80C51單片微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)實(shí)例課件

80C51單片微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)實(shí)例

9．1水錶、電能表數(shù)據(jù)採(cǎi)集系統(tǒng)

數(shù)據(jù)採(cǎi)集系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容通常包含硬體(連同單片微機(jī)在內(nèi)的全部電子線路)、軟體(包括監(jiān)控管理程式及各功能模組應(yīng)用軟體)及結(jié)構(gòu)工藝等三大部分。由於對(duì)象提供的數(shù)據(jù)形式“五花八門”

，若是模擬量，則要通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器得到數(shù)據(jù)；若是脈衝量，則需通過(guò)I/O引腳對(duì)其計(jì)數(shù)後再通過(guò)計(jì)算得到數(shù)據(jù)。而對(duì)於流量、功率等參數(shù)，則往往需通過(guò)感測(cè)器或?qū)Ｓ媚＝M輸出脈衝或數(shù)據(jù)。

1.水錶數(shù)據(jù)採(cǎi)集系統(tǒng)

該系統(tǒng)包括脈衝式水錶、水錶數(shù)據(jù)採(cǎi)集器、掌上電腦、水錶數(shù)據(jù)集中器、遠(yuǎn)程抄表終端、後臺(tái)電腦管理軟體等。水錶數(shù)據(jù)採(cǎi)集器採(cǎi)集居民樓單元內(nèi)居民的用水量。具有採(cǎi)集24戶居民水錶數(shù)據(jù)的能力。 水錶表計(jì)是對(duì)水的流量進(jìn)行計(jì)量。表計(jì)中指針軸隨著水流而轉(zhuǎn)動(dòng)，其各個(gè)指針軸轉(zhuǎn)一圈分別代表用水量為0.01度、0.1度、1度等等。在相應(yīng)指計(jì)軸處安裝一個(gè)霍爾元件(或幹簧管)，就可實(shí)現(xiàn)指針軸轉(zhuǎn)一圈輸出一個(gè)脈衝，單片微機(jī)通過(guò)對(duì)脈衝個(gè)數(shù)的記錄，就可以計(jì)算出實(shí)際用水量。水錶數(shù)據(jù)採(cǎi)集器可以同時(shí)記錄24戶或32戶居民水錶的脈衝數(shù)，進(jìn)而記錄各用戶的用水量，通過(guò)通信介面把水錶數(shù)據(jù)上傳至管理部門。

居民水錶數(shù)據(jù)採(cǎi)集系統(tǒng)分為居民樓單元級(jí)、社區(qū)管理級(jí)及自來(lái)水公司等三級(jí)，其結(jié)構(gòu)示意如圖圖9–1所示。在每一個(gè)單元按裝水錶數(shù)據(jù)採(cǎi)集器，用於採(cǎi)集該單元內(nèi)用戶水錶的數(shù)據(jù)。圖9–2水錶數(shù)據(jù)採(cǎi)集器原理框圖中包含了單片微機(jī)和各功能部件。 採(cǎi)用RS485匯流排方式實(shí)現(xiàn)社區(qū)內(nèi)水錶數(shù)據(jù)採(cǎi)集器的網(wǎng)路通信。 在水錶數(shù)據(jù)採(cǎi)集器內(nèi)部同時(shí)還配置了RS-232介面，可實(shí)現(xiàn)與掌上機(jī)的通信，以便進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)參數(shù)設(shè)置和水錶數(shù)據(jù)抄錄。 水錶數(shù)據(jù)採(cǎi)集器主程序流程框圖示於圖9-3。

在社區(qū)物業(yè)管理部門安裝電腦終端或水錶數(shù)據(jù)集中器，用於對(duì)社區(qū)內(nèi)所有居民水錶計(jì)量數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，列印，以便進(jìn)行水費(fèi)的收繳管理。還可進(jìn)一步通過(guò)公用電話網(wǎng)或無(wú)線短消息平臺(tái)向自來(lái)水公司發(fā)送用戶用水?dāng)?shù)據(jù)資訊。

水錶數(shù)據(jù)集中器的記憶體擴(kuò)展原理見(jiàn)圖9–4所示。單片微機(jī)採(cǎi)用臺(tái)灣華幫公司的78E58單片微機(jī)，其內(nèi)部包含32KFlash記憶體，與80C52相容，但增加了一個(gè)特別的可位尋址的4位I/O口(端口4)和兩個(gè)外部中斷。因數(shù)據(jù)量比較大，故擴(kuò)展了128KB的數(shù)據(jù)記憶體628128。由於628128具有17根地址線，所以除了採(cǎi)用78E58的16根地址線A0～A15與628128相連，另外應(yīng)用P1口的一根I/O口線P1.0與628128的A16相連，作為“體選”，當(dāng)P1.0=0時(shí)，尋扯628128中的64K數(shù)據(jù)記憶體，當(dāng)P1.0=1時(shí)，尋址628128的另一半64K數(shù)據(jù)記憶體。 水錶數(shù)據(jù)集中器與掌上電腦或PC機(jī)通信和擴(kuò)展RS-485匯流排的原理圖示於圖9–5。MAX232實(shí)現(xiàn)CMOS(TTL)邏輯與RS-232邏輯轉(zhuǎn)換，是PC機(jī)與單片微機(jī)通信介面晶片，一般與單片微機(jī)串行口的發(fā)送/接收端相連。AD485晶片則用於實(shí)現(xiàn)RS485匯流排聯(lián)網(wǎng)，由於78E58內(nèi)部只有一個(gè)串行口，所以採(cǎi)用78E58的P1.1和P1.3來(lái)虛擬485串行通信，用P1.2來(lái)控制RS485數(shù)據(jù)傳輸方向。

2.電能表數(shù)據(jù)採(cǎi)集系統(tǒng)本系統(tǒng)分為三級(jí)結(jié)構(gòu)，見(jiàn)圖9-6。

(1)採(cǎi)集終端：對(duì)多達(dá)20戶居民電能表的用電量進(jìn)行採(cǎi)集，實(shí)現(xiàn)單元集抄系統(tǒng)功能；

(2)臺(tái)區(qū)集中器：通過(guò)電力線載波方式，將多達(dá)2000戶居民用戶電能表數(shù)據(jù)集中傳送到社區(qū)配電房的集中器上實(shí)現(xiàn)臺(tái)區(qū)集抄系統(tǒng)功能;(3)局端工作站：通過(guò)掌上機(jī)或電話通訊終端或GSM網(wǎng)把電能表數(shù)據(jù)上傳到電力局的上端電腦，實(shí)現(xiàn)集抄系統(tǒng)功能。

經(jīng)過(guò)改裝後的脈衝電能表或全電子電能表把用戶的用電量轉(zhuǎn)化為電脈衝送入採(cǎi)集終端，採(cǎi)集終端將通過(guò)計(jì)數(shù)和計(jì)算後得出的數(shù)據(jù)經(jīng)由局域網(wǎng)通道送到集中器，集中器再通過(guò)城域網(wǎng)通道將數(shù)據(jù)送至供電管理中心。電能表數(shù)據(jù)採(cǎi)集終端由單片微機(jī)、脈衝信號(hào)採(cǎi)集處理電路、低壓電力載波通訊電路等部分構(gòu)成。用戶表選用全電子式單相電能表或帶脈衝輸出的感應(yīng)式電能表，各用戶表的脈衝信號(hào)輸出經(jīng)過(guò)電路整形，再送入單片微機(jī)進(jìn)行即時(shí)處理，顯示各用戶電能表的上月電量，和本月當(dāng)前抄見(jiàn)電量等數(shù)據(jù)。一個(gè)數(shù)據(jù)採(cǎi)集終端最多可以採(cǎi)集處理22個(gè)用戶電能表的脈衝信號(hào)。 電能表數(shù)據(jù)採(cǎi)集終端通過(guò)RS-485匯流排收發(fā)器(如MAX485)與集中器進(jìn)行半雙工非同步串行數(shù)據(jù)通信。

由於採(cǎi)集終端要處理和保存大量的數(shù)據(jù)，僅僅依靠CPU內(nèi)部的RAM是不夠的，所以需要外加記憶體。為了簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，提高系統(tǒng)的可靠性，而且考慮需要有在掉電時(shí)也不丟失數(shù)據(jù)的能力，所以在電能表數(shù)據(jù)採(cǎi)集終端中使用了串行E2PROM。

9．2無(wú)匯流排單片微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)

1﹒AT89C2051Flash單片微機(jī)

AT89C1051/2051/4051單片微機(jī)和MCS-51相容，片內(nèi)有1K/2K/4K位元組閃速記憶體。具有15根I/O口線，一個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，三個(gè)中斷源；P1口可吸收20mA電流並能直接驅(qū)動(dòng)LED顯示器，其中P1.2～P1.7提供內(nèi)部上拉電阻，P1.0和P1.1要求外部加上拉電阻；P3.0～P3.5、P3.7是帶有內(nèi)部上拉電阻的7個(gè)雙向I/O引腳。晶片為20引腳的DIP封裝。

2﹒應(yīng)用AT89C2051的交通燈智能管理系統(tǒng)

設(shè)計(jì)一個(gè)智能交通燈管理系統(tǒng)。要求如下： 假設(shè)十字路口有兩組交通燈，每一組各有紅、黃、綠三種顏色的指示燈，分別管理通道A和通道B。A為主通道。

如果兩個(gè)車道都有車，則輪流放行，其中A道綠燈30s。B道綠燈15s。

通道放行管理：如果某個(gè)通道無(wú)車，而另一車道有車，那麼有車的通道放行。如果無(wú)車的通道有車了，則有車的通道立刻恢復(fù)正常的交通燈進(jìn)行管理。

如果兩個(gè)通道都沒(méi)有車，那麼兩個(gè)通道交通燈狀態(tài)保持不變。

如有緊急車輛通過(guò)，應(yīng)立即禁止普通車輛通行（即A、B車道均亮紅燈），緊急車輛通過(guò)後，恢復(fù)原來(lái)的信號(hào)燈狀態(tài)，且原先的計(jì)時(shí)時(shí)間累計(jì)。要求採(cǎi)取中斷方式，用按鍵中斷模擬有緊急車輛通過(guò)。

在從綠燈切換為紅燈時(shí)，應(yīng)有5s的黃燈點(diǎn)亮?xí)r間。

智能交通燈管理系統(tǒng)的硬體設(shè)計(jì)如圖9–7所示。應(yīng)用P1.0～P1.5共6根I/O口線控制A車道和B車道6個(gè)指示燈，P3.0輸入A車道是否有車資訊，P3.1輸入B車道是否有車資訊，P3.2輸入是否有緊急車輛資訊。定時(shí)器/計(jì)數(shù)器作為通行時(shí)間定時(shí)器。

基本軟體程式如下：;P1.0=0，A車道紅燈點(diǎn)亮;P1.1=0，A車道綠燈點(diǎn)亮;P1.2=0，A車道黃燈點(diǎn)亮;P1.3=0，B車道紅燈點(diǎn)亮;P1.4=0，B車道綠燈點(diǎn)亮;P1.5=0，B車道黃燈點(diǎn)亮;P3.0=0，A車道有車;P3.1=0，B車道有車;P3.2=0，有緊急車通過(guò) s_okBIT20H.0 ORG 0000H SJMP MAIN

ORG 000BH AJMP SECOND ORG 0030HMAIN：MOV SP,#60H；設(shè)堆疊指針

CLR EA ；關(guān)中斷 MOV TMOD,#01H ；設(shè)T0為方式1

MOV TL0,#0B0H ；設(shè)T0時(shí)間常數(shù)(100ms) MOV TH0,#3CH SETB ET0 ；允許定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T0中斷

SETB PT0 ；T0中斷為高優(yōu)先順序

SETB EA ；開(kāi)中斷

SETB TR0 ；啟動(dòng)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T0 MOV R0，#10 ；100ms計(jì)數(shù)次數(shù)

TEST：MOV P3,#0FFH ；設(shè)P3口為輸入方式

MOV A,P3 ；讀A、B車道的狀態(tài)

JB ACC.2,EMERG_CAR ；有緊急車輛通過(guò)， ；轉(zhuǎn)EMERG_CAR JB ACC.0,CAR_0 ；A道有車，轉(zhuǎn)CAR_0

JB ACC.1,CAR_1 ；B道有車，轉(zhuǎn)CAR_1

SJMP TEST ；無(wú)車，則繼續(xù)等待NORMAI:ACALLA_GREEN ；A道通行30s ACALL YELLOW ；黃燈5sACALL A_RED ；B道通行15sAJMP TEST

;緊急車處理副程式;;;;;;;;;;;;;;;;;;EMERG_CAR：MOV A,#00001001B；A道、B道紅燈亮

MOV P1，A AJMP TEST

CAR_0：JB ACC.1,NORMAL ；A、B道均有車 ACALL A_GREEN ；A道有車,立即放行

AJMP TEST CAR_1：ACALL A_RED ；B道有車,立即放行

AJMP TEST;秒計(jì)數(shù)副程式;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;SECOND:CLR EA CLR S_OK DEC R0 MOV A,R0 JZ SECOND_1 SJMP SECOND_2SECOND_1: MOVR0,#10 SETB S_OKSECOND_2: MOVTH0,#3CH MOV TL0,#0BFH SETB EA RETI;A車道綠燈，B車道紅燈A_GREEN: MOV A,#00001010B;A車道綠燈亮，B車道紅燈亮

MOV P1,A MOV R1,#30 ;亮燈時(shí)間為30sTLP：JNB S_OK,TLP ;判1s定時(shí)是否完成

CLR S_OK DJNZ R1，TLP ;判30s定時(shí)是否完成

RET;A車道黃燈5s，B車道黃燈5sYELLOW: MOVA,#00100100b MOV P1,A ;A、B車道黃燈亮

MOV R1,#05 ;黃燈亮5sTLP1：JNB S_OK,TLP1 ;1s定時(shí)是否完成

CLR S_OK DJNZ R1,TLP1 ;5s定時(shí)是否完成

RET ;A車道紅燈，B車道綠燈

A_RED: MOV A,#00010001B MOV P1,A ；B車道綠燈亮，A車道紅燈亮

MOV R1#15 ；亮燈時(shí)間為15s TLP2：JNB S_OK,TLP2 ；1s定時(shí)是否完成

CLR S_OK DJNZ R1,TLP2 ；15s定時(shí)是否