畢業(yè)設(shè)計(jì)---單片機(jī)交流變頻恒壓城市供水微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)

1、<p><b>　　摘 要</b></p><p>　　我國(guó)長(zhǎng)期以來(lái)在城市供水、高層建筑供水、工業(yè)生產(chǎn)循環(huán)供水等方面技術(shù)一直比較落后，自動(dòng)化程度比較低。用水高峰期，水的供給量常常低于需求量，出現(xiàn)水壓降低供不應(yīng)求的現(xiàn)象。而在用水低峰期，水的供給量常常高于需求量，出現(xiàn)水壓升高供過(guò)于求的情況。這樣不僅會(huì)造成能量的浪費(fèi)，同時(shí)有可能造成水管爆破和用水設(shè)備的損壞。</p><

2、;p>　　為了解決這些問(wèn)題，本文對(duì)交流變頻恒壓城市供水微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行了研究.系統(tǒng)采用AT89C51為核心，并與變頻器，壓力傳感器等器件有機(jī)結(jié)合起來(lái)，構(gòu)成了變頻恒壓供水系統(tǒng)。該系統(tǒng)是以管網(wǎng)水壓為設(shè)定參數(shù)，通過(guò)控制變頻器的輸出頻率來(lái)自動(dòng)調(diào)節(jié)水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速，并根據(jù)用水量的大小由單片機(jī)控制水泵數(shù)量及變頻器對(duì)水泵的調(diào)速，實(shí)現(xiàn)管網(wǎng)水壓的閉環(huán)調(diào)節(jié)，即恒壓供水。基于供水系統(tǒng)難以為被控對(duì)象確定精確的數(shù)學(xué)模型，水壓精度要求不太高的特征，本文提出的是

3、基于PID的恒壓供水控制方案。為滿足城市發(fā)展對(duì)于供水質(zhì)量的要求，降低供水廠單位治水能耗，保證可靠、穩(wěn)定地城市供水需求，需要對(duì)原有供水系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)化改造，將原有的取水系統(tǒng)和供水系統(tǒng)都改為變頻調(diào)速系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的自動(dòng)化控制和計(jì)算機(jī)監(jiān)測(cè)管理。</p><p>　　交流變頻調(diào)速恒壓供水是現(xiàn)代化城市和小區(qū)供水的發(fā)展方向。采用單片機(jī)控制的交流供水系統(tǒng)具有實(shí)現(xiàn)容易，價(jià)格低廉的特點(diǎn)，是較理想的控制器。</p>

4、<p>　　關(guān)鍵詞：恒壓供水；變頻調(diào)速；單片機(jī)；PID</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　In our country ,the technique of city water supply , high-riseconstruction water supply, industrialproduction loo

5、p water supply and so on continuously quite backward for a long time, and the automaticity is low . In the water used peak, the watersupplies quantity is usually lower than the demand quantity, appears the phenomenon wh

6、ich the hydraulic pressure reduces and falls short of demand . But in the water used trough time, the water supplies quantity is usually higher than the demand quanti</p><p>　　In order to solve these questio

7、ns ,this design to study the system of alternating current variable frequency constant voltage city water supply supervised by microcomputer .This topic used AT89C51 as a core, and component with the frequency converter,

8、pressure transducer and so on , constituted the variable frequency constant voltage water supply system. This system is take the pipe hydraulic pressure as the hypothesis parameter, to adjust the rotational speed of wate

9、r pump electrical machinery </p><p>　　through controls the frequency converter ’s output frequency , to realizes the pipe hydraulic pressure closed loop adjustment by the singal chip control the quantity of

10、water pump and the frequency converter modulate the velocity to the water pump according to the water consumption size.This is namedly constant voltage water supply. </p><p>　　According to the characteristic

11、s which the water supply system is hard for the determination of precise mathematical model and the hydraulic pressure precision request not too high, this article proposes the plan of constant voltage water supply whic

12、h is based on PID .For satisfying the city development's request for the water supply quality, reduces the water supply factory cures water can consume, guaranteed reliable, stably city water supply require, it needs

13、 to carry on the automated transf</p><p>　　The alternating current variable frequency velocity modulation constant voltage water supply is the development direction of the modernized city and the plot water

14、supply .The alternating current water supply system which controlled by the singal chip has the characteristics of realization easy and the price inexpensive .It is the ideal controller. </p><p>　　Key words:

15、 Constant voltage water supply; Variable frequency velocity </p><p>　　modulation; Singal chip; PID</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　第1章 緒 論1</b>

16、;</p><p>　　1.1 城市供水系統(tǒng)的產(chǎn)生1</p><p>　　1.2 單片機(jī)在供水系統(tǒng)中的應(yīng)用1</p><p>　　第2章 方案論證2</p><p>　　2.1 方案論述2</p><p>　　2.2 系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)4</p><p>　　2.3 控制系統(tǒng)的工作原理4<

17、;/p><p>　　第3章 硬件電路設(shè)計(jì)5</p><p>　　3.1 硬件總體說(shuō)明5</p><p>　　3.2 控制芯片的選擇6</p><p>　　3.3 AT89C51最小系統(tǒng)9</p><p>　　3.4 系統(tǒng)的顯示部分和鍵盤(pán)接口電路的設(shè)計(jì)10</p><p>　　3.5 帶手動(dòng)

18、復(fù)位的看門(mén)狗復(fù)位電路14</p><p>　　3.6 ADC080915</p><p>　　3.7 8155并行I/O接口擴(kuò)展芯片的應(yīng)用17</p><p>　　3.7.1 8155芯片的結(jié)構(gòu)17</p><p>　　3.7.2 8155芯片的引腳功能17</p><p>　　3.7.3 8155的RAM和

19、I/O口的編址19</p><p>　　3.7.4 8155的工作原理19</p><p>　　3.7.5 AT89C51和8155的接口方法和應(yīng)用23</p><p>　　3.8 打印機(jī)控制模塊電路設(shè)計(jì)24</p><p>　　3.9 PC機(jī)與單片機(jī)的串行通信接口25</p><p>　　3.10 水泵運(yùn)行

20、過(guò)程26</p><p>　　第4章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)28</p><p>　　4.1 系統(tǒng)程序整體設(shè)計(jì)28</p><p>　　4.2 系統(tǒng)的初始化程序設(shè)計(jì)30</p><p>　　4.3 獨(dú)立按鍵程序設(shè)計(jì)31</p><p>　　4.4 模數(shù)轉(zhuǎn)換軟件設(shè)計(jì)32</p><p>　　4

21、.5 數(shù)據(jù)處理33</p><p>　　第5章 結(jié) 論34</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)35</b></p><p><b>　　致 謝37</b></p><p><b>　　附 錄Ⅰ38</b></p><p><b>　

22、　附 錄Ⅱ48</b></p><p><b>　　緒 論</b></p><p><b>　　城市供水系統(tǒng)的產(chǎn)生</b></p><p>　　城市供水微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的產(chǎn)生近年來(lái)，隨著居民區(qū)的不斷擴(kuò)建與改造，樓房層數(shù)不斷增加，我國(guó)居民用水問(wèn)題越來(lái)越突出，特別是高層建筑居民，原來(lái)的自來(lái)水管壓力出現(xiàn)不足，大部分地區(qū)

23、普遍存在著用水高峰期供不上水，高層居民經(jīng)常出現(xiàn)用水困難，給生活帶來(lái)極大不便。</p><p>　　單片機(jī)在供水系統(tǒng)中的應(yīng)用</p><p>　　隨著城市規(guī)模的擴(kuò)大，像以前水塔或定時(shí)供水這種簡(jiǎn)單供水方式很難適應(yīng)現(xiàn)在社會(huì)發(fā)展的需求，需采用變頻供水方式，于是人們開(kāi)始基于這種想法開(kāi)發(fā)各種新型的產(chǎn)品，其目的就是使供水控制系統(tǒng)布線簡(jiǎn)易功能實(shí)用，并且節(jié)能的產(chǎn)品，于是，人們把單片機(jī)應(yīng)用在供水監(jiān)控系統(tǒng)中?，F(xiàn)

24、在出現(xiàn)了許多類似的產(chǎn)品，這些產(chǎn)品大多具有這樣的功能，系統(tǒng)應(yīng)用的電動(dòng)機(jī)大多數(shù)是采用交流變頻技術(shù)。而系統(tǒng)是采用以單片機(jī)為基礎(chǔ)的供水控制器，單片機(jī)系統(tǒng)不僅可實(shí)現(xiàn)泵組的邏輯控制，并可完成系統(tǒng)的數(shù)字PID調(diào)節(jié)功能，可對(duì)系統(tǒng)中的各種運(yùn)行參數(shù)、控制點(diǎn)的實(shí)時(shí)監(jiān)控。并完成系統(tǒng)運(yùn)行工況的LED顯示、故障報(bào)替等功能。恒壓供水系統(tǒng)還具有標(biāo)準(zhǔn)的通訊，也可以與城市供水系統(tǒng)的上位機(jī)聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)城區(qū)供水系統(tǒng)的優(yōu)化控制，為城市供水系統(tǒng)提供了現(xiàn)代化的調(diào)度、管理、監(jiān)控。<

25、;/p><p>　　在自動(dòng)恒壓供水系統(tǒng)中，由于管網(wǎng)是封閉的。泵站供水的流量是由用戶用水量決定的，泵站供水的壓力以滿足管網(wǎng)中壓力的損失。報(bào)據(jù)反饋原理，要想維持一個(gè)物理量不變或基本不變。就應(yīng)該引入這個(gè)物理與恒值比較，形成閉環(huán)系統(tǒng)，我們要想保持水壓的恒定，因此就必須引入水壓檢測(cè)值與給定值比較。從而形成閉環(huán)系統(tǒng)。但被控制的系統(tǒng)是非線性的系統(tǒng)，現(xiàn)代控制和PID相結(jié)合的方法，以加快響應(yīng)速度，在壓力范圍較小時(shí)采用PID來(lái)保持靜態(tài)精

26、度。</p><p><b>　　方案論證</b></p><p><b>　　方案論述</b></p><p>　　自從通用變頻器問(wèn)世以來(lái)，變頻調(diào)速技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。變頻調(diào)速恒壓供水設(shè)備以節(jié)能、安全、高品質(zhì)的供水質(zhì)量等優(yōu)點(diǎn)，在實(shí)際應(yīng)用中得到了很大發(fā)展，變頻技術(shù)的發(fā)展，在恒壓供水方面的應(yīng)用和優(yōu)勢(shì)越來(lái)越被人們所熟

27、知和接受。許多城市小區(qū)紛紛采用變頻器恒壓供水系統(tǒng)，以改善供水質(zhì)量，保證優(yōu)質(zhì)水。目前變頻恒壓供水控制系統(tǒng)主要用：1專用變頻器+PLC，2通用變頻器+PID控制器。下面對(duì)以上兩種方式進(jìn)行比較：</p><p>　　由專用變頻器與PLC 組成的恒壓供水，這類變頻器的功能雖然強(qiáng)一些，但價(jià)格比通用變頻器卻高很多。此種類型供水設(shè)備的花費(fèi)不光在變頻器上，還體現(xiàn)在PLC上，市場(chǎng)上PLC的價(jià)格也要高于單片機(jī)的價(jià)格。</p&g

28、t;<p>　　系統(tǒng)由變頻器，控制器、傳感器、水泵電機(jī)及相關(guān)電儀控制設(shè)備集成而成，是一種具有變頻調(diào)速和全自動(dòng)閉環(huán)控制功能的機(jī)電一體化智能設(shè)備。它可同時(shí)對(duì)一臺(tái)或多臺(tái)三拍380/220Y, 50/60HZ異步電動(dòng)機(jī)行交頻調(diào)速和閉環(huán)控制，其系統(tǒng)組成示意圖如圖2.1所示。</p><p>　　圖2.1城市供水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖</p><p>　　從上圖中我們可以看到，供水控制系統(tǒng)的基本控

29、制策略是：采用電動(dòng)機(jī)調(diào)速裝置與供水控制器構(gòu)成控制系統(tǒng)，進(jìn)行優(yōu)化控制泵組的調(diào)速運(yùn)行，并自動(dòng)調(diào)整泵組的定行臺(tái)數(shù)，完成供水壓力的閉環(huán)控制，在管網(wǎng)流量變化時(shí)達(dá)到穩(wěn)定供水壓力和節(jié)約電能的目的。整個(gè)系統(tǒng)的工作流程為系統(tǒng)通過(guò)安裝在出水總管上的壓力傳感器，將供水管網(wǎng)的非電量信號(hào)(動(dòng)態(tài)壓力〕轉(zhuǎn)變成電信號(hào)，輸入至供水控制器的輸入模塊，信號(hào)經(jīng)單片機(jī)運(yùn)算處理后與設(shè)定的信號(hào)進(jìn)行比較運(yùn)算，得出偏差值，再經(jīng)過(guò)PID處理得出最佳的運(yùn)行工況參數(shù)，并將其轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)，由

30、系統(tǒng)的輸出模塊輸出的頻率設(shè)定值至變頻調(diào)速器，變頻調(diào)速器控制水泵的轉(zhuǎn)數(shù)來(lái)調(diào)節(jié)管網(wǎng)內(nèi)的實(shí)際壓力值趨向于設(shè)定壓力值，從而實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制的恒壓供水。對(duì)于多臺(tái)泵調(diào)速的方式，控制器控制泵站投運(yùn)水泵的臺(tái)數(shù)及變最泵的運(yùn)行工況，并實(shí)現(xiàn)對(duì)每臺(tái)水泵根據(jù)CPU指令實(shí)施軟啟動(dòng)、軟件切換及變頻運(yùn)行。系統(tǒng)通過(guò)計(jì)算判定目前是否己達(dá)到設(shè)定壓力，決定是否增加(投入)或減少(撤出)水泵，即:當(dāng)一臺(tái)水泵工作頻率達(dá)到最高頻率時(shí)，若管網(wǎng)水壓仍達(dá)不到預(yù)設(shè)水壓，則將自動(dòng)啟動(dòng)下一臺(tái)水泵，

31、控制其變頻運(yùn)行。此后，往復(fù)工作，直至滿足設(shè)定壓力要求為止，反之，若管網(wǎng)水壓大于</p><p>　　下面我們對(duì)系統(tǒng)的各組成部分加以介紹：由水泵一管道供水原理可知，調(diào)節(jié)供水流量原則上有兩種方法:一是節(jié)流調(diào)節(jié)，開(kāi)大供水閥，流量上升，調(diào)小供水閥，流量下降，第二種方法是調(diào)速調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速升高，供水流量增加，轉(zhuǎn)速下降，流量降低。本文所采用的就是后一種方法，即調(diào)速調(diào)節(jié)方法。在這我們所要做的工作是對(duì)其水位進(jìn)行監(jiān)測(cè)，當(dāng)水位過(guò)低時(shí)，

32、就產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)，再通過(guò)繼電器把報(bào)警信號(hào)傳給單片機(jī)，單片機(jī)控制報(bào)警燈亮同時(shí)發(fā)出報(bào)警聲，同時(shí)停泵保護(hù)。</p><p>　　水泵：電機(jī)是輸出環(huán)節(jié)，轉(zhuǎn)速由變頻器控制，實(shí)現(xiàn)變流量恒壓控制。在這些水泵中，一般只用一臺(tái)變頻泵。當(dāng)供水設(shè)備供電開(kāi)始工作時(shí)，先起動(dòng)變頻泵，管網(wǎng)水壓達(dá)到設(shè)定值時(shí)，變頻器的輸出頻率穩(wěn)定在一定的數(shù)值上。每臺(tái)水泵均采用星形啟動(dòng)方式各水泵之間變頻循環(huán)軟起動(dòng)。軟起動(dòng)可減小電動(dòng)機(jī)硬起動(dòng)引起的電網(wǎng)電壓降，使之不影響

33、其它電氣設(shè)備的正常運(yùn)行，可減小電動(dòng)機(jī)的沖擊電流，沖擊電流會(huì)造成電動(dòng)機(jī)局部溫度增加。降低電動(dòng)機(jī)壽命，可減小硬起動(dòng)帶來(lái)的機(jī)械沖力，沖力加速所帶來(lái)的磨損，減少電磁干擾，軟起動(dòng)使電動(dòng)機(jī)可以起停自如，減少空轉(zhuǎn)，提高作業(yè)率，因而有節(jié)能作用。</p><p>　　傳感器：將其安裝在水池與用戶之間的出水管道上。它的任務(wù)是實(shí)時(shí)地檢測(cè)管網(wǎng)出水壓力，井將其轉(zhuǎn)換成4-20mv的電信號(hào)。再將此信號(hào)傳給A/D芯片進(jìn)行處理。</p>

34、;<p>　　變頻器：它的作用是接收PID控制器的信號(hào)，為水泵電機(jī)提供可變頻率電源。供水控制器：這是本文的主要研究?jī)?nèi)容，將在后面的章節(jié)詳細(xì)地加以論述。</p><p><b>　　系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)</b></p><p>　　1．恒壓供水技術(shù)因采用變頻器改變電動(dòng)機(jī)電源頻率，而達(dá)到調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速改變水泵出口壓力，比靠調(diào)節(jié)閥門(mén)的控制水泵出口壓力的方式，具有降低管道阻力

35、大大減少截流損失的工能。</p><p>　　2. 由于水泵工作變頻情況，在其出口流量小于額定流量時(shí)，轉(zhuǎn)速降低，減少了軸承的磨損和發(fā)熱，延長(zhǎng)泵和電動(dòng)機(jī)的機(jī)械使用壽俞。</p><p>　　3．因?qū)崿F(xiàn)恒壓自動(dòng)控制，不需要操作人員連續(xù)操作，降低了人員的勞動(dòng)強(qiáng)度節(jié)省了人力。</p><p>　　4．水泵電動(dòng)機(jī)采用軟起動(dòng)方式，按設(shè)定的加速時(shí)間加速，避免電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)的電流沖擊

36、，對(duì)電網(wǎng)電壓造成波動(dòng)的影響.同時(shí)也避免了電動(dòng)機(jī)突然加速造成電機(jī)系統(tǒng)的喘振。</p><p>　　5. 由于水泵工作在變頻工作狀態(tài)，在其運(yùn)行過(guò)程中其轉(zhuǎn)速是由外供水量決定的，故系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中可節(jié)約可觀的電能，其經(jīng)濟(jì)效益是十分明顯的。由于其節(jié)電效果明顯，所以系統(tǒng)具有收回投資快，而長(zhǎng)期受益，其產(chǎn)生的社會(huì)效益也是非常巨大。</p><p><b>　　控制系統(tǒng)的工作原理</b>

37、;</p><p>　　供水管網(wǎng)中的流量和壓力是隨著用戶用水量的改變而不斷變化的，而改變水泵電機(jī)轉(zhuǎn)速就可以提高供水壓力或減少供水壓力，所以，為了保持出口供水壓力恒定就必須根據(jù)用水量的大小不斷改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速，三相交流電機(jī)的轉(zhuǎn)速公式n=60s(1-s)/p式中n為電機(jī)轉(zhuǎn)速，f為定子供電頻率，s為轉(zhuǎn)差率(s=0.02)，P為電機(jī)的極對(duì)數(shù)，因此可連續(xù)地改變電機(jī)定子的供電頻率,就可以平滑改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的目的

38、。</p><p>　　該變頻恒壓供水控制器以單片機(jī)為核心，在水泵的出水管道上安裝一個(gè)壓力傳感器，用于檢測(cè)管道壓力，并把出口壓力變成0-5v或4-20MA的模擬信號(hào)，送到單片機(jī)系統(tǒng)的A/D轉(zhuǎn)換輸入端，再經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換變成相應(yīng)的數(shù)字信號(hào)，送入單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。單片機(jī)經(jīng)運(yùn)算后與設(shè)定的壓力進(jìn)行比較，得出偏差值，再經(jīng)PID調(diào)節(jié)得出控制參數(shù)，D/A轉(zhuǎn)換變成0-5v或0-1Ov的模擬信號(hào)，送入變頻器中，以控制其輸出頻率的大小

39、，以此改變水泵的電機(jī)轉(zhuǎn)速，從而達(dá)到控制管道壓力的目的，當(dāng)實(shí)際管道壓力小于給定壓力時(shí)，變頻器輸出頻率升高，電機(jī)轉(zhuǎn)速加快，管道壓力升高，頻率降低，電機(jī)轉(zhuǎn)速減小，管道壓力降低。最終達(dá)到恒壓供水的目的。 </p><p><b>　　硬件電路設(shè)計(jì)</b></p>

40、<p>　　為使供水系統(tǒng)具有較好的實(shí)用性，并且具有較高的性能/價(jià)格比，我們對(duì)該系統(tǒng)的硬件電路作了精心設(shè)計(jì)。</p><p>　　該系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)采用了模塊化的設(shè)計(jì)方法。按實(shí)現(xiàn)的功能來(lái)分，可分為以下幾個(gè)部分。其中，AT89C51單片機(jī)是整個(gè)電路的核心，它控制其它模塊來(lái)完成各種復(fù)雜的操作。外圍電路包括鍵盤(pán)顯示器電路、復(fù)位電路、與上位機(jī)通信等等。具體電路圖詳見(jiàn)附錄Ⅱ。</p><p>

41、　　在本章下面幾個(gè)小節(jié)中將根據(jù)電路圖的硬件設(shè)計(jì)電路，對(duì)各個(gè)模塊電路進(jìn)行詳細(xì)的設(shè)計(jì)與分析。</p><p><b>　　硬件總體說(shuō)明</b></p><p>　　整個(gè)系統(tǒng)控制部分以ATMEL公司的AT89C51為核心的芯片，這種芯片內(nèi)置有4K的EPROM，具有控制信號(hào)采集、處理、輸出三個(gè)功能。AT89C51是一種帶2K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器的單片機(jī)。單片機(jī)的可擦

42、除只讀存儲(chǔ)器可以反復(fù)擦除100次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能八位CPU和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器。AT89C單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。因?yàn)橄到y(tǒng)要求控制線較多如果采用8031外置程序控制結(jié)構(gòu)，則會(huì)造成控制線不夠，而AT89C51卻可以利用P0， P2口作控制總線大大簡(jiǎn)化了硬件

43、結(jié)構(gòu)，并可以直接控制鍵盤(pán)參數(shù)輸入、LED數(shù)據(jù)顯示，方便現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試和維護(hù)使整個(gè)系統(tǒng)的通用性和智能化得到了很大地提高。其硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖3.1所示。</p><p>　　圖3.1 城市供水系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖</p><p><b>　　控制芯片的選擇</b></p><p><b>　　1. 主要特性</b></p>

44、<p>　　●與MCS-51兼容 ●4K字節(jié)可編程閃爍存儲(chǔ)器 ●壽命：1000寫(xiě)/擦循環(huán)●數(shù)據(jù)保留時(shí)間：10年●全靜態(tài)工作：0Hz-24Hz●三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定●128*8位內(nèi)部RAM●32可編程I/O線●兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器●5個(gè)中斷源●可編程串行通道●低功耗的閑置和掉電模式●片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路 </p><p>　　2．管腳說(shuō)明VCC：供電電壓。</p>

45、<p><b>　　GND：接地。</b></p><p>　　P0口：P0口為一個(gè)8位漏極開(kāi)路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門(mén)電流。 當(dāng)P1口的管腳第一次寫(xiě)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FLASH編程時(shí)，P0口作為原碼輸入口，當(dāng)FLASH進(jìn)

46、行校驗(yàn)時(shí)，P0輸出原碼，此時(shí)P0外部必須被拉高。</p><p>　　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(mén)電流。P1口管腳寫(xiě)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。</p><p>　　P2口：

47、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(mén)電流，當(dāng)P2口被寫(xiě)“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(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫(xiě)時(shí)，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)

48、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)。</p><p>　　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(mén)電流。當(dāng)P3口寫(xiě)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。</p><p>　　P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，如下所示：口管腳

49、 備選功能P3.0 RXD 串行輸入口P3.1 TXD 串行輸出口P3.2 外部中斷0P3.3 外部中斷1P3.4 T0 記時(shí)器0外部輸入P3.5 T1 記時(shí)器1外部輸入P3.6 外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選通P3.7 外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通

50、P3口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。</p><p>　　RESET：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器作為復(fù)位器件時(shí)，要保持RST腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。ALE/：當(dāng)訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的低位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時(shí)，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是：

51、每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過(guò)一個(gè)ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出，可在SFR8EH地址上置0。此時(shí)，ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令時(shí)才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)時(shí)ALE被禁止，置位無(wú)效。</p><p>　　：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次有效。但在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的信號(hào)將不出現(xiàn)。</p><p

52、>　　/VPP：當(dāng)保持低電平時(shí)，在此期間訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器（0000H-FFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。注意加密方式1時(shí)，將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)端保持高電平時(shí)，此期間訪問(wèn)內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）。</p><p>　　XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。</p><p>　　XTAL2：來(lái)自反向振

53、蕩器的輸出。</p><p><b>　　3．振蕩器特性</b></p><p>　　XTAL1和XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)器件，XTAL2應(yīng)不接。剩余輸入至內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)要通過(guò)一個(gè)二分頻觸發(fā)器，因此對(duì)外部時(shí)鐘信號(hào)的脈寬無(wú)任何要求，但必須保證脈沖的高低電平與要求的寬度相同。&

54、lt;/p><p><b>　　4．芯片擦除</b></p><p>　　整個(gè)EPROM陣列和三個(gè)鎖定位的電擦除可通過(guò)正確的控制信號(hào)組合，并保持ALE管腳處于低電平10ms來(lái)完成。在芯片擦除操作中，代碼陣列全被寫(xiě)“1”且在任何非空存儲(chǔ)字節(jié)被重復(fù)編程以前，該操作必須被執(zhí)行。 此外，AT89C51設(shè)有穩(wěn)態(tài)邏輯，可以在低到零頻率的條件下靜態(tài)邏輯，支持兩種軟件可選的掉電模

55、式。在閑置模式下，CPU停止工作。但RAM定時(shí)器，計(jì)數(shù)器，串口和中斷系統(tǒng)仍在工作。在掉電模式下，保存RAM的內(nèi)容并且凍結(jié)振蕩器，禁止所用其它芯片功能，直到下一個(gè)硬件復(fù)位為止。如圖3.2 AT89C51的管腳圖所示。</p><p>　　圖3.2 AT89C51的管腳圖</p><p>　　圖3.2 AT89C51的管腳圖</p><p>　　AT89C51最小系統(tǒng)&

56、lt;/p><p>　　AT89C51內(nèi)部有4KB閃爍存儲(chǔ)器，芯片本身就是一個(gè)最小系統(tǒng)。在能滿足系統(tǒng)的性能要求的情況下，可優(yōu)先考慮采用此種方案。用這種芯片構(gòu)成的最小系統(tǒng)簡(jiǎn)單、可靠。用AT89C51單片機(jī)構(gòu)成最小應(yīng)用系統(tǒng)時(shí)，只要將單片機(jī)接上時(shí)鐘電路和復(fù)位電路即可，其中晶振12MHZ，電容0.047uf，如圖3.3所示。與8031外擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器的最小應(yīng)用系統(tǒng)相比，該系統(tǒng)省去了外擴(kuò)程序存儲(chǔ)器的工作。該最小應(yīng)用系統(tǒng)只能用作

57、一些小型的數(shù)字量的測(cè)控單元。</p><p>　　圖3.3 AT89C51最小系統(tǒng)</p><p>　　系統(tǒng)的顯示部分和鍵盤(pán)接口電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　本接口電路選用8279專用鍵盤(pán)、顯示控制芯片。8279采用40引腳封裝，其管腳、引線功能如下3.4所示。</p><p>　　D0~D7（數(shù)據(jù)總線）：雙向、三態(tài)總線和系統(tǒng)總線相連，用于

58、CPU和8279間的數(shù)據(jù)/命令傳送。</p><p>　　CLK（系統(tǒng)）時(shí)鐘：輸入線，為8279提供內(nèi)部時(shí)鐘的輸入端。</p><p>　　RESET（復(fù)位）：輸入線，當(dāng)RESET=1時(shí)，8279復(fù)位，其復(fù)位狀態(tài)為，16個(gè)字符顯示，編碼掃描鍵盤(pán)—雙鍵鎖定，程序時(shí)鐘編程為31。</p><p>　?。ㄆx）：輸入線，當(dāng)=0時(shí)，8279被選中，允許CPU對(duì)其讀、寫(xiě)，否則

59、被禁止。</p><p>　　A0（數(shù)據(jù)選擇）：輸入線，當(dāng)A0=1時(shí)，CPU寫(xiě)入數(shù)據(jù)為命令字，讀出數(shù)據(jù)為狀態(tài)字；A0=0時(shí)，CPU讀、寫(xiě)字節(jié)均為數(shù)據(jù)。</p><p>　?。ㄗx、寫(xiě)信號(hào)）：輸入線，低電平有效，來(lái)自CPU的控制信號(hào)，控制8279的讀、寫(xiě)操作。</p><p>　　IRQ（中斷請(qǐng)求）：輸出線，高電平有效。</p><p>　　在鍵

60、盤(pán)工作方式中，當(dāng)FIFO/傳感器RAM存有數(shù)據(jù)時(shí)，IRQ為高電平；CPU每次從RAM中讀出數(shù)據(jù)時(shí)，IRQ變?yōu)榈碗娖?；若RAM中仍有數(shù)據(jù)，則IRQ再次恢復(fù)為高電平。在傳感器工作方式中，每當(dāng)檢測(cè)到傳感器狀態(tài)變化時(shí)，IRQ就出現(xiàn)高電平。</p><p>　　圖3.4 8279引腳圖</p><p>　　SL0~SL3（掃描線）：輸出線，用來(lái)掃描鍵盤(pán)和顯示器。</p><p&

61、gt;　　RL0~RL7（回復(fù)線）：輸入線，它們是鍵盤(pán)或傳感器矩陣的列（或行）信號(hào)輸入線。</p><p>　　SHIFT（移位信號(hào)）：輸入線，高電平有效。該輸入信號(hào)是8279鍵盤(pán)數(shù)據(jù)的次高位（D6）、通常用來(lái)擴(kuò)充鍵開(kāi)關(guān)的功能，可以做鍵盤(pán)上、下?lián)豕δ苕I。</p><p>　　CNTL/STB（控制/選通）：輸入線，高電平有效。</p><p>　　在鍵盤(pán)工作方式時(shí)，

62、該輸入信號(hào)是鍵盤(pán)數(shù)據(jù)的最高位（D7），通常用來(lái)擴(kuò)充鍵開(kāi)關(guān)的控制功能，作為控制功能鍵用。</p><p>　　在選通輸入方式時(shí)，該信號(hào)的上升沿可從將來(lái)自RL0~RL7的數(shù)據(jù)存入FIFO RAM中。在傳感器方式下，該信號(hào)無(wú)效。</p><p>　　OUTA0~OUTA3（A組顯示信號(hào)）：輸出線。</p><p>　　OUTB0~OUTB3（B組顯示信號(hào)）：輸出線。<

63、;/p><p>　　這兩組引線都是顯示數(shù)據(jù)輸出線，與多位數(shù)字顯示的掃描線SL0~SL3同步。兩組可以獨(dú)立使用，也可以合并使用。</p><p>　?。@示消隱）：輸出線，低電平有效。該信號(hào)在數(shù)字切換顯示或使用消隱命令時(shí)，將顯示消隱。</p><p>　　本電路的核心部件是8279芯片，Intel8279芯片是一種通用的可編程序的鍵盤(pán)/顯示接口器件，單個(gè)芯片就能完成鍵盤(pán)輸

64、入和LED顯示控制兩種功能。8279包括鍵盤(pán)輸入和顯示輸出兩個(gè)部分。鍵盤(pán)部分提供的掃描方式可以和具有64個(gè)按鍵或傳感器的陣列相連（本系統(tǒng)采用16個(gè)按鍵），能自動(dòng)消除開(kāi)關(guān)抖動(dòng)及N鍵同時(shí)按下的保護(hù)；顯示部分按掃描方式工作，可以顯示8或16位LED顯示塊，（本系統(tǒng)顯示4位）。</p><p>　　鍵盤(pán)的工作方式分編程掃描方式和中斷掃描方式兩種。采用編程掃描工作方式時(shí)能及時(shí)響應(yīng)鍵入的命令和數(shù)據(jù)，但是這種方式不管鍵盤(pán)上有無(wú)

65、鍵按下，CPU總是要定時(shí)掃描鍵盤(pán)，而應(yīng)用系統(tǒng)在工作時(shí)并不經(jīng)常需要鍵輸入，因此CPU經(jīng)常處于空掃描狀態(tài)，為了進(jìn)一步提高CPU的工作效率，采用中斷掃描工作方式，即當(dāng)鍵盤(pán)上有鍵閉合時(shí)產(chǎn)生中斷請(qǐng)求，CPU響應(yīng)中斷請(qǐng)求后，轉(zhuǎn)去執(zhí)行中斷服務(wù)程序，在中斷服務(wù)程序中判別鍵盤(pán)上閉合鍵的鍵號(hào)，并做相應(yīng)的處理。本電路中8279鍵盤(pán)為8X2，掃描線由SL0~SL2通過(guò)3-8譯碼器提供，接入鍵盤(pán)列線；查詢線由反饋接入線RL0~RL7提供，接入鍵盤(pán)線。</p

66、><p>　　顯示部分用了4個(gè)共陰極7段LED顯示塊，LED顯示器有靜態(tài)顯示和動(dòng)態(tài)顯示兩種顯示方式。所謂靜態(tài)顯示，就是當(dāng)顯示器顯示某一字符時(shí)，相應(yīng)段的發(fā)光二極管恒定的導(dǎo)通或截止，并且顯示器的各位可同時(shí)顯示。靜態(tài)顯示時(shí)，較小的驅(qū)動(dòng)電流就能得到較高的顯示亮度。所謂動(dòng)態(tài)顯示就是以唯一未得輪流點(diǎn)亮顯示器的各個(gè)位（掃描）對(duì)于顯示器的每一位而言，每隔一段時(shí)間點(diǎn)亮一次。顯示器的亮度既與導(dǎo)通電流有關(guān)，也與點(diǎn)亮?xí)r間和時(shí)間間隔的比例有關(guān)

67、。由于本電路使用8279專用鍵盤(pán)、顯示控制芯片，讓8279來(lái)控制鍵盤(pán)，顯示，而不用CPU來(lái)進(jìn)行管理，因此采用靜態(tài)顯示方式。本電路中8279顯示器為4位顯示，位選線由掃描線SL0~SL2經(jīng)3-8譯碼器、驅(qū)動(dòng)器BIC8708提供；段選線B0~B3，A0~A3通過(guò)驅(qū)動(dòng)器BIC8708提供。另外，8279的片選與AT89C52的高位地址線P2.7相連，8279的CLK與AT89C51的ALE相接，由AT89C52的ALE端提供時(shí)鐘。本電路中82

68、79的端接74LS138的Y4輸觸腳,所以8279的命令口和狀態(tài)口的地址都是而數(shù)據(jù)口的地址則為5FFEH(因8279的21腳為低電平時(shí)指向數(shù)據(jù)口)。</p><p>　　在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，LED顯示常用兩種方法:靜態(tài)顯示和動(dòng)態(tài)掃描顯示。靜態(tài)顯示，就是每一個(gè)LED都占用單獨(dú)的具有鎖存功能的I/O接口用于筆劃段字形代碼。這樣單片機(jī)只要把要顯示的字形代碼發(fā)送到接口電路，直到要顯示新的數(shù)據(jù)時(shí)，再發(fā)送新的字形碼，因此，使

69、用這種方法單片機(jī)中CPU的開(kāi)銷小?？梢蕴峁﹩为?dú)鎖存的I/O接口電路很多，我們這里用到的是常用的串并轉(zhuǎn)換電路8279，來(lái)與AT89C51單片機(jī)和共陰極數(shù)碼管LED組成靜態(tài)顯示電路。</p><p>　　本供水系統(tǒng)的顯示部分就是采用AT89C51單片機(jī)與8279的靜態(tài)顯示接口電路采用4片8279分別驅(qū)動(dòng)4片LED, LED的顯示方式為靜態(tài)顯示方式，ATM89C51的串行口工作于方式0,即移位寄存器方式。把AT89C5

70、1的RXO作為數(shù)據(jù)輸出線，TXD作為移位時(shí)鐘脈沖。 </p><p>　　本系統(tǒng)采用獨(dú)立式按鍵，獨(dú)立式按鍵的各按鍵相互獨(dú)立，每個(gè)按鍵都有一個(gè)輸入線，各按鍵的狀態(tài)互不影響，CPU需對(duì)按鍵狀態(tài)分別檢測(cè)，只適用于按鍵數(shù)較少的場(chǎng)合，單片機(jī)接口與獨(dú)立式按鍵顯示電路如圖3.4所示。</p><p>　　圖 3.4 單片機(jī)與8279接口電路及顯示</p><p>　　在此電路中，

71、按鍵輸入部分采用低電平有效，上拉電阻保證了按鍵斷開(kāi)時(shí)，I/O口線有確定的電平。在掃描時(shí)，先讀取PO口的低四位，若某位為低電平，應(yīng)先延時(shí)10Ms。然后再讀取該位，如果讀得的值仍為低電乎，可確認(rèn)此鍵已按下，然后調(diào)用該鍵的鍵處理子程序，各鍵的優(yōu)先級(jí)別由軟件安排。</p><p>　　帶手動(dòng)復(fù)位的看門(mén)狗復(fù)位電路</p><p>　　在實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)中，為了保證復(fù)位電路可靠的工作，常將RC電路接施密特

72、電路后再接入單片機(jī)復(fù)位端；或采用專用的復(fù)位電路芯片。MAX813L是MAXIN公司生產(chǎn)的一種體積小、功耗低、性價(jià)比高的帶看門(mén)狗和電源監(jiān)控功能的復(fù)位芯片，其引腳圖如圖3.3所示，引腳功能如下：</p><p>　　（2）RESET：復(fù)位信號(hào)輸出端。上電時(shí)，自動(dòng)產(chǎn)生200ms的復(fù)位脈沖（高電</p><p>　　平）；手動(dòng)復(fù)位端輸入低電平時(shí)，該端也產(chǎn)生復(fù)位信號(hào)輸出。</p>&l

73、t;p>　　（3）WDI：看門(mén)狗輸入端。程序正常運(yùn)行時(shí)，必須在小于1.6s的時(shí)間間隔內(nèi)該輸入端發(fā)送一個(gè)脈沖信號(hào)，以清除芯片內(nèi)部的看門(mén)狗定時(shí)器，端輸出低電平。</p><p>　　（4）：看門(mén)狗信號(hào)輸出端。正常工作時(shí)輸出保持高電平，看門(mén)狗輸出時(shí)，該端輸出信號(hào)由高電平變?yōu)榈碗娖健?lt;/p><p>　　（5）PFI：電源故障輸入端。當(dāng)該端輸入電壓低于1.25V時(shí)，端輸出低電平。</p

74、><p>　?。?）：電源故障輸出端。電源正常時(shí)輸出保持高電平，電源電壓變低或掉電時(shí)，輸出由高電平變?yōu)榈碗娖健?lt;/p><p>　?。?）VCC：工作電源，接+5V。</p><p>　　（8）GND：接地端。</p><p>　　MAX813L與單片機(jī)的連接電路如圖3.5所示，該電路可以實(shí)現(xiàn)上電復(fù)位，程序運(yùn)行出現(xiàn)“死機(jī)”時(shí)的自動(dòng)復(fù)位和隨時(shí)的手動(dòng)

75、復(fù)位。</p><p>　　為實(shí)現(xiàn)單片機(jī)死機(jī)時(shí)自動(dòng)復(fù)位功能，需要在軟件設(shè)計(jì)中，P1.7不斷輸出脈沖信號(hào)（時(shí)間間隔小于1.6s），如果因某種原因單片機(jī)進(jìn)入死循環(huán)，則P1.7無(wú)脈沖輸出。于是1.6s后在MAX813L的端輸出低電平，該電平加到端，使MAX813L產(chǎn)生一個(gè)200ms的復(fù)位脈沖輸出，使單片機(jī)有效復(fù)位，系統(tǒng)重新開(kāi)始工作。</p><p>　　圖3.5 帶手動(dòng)復(fù)位的看門(mén)狗復(fù)位電路<

76、;/p><p><b>　　ADC0809 </b></p><p>　　1．主要特性●8路8位A／D轉(zhuǎn)換器，即分辨率8位。 </p><p>　　●具有轉(zhuǎn)換起停的控制端。 ●轉(zhuǎn)換時(shí)間為100μs●單個(gè)＋5V電源供電 ●模擬輸入電壓范圍0～＋5V，不需零點(diǎn)和滿刻度校準(zhǔn)。 ●工作溫度范圍為-40～＋85攝氏度 ●低功耗，約15mW。 2

77、．內(nèi)部結(jié)構(gòu) </p><p>　　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3．6所示，它由8路模擬開(kāi)關(guān)、地址鎖存與譯碼器、比較器、8位開(kāi)關(guān)樹(shù)型D／A轉(zhuǎn)換器、逐次逼近 。</p><p>　　圖3.6 　ADC0809內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖 </p><p>　　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

78、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。 </p><p>　　3．外部特性（引腳功能） 　　ADC0809芯片有28條引腳，采用雙列直插式封裝，如圖3.7所示。下面說(shuō)明各引腳功能。 　　IN0～I(xiàn)N7：8路模擬量輸入端。</p><p>　　圖3.7　ADC0809引腳圖</p><p>　　8155并行I/O接口擴(kuò)展芯片的應(yīng)

79、用</p><p>　　在本系統(tǒng)中，由于涉及的外圍電路比較多，AT89C51芯片的I/O口不能滿足系統(tǒng)的需要，因此，需要I/O口的擴(kuò)展芯片。在這里選用8155并行I/O接口擴(kuò)展芯片。</p><p>　　8155芯片內(nèi)具有256個(gè)字節(jié)的RAM，兩個(gè)8位、一個(gè)6位的可編程并行I/O接口和一個(gè)14位的計(jì)數(shù)器，與MCS-51單片機(jī)接口簡(jiǎn)單，是單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中廣泛使用的芯片。</p>

80、<p><b>　　8155芯片的結(jié)構(gòu)</b></p><p>　　按照器件的功能，8155可由下列三部分組成：</p><p>　　1. 隨機(jī)存儲(chǔ)器部分：容量為256×8位的靜態(tài)RAM。</p><p>　　2. I/O接口部分：</p><p>　?、?端口A：可編程序8位I/O端口PA0~7；

81、</p><p>　?、?端口B：可編程序8位I/O端口PB0~7；</p><p>　?、?端口C：可編程序6位I/O端口PC0~5；</p><p>　?、?命令寄存器，8位寄存器，只允許寫(xiě)入；</p><p>　?、?狀態(tài)寄存器，8位寄存器，只允許讀出；</p><p>　　3. 計(jì)數(shù)器/計(jì)時(shí)器部分：二個(gè)14位的

82、二進(jìn)制減法計(jì)數(shù)器/計(jì)時(shí)器。</p><p>　　8155芯片的引腳功能</p><p>　　8155具有40個(gè)采用雙列直插式封裝，引腳分布圖如圖3.8所示，其功能定義如下：</p><p>　　1. AD0~7(三態(tài))</p><p>　　AD0~7是地址/數(shù)據(jù)總線，可以直接與AT89C51的P0口相連接。在允許地址鎖存信號(hào)ALE的后沿(即下

83、降沿)，將8位地址鎖存在內(nèi)部地址寄存器中。該地址可作為存儲(chǔ)器部分的低8位地址，也可是I/O接口的通道地址，這將由輸入的IO/信號(hào)的狀態(tài)來(lái)決定。在AD0～7引腳上出現(xiàn)的數(shù)據(jù)信息是讀出還是寫(xiě)入8155，由系統(tǒng)控制信號(hào)或來(lái)決定。</p><p><b>　　2. RESET</b></p><p>　　這是由AT89C51提供的復(fù)位信號(hào)，作為總清器件使用。RESET信號(hào)的脈

84、沖寬度一般為600ns。當(dāng)器件被清后，各轉(zhuǎn)接口被置成輸入工作方式。</p><p>　　圖3.8 8155的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及引腳</p><p>　　3. ALE允許地址鎖存信號(hào)。該控制信號(hào)由AT89C51發(fā)出，在該信號(hào)的后沿，將AD0~7上的低8位地址、片選信號(hào)以及IO/信號(hào)鎖存在片內(nèi)的鎖存器內(nèi)。</p><p>　　4. 這是低電平有效的片選信號(hào)。當(dāng)8155的引腳=0

85、時(shí)，器件才允許被啟用，否則為禁止使用。</p><p>　　5. IO/這是個(gè)I/O轉(zhuǎn)接口或存儲(chǔ)器的選擇信號(hào)。當(dāng)IO/=1時(shí)，選擇I/O電路；當(dāng)IO/=0時(shí)，選擇存儲(chǔ)器件。</p><p>　　6. （寫(xiě)）在片選信號(hào)有效的情況下(即=0)，該引腳上輸入一個(gè)低電平信號(hào)（=0）時(shí)，將D0~7線上的數(shù)據(jù)寫(xiě)入RAM某單元內(nèi)（當(dāng)IO/=0時(shí)），或?qū)懭肽矷/O端口電路（當(dāng)IO/=1時(shí)）。</p&

86、gt;<p>　　7. （讀）在片選信號(hào)有效的情況下(即=0)，如果該引腳上輸入一個(gè)低電平信號(hào)（=0）時(shí)，8155RAM某單元的內(nèi)容讀至數(shù)據(jù)總線。若輸入一個(gè)高電平（=1），則將某I/O轉(zhuǎn)接電路的內(nèi)容讀至數(shù)據(jù)總線。</p><p>　　由于系統(tǒng)控制的作用，而（寫(xiě)）和（讀）信號(hào)不會(huì)同時(shí)有效。根據(jù)上面分析：</p><p>　　A. 寫(xiě)RAM的必要條件是：(IO/=0)·

87、(=0)·(=0)；</p><p>　　B. 寫(xiě)I/O端口電路的必要條件是：(IO/=1)·(=0)·(=0)；</p><p>　　C. 讀RAM的必要條件是：(IO/=0)·(=0)·(=0)；</p><p>　　D. 讀I/O端口電路的必要條件是：(IO/=1)·(=0)·(=0)。&l

88、t;/p><p>　　8. PA0~7：一組8根通用的I/O端口線，其數(shù)據(jù)輸入或輸出的方向由可編程序的命令寄存器的內(nèi)容決定。</p><p>　　9. PB0~7：一組8位的通用I/O端口，其數(shù)據(jù)輸入或輸出的方向由可編程序的命令寄存器的內(nèi)容所決定。</p><p>　　10. PC0~5：一組6 位的既具有通用I/O端口功能，又具有對(duì)PA和PB起某種控制作用的I/O電路

89、。各種功能的實(shí)現(xiàn)均由可編程序的命令寄存器的內(nèi)容所決定。PA，PB和PC各I/O端口的狀態(tài)，可由讀出狀態(tài)寄存器的內(nèi)容而得到。</p><p>　　11. TIMER：14位二進(jìn)制減法計(jì)數(shù)器的輸入端。</p><p>　　12. TIMER OUT：是一個(gè)計(jì)時(shí)器的輸出引腳。可由計(jì)時(shí)器的工作方式?jīng)Q定該輸出信號(hào)的波形。</p><p>　　13. Vcc：為+5V電源引腳。

90、</p><p>　　14. Vss：為+5V電源的地線。</p><p>　　8155的RAM和I/O口的編址</p><p>　　8155 芯片中的RAM和I/O口均占用單片機(jī)系統(tǒng)片外RAM的地址，其中高8位地址由和IO/決定。當(dāng)=0且IO/＝0時(shí)，低8位的00H、FFH為RAM的有效地址；當(dāng)=0，且IO/＝1時(shí)，由低8位地址中的末3位(A2A1A0)來(lái)決定各個(gè)

91、口的地址，詳見(jiàn)表3.1。</p><p>　　表3.1 8155端口地址表</p><p><b>　　8155的工作原理</b></p><p>　　8155的結(jié)構(gòu)框圖見(jiàn)圖3.5(a)。這里主要介紹它的三組I/O端口電路及14位二進(jìn)制減法器的工作原理。</p><p>　　1. 8155I/O端口工作原理</p&

92、gt;<p>　　8155的三組I/O端口電路的工作方式，均由可編程序的命令寄存器的內(nèi)容所規(guī)定，而其狀態(tài)可由讀出狀態(tài)寄存器的內(nèi)容所獲得。上面已經(jīng)敘述，8155的命令寄存器和狀態(tài)寄存器分別為各自獨(dú)立的8位寄存器。在8155的器件內(nèi)部，從邏輯上來(lái)說(shuō)，是只允許寫(xiě)入命令寄存器和讀出狀態(tài)寄存器內(nèi)容的。而實(shí)際上，讀命令寄存器內(nèi)容及寫(xiě)入狀態(tài)寄存器的操作是既不允許、也不可能實(shí)現(xiàn)的。因此完全可將命令寄存器和狀態(tài)寄存器的地址合用一個(gè)通道地址，

93、以減少器件占用的通道地址；同時(shí)將兩個(gè)寄存器簡(jiǎn)稱為命令/狀態(tài)寄存器，有時(shí)以C/S寄存器來(lái)表示。</p><p>　　A．8155的命令字格式。命令寄存器由8位組成，每一位都能鎖存。其中低4位（0～3位）用來(lái)定義PA、PB和PC接口的工作方式；當(dāng)PC用作控制PA或PB的端口工作時(shí)，第4、5兩位分別用來(lái)允許或禁止PA和PB的中斷；而最高兩位（第6、7兩位）則用來(lái)定義計(jì)數(shù)器/計(jì)時(shí)器的工作方式。利用輸出指令，可以將對(duì)命令寄

94、存器的各位編碼打入其中。8155命令寄存器各位的定義見(jiàn)表3.2。</p><p>　　表3.2 8155命令寄存器定義</p><p>　　1) 第0位（PA）：定義PA0~7數(shù)據(jù)信息傳送的方向。</p><p>　　“0”—輸入方式；“1”—輸出方式。</p><p>　　2) 第1位（PB）：定義PB0~7數(shù)據(jù)信息傳送方向。</p&

95、gt;<p>　　“0”—輸入方式；“1”—輸出方式。</p><p>　　3) 第3，2位（PCII，PCI）：定義PC0~5的工作方式。</p><p><b>　　“00”—方式1；</b></p><p><b>　　“11”—方式2；</b></p><p><b>

96、;　　“01”—方式3；</b></p><p><b>　　“10”—方式4。</b></p><p>　　方式1～4時(shí)，PC0~5的各位功能見(jiàn)表3.3。</p><p>　　表3.3 端口C控制分配表</p><p>　　4) 第4位（IEA）：在端口C對(duì)PA0~7，起控制作用的工作方式時(shí)，IEA位用來(lái)定

97、義允許端口A的中斷?！?”—禁止；“1”—允許。</p><p>　　5) 第5位（IEB）：當(dāng)端口C工作在對(duì)PB0~7起控制作用的工作方式時(shí)，IEB位用來(lái)定義允許端口B的中斷。“0”—禁止；“1”—允許。</p><p>　　6) 第7，6位（TM2，TM1）：用來(lái)定義計(jì)時(shí)器/計(jì)數(shù)器工作的命令。有四種情況，分別列于表3.4。</p><p>　　表3.4 計(jì)時(shí)器/

98、計(jì)數(shù)器工作方式定義表</p><p>　　B．8155的狀態(tài)字格式。狀態(tài)寄存器為8位，各位均可鎖存，其中最高位為任意位，低6位用于指定轉(zhuǎn)接口的狀態(tài)，另一位用作指示定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的狀態(tài)之用。通過(guò)讀C/S寄存器的操作（即用指令系統(tǒng)的輸入指令），可讀出狀態(tài)寄存器的內(nèi)容。8155的狀態(tài)字格式如表3.5所示。</p><p>　　表3.5 8155的狀態(tài)字</p><p>　

99、　C．8155的端口電路。8155器件的I/O部件由五個(gè)寄存器組成。其中兩個(gè)是命令/狀態(tài)寄存器（C/S）地址為xxxx000。如前所述，當(dāng)寫(xiě)操作期間選中C/S寄存器時(shí)，就把一個(gè)命令寫(xiě)入命令寄存器中，并且命令寄存器的狀態(tài)信息不能通過(guò)其引腳來(lái)讀取；當(dāng)讀操作期間選中C/S寄存器時(shí)，將I/O端口和定時(shí)器的狀態(tài)信息讀出。</p><p>　　另外兩個(gè)寄存器為PA和PB。根據(jù)C/S寄存器的內(nèi)容，分別對(duì)PA0~7和PB0~7編

100、程，使相應(yīng)的I/O電路處于基本的輸入或輸出方式，或選通方式。</p><p>　　最后一個(gè)寄存器是PC，該寄存器僅6位，可以對(duì)I/O 端口電路PC0~5進(jìn)行編程，或?qū)γ罴拇嫫髅钭值牡?，3位（PCI和PCII）行適當(dāng)編程，使其成PA和PB的控制信號(hào)，詳見(jiàn)表3.2。</p><p>　　2. 8155的定時(shí)器</p><p>　　8155的定時(shí)器是一個(gè)14位的減法

101、計(jì)數(shù)器，它能對(duì)輸入定時(shí)器的脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，在達(dá)到最后計(jì)數(shù)值時(shí)，有一個(gè)矩形波或脈沖輸出。</p><p>　　表3.6 8155定時(shí)器格式</p><p>　　為了對(duì)定時(shí)器進(jìn)行程序控制，首先裝人計(jì)數(shù)長(zhǎng)度。由于計(jì)數(shù)長(zhǎng)度為14位（第0～13位），因每次裝入的長(zhǎng)度只能是8位，所以必須分兩次裝入。裝入計(jì)數(shù)長(zhǎng)度寄存器的值為2H～3FFFH，而第14～l5位用來(lái)規(guī)定定時(shí)器的輸出方式。定時(shí)器格式見(jiàn)表3.6。

102、</p><p>　　表3.6中最高兩位（M2，M1）定義的定時(shí)器方式如表3.7所示。</p><p>　　應(yīng)該注意，硬件復(fù)位信號(hào)的到達(dá)，會(huì)使8155計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)、直至由WS寄存器發(fā)出啟動(dòng)定時(shí)器命令為止。</p><p>　　表3.7 定時(shí)器方式定義表</p><p>　　應(yīng)該注意，硬件復(fù)位信號(hào)的到達(dá)，會(huì)使8155計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)、直至由WS

103、寄存器發(fā)出啟動(dòng)定時(shí)器命令為止。</p><p>　　AT89C51和8155的接口方法和應(yīng)用</p><p>　　AT89C51單片機(jī)可以和8155直接連接，不需要任何外加電路，對(duì)系統(tǒng)增加256個(gè)字節(jié)的RAM、22位I/O線及一個(gè)計(jì)數(shù)器，AT89C51和8155的接口方法如圖3.9所示。8155的端接P2.7，IO/端接P2.6。當(dāng)P2.7=0、P2.6=1時(shí)，訪問(wèn)8155的I/O端口。當(dāng)

104、P2.7=0、P2.6=0時(shí)則訪問(wèn)8155的RAM。為此可得到此系統(tǒng)中8155各端口的地址。</p><p>　　RAM的地址：3F00H～3FFFH。</p><p>　　I/O端口地址：7F00H（命令狀態(tài)口），7F01H（A口），7F02H（B口），7F03（C口），7F04H（定時(shí)器低8位），7F05H（定時(shí)器高6位）。</p><p>　　在本次設(shè)計(jì)系統(tǒng)中

105、A口定義為基本輸入方式，用于八路開(kāi)關(guān)74LS151的Z端的輸入端。B口定義為基本輸出方式，用于LED顯示器的擴(kuò)展，具體介紹將在LED顯示器的介紹中作詳細(xì)說(shuō)明。定時(shí)器作為方波發(fā)生器，對(duì)AT89C51的晶振頻率進(jìn)行二十四分頻（但需注意8155的最高計(jì)數(shù)頻率約4MHz），則8155I/O口初始化程序如下：</p><p>　　START： MOV DPTR，＃7FC4H ；定時(shí)器低8位送＃18H（24D）&

106、lt;/p><p>　　MOV A，＃18H</p><p>　　MOVX ＠DPTR，A </p><p>　　INC DPTR ；DPTR+1→DPTR=＃7F05H</p><p>　　MOV A，#40H ；定時(shí)高6位送000000B工作方式為連續(xù)方波</p>

107、<p>　　MOVX ＠DPTR，A ；對(duì)f晶振24分頻</p><p>　　MOV DPTR，＃7F00H ；命令狀態(tài)口</p><p>　　MOV A，＃002H</p><p>　　MOVX ＠DPTR，A</p><p>　　打印機(jī)控制模塊電路設(shè)計(jì)</p><p>　　本系統(tǒng)中

108、的數(shù)據(jù)打印采用UP－A16PZ打印機(jī)，利用74LS273作I/O口擴(kuò)展，與打印機(jī)的數(shù)據(jù)線相連，打印機(jī)的控制信號(hào)線直接與DSP的I/O口相連。</p><p>　　圖3.9 UP－A16PZ打印機(jī)的接口電路</p><p>　　電路中，按鍵輸入低電平有效。按鍵未按時(shí)有上拉電阻保證此時(shí)輸入為高電平。</p><p>　　按上述電路，對(duì)此鍵盤(pán)程序一般采用查詢方式處理。按鍵