電腦質(zhì)量流量計硬件設(shè)計-計算機硬件畢業(yè)設(shè)計畢業(yè)論文

河北大學(xué)2009屆本科生畢業(yè)論文（設(shè)計）PAGEPAGE1電腦質(zhì)量流量計硬件設(shè)計摘要 本系統(tǒng)的研究課題為電腦質(zhì)量流量計硬件設(shè)計，本系統(tǒng)利用80C51單片機做為微控制器，并利用ACD0809做為模擬信號量的轉(zhuǎn)換芯片。由于80C51容量有限，本系統(tǒng)還使用了2764做為片外程序存儲器的擴展芯片，使用6264做為片外數(shù)據(jù)存儲器的擴展芯片，本系統(tǒng)還擴展了鍵盤和LED靜態(tài)顯示電路，LED靜態(tài)顯示器使用了8255可編程并行接口芯片作為并行接口，使用了8253可編程定時器/計數(shù)器做為脈沖的計數(shù)器。本系統(tǒng)使用的溫度傳感器是鉑熱電阻，可將對溫度的測量轉(zhuǎn)換成對電阻阻值的測量。使用的體積傳感器是渦輪流量計，可將對體積的測量轉(zhuǎn)換成脈沖計數(shù)。本系統(tǒng)的測量原理大致如下：通過8253對渦輪流量計的脈沖的計數(shù)，產(chǎn)生的中斷做為系統(tǒng)的運行的根據(jù)，根據(jù)中斷源進行測量與中斷源有關(guān)的數(shù)據(jù)并進行對數(shù)據(jù)的處理與計算。關(guān)鍵詞：芯片傳感器測量原理中斷ABSTRACTThissystemicinvestigationproblemisthedesignofcomputerhardwareoncalculatingqualityandflowofliquid.Thissystemuses80C51asthesingle-chipmicrocontroller,andusesACD0809astheanalogsignalconversionchip.Duetothelimitedcapacityof80C51,thesystemalsousesa2764programmemorychipanda6264datamemorychipastheexpansionsofthesystem.ThesystemalsoextendskeyboardcircuitandstaticLEDdisplaycircuit.StaticLEDdisplaycircuituses8255programmableparallelinterfacechipasparallelinterface.Thesystemuses8253programmabletimer/counterchipasapulsecounter.ThesystemusesthetemperaturesensorwhichisaplatinumRTDtomeasurethetemperature,andthetemperaturecanbeconvertedintothemeasurementofresistance.Thevolumemeasurementsensorusesturbineflowmeter,withwhichthemeasurementofthevolumecanbeconvertedintopulsecount.Themeasuringprincipleofthesystemisasfollows:Disruptionarisedfromtheadoptionof8253whichcountstheturbineflowmeterpulse,isthebasisforthesystemoperation.Inaccordancewiththeinterruptsource,thesystemmeasuresanddoesthedataprocessingandcomputingwhichassociatewiththeinterruptsource.Keywords:chipsensormeasuringprincipleinterruption目錄一概述 11.1引言 11.2功能介紹 1二功能說明 32.1題目介紹 32.2電路分析 32.2.1溫度傳感器 32.2.2體積傳感器 52.2.3模數(shù)轉(zhuǎn)換電路 92.2.4系統(tǒng)擴展 112.2.5顯示器電路 132.2.6鍵盤接口電路 162.2.7時鐘電路和復(fù)位電路 18三總結(jié) 19謝辭 20參考文獻 21PAGE22一概述1.1引言在單片機技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展中，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)在眾多的生產(chǎn)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。數(shù)據(jù)采集對于工業(yè)控制生產(chǎn)系統(tǒng)的重要性是很大的，它是一個至關(guān)重要的環(huán)節(jié)。在醫(yī)藥、化工、食品、等領(lǐng)域的生產(chǎn)過程中，往往需要隨時檢測各生產(chǎn)環(huán)節(jié)的溫度、濕度、流量及壓力等參數(shù)，都需要加入數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)才能得以實現(xiàn)。液體流量測量系統(tǒng)是液體生產(chǎn)管理中的一項重要的工作,對液體流量的精確測量與計算,能夠很多的幫助掌握生產(chǎn)情況,以及對制定生產(chǎn)方案,生產(chǎn)總量等等有很好的指導(dǎo)意義.目前國內(nèi)已有很多種測量方法以及各種各樣的傳感器及芯片,現(xiàn)在也已經(jīng)有很多專門用于測量的成品上市,并且功能齊全.但是本設(shè)計沒有采用現(xiàn)有的測量系統(tǒng)，而是自行設(shè)計，可以降低成本，本設(shè)計采用以80C51為中心的控制系統(tǒng)。結(jié)合便用其它系統(tǒng)擴展芯片，設(shè)計了一個由8253的中斷為起線進行控制與計算的系統(tǒng)。1.2功能介紹 本系統(tǒng)是基于80C51微控制器的流量測量系統(tǒng),主要功能有對溫度轉(zhuǎn)換成可測量的電壓值的轉(zhuǎn)換電器設(shè)計,將模擬電壓值轉(zhuǎn)換為數(shù)字量的模數(shù)轉(zhuǎn)換電路,片外程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器的擴展電器,將對體積的測量轉(zhuǎn)換成對脈沖的計數(shù)的轉(zhuǎn)換電路設(shè)計,將脈沖計數(shù)值傳送到80C51的傳送電路,連接鍵盤和顯示器的外部功能擴展電路,另外有復(fù)位電路和晶振電路。微控制處理中心微控制處理中心中模數(shù)轉(zhuǎn)換脈沖計數(shù)鍵盤設(shè)備和顯示器設(shè)備程序存儲和數(shù)據(jù)存儲溫度傳感器體積傳感器圖1-1硬件電路組織結(jié)構(gòu)圖數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，從嚴(yán)格的意義上來說，應(yīng)該是用計算機控制的多路數(shù)據(jù)自動檢測或巡回檢測，并且能夠?qū)?shù)據(jù)實行存儲、處理、分析計算以及從檢測的數(shù)據(jù)中提取可用的信息，供顯示、記錄、打印或描繪的系統(tǒng)。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)一般由數(shù)據(jù)輸入，數(shù)據(jù)存儲與管理，數(shù)據(jù)處理，數(shù)據(jù)輸出及顯示這五個部分組成。輸入通道要實現(xiàn)對被測對象的檢測，采樣和信號轉(zhuǎn)換等工作。數(shù)據(jù)處理就是從采集到的原始數(shù)據(jù)中，刪除有關(guān)干擾噪聲，無關(guān)信息和必要的信息，提取出反映被測對象特征的重要信息。數(shù)據(jù)存儲與管理要用存儲器把采集到的數(shù)據(jù)存儲起來，建立相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫，并進行管理和調(diào)用。數(shù)據(jù)處理是對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析或者把數(shù)據(jù)恢復(fù)成原來物理量的形式。數(shù)據(jù)輸出及顯示就是把數(shù)據(jù)以可輸出的形態(tài)在輸出設(shè)備上輸出，例如打印，顯示，繪圖等。本系統(tǒng)的設(shè)計原理就是根據(jù)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的一般過程進行設(shè)計的。80518051ADC0809溫度傳感器2764程序存儲器6264數(shù)據(jù)存儲器體積傳感器8253計數(shù)器鍵盤顯示器圖1-2系統(tǒng)原理框圖二功能說明2.1題目介紹本系統(tǒng)要測量的是液體的流量與質(zhì)量，液體性質(zhì)為易燃易爆，溫度在－10度到30度之間變動，濃度隨溫度變化而變化，流量每小時為1噸到40噸，有8根管道，每根管道里液體的密度可能不一樣，要設(shè)計一個系統(tǒng)能夠?qū)崟r得到每個管道內(nèi)液體流過的體積和重量。誤差在千分之三以內(nèi)，經(jīng)濟可靠，并且盡量使用原始的芯片。2.2電路分析2.2.1溫度傳感器 現(xiàn)代傳感器在原理與結(jié)構(gòu)上千差萬別，如何根據(jù)具體的測量目的、測量對象以及測量環(huán)境合理地選用傳感器，是在進行某個量的測量時首先要解決的問題。當(dāng)傳感器確定之后，與之相配套的測量方法和測量設(shè)備也就可以確定了。測量結(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)測量對象與測量環(huán)境確定傳感器的類型要進行—個具體的測量工作，首先要考慮采用何種原理的傳感器，這需要分析多方面的因素之后才能確定。因為，即使是測量同一物理量，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)被測量的特點和傳感器的使用條件考慮以下一些具體問題：量程的大小；被測位置對傳感器體積的要求；測量方式為接觸式還是非接觸式；信號的引出方法，有線或是非接觸測量；傳感器的來源，國產(chǎn)還是進口，價格能否承受，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。因為只有靈敏度高時，與被測量變化對應(yīng)的輸出信號的值才比較大，有利于信號處理。但要注意的是，傳感器的靈敏度高，與被測量無關(guān)的外界噪聲也容易混入，也會被放大系統(tǒng)放大，影響測量精度。因此，要求傳感器本身應(yīng)具有較高的信噪比，盡員減少從外界引入的串?dāng)_信號。3.頻率響應(yīng)特性傳感器的頻率響應(yīng)特性決定了被測量的頻率范圍，必須在允許頻率范圍內(nèi)保持不失真的測量條件，實際上傳感器的響應(yīng)總有—定延遲，希望延遲時間越短越好。傳感器的頻率響應(yīng)高，可測的信號頻率范圍就寬，而由于受到結(jié)構(gòu)特性的影響，機械系統(tǒng)的慣性較大，因有頻率低的傳感器可測信號的頻率較低。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量精度。在選擇傳感器時，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。但實際上，任何傳感器都不能保證絕對的線性，其線性度也是相對的。當(dāng)所要求測量精度比較低時，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，這會給測量帶來極大的方便。5.穩(wěn)定性傳感器使用一段時間后，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的環(huán)境適應(yīng)能力。在選擇傳感器之前，應(yīng)對其使用環(huán)境進行調(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重要的性能指標(biāo)，它是關(guān)系到整個測量系統(tǒng)測量精度的一個重要環(huán)節(jié)。傳感器的精度越高，其價格越昂貴，因此，傳感器的精度只要滿足整個測量系統(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量目的的諸多傳感器中選擇比較便宜和簡單的傳感器。如果測量目的是定性分析的，選用重復(fù)精度高的傳感器即可，不宜選用絕對量值精度高的；如果是為了定量分析，必須獲得精確的測量值，就需選用精度等級能滿足要求的傳感器。對某些特殊使用場合，無法選到合適的傳感器，則需自行設(shè)計制造傳感器。自制傳感器的性能應(yīng)滿足使用要求。 溫度傳感器使用的是鉑熱電阻,鉑熱電阻是一種精確、靈敏、穩(wěn)定的溫度傳感器,鉑熱電阻的原理是利用鉑絲的電阻值隨著溫度的變化而變化這一原理制作的,本系統(tǒng)使用的是分度號為Pt100的型號,即按為攝氏度時電阻值R(℃)的大小為100歐姆。 表2-1PT100鉑電阻的溫度和阻值對應(yīng)關(guān)系溫度電阻值－3088.04－2092.04－1098.030100.0010103.9620107.9130111.85本系統(tǒng)的溫度測量電路是通過對鉑熱電阻阻值變化輸出轉(zhuǎn)變電壓的變化的輸出即采樣電路,再經(jīng)過濾波電路,驅(qū)動電路,由模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成微控制器能處處理的數(shù)字信號。采樣電路即在有5V電壓和鉑熱電阻的單回路里,從電壓與電阻之間引出一條導(dǎo)線做為電壓的輸出。 濾波電路即將引出的導(dǎo)線連接一個π型濾波器,π型濾波器是一種復(fù)式濾波器,因為它的形狀很象字母π,所以又叫π型濾波器,它是把電容按在電阻的并聯(lián)支路,這種復(fù)式濾波器結(jié)構(gòu)簡單,能兼起降壓,限流作用,濾波效果也很高。由π型濾波器輸出的電壓經(jīng)MC1413驅(qū)動器放大。MC1413為反相驅(qū)動器，它用于各種電路的后級驅(qū)動設(shè)備，對前級的電路的影響很小，所以用它來對輸出的信號驅(qū)動放大，輸入到ACD0809中。MC1413的輸入為低電平是斷路，輸入為高電平時為達林頓輸出，電流較大，而電平為低，即為反相隔離驅(qū)動放大器。使用MC1413也可以降低成本及簡化設(shè)計。由MC1413輸出的信號送入ADC0809的輸入端口，由于ADC0809本身帶有8個通道，所以本系統(tǒng)中不需要再連接8個多路開關(guān)。圖2-1溫度傳感器電路2.2.2體積傳感器體積傳感器為渦輪流量計，渦輪流量計是一種速度式儀表，它具有精度高，重復(fù)性好，結(jié)構(gòu)簡單，運動部件少，耐高壓，測量范圍寬，體積小，重量輕，壓力損失小，維修方便等優(yōu)點，用于封閉管道中測量低粘度氣體的體積流量和總量。在石油，化工，冶金，城市燃氣管網(wǎng)等行業(yè)中具有廣泛的使用價值。采用渦輪進行測量的流量計。它先將流速轉(zhuǎn)換為渦輪的轉(zhuǎn)速，再將轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換成與流量成正比的電信號。這種流量計用于檢測瞬時流量和總的積算流量，其輸出信號為頻率，易于數(shù)字化。圖中感應(yīng)線圈和永久磁鐵一起固定在殼體上。當(dāng)鐵磁性渦輪葉片經(jīng)過磁鐵時，磁路的磁阻發(fā)生變化，從而產(chǎn)生感應(yīng)信號。信號經(jīng)放大器放大和整形，送到計數(shù)器或頻率計，顯示總的積算流量。同時將脈沖頻率經(jīng)過頻率－電壓轉(zhuǎn)換以指示瞬時流量。葉輪的轉(zhuǎn)速正比于流量，葉輪的轉(zhuǎn)數(shù)正比于流過的總量。渦輪流量計的輸出是頻率調(diào)制式信號，不僅提高了檢測電路的抗干擾性，而且簡化了流量檢測系統(tǒng)。它的量程比可達10:1,精度在±0.2％以內(nèi)。慣性小而且尺寸小的渦輪流量計的時間常數(shù)可達0.01秒。這種流量計用于檢測瞬時流量和總的積算流量，其輸出信號為頻率，易于數(shù)字化.,在所有流量計中,屬于最精確的流量計，無零點漂移,抗干擾能力好。特點：可靠性高、不受外界電源影響、抗雷擊。體積小、重量輕。輸出信號為脈沖信號，此信號經(jīng)過放大器的放大整形，形成有一定幅度的連續(xù)的矩形脈沖波。 本系統(tǒng)的渦輪流量計脈沖范圍為0~12伏脈沖范圍，150個脈沖為1升。做為體積傳感器的一種，渦輪流量計也有很多的種類。圖2-2幾種流量傳感器有極性電解電容在中低頻電路中有隔直流作用,因為它的漏電大,所以直接接到渦輪流量計的輸出上,在它之后再接π型濾波器及其它。第二級濾波依舊采用π型濾波器。驅(qū)動放大器也是MC1413。經(jīng)驅(qū)動放大電路后接光敏三級管，光敏三級管也有電子表流放大的作用，通?；鶚O不引出。它的作用是傳輸信號，對輸入，輸出電信號有良好的隔離作用。由于輸入輸出間互相隔離，電信號傳輸具有單向性等特點，因而具有良好的電絕緣能力和抗干擾能力，增加可靠性，工作穩(wěn)定，所以用來做為驅(qū)動電路及信號隔離電路。74LS14是倒相器，它是一種閾值開關(guān)電路，具有突變輸入——輸出特性的門電路。這種電路被設(shè)計成阻止輸入電壓出現(xiàn)微小變化（低于某一閾值）而引起的輸出電壓的改變。本系統(tǒng)選可編程定時器/計數(shù)器8253做為脈沖計數(shù)，它帶有3個計數(shù)器，可與微控制器并行工作，不占用微控制器的時間。根據(jù)8253其一的工作方式為循環(huán)計數(shù)，這時，每當(dāng)計數(shù)執(zhí)行單元為0時，輸出端OUT輸出一個信號，同時又重新裝入計數(shù)初值寄存器內(nèi)容到計數(shù)執(zhí)行單元，重復(fù)原來的計數(shù)過程。這樣，本系統(tǒng)利用8253的這個工作方式，將其計數(shù)周期滿一次后的OUT輸出做為一次中斷，每一個管道對應(yīng)8253里的一個計數(shù)器，80C51再通過中斷來源的是第幾個管道，再將地址送ADC0809進行溫度的轉(zhuǎn)換與輸入，并進行該管道的體積與質(zhì)量的計算。8253的一個計數(shù)器計滿后產(chǎn)生中斷，需要對中斷進行處理，本系統(tǒng)采用80C51外部中斷源擴展，在80C51中一般只有兩個外部中斷請求輸入端：INT0和INT1。但是本系統(tǒng)有8個管道需要處理，所以至少需要8個中斷源。所以采用80C51外部中斷源擴展的辦法，即采用OC門反相器經(jīng)“線或”后，引入80C51的外部中斷請求輸入端INT0，本系統(tǒng)中的8個管道的8個中斷源中有一個或幾個出現(xiàn)高電平，反相器輸出為0，引起INT0口的低電平觸發(fā)中斷，對于多個中斷同時產(chǎn)生時，由軟件按設(shè)定的順序查詢外中斷的哪一位是高電平，然后進入中斷處理程序。查詢外中斷所用的是P1口的8個端口，每一個口連接一個中斷源，不經(jīng)過OC門反相器，軟件從P1口按順序查詢哪一位是高電平。8253與80C51的端口連接為：因為三個8253需要進行一次初始化，即對每一個計數(shù)器送入初值，并且初值為同一個值且不改變，所以三個8253的片選CS共用一條片選線即可，三個8253的雙向數(shù)據(jù)輸入端口D口也可共用一個P0口，實現(xiàn)同時輸入初始值，所以WR信號與RD信號也都分別連在一起。用于選取對哪一個計數(shù)器進行初始化的A0，A1片內(nèi)寄存器地址輸入端口，也可分別連接在一起，由于有一個8253只使用了兩個計數(shù)器，所以只對第三個計數(shù)器進行初始化，而不對其進行其它的響應(yīng)。8253的D0～D7口都連接到80C51的PO口相應(yīng)各位端口。三個8253的CS口連接到了三八譯碼器74LS138的Y3口，RD和WR端口分別連接到了80C51的RD和WR端口。三個8253的片內(nèi)寄存器地址輸入信號A0，A1分別連接到了80C51的P2.1和P2.2端口。8253的工作方式為方式2。輸出信號端口OUT口是在相應(yīng)的電平指示計數(shù)完成后,輸出出脈沖波形,這個脈沖經(jīng)反向后輸入到80C51的中斷端口INT0口,不經(jīng)過反相與80C51的P1口分別連接。GATE端口在方式2下應(yīng)接高電平。CLK端口為接收由74LS14傳來的脈沖信號。脈沖輸出電路是處理從傳感器送來的信號的信號處理電路。圖2-3脈沖輸出電路脈沖輸入電路就是將經(jīng)過濾波及整形等處理后的信號送入80C51進行采集的電路。圖2-4脈沖輸入電路2.2.3模數(shù)轉(zhuǎn)換電路74HC32為二輸入或門。74HC04為反相器。74HC74為單輸入端的雙D觸發(fā)器，直接置0端RD和直接置1端SD，為低電平有效。CP上升沿觸發(fā)。EOC轉(zhuǎn)換結(jié)束信號輸出到74HC74的CLK端口，觸發(fā)74HC74。進而引起INT0口的中斷。74HC174為6D觸發(fā)器，鎖存器，其6個輸入端連接80C51的P0口的6個端口。輸出端的Q1，Q2，Q3三個口連接ADC0809的ABC三個地址選擇端口，來傳遞80C51想要ADC0809進行轉(zhuǎn)換的端口地址。其時鐘信號端口連接到了74LS138的Y1口。在沒有中斷時，INT0端口通過一個5歐的電阻連接上正5伏電壓保持高電平。ADC0809采用單一電源供電，參考電壓為+5伏。ADC0809的模擬通道地址選擇線ABC連接到74HC174鎖存器上，80C51輸出地址選擇信號由74HC174鎖存再送入ADC0809中，因為地址選擇線與ADC0809的數(shù)據(jù)輸出線都使用的是80C51的P0口。74HC174的片選信號與ADC0809的時鐘輸入信號以及其它芯片的片選信號都由74LS138三八譯碼器選擇輸出。ALE為由低到高的正跳變有效,START為高電平有效。這兩個信號可同時被選通,因為ALE是地址鎖存允許信號,當(dāng)被選通時,也就選通了相應(yīng)的模擬通道,可以進行A/D轉(zhuǎn)換了。START是啟動信號,高電平后開始轉(zhuǎn)換。 ADC0809的數(shù)字信號輸出端口接80C51的P0口。 ADC0809的時鐘端口CLK連接74LS138的Y2口。 ADC0809的ALE端口和START端口是由80C51的WR端口和P2.5端口經(jīng)過或門后又連接了一個反相器傳送信號過來的。OE口是由80C51的RD端口和P2.5端口經(jīng)過或門后又連接一個反相器傳送信號過來的。 ADC0809的EOC端口是由80C51的INT0端口連接到74HC74觸發(fā)器，再連接到EOC端口的。74HC74觸發(fā)器的SD端口連接D口，始終為高電平，RD端口連接到了80C51的P2.5端口與RD端口經(jīng)過或門后的電路連線上。INT0端口直接接的是74HC74的Q的反相輸出端口，EOC端口接的是74HC74的CLK端口。圖2-5模數(shù)轉(zhuǎn)換電路2.2.4系統(tǒng)擴展 由于系統(tǒng)的軟件計算不是簡單的線性計算而是涉及到了幾階方程，所以需要有程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器上的擴展，使用2764程序存儲器和6264數(shù)據(jù)存儲器。 通常情況下，80C51的最小應(yīng)用系統(tǒng)最能發(fā)揮單片機體積小，成本低的優(yōu)點，但在許多情況下，構(gòu)成一個工業(yè)測控系統(tǒng)時，考慮到傳感器接口，計算程序，和人機交互接口的需要時，最小的應(yīng)用系統(tǒng)常常不能滿足要求，因些，常常會遇到需要擴展單片機應(yīng)用系統(tǒng)硬件設(shè)計中的一些部分。 系統(tǒng)擴展是在當(dāng)單片機內(nèi)部的各功能部件不能滿足應(yīng)用系統(tǒng)的實際需要時，在單片機外部連接一些相應(yīng)的外圍芯片以滿足應(yīng)用系統(tǒng)的要求。而且80C51系列單片機有很強的外部擴展能力，可以很容易實現(xiàn)對80C51單片機進行擴充。 本系統(tǒng)考慮到實際需要，選取一片2764程序存儲器芯片以及一片6264數(shù)據(jù)存儲器芯片來用做系統(tǒng)擴展。 由于單片機系統(tǒng)擴展的方法有并行擴展法和串行擴展法兩種。但由于速度方面的要求，只能是使用并行擴展法。 由于80C51單片機在訪問片外程序存儲器時，使用如下的信號：P0口，用來輸出程序存儲器的低8位地址和8位數(shù)據(jù)。ALE線，用來作輸出線，在ALE的下降沿時，P0口上出現(xiàn)穩(wěn)定的程序存儲器的低8位地址輸出，因而可用ALE信號鎖存這低8位地址。P2口在整個取指周期中，輸出穩(wěn)定的程序存儲器的高8位地址。由于P2口本身已具有鎖存功能，所以不需要再加鎖存器。PSEN線，為輸出線，低電平有效。在ALE的下降沿之后，PSEN由高變低，此時片外程序存儲器的內(nèi)容送到P0口，這時的P0口是做為數(shù)據(jù)總線使用的，然后在PSEN的上升沿將指令字送入指令寄存器。因此PSEN信號作為片外程序存儲器的讀選通信號。 由上述文字可以看出，80C51的每一個端口都有著特殊的功能，它們之間也是有邏輯聯(lián)系的，就算是都是端口，也不能亂用，所以，必須將連線連在正確的端口上，從而可以和80C51內(nèi)部的時序相一致，不然就是錯誤的。 從時序上來看，應(yīng)該是在ALE的下降沿或者在低電平時鎖存P0口來的地址。一般情況下使用最多的地址鎖存器有8D鎖存器74HC273和鎖存緩沖器74HC373，本系統(tǒng)采用的是74HC373來鎖存P0口要傳送的低8位地址。 鎖存緩沖器74HC373的鎖存允許信號LE是電平鎖存。當(dāng)LE從高電平轉(zhuǎn)為低電平時，將其輸入端的數(shù)據(jù)鎖存在輸出端，因而LE可以直接連接到三八譯碼器74LS138的Y0口上。 對2764程序存儲器芯片的連接方法如下：2764芯片的D0～D7端口接80C51的P0口，2764有13個地址選擇端口，其中前8個分別與74HC373地址鎖存器的8個輸出端口連接，后5個分別與80C51的P2.0，P2.1，P2.2，P2.3，P2.4端口相連接。CE端口接地，OE端口與PSEN端口連接。圖2-6程序存儲器擴展電路 對6264數(shù)據(jù)存儲器芯片的連接方法如下：6264芯片的D0～D7端口接80C51的P0口，與2764程序存儲器的地址連線一樣，6264有13個地址選擇端口，其中前8個分別與74HC373地址鎖存器的8個輸出端口連接，后5個分別與80C51的P2.0，P2.1，P2.2，P2.3，P2.4端口相連接。CE端口接地，OE端口與80C51的RD端口連接，WE端口與80C51的WE端口連接。圖2-7數(shù)據(jù)存儲器擴展電路由于地址總線寬度為16位，在片外可擴展的存儲器最大容量為64KB，地址為0000H～FFFFH。片外數(shù)據(jù)存儲器與程序存儲器的操作使用不同的指令和控制信號，允許二者地址重復(fù)，所以片外可擴展的數(shù)據(jù)存儲器與程序存儲器分別為64K。2.2.5顯示器電路 做為人機交互接口的一部分，顯示器是計算機應(yīng)用系統(tǒng)是必不少的一部分。一個安全可靠的控制系統(tǒng)必須具有方便的交互功能，這些輸入輸出設(shè)備主要有鍵盤，顯示器和打印機等。操作人員可以通過系統(tǒng)顯示的內(nèi)容，及時掌握生產(chǎn)情況，并可通過鍵盤輸入數(shù)據(jù)，傳遞命令，對計算機應(yīng)用系統(tǒng)進行人工干預(yù)，使其能隨時按照操作人員的意圖工作。 在常用的幾種顯示器件：顯示和記錄儀表；CRT顯示終端；LED或LCD顯示器；大屏幕顯示器中，本系統(tǒng)選則LED數(shù)碼管做為顯示器。 LED數(shù)碼管具有的優(yōu)點如：結(jié)構(gòu)簡單，體積小，功耗低，響應(yīng)速度快，易于匹配，壽命長，可靠性高等優(yōu)點。 在微型計算機控制系統(tǒng)中，為了使操作者隨時都能監(jiān)視生產(chǎn)過程，而又不占用CPU的很多時間，這樣靜態(tài)顯示電路就顯示出它的最大的優(yōu)點來了，它的最大的優(yōu)點就是只要不送新的數(shù)據(jù)，則顯示值不變。且微型計算機不用像動態(tài)顯示那樣不間斷地掃描，因而節(jié)省了大量機時，非常適用于工業(yè)過程控制及智能化儀器。 本系統(tǒng)正是采用的是LED靜態(tài)硬件譯碼顯示電路。 無論是動態(tài)顯示電路的并行接口動態(tài)顯示電路和串行接口的動態(tài)顯示電路還是靜態(tài)顯示電路的并行接口靜態(tài)顯示電路和串行接口靜態(tài)顯示電路，都是利用軟件查表法來實現(xiàn)。用軟件查表法雖然電路簡單，但是占用了CPU大量的時間。而硬件譯碼就是用硬件譯碼代替軟件求得顯示代碼。這樣，不僅可以節(jié)省計算機的時間，而且程序設(shè)計簡單，只要把BCD碼從相應(yīng)的端口輸出即可完成顯示。 本系統(tǒng)的顯示電路使用了可編程并行接口芯片8255。 8255是應(yīng)用最廣的并行I/O接口芯片，通常使用8255的PA口與PB口作為輸入輸出的數(shù)據(jù)端口，PC口用作控制或狀態(tài)信息的端口，8255有一個三態(tài)8位雙向緩沖器，作為8255同系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線相連。 因此本系統(tǒng)的接口連線是這樣的，80C51的P0口連出8位數(shù)據(jù)線分別接到8255的D0～D7這8個端口。8255的RD端口接到80C51的RD端口處，8255的WR端口接到80C51的WR端口處，兩個8255的CS端并沒有像8253芯片的CS端連接在一起，而是分別連接在了74LS138的Y4和Y5兩個端口上。8255的A0和A1端口分別接在了80C51的P2.0和P.21兩個端口上。只有兩個8255的CS端口沒有連接到一起，其余的可共用相同的接口。 74LS74為BCD—7段譯碼轉(zhuǎn)換電路。 8255為擴展接口，利用8255的A口，B口作為輸出口和鎖存器。由于BCD碼為4位二進制數(shù)，故每個端口可控制兩位LED顯示器；每位顯示器與8255之間接一片74LS47，用來完成BCD碼—7段顯示碼的轉(zhuǎn)換。此電路稱做4位LED靜態(tài)硬件譯碼顯示電路。 由于為了簡化電路，使用的顯示管是7段顯示器，沒有小數(shù)點的顯示，而在本系統(tǒng)設(shè)計要求中，需要精確度為千分之三，這就要求顯示的數(shù)據(jù)小數(shù)點后面要保留三位小數(shù)，又由于小數(shù)點是固定的，所以可以不用設(shè)計在電路里，而是只需要在安裝了顯示器后，在后三位顯示器前有一個特別的標(biāo)志就可以了。 顯示器電路（1）是8255芯片與80C51芯片連接的電路圖。圖2-8顯示器電路(1) 顯示器電路（2）是8255芯片與數(shù)碼管顯示器連接電路。圖2-9顯示器電路(2)2.2.6鍵盤接口電路 鍵盤是若干個按鍵的集合，是向系統(tǒng)提供操作人員干預(yù)命令及數(shù)據(jù)的接口設(shè)備。鍵盤可分為編碼鍵盤和非編碼鍵盤兩種類型。前者能自動識別按下的鍵并產(chǎn)生相應(yīng)代碼，以并行或串行方式發(fā)送給CPU。但需要專用硬件電路，后者是通過軟件來確定按鍵并計算鍵值。這種方法沒有編碼鍵盤速度快，但是由于它主要是通過軟件進行取值的，所以可以大大節(jié)省硬件，成本上就降低了，所以得到了廣泛的運用。 本系統(tǒng)采用的即是非編碼鍵盤，考慮到實際應(yīng)用上的需要，設(shè)計了一共16個按鍵，其中包括0到9的數(shù)字鍵，及其它的功能鍵。在工業(yè)過程控制和智能化儀器系統(tǒng)中，希望能縮小整個系統(tǒng)的規(guī)模，簡化硬件線路，所以沒有安裝太多的功能。 鍵盤設(shè)計時需要解決一些問題，其中一個是防抖動，在本系統(tǒng)設(shè)計中沒有專門的硬件防抖動電路，而是采用軟件防抖動，即采用軟件延時的方法。 本系統(tǒng)中根據(jù)80C51的I/O口具有的輸出鎖存和輸入緩沖的功能，所以在使用這些接口時可以省去輸出鎖存器和輸入緩沖器。 本系統(tǒng)設(shè)計的是4*4矩陣式鍵盤。鍵位的列線（輸入線）連接到P2口的高4位，行線（輸出線）連到P2口的低4位，在行輸出電路里，每行都串聯(lián)了一個二極管是為了防止多鍵同時按下時，使行輸出口短路而引起電流過大。所以將二極管的正向輸入端口連接P2的低4位。4個列線經(jīng)過與門與INT0端口連接。 沒有鍵按下時，P2口的低4位電平為低電平，INT0端口的電平為高電平。當(dāng)有一個鍵按下時，INT0則變成低電平，進而向80C51發(fā)出中斷。由于在ADC0809芯片的引腳功能里也有一個向INT0發(fā)中斷的功能，所以本系統(tǒng)在設(shè)計鍵盤電路時，從鍵盤電路的INT0連線引出一條線連到T1端口，即當(dāng)鍵盤發(fā)出中斷時，T1端口由高電平變成了低電平，由軟件進行檢測可分辨是ADC0809的端口發(fā)出的中斷還是鍵盤中斷。圖2-10鍵盤接口電路2.2.7時鐘電路和復(fù)位電路 時鐘電路用于產(chǎn)生單片機工作所需要的時鐘信號。80C51單片機的內(nèi)部帶有時鐘電路，因此，只需要在片外通過XTAL1和XTAL2引腳接入定時控制元件晶體振蕩器和電容即可構(gòu)成一個穩(wěn)定的自激振蕩器。XTAL1和XTAL2之間跨接晶體振蕩器和微調(diào)電容。 石英晶體振蕩器是一種高精度和高穩(wěn)定度的振蕩器，用做于頻率發(fā)生器，產(chǎn)生時鐘信號和為特定的系統(tǒng)提供基準(zhǔn)信號。復(fù)位信號是高電平有效，其有效時間應(yīng)持續(xù)24個振蕩脈沖周期(即兩個機器周期以上)。復(fù)位操作有上電自動復(fù)位，按鍵電平復(fù)位和外部脈沖復(fù)位三種方式。本系統(tǒng)采用的電路是上電自動復(fù)位方式，即通過外部復(fù)位電路的電容充電來實現(xiàn)。圖2-11時鐘電路及復(fù)位電路三總結(jié)本設(shè)計采用了80C51為微控制器，設(shè)計了一個電腦質(zhì)量流量計硬件系統(tǒng)。本設(shè)計是一種比較簡單可行的設(shè)計，成本上比較低，沒有使用什么很貴的硬件，但簡單的同時，系統(tǒng)的可靠性能不是很高，但是根據(jù)實際需要簡單并且完備，但是在很多細節(jié)上還是沒能很好的設(shè)計，如一些電容及電阻值的使用上，不夠精確。整個設(shè)計的思想就是通過8253的計數(shù)器計滿一次后向80C51發(fā)出中斷，80C51根據(jù)中斷產(chǎn)生的管道號來選擇ADC0809進行轉(zhuǎn)換，然后再進行計算及存儲。在顯示上，采用的是8個管道的體積和質(zhì)量循環(huán)顯示的方式，由于顯示需要一定的時間才能讓人看清楚，所以為了彌補系統(tǒng)的實時性，每次要顯示的數(shù)據(jù)都是最近最新的所得到的數(shù)據(jù)。整個系統(tǒng)通過鍵盤受控于工作人員。謝辭 感謝我的設(shè)計老師王建平老師的指導(dǎo)，在這畢業(yè)設(shè)計的過程中我發(fā)現(xiàn)了我很多不足的地方，并且感覺到了自己學(xué)習(xí)的東西還是有點太少，以至于在實際應(yīng)用之中，總是不能很好的應(yīng)用。由于學(xué)習(xí)的電路知識還不很多，所以有一些只是套用的典型的電路設(shè)計，與實際需要有一定的差距，但也加深了對學(xué)習(xí)的內(nèi)容的了解。不管是單片機還是其它芯片都有各自的時序,即每個芯片的引腳內(nèi)部都有一定的關(guān)系,我們在設(shè)計電路時要考慮到這一因素,使我們的設(shè)計更加準(zhǔn)確。在設(shè)計首先要有一個清晰的思路,即要通過什么樣的方法來設(shè)計這個電路,畫出一個簡單的模型來對設(shè)計的速度以及及時發(fā)現(xiàn)問題有很大的幫助。所以做設(shè)計時有一個良好的設(shè)計習(xí)慣也是很有幫助的。再次謝謝王老師的指導(dǎo),在我設(shè)計遇到困難時能夠有的放矢的提示我，培養(yǎng)了我自己動手動腦的能力，給我創(chuàng)造了一個很好的設(shè)計的環(huán)境。也謝謝數(shù)計學(xué)院的其他老師們，是他們傳授了我進行設(shè)計的知識與能力。參考文獻[1]張俊謨.單片機中級教程—原理與應(yīng)用.出版地:北京航空航天大學(xué)出版社,2006年10月[2]潘新民王燕芳.微型計算機控制技術(shù)實用教程.出版地:電子工業(yè)出版社,2007年8月[3]孫德文.微型計算機技術(shù).出版地:高等教育出版社,2005年5月[4]田學(xué)東秦偉伊開等.電路基礎(chǔ).出版地:電子工業(yè)出版社,2005年1月[5]余孟嘗.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)簡明教程.出版地:高等教育出版社,2006年12月[6]楊素行清華大學(xué)電子學(xué)教研組.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)簡明教程.出版地:高等教育出版社,2005年11月[7]楊欣王玉鳳劉湘黔.51單片機應(yīng)用從零開始.出版地:清華大學(xué)出版社,2008年1月[8]李朝青.單片機原理及接口技術(shù).出版地:北京航天航空大學(xué)出版社,2005年10月[9]何立民.MCS-51系列單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計系統(tǒng)配置與接口技術(shù).出版地:北京航天航空大學(xué)出版社,1990年1月[10]李廣弟朱月秀冷祖祁.單片機基礎(chǔ)(第三版).出版地:北京航天航空大學(xué)出版社,2007年6月基于C8051F單片機直流電動機反饋控制系統(tǒng)的設(shè)計與研究基于單片機的嵌入式Web服務(wù)器的研究MOTOROLA單片機MC68HC（8）05PV8/A內(nèi)嵌EEPROM的工藝和制程方法及對良率的影響研究基于模糊控制的電阻釬焊單片機溫度控制系統(tǒng)的研制基于MCS-51系列單片機的通用控制模塊的研究基于單片機實現(xiàn)的供暖系統(tǒng)最佳啟停自校正（STR）調(diào)節(jié)器單片機控制的二級倒立擺系統(tǒng)的研究基于增強型51系列單片機的TCP/IP協(xié)議棧的實現(xiàn)基于單片機的蓄電池自動監(jiān)測系統(tǒng)基于32位嵌入式單片機系統(tǒng)的圖像采集與處理技術(shù)的研究基于單片機的作物營養(yǎng)診斷專家系統(tǒng)的研究基于單片機的交流伺服電機運動控制系統(tǒng)研究與開發(fā)基于單片機的泵管內(nèi)壁硬度測試儀的研制基于單片機的自動找平控制系統(tǒng)研究基于C8051F040單片機的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)基于單片機的液壓動力系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測儀開發(fā)模糊Smith智能控制方法的研究及其單片機實現(xiàn)一種基于單片機的軸快流CO〈,2〉激光器的手持控制面板的研制基于雙單片機沖床數(shù)控系統(tǒng)的研究基于CYGNAL單片機的在線間歇式濁度儀的研制基于單片機的噴油泵試驗臺控制器的研制基于單片機的軟起動器的研究和設(shè)計基于單片機控制的高速快走絲電火花線切割機床短循環(huán)走絲方式研究基于單片機的機電產(chǎn)品控制系統(tǒng)開發(fā)基于PIC單片機的智能手機充電器基于單片機的實時內(nèi)核設(shè)計及其應(yīng)用研究基于單片機的遠程抄表系統(tǒng)的設(shè)計與研究基于單片機的煙氣二氧化硫濃度檢測儀的研制基于微型光譜儀的單片機系統(tǒng)單片機系統(tǒng)軟件構(gòu)件開發(fā)的技術(shù)研究基于單片機的液體點滴速度自動檢測儀的研制基于單片機系統(tǒng)的多功能溫度測量儀的研制基于PIC單片機的電能采集終端的設(shè)計和應(yīng)用基于單片機的光纖光柵解調(diào)儀的研制氣壓式線性摩擦焊機單片機控制系統(tǒng)的研制基于單片機的數(shù)字磁通門傳感器基于單片機的旋轉(zhuǎn)變壓器-數(shù)字轉(zhuǎn)換器的研究基于單片機的光纖Bragg光柵解調(diào)系統(tǒng)的研究單片機控制的便攜式多功能乳腺治療儀的研制基于C8051F020單片機的多生理信號檢測儀基于單片機的電機運動控制系統(tǒng)設(shè)計Pico專用單片機核的可測性設(shè)計研究基于MCS-51單片機的熱量計基于雙單片機的智能遙測微型氣象站MCS-51單片機構(gòu)建機器人的實踐研究基于單片機的輪軌力檢測基于單片機的GPS定位儀的研究與實現(xiàn)基于單片機的電液伺服控制系統(tǒng)用于單片機系統(tǒng)的MMC卡文件系統(tǒng)研制基于單片機的時控和計數(shù)系統(tǒng)性能優(yōu)化的研究基于單片機和CPLD的粗光柵位移測量系統(tǒng)研究單片機控制的后備式方波UPS提升高職學(xué)生單片機應(yīng)用能力的探究基于單片機控制的自動低頻減載裝置研究基于單片機控制的水下焊接電源的研究基于單片機的多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)基于uPSD3234單片機的氚表面污染測量儀的研制基于單片機的紅外測油儀的研究96系列單片機仿真器研究與設(shè)計基于單片機的單晶金剛石刀具刃磨設(shè)備的數(shù)控改造基于單片機的溫度智能控制系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)基于MSP430單片機的電梯門機控制器的研制基于單片機的氣體測漏儀的研究基于三菱M16C/6N系列單片機的CAN/USB協(xié)議轉(zhuǎn)換器基于單片機和DSP的變壓器油色譜在線監(jiān)測技術(shù)研究基于單片機的膛壁溫度報警系統(tǒng)設(shè)計基于AVR單片機的低壓無功補償控制器的設(shè)計基于單片機船舶電力推進電機監(jiān)測系統(tǒng)基于單片機網(wǎng)絡(luò)的振動信號的采集系統(tǒng)基于單片機的大容量數(shù)據(jù)存儲技術(shù)的應(yīng)用研究基于單片機的疊圖機研究與教學(xué)方法實踐基于單片機嵌入式Web服務(wù)器技術(shù)的研究及實現(xiàn)基于AT89S52單片機的通用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)基于單片機的多道脈沖幅度分析儀研究機器人旋轉(zhuǎn)電弧傳感角焊縫跟蹤單片機控制系統(tǒng)基于單片機的控制系統(tǒng)在PLC虛擬教學(xué)實驗中的應(yīng)用研究基于單片機系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)通信研究與應(yīng)用基于PIC16F877單片機的莫爾斯碼自動譯碼系統(tǒng)設(shè)計與研究基于單片機的模糊控制器在工業(yè)電阻爐上的應(yīng)用研究基于雙單片機沖床數(shù)控系統(tǒng)的研究與開發(fā)基于Cygnal單片機的μC/OS-Ⅱ的研究基于單片機的一體化智能差示掃描量熱儀系統(tǒng)研究基于TCP/IP協(xié)議的單片機與Internet互聯(lián)的研究與實現(xiàn)變頻調(diào)速液壓電梯單片機控制器的研究基于單片機γ-免疫