【正文】 平 頂 山工 業(yè)職業(yè) 技 術(shù)學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說 明 書 （ 論 文 ） 7 第 2 章 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 芯片介紹 AT89C52 單片機(jī) 1. AT89C52 單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu) 單片機(jī)的功能框圖 （ 如圖 21）， 在一塊兒小芯片上集成一個(gè)微機(jī) 計(jì)算機(jī)的各個(gè)部分，其核心部分是中央處理器 CPU，它由運(yùn)算器和控制器兩大部分組成。當(dāng) EA 保持高電平時(shí)，執(zhí)行訪問片內(nèi)程序存儲器。 外接石英晶體（或陶瓷諧振器）及電容 C C2接在放大器的反饋回路中構(gòu)成并聯(lián)振蕩電路。它既可當(dāng)定時(shí)器使用，也可作為外部事件計(jì)數(shù)器使用 。 IE 也有一個(gè)總禁止位 EA，它能控制所有中斷的允許或禁止。 555定時(shí)器的電源電壓范圍寬，雙極型 555定時(shí)器為 5～ 16V， CMOS555定時(shí)器為 3～ TTL及 CMOS數(shù)字電路兼容的接口電平。 Ur2=1/3Vcc為比較器 C2的基準(zhǔn)電壓， TR /(觸發(fā)輸入端）為其輸入端。 ULN2021A（如圖 29所示） 是一個(gè)非門電路，包含 7個(gè)單元，但獨(dú)每個(gè)單元驅(qū)動(dòng)電流最大可達(dá) 350mA。步進(jìn)電機(jī)可分為反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)（簡稱 VR）、永磁式步進(jìn)電機(jī)（簡稱 PM）和混合式步進(jìn)電機(jī)（簡稱 HB）。如圖 212所示 AT89C52 單片機(jī)外圍電路 輸入信號采集單元 步進(jìn)電機(jī)及驅(qū)動(dòng) 液滴顯示單元 聲光報(bào)警單元 剩余液位檢測 平 頂 山工 業(yè)職業(yè) 技 術(shù)學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說 明 書 （ 論 文 ） 18 圖 212 點(diǎn)滴檢測電路 液位檢測單元 同速度檢測部分一樣，本文也曾提了兩種實(shí)現(xiàn)方法，即有損檢測和無損檢測。其中一數(shù)碼管顯示最便宜，而且它的配置靈活，與單片機(jī)接口簡單，廣泛應(yīng)用于單片機(jī)系統(tǒng)中。顯示器亮度既與點(diǎn)亮?xí)r的導(dǎo)通電流有關(guān)，也與點(diǎn)亮?xí)r間和間隔時(shí)間的比例有關(guān)。斷電時(shí)有定位轉(zhuǎn)矩，消耗功率低；轉(zhuǎn)子的級數(shù)與釘子的級數(shù)相同，所以步矩角較大，啟動(dòng)和運(yùn)行頻率較低，并需要正負(fù)脈沖信號。單片機(jī)外圍電路中使用頻率為 ，需將定時(shí)LED 顯示 開始 SFR 初始化 由 EEPROM 讀取預(yù)設(shè)值 是否有異常 聲光報(bào)警 掃描外設(shè)端口 自動(dòng)控制滴速 電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn) 結(jié)束 平 頂 山工 業(yè)職業(yè) 技 術(shù)學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說 明 書 （ 論 文 ） 26 器 1的初始值設(shè)定為 248（ 0E8）。因此，就通過判斷 3s內(nèi) R4的值是否變化，來判斷在這 3s的時(shí)間間隔中是否有液滴滴下，當(dāng) R4的值有變化時(shí)就說明 3s內(nèi)有液滴滴下；當(dāng) R4的值沒有變化 時(shí)就說明 3s內(nèi)沒有液滴滴下，給報(bào)警標(biāo)志位置 1，并把單片機(jī)的 1和 0，使它們分別驅(qū)動(dòng)蜂鳴器和發(fā)光二極管進(jìn)行聲光報(bào)警。修改后再編譯、連接，繼續(xù)進(jìn)行調(diào)試，這個(gè)過程可能會重復(fù)多次。同時(shí)支持第三方軟件。在硬件仿真系統(tǒng)中具有全速，單步，設(shè)置斷點(diǎn)。然后點(diǎn)擊 Project菜單下的 Built Target 命令然后再進(jìn)行編 譯、連接，形成目標(biāo)文件。在定時(shí)器 COUNT=1中的5個(gè)相鄰脈沖信號點(diǎn)（設(shè)起始脈沖點(diǎn)是 x,此時(shí)對應(yīng)的計(jì)數(shù)器 COUNT值是 n1，第 5個(gè)脈沖點(diǎn)是 x+5,此時(shí)對應(yīng)的計(jì)數(shù)器 COUNT值是 n2）這樣就能計(jì)算出 5個(gè)脈沖點(diǎn)所需要的時(shí)間為： t=（ n2n1） X200us,進(jìn)而得到相鄰脈沖信號時(shí)間間隔的平均值 T=t/5,這樣就可以得到點(diǎn)滴速度： v=60s/T=1500/（ n2n1）。本設(shè)計(jì)中由于系統(tǒng)所選用的單片機(jī)是 AT89C52,它的標(biāo)準(zhǔn)工作電壓為 +5V，采集所用的發(fā)光二極管和光敏三極管等電路它們的工作電壓都是 +5V,因此在本設(shè)計(jì)中采用單電源方案 (如圖 223)，單電源方案的優(yōu)點(diǎn)是電路簡單，工作可靠。本設(shè)計(jì)移永磁步進(jìn)電機(jī)為例介紹步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制器的設(shè)計(jì)。對于 51單片機(jī)，可以在并行口上擴(kuò)展多片鎖存 74LS573作為靜態(tài)顯示器接口。但是不能太高，不然無法精確測量出脈沖來。得出整體系統(tǒng)框圖如圖 211 圖 211 整體系統(tǒng)框圖 點(diǎn)滴檢測單元 此單元模塊用來檢測是否有液滴滴下，其傳感器部分采用紅外對射傳感器， 紅外對射傳感器是由紅外發(fā)射管和受光管組成的，它的主要功能是 實(shí)現(xiàn)電 — 紅外線 — 電的轉(zhuǎn)換。輸出電流大，故可以直接驅(qū)動(dòng)繼電器或固體繼電器 (SSR)等外接控制器件， 也可直接驅(qū)動(dòng)低壓燈泡。它的輸出端允許通過電流為 200mA，飽和壓降 VCE約 1V左右，耐壓 BVCEO約為 36V。 圖 28為雙極型 5G555定時(shí)器的電路結(jié)構(gòu)圖。 TR0： T0 的啟?？刂莆弧?T1此時(shí)停止計(jì)數(shù) 單片機(jī) 中斷系統(tǒng) 中斷是使 CPU 暫停當(dāng)前工作，去處理當(dāng)前中斷事件，執(zhí)行完當(dāng)前中斷服務(wù)，再回到原程序的過程。如果指令是直接尋址方式則為訪問特殊功能寄存器。 XTAL2： 振蕩器反相 放大器的輸出端。對 Flash存儲器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖（ PROG）。 XTAL1（ 19 腳）片內(nèi)高增益反相放大器的輸入端，接外部石英晶體和電容的一端，若使用外部輸入時(shí)鐘，該引腳必須接地。 方案二：伺服電機(jī)的機(jī)械特性較好，輸出功率大，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，驅(qū)動(dòng)電路簡單，正反轉(zhuǎn)控制容易且 有抱死功能，但有由于其實(shí)際價(jià)格偏高，不適合普遍使用?？紤]到軟、硬件的復(fù)雜程度及要求的測量精度，以及本系統(tǒng)存在液體產(chǎn)生的表面波動(dòng)，使用超聲波傳感器檢測液面會產(chǎn)生較大的誤差，同時(shí)超聲波傳感器安裝方位的確定也是一大難題。 方案二：不調(diào)制的紅外對外傳感器。所以有輸液報(bào)警器的使用，必將受到醫(yī)務(wù)人員和病人的歡迎。提出了輸液檢測與控制方案的設(shè)計(jì)方案。 關(guān)鍵字：靜脈輸液；單片機(jī)控制；紅外對射；光電檢測；滴速檢測；越限報(bào)警； 平 頂 山工 業(yè)職業(yè) 技 術(shù)學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說 明 書 （ 論 文 ） 3 緒 論 隨著社會現(xiàn)代化進(jìn)程的不斷推進(jìn)，傳統(tǒng)的服務(wù)方式已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足人們的需求，尤其在公共醫(yī)療設(shè)施方面，追求相關(guān)產(chǎn)品的 安全、智能、高效已經(jīng)成為必然選擇，也成為企業(yè)不斷研發(fā)的動(dòng)力。因?yàn)樗泻芏嗟膬?yōu)點(diǎn)，可以較為 準(zhǔn)確地控制速度，可以報(bào)警，設(shè)備簡單，價(jià)格便宜。 光源發(fā)出的光垂直照射滴管并在滴管的剖面的中心線上，光線經(jīng)過滴管沒有折射發(fā)生（如圖 11所示）。此外光電傳感器安裝方便，只需將傳感器固定在儲液瓶外瓶壁上 （圖 13） 即可，不需要詳細(xì)計(jì)算儲液瓶液面高度，簡化了外圍電路結(jié)構(gòu)。運(yùn)算器用來完成算術(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算和進(jìn)行位操作，有算術(shù)邏輯單元（ ALU） 、位處理器、累加器（ ACC），寄存器 B、暫存器 TMP1 和 TMP2 組成。 I/O(輸 入 /輸 出 )： P0、 P P P3 （ 1） P0 口 (39— 32 腳 )： P0 口有兩種工作方式：一是作為普通的 I/O 端口使用二是在 CPU 訪問片外存儲器時(shí)，它是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的雙向 I/O 口，采用分時(shí)復(fù)位方式提供低 8位地址和用作 8 位雙向數(shù)據(jù)總線。 PSEN： 程序儲存允許（ PSEN）輸出是外部程序存儲器的讀選通信號，當(dāng) AT89C52由外部程序存儲器取指令（或數(shù)據(jù)）時(shí)，每個(gè)機(jī)器周期兩次 PSEN有效，即輸出兩個(gè)脈沖。對外接電容 C C2雖然沒有十分嚴(yán)格的要求，但電容容量的大小會輕微影響振蕩頻率的高低、振蕩器工作的穩(wěn)定性、起振的難易程序及溫度穩(wěn)定性，如果使用石英晶體，我們推薦電容使用 30pF177。 定 時(shí) 器 /計(jì)數(shù)器（ T/C） 定時(shí) 和 計(jì)數(shù) 功能由工作方式寄存器 TMOD 進(jìn) 行 選擇 。 圖 26 中斷請求 中斷源是向 CPU 發(fā)出中斷請求的事件。 555定時(shí)器還可以輸出一定的功率，可驅(qū)動(dòng)微電機(jī)、指示燈、揚(yáng)聲器等。 CO為控制端，當(dāng)外接固定電壓 Uco時(shí)，則 Ur1=Uco、 Ur2=1/2Uco。 ULN2021的 1～ 7腳為信號輸入腳，依次對應(yīng)的輸出端為 16～ 10腳， 8腳為接地端。 步進(jìn)電機(jī)區(qū)別于其他控制電機(jī)的最大特點(diǎn)是，它是通過輸入脈沖信號來進(jìn)行控制的，即電機(jī)的總轉(zhuǎn)動(dòng)角度由輸入脈沖數(shù)決定，而電機(jī)的轉(zhuǎn)速由脈沖信號頻率決定?？紤]到系統(tǒng)的醫(yī)用衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)，醫(yī)用吊瓶中應(yīng)盡量避免異物進(jìn)入，所以采用紅外無損探測方案。 LED顯示器是單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中常 用的顯示器件。調(diào)整電流和時(shí)間參烽，可實(shí)現(xiàn)亮度較高較穩(wěn)定的顯示。但在其相應(yīng)相序加上反向繞組，就不需要負(fù)脈沖。因?yàn)榇跀?shù)據(jù)通信過程中的發(fā)送和接受都必須通過中斷來進(jìn)行 實(shí)現(xiàn)，因此還必須設(shè)定串口的中斷工作方式；另一方面是對外部中斷 0的設(shè)置，在輸液監(jiān)控系統(tǒng)中，每當(dāng)有液滴下落時(shí)，液滴檢測電路就會將其產(chǎn)生的電信號捕捉，送到信號整形與 A/D轉(zhuǎn)換電路中，最后產(chǎn)生一個(gè)數(shù)字脈沖，送至單片機(jī)內(nèi)部使之產(chǎn)生一個(gè)外部中斷 ，需要開啟外部中斷 0，且將其設(shè)置在電平觸發(fā)模式，以及用于技術(shù)的 R4寄存器清零。 在本設(shè)計(jì)中出現(xiàn)以下情況時(shí)報(bào)警： ，這時(shí)最后一滴液體以后沒有液滴滴下時(shí)沒有液滴滴下時(shí)，這時(shí)相當(dāng)于兩滴液體的間隔為無窮大，即遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于 4s的定時(shí)，這時(shí) R4的值就不會變化，也會報(bào)警。如果沒有任何語法上的錯(cuò)誤，則編譯、連接成功，并且信息窗口給出提示信息，如 圖 42所示 . 圖 42 keil調(diào)試 PROTEUS ISIS 是英國 Labcenter公司開發(fā)的電路分析與實(shí)務(wù)仿真軟件。編譯和調(diào)試環(huán)境。提供軟件調(diào)試功能。接著 Options for Target “ Target 1” ，點(diǎn)擊 Output ，勾選 Create Hex 那個(gè)選項(xiàng)，一邊生成可執(zhí)行的文件。實(shí)現(xiàn)原理如圖 使用定時(shí)器 T1定時(shí) 200us,但檢測到第一個(gè)到來的脈沖信號時(shí)，程序進(jìn)行中斷處理，將計(jì)數(shù)器存儲內(nèi)容讀出，再將計(jì)數(shù)器清零作為記錄脈沖信號的初始值計(jì)為 COUNT=0，當(dāng)定時(shí)器到達(dá) 200us時(shí)，程序中斷檢測輸入信號是否有脈沖信號到來，同時(shí)計(jì)數(shù)器加 1開始 初始化 有無中 斷 循環(huán)處理 定時(shí)中斷 有 平 頂 山工 業(yè)職業(yè) 技 術(shù)學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說 明 書 （ 論 文 ） 27 即為 COUNT=1，另外設(shè)定計(jì)數(shù)器 COUNT=1記錄檢測到的脈沖信號個(gè)數(shù)，設(shè)定計(jì)數(shù)器COUNT=1的存儲單元為 10，這樣可以通過循環(huán)存儲脈沖個(gè)數(shù)。電源的設(shè)計(jì)取決于系統(tǒng)所要求的供電方式，如是采用單電源方案，還是多電源方案，系統(tǒng)的 功耗有無特殊規(guī)定等。大規(guī)模集成電路的發(fā)展以及單片機(jī)技術(shù)的迅速普及，為設(shè)計(jì)功能強(qiáng)、價(jià)格低的步進(jìn)電機(jī)機(jī)控制驅(qū)動(dòng)器提供了先進(jìn)的技術(shù)和足夠的資源。這種顯示方法為每一們都需要有一個(gè) 8位輸出口控制。 Vbas，這樣可以減小波動(dòng)對脈沖信號的影響。當(dāng)達(dá)到報(bào)警預(yù)設(shè)值時(shí)，發(fā)生聲光報(bào)警。 ULN2021的輸出端允許通過 IC電流 200mA，飽和壓降 VCE 約1V左右，耐壓 BVCEO約為 36V。它是雙列 16腳封裝 ,NPN晶體管矩陣 ,最大驅(qū)動(dòng)電壓 =50V,電流 =500mA,輸入電壓=5V,適用于 TTL COMS,由達(dá)林頓管組成驅(qū)動(dòng)電路。該端與放電管集電極相連，用做定時(shí)器時(shí)電容的放電。 TF1： T1 中斷溢出標(biāo)志位，功能同 TF0。定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器有 4 種工作方式，由 M1和 M0 進(jìn)行設(shè)置，如表 23 所示 表 23 T1和 T0工作方式選擇位 . M1 M0 工作方式 功能選擇 00 方式 0 13 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 01 方式 1 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 10 方式 2 8 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 11 方式 3 T0分為兩個(gè)獨(dú)立的 8位位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器。當(dāng)一條指令訪問 7FH以上的內(nèi)部地址單元時(shí)，指令中使用的尋址方式是不同的，也即尋址方式?jīng)Q定是訪問高 128