分布式多點溫度檢測系統(tǒng)設(shè)計

1、 分布式多點溫度檢測系統(tǒng)設(shè)計緒論 硅是地球上儲藏最豐富的材料之一，從19世紀(jì)科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)了晶體硅的半導(dǎo)體特性后，它幾乎改變了一切，甚至人類的思維。直到上世紀(jì)60年代開始，硅材料就取代了原有鍺材料。硅材料因其具有耐高溫和抗輻射性能較好，特別適宜制作大功率器件的特性而成為應(yīng)用最多的一種半導(dǎo)體材料，目前的集成電路半導(dǎo)體器件大多數(shù)是用硅材料制造的。單晶硅具有基本完整的點陣結(jié)構(gòu)的晶體。不同的方向具有不同的性質(zhì)，是一種良好的半導(dǎo)材料。純度要求達(dá)到99.9999，甚至達(dá)到99.9999999以上。用于制造半導(dǎo)體器件、太陽能電池等。單晶硅的市場前景廣闊，所以現(xiàn)在又很多的單晶硅生產(chǎn)廠家。單晶硅的生產(chǎn)是在高溫的環(huán)

2、境下進(jìn)行的，他的生產(chǎn)最常用的是直拉法，生產(chǎn)爐各式各樣，但都需要進(jìn)行溫度控制，因為硅單晶采用直拉法時有它最適宜生長的溫度范圍，所以時刻檢測爐溫是很有必要的，針對這一問題我進(jìn)行了本次設(shè)計。 單晶硅爐溫檢測技術(shù)現(xiàn)狀在生產(chǎn)過程中，加熱爐溫度的控制是十分重要的。單晶硅爐的發(fā)熱體為電阻絲，常規(guī)方式大多采用儀表測量溫度，并通過控制交流接觸器的通斷時間比例來控制加熱功率。由于模擬儀表本身的測量精度差，加上交流接觸器的壽命短，通斷比例低，故溫度控制精度低，且無法實現(xiàn)按程序設(shè)定的升溫曲線升溫和故障自診斷功能，因此目前要對傳統(tǒng)的溫度控制方法進(jìn)行改造，用微機取代常規(guī)控制已成必然，國內(nèi)已相繼出現(xiàn)各種以微機為核心的溫度控

3、制系統(tǒng)1。這種系統(tǒng)控制精度高、重復(fù)性好、自動化程度高，可以大大提高產(chǎn)品質(zhì)量和減輕工人的勞動負(fù)擔(dān)。在它的工作過程中，溫度控制是一個很重要的環(huán)節(jié)。一直以來，人們采用了各種方法來進(jìn)行溫度控制，都沒有取得很好的控制效果。在計算機發(fā)達(dá)的今天，人們就想采用計算機來進(jìn)行控制，應(yīng)用計算機的實時監(jiān)控技術(shù)和高溫測量技術(shù)，可實現(xiàn)單晶硅爐2的實時監(jiān)控，它取得的控制效果明顯的好于其它的方法，它既可以提高產(chǎn)品質(zhì)量，又節(jié)省能源。而單片機對溫度的測量與控制并不是簡單的按順序先后執(zhí)行一些機械的動作，而是要進(jìn)行相應(yīng)的復(fù)雜運算和判斷，這就是單片機的智能性所在。在智能溫度測量與控制電器中，單片機起了智能控制部件作用。它的存在，提高了

4、電器的品質(zhì)，增加了智能溫度測量與控制電器的功能；并在智能溫度測量與控制電器中執(zhí)行模擬人類智能的進(jìn)程。隨著智能控制理論和人工智能研究的深入，各種更加逼真地模擬人類智能的智能溫度測量與控制電器會更多的出現(xiàn)，而單片機和智能理論的結(jié)合，將來不但更多的改進(jìn)現(xiàn)行智能溫度測量與控制電器，而且將會產(chǎn)生全新的智能溫度測量與控制電器。12 設(shè)計概述 本設(shè)計為單片機控制單晶硅爐溫檢系統(tǒng)，系統(tǒng)智能控制部分由單片機及其相關(guān)的外圍電路組成，外圍電路包括溫度檢測以及補償放大電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、LED動態(tài)掃描電路、鍵盤設(shè)計電路和報警電路。論文共分四章節(jié)，主要對硬件設(shè)計、軟件設(shè)計作了較為具體的論述。由于本人知識、實際應(yīng)用水平

5、及工程實際水平有限，在本次畢業(yè)設(shè)計中難免產(chǎn)生一些錯誤，敬請各位老師批評指正。2 系統(tǒng)整體方案設(shè)計21 確定設(shè)計任務(wù)設(shè)計任務(wù)：為一個單晶硅生產(chǎn)車間設(shè)計一套溫度檢測系統(tǒng)，該系統(tǒng)應(yīng)布線盡可能的少且具有顯示、記錄和報警功能。測溫范圍:01600°C, 當(dāng)檢測溫度不在12001300°C范圍內(nèi)時，系統(tǒng)會發(fā)出報警聲，溫度檢測精度±5，巡檢時間2分鐘。22 系統(tǒng)組成及工作原理 系統(tǒng)工作原理框圖如圖1： 圖1 系統(tǒng)工作原理框圖 工作原理：鍵盤輸入，主機向從機發(fā)送地址指令，從機根據(jù)自己的地址判斷主機是否在連線自己，若不是，則繼續(xù)等待；若是，則向主機發(fā)送溫度數(shù)據(jù)，主機根據(jù)收到的信息，

6、進(jìn)行處理，在8位數(shù)碼管上顯示，并判斷溫度是否在設(shè)定的溫度范圍內(nèi)，如果不在，則啟動報警。3 系統(tǒng)硬件設(shè)計31 8051單片機3.1.1 8051引腳及功能：8051的引腳圖3如圖2： 圖2 8051引腳圖MCS-51單片機是一個具有40根引腳的雙列直插式器件，引腳圖及其功能分類如圖4所示。其引腳功能如下：Vcc：編程和正常操作時的電源，電壓為+5V。Vss：接地端。XTAL1：接外部晶體的一個引腳。當(dāng)單片機采用外部時鐘信號時，次腳應(yīng)接地。XTAL2：接外部晶體的一個引腳。當(dāng)單片機采用外部時鐘信號時，外部時鐘信號由此引腳接入。RST：復(fù)位控制輸入，再振蕩器運行時，使RST腳至少保持兩個機器周期為高

7、電平，可實現(xiàn)復(fù)位操作。CPU通過執(zhí)行內(nèi)部復(fù)位來響應(yīng)，在RST為高電平的第二周期時執(zhí)行內(nèi)部復(fù)位。在Vcc關(guān)斷前加上Vpd（掉電保護(hù)），RAM的內(nèi)容將不變。：訪問外部存儲器時，用于鎖存地址底字節(jié)的地址鎖存允許輸出。即使不訪問外部存儲器，ALE以震蕩頻率的1/6為固定頻率輸出，因而它能用作外部時鐘或定時 。ALE主要是提供一個定時信號，再從外部程序存儲器取指時把P0口的底地址字節(jié)鎖存到外接的鎖存器中，每個機器周期ALE有效兩次。這個引腳也是EPROM編程時的編程脈沖輸入。：程序存儲器允許。輸出讀外部程序存儲器的選通信號。取指令操作期間，的頻率為振蕩頻率的1/6；但若此期間有訪問外部數(shù)據(jù)存儲器的操作，

8、則有一個機器周期中的信號將不出現(xiàn)。：當(dāng)=0時，單片機只訪問外部程序存儲器。對8031此引腳必須接地。=1時，單片機只訪問內(nèi)部程序存儲器。對8051和8751此引腳應(yīng)接高電平，但若是地址超過4K范圍（0FFFH），則單片機將自動訪問外部程序存儲器。在8751單片機內(nèi)的EPROM編程期間，此引腳引入編程電源。P0口：一個8位的開漏雙向I/O口，數(shù)據(jù)/外部存儲器低8位地址總線端口，在程序檢驗時它也輸入指令字節(jié)，P0口能吸入8個LSTTL輸入。P1口：具有提升電阻的8位雙向I/O接口，專門供用戶使用，在程序檢驗時（指8051和8751）它也接收低位地址字節(jié)，P1能吸入或放出3 個LSTTL的輸入。P2

9、口：具提升電阻的8位雙向I/O口，可供系統(tǒng)擴展時作高8位地址線用。在沒有外部存儲器擴展時，它也可以是為用戶作I/O線使用。在程序檢驗時，它也接收高位地址和控制信號。P2口能吸入或放出3個LSTTL的輸入。P3口：具有提升電阻的8位I/O口，該I/O口的每一位均可以獨立的定義為第一功能或第二功能。作為第一功能使用時，與普通的I/O口沒有什么不同。作為第二功能時，該口才具有了它獨有的串行通訊功能。3.1.2 特殊功能寄存器：8051單片機共有21個具有特殊功能的寄存器（SFR），起著專門寄存的功能，用來設(shè)置片內(nèi)電路 的運行方式，記錄電路運行的狀態(tài)，并表明有關(guān)標(biāo)志等。此外特殊功能寄存器中，還有把并行

10、和串行的I/O口映射過來的寄存器，對這些寄存器的讀寫，可實現(xiàn)從相應(yīng)的I/O口的輸入和輸出操作。21個特殊功能的寄存器不連續(xù)的分布在128個字節(jié)的SFR存儲空間中，地址空間為80HFFH。在這片SFR中間，可對11個特殊功能寄存器的某些位進(jìn)行位尋址操作。因此，在特殊功能寄存器中存在著兩套地址：位地址和字節(jié)地址，它們的地址空間都是80H-FFH。但是，字節(jié)地址只有21個是有效的，對位地址只有83個是有效的。21個特殊功能寄存器的名稱和功能介紹如下：A：累加器。B：寄存器。主要用于進(jìn)行乘法或除法操作。對于其它指令，也可用作暫存器。SP：堆棧指針寄存器。能位于片內(nèi)RAM128字節(jié)的任何單元。8051復(fù)

11、位時，棧指針初始化為07H。執(zhí)行PUSH或調(diào)用時，在存儲數(shù)據(jù)前，棧指針加1，因此堆棧從地址08H開始。DPTR：數(shù)據(jù)指針寄存器，16位。分別由高位字節(jié)（DPH）和低位字節(jié)（DPL）組成。其功能是存放16位地址。PSW：程序狀態(tài)字寄存器。內(nèi)放標(biāo)志位寄存器，置位或清零，表示操作結(jié)果的某些特性，但加1或減1指令不影響這些標(biāo)志。其功能及分配情況如表1所示。溢出標(biāo)志OV和進(jìn)位標(biāo)志CY是兩種不同性質(zhì)的標(biāo)志。溢出是指在有正負(fù)號的兩個數(shù)運算時，結(jié)果數(shù)超過+127-128。當(dāng)用于補碼運算時，因為在有符號的結(jié)果下能用8位表示時，OV將被置位。而進(jìn)位位是指兩個數(shù)最前一位相加有否進(jìn)位。P標(biāo)志由于總是表示累加器中運算結(jié)

12、果1的個數(shù)為偶數(shù)還是奇數(shù)來決定。表1 PSW程序狀態(tài)字CYACFRS1RS0OVXPPSW各狀態(tài)字的功能： CY：進(jìn)、借位。有進(jìn)、借位，CY=1；無進(jìn)、借位，CY=0。AC：輔助進(jìn)、借位（高半字節(jié)與低半字節(jié)間的進(jìn)、借位）。有進(jìn)、借位，AC=1；無進(jìn)、借位，AC=0。 F0：用戶標(biāo)志位?？捎捎脩粼O(shè)定其含義。 RS1，RS0：工作寄存器組選擇位。OV：溢出位。運算結(jié)果按補碼運算理解。有溢出位，OV-1；無溢出位，OV=0。X：無效位。P：奇偶位。運算結(jié)果有奇數(shù)個，P=1；運算結(jié)果有偶數(shù)個，P=0。另外還有下列一些特殊功能寄存器：R0R3：I/O端口寄存器。IP：中斷優(yōu)先級寄存器。IE：中斷允許寄存

13、器。TMOD：定時器/計數(shù)器的方式寄存器。TCON：定時器/計數(shù)器控制寄存器。TH0、TL0：定時器/計數(shù)器0寄存器（TH0放高位字節(jié)，TL0放低位字節(jié)）。TH1、TL1：定時器/計數(shù)器1寄存器（TH1放高位字節(jié)，TL1放低信字節(jié)）。SCON：串行控制寄存器。SBUF：串行數(shù)據(jù)寄存器。PCON：電源控制寄存器。3.1.3 存儲器的組成 (1)程序存儲器MCS-51單片機具有64K字節(jié)的程序存儲空間。8051在片內(nèi)各有4K字節(jié)的程序存器ROM或EPROM，并處于這一空間的最低地址區(qū)。8031在片內(nèi)沒有程序存儲器，必須在片外加以擴展程序存儲器才能構(gòu)成的應(yīng)用電路。擴展容量可為64K字節(jié)中的任一容量，

14、并且常用EPROM或的形式。程序存儲器中的某些地址被特定的用于特定程序的入口地址： 地址 用途0000H 復(fù)位操作后的程序入口0003H 外部中斷0服務(wù)程序入口000BH 定時器0中斷服務(wù)程序入口0013H 外部中斷1服務(wù)程序入口 001BH 定時器1中斷服務(wù)程序入口 0023H 串行I/O中斷服務(wù)程序入口在編寫程序時，通常在這些入口地址起始的二三個地址單元中，放入一條轉(zhuǎn)移類指令，以使相應(yīng)的程序在指定的程序存儲空間內(nèi)生成。(2)外部數(shù)據(jù)存儲器外部數(shù)據(jù)存儲器又稱外部數(shù)據(jù)RAM，當(dāng)8031片內(nèi)128字節(jié)的數(shù)據(jù)RAM不能滿足數(shù)量上的要求時，可通過總線端口和其它I/O端口擴展外部數(shù)據(jù)RAM，其最大容量

15、為54K字節(jié)。外部數(shù)據(jù)RAM與片內(nèi)RAM的功用基本相同，但前者不能進(jìn)行堆棧操作。3.1.4 定時器/計數(shù)器定時器/計數(shù)器簡稱定時器。其作用主要包括：產(chǎn)生各種時標(biāo)間隔、記錄外部事件的數(shù)量等，是微機中常用的、最基本的部件之一。MCS-51單片機有2 個16位的定時器/計數(shù)器：定時器0（T0）和定時器1（T1）。T0由兩個定時寄存器TH0和TH0構(gòu)成，T1則由TH1和TL1構(gòu)成，它們都分別映射在特殊功能寄存器中，從而可以通過對特殊功能寄存器中這些寄存器的讀寫來實現(xiàn)對這兩個定時器的操作。作定時器時，每一個機器周期定時器自動加一1，所以定時器可以看作是機器周期的計數(shù)器。由于每個機器周期是12個時鐘振蕩周

16、期。所以定時器的分辨率是時鐘振蕩周期頻率的1/12。作計數(shù)器時，只要在單片機外部引腳T0（或T1）從1到0的電平的負(fù)跳變，計數(shù)器就自動加1。計數(shù)的最高頻率一般為振蕩頻率的1/24。T0和T1無論是工作在定時器還是工作在計數(shù)器，者有兩四種工作方式：方式0、方式1、方式2、方式3。除方式3外，T0和T1有完全的工作狀態(tài)。下面以T1為例來說明各種工作方式的特點和用法。工作方式0：為13位計數(shù)器的工作方式。由TL1的低5位和TH1的8位構(gòu)成13位計數(shù)器。定時器啟動后，定時或計數(shù)脈沖加到TL1的低5位，從預(yù)先設(shè)置的初值（時間常數(shù)）開始為斷增加1。TL1計滿后，向TH1進(jìn)位。當(dāng)TL1和TH1都計滿后，置位

17、T1的定時器回零標(biāo)志TF1，以此表明定時時間或計數(shù)次數(shù)已到，以供查詢或打開中斷的條件下，向CPU請求中斷。如需進(jìn)一步定時或計數(shù)，則需要用指令重置時間常數(shù)。工作方式1：16位工作方式。與工作方式0基本相同，區(qū)別僅在于方式1的計數(shù)器由TH1和TL1組成16位計數(shù)器，從而比工作方式0有更寬的定時/計數(shù)范圍。工作方式2：8位自動裝入時間常數(shù)方式。由TL1構(gòu)成8位計數(shù)器，TH1則僅用來存放時間常數(shù)。啟動前TL1和TH1裝入相同的時間常數(shù)，當(dāng)TL1計滿后，除定時器回零標(biāo)志TF1置位，具有向CPU請求中斷的條件外，TH1中的時間常數(shù)還會自動的裝入TL1中，并重新開始定時或計數(shù)。由于這種方式為需要指令重裝時間

18、常數(shù)，因而操作方便，在允許的條件下，應(yīng)盡量采用這種方式。當(dāng)然這種工作方式的定時/計數(shù)范圍要小于方式0和方式1。工作方式3：兩個8位方式。工作方式3只適用于定時器T0。如果定時器1處于工作方式3，那它將處于關(guān)閉狀態(tài)。當(dāng)T0為工作方式3時，TH0和TL0分成2個獨立的8位計數(shù)器。其中，TL0即可以作定時器，又可以作計數(shù)器，并使用原T0的所有控制位及其定時器回零標(biāo)志和中斷源。TL0則只能作定時器，并使用T1的控制位TR1、回零標(biāo)志位TF1和中斷源。3.1.5 控制寄存器定時器/計數(shù)器T0和T1有兩個控制寄存器-TMOD和TCON，它們分別用來設(shè)置各個定時器/計數(shù)器的工作方式，選擇定時或計數(shù)功能時，控

19、制啟動運行，以及作為運行狀態(tài)的標(biāo)志等。其中TCON另有4位用于中斷系統(tǒng)。(1)定時器方式控制寄存器-TMOD： 表2 定時器方式控制寄存器TMODGATEM1M0GATEM1M0 GATE：門控制位。1，打開；0，關(guān)閉。GATE和軟件控制位TR、外部引腳信號的狀態(tài)共同控制定時器/計數(shù)器的打開和關(guān)閉。 ：定時器/計數(shù)器的選擇位。=1，為計數(shù)器方式；=0，為定時器方式。 M1M0：工作方式選擇位，定時器/計數(shù)器的四種工作方式由M1M0來設(shè)定。(2)定時器控制寄存器-TCON： 表3 定時器控制寄存器TCONTF1TR1TF0TR0IE1IT1IE0IT0 TF1、TR1用于定時器T1，TF0、TR

20、0用于定時器T0。兩者有相同的含義。TF1、TF0為中斷請求標(biāo)志，為0，無請求；為1，有請求。TR1、TR0為運行控制位，為1，有請求；為0，無請求。TF：定時器/計數(shù)器的中斷標(biāo)志位。當(dāng)定時器計滿回0時，TF=1，并可請求中斷；當(dāng)CPU響應(yīng)中斷并進(jìn)入中斷服務(wù)子程序后，TF自動清零。TR：定時器/計數(shù)器的開閉控制位。IE1和IT1：用于外部中斷1；IE0和IT0用于外部中斷0。IT：下跳沿/低電平引起外部中斷的請求的選擇位。IT=1，由下跳沿引起；IT=0，由低電平引起。IE：外部中斷的中斷請求標(biāo)志。IE=0，表明無外部中斷請求；IE=1，則表明有外部中斷請求。當(dāng)有外部中斷請求時，IE自動為1；

21、單片機響應(yīng)此中斷后，IE自動清零。3.1.6 中斷系統(tǒng)MCS-51單片機提供了5個中斷源。兩個為INT1、INT0輸入的外部中斷源，低電平有效；兩個為片內(nèi)定時器/計數(shù)器T0、T1；一個為片內(nèi)串行口中斷請求T1、R1。這些中斷請求的引腳都為P3口的第二功能。對于每個中斷都有可以編程為高優(yōu)先級或低優(yōu)先級中斷，并實現(xiàn)二級中斷嵌套。各中斷源所對應(yīng)的中斷服務(wù)子程序入口地址和優(yōu)先級如下：中斷源 入口地址 優(yōu)先級INT0 0003H 0T0 000BH 1INT1 0013H 2T1 001BH 3串行口中斷 0023H 48051響應(yīng)中斷后，即從上入口地址開始執(zhí)行中斷服務(wù)子程序，直到遇到一條RET1指令為

22、止。32 存儲器擴展電路設(shè)計 3.2.1 程序存儲器的擴展單片機內(nèi)的硬件電路已經(jīng)構(gòu)成了具有基本形式的微機系統(tǒng)，可滿足許多控制場合的需要。但如在應(yīng)用中，片內(nèi)的這些已有資源不夠使用，就需要在片外加以擴展。MCS-51系列單片機通過外接具有相應(yīng)電路的外圍芯片來實現(xiàn)系統(tǒng)的擴展。單片機應(yīng)用系統(tǒng)中擴展用的程序存儲器芯片大多采用EPROM芯片。其型號分別為：2716、2732、2764、27128、27256等，其容量分別為：2K、4K、8K、16K、32K。在選擇芯片時，要考慮CPU與EPROM時序的匹配。此外還需要考慮最大讀出速度、工作溫度及存儲器的容量。在滿足容量要求時，盡量選擇大容量芯片，以減少芯片

23、的數(shù)量，使系統(tǒng)簡化。若單片機內(nèi)有程序存儲器，而該程序又不大于其存儲空間，就不必再擴展外部程序存儲器了。(1)27128EPROM芯片4的介紹27128與2764、27256的管腳分布完全相同，都是雙列直插式28腳芯片。圖3為其引腳圖。共有14根地址線A0A13，8根數(shù)據(jù)線D0D7，其余為控制線，定義分別是：CE-片選信號端；OE-取指允許；PGM-編程控制端；VPP-編號電壓端（21V或12.5V）；VCC-+5V電源；VSS-地電平；NC-空腳，不用。(2)地址鎖存器74LS37374LS3735為8D透明鎖存器，其主要特點在于，控制端G為高電平時，輸出Q0Q7復(fù)現(xiàn)輸入的D0D7的狀態(tài)，G為

24、下跳沿時，D0D7的狀態(tài)被鎖存在Q0Q7上。利用這一特點，在把ALE與G相連后，ALE的下跳沿正好把P0端口上此時出現(xiàn)的8位指令地址A7A0鎖存在74LS373的輸出端上，從而給出從2732取指令碼的低8位地址。(3)程序存儲器的擴展27128中低8位地址通過地址鎖存器74LS373與8051的P0口相連。當(dāng)?shù)刂锋i存允許信號ALE為高電平時，則P0輸出的地址有效。8位數(shù)據(jù)線直接與8051的P0口相聯(lián)；高6位地址分別與P2.0-P2.5相聯(lián)；OE引腳直接與8051PSEN引腳相接。片選信號CE則是通過譯碼電路與之相聯(lián)，當(dāng)CE為低電平時，選通27128。由于8051只能選通外部程序存儲器，因而其C

25、E引腳接地。 圖3 8051擴展外部程序存儲器3.2.2 數(shù)據(jù)存儲器的擴展 圖4 8051擴展外部數(shù)據(jù)存儲器由于8051單片機內(nèi)只有128字節(jié)的數(shù)據(jù)RAM，當(dāng)應(yīng)用中需要更多的RAM時，只能在片外擴展?？蓴U展的最大容量為64K字節(jié)。單片機應(yīng)用系統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲器擴展電路一般采用6116、6264靜態(tài)RAM數(shù)據(jù)存儲器，其選用的規(guī)則與EPROM數(shù)據(jù)存儲器的要求相同。與2764相比，6264的容量也為8K字節(jié)。其引腳功能：A0A12地址線13根；I/O0I/O7數(shù)據(jù)線8根；CS片選信號；OE輸出允許信號；WE寫信號；Vcc-+5V電源端；GND低電平；NC空，無用。圖4為8051單片機的數(shù)據(jù)存儲器的擴展電路

26、。8051單片機和外部數(shù)據(jù)存儲器的數(shù)據(jù)傳送只是在累加器A和外部RAM之間的傳送。33 I/O口擴展電路設(shè)計3.3.1 可編程接口芯片8155 8051單片機共有4個8位并行I/O口，但可供用戶使用的只有P1口及部分P3口線。因此大部分應(yīng)用系統(tǒng)中都不可避免的要進(jìn)行I/O口的擴展。1)81556片內(nèi)具有256字節(jié)的靜態(tài)RAM，2個8位和1個6位的可編程并行I/O端口，1個14位的有多種工作方式的減法計數(shù)器，以及1個地址鎖存器。8051單片機外接一片8155后，就綜合的擴展了RAM、I/O端口、和定時計數(shù)器。8155的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖及芯片引腳如圖5所示。圖5 8155的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖及芯片引腳圖2)工作

27、方式的設(shè)定8155I/O口的工作方式選擇通過對8155內(nèi)部寄存器設(shè)定命令控制字來實現(xiàn)。I/O口可以有四種工作方式。3)8155的定時功能8155片內(nèi)有一個14位的減法計數(shù)器，可對輸入脈沖進(jìn)行減法計數(shù)。引腳TIMEIN為不定時器的時鐘輸入，由外部輸入時鐘脈沖；TIMEOUT為定時器的輸出端。定時器啟動后，能對加到輸入端的脈沖進(jìn)行計數(shù)，當(dāng)減法計數(shù)器減至零時，由在TIMEOUT端輸出一個矩形波或脈沖信號。啟動定時器前要先裝入時間常數(shù)。3.3.2 鍵盤、顯示器接口電路鍵盤、顯示器是數(shù)控系統(tǒng)中常用的人機交互設(shè)備，可以完成數(shù)據(jù)的輸入和計算機狀態(tài)數(shù)據(jù)的動態(tài)顯示。通常，數(shù)控系統(tǒng)采用行列式鍵盤，即用I/O口線組

28、成行列結(jié)構(gòu)，按鍵設(shè)置在行列的交點上。如圖6所示，為8155擴展I/O口組成的矩陣式鍵盤7。數(shù)控系統(tǒng)中所使用的顯示器是LED（發(fā)光二極管顯示器）和LCD（液晶顯示器）。鍵盤的工作原理是：當(dāng)無鍵按下時，PA0PA7均置高。當(dāng)掃描PA0PA3口的狀態(tài)時，假設(shè)發(fā)現(xiàn)PA3低電平，則第一行可能有鍵按下；再掃描PA4PA7口的狀態(tài)，若假設(shè)發(fā)現(xiàn)PA7低電平，則可以判定此時按下了交叉的鍵，即“0”鍵，其它鍵原理相同。圖6 8155擴展I/O口組成的矩陣式鍵盤 圖7 74LS240引腳圖圖7為74LS240引腳圖，74LS240是一個8路三態(tài)反向緩沖器，工作原理如表4：表4 74LS240輸入輸出原理表輸入輸出1

29、，2D0010101X高阻態(tài) 圖8 8155擴展I/O口組成的8位LED數(shù)碼管顯示如圖8所示，8155擴展I/O口組成的8位LED數(shù)碼管8顯示。LED顯示工作原理：由于74LS240的反向驅(qū)動的作用，當(dāng)PC口某位置低時，可選通對應(yīng)的數(shù)碼管（即PC0=0時，選通第一個數(shù)碼管；PC1=0時，選通第二個數(shù)碼管；以此類推）。選中數(shù)碼管后，可進(jìn)行數(shù)碼管的顯示操作。當(dāng)PB7=0時，a亮，PB6=0時，b亮，以此類推，給PB口之不同值，就能點亮對應(yīng)的二極管，從而能夠顯示出0F來。3.4 時鐘電路和復(fù)位電路 單片機的時鐘信號用來提供單片機內(nèi)各種微操作的時間基準(zhǔn)，復(fù)位操作使單片機內(nèi)電路初始化，使單片機從一種特定

30、的初態(tài)開始運行。3.4.1 時鐘電路 如圖9所示： 圖9 時鐘電路MCS-51系列的時鐘信號通常用兩種電路形式得到：內(nèi)部振蕩方式和外部振蕩方式。在引腳XTAL1和XTAL2外接晶體振蕩器，就構(gòu)成了內(nèi)部振蕩方式。由于單片機內(nèi)有一個高增益反向放大器，就構(gòu)成了自激振蕩器并產(chǎn)生振蕩時鐘脈沖。內(nèi)部振蕩方式的外部電路如圖上(a)。外部振蕩方式如上圖(b)所示，是把外部已有的時鐘信號引入單片機內(nèi)。這種方式適于使單片機的時鐘與外部信號保持同步。3.4.2 復(fù)位電路 當(dāng)MCS-51系列單片機的復(fù)位引腳RST（全稱RESET）出現(xiàn)兩個機器周期以上的高電平時，單片機就執(zhí)行復(fù)位操作。根據(jù)應(yīng)用的要求，復(fù)位操作通常有兩種

31、基本形式：上電復(fù)位和上電或開關(guān)復(fù)位。上電復(fù)位要求接通電源后，自動實現(xiàn)復(fù)位操作。常用的上電復(fù)位電路如下圖10(a)： 圖10 復(fù)位電路上電或開關(guān)復(fù)位要求電源接通后，單片機自動復(fù)位，并且在單片機運行期間，用開關(guān)操作也能使單片機復(fù)位。常用的上電或開關(guān)復(fù)位電路如上圖10(b)，上電后由于電容的充電和反向門的作用，使RESET持續(xù)一段時間的高電平。當(dāng)單片機已運行當(dāng)中時，按下復(fù)位鍵K后松開，也能使RSERT為一段時間的高電平，從而實現(xiàn)上電或開關(guān)復(fù)位的操作。3.5 A/D轉(zhuǎn)換電路設(shè)計3.5.1 AD5749引腳介紹及其功能 圖11 AD574引腳圖9腳AGND：模擬地。1627腳DB0DB11：數(shù)字量輸出，

32、高半字節(jié)為DB8DB11，低半字節(jié)為DB0DB7。28腳STS：狀態(tài)信號輸出端。STS1時表示轉(zhuǎn)換器正處于轉(zhuǎn)換狀態(tài)，srs返回低電平時，表示轉(zhuǎn)換完畢。STS可作為狀態(tài)信息被CPU查詢，也可以用它的下降沿向CPU發(fā)出中斷申請。2腳：數(shù)據(jù)輸出格式選擇端。當(dāng)置（5Y）時，雙字節(jié)輸出，即12條數(shù)據(jù)線同時有效輸出，當(dāng)0（0V）時，為單字節(jié)輸出，即只有高8位或低4位有效。3腳、6腳，CE：片選信號，當(dāng)0，CE1同時滿足時，AD574才能處于工作狀態(tài)。5腳：讀數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換控制信號，當(dāng)1，ADC轉(zhuǎn)換結(jié)果的數(shù)據(jù)允許被讀取；0，則允許啟動A/D轉(zhuǎn)換。4腳AO字節(jié)選擇控制線。在啟動AD574轉(zhuǎn)換時，用來控制轉(zhuǎn)換長度。A

33、O0時，按完整的12位A/D轉(zhuǎn)換方式工作，A01時，則按8位AD轉(zhuǎn)換方式工作。在AD574處于數(shù)據(jù)讀出工作狀態(tài)時，A0和128作為數(shù)據(jù)輸出格式控制。當(dāng)1時，對應(yīng)12位并行輸出；當(dāng)0時，則對應(yīng)8位單字節(jié)輸出，A00時輸出高8位，A01時輸出低4位，另外的半字節(jié)補4個0。且在數(shù)據(jù)輸出期間不能變換。  上述有關(guān)引腳的控制功能的狀態(tài)關(guān)系見下表： 表5 AD574控制信號狀態(tài)表CEA0功能說明100X012位轉(zhuǎn)換100X18位轉(zhuǎn)換1015VX12位輸出101地0高8位輸出101地1低4位輸出3.5.2 AD574的單極性和雙極性輸入特性 AD574有兩個模擬電壓輸入引腳10VIN和20VIN，具有10V和20的量程范圍。這兩個引腳的輸人電壓可以是單極性的，也可以是雙極性的。由用戶通過改變輸人電路的連接形式，可使AD574進(jìn)行單極性和雙極性模擬信號的轉(zhuǎn)換。如圖所示，圖12（a）是單極性輸入情況，圖12（b）是雙極性輸入情況。圖12 AD574的單極性和雙極性輸入3.6 CC4051芯片 CC405110是8通道控制模擬開關(guān)，它的引腳圖見圖13，邏輯關(guān)系見表6：圖13 CC4051引腳及邏輯圖 表6 CC4051邏輯關(guān)系表輸入被選通道INHA2A1A0LLLLI0/O0LLLHI1/O1LLHLI2/O2LLHHI3/O3