液體點(diǎn)滴速度監(jiān)控裝置畢業(yè)設(shè)計(jì)(高

1、前言 目前醫(yī)院使用的點(diǎn)滴輸液裝置是將液體容器掛在一定的高度上，利用勢(shì)能差將液體輸入到病人的體內(nèi)（圖1），通過軟管口徑的壓緊和放松來控制點(diǎn)滴速度。有經(jīng)驗(yàn)的醫(yī)護(hù)人員可以根據(jù)藥劑的特性對(duì)點(diǎn)滴速進(jìn)行控制，但是一般的病人卻無法做到，控制不好還有一定的危險(xiǎn)性。在一些大醫(yī)院一個(gè)護(hù)士常常需要負(fù)責(zé)十幾個(gè)、甚至幾十個(gè)床位的液體點(diǎn)滴,很容易出現(xiàn)混亂局面,導(dǎo)致工作效率降低。為了提高醫(yī)院本身的管理水平和工作效率,減輕醫(yī)護(hù)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，對(duì)于可以進(jìn)行自助式護(hù)理的病人來說，需要一種可以由病人自己操作，自動(dòng)定時(shí)、定量向病人進(jìn)行輸液的裝置；而對(duì)于醫(yī)護(hù)人員來說，需要一種可以對(duì)所有的病人進(jìn)行統(tǒng)一監(jiān)控的智能監(jiān)控裝置。本設(shè)計(jì)就是針對(duì)以

2、上問題而做的智能型液體點(diǎn)滴速度監(jiān)控裝置。設(shè)計(jì)要求為能有以下幾種功能：（1） 檢測(cè)輸液點(diǎn)滴速度（2） 檢測(cè)輸液點(diǎn)滴高度（3） 控制點(diǎn)滴速度（4） 顯示點(diǎn)滴速度（5） 能設(shè)置點(diǎn)滴速度圖1第一章 硬件設(shè)計(jì)說明1.1 系統(tǒng)簡介本設(shè)計(jì)分為主機(jī)控制，從機(jī)測(cè)量，主從通信三個(gè)框架。由從機(jī)測(cè)量并控制點(diǎn)滴速度，得到的數(shù)據(jù)送到單片機(jī)進(jìn)行處理，再通過RS485通信將數(shù)據(jù)反饋給主機(jī)進(jìn)行顯示處理，主機(jī)也可以通過RS485通信對(duì)從機(jī)進(jìn)行控制。本人負(fù)責(zé)點(diǎn)滴速度檢測(cè)及控制部分。系統(tǒng)框圖（圖2）如下：圖2 系統(tǒng)框圖1.2方案設(shè)計(jì)過程及實(shí)現(xiàn)方法1.2.1 點(diǎn)滴速度檢測(cè)電路設(shè)計(jì)點(diǎn)滴速檢測(cè)是整個(gè)系統(tǒng)的核心，檢測(cè)精度是衡量系統(tǒng)精確性的一

3、個(gè)最重要指標(biāo)。這樣就不會(huì)因?yàn)辄c(diǎn)滴速度異常而使患者面臨危險(xiǎn)。出于安全性考慮，在檢測(cè)點(diǎn)滴速度時(shí)不能使原膠管破損，否則就會(huì)對(duì)輸液造成嚴(yán)重感染而影響患者，因此在檢測(cè)點(diǎn)滴速度時(shí)要用非接觸的方式。方案一：利用發(fā)射型光電傳感器，傳感器工作時(shí)，當(dāng)物體經(jīng)過射程之內(nèi)，就會(huì)對(duì)紅外光進(jìn)行反射，傳感器接受到這個(gè)感反射信號(hào)后動(dòng)作，以檢測(cè)物體穩(wěn)定動(dòng)作的最大距離。但是光電傳感器對(duì)各種介質(zhì)的反射程度不同，對(duì)水的動(dòng)作距離近，對(duì)玻璃的動(dòng)作距離遠(yuǎn)。而且光電傳感器體積較大，需要距離滴斗一定距離才能分辨不同介質(zhì)，無法安裝在合適的位置上，所以最終放棄這種方案。方案二：利用光束采集方法，利用液滴下落時(shí)接收到的光強(qiáng)的變化反映液滴個(gè)數(shù)。根據(jù)光學(xué)

4、折射原理，光線在穿透密度不同的介質(zhì)時(shí)，將發(fā)生散射，使光強(qiáng)發(fā)生變化。在檢測(cè)過程中將滴管放置在檢測(cè)用的發(fā)光器件的中間即可反映這種變化。光束采集方案有幾種器件可以使用：使用發(fā)光二極管和光敏三極管組合。使用紅外發(fā)光二極管和接收管組合。利用激光。通過對(duì)比，在這次設(shè)計(jì)中由于是近距離探測(cè)，故采用方案來完成數(shù)據(jù)采集。由于紅外光波長比可見光長，因此受可見光的影響較小。同時(shí)紅外系統(tǒng)還具有以下優(yōu)點(diǎn)：尺寸小、質(zhì)量輕，能有效的抗可見光波段的偽裝，對(duì)輔助裝置要求最少，對(duì)人眼無傷害。紅外傳感器，即紅外發(fā)射跟接收二極管。在點(diǎn)滴滴斗兩邊分別裝上紅外發(fā)射跟接收二極管，沒有液滴落下時(shí)，接收管正常接收，每當(dāng)液滴落下的時(shí)候，發(fā)射出的紅

5、外光被散射或折射，接受管接收到的光強(qiáng)變?nèi)?。利用這樣的信號(hào)變化，可以測(cè)出變化次數(shù)，也就是液滴個(gè)數(shù)，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理得到點(diǎn)滴速度。紅外光的方向性好，集束能力強(qiáng)，所以信號(hào)變化比較明顯，所以最終使用此方案。當(dāng)然紅外光也有一定的缺點(diǎn)，如大氣、潮濕的天氣、霧和云對(duì)它有衰減作用，所以只適用于室內(nèi)通信。在現(xiàn)代生活中，人們?yōu)榱烁奖愕氖褂眉t外光這種有效的媒質(zhì)，利用紅外光做出了很多器件，發(fā)射式光電檢測(cè)器就是其中的一種器件，它具有體積小、靈敏度高、線性好等特點(diǎn)，外圍電路簡單，安裝起來方便，電源要求不高。用它作為近距離傳感器是最理想的，電路設(shè)計(jì)簡單、性能穩(wěn)定可靠?？紤]到用單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，要把輸入信號(hào)轉(zhuǎn)化成數(shù)字（0.1

6、）狀態(tài)，所以要用到比較器。又考慮到采集到的模擬信號(hào)有可能比較弱，變化不明顯，（在輸入端信號(hào)變化小）有可能經(jīng)過比較器也產(chǎn)生不了明顯的變化效果，所以要將它進(jìn)行放大后再輸入比較器內(nèi)，據(jù)此可以用LM324芯片，它同時(shí)有放大和比較兩種功能。1.2.2 電機(jī)控制電路設(shè)計(jì)為了拉動(dòng)輸液器，以改變它的高度改變點(diǎn)滴速度，使用直流電機(jī)，兩端加正電壓為正轉(zhuǎn)，加負(fù)電壓為反轉(zhuǎn)。因此考慮用繼電器來當(dāng)控制開關(guān)，控制電機(jī)兩端的電壓。通過查閱資料，確定繼電器的驅(qū)動(dòng)跟保護(hù)電路。控制信號(hào)由單片機(jī)產(chǎn)生，用光耦合器隔離，通過控制單片機(jī)的輸出高低電平以控制繼電器的驅(qū)動(dòng)電路。1.3 點(diǎn)滴檢測(cè)電路設(shè)計(jì)及其分析圖3 點(diǎn)滴檢測(cè)電路第一部分為紅外發(fā)

7、光接收二極管的驅(qū)動(dòng)跟接收電路；第二部分為把變化信號(hào)進(jìn)行放大；第三部分為把放大后的信號(hào)與設(shè)定的電壓作比較，比較后的結(jié)果輸入到單片機(jī)P3.2端進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。紅外發(fā)射管一直處于發(fā)射狀態(tài)，在運(yùn)放前加了電容隔直流，減少干擾。當(dāng)液滴沒有落下的時(shí)候，紅外接收管輸出低電平，經(jīng)過運(yùn)放放大比較輸出低電平；當(dāng)液滴落下時(shí)，紅外發(fā)射管發(fā)出的光被液滴散射削弱，使接收管的電平變高，經(jīng)過運(yùn)放放大比較后輸出一個(gè)高電平。所以當(dāng)單片機(jī)接收到一個(gè)高電平時(shí)表明一滴液滴落下。具體過程如下：當(dāng)沒有液滴下落時(shí)，接收二極管正常接收，處于導(dǎo)通狀態(tài)，輸出為低電平，通過運(yùn)放放大后仍為低電平，由LM324的第6端輸入，與5端的2.5V比較，因?yàn)榈陀?

8、.5V，所以輸出為低電平，通過P3.2送入單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，因此當(dāng)沒有液滴下落的時(shí)候，單片機(jī)接收的一直是低電平；當(dāng)有液滴下落時(shí)，發(fā)射二極管發(fā)射的紅外光被液滴散射，導(dǎo)致接收二極管無法導(dǎo)通而輸出高電平，經(jīng)過運(yùn)放放大10倍后由LM324的6端輸入，與5端的2.5V比較，因?yàn)楦哂?.5V，所以輸出為高電平，通過P3.2送入單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，因此當(dāng)有液滴下落的時(shí)候，單片機(jī)接收的高電平，接收的高電平個(gè)數(shù)就是液滴下落的個(gè)數(shù)。14 直流電機(jī)控制電路設(shè)計(jì)及分析直流電機(jī)控制電路如圖4。第一部分為光耦合器的驅(qū)動(dòng)電路；第二部分為繼電器的驅(qū)動(dòng)及保護(hù)電路，在繼電器兩端并聯(lián)一個(gè)二極管，觸點(diǎn)斷開時(shí)，二極管導(dǎo)通，吸收電感負(fù)

9、載中儲(chǔ)存的能量；觸點(diǎn)閉合時(shí)，二極管截止，起保護(hù)感性觸點(diǎn)作用，避免繼電器被燒壞；第三部分為電機(jī)兩端電壓控制電路。當(dāng)P1.0輸出高電平，P1.1輸出低電平時(shí)，只有下面的光耦合器接通，帶動(dòng)三極管驅(qū)動(dòng)繼電器電路，繼電器使開關(guān)閉合，電機(jī)兩端接負(fù)電壓，電機(jī)反轉(zhuǎn)，使儲(chǔ)液瓶的勢(shì)差減小而減慢點(diǎn)滴的下落速度；當(dāng)P1.0輸出低電平，P1.1輸出高電平時(shí)，只有上面的光耦合器接通，帶動(dòng)三極管驅(qū)動(dòng)繼電器電路，繼電器使開關(guān)閉合，電機(jī)兩端接正電壓，電機(jī)正轉(zhuǎn)，使儲(chǔ)液瓶的勢(shì)差增達(dá)到而加快點(diǎn)滴的下落速度。當(dāng)兩個(gè)端口都輸出高電平時(shí)，上下的光耦合器都不接通，所以開關(guān)都斷開，電機(jī)不工作；兩個(gè)端口都輸出低電平時(shí)，上下的光耦合器都接通，開關(guān)

10、也都接通使電路短路，這種情況不允許發(fā)生，所以在對(duì)其進(jìn)行編程的時(shí)候應(yīng)該注意延時(shí)，要閉合某個(gè)開關(guān)時(shí)要確定一個(gè)開關(guān)完全打開，以避免兩個(gè)開關(guān)同時(shí)接通而造成電路短路。圖4 直流電機(jī)控制電路第二章 主要器件介紹2.1 紅外發(fā)射接收二極管半導(dǎo)體發(fā)光二極管是一種把電能直接轉(zhuǎn)換成光能的固體發(fā)光器件，也稱注入型電致發(fā)光器件。它在日常生活中應(yīng)用廣泛，具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：（1） 壽命長，一般都在幾萬小時(shí)以上；（2） 體積小，功耗低，響應(yīng)速度快；（3） 可靠性高，發(fā)光光譜單色性好，波段范圍寬；發(fā)光二極管的電流-電壓特性曲線如圖5：圖5 發(fā)光二極管的電流-電壓特性曲線在具體應(yīng)用時(shí)，發(fā)光二極管的直流驅(qū)動(dòng)電路如圖6(a)所示，

11、交流電源驅(qū)動(dòng)電路如圖6(b)所示。圖6 發(fā)光二極管驅(qū)動(dòng)電路由于發(fā)光二極管的正向伏安特性曲線很陡，所以在使用時(shí)必須串聯(lián)限流電阻，以控制通過管子的電流，防止燒壞管子。在直流電路中，限流電阻R的阻值由下式估算： 式中 限流電阻，k發(fā)光二極管正向壓降，V發(fā)光二極管一般工作電流，mA在交流電路中，其限流電阻R可由下式估算： 式中 限流電阻，k 交流電源電壓的有效值，V本設(shè)計(jì)所用的二極管為紅外發(fā)射接收二極管。2.2 LM324運(yùn)算放大器是用反饋控制其特性的直接耦合的高增益放大器。它具有增益高，共模抑制比高，輸入阻抗高，輸出阻抗低，電源電壓變動(dòng)適應(yīng)范圍寬， 頻率范圍寬，以及穩(wěn)定性和可靠性高等特點(diǎn)。因此，運(yùn)算

12、放大器幾乎可以用于線性和非線性電子學(xué)的每一個(gè)領(lǐng)域，也可以用于某些數(shù)字電路中。LM324是四運(yùn)放集成電路，它采用14腳雙列直插塑料封裝，外形如圖7所示。它的內(nèi)部包含四組形式完全相同的運(yùn)算放大器，除電源共用外，四組運(yùn)放相互獨(dú)立，LM324內(nèi)有4個(gè)高性能運(yùn)算放大器，并有相位補(bǔ)償電路，耗電低，可用正電源或正負(fù)雙電源工作，電源電壓范圍寬，正電源為3.030.0V，正負(fù)電源為+1.515V，輸入電壓范圍大，并可以低到地電位，而輸出電壓范圍為0Vcc。內(nèi)電路包括各種轉(zhuǎn)移放大，直流放大，可代換許多不同廠家或公司生產(chǎn)的同類產(chǎn)品。主要電參數(shù)見表1。圖7 LM324外型圖表1 主要參數(shù)每一組運(yùn)算放大器可用圖8（a）

13、 所示符號(hào)來表示，它有5個(gè)引出端，其中“+”“-”分別為2個(gè)信號(hào)輸入端的同相輸入端和反相輸入端，“V+”，“V-”為正，負(fù)電源端，“Vo”為輸出端。LM324的引腳排列見圖8（b）。由于LM324四運(yùn)放電路具有電源電壓范圍寬，靜態(tài)功耗小，價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，因此被廣泛應(yīng)用于家用電器，工業(yè)儀器，電子玩具，報(bào)警裝置，自動(dòng)控制等電路中?？梢岳盟鼧?gòu)成正，負(fù)反饋放大電路，音調(diào)控制電路，信號(hào)分配放大電路，信號(hào)運(yùn)算電路，測(cè)量放大電路，有源濾波電路，電壓比較電路，觸發(fā)器等。（a）符號(hào) （b）引腳圖圖8 LM324芯片（1）反相運(yùn)算放大電路反相運(yùn)算放大器，簡稱反相放大器，如圖9所示。輸入信號(hào)加在反相輸入端和組成負(fù)

14、反饋網(wǎng)絡(luò)。圖9 反相運(yùn)算放大器 通常，為了保持差分放大電路的對(duì)稱性，在同相端接有電阻R使輸入電路兩端的電阻盡量相等，的值由下式給出： （2）比較器圖10 比較器當(dāng)運(yùn)放去掉反饋電阻時(shí)，或者說當(dāng)運(yùn)放處于開環(huán)狀態(tài)，理論上認(rèn)為運(yùn)放的開環(huán)放大倍數(shù)為無窮大（實(shí)際上是很大，如LM324運(yùn)放開環(huán)放大倍數(shù)為100Db，即10萬倍）。此時(shí)運(yùn)算放大器便形成一個(gè)電壓比較器，其輸出如不是高電平（V+）,就是低電平（V-或地）。當(dāng)同相輸入端電壓高于反相輸入端電壓時(shí)，運(yùn)放輸出高電平，當(dāng)同相輸入端電壓低于反相輸入端電壓時(shí)，運(yùn)放輸出低電平。圖8中使用兩個(gè)運(yùn)放組成一個(gè)電壓上下限比較器，電阻R1、R1組成分壓電路，為運(yùn)放A1設(shè)定比

15、較電平U1,電阻R2,R2為運(yùn)放A2設(shè)立比較電平U2。輸入電壓Ui同時(shí)加到A1的同相輸入端和A2的反相輸入端之間，當(dāng)UiU1時(shí)，運(yùn)放輸出高電平；當(dāng)UiU2，則當(dāng)輸入電壓Ui越出U2,U1區(qū)間范圍時(shí),LED點(diǎn)亮，這便是一個(gè)電壓雙限指示器。若選擇U2U1,則當(dāng)輸入電壓Ui在U1,U2區(qū)間范圍時(shí)，LED點(diǎn)亮，這是一個(gè)“窗口”電壓指示器。此電路與各類傳感器配合使用，稍加變通，便可用于各種物理量的雙限檢測(cè)，短路，斷路報(bào)警等。2.3 光電耦合器光電耦合器是一種把發(fā)光器件（一般為紅外發(fā)光二極管）和光敏器件封裝在同一個(gè)殼體內(nèi)的光電轉(zhuǎn)換器件（電信號(hào)光信號(hào)電信號(hào)），其基本結(jié)構(gòu)如圖11所示。通常將發(fā)光器件一則稱為輸

16、入端，光敏接收器件一則稱為輸出端。輸入端有一個(gè)電信號(hào)時(shí)，發(fā)光器件發(fā)出的光信號(hào)通過透明光導(dǎo)介質(zhì)傳輸?shù)焦饷羝骷螅D(zhuǎn)換成電信號(hào)輸出，即在信息的傳輸過程中，用光作為媒介把輸入端和輸出端的電信號(hào)耦合在一起。在它的線性工作范圍內(nèi)，這種耦合具有線性變化關(guān)系。由于輸入端和輸出端之間是用光來耦合，因而輸出信號(hào)對(duì)輸入端無反饋，很好地實(shí)現(xiàn)了電性能上的隔離。它被廣泛地應(yīng)用于微機(jī)和受控電路的接口、高頻功率電源的反饋控制，也適用于不同電位、不同阻抗電路之間的傳輸和隔離，并用于抑制線路間和接地回路中的噪聲，尤其作為無觸點(diǎn)開關(guān)使用比傳統(tǒng)的繼電器更為安全、可靠。圖11 光電耦合器基本結(jié)構(gòu)光電耦合器的主要結(jié)構(gòu)是把發(fā)光器件和光接

17、收器件組裝在一個(gè)密閉的管殼內(nèi), 然后利用發(fā)光器件的管腳作輸入端, 而把光接收器的管腳作為輸出端。當(dāng)在輸入端加電信號(hào)時(shí),發(fā)光器件發(fā)光。這樣,光接收器件由于光敏效應(yīng)而在光照后產(chǎn)生光電流并由輸出端輸出。從而實(shí)現(xiàn)了以“光”為媒介的電信號(hào)傳輸, 而器件的輸入和輸出兩端在電氣上是絕緣的。這樣就構(gòu)成了一種中間通過光傳輸信號(hào)的新型半導(dǎo)體光電子器件。光電耦合器的封裝形式一般有管形、雙列直插式和光導(dǎo)纖維連接三種。 光電耦合的主要特點(diǎn)如下: 輸入和輸出端之間絕緣, 其絕緣電阻一般都大于1010 , 耐壓一般可超過1kV, 有的甚至可以達(dá)到10kV以上。 由于“光”傳輸?shù)膯蜗蛐? 所以信號(hào)從光源單向傳輸?shù)焦饨邮掌鲿r(shí)不

18、會(huì)出現(xiàn)反饋現(xiàn)象, 其輸出信號(hào)也不會(huì)影響輸入端。 由于發(fā)光器件(砷化鎵紅外二極管) 是阻抗電流驅(qū)動(dòng)性器件, 而噪音是一種高內(nèi)阻微電流的電壓信號(hào)。因此光電耦合器件的共模抑制比很大,所以光電耦合器件可以很好地抑制干擾并消除噪音。 容易和邏輯電路配合。 響應(yīng)速度快。光電耦合器件的時(shí)間常數(shù)通常在微秒甚至毫微秒級(jí)。 無觸點(diǎn)、壽命長、體積小、耐沖擊。光電耦合器的幾種驅(qū)動(dòng)電路（a） （b）圖12 光電耦合器的驅(qū)動(dòng)電路其中圖12（a）發(fā)光二極管串聯(lián)的電阻Rs用于調(diào)整流過發(fā)光二極管的電流由于電源電壓必須超過發(fā)光二極管正向壓降（約為1.2V，用表示）的二倍，所以2.4V。如果需要恒定驅(qū)動(dòng)電流，可以采用圖12（b）。

19、圖12（a）驅(qū)動(dòng)電路的限流電阻可以由下式計(jì)算： 圖12（b）所示電路是用場(chǎng)效應(yīng)管驅(qū)動(dòng)，其電阻可以由下面聯(lián)立方程求得。 式中為柵極和源極之間的電壓，為飽和漏極電流，為夾斷電壓，漏極電流。以上幾種光電耦合器基本驅(qū)動(dòng)電路結(jié)構(gòu)簡單，設(shè)計(jì)方便，只要選擇不要超過極限電流就可以了。光電耦合器的幾種輸出電路 （a） （b）圖13 光電耦合器輸出電路上面兩種是光電耦合器的基本輸出電路。圖13（a）和圖13（b）的不同在于前者在入射光輸入時(shí)輸出呈“0”態(tài)，即低電平；而后者與之相反，在入射光輸入時(shí)輸出呈“1”態(tài)，即高電平。這兩種都是光電耦合器調(diào)制光受光輸出電路。其中圖13(a)是最基本的電路，電阻R作為光敏三極管的

20、負(fù)載，通過C、 R耦合到后一級(jí)放大器將光電信號(hào)放大后再輸出。這個(gè)電路的缺點(diǎn)是：當(dāng)穩(wěn)定光中串入強(qiáng)的外部干擾時(shí)，光敏三極管就飽和了，這樣穩(wěn)定光加調(diào)制光相對(duì)于總?cè)肷涔饩捅容^弱了。圖13（b）是以電感作為光敏三極管的負(fù)載的，這樣做僅對(duì)交流信號(hào)具有高阻抗，消除了外部穩(wěn)態(tài)干擾光的影響。發(fā)射極電阻R是為了在遇到非常強(qiáng)的穩(wěn)定光時(shí)，防止光敏三極管流過強(qiáng)的電流。光電耦合器的應(yīng)用光電耦合器在電子線路中有非常廣泛的應(yīng)用，特別是在電路隔離，噪聲抑制等方面顯示了它突出的優(yōu)點(diǎn)。（1） 在邏輯電路上的應(yīng)用：用光電耦合器可以構(gòu)成各種邏輯電路。由于光電耦合器的抗干擾性能和隔離性能比晶體管好，因此，由它構(gòu)成的邏輯電路更可靠。（2）

21、 作為固體開關(guān)應(yīng)用：在開關(guān)電路中，往往要求控制電路和開關(guān)之間要有很好的電隔離，這對(duì)于一般的電子開關(guān)來說是很難作到的，但用光電耦合器就很容易實(shí)現(xiàn)。下圖（圖14）就是簡單的固體開關(guān)電路。圖14 常開電路圖14是一個(gè)常開的開關(guān)，用晶體管的輸入信號(hào)來控制輸出。當(dāng)晶體管處于截止?fàn)顟B(tài)時(shí)，開關(guān)不通。當(dāng)晶體管輸入正脈沖，處于導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，開關(guān)接通，有光電流輸出戶。限流電阻按下式選擇： 圖15 常閉開關(guān)圖15是常閉開關(guān)。當(dāng)晶體管處于截止?fàn)顟B(tài)時(shí)，發(fā)光二極管有足夠的電流通過，使a、b兩端處于導(dǎo)通狀態(tài)，相當(dāng)于開關(guān)接通。當(dāng)晶體管輸入正脈沖而處于飽和導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，該管c、e間的壓降多在0.3V以下，遠(yuǎn)小于發(fā)光二極管的正向?qū)?/p>

22、電壓（1.22V），故發(fā)光二極管無電流通過，使ab兩端電阻極大，相當(dāng)于開關(guān)斷開。該電路的限流電阻按下式計(jì)算: 光電耦合器的光敏三極管的最大輸出電流一般是30mA。2.4 繼電器繼電器是我們生活中常用的一種控制設(shè)備，通俗的意義上來說就是開關(guān)，在條件滿足的情況下關(guān)閉或者開啟。繼電器的開關(guān)特性在很多的控制系統(tǒng)尤其是離散的控制系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。 固態(tài)繼電器（SSR）是一種由固態(tài)電子器件所組成的新型無觸點(diǎn)開關(guān)期間。它是用半導(dǎo)體器件代替?zhèn)鹘y(tǒng)電接點(diǎn)作為切換裝置的具有繼電器特性的無觸點(diǎn)開關(guān)器件，單相SSR為四端有源器件，其中兩個(gè)輸入控制端，兩個(gè)輸出端，輸入輸出間為光隔離，輸入端加上直流或脈沖信號(hào)到一定電流

23、值后，輸出端就能從斷態(tài)轉(zhuǎn)變成通態(tài)。它利用分立元件，集成器件及微電子技術(shù)實(shí)現(xiàn)控制回路（輸入）與負(fù)載回路（輸出）之間的電隔離和消耗耦合，達(dá)到無觸點(diǎn)，無火花接通和斷開電路的目的，具有工作可靠，驅(qū)動(dòng)功率小，開關(guān)速度快，使用壽命長，無噪音和抗干擾的特點(diǎn)。且能與CMOS，TTL，HTL等叔祖電路相兼容。因此，其應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛，諸如微機(jī)的I/O接口，防爆場(chǎng)合和自動(dòng)控制領(lǐng)域等。固態(tài)繼電器的分類固態(tài)繼電器按負(fù)載電源類型分為交流型（AC-SSR）和直流型（DC-SSR）兩種。AC-SSR以雙向晶體管（或兩只反并聯(lián)的單向晶閘管）做開關(guān)元件，DC-SSR以功率晶體管做開關(guān)元件，分別用以接通和斷開交流和直流負(fù)載電源。

24、交流固態(tài)繼電器按控制觸發(fā)的形式分為過零觸發(fā)型和隨機(jī)導(dǎo)通型兩種。當(dāng)控制信號(hào)加入時(shí)，前者只能在交流電源電壓過零點(diǎn)附近才導(dǎo)通，后者則在交流電壓的任意相位上導(dǎo)通和關(guān)閉。常開式固態(tài)繼電器在其輸入段加入控制信號(hào)時(shí)，輸出端接通，而常閉式則相反。以安裝形式可分為裝配式，插座式和焊接式三種。裝配式固態(tài)繼電器可以安裝在配電板上，焊接式固態(tài)繼電器可以直接焊接在印刷電路板上。 固態(tài)繼電器的構(gòu)成及工作原理固態(tài)繼電器一般由三部分組成：輸入部分，控制部分和輸出部分。輸入部分由輸入組和光耦合器的發(fā)光二極管組成；輸出部分由三端雙向可控硅元件和浪涌吸收緩沖器組成；控制部分在輸入輸出兩部分之間，由光耦合器的受光部分和過零電路組成，

25、受光部分可以是光三端可控硅，光晶體管等。輸入部分感受輸入信號(hào)，并轉(zhuǎn)換為光信號(hào)送給控制部分。控制部分感受輸入級(jí)的光信號(hào)并轉(zhuǎn)換為電信號(hào)控制輸出部分的導(dǎo)通或切斷。輸出部分驅(qū)動(dòng)負(fù)載并吸收高壓電源線上可能出現(xiàn) 浪涌電壓，以保證固態(tài)繼電器可以可靠工作。以下圖（圖16）過零控制方式的固態(tài)繼電器，以它為例來說明其工作原理。圖16 過零控制方式的固態(tài)繼電器（1）輸入控制信號(hào)，相當(dāng)于開關(guān)閉合，光耦合器的發(fā)光二極管流過電流并發(fā)光；（2）作為受光器的光三端雙向可控硅開關(guān)受光，同時(shí)由于過零電路的作用，在負(fù)載電源電壓為零值附近時(shí)開通，使輸出部分的三端雙向可控硅元件電弧導(dǎo)通；（3）由于是可控硅元件導(dǎo)通，使負(fù)載上有電流流過；

26、（4）由于是可控硅元件導(dǎo)通，所以即使撤消輸入信號(hào)也不會(huì)使負(fù)載電流截止，只有在負(fù)載電流降到三端雙向可控硅元件的保持電流以下時(shí)，才能關(guān)斷。固態(tài)繼電器的工作波形如圖（圖17）：圖17 工作波形由以上分析可見，過零控制型固態(tài)繼電器在負(fù)載電源電壓為零時(shí)導(dǎo)通，在輸入信號(hào)撤消后，又在負(fù)載電源電壓為零時(shí)截止。固態(tài)繼電器的主要性能特點(diǎn)和參數(shù)（1）驅(qū)動(dòng)功率小 光點(diǎn)隔離的輸入驅(qū)動(dòng)電流僅需要10mA左右，便于與TTL，HTL和CMOS等數(shù)字集成電路連接，無需另加接口電路。（2）無觸點(diǎn)，無動(dòng)作噪音，無火花干擾，耐振動(dòng)，壽命長，開關(guān)速度快，可靠性高。（3）應(yīng)用范圍光交流：大功率140A，電網(wǎng)電壓110380V。直流：電流

27、15A，負(fù)載電壓350V。（4）對(duì)電源電壓適應(yīng)能力強(qiáng)，一般低于電源電壓20%仍能正常工作。承受浪涌電流大，一般能達(dá)到額定值的610倍。（5）絕緣耐壓高，輸入與輸出見的絕緣耐壓可達(dá)2.5kV以上。（6）與普通繼電器相比，固態(tài)繼電器沒有輔助觸點(diǎn)。典型繼電器原理圖如圖（圖18）所示，當(dāng)K接通時(shí)，J動(dòng)作。動(dòng)觸點(diǎn)C與A脫離，與B閉合。紅燈熄滅，綠燈點(diǎn)亮。當(dāng)C斷開時(shí)，J釋放，動(dòng)觸點(diǎn)C與B脫離，與A閉合。綠燈熄滅，紅燈點(diǎn)亮。這就是單穩(wěn)態(tài)繼電器完成自動(dòng)開關(guān)功能的全過程。圖18 繼電器原理圖繼電器的幾種驅(qū)動(dòng)電路（1） 復(fù)合管驅(qū)動(dòng)電路圖19 復(fù)合管驅(qū)動(dòng)電路如圖（圖19）所示，在BG1基極上加上正的輸入信號(hào)時(shí)，復(fù)合

28、管BG1、BG2導(dǎo)通，激勵(lì)繼電器動(dòng)作，繼電器觸點(diǎn)組執(zhí)行預(yù)定的換接功能。雙向可控硅驅(qū)動(dòng)電路下圖（圖20）所示的是雙向可控硅驅(qū)動(dòng)電路。該電路可以實(shí)現(xiàn)用小的輸入信號(hào)控制交流繼電器。當(dāng)輸入端上輸入小的觸發(fā)信號(hào)時(shí)，雙向可控硅導(dǎo)通，激勵(lì)繼電器動(dòng)作。除去輸入信號(hào)時(shí)，即可使雙向可控硅截止，繼電器J釋放。圖20 雙向可控硅驅(qū)動(dòng)電路（3）光電池驅(qū)動(dòng)電路下圖（圖21）所示的是光電池驅(qū)動(dòng)電路。當(dāng)較強(qiáng)的光照射在光電池上時(shí)，就產(chǎn)生較高的偏置電位，從而觸發(fā)BG1導(dǎo)通，激勵(lì)繼電器動(dòng)作?；谄骷目紤]，最后選擇了這種驅(qū)動(dòng)電路。圖21 光電池驅(qū)動(dòng)電路感性負(fù)載觸點(diǎn)的保護(hù) 如前所述，當(dāng)觸點(diǎn)斷開感性負(fù)載電路時(shí)，負(fù)載中貯存的能量必須通過

29、觸點(diǎn)燃弧來消耗。為了消除或減輕電弧對(duì)斷開感性負(fù)載觸點(diǎn)的危害，延長觸點(diǎn)的使用壽命，消除或減輕繼電器對(duì)相關(guān)靈敏電路的電磁干擾.損害，通常采用電弧一直保護(hù)措施。如何達(dá)到有效保護(hù)目標(biāo)，取決于負(fù)載的性質(zhì)，所加電壓性質(zhì)，電源的類型（交流或直流），被保護(hù)觸點(diǎn)的類型以及環(huán)境條件等因素。一般都應(yīng)進(jìn)行試驗(yàn)，確定效果情況，擇優(yōu)實(shí)施。下面介紹幾種保護(hù)感性負(fù)載觸點(diǎn)的電路。（1） 并聯(lián)電阻器圖22 并聯(lián)電阻器保護(hù)電路如圖22所示，在感性負(fù)載上并聯(lián)一個(gè)電阻器。斷開觸點(diǎn)的時(shí)候產(chǎn)生的瞬態(tài)電壓峰值可部分地為電阻吸收。瞬態(tài)電壓峰值的大小可以由所選用電阻的大小調(diào)整。這一方案的缺點(diǎn)是當(dāng)觸點(diǎn)閉合時(shí)，電阻器成了毫無意義的純消耗電功率的發(fā)熱

30、元件。（2） 并聯(lián)半導(dǎo)體二極管圖23 并聯(lián)半導(dǎo)體二極管保護(hù)電路如圖23所示，在電感負(fù)載上并聯(lián)一個(gè)半導(dǎo)體二極管，觸點(diǎn)斷開時(shí)，二極管導(dǎo)通，吸收低單干負(fù)載中貯存的能量。觸點(diǎn)閉合時(shí)，二極管截止，不至額外耗能。當(dāng)電感貯存的能量很大時(shí)，二極管的泄放電流峰值很大。這種電路穩(wěn)定，簡單，最終使用此種方案。 還有阻容網(wǎng)絡(luò)，并聯(lián)半導(dǎo)體二極管與穩(wěn)壓二極管組件，并聯(lián)壓敏電阻器等保護(hù)電路。 固態(tài)繼電器的應(yīng)用 單相電機(jī)的正反向控制使用兩個(gè)SSR，可控制單相電機(jī)的正反運(yùn)行，如下圖（圖24）。圖24 單相電機(jī)的正反向控制電路該應(yīng)用中，要注意三點(diǎn)：(1)電感L的作用。兩個(gè)SSR，一個(gè)用于正轉(zhuǎn)，一個(gè)用于反轉(zhuǎn)。當(dāng)正反向切換時(shí)，一個(gè)S

31、SR由導(dǎo)通變成截止，而另一個(gè)SSR由截止變成導(dǎo)通。因?yàn)镾SR的應(yīng)答時(shí)間可能超過半個(gè)電源電壓周期，因此，有可能兩個(gè)SSR同時(shí)導(dǎo)通。兩個(gè)SSR同時(shí)導(dǎo)通時(shí)，進(jìn)相電容器上的電壓就會(huì)通過兩個(gè)SSR急劇放電，該放點(diǎn)電流流過SSR，有可能使其損壞。為此SSR1上串入一個(gè)100H的電感線圈，以平抑放電電流上升沿，保護(hù)SSR。(2)使用過零電壓開關(guān)式SSR，以避免電容器上充電電壓過高時(shí)，SSR不能導(dǎo)通的情況發(fā)生。(3)要選用有足夠耐壓值的SSR。一個(gè)SSR導(dǎo)通時(shí)，加到另一個(gè)SSR上的輸出端電壓約為交流電源電壓的1.8倍。這個(gè)電壓是由電機(jī)內(nèi)感抗和電容C引起的諧振電壓。因此要選用有足夠耐壓的SSR 以防止被擊穿。除

32、此以外，固態(tài)繼電器還用于相位控制，與二極管串聯(lián)的負(fù)載，電機(jī)的正反向運(yùn)行和快速制動(dòng)，燈光調(diào)光控制，防止設(shè)備或照明器材的開電電流沖擊。SSR以體積小，無噪聲，長壽命和快速響應(yīng)正越來越多地取代傳統(tǒng)的機(jī)械電磁式繼電器。SSR的缺點(diǎn)是受熱后負(fù)載電流減小，絕緣性能比機(jī)械式繼電器低，因此需在線路中加保護(hù)電路，但總的來說，有更為廣闊的應(yīng)用前景。2.5 電路板的焊接及調(diào)試過程經(jīng)過確定設(shè)計(jì)電路后，開始焊接電路板。在一塊空的電路板上把各器件的位置分配好。用導(dǎo)線按照電路圖把各器件連接好，檢查焊點(diǎn)焊接沒有問題后就可以開始對(duì)電路進(jìn)行調(diào)試。把儲(chǔ)液瓶，受液瓶等裝置按圖1放置好。用示波器觀察LM324第7端的輸出波形如下（圖2

33、5）：圖25 輸出波形由圖（圖25）可知，由于電路焊接，外設(shè)，或者環(huán)境的種種影響，使波形有時(shí)可能受到干擾，這些缺點(diǎn)可以通過軟件編程來彌補(bǔ)。第三章 軟件設(shè)計(jì)說明31 單片機(jī)單片機(jī)也稱單片微電腦或單片微型計(jì)算機(jī)。它是把中央處理器（CPU），隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（RAM），只讀存儲(chǔ)器（ROM），輸入/輸出端口（I/O）等主要計(jì)算機(jī)功能部件都集成在一塊集成電路芯片上的微型計(jì)算機(jī)。這種微型計(jì)算機(jī)因其制作在一塊芯片上而被稱為單片機(jī)。單片機(jī)是大規(guī)模集成電路技術(shù)發(fā)展的產(chǎn)物。單片機(jī)具有性能高，速度快，體積小，價(jià)格低，穩(wěn)定可靠，應(yīng)用廣泛，通用性強(qiáng)等突出優(yōu)點(diǎn)。單片機(jī)的設(shè)計(jì)目標(biāo)主要是增強(qiáng)“控制”能力，滿足實(shí)時(shí)控制（就是快速

34、反應(yīng)）方面的需要。因此，它在硬件結(jié)構(gòu)，指令系統(tǒng)，I/O端口，功率消耗及可靠性等方面均有其獨(dú)特之處，其最顯著的特點(diǎn)之一就是具有非常有效的控制功能。因此，單片機(jī)又常常被人稱為微控制器（MCU或C）。盡管單片機(jī)主要是為控制目的而設(shè)計(jì)的，它仍然具備通用PC機(jī)的基本功能，所以單片機(jī)的功能部件和原理與PC機(jī)的基本組成和工作原理也是基本相通的。311 單片機(jī)的結(jié)構(gòu) 單片機(jī)的一般結(jié)構(gòu)可以用下圖所示的方塊圖來描述：圖26 單片機(jī)結(jié)構(gòu)CPU包含控制器；ROM和RAM對(duì)應(yīng)著存儲(chǔ)器。ROM存放程序，RAM存放數(shù)據(jù)；I/O則對(duì)應(yīng)著輸入設(shè)備和輸出設(shè)備。用總線實(shí)現(xiàn)CPU，RAM，ROM和I/O各模塊之間的信息傳遞。具體到某

35、一種型號(hào)的單片機(jī)，其芯片內(nèi)部集成的程序存儲(chǔ)器ROM和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM可大可小，輸入和輸出端口I/O可多可少，但CPU只有一個(gè)。312 單片機(jī)的特點(diǎn)單片機(jī)具備體積小，價(jià)格低，性能強(qiáng)，速度快，用途廣，靈活性強(qiáng)，可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，而且它與通用微型計(jì)算機(jī)相比，在硬件結(jié)構(gòu)和指令設(shè)置上還具有以下特點(diǎn)：（1）存儲(chǔ)器ROM和RAM是嚴(yán)格分工的。ROM用作程序存儲(chǔ)器，只存放程序，常數(shù)和數(shù)據(jù)表格，而RAM用作數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，存放臨時(shí)數(shù)據(jù)和變量。這樣的設(shè)計(jì)方案使單片機(jī)更使用于實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)。配置較大的程序存儲(chǔ)空間ROM，將已調(diào)試好的程序固化其中，不僅掉電時(shí)程序不丟失，還避免程序被破壞，從而確保了程序的安全性。實(shí)時(shí)控制僅需容

36、量較小的RAM，用于存放少量隨機(jī)數(shù)據(jù)，這樣有利于提高單片機(jī)的操作速度。（2）采用面向控制的指令系統(tǒng)。在實(shí)時(shí)控制方面，尤其是在“位”操作方面單片機(jī)有著不俗的表現(xiàn)。（3）輸入/輸出（I/O）端口引腳通常設(shè)計(jì)有多種功能。在設(shè)計(jì)時(shí)，究竟使用多功能引腳的哪一種功能，則可以由用戶來隨意決定。（4）品種規(guī)格的系列化。屬于同一個(gè)產(chǎn)品系列的不同相好的單片機(jī)，通常具有相同的內(nèi)核，相同或者兼容的指令系統(tǒng)。其主要的差別僅是在片內(nèi)配置了一些不同種類或不同數(shù)量的功能部件，以適用不同的被控對(duì)象。（5）單片機(jī)的硬件功能具有廣泛的通用性。同一種單片機(jī)可以用在不同的控制系統(tǒng)中，只是其中所配置的軟件不同而已。換言之，給單片機(jī)固化上

37、不同的軟件，便可形成用途不同的專用智能芯片。有時(shí)這種芯片稱為“固件”。313 單片機(jī)的應(yīng)用單片機(jī)可應(yīng)用在生活中的各個(gè)領(lǐng)域，家用電器，電子，通信，計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備，辦公自動(dòng)化設(shè)備，工業(yè)控制設(shè)備，儀器設(shè)備，軍用設(shè)備等等。單片機(jī)的應(yīng)用意義不僅僅限于它的廣闊范圍以及所帶來的經(jīng)濟(jì)效益，更重要的還在于從根本上改變了傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想和設(shè)計(jì)方法。很多有模擬電路或數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)的大部分控制功能，現(xiàn)在已能使用單片機(jī)通過軟件方法實(shí)現(xiàn)了。這種以軟件取代硬件并能提高系統(tǒng)性能的控制技術(shù)稱之為微控制技術(shù)。隨著技術(shù)的飛躍發(fā)展，單片機(jī)的重要地位日益明顯，也不斷產(chǎn)生新的變化和進(jìn)步，單片機(jī)在目前的發(fā)展形勢(shì)下，表現(xiàn)出幾大趨勢(shì)： 可

38、靠性及應(yīng)用越來越水平高和互聯(lián)網(wǎng)連接已是一種明顯的走向。 所集成的部件越來越多；NS(美國國家半導(dǎo)體)公司的單片機(jī)已把語音、圖像部件也集成到單片機(jī)中，也就是說，單片機(jī)的意義只是在于單片集成電路，而不在于其功能了,其內(nèi)部已集成上各種應(yīng)用電路。 功耗越來越低。 和模擬電路結(jié)合越來越多。本設(shè)計(jì)是采用仿真MCS-51單片機(jī)系列的aedk51w實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)處理部分，使用的實(shí)驗(yàn)臺(tái)是愛迪克教學(xué)儀器的EXP51。314 MCS-51單片機(jī)MCS-51單片機(jī)是目前世界上應(yīng)用最為廣泛的單片機(jī)系列。從最早的8031、8051、8751到后來的89C51、89C2051，兼容MCS-51結(jié)構(gòu)和指令但具有各種新特性的單片機(jī)層

39、出不窮，幾乎所以單片機(jī)廠家的產(chǎn)品中都可以找到兼容MCS-51的成員，熟悉了MCS-51系列的編程和應(yīng)用就意味著擁有了一個(gè)龐大的單片機(jī)家族，可以適合絕大多數(shù)單片機(jī)應(yīng)用場(chǎng)合。MCS-51系列單片機(jī)是在一塊芯片上集成了CPU，RAM，ROM，定時(shí)器/計(jì)數(shù)器和多功能I/O口等基本功能部件的一臺(tái)計(jì)算機(jī)。它的典型芯片是8051，核心電路包含如下功能部件：（1） 一個(gè)8位CPU；（2） 一個(gè)片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘存儲(chǔ)器；（3） 4K字節(jié)片內(nèi)程序存儲(chǔ)器；（4） 128字節(jié)片內(nèi)存儲(chǔ)器；（5） 可尋址64k外部程序存儲(chǔ)器；（6） 64K外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器空間及控制電路；（7） 21個(gè)特殊功能寄存器；（8） 32條可編程的I

40、/O線（4個(gè)8位并行I/O端口）；（9） 兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器；（10） 一個(gè)可編程全雙工串行口；（11） 具有5個(gè)中斷源，兩個(gè)優(yōu)先級(jí)嵌套中斷結(jié)構(gòu)。各功能部件由內(nèi)部總線聯(lián)接在一起。315 單片機(jī)存儲(chǔ)器特點(diǎn)：單片機(jī)結(jié)構(gòu)有兩種類型：一種是程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器統(tǒng)一編地址，屬于普林斯頓結(jié)構(gòu)，另一種是程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器分開編地址的哈佛結(jié)構(gòu)。MCS-51采用的是哈佛結(jié)構(gòu)。它具有以下特點(diǎn)：（1）程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器截然分開，各有自己的尋址系統(tǒng)，控制信號(hào)和特定的功能。程序存儲(chǔ)器只存放程序和始終要保留的常數(shù)，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器通常用來存放程序運(yùn)行中的所需要的大量數(shù)據(jù)。程序存儲(chǔ)器一般為只讀存儲(chǔ)器ROM或EPR

41、OM，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器一般則采用靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM。（2）程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，內(nèi)部存儲(chǔ)器和外部存儲(chǔ)器，字節(jié)地址和位地址，這些存儲(chǔ)器空間的地址多數(shù)從零開始編地址，所以在地址上都有重疊，到底尋址哪一個(gè)存儲(chǔ)器空間，是通過不同的指令形式或控制信號(hào)來區(qū)分的。（3）工作寄存器以RAM形式組成，I/O接口采用存儲(chǔ)器對(duì)應(yīng)方式。工作寄存器，I/O口鎖存器和書存儲(chǔ)器RAM統(tǒng)一編址。（3） 具有一個(gè)功能很強(qiáng)的布爾處理器，可直接位尋址空間256位。316 I/O端口的特點(diǎn)MCS-51單片機(jī)具有4個(gè)8位雙向并行I/O端口，共32線。每位均由自己的鎖存器，輸出驅(qū)動(dòng)器和輸入緩沖器組成。（1）4個(gè)并行I/O端口都是雙向的，P

42、0口為漏極開路；P1，P2，P3口均具有內(nèi)部上拉電路，它們有時(shí)被稱為準(zhǔn)雙向口。（2）所有32條并行I/O線都能獨(dú)立地用作輸入或輸出。（3）當(dāng)并行I/O線作為輸入時(shí)，該輸入輸出口的鎖存器必須寫入“1”，這是個(gè)重要條件，否則可能無效。317 指令系統(tǒng)單片機(jī)的所有指令的集合稱為指令系統(tǒng)。指令系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)硬件邏輯電路有密切關(guān)系。它是表征計(jì)算機(jī)性能的一個(gè)重要指標(biāo)，不同的微機(jī)的指令系統(tǒng)是不同的。同一系列不同信號(hào)的微處理器的指令系統(tǒng)基本相同。MCS-51系列單片機(jī)使用42種助記符，有51種基本操作。通過助記符及指令中的源操作數(shù)和目的操作數(shù)的不同組合構(gòu)成了MCS-51的111條指令。它們按字節(jié)數(shù)分為：單字節(jié)指

43、令49條；雙字節(jié)指令46條；三字節(jié)指令16條。按指令執(zhí)行的周期劃分：有57條一周期指令；52條二周期指令；2條四周期指令，當(dāng)主頻為12MHz時(shí)，但周期指令的執(zhí)行時(shí)間為1s。在指令系統(tǒng)中有一個(gè)處理位變量的指令子集，使在處理位變量時(shí)非常靈活，方便。指令的一個(gè)重要組成部分是操作數(shù)，由它指定參與運(yùn)算的數(shù)據(jù)或數(shù)據(jù)所在的存儲(chǔ)器單元或寄存器或I/O接口的地址。指令中所規(guī)定的尋找操作數(shù)的方式就是尋址方式。每一種計(jì)算機(jī)都具有多種尋址方式，尋址方式越多，計(jì)算機(jī)的功能就越強(qiáng)，靈活性就越大。尋址方式的多少及尋址功能是反映指令系統(tǒng)優(yōu)劣的主要因素之一。MCS-51指令系統(tǒng)的尋址方式有七種：立即尋址，寄存器尋址，間接尋址，

44、直接尋址，變址尋址，相對(duì)尋址和特定寄存器尋址。318 W 系列 性能特點(diǎn)（1）仿真MCS-51/320系列單片機(jī)(包括ROM/EPROM型如8751，8752，80C552，89C51，89C52，89C1051，89C2051,W77E58, W78E58, DS87C520等)，可仿真INTEL/ PHILIPS/ ATMEL/ DALLAS/ WINBOND等51/320系列的單片機(jī)。（2）AEDK獨(dú)家研制的管理CPU與WINBOND公司度身定制的仿真CPU，精誠合作，分而治之; 全空間仿真：程序空間0FFFFH，數(shù)據(jù)空間0FFFFH全空間都可仿真。全空間仿真RAM出借：0FFFFH。

45、（3）采用64K全空間硬件斷點(diǎn)。單步使用仿真CPU提供的專用斷點(diǎn)技術(shù)，單步可開放中斷，中斷實(shí)時(shí)跟蹤。 （4）具有夭折處理功能，即執(zhí)行用戶程序后，按暫停熱鍵能保存用戶現(xiàn)場(chǎng)后返回監(jiān)控，幫助查找程序走飛，死循環(huán)的原因。 （5）用戶系統(tǒng)硬件自動(dòng)檢測(cè)，WR/RD/CS/三組信號(hào)單鍵智能觸發(fā),I/O口自己定制，調(diào)試硬件得心應(yīng)手; （6）所有單片機(jī)資源向用戶開放，即使RESET引腳也對(duì)用戶開放，便于調(diào)試含看門狗的用戶系統(tǒng)。 （7）支持高速CPU的仿真，普通型的可支持到16MHz，高速型的可支持到40MHz（51）/25MHz(320)。 （8）仿真頭有故障隔離措施，即使用戶系統(tǒng)硬件故障也不影響仿真器工作，可

46、調(diào)試用戶系統(tǒng)硬件。機(jī)上采用高速串口，波特率最高可達(dá)。不占用仿真CPU串口，支持單片機(jī)串口與系統(tǒng)機(jī)聯(lián)接調(diào)試串口通訊程序。（9） 軟件界面：1. WINDOWS環(huán)境菜單操作，用戶可自定義個(gè)性化界面 。2 .可以源語句級(jí)調(diào)試匯編、C51、PL/M51及嵌入式定點(diǎn)浮點(diǎn)運(yùn)算庫等程序，使單片機(jī)真正實(shí)用高級(jí)語言及支持高級(jí)語言教學(xué)。 3. 支持符號(hào)化調(diào)試。可對(duì)欲移植的程序反匯編后自動(dòng)加上標(biāo)號(hào)形成匯編源文件，幫助用戶仿制，修改樣機(jī)。319 AEDK51W雙CUP仿真器 （1）系統(tǒng)性能:雙CPU架構(gòu),全開放設(shè)計(jì),不占用用戶系統(tǒng)資源,既使RSTET引腳也對(duì)用戶開放。完全實(shí)時(shí)仿真,最高速度可達(dá)20MHZ。高速串口,自

47、動(dòng)檢測(cè)適配波特率(2400-BPS)通過RS232與主機(jī)通信。支持8XC31/32/51/52/54/58、89C1051/2051、78E/58和90系列CPU等。128k仿真存儲(chǔ)區(qū),包括64K程存儲(chǔ)區(qū)和64K數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)。目標(biāo)理處可完整保留自身的存儲(chǔ)器和I/O空間。全空間64K個(gè)實(shí)時(shí)硬件斷點(diǎn)。 運(yùn)行于WINDOWS3.1及WINDOWS95/98中文環(huán)境。具有夭折處理功能,正確顯示夭折CPU狀態(tài)。仿真央頭有故障隔離措施,既使用戶系統(tǒng)硬件故障，也不影響仿真器工作。可調(diào)試用戶硬件系統(tǒng)，支持符號(hào)化調(diào)試，可對(duì)欲移植的程序反匯編后自動(dòng)加上標(biāo)號(hào)形成匯編源文件,幫助用戶仿制,修改樣機(jī)。所有操作與AEDK其

48、他系列兼容,便于用戶更新使用AEDK系列中的高檔機(jī)。一體化設(shè)計(jì),進(jìn)口基板,熱風(fēng)整平,波峰焊接,封閉式機(jī)箱,老化考核,可靠性。供電要求：工作電壓：+5V工作電流：400ma32 程序設(shè)計(jì)圖27主程序流程圖33 點(diǎn)滴速度檢測(cè)部分方案一：程序算法：由上面介紹可知，每當(dāng)一滴液滴下落時(shí)，單片機(jī)通過P3.2口接收到一個(gè)高電平。利用單片機(jī)的計(jì)數(shù)器和定時(shí)器T0T1，計(jì)出10S之內(nèi)高電平個(gè)數(shù)，再乘以6后將之顯示，就為一分鐘的點(diǎn)滴下落個(gè)數(shù)。顯示輸出每10S更新一次，在下一個(gè)10S到來時(shí)顯示新測(cè)到的速度，并把以前的速度清除。程序的優(yōu)缺點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：算法簡單，易于理解，便于編程。缺點(diǎn)：由于算法過于簡單，沒有篩選擇優(yōu)，使程

49、序運(yùn)行后測(cè)得的結(jié)果有誤差。由上面給出的波形圖（圖25）可知，由于外部條件的影響，有時(shí)波形會(huì)出現(xiàn)雜波，這樣單片機(jī)的電平數(shù)有可能比真正下落的液滴個(gè)數(shù)要多，導(dǎo)致結(jié)果也相應(yīng)比真值大；而且在第十秒更新數(shù)字的同時(shí)，有可能有點(diǎn)滴下落，因?yàn)樵诟碌耐瑫r(shí)不計(jì)數(shù)，所以會(huì)丟失個(gè)別點(diǎn)滴，又導(dǎo)致結(jié)果比真值小，而且會(huì)出現(xiàn)勻速時(shí)測(cè)得的結(jié)果卻忽大忽小的情況。方案二：針對(duì)上個(gè)程序的點(diǎn)滴速度檢測(cè)算法的弊端，采取最小值的方法設(shè)計(jì)算法，去除雜波。 程序算法： 記錄三次三滴液滴下落的時(shí)間，取其中最小的值作為最精確的速度，利用它算出一分鐘液滴下落速度，顯示輸出。程序優(yōu)缺點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：有篩選功能，只要在連續(xù)的3滴液滴里沒有雜波干擾，結(jié)果就是正

50、確的。缺點(diǎn)：編程比較復(fù)雜，抖動(dòng)干擾比較嚴(yán)重。碰上特別不穩(wěn)定的波形也缺乏科學(xué)性。圖28點(diǎn)滴測(cè)速流程圖INCNUM:CJNER4,#02H,ENDI0；如果滴了3滴則將滴數(shù)重置為 ；0，并將所用時(shí)間存入內(nèi)存CLRTR0；停止計(jì)數(shù),將溢出次數(shù)（即所用時(shí)；間，存在COUNT中 MOVR4,#0FFH ；一次測(cè)速完畢,下次測(cè)速要等下一滴 ；水落下時(shí)開始，因?yàn)槌绦蜃詈驲4的 ；值會(huì)加1,所以現(xiàn)在給R4賦FFH,+ 1 ；后為初始值 CJNER5,#00H,T_NUM2 ；如果滴了第一次3滴水,將時(shí)間 ；存入TIME1MOVTIME1,COUNTMOVCOUNT,#00HINCR5AJMP ENDI0T_N

51、UM2: CJNER5,#01H,T_NUM3；如果滴了第二次3 滴水,將時(shí) ；間存入TIME2MOVTIME2,COUNTMOVCOUNT,#00HINCR5AJMPENDI0T_NUM3: CJNER5,#02H,ENDI0；如果滴了第三次3滴水，進(jìn)行計(jì) ；算，將3次中最長的時(shí)間存入DIVIMOVR5,#00H ；將R5清0,等待下一滴水重新開始計(jì)算MOVA,TIME2CJNEA,COUNT,NEXT1NEXT1:JCNEXT2MOVCOUNT,ANEXT2:MOVA,TIME1CJNEA,COUNT,NEXT3NEXT3:JCNEXT4MOVCOUNT,ANEXT4:MOVDIVI,CO

52、UNT34 鍵盤控制顯示部分圖29 BIN2BCD（二進(jìn)制到十進(jìn)制轉(zhuǎn)換）流程圖圖30 ISR_I0（外部中斷0服務(wù)程序）圖31 ISR_T0（定時(shí)器0中斷服務(wù)程序）流程圖35 電機(jī)控制部分程序算法：由上面得知，當(dāng)P1.0輸出高電平，P1.1輸出低電平時(shí)，電機(jī)反轉(zhuǎn)，下落速度變慢；當(dāng)P1.0輸出低電平，P1.1輸出高電平時(shí)，電機(jī)正轉(zhuǎn)，下落速度變快。當(dāng)兩個(gè)端口都輸出高電平時(shí)，電機(jī)不工作；兩個(gè)端口都輸出低電平時(shí)，這種情況不允許發(fā)生，所以程序內(nèi)包括延時(shí)的程序，確保在閉合某個(gè)開關(guān)時(shí)要確定一個(gè)開關(guān)完全打開，以避免兩個(gè)開關(guān)同時(shí)接通而造成電路短路。由鍵盤控制輸出電平的時(shí)間，分別有1S，3S和5S。當(dāng)從鍵盤上輸入

53、鍵值時(shí)，取其跟原有速度比較，當(dāng)兩者相等時(shí)退出；當(dāng)小于原有速度時(shí)電機(jī)正轉(zhuǎn)；當(dāng)小于原有速度時(shí)電機(jī)反轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)完設(shè)定時(shí)間返回再跟輸入值重復(fù)上面比較的步驟，一直到兩者相等時(shí)退出。程序 COMPARE: ；比較子程序 LCALL CACU ；讀入當(dāng)前速度 PUSH ACC MOV A,HUN CJNE A,HUNR,IOP3 ；百位值比較，兩者相等開始比較十位 IOP2:AJMP IOP6 IOP3: JC IOP5 SETB P1.1 ；百位值比原有速度大，電機(jī)反轉(zhuǎn)3S MOV R3,#03HLCALL ROUNDSJMP IOP4 IOP5:SETB P1.0 ；百位值比原有速度小，電機(jī)正轉(zhuǎn)3SMOV R3,#03H LCALL ROUNDIOP4:AJMP COMPAREIOP6:MOV A,TEN ；十位比較，兩者相等退出 CJNE A,TENR,IOP33 IOP22:AJMP IOPIOP33:JC IOP55SETB P1.1 ；十位值比原有速度大，電機(jī)反轉(zhuǎn)1SMOV R3,#01HLCALL ROUNDSJMP IOP44IOP55:SETB P1.0 ；十位值比原有速度小，電機(jī)正轉(zhuǎn)1SMOV R3,#01HLCALL ROUNDIOP44:LJMP COMPARE 圖33正轉(zhuǎn)1S流程圖（注：正轉(zhuǎn)3S、5S，反轉(zhuǎn)1S、3S、5S的流程圖與此類