【正文】 應(yīng)用領(lǐng)域中，配接各種類型的語音接口，構(gòu)成具有合成語音輸出能力的綜合應(yīng)用系統(tǒng)，以增強人機對話的功能。 89C51 是 Intel 公司生產(chǎn)的一種單片機，在一小塊芯片上集成了一個微型計算機的各個組成部分。每一個單片機包括：一個 8位的微型處理器 CPU；一個 256K 的片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器 RAM；片內(nèi)程序存儲器ROM；四個 8 位并行的 I/O 接口 P0P3，每個接口既可以輸入，也可以輸出；兩個定時器 /記數(shù)器；五個中斷 源的中斷控制系統(tǒng)；一個全雙工 UART 的串行 I/O口；片內(nèi)振蕩器和時鐘產(chǎn)生電路，但石英晶體和微調(diào)電容需要外接。最高允許振蕩頻率是 12MHZ。以上各個部分通過內(nèi)部總線相連接。下面簡單介紹下其各個部分的功能。 中央處理器 CPU 是單片微型計算機的指揮、執(zhí)行中心，由它讀人用戶程序，并逐條執(zhí) 行指令，它是由 8 位算術(shù)／邏輯運算部件 (簡稱 ALu)、定時／控制部件，若干寄存器 A、 B、 B5w、 5P 以及 16 位程序計數(shù)器 (Pc)和數(shù)據(jù)指針寄存器 (DM)等主要部件組成。算術(shù)邏輯單元的硬件結(jié)構(gòu)與典型微型機相似。它具有對 8 位信息進(jìn)行 +、 、 x、 / 四則運算和邏輯與、或、異或、取反、清“ 0”等運算，并具有判跳、轉(zhuǎn)移、數(shù)據(jù)傳送等功能，此外還提供存放中間結(jié)果及常用數(shù)據(jù)寄存器?？刂破鞑考怯芍噶罴拇嫫鳌⒊绦蛴嫈?shù)器 Pc、定時與控制電路等組成的。指令寄存器中存放指令代碼。枷執(zhí)行指令時，從程序存儲器中取來經(jīng)譯碼器譯碼后，根據(jù)不同指令由定時與控制電路發(fā)出相應(yīng)的控制信號，送到存儲器、運算器或 I／ o 接口電路，完成指令功能。程序計數(shù)器 Pc 程序計數(shù)器 Pc 用來存放下一條將要執(zhí)行的指令，共16位．可對以 K字節(jié)的程序存儲器直接尋址 c 指令執(zhí)行結(jié)束后， Pc計數(shù)器自動增加，指向下一條要執(zhí)行的指令地址。 CPU 功能，總的來說是以不同的方式，執(zhí)行各種指令。不同的指令其功自略異。有的指令涉及到枷各寄存器之間的關(guān)系；有的指令涉及到單片機核心電路內(nèi)部各功能部件的關(guān) 系；有的則與外部器件如外部程序存儲器發(fā)生聯(lián)系。事實上， cRJ 是通過復(fù)雜的時序電路完 成不同的指令功能。所謂 cRJ 的時序是指控制器控照指今功能發(fā)出一系列在時間上有一定 次序的信號，控制和啟動一部分邏輯電路，完成某種操作。 一． 時序 1．時鐘電路 8051 片內(nèi)設(shè)有一個由反向放大器所構(gòu)成的振蕩電路， XTALI和 XTAL2 分別為振蕩電路的輸入端和輸出端。時鐘可以由內(nèi)部方式產(chǎn)生或外部方式產(chǎn)生。采用內(nèi)部方式時，在 C1 和 C2 引腳上接石英晶體和微調(diào)電容可以構(gòu)成振蕩器， 振蕩頻率的選擇范圍為 1． 2— 12MHZ 在使用外部時鐘時， XTAL2 用來輸入外部時鐘信號，而 XTALI 接地。 2．時序 MGL5l 單片機的一個執(zhí)器周期由 6 個狀態(tài) (s1— s6)組成，每個狀態(tài)又持續(xù) 2個接蕩周期，分為 P1 和 P2兩個節(jié)拍。這樣，一個機器周期由 12個振蕩周期組成。若采用 12MHz 的晶體振蕩器，則每個機器周期為 1us，每個狀態(tài)周期為 1／ 6us；在一數(shù)情況下，算術(shù)和邏輯操作發(fā)生在 N 期間，而內(nèi)部寄存器到寄存器的傳輸發(fā)生在 P2 期間。對于單周期指令，當(dāng)指令操作碼讀人指令寄存器時，使從 S1P2 開始執(zhí)行指令。如果是雙字節(jié)指令，則在同一機器周期的 s4讀人第二字節(jié)。若為單字節(jié)指令，則在 51 期間仍進(jìn)行讀，但所讀入的字節(jié)操作碼被忽略，且程序計數(shù)據(jù)也不加 1。在加結(jié)束時完成指令操作。多數(shù) Mcs— 51指令周期為 1— 2個機器周期，只有乘法和除法指令需要兩個以上機器周期的指令，它們需 4 個機器周期。 對于雙字節(jié)單機器指令，通常是在一個機器周期內(nèi)從程序存儲器中讀人兩個字節(jié)，但 Movx 指令例外， Movx 指令是訪問外部數(shù)據(jù)存儲器的單字節(jié)雙機器周期指令，在執(zhí)行 Movx 指令期間，外部數(shù)據(jù)存儲器被訪問且被選通時跳過兩次取指操作。 二． 引腳極其功能 MCS— 51 系列單片機的 40個引腳中有 2個專用于主電源引腳， 2個外接晶振的引腳， 4個控制或與其它電源復(fù)用的引腳，以及 32條輸入輸出 I/O 引腳。 下面按引腳功能分為 4 個部分?jǐn)⑹鰝€引腳的功能。 電源引腳 Vcc 和 Vss Vcc（ 40 腳）：接 +5V 電源正端； Vss（ 20 腳）：接 +5V 電源正端。 外接晶振引腳 XTAL1 和 XTAL2 XTAL1（ 19 腳） ：接外部石英晶體的一端。在單片機內(nèi)部，它是一個反相放大器的輸入端，這個放大器構(gòu)成采用外部時鐘時，對于 HMOS 單片機，該引腳接地；對于 CHOMS 單片機，該引腳作為外部振蕩信號的輸入端。 XTAL2（ 18 腳）：接外部晶體的另一端。在單片機內(nèi)部，接至片內(nèi)振蕩器的反相放大器的輸出端。當(dāng)采用外部時鐘時，對于 HMOS 單片機，該引腳作為外部振蕩信號的輸入端。對于 CHMOS 芯片，該引腳懸空不接。 控制信號或與其它電源復(fù)用引腳 控制信號或與其它電源復(fù)用引腳有 RST/VPD、 ALE/P、 PSEN 和 EA/VPP等 4 種形式。 （ A）． RST/VPD（ 9 腳）： RST 即為 RESET， VPD為備用電源，所以該引腳為單片機的上電復(fù)位或掉電保護(hù)端。當(dāng)單片機振蕩器工作時，該引腳上出現(xiàn)持續(xù)兩個機器周期的高電平，就可實現(xiàn)復(fù)位操作，使單片機復(fù)位到初始狀態(tài)。 當(dāng) VCC發(fā)生故障，降低到低電平規(guī)定值或掉電時，該引腳可接上備用電源 VPD（ +5V）為內(nèi)部 RAM 供電，以保證 RAM 中的數(shù)據(jù)不丟失。 （ B）． ALE/ P （ 30 腳）：當(dāng)訪問外部存儲器時， ALE（允許地址鎖存信號）以每機器周期兩次的信號輸出，用于鎖存出現(xiàn)在 P0口的低 （ C）． PSEN(29 腳 ):片外程序存儲器讀選通輸出端 ,低電平有效。當(dāng)從外部程序存儲器讀取指令或常數(shù)期間，每個機器周期 PESN 兩次有效，以通過數(shù)據(jù)總線口讀回指令或常數(shù)。當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器期間， PESN 信號將不出現(xiàn)。 （ D）． EA/Vpp（ 31 腳）： EA 為訪問外部程序儲器控制信號，低電平有效。當(dāng) EA端保持高 電平時，單片機訪問片內(nèi)程序存儲器 4KB（ MS— 52 子系列為 8KB）。若超出該范圍時，自動轉(zhuǎn)去執(zhí)行外部程序存儲器的程序。當(dāng) EA 端保持低電平時，無論片內(nèi)有無程序存儲器，均只訪問外部程序存儲器。對于片內(nèi)含有 EPROM 的單片機，在EPROM 編程期間，該引腳用于接 21V 的編程電源 Vpp。 /輸出（ I/O）引腳 P0 口、 P1 口、 P2口及 P3 口 (A).P0口（ 39 腳 ～ 22腳）： ～ P0口。當(dāng)不接外部存儲器與不擴(kuò)展 I/O 接口時，它可作為準(zhǔn)雙向 8 位輸入 /輸出接口。當(dāng)接有外部程序存儲器或擴(kuò)展 I/O 口時， P0口為地址 /數(shù)據(jù)分時復(fù)用口。它分時提供 8 位雙向數(shù)據(jù)總線。 對于片內(nèi)含有 EPROM 的單片機，當(dāng) EPROM 編程時，從 P0口輸入指令字節(jié)，而當(dāng)檢驗程序時，則輸出指令字節(jié)。 (B).P1口（ 1 腳 ～ 8 腳）： ～ P1口，可作為準(zhǔn)雙向 I/O 接口使用。對于 MCS— 52 子系列單片機， 還有第 2功能： /計數(shù)器 2 的計數(shù)脈沖輸入端 T2； /計數(shù)器 2 的外部控制端 T2EX。對于 EPROM 編程和進(jìn)行程序校驗時， P0口接收輸入的低 8位地址。 (C).P2口（ 21 腳 ～ 28腳）： ～ P2口，一般可作為準(zhǔn)雙向 I/O 接口。當(dāng)接有外部程序存儲器或擴(kuò)展 I/O 接口且尋址范圍超過 256 個字節(jié)時， P2口用于高 8位地址總線送出高 8 位地址。對于 EPROM 編程和進(jìn)行程序校驗時， P2口接收輸入的 8位地址。 (D).P3口（ 10 腳 ～ 17腳）： ～ P3口。它為雙功能口，可以作為一般的準(zhǔn)雙向 I/O 接口，也可以將每 1 位用于第 2 功能，而且 P3口的每一條引腳均可獨立定義為第 1 功能的輸入輸出或第 2 功能。 P3口的第 2 功能見下表 單片機 管腳含義 綜上所述， MCS— 51 系列單片機的引腳作用可歸納為以下兩點： 1).單片機功能多，引腳數(shù)少，因而許多引腳具有第 2功能； 2).單片機對外呈 3總線形式，由 P P0口組成 16位地址總線；由 P0口分時復(fù)用作為數(shù)據(jù)總線。 引腳 第 2功能 RXD（串行口輸入端 0） TXD（串行口輸出端） INT0（部中斷 0請求輸入端，低電平有效） INT1（中斷 1 請求輸入端，低電平有效） T0（時器 /計數(shù)器 0 計數(shù)脈沖端） T1（時器 /計數(shù)器 1數(shù)脈沖端） WR（部數(shù)據(jù)存儲器寫選通信號輸出端，低電平有效） RD（部數(shù)據(jù)存儲器讀選通信號輸出端，低電平有效） 根據(jù) 磁 路 的基本知識，線圈的自感可按下式計算 L=N2/Rm 其中 N— 線圈的匝數(shù) ,Rm 磁路總磁阻數(shù) ,在氣隙厚度較小的情況下，可以認(rèn)為磁場是均勻的，其中 L為線圈自感， N為各 段 導(dǎo) 磁體的磁導(dǎo)率線圈的電感跟氣隙厚度、氣隙的面積、導(dǎo)磁體的長度等有關(guān)。根據(jù)改變空氣隙的厚度、空氣隙的面積、磁體的長度來實現(xiàn)電感的變化，從而實現(xiàn)測量的作原理，自感式電感傳感器可分為氣隙型、截面型、螺管型。 氣隙型傳感器靈敏度高，對后續(xù)測量電路的放大倍數(shù)要求低，它的缺點是非線性嚴(yán)重，為了限制非線性，示值范圍只能較小，由于銜鐵在運動方向上受 鐵心的限制，故自由行程小。截面型具有較好的線性，自由行程較大，制造裝配比較方便，但靈敏度較低。螺管型則結(jié)構(gòu)簡單，制造裝配容易 :由于空氣隙大，磁路的磁阻高，因此靈敏度低，但線性范圍大 。此外，螺管型還具有自由行程可任意安排、制造方便等優(yōu)點，在批量生產(chǎn)中的互換性較好，這給測量儀器的裝配、調(diào)試、使用帶來很大的方便，尤其在使用多個測微儀組合測量形狀的時候。因為螺管型的這些優(yōu)點，所以我們采用螺管型差動式電感測頭。 圖為螺管型電感式傳感器的結(jié)構(gòu)圖。螺管型電感傳感器的銜鐵隨被測對象移動，線圈磁力線路徑上的磁阻發(fā)生變化，線圈 電感量也因此而變化。線圈電感量的大小與銜鐵插入線圈的深度有關(guān)。 設(shè)線圈長度為 l、線圈的平均半徑為 r、線圈的匝數(shù)為 N、銜鐵進(jìn)入線圈的長度 la、銜鐵的半徑為 ra、鐵心的有效磁導(dǎo)率為 181。m，則線圈的電感量 L與銜鐵進(jìn)入線圈的長度 la的關(guān)系可表示為 交流電橋是電感式傳感器的主要測量電路，它的作用是將線圈電感的變化轉(zhuǎn)換成電橋電路的電壓或電流輸出。 前面已提到差動式結(jié)構(gòu)可以提高靈敏度，改善線性，所以交流電橋也多采用雙臂工作形式。通常將傳感器作為電橋的兩個工作臂，電橋的平衡臂可以是純電阻，也可以是變 壓器的二次側(cè)繞組或緊耦合電感線圈。圖二是交流電橋的幾種常? ?222 22 )1(4 aam rllrl NL ??? ??l r x r a 1 2 圖 2 螺管型電感傳感器 1線圈 2銜鐵 用形式如圖 3所示。 電阻平衡臂電橋如圖二 a所示。 Z Z2為傳感器阻抗。高 。L1=L2=L。則有Z1=Z2=Z=R′ +jwL,另有 R1=R2=R。由于電橋工作臂是差動形式，則在工作時， Z1=Z+△ Z和 Z2=Z— △ Z，當(dāng) ZL→∞時，電橋的輸出電壓為 當(dāng)ω L＞＞ R’ 時，上式可近似為： 由上式可以看出：交流電橋的輸出電壓與傳感器線圈電感的相對變化量是成正比的。 變壓器式電橋如圖二 b所示，它的平衡臂為變壓器的兩個二次側(cè)繞組，當(dāng)負(fù)載阻抗無窮大時輸出電壓為：