【正文】 IEMENS 的SAB80512 等、 AMD(先進微器件公司 ) 的 8053 等、 OKI(日本沖電氣公司 ) 的MSM80C154 等、 ATMEL 公司的 89C51 等、 DALLAS 公司的 DS5000/DS5001 等、華邦公司的 W78C51 及 W77C51 等。 從 MCS－ 48 單片微機發(fā)展到如今的新一代單片微機，大致經(jīng)歷了三代。如以 Intel 8 位單片微機為例， 第一代：以 MCS－ 48 系列為代表，屬于低性能單片微機階段。 第二代：以 MCS－ 5l 系列的 805 8052 為代表。 主要的技術特征是為單片微機配置了完善的外部并行總線（ AB、 DB、 CB）和具有多機識別功能的串行通信接口（ UART），規(guī)范了功能單元的特殊功能寄存器（ SFR）控制模式及適應控制器特點的布爾處理系統(tǒng)和指令系統(tǒng)，為發(fā)展具有良好兼容性的新一代單片微機奠定了良好的基礎。 第三代：以 80C51 系列為代表。 它包括了 Intel 公司發(fā)展 MCS－ 51 系列的新一代產(chǎn)品，如 8XC15 80C51FA/FB、80C5lGA/GB、 8XC45 8XC452，還包括了 Phlips、 Siemens、 ADM、 Fujutsu、 OKI、ATMEL 等公司以 80C51 為核心推出的大量各具特色、與 MCS－ 51 兼容的單片微機。 在眾多的通用型單片機里，以 Intel 公司的 MCS51 系列單片微型計算機最為著名。MCS51 單片機系列有： 普通型： 51 子系列 8051/8751/8031； 增強型： 52 子系列 8052/8752/8032； 低功耗型： 80C51/87C51/80C31； 80C52/87C52/80C32。 低功耗型單片機采用 C110 半導體，用字母 C0MS 工藝型號中標識。如 8051 功耗為630mW，而 80C51 功耗僅為 120mW，適于便攜式或野外作業(yè)儀器設備中使用。特別值得一提的是 MCS51 的布爾處理器。它實際上是一個完整的一位微計算機，這個一位機有自己的 CPU，位寄存器， I/O 口和指令集。把八位微機和一位微機結合在一起是微機技術上的一個突破。一位機在開關決策，邏輯電路仿真和實時控制方面非常有效；而八位機在運算處理、數(shù)據(jù)采集方面有明顯的長處，在 MCS51 單片機中，八位機和一位機(布爾處理器 )的硬件資源是復合在一起的，二者相輔相承，這 是 MCS51 在設計上的精美之處，也是一般微機所不具備的，而且具有特殊的多機通訊功能，可作為多機系統(tǒng)的華北科技學院畢業(yè)設計 （論文） 第 9頁 共 47頁 一個子系統(tǒng)。很多智能性應用場合，智能型產(chǎn)品都用到了單片微型計算機，單片微型計算機應用開發(fā)一直受到人們的重視，并且日益強勁。 MCS51 單片機的應用設計一般包括兩大方面，即硬件接口設計和軟件設計。軟件設計中又分為與接口硬件有關的驅動程序的設計以及與接口硬件無關的數(shù)據(jù)運算和處理程序的設計。 AD 轉換 A/D 轉換器是用來通過一定的電路將模擬量轉變?yōu)閿?shù)字量。模擬量可以是電壓、電流等電信號，也 可以是壓力、溫度、濕度、位移、聲音等非電信號。但在 A/D轉換前，輸入到 A/D 轉換器的輸入信號必須經(jīng)各種傳感器把各種物理量轉換成電壓信號。 A/D 轉換后，輸出的數(shù)字信號可以有 8位、 10 位、 12 位和 16位等。 AD轉換主要有以下三種方法： （ 1） 逐次逼近法 逐次逼近式 A/D 是比較常見的一種 A/D 轉換電路，轉換的時間為微秒級。采用逐次逼近法的 A/D轉換器是由一個比較器、 D/A 轉換器、緩沖寄存器及控制邏輯電路組成 ?；驹硎菑母呶坏降臀恢鹞辉囂奖容^，好像用天平稱物體，從重到輕逐級增減砝碼進行試探。逐次逼近法轉換 過程是：初始化時將逐次逼近寄存器各位清零；轉換開始時，先將逐次逼近寄存器最高位置 1，送入 D/A 轉換器，經(jīng) D/A 轉換后生成的 模擬量 送入比較器，稱為 Vo ，與送入比較器的待轉換的模擬量 Vi 進行比較，若 VoVi，該位 1 被保留，否則被清除。然后再置逐次逼近寄存器次高位為 1，將寄存器中新的 數(shù)字量 送 D/A轉換器，輸出的 Vo 再與 Vi 比較，若 VoVi，該位 1 被保留，否則被清除。重復此過程，直至逼近寄存器最低位。轉換結束后，將逐次逼近寄存器中的 數(shù)字量 送入緩沖寄存器，得到數(shù)字量的輸出。逐次逼近的操作過程是在一個控制電路的 控制下進行的。 （ 2） 雙積分法 采用雙 積分法 的 A/D 轉換器由電子開關、積分器、比較器和控制邏輯等部件組成?；驹硎菍⑤斎腚妷鹤儞Q成與其平均值成正比的時間間隔，再把此 時間間隔轉換成數(shù)字量，屬于間接轉 換。 雙積分法 A/D 轉換的過程是：先將開關接通待轉換的模擬量 Vi，Vi 采樣輸入到積分器，積分器從零開始進行固定時間 T 的正向積分，時間 T 到后，開關再接通與 Vi 極 性 相反的基準電 壓 VREF，將 VREF 輸入到積分器，進行反向積分，直到輸出為 0V時停止積分。 Vi 越大，積分器輸出電 壓 越大，反向積分時間也越長。計數(shù)器在反向 積分時間內(nèi)所計的數(shù) 值，就是輸入模擬電 壓 Vi 所對應的數(shù)字量，實現(xiàn)了基于單片機的鍋爐監(jiān)控系統(tǒng)設計 第 10 頁 共 47 頁 A/D 轉換。 （ 3） 電壓頻率轉換法 采用電壓頻率轉換法的 A/D 轉換器，由計數(shù)器、控制門及一個具有恒定時間的時鐘門控制信號組成 。 它的工作原理是 V/F 轉換電路把輸入的模擬電壓轉換成與模擬電壓成正比的脈沖信號。電壓頻率轉換法的工作過程是：當模擬電壓 Vi 加到 V/F 的輸入端，便產(chǎn)生頻率 F 與 Vi 成正比的脈沖，在一定的時間內(nèi)對該脈沖信號計數(shù)，時間到，統(tǒng)計到計數(shù)器的計數(shù)值正比于輸入電壓 Vi，從而完成 A/D 轉換。 傳感器 （ 1） 傳感器的定義 國家標準 GB766587對傳感器下的定義是： “能感受規(guī)定的被測量并按照一定的規(guī)律轉換成可用信號的器件或裝置，通常由敏感元件和轉換元件組成 ”。傳感器是一種檢測裝置，能感受到被測量的信息，并能將檢測感受到的信息，按一定規(guī)律變換成為電信號或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲、顯示、記錄和控制等要求。它是實現(xiàn)自動檢測和自動控制的首要環(huán)節(jié)。 （ 2） 傳感器的分類 a、按傳感器的物理量分類，可分為位移、力、速度、溫度、流量、氣體成份等傳感器 。 b、按傳感器工作原理分類，可分為電阻、電容、電感、電壓 、霍爾、光電、光柵、熱電偶等傳感器。 c、按傳感器輸出信號的性質(zhì)分類，可分為：輸出為開關量（ “1”和 0”或 “開 ”和 “關 ”）的開關型傳感器；輸出為模擬型傳感器；輸出為脈沖或代碼的數(shù)字型傳感器。 （ 3） 、傳感器的靜態(tài)特性 傳感器的靜態(tài)特性是指對靜態(tài)的輸入信號，傳感器的輸出量與輸入量之間所具有相互關系。因為這時輸入量和輸出量都和時間無關，所以它們之間的關系，即傳感器的靜態(tài)特性可用一個不含時間變量的代數(shù)方程，或以輸入量作橫坐標，把與其對應的輸出量作縱坐標而畫出的特性曲線來描述。表征傳感器靜態(tài)特性的主要參數(shù)有 ：線性度、靈敏度、分辨力和遲滯等。 （ 4） 、傳感器的動態(tài)特性 所謂動態(tài)特性，是指傳感器在輸入變化時，它的輸出的特性。在實際工作中，傳感器的動態(tài)特性常用它對某些標準輸入信號的響應來表示。這是因為傳感器對標準輸入信號華北科技學院畢業(yè)設計 （論文） 第 11頁 共 47頁 的響應容易用實驗方法求得，并且它對標準輸入信號的響應與它對任意輸入信號的響應之間存在一定的關系，往往知道了前者就能推定后者。最常用的標準輸入信號有階躍信號和正弦信號兩種，所以傳感器的動態(tài)特性也常用階躍響應和頻率響應來表示。 （ 5） 、傳感器的線性度 通常情況下，傳感器的實際靜態(tài)特性輸出是條曲線 而非直線。在實際工作中，為使儀表具有均勻刻度的讀數(shù)，常用一條擬合直線近似地代表實際 的特性曲線、線性度（非線性誤差）就是這個近似程度的一個性能指標 。 擬合直線的選取有多種方法。如將零輸入和滿量程輸出點相連的理論直線作為擬合直線；或將與特性曲線上各點偏差的平方和為最小的理論直線作為擬合直線，此擬合直線稱為最小二乘法擬合直線。 （ 6） 、傳感器的靈敏度 靈敏度是指傳感器在穩(wěn)態(tài)工作情況下輸出量變化 △ y對輸入量變化 △ x的比值。 它是輸出一輸入特性曲線的斜率。如果傳感器的輸出和輸入之間顯線性關系，則靈敏度 S是一個常數(shù)。 否則，它將隨輸入量的變化而變化。 靈敏度的量綱是輸出、輸入量的量綱之比。例如，某位移傳感器，在位移變化 1mm時，輸出電壓變化為 200mV，則其靈敏度應表示為 200mV/mm。 當傳感器的輸出、輸入量的量綱相同時，靈敏度可理解為放大倍數(shù)。 提高靈敏度，可得到較高的測量精度。但靈敏度愈高，測量范圍愈窄，穩(wěn)定性也往往愈差。 （ 7） 、傳感器的分辨力 分辨力是指傳感器可能感受到的被測量的最小變化的能力。也就是說，如果輸入量從某一非零值緩慢地變化。當輸入變化值未超過某一數(shù)值時，傳感器的輸出不會發(fā)生變化，即傳感器對此 輸入量的變化是分辨不出來的。只有當輸入量的變化超過分辨力時，其輸出才會發(fā)生變化。通常傳感器在滿量程范圍內(nèi)各點的分辨力并不相同，因此常用滿量程中能使輸出量產(chǎn)生階躍變化的輸入量中的最大變化值作為衡量分辨力的指標。上述指標若用滿量程的百分比表示，則稱為分辨率。 （ 8） 、電阻式傳感器 電阻式傳感器是將被測量，如位移、形變、力、加速度、濕度、溫度等這些物理量轉換式成電阻值這樣的一種器件。主要有電阻應變式、壓阻式、熱電阻、熱敏、氣敏、濕敏等電阻式傳感器件。 （ 9） 、電阻應變式傳感器 傳感器中的電阻應變片具有金屬 的應變效應，即在外力作用下產(chǎn)生機械形變，從而使基于單片機的鍋爐監(jiān)控系統(tǒng)設計 第 12 頁 共 47 頁 電阻值隨之發(fā)生相應的變化。電阻應變片主要有金屬和半導體兩類，金屬應變片有金屬絲式、箔式、薄膜式之分。半導體應變片具有靈敏度高（通常是絲式、箔式的幾十倍）、橫向效應小等優(yōu)點。 （ 10） 、壓阻式傳感器 壓阻式傳感器是根據(jù)半導體材料的壓阻效應在半導體材料的基片上經(jīng)擴散電阻而制成的器件。其基片可直接作為測量傳感元件，擴散電阻在基片內(nèi)接成電橋形式。當基片受到外力作用而產(chǎn)生形變時，各電阻值將發(fā)生變化，電橋就會產(chǎn)生相應的不平衡輸出。 用作壓阻式傳感器的基片（或稱膜片）材料 主要為硅片和鍺片，硅片為敏感 材料而制成的硅壓阻傳感器越來越受到人們的重視，尤其是以測量壓力和速度的固態(tài)壓阻式傳感器應用最為普遍。 （ 11） 、熱電阻傳感器 熱電阻傳感器主要是利用電阻值隨溫度變化而變化這一特性來測量溫度及與溫度有關的參數(shù)。在溫度檢測精度要求比較高的場合，這種傳感器比較適用。目前較為廣泛的熱電阻材料為鉑、銅、鎳等，它們具有電阻溫度系數(shù)大、線性好、性能穩(wěn)定、使用溫度范圍寬、加工容易等特點。用于測量 200℃ ～ +500℃ 范圍內(nèi)的溫度。 （ 12） 、傳感器的遲滯特性 遲滯特性表征傳感器在正向（ 輸入量增大）和反向（輸入量減?。┬谐涕g輸出一輸入特性曲線不一致的程度，通常用這兩條曲線之間的最大差值 △ MAX與滿量程輸出 FS的百分比表示。 遲滯可由傳感器內(nèi)部元件存在能量的吸收造成 。 AT89C52 芯片介紹 圖 31 單片機內(nèi)部結構示意圖 定時 /計數(shù)器 中斷系統(tǒng) CPU 存儲器 并行 I/O口 串口 I/O口 TXD TXD RXD T INT P0P3 華北科技學院畢業(yè)設計 （論文） 第 13頁 共 47頁 （ CPU） 中央處理器是單片機最核心的部分，主要完成運算和控制功能。 內(nèi)部存儲器包括內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器（內(nèi)部 RAM）和內(nèi)部程序存儲器。存儲器是由大量的寄存器所組成，其中每一個寄 存器就稱為一個存儲單元。 /計數(shù)器 單片機的定時器和計數(shù)器是同一結構，只是計數(shù)器記錄的是單片機外部發(fā)生的事件，由單片機的外部電路提供計數(shù)信號；而定時器是由單片機內(nèi)部提供一個非常穩(wěn)定的計數(shù)信號。 中斷系統(tǒng)在計算機中起著十分重要的作用，是現(xiàn)代計算機系統(tǒng)中廣泛采用的一種實時控制技術，能對突發(fā)事件進行及時處理，從而大大提高系統(tǒng)的實時性能。 I/O 接口 串行 I/O 口的數(shù)據(jù)各位按順序傳輸，其特點是需要一對傳輸線，成本低；但速度慢，效率低，適合靜態(tài)顯示。 I/O 接口 并行 I/O 接口的 數(shù)據(jù)所有位同時傳送。其特點是傳輸速度快，效率高；但傳送多少位就需要多少根傳輸線，因此傳送成本高，適合動態(tài)顯示。 單片機的引腳功能介紹 P 1. 01P 1. 12P 1. 23P 1. 34P 1. 45P 1. 56P 1. 67P 1. 78R S T /V P D9P 3. 0 / R x D10P 3. 1 / T x D11P 3. 2 / I N T 012P 3. 3 / I N T 113P 3. 4 / T 014P 3. 5 / T 115P 3. 6 / W R16P 3. 7 / R D17