【文章內(nèi)容簡介】 EA：訪問內(nèi)部或外部程序存儲器選擇信號。高電平為訪問內(nèi)部程序存儲器，低電平只訪問內(nèi)部程序存儲器； P0 口： 8 位漏極開路雙向并行 I/O 端口，當(dāng)訪問外部存儲器時(shí)，它是地址總線（低 8 位）和數(shù)據(jù)總線復(fù)用，外部不擴(kuò)展而單片應(yīng)用時(shí)，則作雙向 I/O 口用 ； P1 口： 8 位準(zhǔn)雙向并行 I/O 端口； P2 口： 8 位準(zhǔn)雙向并行 I/O 端口，當(dāng)訪問外部存儲器時(shí)作高 8 位地址用，不 做外部功能擴(kuò)展 （單片應(yīng)用）時(shí)，則作準(zhǔn)雙向 I/O 口用； P3 口：具有內(nèi)部上拉電路的 8 位準(zhǔn)雙向并行 I/O 端口，它還提供特殊的第二功能，它的每一位均可獨(dú)立定義為第一功能的 I/O 口和第二特殊功能，其具體含義為如下 —— RXD，串行數(shù)據(jù)接收端 —— TXD，串行數(shù)據(jù)發(fā)送端 —— INT0，外部中斷 0 請求端，低電平有效 —— INT1，外部中斷 1 請求端，低電平有效 —— T0，定時(shí) /計(jì)數(shù)器 0 外部事件計(jì)數(shù)輸入端 —— T1，定時(shí) /計(jì)數(shù)器 1 外部事件計(jì)數(shù)輸入端 —— WR，外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通， 低電平有效 —— RD，外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通，低電平有效 3． 8051 的具體應(yīng)用 8051 作為系統(tǒng)的主要控制芯片起著指揮中心的作用，是系統(tǒng)輸入部分和輸出部分建立聯(lián)系的橋梁。 由于本設(shè)計(jì)是小型應(yīng)用系統(tǒng)， 8051 內(nèi)部的程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器已夠用，所以不需要外擴(kuò) ROM 和 RAM。 關(guān)于 8051 與 ADC0809 的硬件接口設(shè)計(jì)思路已經(jīng)在上一節(jié)介紹過了，在這里就不再重復(fù)。如圖 27， 8051 控制著整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行。在運(yùn)行過程中， 8051 不斷輸出信號控制溫度傳感器 AD590 和水位傳感器 CB900，使它們自動(dòng)檢 測水溫、水位，采集信號，當(dāng) 8051 啟動(dòng) ADC0809 實(shí)行轉(zhuǎn)換時(shí)，傳感器的信號經(jīng)處理后送入 ADC0809，轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)經(jīng) 8051 讀入處理后送 LED 顯示。同時(shí)，根據(jù)事先編好的程序，如果溫度或水位沒有達(dá)到要求（如本系統(tǒng)要求水位不可低于 30L，水溫如果未達(dá)到設(shè)定值而又長時(shí)間無變化就自動(dòng)加熱，達(dá)到設(shè)定值后自動(dòng)保溫）則 8051 就驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行相應(yīng)的操作，直到系統(tǒng)滿足設(shè)定的條件，達(dá)到自控的目的。當(dāng) 8051 掃描到有按鍵按下時(shí)，便轉(zhuǎn)去執(zhí)行相應(yīng)的中斷服務(wù)，即調(diào)節(jié)水溫或者水位，在調(diào)整 LED 數(shù)碼顯示的同時(shí)去驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)來加 熱或者上水來實(shí)現(xiàn)使用者的設(shè)置。 LED 數(shù)碼顯示和鍵盤 可編程并行接口 8255 由于主機(jī)的 I/O 口數(shù)量有限，在大多數(shù)應(yīng)用系統(tǒng)中均需外擴(kuò) I/O 接口部件。Intel 配套外圍接口器件的種類齊全，并與 MCS51 單片微機(jī)外部接口配置邏輯電路極為簡單、方便，這也是 MCS51 單片微機(jī)應(yīng)用廣泛的原因之一。 8255 是 Intel公司生產(chǎn)的可編程并行 I/O 接口芯片，它具有 3 個(gè) 8 位的并行 I/O 口，分別成為PA、 PB、 PC 口，其中 PC 口又分為高 4 位口和低 4 位口兩部分。它們都可通過軟件編程來設(shè)置各 I/O 口的工作方式。 8255I/O 口多功能強(qiáng)，與 8051 配置接口設(shè)計(jì)簡單。如果全用單片機(jī)本身的并行口作鍵盤和顯示器接口，會占用過多的端口而影響其他控制任務(wù)的實(shí)現(xiàn)，因此本系統(tǒng)采用 8255 作為 LED 數(shù)碼顯示和鍵盤的并行接口。 1． 8255 的外特性 D0~D7：雙向數(shù)據(jù)總線； CS：片選信號端，低電平有效； RD/WR：讀 /寫選通信號端，低電平有效； A0、 A1：通道選擇信號，它與 CS、 WR、 RD 的信號端組合，用來控制 PA、PB、 PC 三個(gè)通道口和控制字端口及其功能選擇。它通常與地址總線的最低位 A1A2相連； RESET：復(fù)位信號輸入端，高電平有效，復(fù)位后全部內(nèi)部寄存器，包括控制字寄存器均清“ 0”，所有通道均置為輸入方式， 24 條 I/O 引腳均呈高阻狀態(tài)； PA 口（ PA0~7）：一個(gè) 8 位數(shù)據(jù)輸出鎖存 /緩沖而輸入鎖存功能的輸入 /輸出通道口； PB 口（ PB0~7）：一個(gè) 8 位數(shù)據(jù)輸出鎖存 /緩沖而輸入緩沖功能的輸入 /輸出通道口； PC 口（ PC0~7）：一個(gè) 8 位數(shù)據(jù)輸出鎖存 /緩沖而輸入緩沖功能的輸入 /輸出通道口； Vcc： +5V 電源； GND：接地端。 2． 8255 的應(yīng)用 8255 有三種工作方式，其操作方式是通過軟件編程將方式控制字寫入 8255的控制字寄存器進(jìn)行選擇的。因此在使用 8255 之前必須要先對其初始化編程。 由系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)圖可知， 8255 的 CS 與 8051 的 相連，即 =0，由此可知，分配給 8255 的地址空間為 7FFC~7FFFH，其中， PA 口地址為 7FFCH， PB口地址為 7FFDH， PC 口地址為 7FFEH，控制口地址為 7FFFH。 在本設(shè)計(jì)中，鍵盤由 8255 的 A 端口 PA 0和 PA1作列掃描，由 C 端口的 PC0和 PC1作行輸入口。顯示器為 6 位 LED 數(shù)碼顯示，共陰極接法。數(shù)位的掃描信號也由8255 的 A 端口 PA 0~PA5提供， 字段信號由 8255 的 B 端口 PB0~PB7輸出。采用7406 和 7407 進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。 8255 的端口 A 和端口 B 均作為輸出口，控制字 PA 位和PB 位均為 1，端口 C 作輸入口，控制字 PC2， PC1為 0，其他位不用為 0，控制字為 3H。 8051 輸出的數(shù)據(jù)是通過鎖存器 74LS373 送入 8255 的， 74LS373 的作用是暫存 8051 輸出的 8 位數(shù)據(jù)。 6 位 LED 數(shù)碼顯示和鍵盤 本設(shè)計(jì)根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，用了 6 位 LED 數(shù)碼管，其中， 3 位顯示溫度，其它三位顯示水位，顯示值精確到個(gè)位。且根據(jù)程序的編寫來分時(shí)顯示設(shè)定值以及實(shí)際值。當(dāng)使用者有按鍵要求時(shí)， 6 位數(shù)碼管顯示使用者設(shè)定的溫度和水位，設(shè)定結(jié)束后及其它工作時(shí)間， 6 位 LED 顯示熱水器當(dāng)前的實(shí)際溫度和水位值。用四個(gè) 2*2 按鍵作為熱水器的功能鍵，即 1 號按鍵：水位設(shè)定鍵（按一下加 1L水）， 2 號按鍵：開始加水鍵， 3 號按鍵：水溫設(shè)定鍵（按一下升 1 攝氏度，在 0攝氏度與 100 攝氏度之間循環(huán)），以及 4 號按鍵：開始加熱鍵。按 1 號鍵對水位進(jìn)行設(shè)置，設(shè)置結(jié)束后按 2 號鍵即啟動(dòng)進(jìn)水裝置；按 3 號鍵可對水溫進(jìn)行設(shè)置，設(shè)定結(jié)束后按 4 號鍵即啟動(dòng)加熱裝置。 輸出驅(qū)動(dòng)與執(zhí)行機(jī)構(gòu) 加 熱器的電路連接與分析 電熱型功率接口通常用繼電器或可控硅控制，本設(shè)計(jì)采用的是雙向可控硅控 制的電熱型功率接口。電路圖見圖 29。 電熱器件由雙向可控硅 KS 控制， KS 由光電耦合器 4N25 和晶體管 9013 觸發(fā)采用直流脈沖觸發(fā)，觸發(fā)電壓由變壓器的其中一個(gè)繞組 L2 提供，經(jīng)整流濾波后，產(chǎn)生觸發(fā)電流。 單片機(jī) 8051 的 端輸出的觸發(fā)信號，經(jīng) 7407 后，送到光電耦合器 4N25。 端輸出高電平時(shí)， 4N25 沒有電流輸入，晶體管 T 截止，雙向晶閘管 KS 關(guān)，電熱器不加熱。當(dāng) 輸出低電平時(shí)， 7404 輸出低電平， 4N25 輸出的電流經(jīng)晶體管 9013 放大后流向雙向可控硅門極，雙向可控硅導(dǎo)通，電熱器加熱。 過零檢測電路由變壓器 B 的其中一個(gè)繞組 L3和電容器 C2組成。 L3產(chǎn)生 的交流電壓，通過 C2 交連到 T0 和 T1 端。 T0 是過零檢測端，它可對過零的上升信號檢測而發(fā)生中斷； T1也是過零檢測端，它可對過零的下降信號檢測而發(fā)生中斷。把 T0和 T1產(chǎn)生的中斷綜合處理，即可得到電源電壓過零的時(shí)刻。其中， T0和 T1采用溢出中斷方式。 達(dá)林頓管的原理與應(yīng)用 由 8051 輸出的控制信號要經(jīng)過 光電隔離后去控制上水閥進(jìn)行工作，但由于控制信號太小，需要接驅(qū)動(dòng)電路將信號適當(dāng)放大，在這里，我采用的是達(dá)林頓管。達(dá)林頓管采用復(fù)合連接方式，將兩只或更多只晶體管的集電極連在一起，而將第 一只晶體管的發(fā)射極直接耦合到第二只晶體管的基極，依次級連而成。達(dá)林頓管具有增益高、開關(guān)速度快、能簡化設(shè)計(jì)電路等優(yōu)點(diǎn)。本系統(tǒng)采用的是由兩只 NPN型晶體管構(gòu)成的達(dá)林頓管，其基本電路如下所示： 圖 210 達(dá)林頓管基本電路 上水閥的 驅(qū)動(dòng)電路及分析 單片機(jī) 8051 的 利用 OC 門與光電耦合器 4N25 相連， 4N25 的輸出接達(dá)林頓管作為上水閥的驅(qū)動(dòng)電路。 為低電平時(shí)， 4N25 有電流流入，達(dá)林頓 管驅(qū)動(dòng)上水閥打開，向熱水器充水。 系統(tǒng)的硬件抗干擾設(shè)計(jì) 按鍵消抖 1．鍵盤輸入的特點(diǎn) 鍵盤實(shí)質(zhì)上是一組按鍵開關(guān)的集合。通常，按鍵所用開關(guān)為機(jī)械彈性開關(guān)，均利用了機(jī)械觸電的合、斷。由于機(jī)械觸點(diǎn)的彈性作用，一個(gè)按鍵開關(guān)在閉合時(shí)不會馬上穩(wěn)定地接通，在斷開時(shí)也不會一下斷開。因而，在閉合和斷開的瞬間均伴隨著一連串的 抖動(dòng)，抖動(dòng)時(shí)間的長短由按鍵的機(jī)械特性決定，一般為 5~10ms。按鍵的穩(wěn)定閉合時(shí)間由操作人員的按鍵動(dòng)作持續(xù)時(shí)間決定，一般為十分之幾秒到幾秒時(shí)間。 按鍵的閉合與否，反映在電壓上就是出現(xiàn)高電平或低電平，所以通過電平的高低狀態(tài)的檢測，便可確認(rèn)按鍵按下沒有。為了確保按鍵的狀態(tài)，必須消除按鍵抖動(dòng)的影響，這也是按鍵抗干擾的主要的一個(gè)方面，同時(shí)，由于按鍵一般與系統(tǒng)是通過傳輸線相連的，傳輸線很容易受到電磁干擾的影響，因此鍵盤傳輸線的抗干擾問題也是按鍵接口電路應(yīng)該解決的問題。 2．按鍵接口電路的消抖措施 消除按鍵抖動(dòng)影響通常有 硬件、軟件兩種方法，本系統(tǒng)采用的是硬件方法：雙穩(wěn)態(tài)消抖。其電路原理如圖 21 所示： 設(shè)按鍵首先處于 a 位置，此時(shí) RS 觸發(fā)器的與非門輸出端 OUT1 為高電平 1，與非門 2 的輸出端 OUT2 為 0，此輸出引入到與非門 1 的一個(gè)輸入端，會把與非門 1 鎖住，使其固定輸出為 1。如果此時(shí)按下此鍵，即使按鍵在 a 位置因彈性而產(chǎn)生瞬間抖動(dòng)，形成一連串的抖動(dòng)波形，即與非門 1 輸入端出現(xiàn)了一連串的高和低電平，由于與非門 2 的輸入端在按鍵沒有到達(dá) b 位置時(shí)始終是 0，所以無論與非門 1 輸入端的信號電平怎么變化，與非門 1 輸出端 OUT1 的輸出恒為 1。當(dāng)按鍵到 達(dá) b 時(shí)，一旦與非門 2 的輸入端呈現(xiàn)低電平時(shí)， RS 觸發(fā)器將出現(xiàn)狀態(tài)的翻轉(zhuǎn)，此時(shí)， OUT2 端輸出為 1， OUT1 端輸出為 0 。 圖 212 雙穩(wěn)態(tài)消抖電路 OUT1 又引回與非門 2 的一個(gè)輸入端，鎖住與非門 2，保證其輸出恒為 1，這樣即使按鍵出現(xiàn)抖動(dòng)，也不會影響 OUT2 的輸出，因此 OUT1 的輸出也恒為 0。同樣，在松開按鍵的過程中，只要接通 a，輸出為 1，在接通 a 的過程中，即使產(chǎn)生了彈性抖動(dòng)，只要按鍵不與按鍵 b 發(fā)生接觸， RS 觸發(fā)器的輸出將保持不變。由以上分析可知，如果在按鍵信號輸入端加上一個(gè) RS 觸發(fā)器就可以消除按鍵抖動(dòng)產(chǎn)生的干擾。 光電隔離 光電隔離器主要用于電信號的隔離和傳輸，它通常把發(fā)光器件和受光器件置于同一殼體內(nèi)，在發(fā)光器件端口加入控制電信號，使得發(fā)光器件發(fā)光，受光器件受光，產(chǎn)生光電效應(yīng)，輸出電信號，從而可以實(shí)現(xiàn)電 — 光 — 電的信號傳輸和控制。 本設(shè)計(jì)采用的光電隔離器是 4N25。 4N25 由發(fā)光二極管和光敏三極管組成。當(dāng)發(fā)光二極管流有一定電流時(shí)，發(fā)光二極管就發(fā)光，發(fā)出的光照射到光敏三極管上，就會產(chǎn)生一定的基極電流，使光敏三極管導(dǎo)通。 若沒有電流（或電流非常?。┝鬟^發(fā)光二極管，則其不發(fā)光，光敏三極管就處于截止?fàn)顟B(tài)。 圖 213 光電隔離器 4N25 第三章 系統(tǒng)軟件部分設(shè)計(jì) 主程序流程圖 本設(shè)計(jì)屬于小型應(yīng)用系統(tǒng)，系統(tǒng)并不復(fù)雜，但要求一定的可靠性和抗干擾性。單片機(jī)的主頻為 12kHz，顯示部分由定時(shí)器中斷控制?？偟膩碚f，軟件的實(shí)現(xiàn)沒有高難度的算法，在這里省略了詳細(xì)的程序。下圖為主程序流程圖： Y N Y N N N Y 圖 31 主程序流程圖 初始化 掃描鍵盤 有鍵按下嗎？ 響應(yīng)中斷 采樣水位信號并處理 低于 30L？ 啟動(dòng)上水閥 溫度信號采樣并處理 等于設(shè)定值？ 啟動(dòng)加熱器 低于 30L？ 開始 部分中斷服務(wù)程序 8255 初始化 8255 的初始化程序?yàn)椋? PI8255： MOV DPTR， 7FFFH ； 8255 控制寄存器地址送 A MOV A， 3H ；控制字送 A MOVX @DPTR， A ；方式控制寫入 8255 控制寄存器 A/D 轉(zhuǎn)換程序 1． A