【正文】 微型計算機(jī)控制 系統(tǒng) （單片機(jī)控制系統(tǒng)） 廣義地說， 微型計算機(jī)控制系統(tǒng)（單片機(jī)控制系統(tǒng)） 是用于處理信息的，這種 被用于處理的 信息可以是電話交談， 也可以是 儀器 的 讀數(shù)或 者是一個 企業(yè) 的 帳戶，但是各種情況下都涉及 到 相同的主要操作：信息 的 處理 、信息的 存儲和 信息的 傳遞。在常規(guī)的電子設(shè)計中，這些操作都是以功能平臺方式組合起來的，例如計數(shù)器，無論是電子 計數(shù)器 還是機(jī)械 計數(shù)器 ，都要存儲當(dāng)前 的數(shù)值 ， 并且 按要求將該 數(shù)值 增 加 1。 一個系統(tǒng)例如 采用計數(shù)器的電子鐘之類的任一系統(tǒng)要使其存儲和處理能力遍布整個系統(tǒng)，因為每個計數(shù)器都能存儲和處理一些 數(shù)字。 現(xiàn)如今，以微處理器為基礎(chǔ)的 系統(tǒng) 從常規(guī)的處理方法中分離了出來 ，它將 信息的處理， 信息的 存儲和 信息的 傳輸三個功能分離形成不同的系統(tǒng)單元。這種 主要將系統(tǒng)分成 三個主要單元的分離方法是馮 諾依曼在 20 世紀(jì) 40 年代所設(shè)想出來的，并且是針對微計算機(jī)的設(shè)想。從此 以后基本上 所有制成的計算機(jī)都是用這種結(jié)構(gòu)設(shè)計的，盡管 他們 包含 著 寬廣的物理形式 與物理結(jié)構(gòu) ， 但 從根本上來說他們均是具有相同基本設(shè)計 的計算機(jī) 。 在 以微處理器為基礎(chǔ)的 系統(tǒng)中，處理是由 以微處理器為基礎(chǔ)的 系統(tǒng) 自身 完成的。存儲是利用存儲器電路，而 從系統(tǒng)中輸入和輸出 的信息傳輸 則是利用特定的輸入 /輸出（ I/O）電路。要在一個 以 微處理器 為基礎(chǔ)的 時鐘中找出執(zhí)行 具有 計數(shù)功能的一個特殊 的 硬件 組成部分 是不可能的，因為時間存儲在存儲器中，而在固定的時間間隔下由微處理器控制增值。但是，規(guī)定系統(tǒng)運轉(zhuǎn)過程的軟件 卻規(guī)定了 包含實現(xiàn)計數(shù)器 計數(shù)功能的單元 部分 。由于系統(tǒng)幾乎完全由軟件所定義，所以對微處理器結(jié)構(gòu)和其輔助電路這種看起來非常抽象的處理方法使其在應(yīng)用時非常靈活。這種設(shè)計過程主要是軟件工程，而且在生產(chǎn)軟件時，就會遇到產(chǎn)生于常規(guī)工程中相似的構(gòu)造和維護(hù)問題。 圖 微型計算機(jī)的三個組成部分 圖 在一個微處理器控制系統(tǒng)中 是如何按照機(jī)器中的信息通信方式而聯(lián)接起來的。該系統(tǒng)由微處理器控制，微處理器 能夠?qū)ζ渥陨淼?存儲器和輸入 /輸出單元的信息傳輸 進(jìn)行管理 。外部的連接 部分 與工程系統(tǒng) 中 的 其余部分（即非計算機(jī)部分）有關(guān)。 盡管圖中顯示的只有一個存儲單元， 但是在 實際中 卻 有 RAM和 ROM兩種不同的存儲器被使用。 在每一種情況下， 由于概念上的計算機(jī)存儲器更像一個公文柜，上述的 “存儲器 ”一詞是非常不恰當(dāng)?shù)?；信?被 存放在一系列已 數(shù)字標(biāo)記過的 的 “箱子 ”中，而且可 以按照 問題由 “箱子 ”的序列號進(jìn) 行 相關(guān) 信息的參考定位。 微計算機(jī) 控制系統(tǒng)經(jīng)常 使用 RAM（隨機(jī)存取存儲器），在 RAM中 ， 數(shù)據(jù) 可以 被寫入，并且在需要 的時候，可以 被再次讀出。這種數(shù)據(jù)能以 任意一種 所希望的次序從存儲器中讀出， 而 不必 按照 寫入時的相同次序 讀出 ，所以有 “隨機(jī) ”存取存儲器。另一類型 ROM（只讀存儲器） 是 用來保持 信息的，它們是 不受微處理器影響的固定的信息標(biāo)本；這些 信息 在電源切斷后不會丟失，并通常用來保存規(guī)定微處理器化系統(tǒng)運轉(zhuǎn)過程的程序。 ROM可像 RAM一樣被讀取，但與 RAM不一樣的是不能用來存儲可變的信息。有些 ROM在制造時將其數(shù)據(jù)標(biāo)本放入 ，而另外的則可通過特殊的設(shè)備由用戶編程，所以稱為可編程 ROM。被廣泛使用的可編程 ROM 可利用特殊紫外線燈察除，并被成為 E PROM，即可察除可編程只讀存儲器的縮寫。另有新類型的期器件不必用紫外線燈而用電察除，所以稱為電可察除可編程只讀存儲器 EEPROM。 微處理器在程序控制下處理數(shù)據(jù)，并控制流向和來自存儲器和輸入 /輸出裝置的信息流。有些輸入 /輸出裝置是通用型的，而另外一些則是設(shè)計來控制如磁盤驅(qū)動器的特殊硬件，或控制傳給其他計算機(jī)的信息傳輸。大多數(shù)類型的 I/O裝置在某種程度下可編程，允許不同形式的操作 ，而有些則包含特殊用途微處理器的 I/O裝置不用主微處理器的直接干預(yù)，就可實施非常復(fù)雜的操作。 假如應(yīng)用中不需要太多的程序和數(shù)據(jù)存儲量，微處理器、存儲器和輸入 /輸出可全被包含在同一集成電路中。這通常是低成本應(yīng)用情況，例如用于微波爐和自動洗衣機(jī)的控制器。當(dāng)商品被大量地生產(chǎn)時，這種單一芯片的使用就可節(jié)省相當(dāng)大的成本。當(dāng)技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展，更強(qiáng)更強(qiáng)的處理器和更大更大數(shù)量的存儲器被包含形成單片微型計算機(jī)，結(jié)果使最終產(chǎn)品的裝配成本得以節(jié)省。但是在可預(yù)見的未來，當(dāng)需要大量的存儲器或輸入 /輸出時，還是有必要繼續(xù)將許多集 成電路相互聯(lián)結(jié)起來，形成微計算機(jī)。 微計算機(jī)的另一主要工程應(yīng)用是在過程控制中。這是，由于裝置是按特定的應(yīng)用情況由微機(jī)編程實現(xiàn)的，對用戶來說微計算機(jī)的存在通常就更加明顯。在過程控制應(yīng)用中，由于這種設(shè)備以較少的數(shù)量生產(chǎn)，將整個系統(tǒng)安裝在單個芯片上所獲取的利益 常比不上所涉及的高設(shè)計成本。而且，過程控制器通常更為復(fù)雜，所以要將他們做成單獨的集成電路就更為困難?？刹捎脙煞N處理，將控制器做成一種通用的微計算機(jī)，正像較強(qiáng)版本的業(yè)余計算機(jī)那樣；或者做成 “包裹 ”式系統(tǒng)，按照像電磁繼電器那樣的較老式的技術(shù)進(jìn)行設(shè)計，來取 代控制器。對前一種情況，系統(tǒng)可以用常規(guī)的編程語言來編程，正如以后要介紹的語言那樣；而另一種情況，可采用特殊用途的語言，例如那種使控制器功能按照繼電器相互連接的方法進(jìn)行描述。兩種情況下，序均能存于RAM，這讓程序能按應(yīng)用情況變化時進(jìn)行相應(yīng)的變化，但是這使得總系統(tǒng)易受掉電影響而工作不正常，除非使用電池保證供電連續(xù)性。另一種選擇是將程序在 ROM中，這樣他們就變成電子 “硬件 ”的一部分并常被稱為 “固件 ”。 盡管大規(guī)模集成電路的應(yīng)用使小型和微型計算機(jī)的差別變得 “模糊 ”，更復(fù)雜的過程控制器需要小型計算機(jī)實現(xiàn)他們 的過程。各種類型的產(chǎn)品和過程控制器代表了當(dāng)今微計算機(jī)應(yīng)用的廣泛性，而具體的結(jié)構(gòu)取決于對 “產(chǎn)品 ”一詞的解釋。實際上，計算機(jī)的所有工程和科學(xué)上的應(yīng)用都能指定來進(jìn)行這些種類的某一或某些工作。而在本設(shè)計中壓力和壓力變送器當(dāng)某一力加到某一面積上，就形成壓力，假如這力是 1牛頓均勻地加在 1平方米的面積上，這壓力被定義為 1帕斯卡。壓力是一種普遍的工藝狀態(tài)，它也是這個星球上的一個生活條件：我們生活在向上延伸許多英里的大氣海洋的底部?？諝馕镔|(zhì)是有重量的，而且這種下壓的重量形成大氣壓。水，是生活的必需品，也是在壓力之下提供給我們 中的大多數(shù)人。在典型的過程工廠中，壓力影響沸點溫度、凝固點溫度、過程效率、消耗和其他重要因數(shù)。壓力的測量和控制，或者壓力的不足—真空，在典型的過程控制中是極為重要的。 工廠中的工作儀器通常包括壓力計、精密紀(jì)錄儀、以及氣動和電動的壓力變送器。壓力變送器實現(xiàn)壓力測量并產(chǎn)生正比于所傳感壓力的氣動或電信號輸出。 在過程工廠中，將控制儀表遠(yuǎn)遠(yuǎn)放在過程的附近是不現(xiàn)實的，并且大多數(shù)測量是不容易從遠(yuǎn)處傳來的。壓力測量是一個例外，但是，如果要離測量點幾百英尺外指示或記錄某種危險化學(xué)品的高壓，就會有來自這個壓力所載的化學(xué)品所引 發(fā)的危險。為了消除這一問題，開發(fā)了一種信號傳輸系統(tǒng)。這種系統(tǒng)常?？墒菤鈩踊蛘唠妱拥?。使用這種系統(tǒng)，就可以在某一地點安裝大多數(shù)的指示、記錄和控制儀器。這也是最少數(shù)量的操作者有效的運行工廠成為現(xiàn)實。 當(dāng)使用氣動傳送系統(tǒng)時，測量信號就由變送器將比例為 0%～ 100%的測量值轉(zhuǎn)換為氣動信號。變送器安裝在靠近過程中的測量點上。變送器輸出 —對氣動變送器是輸出壓力 —通過管道傳給記錄或控制儀表。氣動變送器的標(biāo)準(zhǔn)輸出范圍是 20～ 100kPa， 這信號幾乎在全球使用。 當(dāng)使用電子壓力變送器時，壓力就被轉(zhuǎn)換成電流或電壓形式的電信號。 其標(biāo)準(zhǔn)范圍對電流來說是 4～ 20mA DC，對電壓信號來說是 1～ 5V DC。當(dāng)今，另一種電信號形式變的越來越常用，就是數(shù)字或離散信號?；谟嬎銠C(jī)或微處理器的儀器或控制系統(tǒng)的應(yīng)用正推動這類信號的應(yīng)用不斷增加。有時，分析獲取描述傳感器 /變送器特性的參數(shù)是很重要的。當(dāng)量程已知，去獲取增益就非常簡單。假定電子壓力傳感器的量程為 0～ 600kPa，增益定義為輸出變化除以輸入變化。這里，輸出的電信號（ 4～ 20mA DC），而輸入的過程壓力（ 0～ 600kPa），這樣增益就為 ： 此外我們在本設(shè)計中還必須對溫度進(jìn)行測量，溫度測 量在工業(yè)控制中是很重要的，因為它作為系統(tǒng)或產(chǎn)品狀態(tài)的直接指標(biāo)，或者作為如反應(yīng)率、能量流、渦輪機(jī)效率和潤滑質(zhì)量等間接指標(biāo)?，F(xiàn)行的溫度分度已使用了約 200年，最初的儀器是基于氣體和液體的熱膨脹?，F(xiàn)在盡管有許多其他類型的儀器在使用，這些填充式系統(tǒng)仍常用于直接的溫度測量。有代表性的溫度傳感器包括：填充式熱系統(tǒng)、玻璃液體溫度計、熱電偶、電阻溫度探測器、熱敏電阻、雙金屬器件、光學(xué)和輻射高溫計和熱敏涂料。 電氣系統(tǒng)的優(yōu)點包括高的精度和靈敏度，能實現(xiàn)開關(guān)切換或掃描多個測量點，可在測量元件和控制器之間長距離傳輸，出現(xiàn)事故時可 調(diào)換元件，快速響應(yīng)，以及具有測量高溫的能力。其中熱電偶和電阻溫度探測器則被最廣泛的使用。 說明 該 AT89C51是一種低功耗，高性能 CMOS 8位 4K的閃存可編程和可擦除只讀存儲器（ PEROM）字節(jié)的微型計算機(jī)。該設(shè)備是采用 Atmel 的高密度非易失性內(nèi)存技術(shù)，并與行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 MCS 51指令集和引腳兼容。片上閃存程序存儲器可以編程就可以在系統(tǒng)或由傳統(tǒng)的非易失性存儲器編程。通過將集成在一個芯片上通用的 8位閃存的CPU， Atmel 的 AT89C51是一個強(qiáng)大的微型計算機(jī)提供了一個高度靈活和成本有效的解決方案 為許多嵌入式控制應(yīng)用。 功能特點 AT89S51內(nèi)提供了以下標(biāo)準(zhǔn)特性： 4K字節(jié)閃存， 128字節(jié) RAM， 32個 I / O線，兩個 16位定時器 /計數(shù)器，一個五向量兩級中斷結(jié)構(gòu)，一個全雙工串行口，片上振蕩器和時鐘電路。此外， AT89C51是靜態(tài)邏輯設(shè)計與操作頻率下降到零，并支持兩種軟kPamAkPamAkPakPa mAmAKr 420 ????? 件可選的節(jié)電模式。空閑模式時 CPU停止工作，而 RAM，定時 /計數(shù)器，串行口和中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電模式保存 RAM的內(nèi)容，但凍結(jié)振蕩器關(guān)閉，直到下一個硬件復(fù)位芯片其它功能。 引腳說明 Vcc：電源電壓。 接地：接地。 P0口 ： P0口為一個 8位漏級開路雙向 I/O口，每腳可吸收 8TTL門電流。當(dāng) P0口的管腳第一次寫 1時，被定義為高阻輸入。 P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù) /地址的第八位。在 FIASH編程時， P0 口作為原碼輸入口，當(dāng) FIASH進(jìn)行校驗時， P0輸出原碼，此時 P0外部必須被拉高。 P1口： P1口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的 8位雙向 I/O口， P1口緩沖器能接收輸出 4TTL門電流。 P1口管腳寫入 1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入， P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在 FLASH編 程和校驗時， P1口作為第八位地址接收。 P2口： P2口為一個內(nèi)部上拉電阻的 8位雙向 I/O口， P2口緩沖器可接收，輸出 4個 TTL門電流，當(dāng) P2口被寫“ 1”時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時， P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。 P2口當(dāng)