給排水工程畢業(yè)論文--混凝土自動(dòng)加料機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、<p>　　混凝土自動(dòng)加料機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>　　The Control System Designed for the Concrete Automatic Feeding Machine Based on MCU</p><p>　　學(xué)生學(xué)號(hào)： </p><p>　　學(xué)生姓名： </p>

2、<p>　　專業(yè)班級(jí)： 自動(dòng)0903 </p><p>　　指導(dǎo)教師： </p><p>　　職 稱： </p><p>　　起止日期： 2013.3.04～2013.6.23 </p><p><b>　　摘 要</b></

3、p><p>　　傳統(tǒng)的混凝土加料機(jī)需要人工稱量，根據(jù)工作經(jīng)驗(yàn)上料到攪拌機(jī)。一旦生產(chǎn)中出現(xiàn)人為操作誤差，很容易使混凝土報(bào)廢，浪費(fèi)資源。</p><p>　　隨著近年來(lái)自動(dòng)控制技術(shù)地快速發(fā)展，采用硬件和軟件相結(jié)合的控制系統(tǒng)不僅可以節(jié)約人力成本，而且使智能化操作成為可能。自動(dòng)控制系統(tǒng)提高了加料機(jī)的精準(zhǔn)性，而且避免了傳統(tǒng)人工操作所產(chǎn)生的不必要誤差。</p><p>　　本文中所

4、設(shè)計(jì)的混凝土自動(dòng)加料機(jī)采用以單片機(jī)為核心的自動(dòng)控制系統(tǒng)，具備滿料檢查功能，并能夠通過(guò)LED顯示器顯示出輸送、排料、滿料時(shí)間。根據(jù)所加物料的不同，本文所設(shè)計(jì)的自動(dòng)加料控制系統(tǒng)應(yīng)用廣泛，既可以運(yùn)用到建筑工程中混凝土的配置攪拌，也可以運(yùn)用到現(xiàn)代醫(yī)藥生產(chǎn)中涉及的真空藥物粉末粒子的加料混合。單片機(jī)加料控制系統(tǒng)采用自動(dòng)控制技術(shù)大大提高了工作的效率，不僅滿足了自動(dòng)控制各種動(dòng)作狀態(tài)要求，也滿足了用戶對(duì)不同使用環(huán)境的需要，在當(dāng)下具有廣闊的發(fā)展前景。<

5、;/p><p>　　關(guān)鍵詞：自動(dòng)控制；單片機(jī)；加料機(jī)</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　The traditional concrete feeding machine has to add the mixture by people’s working experiences. But it is very

6、 easy to make the concrete wasted, once there has a mistake with the worker’s wrong operations.</p><p>　　With the rapid development in recent years, using a combination of hardware and software control syste

7、m can not only save labor costs, but also make the intelligent operation possible. The automatic control systems improve the accuracy of the feeding machines, and also avoid the unnecessary errors generated by the tradit

8、ional manual operations.</p><p>　　Microcontroller is the core of the automatic control system for the concrete feeding machine in the essay. And the transportation, nesting and full feeding time can be displ

9、ayed by the LED. Depending on the materials, the design of automatic feeding control systems are widely used, both can be applied to the configuration of the concrete construction projects stirring, also can be applied t

10、o the vacuum drugs involved in the feeding of the powder particles mixed in the modern pharmaceutical produ</p><p>　　Key Words：MCU；Feeding Machine；Automatic Control</p><p><b>　　目 錄</

11、b></p><p><b>　　摘 要I</b></p><p>　　AbstractII</p><p><b>　　第1章 緒論1</b></p><p>　　1.1 課題背景及研究的目的與意義1</p><p>　　1.2 混凝土加料機(jī)的發(fā)展?fàn)顩r

12、1</p><p>　　1.3 本文需要研究的問(wèn)題2</p><p>　　第2章 自動(dòng)加料機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路4</p><p>　　2.1 自動(dòng)加料機(jī)設(shè)計(jì)圖4</p><p>　　2.2 控制系統(tǒng)硬件的組成5</p><p>　　2.2.1 單片機(jī)5</p><p>　　2.2.2 傳感器

13、6</p><p>　　2.2.3 存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路7</p><p>　　2.2.4 LED顯示電路8</p><p>　　2.2.5 鍵盤輸入電路8</p><p>　　2.2.6 繼電器電路9</p><p>　　2.2.7 看門狗電路10</p><p>　　2.3 控制系統(tǒng)總

14、方框圖11</p><p>　　第3章 系統(tǒng)硬件介紹12</p><p>　　3.1 AT89C5112</p><p>　　3.1.1 AT89C51的芯片12</p><p>　　3.1.2 AT89C51的引腳13</p><p>　　3.1.3 AT89C51的CPU14</p>&l

15、t;p>　　3.1.4 AT89C51的存儲(chǔ)器和并行I/O端口14</p><p>　　3.1.5 AT89C51振蕩器特性和芯片擦除特性14</p><p>　　3.1.6 AT89C51與AT89S51的區(qū)別及優(yōu)點(diǎn)15</p><p>　　3.2 外擴(kuò)電路16</p><p>　　3.2.1 2864A芯片16</p

16、><p>　　3.2.2 74LS373芯片18</p><p>　　3.3 LED電路20</p><p>　　3.3.1 74LS37720</p><p>　　3.3.2 MC14511B譯碼器22</p><p>　　3.4 鍵盤接入芯片8255A24</p><p>　　3.4.

17、1 8255A引腳24</p><p>　　3.4.2 8255A引腳功能25</p><p>　　3.5 繼電器電路27</p><p>　　3.6 看門狗MAX813L電路28</p><p>　　3.6.1 MAX813L引腳28</p><p>　　3.6.2 MAX813L引腳功能28</p

18、><p>　　第4章 軟件設(shè)計(jì)流程30</p><p>　　第5章 系統(tǒng)抗干擾以及可靠性31</p><p><b>　　結(jié) 論32</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)33</b></p><p>　　附錄A 硬件電路圖34</p><

19、;p>　　附錄B 主程序流程圖35</p><p>　　附錄C 程序中斷流程圖36</p><p>　　附錄D 程序編程掃描流程圖37</p><p>　　附錄E 調(diào)試程序38</p><p><b>　　致 謝56</b></p><p><b>　　第1章 緒論

20、</b></p><p>　　1.1 課題背景及研究的目的與意義</p><p>　　隨著電子制造業(yè)的快速發(fā)展，工業(yè)設(shè)計(jì)的要求也越來(lái)越高端，企業(yè)為了減少人工成本和人為因素產(chǎn)生的錯(cuò)誤，對(duì)機(jī)器設(shè)備的智能化、自動(dòng)化的需求也更加迫切。所以在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的許多領(lǐng)域中，自動(dòng)控制技術(shù)起著愈來(lái)愈重要的作用，并且隨著生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，自動(dòng)化水平也越來(lái)越高。自動(dòng)控制利用控制裝置使被控對(duì)象的某個(gè)

21、參數(shù)自動(dòng)地按照預(yù)定的規(guī)律運(yùn)行，這樣就減少了人工操作并提高了企業(yè)效率，使產(chǎn)品和服務(wù)在同行競(jìng)爭(zhēng)中更加具有競(jìng)爭(zhēng)力。</p><p>　　傳統(tǒng)的建筑行業(yè)因?yàn)楣ぷ鞣爆崳踔劣械囊蟾邚?qiáng)度的體力勞動(dòng)，不僅工作效率低下同時(shí)還存在著高危的風(fēng)險(xiǎn)。為了提高工作環(huán)境的舒適度以及提升工作效率，企業(yè)就需要引進(jìn)大量半自動(dòng)化及全自動(dòng)化的操作設(shè)備來(lái)改善員工的工作環(huán)境。當(dāng)今社會(huì)已經(jīng)朝著智能化的方向發(fā)展迅速，若不趕上時(shí)代潮流則很容易被市場(chǎng)化運(yùn)作所淘

22、汰。</p><p>　　混凝土是建筑工程中應(yīng)用最廣泛的建筑材料之一，它的技術(shù)以及經(jīng)濟(jì)指標(biāo)對(duì)整個(gè)建筑工程的質(zhì)量和成本控制都起著舉足輕重的作用，同時(shí)質(zhì)量不合格的混凝土不能應(yīng)用在建筑工程中，其所產(chǎn)生的惡劣影響危及施工人員和住戶的性命安全。但是混凝土質(zhì)量是否安全卻不能被即刻檢測(cè)出來(lái)，而且質(zhì)量一旦不合格也不能再返廠重新混合，所以在混凝土生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)各組成成分的加料控制是至關(guān)重要的。</p><p>

23、;　　因?yàn)樯唐坊炷恋母叱杀?，它比現(xiàn)場(chǎng)攪拌的混凝土成本大約高出30%，所以在我國(guó)建筑工程中所使用的混凝土大多是在施工現(xiàn)場(chǎng)加料攪拌的。為了取代以往人工攪拌混凝土的低效性和經(jīng)驗(yàn)論對(duì)攪拌的局限性，本文設(shè)計(jì)的混凝土自動(dòng)加料機(jī)控制系統(tǒng)就是采用自動(dòng)控制技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)混凝土進(jìn)料攪拌的功能，通過(guò)單片機(jī)編程使系統(tǒng)進(jìn)行智能操作，這樣就大大提高了工作的效率，使整個(gè)工作過(guò)程又快又穩(wěn)并且保證了操作人員的人身安全。這樣人性化的系統(tǒng)設(shè)計(jì)會(huì)是今后工業(yè)設(shè)計(jì)的主流方向，使得企

24、業(yè)在大數(shù)據(jù)和愈加市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)化的國(guó)際環(huán)境中得以穩(wěn)步發(fā)展。</p><p>　　1.2 混凝土加料機(jī)的發(fā)展?fàn)顩r</p><p>　　19世紀(jì)40年代，在德、美、俄等國(guó)家出現(xiàn)了以蒸氣機(jī)為動(dòng)力源的自落式攪拌機(jī)，其攪拌腔由多面體狀的木制筒構(gòu)成。直到19世紀(jì)80年代，才開(kāi)始用鐵或鋼件代替木板，但形狀仍然為多面體。</p><p>　　1888年，法國(guó)申請(qǐng)登記了第一個(gè)用于修筑戰(zhàn)前公

25、路的混凝土攪拌機(jī)專利。20世紀(jì)初，圓柱形的拌筒自落式攪拌機(jī)才開(kāi)始普及。形狀的改進(jìn)避免了混凝土在拌筒內(nèi)壁上的凝固沉積，提高了攪拌質(zhì)量和效率。</p><p>　　1903年，德國(guó)在斯太爾伯格建造了世界上第一座水泥混凝土的預(yù)拌工廠。</p><p>　　1908年，美國(guó)出現(xiàn)了第一臺(tái)內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)的攪拌機(jī)，隨后電動(dòng)機(jī)則成為主要?jiǎng)恿υ?。?913年開(kāi)始，美國(guó)開(kāi)始大量生產(chǎn)預(yù)拌混凝土。</p>

26、<p>　　1950年，亞洲大陸的日本開(kāi)始用攪拌機(jī)生產(chǎn)預(yù)拌混凝土。在這期間，仍然以各種有葉片或無(wú)葉片的自落式攪拌機(jī)的發(fā)明與應(yīng)用為主。自落式攪拌機(jī)依靠被拌筒提升到一定高度的物料的自落完成攪拌。</p><p>　　綜觀而言，混凝土加料系統(tǒng)主要使用單片機(jī)、PLC、WinCC這三種方式來(lái)進(jìn)行編程，因?yàn)閱纹瑱C(jī)在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用時(shí)間以及廣泛性都比較有優(yōu)勢(shì)，它的發(fā)展正迅速滲透各行各業(yè)，其迅猛和普及之勢(shì)是許多人始料

27、不及的。單片機(jī)解放了人類的智力, 提高了人類的能力和工作效率。又隨著現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的日益擴(kuò)大和相關(guān)工藝的復(fù)雜性, 使得自動(dòng)化和先進(jìn)控制方法成為可能。</p><p>　　當(dāng)今因?yàn)橛?jì)算機(jī)的微型化、網(wǎng)絡(luò)化、性能價(jià)格比的上升和軟件的功能日益強(qiáng)大， 單片機(jī)控制系統(tǒng)不再是一種昂貴的系統(tǒng)，它幾乎可以出現(xiàn)在任何的場(chǎng)合，如實(shí)時(shí)控制、監(jiān)控、數(shù)據(jù)采集、信息處理等，所以單片機(jī)在工業(yè)領(lǐng)域正成為不可缺少和不可替代的強(qiáng)有力的控制工具。&l

28、t;/p><p>　　對(duì)于混凝土攪拌而言，目前國(guó)內(nèi)通常使用的后臺(tái)加料形式一般有旋臂拉鏟式、鏈?zhǔn)郊恿鲜胶脱b載機(jī)加料式等幾種。</p><p>　　國(guó)內(nèi)使用的裝載機(jī)加砂石料具有良好的發(fā)展前景，其優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在：</p><p>　　（1） 使用靈活方便 </p><p>　　在總體結(jié)構(gòu)上一般采用組合裝載式，整體性好、運(yùn)輸轉(zhuǎn)移和快速安裝都靈活方便，所

29、以這種形式特別適合城市建設(shè)、公路建設(shè)等混凝土工程施工。</p><p>　　（2） 制造使用經(jīng)濟(jì)</p><p>　　裝載機(jī)加料形式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工方便。從成本而言只是其余兩種加料機(jī)的30%~50%左右；從使用方面來(lái)看，裝載機(jī)在生產(chǎn)中可對(duì)其他設(shè)備進(jìn)行散料的堆積工作，提高了裝載機(jī)加料的機(jī)械利用率。</p><p>　　（3） 拌料利用率高</p><

30、p>　　采用裝載機(jī)能一次性將砂石料裝入攪拌倉(cāng)，同時(shí)可將場(chǎng)地現(xiàn)場(chǎng)清理干凈。</p><p>　　1.3 本文需要研究的問(wèn)題</p><p>　　控制系統(tǒng)的控制器由單片機(jī)和擴(kuò)展電路組成，單片機(jī)控制繼電器，繼電器控制交流接觸器。本控制系統(tǒng)可以根據(jù)送料工藝的需要，設(shè)置兩條生產(chǎn)線的輸送、排料、滿料、空料等參數(shù)值，并且能夠檢測(cè)到滿料狀態(tài)，避免工作誤差的產(chǎn)生。</p><p&g

31、t;　　根據(jù)加料工藝要求，其工作原理是：先將真空管關(guān)閉，啟動(dòng)電機(jī)，用低真空氣流將塑料樹(shù)脂粒子送入真空管，電機(jī)停轉(zhuǎn)，再將粒子排入料斗，如此循環(huán)。</p><p>　　由單片機(jī)AT89C51控制的混凝土自動(dòng)加料控制系統(tǒng)，可用一個(gè)電機(jī)控制兩個(gè)加料生產(chǎn)線，由電磁閥來(lái)切換。兩個(gè)生產(chǎn)線既可單獨(dú)運(yùn)行，也可同時(shí)運(yùn)行。假如兩者同時(shí)運(yùn)行，當(dāng)一個(gè)生產(chǎn)線輸送結(jié)束后，判斷到另一個(gè)生產(chǎn)線排料已經(jīng)結(jié)束，那么，電機(jī)不停轉(zhuǎn)而方向閥換向，從而為另一

32、個(gè)生產(chǎn)線送料。這樣可以發(fā)揮控制系統(tǒng)和電機(jī)的效率，從而實(shí)現(xiàn)供料自動(dòng)化。</p><p>　　本文對(duì)自動(dòng)加料機(jī)的設(shè)計(jì)，主要把單片機(jī)控制芯片應(yīng)用于此系統(tǒng)，需要研究的主要問(wèn)題有：</p><p>　　1）能檢測(cè)到滿料狀態(tài)，并顯示出輸送、排料、滿料時(shí)間；</p><p>　　2）時(shí)間誤差：0.1秒；</p><p>　　3）具有抗干擾能力。</p

33、><p>　　第2章 自動(dòng)加料機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路</p><p>　　2.1 自動(dòng)加料機(jī)設(shè)計(jì)圖</p><p>　　混凝土自動(dòng)加料機(jī)整體設(shè)計(jì)圖如下圖2-1所示。</p><p>　　圖2-1 混凝土自動(dòng)加料機(jī)整體設(shè)計(jì)圖</p><p>　　加料斗中裝著混凝土所需的物料，水、沙子、石子、水泥、外加劑等原料。通過(guò)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，使傳送帶

34、牽動(dòng)加料斗往上傳輸，到攪拌機(jī)進(jìn)料口后電機(jī)停轉(zhuǎn)，加料斗卡槽處開(kāi)始往攪拌機(jī)里送料。然后電機(jī)反轉(zhuǎn)，使加料機(jī)下降，接著往攪拌機(jī)里送料。整個(gè)過(guò)程的滿料、送料的時(shí)間通過(guò)顯示器可以觀測(cè)出。通過(guò)單片機(jī)系統(tǒng)的控制，使這整個(gè)過(guò)程實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，使得效率大大提高。</p><p>　　2.2 控制系統(tǒng)硬件的組成</p><p><b>　　2.2.1 單片機(jī)</b></p>&l

35、t;p>　　生產(chǎn)應(yīng)用中使用的單片機(jī)品種繁多，但是在我國(guó)使用最多的是Intel公司的MCS-51系列單片機(jī)及其增強(qiáng)型、擴(kuò)展型的衍生機(jī)型。</p><p>　　8051單片機(jī)最早是由Intel公司將80C51內(nèi)核使用權(quán)，以專利互換或者出讓轉(zhuǎn)給了世界許多著名IC制造廠商，如ATMEL、NEC、AMD、PHILIPS、DALLAS、ANALOG DEVICES等。這些公司在保持與80C51單片機(jī)兼容的基礎(chǔ)上，也加上

36、了自身優(yōu)勢(shì)，擴(kuò)展了針對(duì)滿足不同測(cè)控對(duì)象要求的外圍電路，準(zhǔn)確來(lái)說(shuō)是與MCS-51指令系統(tǒng)兼容的單片機(jī)。</p><p>　　這些兼容機(jī)與8051的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)（主要是指令系統(tǒng)）相同，采用CMOS工藝，因而常采用80C51系列來(lái)稱呼所有具有8051指令系統(tǒng)的單片機(jī)。它們對(duì)8051一般都作了一些補(bǔ)充，更具有特點(diǎn)，這些單片機(jī)的功能和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力也更強(qiáng)。如滿足模擬量輸入的A/D、滿足伺服驅(qū)動(dòng)的PWM、滿足高速輸入/輸出的控制的H

37、SL/HSO、滿足串行擴(kuò)展總線的I2C、保證程序可靠運(yùn)行的WDT、引入使用方便廉價(jià)的Flash ROM等，開(kāi)發(fā)出上百種功能各異的新品種。</p><p>　　目前使用的MCS-51系列單片機(jī)及其兼容產(chǎn)品通常分為以下幾種：</p><p><b>　　1.基本型</b></p><p>　　典型產(chǎn)品：8031/8051/8751。</p&g

38、t;<p><b>　　2.增強(qiáng)型</b></p><p>　　典型產(chǎn)品：8032/8052/8752。</p><p><b>　　3.低功耗型</b></p><p>　　代表產(chǎn)品：80C31/87C51/80C51。</p><p>　　4.專用型：Intel公司的8044/87

39、44。</p><p>　　5.超8位型：PHILIPS公司的80C552/87C552/83C552。</p><p>　　6.片內(nèi)閃爍存儲(chǔ)器型：AT89C51。</p><p>　　在眾多MCS-51單片機(jī)及其各種增強(qiáng)型、擴(kuò)展型等衍生品種的兼容機(jī)中，PHILIPS公司生產(chǎn)的80C552/87C552/83C552系列單片機(jī)和ATMEL公司的AT89C51單片機(jī)在

40、我國(guó)使用較多。尤其是ATMEL首推的AT89C51單片機(jī)。它是一個(gè)低功耗、高性能的含有4KB閃爍存儲(chǔ)器的8位CMOS單片機(jī)，始終頻率高達(dá)20MHz，與MCS-51的指令系統(tǒng)和引腳完全兼容。閃爍存儲(chǔ)器允許在線（+5V）電擦除、電寫入或使用編程器對(duì)其重復(fù)編程。此外，89C51還支持由軟件選擇的2種掉電工作方式，非常適合電池供電或其它要求低功耗的場(chǎng)合。由于片內(nèi)帶EPROM的87C51價(jià)格偏高，而89C51芯片內(nèi)的4KB閃爍存儲(chǔ)器可在線編程或使

41、用編程器重復(fù)編程，并且價(jià)格較低，因此89C51受到了應(yīng)用設(shè)計(jì)者的歡迎[1]。</p><p>　　AT89C51是美國(guó)ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓，高性能CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含4KB的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲(chǔ)器（PEROM）和128B的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（ROM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器（CPU）和Flash存儲(chǔ)單元。功能強(qiáng)

42、大的AT89C51單片機(jī)可提供許多高性價(jià)比的應(yīng)用場(chǎng)合，可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。本文就采用AT89C51。</p><p><b>　　2.2.2 傳感器</b></p><p>　　為檢測(cè)到混凝土攪拌機(jī)的滿料狀態(tài)，需要采用傳感器來(lái)感知，并把這種信號(hào)采集傳給加料機(jī)，使它停止進(jìn)料。因?yàn)閿嚢铏C(jī)每次攪拌時(shí)有可能存在少量攪拌的情況，而且在進(jìn)料的過(guò)程中，骨料和水的添加順序也是根

43、據(jù)攪拌機(jī)的工作方式而變化。所以采用物料傳感器可能需要同時(shí)使用檢測(cè)料位和界位的傳感器，務(wù)必會(huì)使用更多的接口，使成本增加，導(dǎo)致硬件布局繁瑣。</p><p>　　因而，使用壓力傳感器就能夠簡(jiǎn)化這個(gè)問(wèn)題。</p><p>　　能夠檢測(cè)壓力值并提供遠(yuǎn)傳信號(hào)的裝著稱為壓力傳感器。壓力傳感器是壓力檢測(cè)儀表的重要組成部分，它可以滿足自動(dòng)化系統(tǒng)集中檢測(cè)與控制的要求，在工業(yè)生產(chǎn)中得到廣泛使用。壓力傳感器的結(jié)

44、構(gòu)形式多種多樣，常見(jiàn)的有應(yīng)變式、壓阻式、壓電式、電容式、振頻式壓力傳感器等。此外還有光電式、光纖式、超聲式壓力傳感器等。</p><p>　　以下是幾種常見(jiàn)的壓力傳感器：</p><p><b>　　應(yīng)變式壓力傳感器</b></p><p>　　各種應(yīng)變?cè)蛷椥栽溆?，組成應(yīng)變式壓力傳感器。應(yīng)變?cè)墓ぷ髟砘趯?dǎo)體和半導(dǎo)體的“應(yīng)變效應(yīng)”，

45、即當(dāng)導(dǎo)體和半導(dǎo)體材料發(fā)生機(jī)械形變時(shí)，其電阻值將發(fā)生變化。它所用的彈性元件可根據(jù)被測(cè)介質(zhì)和測(cè)量范圍的不同而采用各種型號(hào)，常見(jiàn)的有元膜片、彈性梁、應(yīng)變筒等。</p><p><b>　　壓阻式壓力傳感器</b></p><p>　　壓阻式壓力傳感器是基于半導(dǎo)體的壓阻效應(yīng)。它不同于應(yīng)變式壓力傳感器所用的體型應(yīng)變?cè)?，而是采用集成電路的、工藝直接在硅平膜片上按一定晶向制成擴(kuò)散

46、壓敏電阻。硅平膜片在微小變形時(shí)有良好的彈性特征，當(dāng)硅片受壓時(shí)，膜片是變形使擴(kuò)散電阻的阻值發(fā)生變化。</p><p><b>　　電容式壓力傳感器</b></p><p>　　電容式壓力傳感器的測(cè)量原理是將彈性元件的位移轉(zhuǎn)換為電容量的變化。</p><p><b>　　振頻式壓力傳感器</b></p><

47、p>　　振頻式壓力傳感器利用感壓元件本身的諧振頻率與壓力的關(guān)系，通過(guò)測(cè)量頻率信號(hào)的變化來(lái)檢測(cè)壓力。這種傳感器有振筒、振弦、振膜、石英諧振等多種型式。這種傳感器體積小，精確度高，適用于氣體檢測(cè)。</p><p><b>　　壓電式壓力傳感器</b></p><p>　　壓電式壓力傳感器是利用壓電材料的壓電效應(yīng)將被測(cè)壓力轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的，不適用于受溫度響應(yīng)的場(chǎng)合。&l

48、t;/p><p>　　考慮到成本和市場(chǎng)使用的廣泛性，論文中選用抗沖擊拉壓力傳感器。拉壓力傳感器又叫電阻應(yīng)變式傳感器，隸屬于稱重傳感器系列，是一種將物理信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榭蓽y(cè)量的電信號(hào)輸出的裝置。廣泛運(yùn)用在工業(yè)稱重系統(tǒng)、平臺(tái)秤、電子秤、吊鉤秤、配料秤等測(cè)力場(chǎng)合[2][3]。</p><p>　　2.2.3 存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路</p><p>　　MCS-51單片機(jī)內(nèi)集成了各種存儲(chǔ)器和

49、I/O功能部件，但有時(shí)候根據(jù)應(yīng)用系統(tǒng)的功能需要，片內(nèi)的資源還不能滿足需要，還需要外擴(kuò)存儲(chǔ)器和I/O功能部件（也稱I/O接口部件），這就是通常所說(shuō)的MCS-51單片機(jī)的系統(tǒng)外擴(kuò)。系統(tǒng)擴(kuò)展是以MCS-51單片機(jī)為核心進(jìn)行的，擴(kuò)展內(nèi)容包括擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器ROM、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM、I/O接口部件及I/O設(shè)備等。</p><p>　　E2PROM是電可擦除可編程只讀存儲(chǔ)器，其突出優(yōu)點(diǎn)是能夠在線擦除和改寫，無(wú)需像EPROM那樣

50、必須用紫外線照射才能擦除。較新的E2PROM產(chǎn)品在寫入時(shí)能夠自動(dòng)完成擦除，且不在需要專用的編程電源，可以直接使用單片機(jī)系統(tǒng)的+5V電源。</p><p>　　E2PROM用于單片機(jī)系統(tǒng)中，既可以擴(kuò)展為片外EPROM，也可以擴(kuò)展為片外RAM。它使單片機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，特別是調(diào)試試驗(yàn)更為方便、靈活。在調(diào)試程序時(shí)，用E2PROM代替仿真EPROM，既可以方便地修改程序，又能夠保存調(diào)試好的程序。當(dāng)然，與RAM芯片相比，E2P

51、ROM寫操作速度是很慢的。另外，它的擦除/寫入是有壽命限制的，雖有1萬(wàn)次之多，但也不宜用在數(shù)據(jù)頻率更新的場(chǎng)合。因此應(yīng)注意均衡使用各單元，不然有些芯片會(huì)提前結(jié)束壽命。</p><p>　　E2PROM既具有ROM的非易失性的優(yōu)點(diǎn)，又能像RAM一樣隨時(shí)地讀/寫，每個(gè)單元保留信息的時(shí)間長(zhǎng)達(dá)20年，不存在EPROM在日光下信息緩慢流失的問(wèn)題。因此，論文中選用E2PROM芯片來(lái)外擴(kuò)存儲(chǔ)器。</p><p

52、>　　其中常用的E2PROM芯片有2816/2816A，2817/2817A，2864A等[3]。</p><p>　　2.2.4 LED顯示電路</p><p>　　自動(dòng)加料機(jī)在運(yùn)行時(shí)需要顯示滿料、進(jìn)料以及出料時(shí)間，所以輸出采用成本低廉但配置靈活的LED顯示器。</p><p>　　LED( Lighting Emitting Diode )是發(fā)光二極管英文

53、名字縮寫。常用的LED顯示器8段（或7段，8段比7段多了1個(gè)小數(shù)點(diǎn)“dp”段）。每一段對(duì)應(yīng)一個(gè)發(fā)光二極管。這種顯示器有共陽(yáng)極和共陰極2種。</p><p>　　由N個(gè)LED顯示塊可拼成N位的LED顯示器。</p><p>　　N個(gè)LED顯示塊有N位位選線和8×N根斷碼線。段碼線控制顯示字符的字型，而位碼線為各個(gè)LED顯示塊中各段的公共端，它控制該LED顯示位的亮或暗。</p

54、><p>　　LED顯示器有靜態(tài)顯示和動(dòng)態(tài)顯示2種顯示方式。</p><p><b>　　LED靜態(tài)顯示方式</b></p><p>　　LED顯示器工作于靜態(tài)顯示方式時(shí)，各位的共陰極（或共陽(yáng)極）連接在一起并接地（或+5V）；每位的段碼線（a~dp）分別為1個(gè)8位的鎖存器輸出相連。之所以稱為靜態(tài)顯示，是因?yàn)楦鱾€(gè)LED的顯示字符一經(jīng)確定，相應(yīng)鎖存器鎖

55、存的段碼輸出將維持不變，直到送入另一個(gè)字符的段碼為止。正應(yīng)為如此，靜態(tài)顯示器的亮度都較高。</p><p>　　系統(tǒng)在每一次顯示輸出后，能保持顯示不變，僅僅在待顯示數(shù)字需要改變時(shí)，才更新其數(shù)字顯示器中鎖存的內(nèi)容，這種顯示占用CPU時(shí)間少，顯示穩(wěn)定可靠。缺點(diǎn)是：當(dāng)顯示位數(shù)較多時(shí)，就占用較多的I/O接口。</p><p><b>　　LED動(dòng)態(tài)顯示方式</b></p

56、><p>　　在多位LED顯示時(shí)，為簡(jiǎn)化硬件電路，通常將所有位的段碼線并聯(lián)在一起，由1個(gè)8位I/O口控制，形成段碼線的多路復(fù)用，而各位的共陽(yáng)極或共陰極分別由相應(yīng)的I/O線控制，實(shí)現(xiàn)各位的分時(shí)選通。</p><p>　　CPU需定時(shí)地對(duì)每位LED顯示器進(jìn)行掃描，每位LED顯示器分時(shí)輪流工作，每次只能使一位LED顯示，但由于人眼視覺(jué)暫留現(xiàn)象，仍感覺(jué)所有的LED顯示器都同時(shí)顯示。這種顯示的優(yōu)點(diǎn)是使用

57、硬件少，占用 I/O少。缺點(diǎn)是：占用CPU時(shí)間長(zhǎng)，只要不執(zhí)行顯示程序，就立刻停止顯示。</p><p>　　本論文所設(shè)計(jì)的混凝土自動(dòng)加料機(jī)控制系統(tǒng)因?yàn)樗x的攪拌機(jī)型號(hào)或應(yīng)用場(chǎng)所的不同，可選用的LED片數(shù)也會(huì)不同。根據(jù)不同型號(hào)的混凝土攪拌機(jī)而言，攪拌的混凝土每次用時(shí)大約6~15min，所以采用2片靜態(tài)顯示方式的LED即可滿足基本需求[1][4]。</p><p>　　2.2.5 鍵盤輸入電路

58、</p><p>　　鍵盤在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中能實(shí)現(xiàn)向單片機(jī)輸入數(shù)據(jù)、傳送命令等功能，是人工預(yù)單片機(jī)的主要手段。常用的鍵盤接口分為獨(dú)立式鍵盤接口和行列式鍵盤接口。</p><p><b>　　1.獨(dú)立式鍵盤接口</b></p><p>　　獨(dú)立式鍵盤就是各鍵相互獨(dú)立，每個(gè)按鍵各接一根輸入線，通過(guò)檢測(cè)輸入線的電平狀態(tài)可以很容易的判斷哪個(gè)鍵被按下。&

59、lt;/p><p>　　在按鍵數(shù)目較多時(shí)，獨(dú)立式鍵盤電路需要較多的輸入口，且電路結(jié)構(gòu)繁雜，故此種鍵盤適用于按鍵較少或操作速度較高的場(chǎng)合。</p><p>　　中斷方式的獨(dú)立式鍵盤工作電路，只要有一個(gè)鍵按下，與門的輸出即為低電平，向8031發(fā)出中斷請(qǐng)求，在中斷服務(wù)程序下，對(duì)按下的鍵進(jìn)行識(shí)別。查詢方式的獨(dú)立式鍵盤工作電路，按鍵直接與8031的I/O口線相接，通過(guò)讀I/O口，判斷各I/O口線電平狀態(tài)

60、，即可以識(shí)別出按下的鍵。</p><p>　　同時(shí)也可用擴(kuò)展的I/O口作為獨(dú)立式鍵盤接口電路，采用8255A擴(kuò)展I/O口，也有用三態(tài)緩沖器擴(kuò)展的I/O口。這兩種接口電路都是把按鍵當(dāng)作外部RAM某一工作單元的位來(lái)對(duì)待，通過(guò)讀片外RAM的方法識(shí)別按鍵狀態(tài)。</p><p><b>　　2.行列式鍵盤接口</b></p><p>　　行列式（也稱矩陣

61、式）鍵盤用于按鍵數(shù)目較多的場(chǎng)合，它由行線和列線組成，按鍵位于行列的交點(diǎn)上。一個(gè)3×3的行列結(jié)構(gòu)可以構(gòu)成一個(gè)有9個(gè)按鍵的鍵盤。同理，一個(gè)4×4的行列結(jié)構(gòu)可以構(gòu)成一個(gè)16鍵的鍵盤，很明顯，在按鍵數(shù)量較多的場(chǎng)合，矩陣式鍵盤與獨(dú)立式鍵盤相比，要節(jié)省很多的I/O口線。</p><p>　　按鍵設(shè)置在行列線交點(diǎn)上，行列線分別接到按鍵開(kāi)關(guān)兩端。行線通過(guò)上拉電阻接到+5V上。平時(shí)無(wú)按鍵按下時(shí)，行線處于高電平狀

62、態(tài)，而當(dāng)有按鍵按下時(shí)，行線電平狀態(tài)將由于此行線相連的列線電平?jīng)Q定。列線電平如果為低電平，則行線電平為低電平，列線電平如果為高電平，則行線電平為高電平。這是識(shí)別矩陣鍵盤按鍵是否按下的關(guān)鍵所在。由于矩陣鍵盤中行列線為多鍵公用，各按鍵均影響該鍵所在行列的電平。因此各按鍵彼此將相互發(fā)生影響，所以必須將行列信號(hào)配合起來(lái)比做適當(dāng)?shù)奶幚?，才能確定閉合鍵的位置。</p><p>　　本論文設(shè)計(jì)的自動(dòng)加料機(jī)中需要最少的按鍵有：運(yùn)送

63、加料斗生產(chǎn)線的啟動(dòng)鍵和停止鍵，分秒選擇鍵、時(shí)間設(shè)置加和時(shí)間設(shè)置減鍵，顯示生產(chǎn)線狀態(tài)的切換鍵、時(shí)間設(shè)置鍵、時(shí)間切換鍵這8個(gè)按鍵。此外，還要有8個(gè)用于顯示控制狀態(tài)的發(fā)光二極管[4]。</p><p>　　所以，論文中采用8255A來(lái)擴(kuò)展并行口。</p><p>　　2.2.6 繼電器電路</p><p>　　繼電器(Relay)，也稱電驛，是一種電子控制器件，它具有控制

64、系統(tǒng)（又稱輸入回路）和被控制系統(tǒng)（又稱輸出回路），通常應(yīng)用于自動(dòng)控制電路中，它實(shí)際上是用較小的電流去控制較大電流的一種“自動(dòng)開(kāi)關(guān)”。故在電路中起著自動(dòng)調(diào)節(jié)、安全保護(hù)、轉(zhuǎn)換電路等作用。</p><p>　　在電氣控制領(lǐng)域或產(chǎn)品中，凡是需要邏輯控制的場(chǎng)合，幾乎都需要使用繼電器，從家用電器到工農(nóng)業(yè)應(yīng)用，甚至國(guó)民經(jīng)濟(jì)各個(gè)部門，可謂無(wú)所不見(jiàn)。</p><p>　　繼電器是一種利用各種物理量的變化，將

65、電量或非電量信號(hào)轉(zhuǎn)化為電磁力（有觸頭式）或使輸出狀態(tài)發(fā)生階躍變化（無(wú)觸頭式），從而通過(guò)其觸頭或突變量促使在同一電路或另一電路中的其它器件或裝置動(dòng)作的一種控制元件。</p><p>　　根據(jù)轉(zhuǎn)化的物理量的不同，可以構(gòu)成各種各樣的不同功能的繼電器，以用于各種控制電路中進(jìn)行信號(hào)傳遞、放大、轉(zhuǎn)換、聯(lián)鎖等，從而控制主電路和輔助電路中的器件或設(shè)備按預(yù)定的動(dòng)作程序進(jìn)行工作，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制和保護(hù)的目的。</p>&l

66、t;p>　　自動(dòng)加料機(jī)將混凝土骨料以及水通過(guò)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的帶動(dòng)，牽引到攪拌機(jī)進(jìn)料口，此時(shí)電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，加料斗的小門打開(kāi)開(kāi)始給攪拌機(jī)送料。論文中用到2個(gè)繼電器控制交流接觸器，采用4123無(wú)極性交流繼電器，并利用光耦合元件P521使它與單片機(jī)隔開(kāi)。AT89C51的P1初始值是0FFH，還要再加上一個(gè)74LS04反相器使得繼電器在初始時(shí)不會(huì)閉合，用MC1413作為無(wú)源驅(qū)動(dòng)器以及IN4007構(gòu)成繼電器的續(xù)流二極管。</p>&l

67、t;p>　　2.2.7 看門狗電路</p><p>　　MCS-51PC受到干擾而失控，引起程序亂飛，可能會(huì)使程序陷入死循環(huán)。指令冗余和軟件陷阱技術(shù)不能使失控的程序擺脫死循環(huán)的困擾，則系統(tǒng)會(huì)完全癱瘓。此時(shí)若是有操作人員在場(chǎng)，可按下人工復(fù)位鍵來(lái)強(qiáng)制使系統(tǒng)復(fù)位。但是操作人員不可能一直呆守在監(jiān)控系統(tǒng)畫面前，即使是時(shí)刻對(duì)著電腦不眨眼，也往往是在引起不良反應(yīng)后才進(jìn)行處理?？撮T狗技術(shù)就是使用一種計(jì)數(shù)器開(kāi)不斷的技術(shù)，監(jiān)視

68、著程序使它循環(huán)運(yùn)行。若發(fā)生時(shí)間超過(guò)已知的循環(huán)設(shè)定時(shí)間，則認(rèn)為系統(tǒng)陷入了死循環(huán)，此時(shí)計(jì)數(shù)器溢出，然后強(qiáng)迫系統(tǒng)復(fù)位，在復(fù)位入口0000H處安排一段出錯(cuò)處理程序，使程序運(yùn)行進(jìn)入軌道。</p><p>　　另外，在單片機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，有可能會(huì)發(fā)生電源掉電的意外情況，一些重要的數(shù)據(jù)也隨時(shí)遭受流失。這就要求系統(tǒng)應(yīng)首先檢測(cè)到電源的變化，然后通過(guò)切換電路把備用電池接入到系統(tǒng)中以保護(hù)RAM中的數(shù)據(jù)不丟失。</p>&l

69、t;p>　　日前，看門狗電路和掉電保護(hù)電路，都已經(jīng)集成在一片微處理器監(jiān)控器芯片中。所以，MCS-51只需擴(kuò)展一片微處理器監(jiān)控器芯片即可。這類芯片集成化程度較高，功能齊全，具有廣闊的應(yīng)用前景。而在單片機(jī)中應(yīng)用這種芯片，就可大大提高系統(tǒng)的抗干擾能力以及可靠性。因此，論文中選用MAX813L芯片[4]。</p><p>　　2.3 控制系統(tǒng)總方框圖</p><p>　　綜上所述，系統(tǒng)的大體

70、方框圖如下圖2-2所示。</p><p>　　圖2-2 加料機(jī)控制系統(tǒng)的方框圖</p><p>　　第3章 系統(tǒng)硬件介紹</p><p>　　3.1 AT89C51</p><p>　　AT89C51是一種帶4K字節(jié)FLASH存儲(chǔ)器（FPEROM—Flash Programmable and Erasable Read Only Memory

71、）的低電壓、高性能CMOS 8位微處理器，俗稱單片機(jī)。</p><p>　　單片機(jī)的可擦除只讀存儲(chǔ)器可以反復(fù)擦除1000次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器， AT89C51單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。</p>

72、<p>　　3.1.1 AT89C51的芯片</p><p>　　AT89C51引腳圖如圖3-1所示。</p><p>　　圖3-1 AT89C51引腳圖</p><p>　　3.1.2 AT89C51的引腳</p><p>　　AT89C51 提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能：4K字節(jié)FLASH 閃速存儲(chǔ)器，128字節(jié)內(nèi)部RAM，3

73、2位I/O 口線，兩個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，一個(gè)5向量?jī)杉?jí)中斷結(jié)構(gòu)，一個(gè)全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路。</p><p>　　同時(shí)，AT89C51可降至0Hz的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式?？臻e方式停止CPU的工作，但允許RAM、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存RAM中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一個(gè)硬件復(fù)位。</p><

74、p>　　AT89C51各個(gè)引腳簡(jiǎn)介如下：</p><p><b>　　電源引腳</b></p><p>　　電源引腳接入單片機(jī)的工作電源。</p><p>　　Vcc（40引腳）：供電電壓，接+5V。</p><p>　　Vss（20引腳）：接地。</p><p><b>　　時(shí)鐘

75、引腳</b></p><p>　　2個(gè)時(shí)鐘引腳XTAL1、XTAL2外接晶體與片內(nèi)的反相放大器構(gòu)成了1個(gè)振蕩器，它為單片機(jī)提供了時(shí)鐘控制信號(hào)。2個(gè)時(shí)鐘引腳也可以外接獨(dú)立的晶體振蕩器。</p><p>　?。?） XTAL1（19引腳）：接外部晶體的1個(gè)引腳。該引腳內(nèi)部是1個(gè)反相放大器的輸入端。這個(gè)反相放大器構(gòu)成了片內(nèi)振蕩器。如果采用外接晶體振蕩器時(shí)，此引腳應(yīng)接地。</p&

76、gt;<p>　　（2） XTAL2（18引腳）：外接晶體的另一端，在該引腳內(nèi)部接至內(nèi)部方向放大器的輸出端。</p><p><b>　　控制引腳</b></p><p>　　此類引腳提供控制引腳，有的引腳還具有復(fù)用功能。</p><p>　?。?） RST/Vpd（9引腳）：RST（RESET）是復(fù)位信號(hào)輸入端，高電平有效。Vp

77、d是本引腳的第二功能，即備用電源的輸入端。</p><p>　?。?） (30引腳) ：ALE引腳輸出為地址鎖存允許信號(hào)，當(dāng)單片機(jī)上電正常工作后，此引腳不斷輸出正脈沖信號(hào)。為本引腳的第二功能，在對(duì)片內(nèi)單片機(jī)（EPROM型）編程寫入時(shí)，此引腳作為編程脈沖輸入端。</p><p>　?。?） （29引腳）：程序存儲(chǔ)器允許輸出控制端。</p><p&

78、gt;　　（4）（31引腳）：功能為內(nèi)外程序存儲(chǔ)器選擇控制端。Vpp為本引腳的第二功能。對(duì)于89C51而言，加在Vpp引腳的編程電源電壓為+12V或+5V。</p><p>　　4. I/O口引腳</p><p>　　（1） P0口：雙向8位三態(tài)I/O口，此口為地址總線（低8位）及數(shù)據(jù)總線分時(shí)復(fù)用口，可驅(qū)動(dòng)8個(gè)LS型TTL負(fù)載。</p><p>　?。?） P1口

79、：8位準(zhǔn)雙向I/O口，可驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL負(fù)載。</p><p>　　（3） P2口：8位準(zhǔn)雙向I/O口，與地址總線（高8位）復(fù)用，可驅(qū)動(dòng)4個(gè)LS型TTL負(fù)載。</p><p>　　（4） P3口：8位準(zhǔn)雙向I/O口，雙功能復(fù)用口，可驅(qū)動(dòng)4個(gè)LS型TTL負(fù)載。</p><p>　　3.1.3 AT89C51的CPU</p><p><b&g

80、t;　　1. 運(yùn)算器</b></p><p>　　運(yùn)算器主要用來(lái)對(duì)操作數(shù)進(jìn)行算術(shù)、邏輯運(yùn)算和位操作。主要包括算術(shù)邏輯運(yùn)算單元ALU、累加器A、位處理器、程序狀態(tài)字寄存器PSW以及BCD碼修正電路等。</p><p><b>　　2. 控制器</b></p><p>　　控制器是單片機(jī)的指揮控制部件，控制器的主要任務(wù)是識(shí)別指令，并根據(jù)

81、指令的性質(zhì)控制單片機(jī)各功能部件，從而保證單片機(jī)各部分能自動(dòng)而協(xié)調(diào)地工作?？刂破髦饕ǔ绦蛴?jì)數(shù)器、程序地址寄存器、指令寄存器IR、指令譯碼器、條件轉(zhuǎn)移邏輯電路及時(shí)序控制邏輯電路。</p><p>　　3.1.4 AT89C51的存儲(chǔ)器和并行I/O端口</p><p>　　MCS-51單片機(jī)采用的是哈佛結(jié)構(gòu)，即程序存儲(chǔ)器空間和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器空間是各自獨(dú)立的。這種結(jié)構(gòu)對(duì)于單片機(jī)“面向控制”的實(shí)際應(yīng)

82、用極為方便。它的存儲(chǔ)空間可劃分為5類：程序存儲(chǔ)器、內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、特殊功能存儲(chǔ)器、位地址空間和外部數(shù)據(jù)寄存器。</p><p>　　AT89C51共有4個(gè)雙向的8位并行I/O端口，分別記作P0~P3，共有32根口線，端口的每一位均由鎖存器、輸出驅(qū)動(dòng)器和輸入緩沖器所組成。P0~P3的端口寄存器屬于特殊功能寄存器，這4個(gè)端口除了按字節(jié)尋址之外，還可按位尋找。由于它們?cè)诮Y(jié)構(gòu)上有一些差異，故各端口的性質(zhì)和功能會(huì)有一些差異

83、。</p><p>　　3.1.5 AT89C51振蕩器特性和芯片擦除特性</p><p>　　1. 振蕩器特性：XTAL1和XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)器件，XTAL2應(yīng)不接。有余輸入至內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)要通過(guò)一個(gè)二分頻觸發(fā)器，因此對(duì)外部時(shí)鐘信號(hào)的脈寬無(wú)任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。&

84、lt;/p><p>　　2. 芯片擦除：整個(gè)PEROM陣列和三個(gè)鎖定位的電擦除可通過(guò)正確的控制信號(hào)組合，并保持ALE管腳處于低電平10ms 來(lái)完成。在芯片擦操作中，代碼陣列全被寫“1”且在任何非空存儲(chǔ)字節(jié)被重復(fù)編程以前，該操作必須被執(zhí)行。</p><p>　　此外，AT89C51設(shè)有穩(wěn)態(tài)邏輯，可以在低到零頻率的條件下靜態(tài)邏輯，支持兩種軟件可選的掉電模式。在閑置模式下，CPU停止工作。但RAM，

85、定時(shí)器，計(jì)數(shù)器，串口和中斷系統(tǒng)仍在工作。在掉電模式下，保存RAM的內(nèi)容并且凍結(jié)振蕩器，禁止所用其他芯片功能，直到下一個(gè)硬件復(fù)位為止。</p><p>　　3.1.6 AT89C51與AT89S51的區(qū)別及優(yōu)點(diǎn)</p><p>　　AT89S51 是一個(gè)低功耗，高性能CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含8K Bytes ISP(In-System Programmable)的可反復(fù)擦寫1000次的F

86、lash只讀程序存儲(chǔ)器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)制造，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)及80C51引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用8位中央處理器和ISP Flash存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大的微型計(jì)算機(jī)的AT89S51可為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)供給高性價(jià)比的解決方案。</p><p>　　AT89S51具有如下特點(diǎn)：40個(gè)引腳，8K Bytes Flash片內(nèi)程序存儲(chǔ)器，128 Bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)

87、器（RAM），32個(gè)外部雙向輸入/輸出（I/O）口，5個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)2層中斷嵌套中斷，2個(gè)16位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器,2個(gè)全雙工串行通信口，看門狗（WDT）電路，片內(nèi)時(shí)鐘振蕩器。</p><p>　　此外，AT89S52設(shè)計(jì)和配置了振蕩頻率可為0Hz并可通過(guò)軟件設(shè)置省電模式?？臻e模式下，CPU暫停工作，而RAM定時(shí)計(jì)數(shù)器、串行口、外中斷系統(tǒng)可繼續(xù)工作，掉電模式凍結(jié)振蕩器而保存RAM的數(shù)據(jù)，停止芯片其它功能直至外中斷激活

88、或硬件復(fù)位。同時(shí)該芯片還具有PDIP、TQFP和PLCC等三種封裝形式，以適應(yīng)不一樣產(chǎn)品的需求。</p><p>　　AT89S51與AT89C51相比，外型引腳完全相同，AT89C51的HEX程序無(wú)須任何轉(zhuǎn)換可直接在AT89S51運(yùn)行，結(jié)果一樣。AT89S51比AT89C51還新增了一些功能，支持在線編程和看門狗是其中主要特點(diǎn)。</p><p>　　它們之間主要區(qū)別在于以下幾點(diǎn)：<

89、/p><p>　　1. 引腳功能：管腳幾乎相同,變化的有,在AT89S51中P1.5、P1.6、P1.7具有第二功能，即這3個(gè)引腳的第二功能組成了串行ISP編程的接口。</p><p>　　2. 編程功能：AT89C51僅支持并行編程，而AT89S51不但支持并行編程還支持ISP再線編程。在編程電壓方面,AT89C51的編程電壓除正常工作的5V外，另Vpp需要12V,而AT89S51僅僅需要4

90、-5V即可。</p><p>　　3. 燒寫次數(shù)更高：AT89S51標(biāo)稱燒寫次數(shù)是1000次，實(shí)為1000-10000次，這樣更有利開(kāi)始學(xué)習(xí)者反復(fù)燒寫，降低學(xué)習(xí)成本。</p><p>　　4. 工作頻率更高：AT89C51極限工作頻率是24MHZ，而AT89S51最高工作頻率是33MHz，(AT89S51芯片有兩中型號(hào)，支持最高工作頻率分別為24MHz和33MHz)從而具有更快的計(jì)算速度。

91、</p><p>　　5. 電源范圍更寬：AT89S51工作電壓范圍，達(dá)4~5.5V，而AT89C51在底于4.8V和高于5.3V的時(shí)候則無(wú)法正常工作。</p><p>　　6.抗干擾性更強(qiáng)：AT89S51內(nèi)部集成看門狗計(jì)時(shí)器(Watchdog Timer)，而AT89C51需外接看門狗計(jì)時(shí)器電路，或者用單片機(jī)內(nèi)部定時(shí)器構(gòu)成軟件看門狗來(lái)實(shí)現(xiàn)軟件抗干擾。</p><p&g

92、t;　　雖然現(xiàn)在AT89S51因?yàn)樗膬?yōu)點(diǎn)正得到大力推廣使用，但是AT89C51具有指令簡(jiǎn)單，易學(xué)易懂，外圍電路簡(jiǎn)單，硬件設(shè)計(jì)方便，I/O口操作簡(jiǎn)單，無(wú)方向寄存器，資源豐富的優(yōu)點(diǎn)，一般的設(shè)計(jì)足夠用在簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)中。并且它的價(jià)格便宜、容易購(gòu)買，網(wǎng)上或者書面資料豐富容易查到，程序燒寫的過(guò)程也比較簡(jiǎn)單。所以選用AT89C51作為論文的單片機(jī)芯片[5][6]。</p><p><b>　　3.2 外擴(kuò)電路<

93、;/b></p><p>　　論文選用的E2PROM芯片是2864A。</p><p>　　3.2.1 2864A芯片</p><p>　　2864A引腳圖如圖所示。</p><p>　　圖3-2 2864A E2PROM引腳圖</p><p>　　2864A的主要性能如下表3-1所示[7]。</p>

94、<p>　　表3-1 2864A主要性能</p><p>　　2864A的工作方式見(jiàn)下表3-2所示。</p><p>　　表3-2 2864A的工作方式</p><p>　　由上表3-2可知，2864A的工作方式有4種：</p><p><b>　　維持方式</b></p><p>

95、　　當(dāng)為高電平時(shí)，2864A進(jìn)入低耗維持方式。此時(shí)，輸出線呈高阻態(tài)，芯片的電流從140mA降至維持電流60mA。</p><p><b>　　讀方式</b></p><p>　　當(dāng)和均為低電平而為高電平時(shí)，內(nèi)部的數(shù)據(jù)緩沖器被打開(kāi)，數(shù)據(jù)送上總線，此時(shí)，可進(jìn)行讀操作。</p><p><b>　　寫方式</b></p&g

96、t;<p>　　2864A提供了兩種數(shù)據(jù)方式：頁(yè)寫入和字節(jié)寫入。</p><p>　?。?） 頁(yè)寫入：2864A片內(nèi)設(shè)置了16字節(jié)的“頁(yè)緩沖器”，并將整個(gè)存儲(chǔ)器陣列劃分成512頁(yè)，每頁(yè)16個(gè)字節(jié)。頁(yè)的區(qū)分可由地址的高9位來(lái)確定，地址線的低4位用以選擇頁(yè)緩沖器中的16個(gè)地址單元之一。</p><p>　　寫方式時(shí)，為低電平，在下降沿，地址碼A0～A12被片內(nèi)鎖存器鎖存，在上升時(shí)

97、數(shù)據(jù)被鎖存。片內(nèi)還有一個(gè)字節(jié)裝載限時(shí)定時(shí)器，只要時(shí)間未到，數(shù)據(jù)可以隨機(jī)地寫入頁(yè)緩沖器。在連續(xù)向頁(yè)緩沖器寫入數(shù)據(jù)的過(guò)程中，不用擔(dān)心限時(shí)定時(shí)器會(huì)益處，因?yàn)槊慨?dāng)下降沿時(shí)，限時(shí)定時(shí)器自動(dòng)被復(fù)位并重新啟動(dòng)計(jì)時(shí)。</p><p>　?。?） 字節(jié)寫入：字節(jié)寫入的過(guò)程與頁(yè)寫入的過(guò)程類似，不同之處是僅寫入一個(gè)字節(jié)，限時(shí)定時(shí)器就溢出。</p><p><b>　　數(shù)據(jù)查詢方式</b>&

98、lt;/p><p>　　數(shù)據(jù)查詢是指用軟件來(lái)檢測(cè)寫操作中的頁(yè)存儲(chǔ)周期是否完成。</p><p>　　在頁(yè)存儲(chǔ)期間，如對(duì)2864A執(zhí)行讀操作，那么讀出的是最后寫入的字節(jié)，若芯片的轉(zhuǎn)儲(chǔ)工作未完成，則讀出數(shù)據(jù)的最高位是原來(lái)寫入字節(jié)最高位的反碼。據(jù)此，CPU可判斷 的編程是否結(jié)束。如果讀出的數(shù)據(jù)與寫入的數(shù)據(jù)相同，表示芯片已完成編程，CPU可繼續(xù)向2864A裝載下一頁(yè)數(shù)據(jù)。</p><

99、;p>　　3.2.2 74LS373芯片</p><p>　　2864A與單片機(jī)接口時(shí)，2864A的片選端與高地址線P2.7連接，P2.7=0才能選中2864A，這種線選法決定了2864A對(duì)應(yīng)多組地址空間，即：0000H～1FFFFH，2000H～3FFFH，4000H～5FFFH，6000H～7FFFH。這8K字節(jié)存儲(chǔ)器可作為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器使用，但掉電后數(shù)據(jù)不丟失。2864A與AT89C51接口電路如圖：?jiǎn)纹?/p>

100、機(jī)由于受引腳數(shù)的限制，數(shù)據(jù)線和地址線是復(fù)用的，由P0口兼用。為了將它們分離出來(lái)，以便同單片機(jī)片外的擴(kuò)展芯片正確的連接，需要在單片機(jī)外部增加地址鎖存器。論文中使用74LS373。 </p><p>　　74LS373是帶有三態(tài)門的八D鎖存器。</p><p>　　芯片引腳圖如下圖3-3所示。</p><p>　　圖3-3 74LS373引腳圖</p>&

101、lt;p>　　當(dāng)使能信號(hào)線OE為低電平時(shí)，三態(tài)門處于導(dǎo)通狀態(tài)，允許1Q-8Q輸出到OUT1-OUT8；當(dāng)OE端為高電平時(shí)，輸出三態(tài)門斷開(kāi)，輸出線OUT1-OUT8處于浮空狀態(tài)。</p><p>　　G是數(shù)據(jù)輸入鎖存選通信號(hào)，當(dāng)74LS373用作地址鎖存器時(shí)，首先應(yīng)使三態(tài)門的使能信號(hào)OE為低電平，這時(shí)，當(dāng)G端輸入端為高電平時(shí)，鎖存器輸出（1Q-8Q）狀態(tài)和輸入端（1D-8D）狀態(tài)相同；當(dāng)G端從高電平返回到低電

102、平（下降沿）時(shí)，輸入端（1D-8D）的數(shù)據(jù)鎖入1Q-8Q的八位鎖存器中。</p><p>　　當(dāng)用74LS373作為地址鎖存器時(shí)，它們的G端可直接與單片機(jī)的鎖存控制信號(hào)端ALE相連，在ALE下降沿進(jìn)行地址鎖存。</p><p><b>　　引腳說(shuō)明如下：</b></p><p>　　D0～D7：鎖存器8位數(shù)據(jù)輸入線 。</p&g

103、t;<p>　　Q0～Q7：鎖存器8位數(shù)據(jù)輸出線。</p><p><b>　　GND：接地引腳。</b></p><p>　　Vcc：電源引腳，＋5V有效。</p><p>　　OE ：片選信號(hào)引腳 。</p><p>　　G：鎖存控制信號(hào)輸入引腳。</p><p>　　

104、綜上所述，存儲(chǔ)器外擴(kuò)電路連線圖如下圖3-4所示。</p><p>　　圖3-4 存儲(chǔ)器外擴(kuò)電路</p><p><b>　　3.3 LED電路</b></p><p>　　LED顯示電路采用74LS377驅(qū)動(dòng)器和MC14511B譯碼器來(lái)控制LED數(shù)碼管。</p><p>　　3.3.1 74LS377</p>

105、<p>　　74LS377是一種八D邊沿觸發(fā)器。當(dāng)允許控制端為低電平，在時(shí)鐘端CP脈沖上升沿作用下，輸出端Q與數(shù)據(jù)段D相一致。當(dāng)CP為高電平或低電平，D對(duì)Q沒(méi)影響。</p><p><b>　　其引出端符號(hào)如下：</b></p><p>　?。涸试S控制端（低電平有效）；</p><p>　　CP：時(shí)鐘輸入端（上升沿有效）；<

106、/p><p>　　1D~8D：數(shù)據(jù)輸入端；</p><p>　　1Q~8Q：輸出端。</p><p>　　74LS377的主要電特性的典型值如下表3-3所示：</p><p>　　表3-3 74LS377的電特性</p><p>　　74LS377的極限值見(jiàn)下表所示：</p><p>　　表3-4

107、74LS377的極限值</p><p>　　74LS377功能表如下表所示：</p><p>　　表3-5 74LS377的功能表</p><p>　　各字符所表示的意義如下所示：</p><p><b>　　H：高電平；</b></p><p><b>　　L：低電平；</b&g

108、t;</p><p>　　↑：低到高電平跳變；</p><p><b>　　X：任意；</b></p><p>　　Q0：規(guī)定的穩(wěn)態(tài)輸入條件建立前Q的電平[8]。</p><p>　　74LS377的引腳圖如下圖3-5所示。</p><p>　　圖3-5 74LS377引腳圖</p>

109、<p>　　3.3.2 MC14511B譯碼器</p><p>　　該器件包含保護(hù)電路，以保護(hù)輸入以免受到損害。它內(nèi)部具有一個(gè)高阻抗電路，用來(lái)避免電壓值超過(guò)額定最大電壓。</p><p>　　MC14511B是 BCD七段鎖存器/解碼器/驅(qū)動(dòng)器，它擁有具有互補(bǔ)MOS（CMOS）增強(qiáng)模式結(jié)構(gòu)以及具有一個(gè)NPN雙極型的輸出驅(qū)動(dòng)器。它還提供了1個(gè)4Bit的存儲(chǔ)單元。應(yīng)用范圍包括儀器（

110、例如，計(jì)數(shù)器，DVM等）顯示；用以驅(qū)動(dòng)程序，如計(jì)算機(jī)/計(jì)算器顯示驅(qū)動(dòng)器，座艙顯示驅(qū)動(dòng)器；充當(dāng)各種時(shí)鐘信號(hào)和定時(shí)器的用途[8]。</p><p>　　它的引腳圖如下所示。</p><p>　　圖3-6 MC14511B引腳圖</p><p>　　MC14511B的真值表如下表3-6所示[9]。</p><p>　　表3-6 MC14511B的真

111、值表</p><p>　　MC14511B引腳說(shuō)明如下：</p><p><b>　　Vdd：電源引腳。</b></p><p>　　a~g：連接顯示器的七位段碼，7個(gè)信號(hào)輸出端。</p><p><b>　　Vss：接地。</b></p><p>　　A~D：4個(gè)信號(hào)輸入端

112、。</p><p>　　LED顯示電路連線圖如下圖3-7所示。</p><p>　　圖3-7 LED電路圖</p><p>　　3.4 鍵盤接入芯片8255A</p><p>　　8255A是一種可編程的I/O接口芯片，可以與MCS-51系統(tǒng)單片機(jī)以及外設(shè)直接相連，廣泛用作外部并行I/O擴(kuò)展接口。</p><p>　　

113、3.4.1 8255A引腳</p><p>　　8255A引腳圖如下圖3-8所示。</p><p>　　圖3-8 8255A引腳圖</p><p>　　3.4.2 8255A引腳功能</p><p><b>　　引腳介紹如下：</b></p><p>　　D0~D7：8位雙向數(shù)據(jù)總線。</p