . 22 前言 隨著科技的發(fā)展，檢測技術(shù)已經(jīng)深入各種領(lǐng)域。為了發(fā)展和學(xué)習(xí)檢測技術(shù)，1 武漢理工大學(xué)檢測系統(tǒng)綜合課程設(shè)計(jì)說明書 為了鞏固利用所學(xué)知識(shí)，我們進(jìn)行檢測系統(tǒng)綜合課程設(shè)計(jì)。首先，我們應(yīng)該初步了解檢測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟，掌握系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，加深對理論知識(shí)的理解，能運(yùn)用所學(xué)的傳感器原理、智能儀表電路儀器儀表電路等專業(yè)知識(shí)設(shè)計(jì)測控系統(tǒng)各個(gè)單元，并組成系統(tǒng)。 檢測系統(tǒng)綜合課程設(shè)計(jì)是測控技術(shù)與儀器專業(yè)的必須完成的一個(gè)課程設(shè)計(jì)。是一個(gè)重要的教學(xué)環(huán)節(jié)，通過本設(shè)計(jì)，培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的設(shè)計(jì)思想，訓(xùn)練綜合運(yùn)用傳感器設(shè)計(jì)和有關(guān)課程的理論，結(jié)合實(shí)際分析和解決工程實(shí)際問題的能力，鞏固加深有關(guān)傳感器、智能儀器、單片機(jī)、測控電路等方面的知識(shí)。 通過制定檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，合理選擇傳感器及其他元件，正確計(jì)算、選擇各零件和元件參數(shù)，確定尺寸和選擇材料，以及較全面地考慮制造工藝、使用和維護(hù)等要求，達(dá)到了解和掌握檢測系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì)過程和方法的目的。進(jìn)行設(shè)計(jì)基本技能的訓(xùn)練。如:計(jì)算、繪圖、熟悉和運(yùn)用設(shè)計(jì)資料(手冊、圖冊、標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范等)以及使用經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)、進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)估算和數(shù)據(jù)處理及計(jì)算機(jī)應(yīng)用的能力。 2 武漢理工大學(xué)檢測系統(tǒng)綜合課程設(shè)計(jì)說明書 1設(shè)計(jì)內(nèi)容及總體方案 1.1設(shè)計(jì)內(nèi)容 1(在溫度、壓力、流量、機(jī)械量(含位移、速度、加速度等)、液位、組分、成等常見參數(shù)中，選擇有工程應(yīng)用價(jià)值的一個(gè)或幾個(gè)參數(shù)作為本課程設(shè)計(jì)要構(gòu)造的檢測系統(tǒng)的被測參數(shù); 2. 初步擬定技術(shù)方案，經(jīng)與指導(dǎo)老師協(xié)商并經(jīng)老師同意后展開具體的系統(tǒng)設(shè)計(jì); 3. 合理選擇傳感器的種類與型號(hào); 4. 正確選擇或設(shè)計(jì)信號(hào)調(diào)理電路(包括放大電路、相敏檢波電路、低通濾波電路的設(shè)計(jì)和相關(guān)電路參數(shù)計(jì)算)，并繪制檢測系統(tǒng)裝配圖;學(xué)會(huì)正確使用各種設(shè)計(jì)手冊、國家標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)計(jì)規(guī)范等;5. 按學(xué)校課程設(shè)計(jì)說明書撰寫規(guī)范提交一份課程設(shè)計(jì)說明書(6000字左右);6.按機(jī)械制圖標(biāo)準(zhǔn)繪制機(jī)械裝配圖(不小于A3)、電氣原理圖各一張。 1.2總體方案 本次設(shè)計(jì)要求在在溫度、壓力、流量、機(jī)械量(含位移、速度、加速度等)、液位、組分、成等常見參數(shù)中，選擇有工程應(yīng)用價(jià)值的一個(gè)或幾個(gè)參數(shù)作為本課程設(shè)計(jì)要構(gòu)造的檢測系統(tǒng)的被測參數(shù)。那么，選擇最常用的測量量比較合適。我們選擇測壓力，傳感器選擇應(yīng)用最廣泛的電阻應(yīng)變式傳感器。其后是放大器。差動(dòng)放大電路的作用就是把傳感器輸出的微弱的模擬信號(hào)進(jìn)行一定倍數(shù)的放大，以滿足A/D轉(zhuǎn)換器對輸入信號(hào)電平的要求。A/D轉(zhuǎn)換的作用是把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號(hào)，進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，然后把數(shù)字信號(hào)輸送到顯示電路中去，最后由顯示電路顯示出測量結(jié)果。 本次設(shè)計(jì)是以設(shè)計(jì)電子稱為基礎(chǔ)的，以下是總體方案圖 3 武漢理工大學(xué)檢測系統(tǒng)綜合課程設(shè)計(jì)說明書 信號(hào)調(diào)理電路 應(yīng)變電阻應(yīng)變片A/D轉(zhuǎn)換 彈性元件壓力量 單片機(jī) 輸出顯示 圖1-1 總體方案圖 整個(gè)系統(tǒng)由測量電橋，信號(hào)調(diào)理電路，A/D轉(zhuǎn)換器，單片機(jī)，顯示器組成。首先利用由電阻應(yīng)變式傳感器組成的測量電路測出物質(zhì)的重量信號(hào)，以模擬信號(hào)的方式輸出。經(jīng)過了信號(hào)調(diào)理電路把傳感器輸出的微弱信號(hào)進(jìn)行一定倍數(shù)的放大，濾波，然后送A/D轉(zhuǎn)換電路中。再由A/D轉(zhuǎn)換電路把接收到的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，傳送到單片機(jī)后進(jìn)行調(diào)整，最后由顯示電路顯示數(shù)據(jù)。 具體方案如下: 顯示電阻應(yīng)信號(hào)調(diào)A/D轉(zhuǎn)電路單片變式傳理電路 換電LED機(jī) 感器輸路 出信號(hào)圖1-2具體方案圖 4 武漢理工大學(xué)檢測系統(tǒng)綜合課程設(shè)計(jì)說明書 2傳感器的選擇 2.1測量原理分析 電阻應(yīng)變式傳感器簡稱電阻應(yīng)變計(jì)。當(dāng)將電阻應(yīng)變計(jì)用特殊膠劑粘在被測構(gòu)件的表面上時(shí)，則敏感元件將隨構(gòu)件一起變形，其電阻值也隨之變化，而電阻的變化與構(gòu)件的變形保持一定的線性關(guān)系，進(jìn)而通過相應(yīng)的二次儀表系統(tǒng)即可測得構(gòu)件的變形。通過應(yīng)變計(jì)在構(gòu)件上的不同粘貼方式及電路的不同聯(lián)接，即可測l,得重力、變形、扭矩等機(jī)械參數(shù) RS由物理學(xué)已知，一根金屬絲的電阻為: (2-1) 在金屬絲的彈性范圍內(nèi) : ?R/R=K x (2-2) 式中:Ks 金屬絲的靈敏系數(shù) x 金屬絲的應(yīng)變 以下為金屬應(yīng)變片的結(jié)構(gòu): 圖2-1 金屬應(yīng)變片結(jié)構(gòu)圖 如圖所示為絲繞式應(yīng)變片的構(gòu)造示意圖。它以直徑為0.025mm左右的、高電阻率的合金的電阻絲，繞成形如柵狀的敏感柵。敏感柵為應(yīng)變片的敏感元件，5 武漢理工大學(xué)檢測系統(tǒng)綜合課程設(shè)計(jì)說明書 它的作用是感應(yīng)應(yīng)變變化。敏感柵粘貼在基片上?；芄潭舾袞胖?，還有絕緣的作用;敏感柵上面粘貼有覆蓋層。敏感柵電阻絲兩端焊接引出線，用來和外接導(dǎo)線連接。 本設(shè)計(jì)需要4個(gè)應(yīng)變片，它們的分布如下圖: 圖2-2應(yīng)變片粘貼示意圖 6Fl0,x,作用力F與某一位置處的應(yīng)變關(guān)系可按下式計(jì)算: (2-3)EAh,xl0 式中: 距自由端為處的應(yīng)變值; l 梁的長度; E梁的材料彈性模量; A梁的截面積; h梁的厚度。 在此傳感器選用在雙孔懸壁梁式稱重傳感器。雙孔懸臂梁式稱重傳感器是電子計(jì)價(jià)秤中廣泛使用的傳感器。這種傳感器的彈性體具有上下兩個(gè)平行梁。它的最大特點(diǎn)就是具有抗偏載的力學(xué)特性。也就是說，彈性體的應(yīng)變量只取決于作用在彈性體平面內(nèi)且與軸線相垂直的力分量，而與其他分量無關(guān)。型號(hào)選擇cb004，以為是它的有關(guān)參數(shù): 產(chǎn)品類型: CB004 系列 ; 結(jié)構(gòu)特點(diǎn):鋁合金 ; 應(yīng)用領(lǐng)域: 定量包裝秤和配料秤等 功能特點(diǎn): 體積小，質(zhì)量輕，精度高額定載荷:0100Kg 6 武漢理工大學(xué)檢測系統(tǒng)綜合課程設(shè)計(jì)說明書 2.2應(yīng)變電橋 應(yīng)變片由于溫度變化引起的電阻變化與試件應(yīng)變所造成的電阻變化幾乎有相同的數(shù)量級(jí)，如果不采取必要是措施克服溫度的影響，測量精度無法保證，可采用電橋電路補(bǔ)償。 當(dāng)貼有電阻應(yīng)變片的彈性平衡梁受到載荷,作用時(shí)，電阻應(yīng)變片,1和,3受到拉伸作用，阻值增加;,2和,4受到壓縮作用，阻值減小，電橋失去平衡，產(chǎn)生的不平衡電壓, 的大小與所受作用力,成正比。電橋的輸出電壓反映了電阻應(yīng)變片相應(yīng)的受力狀態(tài)。 圖2-3電橋電路圖 電橋電路是最常用的非電量電測電路中的一種，當(dāng)電橋平衡時(shí)，橋路對臂電阻乘積相等，電橋輸出為零，在橋臂四個(gè)電阻R1、R2、R3、R4 中，電阻的相對變化率分別為?R1/ R1、?R2/ R2、?R3/ R3、?R4/ R4 ，當(dāng)使用一個(gè)應(yīng)變片時(shí)， ;當(dāng)二個(gè)應(yīng)變片組成差動(dòng)狀態(tài)工作，則有 ;用四個(gè)應(yīng)變片組成二個(gè)差動(dòng)對工作，且R1= R2= R3= R4=R， 7 武漢理工大學(xué)檢測系統(tǒng)綜合課程設(shè)計(jì)說明書 圖2-4 應(yīng)變電橋 當(dāng)電橋后面接放大器時(shí)，放大器的輸入阻抗都很高，比電橋的輸出電阻大很多，因此可以把電橋輸出端看成是開路。若電橋不平衡時(shí)，即RR?RR時(shí)，電1324橋輸出: ,RRRR1324, UU0，(RR)(RR)1234恰好選擇各橋臂電阻，可消除電橋的恒定輸出，使輸出電壓只與應(yīng)變片輸出有關(guān)。 令R1=R2,R3=R4,在應(yīng)變片工作時(shí)，其電阻R1變化?R,此時(shí)電橋的靈敏度為:k=U/4 u電壓輸出為: U=(U/4)(?R1/R1) O3信號(hào)調(diào)理電路的設(shè)計(jì) 3.1放大電路 本次設(shè)計(jì)中，要求用一個(gè)放大電路。在許多需要用A/D轉(zhuǎn)換和數(shù)字采集的8 武漢理工大學(xué)檢測系統(tǒng)綜合課程設(shè)計(jì)說明書 單片機(jī)系統(tǒng)中，多數(shù)情況下，傳感器輸出的模擬信號(hào)都很微弱，必須通過一個(gè)模擬放大器對其進(jìn)行一定倍數(shù)的放大，才能滿足A/D轉(zhuǎn)換器對輸入信號(hào)電平的要求，在此情況下，就必須選擇一種符合要求的放大器。儀表儀器放大器的選型很多，我們這里介紹一種用途非常廣泛的儀表放大器。 來自傳感器的信號(hào)通常都伴隨著很大的共模電壓(包括干擾電壓)。一般采用差動(dòng)輸入集成運(yùn)算放大器來抑制它，但是必須要求外接電阻完全平衡對稱，運(yùn)算放大器才具有理想特性。否則，放大器將有共模誤差輸出，其大小既與外接電阻對稱精度有關(guān)，又與運(yùn)算放大器本身的共模抑制能力有關(guān)。一般運(yùn)算放大器共模抑制比可達(dá)80dB，而采用由幾個(gè)集成運(yùn)算放大器組成的測量放大電路，共模抑制比可達(dá)100,120dB。 結(jié)合以上幾點(diǎn)，采用了低漂移運(yùn)算放大器構(gòu)成的雙運(yùn)放高共模抑制比放大電路。具體的電路如圖所示: UUUU+OOOOUUUUAAAAi2i2i2i22222 -RRRR4444 RRRR 3333UUUUi1i1i1i1+AAAAUUUU 1111O1O1O1O1-RRRR 2222RRRR1111圖3-1同相串聯(lián)型雙運(yùn)放高共模抑制比放大電路 共模電壓Uic=(Ui1+Ui2)/2 差模電壓Uid=Ui2-Ui1 2RRR424RR42U=(1-+1/2(1+ )U)U+O idiCRR 31RR13R3 RRRR RR1144ff若若 =RRRRRR2233若 ， 則上式第一項(xiàng)為零,較好抑制了共模信號(hào). 差模增益: Kd=(1+Rf/R) , 本電路的特點(diǎn)是輸入阻抗高. 9 武漢理工大學(xué)檢測系統(tǒng)綜合課程設(shè)計(jì)說明書 3.2濾波電路 濾波器是具有頻率選擇作用的電路或運(yùn)算處理系統(tǒng)，具有濾除噪聲和分離各種不同信號(hào)的功能。傳感器過來的信號(hào)經(jīng)常帶有各種各樣的干擾，因此要采用濾波電路來去除干擾。綜合考慮，采用低通濾波器， 增益:Kp=R4/R3 圖3-2 低通濾波器 4 A/D轉(zhuǎn)換 A/D轉(zhuǎn)換的作用是進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，把接收到的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)輸出。在選擇A/D轉(zhuǎn)換時(shí)，先要確定A/D轉(zhuǎn)換的位數(shù)，該設(shè)計(jì)運(yùn)用的是8位A/D轉(zhuǎn)換器ADC0809，A/D轉(zhuǎn)換誤的位數(shù)確定與整個(gè)測量控制系統(tǒng)所需測量控制的范圍和精度有關(guān)，系統(tǒng)精度涉及的環(huán)節(jié)很多，包括傳感器的變換精度，信號(hào)預(yù)處理電路精度A/D轉(zhuǎn)換器以及輸出電路等。 10 武漢理工大學(xué)檢測系統(tǒng)綜合課程設(shè)計(jì)說明書 4.1ADC0809芯片介紹 關(guān)于 ADC0809的介紹:ADC0809 是CMOS 單片型逐次逼近式A,D 轉(zhuǎn)換器，內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖13(22 所示，它由8 路模擬開關(guān)、地址鎖存與譯碼器、比較器、8位開關(guān)樹型D,A 轉(zhuǎn)換器、逐次逼近，寄存器、三態(tài)輸出鎖存器等其它一些電路組成。因此，ADC0809 可處理8路模擬量輸入，且有三態(tài)輸出能力，既可與各種微處理器相連，也可單獨(dú)工作。輸入輸出與TTL 兼容。 主要特性: 1)8路8位A,D 轉(zhuǎn)換器，即分辨率8 位。 2)具有轉(zhuǎn)換起停控制端。 3)轉(zhuǎn)換時(shí)間為100s 4)單個(gè)，5V 電源供電 5)模擬輸入電壓范圍0,，5V，不需零點(diǎn)和滿刻度校準(zhǔn)。 6)工作溫度范圍為-40,，85 攝氏度 7)低功耗，約15mW。 圖4-1 ADC0809管腳圖 對ADC0809主要信號(hào)引腳的功能說明如下: IN7,IN0模擬量輸入通道 11 武漢理工大學(xué)檢測系統(tǒng)綜合課程設(shè)計(jì)說明書 ALE地址鎖存允許信號(hào)。對應(yīng)ALE上跳沿，A、B、C地址狀態(tài)送入地址鎖存器中。 START轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)。START上升沿時(shí)，復(fù)位ADC0809;START下降沿時(shí)啟動(dòng)芯片，開始進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換;在A/D轉(zhuǎn)換期間，START應(yīng)保持 低電平。本信號(hào)有時(shí)簡寫為ST. A、B、C地址線。 通道端口選擇線，A為低地址，C為高地址，引腳圖中為ADDA，ADDB和ADDC。其地址狀態(tài)與通道對應(yīng)關(guān)系見表9-1。 CLK時(shí)鐘信號(hào)。ADC0809的內(nèi)部沒有時(shí)鐘電路，所需時(shí)鐘信號(hào)由外界提供，因此有時(shí)鐘信號(hào)引腳。通常使用頻率為500KHz的時(shí)鐘信號(hào) EOC轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)。EOC=0,正在進(jìn)行轉(zhuǎn)換;EOC=1,轉(zhuǎn)換結(jié)束。使用中該狀態(tài)信號(hào)即可作為查詢的狀態(tài)標(biāo)志，又可作為中斷請求信號(hào)使用。 D7,D0數(shù)據(jù)輸出線。為三態(tài)緩沖輸出形式，可以和單片機(jī)的數(shù)據(jù)線直接相連。D0為最低位，D7為最高 OE輸出允許信號(hào)。用于控制三態(tài)輸出鎖存器向單片機(jī)輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。OE=0，輸出數(shù)據(jù)線呈高阻;OE=1，輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。 Vcc +5V電源。 Vref參考電源參考電壓用來與輸入的模擬信號(hào)進(jìn)行比較，作為逐次逼近的基準(zhǔn)。其典型值為+5V(Vref(+)=+5V, Vref(-)=-5V). 4.2 MCS-51單片機(jī)與ADC0809的接口電路 ADC0809與MCS-51單片機(jī)的連接如圖所示: 電路連接主要涉及兩個(gè)問題。一是8路模擬信號(hào)通道的選擇，二是A/D轉(zhuǎn)換完成后轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的傳送。 12 武漢理工大學(xué)檢測系統(tǒng)綜合課程設(shè)計(jì)說明書 圖4-2 ADC0809與MCS-51的連接 A/D轉(zhuǎn)換完成數(shù)據(jù)的輸送 A/D 轉(zhuǎn)換后得到的是數(shù)字量的模擬量，這些數(shù)據(jù)應(yīng)傳誦給單片機(jī)進(jìn)行處理。數(shù)據(jù)串的關(guān)鍵是如何確定A/D 轉(zhuǎn)換完成。因?yàn)橹挥写_定數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換完成后，才進(jìn)行傳送。為此可采用以下三種方式: 1定時(shí)傳送方式: 對于一種A時(shí)子程序。A/D 轉(zhuǎn)換啟動(dòng)后，就調(diào)動(dòng)這個(gè)子程序，延遲時(shí)間一到，轉(zhuǎn)換肯定已經(jīng)完成了。接著，就可以進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送/D 轉(zhuǎn)換來說，轉(zhuǎn)換時(shí)間作為一項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)是已知的和固定的。例如ADC0809轉(zhuǎn)換時(shí)間為128us，相當(dāng)于6MHZ的MCS-51單片機(jī)共60 個(gè)機(jī)器周期?？筛鶕?jù)此設(shè)計(jì)一個(gè)延了。 2 查詢方式 A/D 轉(zhuǎn)換芯片表明有轉(zhuǎn)換完成的狀態(tài)信號(hào)，例如ADC0809 的E 端，因此可以通過查詢方式用軟件測試EOC的狀態(tài)，即可知道轉(zhuǎn)換是否完成，若完成，則接著進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。 13 武漢理工大學(xué)檢測系統(tǒng)綜合課程設(shè)計(jì)說明書 3中斷方式 中斷方式ADC0809與8031的中斷方式接口電路只需將0809的EOC端經(jīng)過一非門連接到8031的INTl 端即可。采用中斷方式可大大節(jié)省CPU的時(shí)間，當(dāng)轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，EOC發(fā)出一個(gè)脈沖向單片機(jī)提出中斷請求，單片機(jī)響應(yīng)中斷請求， 由外部中斷1 的中斷服務(wù)程序讀A,D 結(jié)果，并啟動(dòng)0809的下一次轉(zhuǎn)換，外部中斷1 采用邊沿觸發(fā)方式。 程序如下: INITl: SETB ITl ; 外部中斷1 初始化編程 SETB EA SETB EXl MOV DPTR，#7FF8H ; 啟動(dòng)0809 對IN0 通道轉(zhuǎn)換 MOVX DPTR，A MOV DPTR，#7FF8H ;讀取A,D結(jié)果送緩沖單元30H MOVX A，DPTR MOV 30H，A MOVX DPTR，A ;啟動(dòng)0809 對IN0通道下一次轉(zhuǎn)換 RETI 不管使用上述那種方式，一旦確定轉(zhuǎn)換完成，即可通過指令進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送，首先送出口地址，并以RD 做選通信號(hào)，OE 信號(hào)即有效，把轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)送上數(shù)據(jù)總線，供單片機(jī)接受。 A/D轉(zhuǎn)換程序: ORG 0000H MOV DPTR,#0FEF8H ;AD轉(zhuǎn)換IN0通道地址 MOV A,#00H MOVX DPTR,A ;啟動(dòng)AD轉(zhuǎn)換 START:CLR ST SETB ST CLR ST JNB EOC SETB OE MOV 30H,P2 CLR OE 14 武漢理工大學(xué)檢測系統(tǒng)綜合課程設(shè)計(jì)說明書 MOV A,30H MOV B,#100 DIV AB LOOP: MOV BAI,A MOV SHI,B MOV A,SHI MOV B,#10 DIV AB MOV SHI,A MOV GEWEI,B MOV A,BAI MOV P1,A CLR P3.2 LCALL DELAY SETB P3.2 MOV A,SHI MOV P1,A CLR P3.1 LCALL DELAY SETB P3.1 MOV A,GEWEI MOV P1,A CLR P3.0 LCALL DELAY SETB P3.0 SJMP START 5單片機(jī)的選擇 根據(jù)對單片機(jī)種類的認(rèn)識(shí)，本系統(tǒng)選用51系列單片機(jī)80C51。 80C51是INTEL公司MCS-51系列單片機(jī)中最基本的產(chǎn)品，它采用INTEL公司可靠的CHMOS工藝技術(shù)制造的高性能8位單片機(jī)，屬于標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51的HCMOS產(chǎn)品。它結(jié)合了HMOS的高速和高密度技術(shù)及CHMOS的低功耗特征，它繼承和擴(kuò)展了MCS-48單片機(jī)的體系結(jié)構(gòu)和指令系統(tǒng)。 15 武漢理工大學(xué)檢測系統(tǒng)綜合課程設(shè)計(jì)說明書 80C51內(nèi)置中央處理單元、128字節(jié)內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM、32個(gè)雙向輸入/輸出(I/O)口、2個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器和5個(gè)兩級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，一個(gè)全雙工串行通信口，片內(nèi)時(shí)鐘振蕩電路。 此外，80C51還可工作于低功耗模式，可通過兩種軟件選擇空閑和掉電模式。在空閑模式下凍結(jié)CPU而RAM定時(shí)器、串行口和中斷系統(tǒng)維持其功能。掉電模式下，保存RAM數(shù)據(jù)，時(shí)鐘振蕩停止，同時(shí)停止芯片內(nèi)其它功能。80C51有PDIP(40pin)和PLCC(44pin)兩種封裝形式。 圖5-1單片機(jī)89C51管腳圖 Vss(20腳):接地 VCC(40腳): 主電源+5V XTAL1(19腳):接外部晶體的一端。在片內(nèi)它是振蕩電路反相放大器的輸入端。在采用外部時(shí)鐘時(shí)，對于HMOS單片機(jī)，該端引腳必須接地;對于CHMOS單片機(jī)，此引腳作為驅(qū)動(dòng)端。 XTAL2(18腳): 接外部晶體的另一端。在片內(nèi)它是一個(gè)振蕩電路反相放大器的輸出端，振蕩電路的頻率是晶體振蕩頻率。若需采用外部時(shí)鐘電路，對于HMOS單片機(jī)，該引腳輸入外部時(shí)鐘脈沖;對于CHMOS單片機(jī)，此引腳應(yīng)懸浮。 16 武漢理工大學(xué)檢測系統(tǒng)綜合課程設(shè)計(jì)說明書 RST(9腳): 單片機(jī)剛接上電源時(shí)，其內(nèi)部各寄存器處于隨機(jī)狀態(tài)，在該腳輸入24個(gè)時(shí)鐘周期寬度以上的高電平將使單片機(jī)復(fù)位(RESET) PSEN(29腳): 在訪問片外程序存儲(chǔ)器時(shí)，此端輸出負(fù)脈沖作為存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)。CPU在向片外存儲(chǔ)器取指令期間，PSEN信號(hào)在12個(gè)時(shí)鐘周期中兩次生效。不過，在訪問片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效PSEN信號(hào)不出現(xiàn)。PSEN端同樣可驅(qū)動(dòng)8個(gè)LSTTL負(fù)載。我們根據(jù)PSEN、ALE和XTAL2輸出端是否有信號(hào)輸出，可以判別80C51是否在工作。 ALE/PROG(30腳):在訪問片外程序存儲(chǔ)器時(shí)，此端輸出負(fù)脈沖作為存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)。CPU在向片外存儲(chǔ)器取指令期間，PSEN信號(hào)在12個(gè)時(shí)鐘周期中兩次生效。不過，在訪問片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效PSEN信號(hào)不出現(xiàn)。PSEN端同樣可驅(qū)動(dòng)8個(gè)LSTTL負(fù)載。我們根據(jù)PSEN、ALE和XTAL2輸出端是否有信號(hào)輸出，可以判別80C51是否在工作。 EA/VPP(31腳): 當(dāng)EA端輸入高電平時(shí)，CPU從片內(nèi)程序存儲(chǔ)器地址0000H單元開始執(zhí)行程序。當(dāng)?shù)刂烦?KB時(shí)，將自動(dòng)執(zhí)行片外程序存儲(chǔ)器的程序。當(dāng)EA輸入低電平時(shí)，CPU僅訪問片外程序存儲(chǔ)器。在對87C51EPROM編程時(shí)，此引腳用于施加編程電壓VPP。 輸入/輸出引腳: (1)P0.0P0.7 (39腳32腳) (2)P1.0P1.7 (1腳8腳) (3)P2.0P2.7 (26腳21腳) (4)P3.0P3.7 (10腳17腳) P0口:P0口為一個(gè)8位漏級(jí)開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當(dāng)P1口的管腳第一次寫1時(shí)，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時(shí)，P0 口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，P0輸出原碼，此時(shí)P0外部必須被拉高。 P1口:P1口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口作為第八位地址接收。 17 武漢理工大學(xué)檢測系統(tǒng)綜合課程設(shè)計(jì)說明書 P2口:P2口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個(gè)TTL門電流，當(dāng)P2口被寫“1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。 P3口:P3口管腳是8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個(gè)TTL門電流。當(dāng)P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流(ILL)這是由于上拉的緣故。P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示: P3口管腳 備選功能 P3.0 RXD(串行輸入口) P3.1 TXD(串行輸出口) P3.2 /INT0(外部中斷0) P3.3 /INT1(外部中斷1) P3.4 T0(記時(shí)器0外部輸入) P3.5 T1(記時(shí)器1外部輸入) P3.6 /WR(外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通) P3.7 /RD(外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通) 表5-1 單片機(jī)89C51主要功能特性 主要功能特性: ? 標(biāo)準(zhǔn)MCS-51內(nèi)核和指令系統(tǒng) ? 4kB內(nèi)部ROM(外部可擴(kuò)展至64kB) ? 128x8bit內(nèi)部RAM(可擴(kuò)充64kB外部存儲(chǔ)器) ? 32個(gè)可編程雙向I/O口 ? 2個(gè)16位可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器 ? 時(shí)鐘頻率0-16MHz ? 5個(gè)中斷源 ? 5.0V工作電壓 ? 可編程全雙工串行通信口 ? 布爾處理器 ? 2層優(yōu)先級(jí)中斷結(jié)構(gòu) ? 電源空閑和掉電模式 18 武漢理工大學(xué)檢測系統(tǒng)綜合課程設(shè)計(jì)說明書 ? 2層程序加密位 ? 快速脈沖編程? PDIP和PLCC封裝形式 ? 兼容TTL和CMOS邏輯電平 6顯示單元 用80C51串行口外接74LS164擴(kuò)展8位并行輸出口，如圖所示，8位并行口的各位都接一個(gè)發(fā)光二極管，要求發(fā)光管呈流水燈狀態(tài)。 串行口方式0的數(shù)據(jù)傳送可采用中斷方式，也可采用查詢方式，無論哪種方式，都要借助于TI或RI標(biāo)志。串行發(fā)送時(shí)，可以靠TI置位(發(fā)完一幀數(shù)據(jù)后)引起中斷申請，在中斷服務(wù)程序中發(fā)送下一幀數(shù)據(jù)，或者通過查詢TI的狀態(tài)，只要TI為0就繼續(xù)查詢，TI為1就結(jié)束查詢，發(fā)送下一幀數(shù)據(jù)。在串行接收時(shí)，則由RI引起中斷或?qū)I查詢來確定何時(shí)接收下一幀數(shù)據(jù)。無論采用什么方式，在開始通訊之前，都要先對控制寄存器SCON進(jìn)行初始化。在方式0中將，將00H送SCON就可以了。芯片介紹: 74LS164 是8位移位寄存器(串行輸入，并行輸出)。 當(dāng)清除端(CLEAR)為低電平時(shí)，輸出端(QA,QH)均為低電平。 串行數(shù)據(jù)輸入端(A，B)可控制數(shù)據(jù)。當(dāng) A、B 任意一個(gè)為低電平，則禁 止新數(shù)據(jù)輸入，在時(shí)鐘端(CLOCK)脈沖上升沿作用下 Q0 為低電平。當(dāng) A、B 有一