基于單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)論文

1、基于單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行控制系統(tǒng)摘要：步進(jìn)電機(jī)是一種將脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成直線位移或角位移的控制微電機(jī),其機(jī)械角位移和轉(zhuǎn)速分別與輸入電機(jī)繞組的脈沖個(gè)數(shù)和脈沖頻率成比例;它易于實(shí)現(xiàn)與計(jì)算機(jī)或其它數(shù)字元件接口，適用于數(shù)字控制系統(tǒng)。通過一種設(shè)計(jì)方案，包括硬件的介紹和組建、硬件原理圖和軟件流程圖的設(shè)計(jì)、源程序的編寫等，介紹一種基于單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)接收到液氮液面的液位信號(hào)后，與鍵盤、顯示系統(tǒng)設(shè)置的初值比較后，轉(zhuǎn)化成步進(jìn)電機(jī)的步進(jìn)脈沖，然后通過單片機(jī)控制器驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)，以帶動(dòng)絲桿傳動(dòng)系統(tǒng)，進(jìn)而控制液氮液面升降的運(yùn)動(dòng)。關(guān)鍵詞: 步進(jìn)電機(jī) 單片機(jī) 控制abstract: step of el

2、ectric motor is one kind transforms the pulse signalthe straight line displacement or angle displacement the control microelectrical machinery, its machinery angle displacement and the rotational speedseparately becomes the proportion with the input electrical machinerywinding pulse integer and the

3、pulse frequency; it is easy to realizeand the computer or other digital part connections, is suitable to thenumerical control system. through one kind of design proposal, andsets up, the hardware schematic diagram and the software flow chartdesign, the source program compilation including the hardwa

4、reintroduction and so on, introduces one kind based on the monolithicintegrated circuit step of electric motor operating control system.after this system receives the fluid nitrogen liquid level the fluidposition signal, after the keyboard, the display system establishmentstarting value comparison,

5、transforms step of electric motor step entersthe pulse, then actuates through the monolithic integrated circuitcontroller step of electric motor to revolve, leads the lead screwtransmission system, then control fluid nitrogen liquid levelfluctuation movement.key word: step of electric motor monolith

6、ic integrated circuit control引言：步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是根據(jù)組合電磁鐵的理論設(shè)計(jì)的，是一種把電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的角位移或直線位移，并用電脈沖信號(hào)進(jìn)行控制的特殊運(yùn)行方式的同步電動(dòng)機(jī)，在數(shù)字控制系統(tǒng)中作執(zhí)行元件。它通過專用電源把電脈沖按一定順序供給定子各相控制繞組，在氣隙中產(chǎn)生類似于旋轉(zhuǎn)的脈沖磁場(chǎng)。每輸入一個(gè)脈沖信號(hào)，電動(dòng)機(jī)就移動(dòng)一步，因此，步進(jìn)電機(jī)又稱為脈沖電動(dòng)機(jī)。步進(jìn)電機(jī)將脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成的機(jī)械角位移和轉(zhuǎn)速分別與輸入電機(jī)繞組的脈沖個(gè)數(shù)和脈沖頻率成比例,通過改變電脈沖頻率,可在大范圍內(nèi)調(diào)速,同時(shí),該電機(jī)還能快速起動(dòng)、制動(dòng)、反轉(zhuǎn)和自鎖.此外,步進(jìn)電機(jī)易于實(shí)現(xiàn)與計(jì)算機(jī)或其它數(shù)字元

7、件接口,適用于數(shù)字控制系統(tǒng),并可取得較高的控制精度,系統(tǒng)硬件實(shí)施比較簡(jiǎn)單。本文介紹的設(shè)計(jì)方案是基于單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行控制系統(tǒng)。在這個(gè)控制系統(tǒng)中，控制器是它的核心，因?yàn)樗鼡?dān)負(fù)著產(chǎn)生脈沖，發(fā)送、接受控制命令等任務(wù)。該系統(tǒng)的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制電路,采用低價(jià)的at89c51為控制器,可直接對(duì)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行控制,省去了昂貴的專用步進(jìn)電機(jī)控制器,簡(jiǎn)化了硬件線路,降低了成本,提高了系統(tǒng)的可靠性。. 步進(jìn)電機(jī)是純粹的數(shù)字控制電動(dòng)機(jī)。它將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成角位移，即給一個(gè)脈沖信號(hào)，步進(jìn)電機(jī)就轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度，因此非常適合于單片機(jī)控制。近幾十年來，數(shù)字技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和永磁材料的迅速發(fā)展，為步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用開辟了廣闊的前景

8、。第一章: 基于單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行控制系統(tǒng)的組成及其工作原理1.1步進(jìn)電機(jī)概述步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器接收到一個(gè)脈沖信號(hào)，它就驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的角度(稱為“步距角”)，它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運(yùn)行的。可以通過控制脈沖個(gè)數(shù)來控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的；同時(shí)可以通過控制脈沖頻率來控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。步進(jìn)電機(jī)可以作為一種控制用的特種電機(jī)，利用其精度高等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)控制系統(tǒng)中。步進(jìn)電機(jī)的種類繁多，按其運(yùn)動(dòng)方式分為有旋轉(zhuǎn)型和直線型，通常使用的旋轉(zhuǎn)型步進(jìn)電動(dòng)機(jī)又可分為反應(yīng)式，永磁式，感應(yīng)式。其中

9、反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是我國(guó)應(yīng)用最廣泛的一種，它具有調(diào)速范圍大、動(dòng)態(tài)性能好、能快速起動(dòng)、制動(dòng)和反轉(zhuǎn)。主要用于計(jì)算機(jī)的磁盤驅(qū)動(dòng)器、繪圖儀、自動(dòng)記錄儀及調(diào)速性能和定位要求不是非常精確的簡(jiǎn)易數(shù)控機(jī)床等的位置控制。從零件的加工過程來看，工作機(jī)械對(duì)步進(jìn)電機(jī)的基本要求是：1）調(diào)速范圍寬。盡量提高最高轉(zhuǎn)速以提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。2）動(dòng)態(tài)性能好。能迅速啟動(dòng)、正反轉(zhuǎn)和停轉(zhuǎn)。3）加工精度高。即要求一個(gè)脈沖對(duì)應(yīng)的位移量小、并要精確、均勻。這就要求步進(jìn)電機(jī)步距小、步距精度高、不應(yīng)丟步或越步。4）輸出轉(zhuǎn)距大?？芍苯訋?dòng)負(fù)載。1.1.1三相單、雙六拍步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理：三相單、雙六拍步進(jìn)電機(jī)通電方式：這種方式的通電順序是：uu

10、vvvwwwuu或?yàn)閡uwwwvvvuu。按前一種順序通電，即先接通u相定子繞組；接著是u、v兩相定子繞組同時(shí)通電；斷開u相，使v相繞組單獨(dú)通電；再使v、w兩相定子繞組同時(shí)通電；w相單獨(dú)通電；w、u兩相同時(shí)通電，并依次循環(huán)。這種工作方式下，定子三相繞組需經(jīng)過六次切換才能完成一個(gè)循環(huán)，故稱為“六拍”，而“單、雙六拍”則是因?yàn)閱蜗嗬@組與兩相繞組交替接通的通電方式。拍數(shù)不同使這種通電方式的步距角也與單三拍的不同。三相單、雙六拍時(shí)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行情況如圖11所示。圖11 單、雙六拍運(yùn)行的三相步進(jìn)電機(jī)a)u相繞組通電 b)u、v相繞組同時(shí)通電 c)u相繞組斷電，v相繞組通電當(dāng)u相定子繞組通電時(shí)，和單三拍運(yùn)行的

11、情況相同，轉(zhuǎn)子1和3齒的軸線與u極軸線對(duì)齊，如圖11a所示。當(dāng)u、v相定子繞組同時(shí)通電時(shí)，轉(zhuǎn)子2和4齒又將在定子極v、v的吸引下，使轉(zhuǎn)子沿逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，直至轉(zhuǎn)子1和3齒和定子極u和u之間的作用力被轉(zhuǎn)子2和4齒與定子極v和v之間的作用力平衡為止，如圖11b所示。當(dāng)斷開u相定子繞組而由v相定子繞組單獨(dú)通電時(shí)，轉(zhuǎn)子將繼續(xù)沿逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)過一個(gè)角度，使轉(zhuǎn)子2和4齒軸線和定子v、v的軸線對(duì)齊，如圖11c所示。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的角度與相應(yīng)的單三拍運(yùn)行v相繞組通電時(shí)轉(zhuǎn)過的角度相等。若繼續(xù)按vwwwuu的順序通電，那么步進(jìn)電機(jī)就按逆時(shí)方向連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)。如通道順序該為uuwwwvvvuu時(shí)，電動(dòng)機(jī)將按順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)。在單三

12、拍運(yùn)行方式十每經(jīng)過一拍，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的步距角為30 /2。采用單、雙六拍通電方式后，在由u相定子繞組通道v相繞組單獨(dú)通電，中間還要經(jīng)過u和v兩組同時(shí)通電這一狀態(tài)，也就是說要經(jīng)過二拍，轉(zhuǎn)子才轉(zhuǎn)過30。所以，單、雙六拍運(yùn)行方式時(shí)，三相步進(jìn)電機(jī)的步距角為=302。由此可見同一個(gè)步進(jìn)電機(jī)，因通電方式不同，運(yùn)行的步距角也是可以不同的，采用單、雙拍運(yùn)行時(shí)，步距角要比但單拍運(yùn)行時(shí)減小一半。實(shí)際工作中，還常用按uvvwwuuv的通電順序或uwwvvuuw的通電順序運(yùn)行的 “雙三拍“通電方式，這種通電方式比單三拍的好，因?yàn)閱稳脑谇袚Q時(shí)出現(xiàn)的一相定子繞組斷電而另一相定子繞組開始通電的狀態(tài)容易造成失步，而且由于單一定

13、子繞組通電吸引轉(zhuǎn)子，也易使轉(zhuǎn)子在平衡位置附近產(chǎn)生振蕩。而雙三拍運(yùn)行時(shí)，每個(gè)通電狀態(tài)均為兩相定子繞組同時(shí)通電，通電方式改變時(shí)保證其中一相電流不變（另兩相切換），是運(yùn)行可靠、穩(wěn)定。以雙三拍工作的步進(jìn)電機(jī)其通電方式改變時(shí)的轉(zhuǎn)子位置于單、雙六拍通電方式改變時(shí)的情況相同。這樣，雙三拍運(yùn)行方式的步距角也為30，與單三拍運(yùn)行方式相同。 由于這種步進(jìn)電機(jī)的步距角較大，如用于精度要求很高的數(shù)控機(jī)床等控制系統(tǒng)，會(huì)嚴(yán)重影響到加工工件的精度。這種結(jié)構(gòu)只在分析原理是采用，實(shí)際使用的步進(jìn)電機(jī)都是小步距角的。圖12所示的結(jié)構(gòu)是常見的一種小步距角的三項(xiàng)反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)。圖12 小步距角的三相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)在圖12中，三項(xiàng)反應(yīng)式

14、步進(jìn)電機(jī)定子上有6個(gè)極，極上有定子繞組，沿直徑相對(duì)的兩個(gè)極的線圈串聯(lián)，構(gòu)成一項(xiàng)控制的繞組。極與極之間的夾角為60，每個(gè)定子磁極上均有五個(gè)齒。齒槽等寬，齒間夾角9。轉(zhuǎn)子上沒有繞組，轉(zhuǎn)子圓周上有軍運(yùn)的40個(gè)齒。齒間夾角也是9。根據(jù)步進(jìn)電機(jī)的工作要求，定、轉(zhuǎn)子的齒寬、齒距必須相等。不經(jīng)電機(jī)的步距角為： =360/mz （11）式中z轉(zhuǎn)子的齒數(shù)m運(yùn)行拍數(shù)由式（11）可求得步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速為：n= 60f/2=60f/zm式中f步進(jìn)電機(jī)的脈沖頻率，單位為拍/s或脈沖數(shù)/s。以上討論的步進(jìn)電機(jī)都是三相的，也有其它多相步進(jìn)電機(jī)?？梢姴竭M(jìn)電機(jī)的相數(shù)和轉(zhuǎn)子齒數(shù)越多，則步距角越小。一定的脈沖頻率下相數(shù)和轉(zhuǎn)子齒數(shù)越多

15、轉(zhuǎn)速也越低。但是相數(shù)和轉(zhuǎn)子數(shù)越多，電源就越復(fù)雜，成本也要提高。因此目前步進(jìn)電機(jī)一般最多做到六相。步進(jìn)電機(jī)的控制特性分別如圖13a和b所示。若把步進(jìn)電機(jī)輸入的脈沖信號(hào)重?fù)Q成角位移或直線位移，其角位移或直線位移s與電脈沖數(shù)k成正比，其轉(zhuǎn)速n與線速v與脈沖頻率成正比。a) b)圖13 步進(jìn)電機(jī)的控制特性a)s=f(k)或=f(k) b)v=f(f)或n=f(f)1.1.2步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電源步進(jìn)電機(jī)應(yīng)由專用的驅(qū)動(dòng)電源來供電，由驅(qū)動(dòng)電源和步進(jìn)電機(jī)組成一套伺服裝置來驅(qū)動(dòng)負(fù)載工作。步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電源，主要包括邊頻信號(hào)源、脈沖分配器和脈沖放大器等三個(gè)部分，如圖14所示。邊頻信號(hào)源是一個(gè)頻率從幾十赫茲到幾千赫茲

16、的可連續(xù)變化的信號(hào)發(fā)生器。變頻信號(hào)員可以采用多種線路。最常見的有多諧振蕩器和單結(jié)晶體管構(gòu)成的馳張振蕩器兩種。它們都是通過調(diào)節(jié)電阻和電容的大小來改變電容充放電的時(shí)間常數(shù)，以達(dá)到選取脈沖信號(hào)頻率的目的。脈沖分配器是由門電路和雙穩(wěn)態(tài)處發(fā)起組成的邏輯電路，它根據(jù)指令把脈沖信號(hào)按一定的邏輯關(guān)系加到放大器上，使步進(jìn)電機(jī)按一定的運(yùn)行方式運(yùn)轉(zhuǎn)。變頻信號(hào)源脈沖分配器脈沖放大器工作機(jī)構(gòu)步 進(jìn)電 機(jī)圖14 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電源的框圖目前，隨著微型計(jì)算機(jī)特別是單片機(jī)的發(fā)展，變頻信號(hào)源和脈沖分配器的任務(wù)均可由單片機(jī)來承擔(dān)。這樣不但工作更可靠，而且性能更好。從脈沖分配器輸出的電流只有幾個(gè)毫安，不能直接驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)，因?yàn)椴竭M(jìn)電

17、機(jī)的驅(qū)動(dòng)電流可達(dá)到幾安到幾十安，因此在脈沖分配器后面都有功率放大電路作為脈沖放大器，經(jīng)功率放大后的電脈沖信號(hào)可直接輸出到定子各相繞組中去控制步進(jìn)電機(jī)工作。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)：(1).步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的角位移與輸入脈沖嚴(yán)格成正比。因此，當(dāng)它轉(zhuǎn)一周后，沒有累計(jì)誤差，具有良好的跟隨性；(2).由步進(jìn)電動(dòng)機(jī)與驅(qū)動(dòng)器組成的開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)，既非常簡(jiǎn)單，廉價(jià)，又非常的可靠。同時(shí)它也可以與角度反饋環(huán)節(jié)組成高性能的閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)；(3).步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)快。易于起停，正反轉(zhuǎn)及變速；(4).速度可以在相當(dāng)寬的范圍內(nèi)平滑調(diào)節(jié)。低速下仍能保證獲得大轉(zhuǎn)矩，因此，一般可以不用減速器而直接驅(qū)動(dòng)負(fù)載；(5).步進(jìn)電動(dòng)機(jī)只能通過脈沖電

18、源供電才能運(yùn)行，它不能直接使用交流電源和直流電源；(6).步進(jìn)電動(dòng)機(jī)存在振蕩和失步現(xiàn)象，必須對(duì)控制系統(tǒng)和機(jī)械負(fù)載采取相應(yīng)的措施；(7).步進(jìn)電動(dòng)機(jī)自身的燥聲和振動(dòng)較大。帶慣性負(fù)載的能力差。1.2系統(tǒng)的組成及系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)框圖和控制過程 1.2.1系統(tǒng)的組成本系統(tǒng)主要是由at89c51步進(jìn)電機(jī)控制器、步進(jìn)電機(jī)、絲杠傳動(dòng)系統(tǒng)和液氮液面升降系統(tǒng)、傳感器檢測(cè)單元、8279鍵盤、顯示系統(tǒng)等幾部分組成。1.2.2系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)框圖at89c51步進(jìn)電機(jī)控制器8279控制的鍵盤顯示系統(tǒng)步進(jìn)電機(jī)傳感器信號(hào)絲杠傳動(dòng)系統(tǒng)液氮液面升降系統(tǒng)1.2.3系統(tǒng)的控制過程在系統(tǒng)中,主要控制三相步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)絲桿的傳動(dòng),從而使得

19、液氮液面按照要求變化.三相步進(jìn)電機(jī)的定子上有六個(gè)極,轉(zhuǎn)子是4個(gè)均勻的齒,電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)是根據(jù)控制繞組與電源接通或開斷的變化頻率呈步進(jìn)狀態(tài),其轉(zhuǎn)向取決于通電相序,在本系統(tǒng)中,主要采用三相電機(jī)三相單雙六拍: aabbbcccaa-.首先aa相通電,而后在接通b相(這時(shí)a相不斷開)即ab兩繞組同時(shí)通電;此后斷開a相繞組,b相單獨(dú)通電,依次規(guī)律循環(huán)往復(fù),這種方式需經(jīng)過6個(gè)切換才能完成一個(gè)循環(huán),單相三拍方式的每一拍步進(jìn)角為3,三相六拍的步進(jìn)角則為1.5,因此,在三相六拍下,步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行反轉(zhuǎn)平穩(wěn)柔和,但在同樣的運(yùn)行角度與速度下,三相六拍驅(qū)動(dòng)脈沖的頻率需提高1倍,對(duì)驅(qū)動(dòng)開關(guān) 管的開關(guān)特性要求較高.當(dāng)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)

20、動(dòng)系統(tǒng)工作時(shí),控制器首先檢測(cè)接收傳感器信號(hào)（獲取液位信號(hào)）,經(jīng)過a/d轉(zhuǎn)換成需要的檢測(cè)量,即：將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量送入單片機(jī)的數(shù)據(jù)口（p1口）單片機(jī)根據(jù)需要輪流給p1.0,p1.1,p1.2端口發(fā)送步進(jìn)脈沖來控制電機(jī)運(yùn)行,程序中,只要依次將6個(gè)控制字送到p1口,步進(jìn)電機(jī)就會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)齒距角.每送一個(gè)控制字,就完成一拍,步進(jìn)電機(jī)就轉(zhuǎn)過一個(gè)步距角；然后將之與設(shè)定的初值進(jìn)行比較,得出其差值,并根據(jù)程序的設(shè)定轉(zhuǎn)化為步進(jìn)電機(jī)的步進(jìn)脈沖,從而通過單片機(jī)控制的驅(qū)動(dòng)器來驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī), 以帶動(dòng)絲桿傳動(dòng)系統(tǒng),進(jìn)而控制液氮液面升降系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng),完成一個(gè)循環(huán)控制過程.采用單片機(jī)at89c51具有4k字節(jié)flash閃速存儲(chǔ)

21、器,1288字節(jié)內(nèi)部ram,32個(gè)i/o口線,2個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器,1個(gè)六向量?jī)杉?jí)中斷結(jié)構(gòu),一個(gè)全雙工串行通信接口,同時(shí)片內(nèi)還有振蕩器及時(shí)鐘電路.可以很方便地使用不同相數(shù)的步進(jìn)電機(jī)按一種可執(zhí)行的通電方式來控制,在這個(gè)系統(tǒng)中,單片機(jī)的主要作用是接收鍵盤設(shè)定值,顯示設(shè)定初值及檢測(cè)的當(dāng)前值,同時(shí)還具有串行通信功能.檢測(cè)傳感器信號(hào),接受傳感器信號(hào),并進(jìn)行處理,計(jì)算出步進(jìn)電機(jī)需要的步進(jìn)量,通過p1.0,p1.1和p1.2提供控制步進(jìn)電機(jī)的時(shí)序脈沖,控制步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行,系統(tǒng)采用軟件來完成脈沖分配,這樣可根據(jù)應(yīng)用系統(tǒng)的需要,方便靈活地改變步進(jìn)電機(jī)的控制方式,步進(jìn)一步的時(shí)間可有兩個(gè)控制字的送出時(shí)間間隔來決定

22、.第二章: 硬件設(shè)計(jì)2.1.采用51系列單片機(jī)at89c51作為控制器的核心組成一個(gè)步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)at89c51是一種高性能的8位單片機(jī)。片內(nèi)帶有一個(gè)4kb的flash可編程,可擦除只讀存儲(chǔ)器(eprom)，它采用了coms工藝和公司atmel的高密度非易失性存儲(chǔ)器(nuram)技術(shù),而且其輸出引角和指令系統(tǒng)都與msc51兼容。片內(nèi)的flash存儲(chǔ)器允許在系統(tǒng)內(nèi)改編程序或常規(guī)的非易失性存儲(chǔ)器編程器來編程。因此at89c51是一種功能強(qiáng),靈活性高,且價(jià)格合理的單片機(jī),可方便地應(yīng)用在各種控制領(lǐng)域。2.1.1 at89c51的主要性能4kb可改編程序flash存儲(chǔ)器(可經(jīng)受1000次的寫入/擦除)

23、.全靜態(tài)工作:0hz24mhz.3級(jí)程序存儲(chǔ)器保密.1288字節(jié)內(nèi)部ram.32條可編程i/o線.2個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器.6個(gè)中斷源.可編程串行通道.片內(nèi)時(shí)鐘振蕩器.另外,at89c51是用靜態(tài)邏輯來設(shè)計(jì)的,其工作頻率可下降到0hz,并提供兩種可用軟件來選擇的省電方式空閑方式(idle mode)和掉電方式(power down mode).在空閑方式中,cpu停止工作,而ram,定時(shí)器/計(jì)數(shù)器,串行口和中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作.在掉電方式中,片內(nèi)振蕩器停止工作,由于時(shí)鐘被“凍結(jié)”,使一切功能都暫停,故只保存片內(nèi)ram中的內(nèi)容,直到下一次硬件復(fù)位為止。2.1.2 at89c51引腳功能說明圖21是a

24、t89c51的引腳結(jié)構(gòu)圖,有雙列直插封裝(dip)方式和方形封裝方式,下面分別敘述這些引腳的功能.圖21(1).主電源引腳vcc:電源端.gnd:接地端.(2).外接晶體引腳xtal1和xtal2xtal1:接外部晶體的一個(gè)引腳.在單片機(jī)內(nèi)部,它是構(gòu)成片內(nèi)振蕩器的反相放大器的輸入端.當(dāng)采用外部振蕩器時(shí),該引腳接受振蕩器的信號(hào),即把此信號(hào)直接接到內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端.xtal2:接外部晶體的另一個(gè)引腳.在單片機(jī)內(nèi)部,它是上述振蕩器的反相放大器的輸出端.采用外部振蕩器時(shí),此引腳應(yīng)懸浮不連接.單片機(jī)外接電路時(shí)鐘產(chǎn)生產(chǎn)生和復(fù)位電路片內(nèi)電路與片外器件就構(gòu)成一個(gè)時(shí)鐘產(chǎn)生電路，cpu的所有操作均在時(shí)鐘脈沖

25、同步下進(jìn)行。片內(nèi)振蕩器的振蕩頻率非常接近晶振頻率，一般多在1.2mhz12mhz之間選取。c1、c2是反饋電容，其值在5pf30pf之間選取，典型值為30pf。本電路選用的電容為30pf，晶振頻率為12mhz。這樣就確定了單片機(jī)的4個(gè)周期分別是：振蕩周期1/12； 機(jī)器周期（sm）；指令周期。圖22 時(shí)鐘產(chǎn)生電路xtal1和xtal2：片內(nèi)振蕩電路輸入線，這兩個(gè)端子用來外接石英晶體和微調(diào)電容。在石英晶體的兩個(gè)管腳加交變電場(chǎng)時(shí)，它將會(huì)產(chǎn)生一定頻率的機(jī)械變形，而這種機(jī)械振動(dòng)又會(huì)產(chǎn)生交變電場(chǎng)，上述物理現(xiàn)象稱為壓電效應(yīng)。一般情況下，無論是機(jī)械振動(dòng)的振幅，還是交變電場(chǎng)的振幅都非常小。但是，當(dāng)交變電場(chǎng)的頻

26、率為某一特定值時(shí)，振幅驟然增大，產(chǎn)生共振，稱之為壓電振蕩。這一特定頻率就是石英晶體的固有頻率，也稱諧振頻率。即用來連接at89c51片內(nèi)osc的定時(shí)反饋回路，如圖22所示。石英晶振起振后要能在xtal2線上輸出一個(gè)3v左右的正弦波，以便使mcs-51片內(nèi)的osc電路按石英晶振相同頻率自激振蕩。通常，osc的輸出時(shí)鐘頻率fosc為0.5mhz-16mhz，典型值為12mhz或者11.0592mhz。電容c1和c2可以幫助起振，典型值為30pf，調(diào)節(jié)它們可以達(dá)到微調(diào)fosc的目的。圖23為單片機(jī)復(fù)位電路。單片機(jī)在開機(jī)時(shí)都需要復(fù)位，以便中央處理器cpu以及其他功能部件都處于一個(gè)確定的初始狀態(tài)，并從這

27、個(gè)狀態(tài)開始工作。單片機(jī)的復(fù)位后是靠外部電路實(shí)現(xiàn)的，在時(shí)鐘電路工作后，只要在單片機(jī)的rst引腳上出現(xiàn)24個(gè)時(shí)鐘振蕩脈沖（2個(gè)機(jī)器周期）以上的高電平，單片機(jī)便可實(shí)現(xiàn)初始化狀態(tài)復(fù)位。mcs-51單片機(jī)的rst引腳是復(fù)位信號(hào)的輸入端。例如：若mcs-51單片機(jī)時(shí)鐘頻率為12mhz，則復(fù)位脈沖寬度至少應(yīng)該為2s。圖23 復(fù)位電路上圖為上電復(fù)位和按鍵復(fù)位電路。上電瞬間，rst端的電位與vcc相同，隨著電容的逐步充電，rst端的電位逐漸下降，此時(shí)=2210-61103=22ms.當(dāng)按下鍵時(shí)，rst端出現(xiàn)5100012004.2v，使單片機(jī)復(fù)位。(3).控制或與其它電源復(fù)用引腳rst,ale/prog,pse

28、n和ea/vpp.rst:復(fù)位輸入端.當(dāng)振蕩器運(yùn)行時(shí),在該引腳上出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期的高電平將使單片機(jī)復(fù)位。ale/prog:當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí),ale(地址鎖存允許)的輸出用于鎖存地址的低位字節(jié).即使不訪問外部存儲(chǔ)器,ale端仍以不變的頻率(此頻率為振蕩器頻率的1/6)周期性地出現(xiàn)正脈沖信號(hào).因此,它可用作對(duì)外輸出的時(shí)鐘,或用于定時(shí)目的.然而要注意的是:每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí),將跳過一個(gè)ale脈沖。在對(duì)flash編程期間,該引腳還用于輸入編程脈沖(prog)。如果需要的話,通過對(duì)專用寄存器(sfr)區(qū)中8eh單元的d0位置數(shù),可禁止ale操作.該位置數(shù)后,只有在執(zhí)行一條movx或movc指令期

29、間,ale才會(huì)被激活.另外,該引腳會(huì)被微弱拉高,單片機(jī)執(zhí)行外部程序時(shí),該設(shè)定禁止ale位無效。psen:程序存儲(chǔ)允許(psen)輸出是外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào).當(dāng)at89c51由外部程序存儲(chǔ)器取指令(或常數(shù))時(shí),每個(gè)機(jī)器周期兩次psen有效(即輸出2個(gè)脈沖).但在此期間內(nèi),每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí),這兩次有效的psen信號(hào)將不出現(xiàn)。ea/vpp:外部訪問允許端.要使cpu只訪問外部存儲(chǔ)器(地址為0000hffffh),則ea端外部必須保持低電平(接到gnd端).然而要注意的是:如果保密lb1被編程,復(fù)位時(shí)在內(nèi)部會(huì)鎖存ea端的狀態(tài)。當(dāng)ea端保持高電平(接vcc端)時(shí),cpu則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲(chǔ)器

30、中的程序。在flash存儲(chǔ)器編程期間,該引腳也用于施加12v的編程允許電源vpp(如果選用12v編程)。(4).輸入/輸出引腳p0.0p0.7,p1.0p1.7,p2.0p2.7,p3.0p3.7p0端口(p0.0p0.7):p0是一個(gè)8位漏極開路型雙向i/o端口.作為輸出端口用時(shí),每位能以吸收電流的方式驅(qū)動(dòng)8個(gè)ttl輸入,對(duì)端口寫1時(shí),又可作為高阻抗輸入端用。在訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí),它是分時(shí)多路轉(zhuǎn)換的地址(低8位)/數(shù)據(jù)總線,在訪問期間激活了內(nèi)部的上拉電阻。在flash編程時(shí),p0端口接受指令字節(jié);而在校驗(yàn)程序時(shí),則輸出指令字節(jié).驗(yàn)證時(shí),要求外接上拉電阻。p1端口(p1.0p1.7):

31、p1是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的8位i/o端口.p1的輸出緩沖器可驅(qū)動(dòng)(吸收或輸出電流方式)4個(gè)ttl輸入.對(duì)端口寫1時(shí),通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電位,這時(shí)可用作輸入口,p1口作輸入口使用時(shí),因?yàn)橛袃?nèi)部的上拉電阻,那些被外部信號(hào)低的引腳會(huì)輸出一個(gè)電流(iil)。在flash編程和程序校驗(yàn)時(shí),p1接受低8為地址。p2端口(p2.0p2.7):p2是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向i/o端口.p2的輸出緩沖器可驅(qū)動(dòng)(吸收或輸出電流方式)4個(gè)ttl輸入.對(duì)端口寫1時(shí),通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電位,這時(shí)可用作輸入口.p2作輸入口使用時(shí),因?yàn)橛袃?nèi)部的上拉電阻,那些被外部信號(hào)拉低的引腳會(huì)輸出一個(gè)電流

32、(iil)。在訪問外部程序存儲(chǔ)器和16位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(如執(zhí)行movxdptr指令)時(shí),p2送出高8位地址。在訪問8位地址的外部數(shù)據(jù)寄存器(如執(zhí)行movri指令)時(shí),p2口引腳上的內(nèi)容(就是專用寄存器(sfr)區(qū)p2寄存器的內(nèi)容)在整個(gè)訪問期間不會(huì)改變。在對(duì)flash編程和程序校驗(yàn)期間,p2也接收高位地址和一些控制信號(hào)。p3端口(p3.0p3.7):p3是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向i/o端口.p3的輸出緩沖器可驅(qū)動(dòng)(吸收或輸出電流方式)4個(gè)ttl輸入。對(duì)端口寫1時(shí),通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電位,這時(shí)可用作輸入口。p3作輸入口使用時(shí),因?yàn)閮?nèi)部的上拉電阻,那些被外部信號(hào)拉低的引腳會(huì)輸

33、出一個(gè)電流(iil)。在at89c51中,p3端口還用于一些復(fù)用功能。復(fù)用功能如表24所示。在對(duì)flash編程或程序校驗(yàn)時(shí),p3還接收一些控制信號(hào)。表24 p3各端口引腳與復(fù)用功能表端口引腳復(fù)用功能p3.0rxd(串性輸入口)p3.1txd(串性輸出口)p3.2int0(外部中斷0)p3.3int1(外部中斷1)p3.4t0(定時(shí)器0的外部輸入)p3.5t1(定時(shí)器1的外部輸入)p3.6wr(外部數(shù)據(jù)寄存器寫選通)p3.7rd(外部數(shù)據(jù)寄存器讀選通)2.2步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路組成圖24 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路由驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的硬件控制圖可以看出,單片機(jī)只是根據(jù)需要輪流給p1.0,p1.1,p1.2端口發(fā)送步進(jìn)

34、脈沖來控制電機(jī)運(yùn)行,則三相六拍的系統(tǒng)控制模型如附表所示:在程序中,只要依次將6個(gè)控制字送到p1口,步進(jìn)電機(jī)就會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)齒距角。每送一個(gè)控制字,就完成一拍,步進(jìn)電機(jī)就轉(zhuǎn)過一個(gè)步距角。表21 三相六拍的系統(tǒng)控制模型2.3液位信號(hào)的獲取與放大2.3.1 傳感器選用細(xì)則現(xiàn)代傳感器在原理與結(jié)構(gòu)上千差萬別，如何根據(jù)具體的測(cè)量目的、測(cè)量對(duì)象以及測(cè)量環(huán)境合理地選用傳感器，是在進(jìn)行某個(gè)量的測(cè)量時(shí)首先要解決的問題。當(dāng)傳感器確定之后，與之相配套的測(cè)量方法和測(cè)量設(shè)備也就可以確定了。測(cè)量結(jié)果的成敗，在很大程度上取決于傳感器的選用是否合理。1. 根據(jù)測(cè)量對(duì)象與測(cè)量環(huán)境確定傳感器的類型要進(jìn)行個(gè)具體的測(cè)量工作，首先要考慮采用

35、何種原理的傳感器，這需要分析多方面的因素之后才能確定。因?yàn)?，即使是測(cè)量同一物理量，也有多種原理的傳感器可供選用，哪一種原理的傳感器更為合適，則需要根據(jù)被測(cè)量的特點(diǎn)和傳感器的使用條件考慮以下一些具體問題：量程的大小；被測(cè)位置對(duì)傳感器體積的要求；測(cè)量方式為接觸式還是非接觸式；信號(hào)的引出方法，有線或是非接觸測(cè)量；傳感器的來源，國(guó)產(chǎn)還是進(jìn)口，價(jià)格能否承受，還是自行研制。2. 靈敏度的選擇通常，在傳感器的線性范圍內(nèi)，希望傳感器的靈敏度越高越好。因?yàn)橹挥徐`敏度高時(shí)，與被測(cè)量變化對(duì)應(yīng)的輸出信號(hào)的值才比較大，有利于信號(hào)處理。但要注意的是，傳感器的靈敏度高，與被測(cè)量無關(guān)的外界噪聲也容易混入，也會(huì)被放大系統(tǒng)放大，

36、影響測(cè)量精度。因此，要求傳感器本身應(yīng)具有較高的信噪比，盡員減少?gòu)耐饨缫氲拇當(dāng)_信號(hào)。3. 頻率響應(yīng)特性傳感器的頻率響應(yīng)特性決定了被測(cè)量的頻率范圍，必須在允許頻率范圍內(nèi)保持不失真的測(cè)量條件，實(shí)際上傳感器的響應(yīng)總有定延遲，希望延遲時(shí)間越短越好。傳感器的頻率響應(yīng)高，可測(cè)的信號(hào)頻率范圍就寬，而由于受到結(jié)構(gòu)特性的影響，機(jī)械系統(tǒng)的慣性較大，因有頻率低的傳感器可測(cè)信號(hào)的頻率較低。4. 線性范圍傳感器的線形范圍是指輸出與輸入成正比的范圍。以理論上講，在此范圍內(nèi)，靈敏度保持定值。傳感器的線性范圍越寬，則其量程越大，并且能保證一定的測(cè)量精度。在選擇傳感器時(shí)，當(dāng)傳感器的種類確定以后首先要看其量程是否滿足要求。但實(shí)際

37、上，任何傳感器都不能保證絕對(duì)的線性，其線性度也是相對(duì)的。當(dāng)所要求測(cè)量精度比較低時(shí)，在一定的范圍內(nèi)，可將非線性誤差較小的傳感器近似看作線性的，這會(huì)給測(cè)量帶來極大的方便。5. 穩(wěn)定性傳感器使用一段時(shí)間后，其性能保持不變化的能力稱為穩(wěn)定性。影響傳感器長(zhǎng)期穩(wěn)定性的因素除傳感器本身結(jié)構(gòu)外，主要是傳感器的使用環(huán)境。因此，要使傳感器具有良好的穩(wěn)定性，傳感器必須要有較強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)能力。在選擇傳感器之前，應(yīng)對(duì)其使用環(huán)境進(jìn)行調(diào)查，并根據(jù)具體的使用環(huán)境選擇合適的傳感器，或采取適當(dāng)?shù)拇胧?，減小環(huán)境的影響。6. 精度精度是傳感器的一個(gè)重要的性能指標(biāo)，它是關(guān)系到整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量精度的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。傳感器的精度越高，其價(jià)格

38、越昂貴，因此，傳感器的精度只要滿足整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)的精度要求就可以，不必選得過高。這樣就可以在滿足同一測(cè)量目的的諸多傳感器中選擇比較便宜和簡(jiǎn)單的傳感器。如果測(cè)量目的是定性分析的，選用重復(fù)精度高的傳感器即可，不宜選用絕對(duì)量值精度高的；如果是為了定量分析，必須獲得精確的測(cè)量值，就需選用精度等級(jí)能滿足要求的傳感器。對(duì)某些特殊使用場(chǎng)合，無法選到合適的傳感器，則需自行設(shè)計(jì)制造傳感器。自制傳感器的性能應(yīng)滿足使用要求。2.3.2對(duì)獲取的液位信號(hào)進(jìn)行放大本系統(tǒng)要檢測(cè)液位值，可選用液位傳感器來檢測(cè)液位值。并對(duì)檢測(cè)的模擬信號(hào)經(jīng)過差動(dòng)放大器處理。差動(dòng)放大器的基本電路如圖25所示。圖25 差動(dòng)放大器的基本電路圖25所示是

39、差動(dòng)放大器的基本電路。兩個(gè)輸入信號(hào)u1和u2分別經(jīng)r1和r2輸入到運(yùn)算放大器的反相輸入端合同相輸入端，輸出電壓則經(jīng)rf反饋到反相輸入端，電路中要求r1=r2，rf=r3。差動(dòng)放大器的輸出電壓可由下式確定，即：uout=（u2u1）rfr1差動(dòng)放大器最突出的優(yōu)點(diǎn)是能夠抑制共模信號(hào)。共模信號(hào)是指在兩個(gè)輸入端所加的大小相等、極性相同的信號(hào)，理想的差動(dòng)放大器隊(duì)共模輸入信號(hào)的放大倍數(shù)為零。在差動(dòng)放大器中溫度的變化和電源波動(dòng)都相當(dāng)于共模信號(hào)，因此能被差動(dòng)放大器所抑制，可使差動(dòng)放大器零點(diǎn)漂移最小。來自外部空間的電磁波干擾也屬于共模信號(hào)。它們也會(huì)被差動(dòng)放大器所抑制，所以說差動(dòng)放大器的抗干擾能力極強(qiáng)。2.4模、

40、數(shù)轉(zhuǎn)換單元模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量（a/d轉(zhuǎn)換）是計(jì)算機(jī)與外部環(huán)境進(jìn)行聯(lián)系的主要方式之一。當(dāng)計(jì)算機(jī)用于工程控制、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集等方面時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)的模擬信號(hào)必須通過a/d轉(zhuǎn)換變成數(shù)字量，送入計(jì)算機(jī)處理。2.4.1.a/d轉(zhuǎn)換器的主要性能指標(biāo)a/d轉(zhuǎn)換器的性能常用以下指標(biāo)來衡量。1.轉(zhuǎn)換精度a/d轉(zhuǎn)換的轉(zhuǎn)換精度常用分辨率和其他誤差組成。轉(zhuǎn)換精度=分辨率+其誤差a/d轉(zhuǎn)換的分辨率是指輸出數(shù)字量變化一個(gè)相鄰數(shù)碼所需輸入模擬電壓的變化量。常以a/d輸出的二進(jìn)制或bcd碼的位數(shù)來表示。如標(biāo)明為位二進(jìn)制數(shù)輸出的a/d轉(zhuǎn)換器，可將模擬電壓分為2n個(gè)量化單位，每個(gè)量化單位為1。例如，一個(gè)10位adc，當(dāng)基準(zhǔn)電壓為5v時(shí)

41、，它的一個(gè)量化單位（分辨率）1=2105=4.88mv。其他誤差包括非線性誤差、零點(diǎn)誤差、滿刻度誤差等，一般小于vref22n。當(dāng)然，a/d轉(zhuǎn)換器得精度是有一定條件的，若環(huán)境溫度和電壓情況惡劣，轉(zhuǎn)換誤差將明顯增高，有可能超過器件所標(biāo)明的轉(zhuǎn)換精度。2.a/d轉(zhuǎn)換速度a/d轉(zhuǎn)換速度取決從輸入模擬信號(hào)到獲得穩(wěn)定的數(shù)字信號(hào)所需的時(shí)間，不同的a/d轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換速度不一樣。如前面所述，a/d轉(zhuǎn)換最快的是并行式，其次是逐次比較式，最慢的是積分式。3.抗干擾能力a/d轉(zhuǎn)換器常由傳感器、傳輸線、信號(hào)調(diào)理電路提供模擬信號(hào)。許多情況下，工作于惡劣的電磁干擾中，故抗干擾能力往往成為選擇a/d轉(zhuǎn)換的一個(gè)重要依據(jù)。就最普

42、遍存在的工頻干擾而言，雙積分a/d的抗干擾能力是非常優(yōu)秀的。在選擇a/d轉(zhuǎn)換器時(shí)，除了要注意以上提到的a/d轉(zhuǎn)換器的性能指標(biāo)如：分辨率，轉(zhuǎn)換精度，轉(zhuǎn)換速度，抗干擾能力等；還要注意其輸入模擬電壓的范圍，輸出特性等。例如，輸出是二進(jìn)制還是bcd碼，有無轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)，輸出是否具有三態(tài)輸出緩沖，a/d轉(zhuǎn)換的啟動(dòng)信號(hào)是電平信號(hào)還是脈沖信號(hào)等，掌握這些特性以便a/d與單片機(jī)接口。在微機(jī)的控制的系統(tǒng)中，往往要檢測(cè)和處理多個(gè)參量，而微機(jī)運(yùn)行速度快，模擬量的變化速度慢，為了簡(jiǎn)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，又能用一臺(tái)微機(jī)處理多個(gè)參量，采用多種含有邏輯控制多路開關(guān)的a/d轉(zhuǎn)換器adc0809將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。2.4.2 adc0

43、809芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及引腳功能 多通道a/d轉(zhuǎn)換器adc0809是一個(gè)8通道模擬量輸入、8位數(shù)字量輸出的，逐次逼近a/d轉(zhuǎn)換器，由三部分組成，第一部分是一個(gè)8通道多路模擬開關(guān)和地址鎖存、譯碼器，任務(wù)是選擇并鎖存由addc、addb、adda取值確定的、8個(gè)通道之一的模擬量的通道地址，并將該通道的模擬量送入a/d轉(zhuǎn)換器。第二部分是一個(gè)逐次逼近型轉(zhuǎn)換器，它由比較器、控制邏輯、逐次逼近寄存器、開關(guān)樹及256r梯型解碼網(wǎng)路組成，它的功能是啟動(dòng)轉(zhuǎn)換起、按逐位逼近法完成模數(shù)轉(zhuǎn)換、協(xié)調(diào)轉(zhuǎn)換過程中各種操作和發(fā)出轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)。第三部分是輸出緩沖鎖存器，它鎖存著模數(shù)轉(zhuǎn)換結(jié)束后的8位數(shù)字量，等待cpu發(fā)出命令將它讀

44、出。adc0809主要的特性如下：分辨率8位；最大不可調(diào)誤差小于 1lsb；單一+5v電源，輸入模擬電壓范圍為05v；具有鎖存控制的8路模擬開關(guān)；功耗15mw；不必進(jìn)行零點(diǎn)和滿度調(diào)整；可鎖存三態(tài)輸出，可與大多數(shù)的8位微處理器接口；轉(zhuǎn)換速度取決于 芯片的時(shí)鐘頻率。當(dāng)時(shí)鐘頻率范圍為10-1280khz示，由外部時(shí)鐘提供；當(dāng)時(shí)鐘為500khz示，轉(zhuǎn)換速度為128us。adc0809的引腳如圖26所示：圖26引腳功能如下：in7in0:8路模擬量輸入端。d7d0:8位數(shù)字量輸出端。start:a/d轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)，在此端輸入一個(gè)正脈沖，a/d轉(zhuǎn)換開始。addc、addb、adda：用于選擇8路模擬通道的

45、地址線。addc addb adda 通道0 0 0 0通道0 0 1 1通道0 1 0 2通道0 1 1 3通道1 0 0 4通道1 0 1 5通道1 1 0 6通道1 1 1 7通道ale：地址鎖存信號(hào)。此信號(hào)的上升沿，將addc、addb、adda存入地址所存器。eoc：轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)，轉(zhuǎn)換開始時(shí)eoc=0，轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)eoc=1。oe:輸出允許信號(hào)，當(dāng)oe=1時(shí)，打開傘態(tài)輸出門。clock：時(shí)鐘信號(hào)。vref（+）、vref(-):參考電源正負(fù)端，一般（+）接+5v，（-）接地。vcc：電源電壓+5v。gnd：地。addc、addb、adda輸入的通道地址在ale有效時(shí)被鎖存。啟動(dòng)信號(hào)st

46、art啟動(dòng)后開始轉(zhuǎn)換，但是，eoc信號(hào)是在start的下降沿到來10us后才變?yōu)闊o效的低電平。這要求查詢程序待eoc無效后再開始查詢，轉(zhuǎn)換結(jié)束后由oe產(chǎn)生信號(hào)輸出數(shù)據(jù)。2.5 led顯示接口技術(shù)2.5.1七段led顯示器簡(jiǎn)介led顯示器是由8個(gè)發(fā)光二極管構(gòu)成。其中，7個(gè)led構(gòu)成7筆字型，1個(gè)led構(gòu)成小數(shù)點(diǎn)（故有時(shí)稱為八段顯示器）如圖所示led顯示器有兩大類產(chǎn)品，一類是共陰極接法，另一類是共陽極接法，前者是高電平點(diǎn)亮，后者是低電平點(diǎn)亮。七段led顯示器顯示原理很簡(jiǎn)單，只要控制其中各段led的亮與滅跡可顯示相應(yīng)的數(shù)字、字母或符號(hào)，控制七段led顯示器進(jìn)行顯示信息稱為七段碼，如表21所示為共陰極

47、接法的七段碼。 (a)結(jié)構(gòu) (b)共陰極接法 (c)共陽極接法圖27 七段碼顯示器的結(jié)構(gòu)及接法表22七段碼（字形碼）表顯示字符d7 d6 d5 d4 d3 d2 d1 d0七段碼dp g f e d c b a0001111113fh10000011006h2010110115bh3010011114fh40110011066h5011011016dh6011111017dh70000011107h8011111117fh90110111116fha0111011177hb011111007chc0011100139hd010111105ehe0111100179hf0111000171hp0

48、111001173hu001111103ehh0111011076h.1000000080h空白0000000000h2.5.2 led顯示接口1.led動(dòng)態(tài)顯示：靜態(tài)顯示的亮度高，占用cpu的時(shí)間短，但它的成本高。為了簡(jiǎn)化硬件電路，降低成本，在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中常采用動(dòng)態(tài)稍描的方法，解決多位led顯示的問題。動(dòng)態(tài)稍描顯示的硬件接口簡(jiǎn)單，只需一個(gè)公共的七段碼輸出口（字形口），一個(gè)選擇顯示為的數(shù)位選擇口（字位口），顯示時(shí)，從左到右輪流點(diǎn)亮每位顯示器，只要保證稍描周期不超過一定的限度（一般在20ms以下）由于視覺的暫留，則可達(dá)到“同時(shí)”顯示各位不同的數(shù)字或字符的目的。動(dòng)態(tài)顯示的優(yōu)點(diǎn)是硬件成本低，接口

49、電路簡(jiǎn)單，但它要求cpu頻繁地為顯示服務(wù)。2.led動(dòng)態(tài)顯示就是將所有顯示位的段選線并聯(lián)在一起，由一個(gè)8位i/o口控制，而位選線則由其它的i/o口控制。3. 8位動(dòng)態(tài)顯示電路只需要兩個(gè)8位的口。一個(gè)控制段選碼，另一個(gè)控制位選線。由于所有位的段選碼由同一個(gè)口控制，因此要使每位顯示不同的字符，必須采用掃描方式。即每一時(shí)刻位選只選通一個(gè)顯示位，同時(shí)段選控制口輸出顯示字符隊(duì)贏對(duì)應(yīng)的段選碼，使該位應(yīng)顯示的字符，先是一定時(shí)間后，再選通狹義顯示位。如此循環(huán)，使每個(gè)顯示器件顯示該位應(yīng)顯示的字符。通過程序控制，不斷顯示輸出相應(yīng)的段選碼和位選碼，由于人的視覺暫留效應(yīng)，就可以獲得視覺穩(wěn)定的顯示狀態(tài)。2.6鍵盤、顯示

50、模塊的設(shè)計(jì)2.6.1可編程鍵盤/顯示控制器8279電路工作原理1.i/o控制及數(shù)據(jù)緩沖器數(shù)據(jù)緩沖器是雙向緩沖器，連接內(nèi)、外總線，用于傳送cpu和8279之間的命令或數(shù)據(jù)。i/o控制線是cpu對(duì)8279進(jìn)行控制的引線，cs是8279的片選信號(hào)，當(dāng)cs=0時(shí)，8279才被允許讀出或?qū)懭胄畔ⅰr、rd為來自cpu的讀、寫控制信號(hào)。a0用于區(qū)別信息特性：a0=1時(shí)，表示數(shù)據(jù)緩沖器輸入為指令、輸出為狀態(tài)字；a0=0時(shí)，輸入、輸出皆為數(shù)據(jù)。2.控制與定時(shí)寄存器及定時(shí)控制控制與定時(shí)寄存器用來寄存鍵盤及顯示的工作方式，以及有cpu編程的其它操作方式。這些寄存器一旦接受并鎖存送來的命令，就通過譯碼產(chǎn)生相應(yīng)的信

51、號(hào)，從而完成相應(yīng)的控制功能。定時(shí)控制包含基本計(jì)數(shù)器。其中計(jì)數(shù)器是一個(gè)可編程的n級(jí)計(jì)數(shù)器。n可以為231之間的數(shù)據(jù)，由軟件編程，以便從外界時(shí)鐘clk分頻得到內(nèi)部所需要的100khz的時(shí)鐘。然后再經(jīng)過分頻，為鍵盤掃描提供適當(dāng)?shù)闹鹦袙呙桀l率和顯示掃描時(shí)間。3.掃描計(jì)數(shù)器掃描計(jì)數(shù)器有兩種工作方式。按編碼方式工作時(shí)，計(jì)數(shù)器作二進(jìn)制計(jì)數(shù)。4位計(jì)數(shù)狀態(tài)從掃描線sl0sl3輸出，經(jīng)外部譯碼器譯碼后，為鍵盤和顯示器提供掃描線（16條）；按譯碼方式工作時(shí)，掃描計(jì)數(shù)器的最低二位被譯碼后，從sl0sl3輸出。因此，sl0sl3提供了4中取1的掃描譯碼。4.回復(fù)緩沖器、鍵盤去抖動(dòng)及控制來自rs0rs7的8根回復(fù)線的回復(fù)

52、信號(hào)，由回復(fù)緩沖器緩沖并鎖存。在鍵盤工作方式中，回復(fù)線作為行列式鍵盤的行列輸入線。在逐行列掃描時(shí)，回復(fù)線用來搜尋每一行列中閉合的鍵，當(dāng)某一鍵閉合時(shí)，去抖電路被置位，延時(shí)等待10ms后，再檢驗(yàn)該鍵是否繼續(xù)閉合，并將該鍵的地址和附加的移位、控制狀態(tài)一起形成鍵盤數(shù)據(jù)被送入8279內(nèi)部fifo（先進(jìn)先出）存儲(chǔ)器。鍵盤數(shù)據(jù)格式如下：d7d6d5 d4 d3 d2 d1 d0控制移位掃描回復(fù)控制和移位（d6d7）的狀態(tài)由兩個(gè)獨(dú)立的附加開關(guān)決定，而掃描（d5d4d3）和回復(fù)（d2d1d0）則是被按鍵置位的數(shù)據(jù)。d5d4d3來自掃描計(jì)數(shù)器，是按下鍵的行列編碼，而d2d1d0則來自行/列計(jì)數(shù)器，它們是根據(jù)回復(fù)信

53、號(hào)而確定的行/列編碼。在傳感器開關(guān)狀態(tài)矩陣方式中，回復(fù)線的內(nèi)容直接被送往相應(yīng)的傳感器ram（即fifo存儲(chǔ)器）。在選通輸入方式工作時(shí)，cntl/stb為選通輸入信號(hào)，回復(fù)線的內(nèi)容在cntl/stb線的脈沖上升沿送入fifo存儲(chǔ)器。5. fifo/傳感器及其狀態(tài)寄存器fifo/傳感器ram是一個(gè)雙重功能的88ram。在鍵盤或選通方式工作時(shí)，它是fifo寄存器，其輸入或讀出遵循先入先出的原則。fifo狀態(tài)寄存器用來存放fifo的工作狀態(tài)。例如，ram是滿還是空；其中存有多少數(shù)據(jù)；是否操作出錯(cuò)等。當(dāng)fifo寄存器不空，狀態(tài)邏輯將產(chǎn)生irq=1信號(hào)向cpu申請(qǐng)中斷。在傳感器矩陣方式工作中，這個(gè)存儲(chǔ)器又是傳感器存儲(chǔ)器。它存放著傳感器中的每一個(gè)狀態(tài)。在此方式中，若檢索出傳感器的變化，irq信號(hào)變?yōu)楦唠娖?，向cpu申請(qǐng)中斷，同時(shí)該狀態(tài)被送入傳感器ram。6.顯示ram和顯示地址寄存器顯示ram用來存儲(chǔ)顯示數(shù)據(jù)，容量為168位。在顯示過程中，存儲(chǔ)的顯示數(shù)據(jù)輪流從顯