【正文】 單片機(jī)進(jìn)行詳細(xì)的介紹： STC：前綴，表示芯片為 STC 公司生產(chǎn)的產(chǎn)品。 8：表示該芯片為 8051 內(nèi)核芯片 9：表示內(nèi)部含 Flash EEPROM 存儲(chǔ)器。 C：表示該器件為 CMOS 產(chǎn)品， CMOS 常指保存計(jì)算機(jī)基本啟動(dòng)信息的 芯片，可由主板的電池供電，即使系統(tǒng)掉電，信息也不會(huì)丟失。 5：固定不變 1：表示該芯片內(nèi)部程序存儲(chǔ)空間的大小， 1為 4KB,2 為 8KB,3 為 12KB 等，程序空間的大小決定了一個(gè)芯片所能裝入的執(zhí)行代碼的多少。 RC：表示 STC 單片機(jī)內(nèi)部 RAM（隨機(jī)讀寫存儲(chǔ)器）為 512KB。 40：表示該芯片外部晶振最高可接入 40MHz。 C:產(chǎn)品級(jí)別，表示該芯片使用溫度范圍， C表示商業(yè)級(jí)，溫度范圍為 0度+70 度。 該單片機(jī)的存儲(chǔ) 器相對(duì)設(shè)計(jì)任務(wù)來(lái)說(shuō)，對(duì)程序代碼的儲(chǔ)存足夠了，所以無(wú)需再加外圍的擴(kuò)展存儲(chǔ)器。 模數(shù)轉(zhuǎn)換器是該電路中的重要組成部分，其工作效率直 影響到系統(tǒng)的效率。 ADC0809 轉(zhuǎn)換器 模擬輸入電壓范圍 0～ +5V，不需零點(diǎn)和滿刻度校準(zhǔn) ，而且能耗低，工作溫度范圍寬，所以可以作為該系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換器。 總體方案 按照上述方案論證的結(jié)果 ，首先通過鍵盤設(shè)定電流值，然后檢測(cè)電流值，轉(zhuǎn)基于 51 單片機(jī)壓力檢測(cè) _課程設(shè)計(jì) 單片機(jī) 原理與 接口 技術(shù) 課程設(shè) 計(jì) 8 換成數(shù)字量通過數(shù)碼管顯示出來(lái)。當(dāng)電流過大時(shí)繼電器動(dòng)作，切斷電路，保護(hù)用電器。如圖 所示。 單 片 機(jī) 最 小 系 統(tǒng)8 9 c 5 2鍵 盤聲 光 報(bào) 警裝 置傳 感 器模 數(shù) 轉(zhuǎn) 換1 6 0 2液 晶 顯 示裝 置 圖 總體方案框圖 基于 51 單片機(jī)壓力檢測(cè) _課程設(shè)計(jì) 單片機(jī) 原理與 接口 技術(shù) 課程設(shè) 計(jì) 9 掃 描 鍵 值開 始默 認(rèn) 液 晶 顯示功 能 選 擇數(shù) 值 減數(shù) 值 加實(shí) 時(shí) 顯 示A / D 切 換 模式數(shù) 值 減數(shù) 值 加 圖 系統(tǒng)流程圖 3 硬件電路設(shè)計(jì) 時(shí)鐘電路 單片機(jī)片內(nèi)有一個(gè)高增益的反相放大器，反相放大器的輸入端為 XTAL1，輸出端為 XTAL2，由該放大器構(gòu)成的振蕩電路和時(shí)鐘電路一起構(gòu)成了單片機(jī)的時(shí)鐘方式。在內(nèi)部方式時(shí)鐘電路中，必須在 XTAL1 和 XTAL2 引腳兩端跨接石英晶體振蕩器和兩個(gè)微調(diào)電容構(gòu)成振蕩電路，通常 C1 和 C2 一般取 30pF，晶振的頻率取值在 ～ 12MHz 之間。對(duì)于外接時(shí)鐘電路 ，要求 XTAL1 接地，XTAL2 腳接外部時(shí)鐘，對(duì)于外部時(shí)鐘信號(hào)并無(wú)特殊要求，只要保證一定的脈沖寬度，時(shí)鐘頻率低于 12MHz 即可。晶體振蕩器的振蕩信號(hào)從 XTAL2 端送入內(nèi)部時(shí)鐘電路，它將該振蕩信號(hào)二分頻，產(chǎn)生一個(gè)兩相時(shí)鐘信號(hào) P1 和 P2 供單片基于 51 單片機(jī)壓力檢測(cè) _課程設(shè)計(jì) 單片機(jī) 原理與 接口 技術(shù) 課程設(shè) 計(jì) 10 機(jī)使用。時(shí)鐘信號(hào)的周期稱為狀態(tài)時(shí)間 S，它是振蕩周期的 2 倍， P1 信號(hào)在每個(gè)狀態(tài)的前半周期有效，在每個(gè)狀態(tài)的后半周期 P2 信號(hào)有效。 CPU就是以兩相時(shí)鐘 P1 和 P2 為基本節(jié)拍協(xié)調(diào)單片機(jī)各 部分有效工作。如圖 所示。 X T A L 218X T A L 119A L E30EA31P S E N29RS T9P 0 .0 /A D 039P 0 .1 /A D 138P 0 .2 /A D 237P 0 .3 /A D 336P 0 .4 /A D 435P 0 .5 /A D 534P 0 .6 /A D 633P 0 .7 /A D 732P 1 . 01P 1 . 12P 1 . 23P 1 . 34P 1 . 45P 1 . 56P 1 . 67P 1 . 78P 3 .0 /R X D10P 3 .1 /T X D11P 3 .2 /I NT 012P 3 .3 /I NT 113P 3 .4 /T 014P 3 .7 / R D17P 3 . 6 / W R16P 3 .5 /T 115P 2 .7 /A 1 528P 2 .0 / A 821P 2 .1 / A 922P 2 .2 /A 1 023P 2 .3 /A 1 124P 2 .4 /A 1 225P 2 .5 /A 1 326P 2 .6 /A 1 427U1A T 8 9 C5 1C33 0 p FC43 0 p FX11 2 M H z 圖 復(fù)位電路 在上電或復(fù)位 過程中，控制 CPU的復(fù)位狀態(tài)：這段時(shí)間內(nèi)讓 CPU 保持復(fù)位狀態(tài)，而不是一上電或剛復(fù)位完畢就工作，防止 CPU 發(fā)出錯(cuò)誤的指令、執(zhí)行錯(cuò)誤操作，也可以提高電磁兼容性能。單片機(jī)在啟動(dòng)時(shí)都需要復(fù)位，以使 CPU 及系統(tǒng)各部件處于確定的初始狀態(tài)，并從初態(tài)開始工作。單片機(jī)系統(tǒng)的復(fù)位方式有：手動(dòng)按鈕復(fù)位和上電復(fù)位 。復(fù)位方式有手動(dòng)復(fù)位、上電復(fù)位和積分型復(fù)位。如圖 所示。 基于 51 單片機(jī)壓力檢測(cè) _課程設(shè)計(jì) 單片機(jī) 原理與 接口 技術(shù) 課程設(shè) 計(jì) 11 X T A L 218X T A L 119A L E30EA31P S E N29RS T9P 0 .0 /A D 039P 0 .1 /A D 138P 0 .2 /A D 237P 0 .3 /A D 336P 0 .4 /A D 435P 0 .5 /A D 534P 0 .6 /A D 633P 0 .7 /A D 732P 1 . 01P 1 . 12P 1 . 23P 1 . 34P 1 . 45P 1 . 56P 1 . 67P 1 . 78P 3 .0 /R X D10P 3 .1 /T X D11P 3 .2 /I NT 012P 3 .3 /I NT 113P 3 .4 /T 014P 3 .7 / R D17P 3 . 6 / W R16P 3 .5 /T 115P 2 .7 /A 1 528P 2 .0 / A 821P 2 .1 / A 922P 2 .2 /A 1 023P 2 .3 /A 1 124P 2 .4 /A 1 225P 2 .5 /A 1 326P 2 .6 /A 1 427U1A T 8 9 C5 1C21 0 u FR51 0 kR72 2 0圖 復(fù)位電路 AD 簡(jiǎn)介與原理分析 模擬 /數(shù)字轉(zhuǎn)換就是我們通常所說(shuō)的 A/D 轉(zhuǎn)換，它將輸入的模擬信號(hào)(如電壓 )轉(zhuǎn)換成控制芯片 (如單片機(jī)， ARM)所能識(shí)別的二進(jìn)制形式，然后經(jīng)過運(yùn)算，既可以還原出輸入模擬信號(hào)的值。 A/D 轉(zhuǎn)換是一種非常重要的技術(shù)手段，是單片機(jī)等控制芯片與外界信號(hào)的接口部分，如圖 所示。 A / D 轉(zhuǎn) 換芯 片（ 如 A D C 0 8 0 4 ） 模擬電路處 理 器芯 片（ 如 5 1 單 片 機(jī) ） 顯 示( 如 八 段 數(shù) 碼管 ， L C D ， 上位 機(jī) 軟 件 ) 外 界 信 號(hào)（ 如 聲 音 ，血 糖 濃 度 ，溫 度 ）電 壓 值 二 進(jìn) 制 形 式 控 制 信 號(hào)傳感器 電 壓 值 圖 基于 51 單片機(jī)壓力檢測(cè) _課程設(shè)計(jì) 單片機(jī) 原理與 接口 技術(shù) 課程設(shè) 計(jì) 12 外界信號(hào) ： 外界信號(hào)的范圍十分廣泛，自然界的一切信號(hào)，比如聲音，溫度甚至是血糖濃度等都可以規(guī)類為外界信號(hào)。 傳感器： 因?yàn)榇蠖鄶?shù)外界信號(hào)都不是電信號(hào)，因此需要通過各種傳感器將這些外界信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，例如：通過熱電耦可以將溫度轉(zhuǎn)換成一個(gè)電壓值。 模擬電路： 設(shè)計(jì)模擬電路的原因 主要有以下兩點(diǎn) 1．由于外界信號(hào)的復(fù)雜性，使得傳感器直接輸出的電信號(hào)可能會(huì)存在一些問題（如不穩(wěn)定），這些不穩(wěn)定信號(hào)如果直接送到 A/D 芯片進(jìn)行采樣，則最終結(jié)果可能使得最后的顯示值來(lái)回亂跳，而無(wú)法確定待測(cè)的外界信號(hào)到底是多少。因此，可能需要設(shè)計(jì)一套模擬電路對(duì)傳感器輸出的不穩(wěn)定電信號(hào)進(jìn)行濾波等處理，去除干擾，使得進(jìn)入 A/D 轉(zhuǎn)換芯片的電壓值為一個(gè)穩(wěn)定的信號(hào)。 2．每一個(gè) A/D 轉(zhuǎn)換芯片都有一個(gè)參考電壓，只有輸入的模擬電壓值在這個(gè)參考電壓的范圍內(nèi)才能進(jìn)行正確的轉(zhuǎn)換，例如：本試驗(yàn)將 ADC0804 芯片的參考電壓設(shè)置成 0V～ 5V，因此如果輸入的電壓值大于 5V，則轉(zhuǎn)換出的結(jié)果永遠(yuǎn)為 0xFF,若輸入的電壓值小于 0V,則轉(zhuǎn)換出的結(jié)果永遠(yuǎn)為 0，這樣便無(wú)法正確的還原出被測(cè)信號(hào)的大小?；谏鲜鲈?，我們可能需要設(shè)計(jì)一套模擬電路，傳感器的輸出電壓值進(jìn)行一些變換（放大，縮?。?，使得送到 A/D 轉(zhuǎn)換芯片的電壓值在轉(zhuǎn)換芯片的參考電壓范圍內(nèi)。 A/D 轉(zhuǎn)換芯片： 即模擬 /數(shù)字轉(zhuǎn)換芯片，它將輸入的模擬電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成單片機(jī)等控制處理器能夠識(shí)別的數(shù)字二進(jìn)制形式。 處理器芯片： 處理器芯片有很多中（比如 51 單片機(jī)， ARM 或者是 PC上的奔騰處理器， AMD處理器）這些 處理器雖然架構(gòu)不一樣，但是有個(gè)共同的特點(diǎn)，就是它們能夠運(yùn)行程序，因此它們能通過程序?qū)?A/D 芯片送入的二進(jìn)制形式的電壓值進(jìn)行處理，通過運(yùn)算將其還原成待測(cè)的外界信號(hào)值，控制顯示部件（如LCD，八段數(shù)碼管）將這個(gè)值顯示出來(lái)。例如：假如 ADC0804 輸出的二進(jìn)制值 0x80,則根據(jù) A/D 轉(zhuǎn) 換 公 式 可 以 推 出 ADC0804 的 輸 入 電 壓 大 小 為(0x80/0x100)*5V=。假設(shè)信號(hào)經(jīng)過模擬電路縮小了 8 倍，則可以推出傳感器基于 51 單片機(jī)壓力檢測(cè) _課程設(shè)計(jì) 單片機(jī) 原理與 接口 技術(shù) 課程設(shè) 計(jì) 13 的輸出電壓為 *8=20V,再根據(jù)傳感器的轉(zhuǎn)換公式（一般手冊(cè)會(huì)給出）即可得到輸入的外界信號(hào)的 值。 顯示： 顯示的作用是將計(jì)算出的待測(cè)外界信號(hào)的值展示給測(cè)量人員，顯示的形式有很多種，如 LCD，八段數(shù)碼管 ,上位機(jī)軟件等。 通過上面的介紹，大家一定對(duì)這種基于 A/D 芯片的嵌入式設(shè)計(jì)模式有了一個(gè)大致的了解，其實(shí)現(xiàn)時(shí)中很多應(yīng)用都是遵循了這種設(shè)計(jì)模式，比如常用的數(shù)字萬(wàn)用表，數(shù)字溫度測(cè)量?jī)x，血糖測(cè)量?jī)x等。 本試驗(yàn)也遵循了這種設(shè)計(jì)模式，只不過它省略了傳感器和模擬電路部分，首先通過滑動(dòng)變阻器調(diào)節(jié)輸入到 ADC0804 芯片的電壓值（ ADC0804 芯片的參考電壓調(diào)節(jié)成 0V～ 5V,而滑動(dòng)變阻器產(chǎn)生的電壓范圍也為 0V～ 5V，因 此沒有必要設(shè)計(jì)額外的模擬電路），然后通過 51單片機(jī)進(jìn)行運(yùn)算處理得到這個(gè)輸入電壓值，最后再控制八段數(shù)碼管將這個(gè)電壓值顯示出來(lái)，實(shí)際上是實(shí)現(xiàn)了一個(gè)簡(jiǎn)易的數(shù)字電壓測(cè)量表。如圖 所示。 A / D 轉(zhuǎn) 換芯 片（ A D C 0 8 0 4 ） 處 理 器芯 片（ 5 1 單 片 機(jī) ） 顯 示( 八 段 數(shù) 碼 管 ) 電 壓 值 二 進(jìn) 制 形 式 控 制 信 號(hào)滑 動(dòng) 變 阻 器 圖 圖 ADC0804規(guī)格及引腳分配圖 基于 51 單片機(jī)壓力檢測(cè) _課程設(shè)計(jì) 單片機(jī) 原理與 接口 技術(shù) 課程設(shè) 計(jì) 14 本試驗(yàn)采用的 A/D芯片為 ADC0804，它是 CMOS 8位單通道逐次漸近型的模 /數(shù)轉(zhuǎn)換器，其規(guī)格及引腳圖如圖 ，根據(jù)手冊(cè)我們可以得到各個(gè)引腳的大致功能如上： /CS： 芯片片選信號(hào)，低電平有效，即 /CS=0,該芯片才能正常工作，在外接多個(gè) ADC0804芯片時(shí)，該信號(hào)可以作為選擇地址使用，通過不同的地址信號(hào)使能不同的 ADC0804芯片，從而可以實(shí)現(xiàn)多個(gè) ADC通道的分時(shí)復(fù)用。 /WR:啟動(dòng) ADC0804進(jìn)行 ADC采樣，該信號(hào)低電平有效，即 /WR信號(hào)由高電平變成低電平時(shí)，觸發(fā)一次 ADC轉(zhuǎn)換。 /RD:低電平有效，即 /RD=0時(shí)，可以通過數(shù)據(jù)端口 DB0～ DB7讀出本次的采樣結(jié)果。 UIN（ +）和 UIN（ ）： 模擬電壓輸入端，模擬電壓輸入接 UIN（ +）端， UIN（ ）端接地。雙邊輸入時(shí) UIN（ +）、 UIN（ ）分別接模 擬電壓信號(hào)的正端和負(fù)端。當(dāng)輸入的模擬電壓信號(hào)存在“零點(diǎn)漂移電壓”時(shí)，可在 UIN（ ）接一等值的零點(diǎn)補(bǔ)償電壓，變換時(shí)將自動(dòng)從 UIN（ +）中減去這一電壓。 VREF/2： 參考電壓接入引腳，該引腳可外接電壓也可懸空，若外界電壓，則 ADC的參考電壓為該外界電壓的兩倍，如不