【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 8RST91011121314151617XTAL218XTAL119VSS202122232425262728PSEN29ALE30EA/VPP313233343536373839VCC40U12P89C54X2BNP17VCCP20P15P16DIR1V1V2V3RXDTXDP14P13P36P37P10P11P12 圖 單片機(jī)引腳信息 該 單片機(jī)在一塊芯片上集成了 CPU、 ROM、 RAM、定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器和多種 I/O功能部件，具有一臺(tái)微型計(jì)算機(jī)的基本結(jié)構(gòu)，主要包括下列部件。 1 個(gè) 8 位的 CPU、 1 個(gè)布爾處理機(jī)、 1 個(gè)片內(nèi)震蕩器、 128 字節(jié)的片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、 4K字節(jié)的片內(nèi)程序存儲(chǔ)器、尋址范圍為 64K 字節(jié)的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和程序存儲(chǔ)器、 21 字節(jié)的專用存儲(chǔ)器、 4 個(gè)并行 I/O 口、 1 個(gè)全雙工的串行口、 2 個(gè) 16位的定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器、 5 個(gè)中斷源、 2 個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)和 111 條指令，片內(nèi)采用單總線結(jié)構(gòu)。 單片機(jī) 各引腳的功能介紹如下所示： （ 1） VCC： 運(yùn)行和程序校驗(yàn)時(shí)接電源正端 。 河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 （ 2） P0 口： P0 口 是 一個(gè) 8 位 、 漏 極 開(kāi)路 的 雙向 I/O 口，每腳可吸收 8 個(gè) TTL門電流。 （ 3） P1 口： P1 口是一個(gè)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 4 個(gè) TTL 門電流。 （ 4） P2 口： P2 口 是 一個(gè)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(gè) TTL 門電流 。 （ 5） P3 口： P3 口是 一個(gè) 8 位 帶內(nèi)部上拉電阻的 準(zhǔn) 雙向 I/O 口，可接收輸出4個(gè) TTL 門電流。 （ 6） RST：復(fù)位輸入 信號(hào)，高電平有效 。 （ 7） ALE/PROG： 地址鎖存允許信號(hào)，輸出。 （ 8） /PSEN： 片外 程序存儲(chǔ)器 讀 選通信號(hào) ，低電平有效 。 （ 9） /EA/VPP： 片外程序存儲(chǔ)器訪問(wèn)允許信號(hào)，低電平有效。 （ 10） XTAL1： 輸入到單片微機(jī)內(nèi)部振蕩器的反相放大器 。 （ 11） XTAL2： 反相放大器的輸出，輸入到內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器。 167。. 2 單片機(jī)的時(shí)鐘電路 系統(tǒng)的時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)是采用的內(nèi)部方式，即利用芯片內(nèi)部的振蕩電路。MCS51 單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器，引腳 XTAL1和 XTAL2 分 別是此放大器的輸入端和輸出端。這個(gè)放大器與作為反饋元件的片外晶體諧振器一起構(gòu)成一個(gè)自激振蕩器。外接晶體諧振器以及電容 C1 和C2 構(gòu)成并聯(lián)諧振電路，接在放大器的反饋回路中。對(duì)外接電容的值雖然沒(méi)有嚴(yán)格的要求，但電容的大小會(huì)影響震蕩器頻率的高低、震蕩器的穩(wěn)定性、起振的快速性和溫度的穩(wěn)定性，電容應(yīng)盡可能的選擇陶瓷電容，電容值約為22pF。 振蕩器的工作頻率一般在 ～ 12MHz 之間，由于制造工藝的改進(jìn)，有些單片微機(jī)的頻率范圍正向兩端延伸，高端可達(dá) 40MHz，低端可達(dá) 0Hz， 一般用 晶振。時(shí)鐘電 路圖如圖 所示 [7]。 167。. 2 單片機(jī)的時(shí)鐘電路 河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 12Y2C71CapC72CapGND 圖 單片機(jī)晶振電路 復(fù)位電路是上電自動(dòng)復(fù)位加按鍵復(fù)位。由于電容兩端的電壓不能突變，在上電的瞬間電容負(fù)端的電位和正端的電位相同都為高電平 5V，緊接著電源給電容充電，經(jīng)過(guò)很快的時(shí)間充電過(guò)程結(jié)束，電容對(duì)于直流電來(lái)說(shuō)是斷路，此時(shí) RST 引腳通過(guò) R12接地。整個(gè)過(guò)程會(huì)在 RST 引腳上產(chǎn)生一個(gè)維持幾個(gè)機(jī)器周期的高電平脈沖足以使單片機(jī)有效復(fù)位。手動(dòng) 按鍵 復(fù)位同樣是在 按鍵 按下的瞬間使電容完成先放電再充電的 過(guò)程，也能產(chǎn)生一個(gè)維持幾個(gè)機(jī)器周期的高電平脈沖使單片機(jī)有效復(fù)位。 RST 引腳是復(fù)位信號(hào)的輸入端，復(fù)位信號(hào)是高電平有效，其有效時(shí)間應(yīng)持續(xù) 24 個(gè)振蕩周期 (即 2 個(gè)機(jī)器周期 ) 以上。若使用頻率為 12MHz 的晶振，則復(fù)位信號(hào)應(yīng)持續(xù) 2181。s 以上， 復(fù)位電路 如圖 10kR36C75CapVCC5RSTGND 圖 單片機(jī)復(fù)位電路 167。 .4 PCF8591 簡(jiǎn)介 PCF8591 是一個(gè)單片集成、單獨(dú)供電、低功耗、 8bit CMOS 數(shù)據(jù)獲取器件。 PCF8591 具有 4 個(gè)模擬輸入、 1 個(gè)模擬輸出和 1 個(gè)串行 I178。C 總線接口 。PCF8591 的 3 個(gè)地址 引腳 A0, A1 和 A2 可用于硬件地址 編程 ，允許在同個(gè) I2C總線上接入 8 個(gè) PCF8591 器件，而無(wú)需額外的 硬件。在 PCF8591 器件上輸入輸出的地址、控制和數(shù)據(jù)信號(hào)都是通過(guò)雙線雙向 I2C 總線以串行的方式進(jìn)行傳輸。 引腳信息如下： 河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 AIN0AIN3：模擬信號(hào)輸入。 A0A2：引腳地址端。 VDD、 VSS：電源端（ ）。 SDA、 SCL： I2C總線的數(shù)據(jù)線、時(shí)鐘線。 OSC：外部時(shí)鐘輸入端，內(nèi)部時(shí)鐘輸出端。 EXT：內(nèi)部、外部時(shí)鐘選擇線，使用內(nèi)部時(shí)鐘時(shí) EXT 接地。 AGDN：模擬信號(hào)地。 AOUT： D/A 轉(zhuǎn)換輸出端。 VREF：基準(zhǔn)電源端。 AIN01AIN12AIN23AIN44A05A16A27VSS8SDA9SCL10OSC11EXT12AGOD13VREF14AOUT15VDD16U13PCF8591C74CapAGNDAGNDTMPoutSVoutaXoutmVout1uFC73Cap Pol1+5V 圖 PCF8591 在本設(shè)計(jì)中 A/D 轉(zhuǎn)換的四路輸入信號(hào)分別是 加速度信號(hào)位移信號(hào)和壓力信號(hào)，信號(hào)傳入后經(jīng) A/D 轉(zhuǎn)換 后通過(guò) SDA 口輸入到單片機(jī)的引腳 后在進(jìn)行信號(hào)的處理。 167。 .5 12864 顯示模塊 12864 液晶顯示模塊是 128 64 點(diǎn)陣的漢字圖形型液晶顯示模塊，可顯示漢字圖形， 內(nèi)置國(guó)標(biāo) GB2312 碼簡(jiǎn)體漢字字庫(kù)、 128 個(gè)字符及 64 256 點(diǎn)陣顯示 RAM?？膳c單片機(jī)直接接口，提供兩種界面來(lái)連接微處理機(jī)： 8 位并行串行兩種連接方式。具有多種功能：光標(biāo)顯示、畫(huà)面位移、睡眠模式等。 并且在該模塊中還可以使用 R35 滑動(dòng)年租器進(jìn)行屏幕亮度的調(diào)節(jié)。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20LCD1LCD12864GNDGND1KR35RPotVCCVCCP00 P01 P02 P03 P04 P05 P06 P07 P21 P22 P23P24 P25 P26 河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 圖 單片機(jī)顯 示模塊 167。 .6 獨(dú)立按鍵 S6SWPBS7SWPBS8SWPBS5SWPBS4SWPBS3SWPBS2SWPBGNDVCCP13P14P36P37P10P11P12 圖 獨(dú)立按鍵 167。 信號(hào)調(diào)理模塊設(shè)計(jì) 信號(hào)調(diào)理主要完成測(cè)試信號(hào)的放大、濾波和阻抗匹配等工作，把從傳感器獲得的信號(hào)調(diào)理至 A/D 轉(zhuǎn)換所允許的范圍之內(nèi)。前端放大器用于放大和緩沖輸入信號(hào)，由于傳感器輸出信號(hào)較弱，因此需要加以放大以滿足大多數(shù) A/D轉(zhuǎn)換器的滿量程輸入要求 。 機(jī)構(gòu)主軸 切削阻力 執(zhí)行機(jī)構(gòu) 滑枕震動(dòng) 光電編碼器 直線位移傳感器 壓力傳感器 震動(dòng)加速度傳感器 調(diào) 理 電 路 A/D 轉(zhuǎn)換 單片機(jī) 計(jì)算機(jī) 河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 167。 角位移信號(hào)調(diào)理 OE19T/R1A13B117A24B216A35B315A46B414A57B513A68B612A79B711A02B018VCC20GND10U174HC245VCC14GND7PR4CLK3D2CLR1Q5Q6CLRPRU2A74HC74I11O12I23O24I35O36GND7O48I49O510I511O612I613VCC14U374HC7412P5Header 212P6Header 212P7Header 21KR8Res2C21Cap1KR9Res2C22Cap1KR10Res2C23Cap1KR11Res2C24CapC17C16CapVCCVCCC14Cap1KR4Res21KR5Res21KR6Res21KR7Res2C18CapC20CapVCCA3A3V1V2V3DIR1GNDGNDGND GNDGNDGNDGNDGND GNDGND GNDGNDGND1uFC19Cap Pol11uFC15Cap Pol1 圖 角位移信號(hào)調(diào)理電路 上圖 為光電編碼器輸出的三組（ A 相、 B 相、 Z 相） TTL 方波脈沖信號(hào)的調(diào)理電路圖。濾波后的四路 信號(hào)經(jīng) 74HC14 六反相器（施密特觸發(fā)器）波形規(guī)整后， A、 Z 相對(duì)應(yīng)輸出信號(hào)直接進(jìn)入 74HC245 方向可控緩沖器。由于需要判斷光電編碼器的轉(zhuǎn)向， B 相信號(hào)觸發(fā)后，其輸出的雙向信號(hào)進(jìn)入 74HC74 雙 D觸發(fā)器進(jìn)行辨向處理，根據(jù)輸出信號(hào)電平的高低判別編碼器的轉(zhuǎn)向。辨向處理后雙 D 觸發(fā)器 Q1 端輸出信號(hào)輸入緩沖器進(jìn)行緩沖驅(qū)動(dòng)。緩沖器輸出的三路數(shù)字信號(hào)和一路方向信號(hào)進(jìn)入單片機(jī)外部中斷 I/O，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的雙向異步通 河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 信。 167。 位移 、 加速度信號(hào)調(diào)理 圖 為 位移、 加速度傳感器輸出信號(hào)的調(diào)理電路圖。該調(diào)理電路簡(jiǎn)單，對(duì)直線 位移傳感器 、加速度傳感器 X、 Y 方向分別輸出的 4 路模擬信號(hào)進(jìn)行濾波放大處理。傳感器輸出的模擬信號(hào)經(jīng)濾波處理后進(jìn)入 LM358 雙運(yùn)算放大器對(duì)電壓信號(hào)放大，從 LM358 輸出后直接輸入單片機(jī)相應(yīng)的 I/O 口進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換。其中 LM358 是高增益的雙運(yùn)算放大器，其芯片內(nèi)部含有兩個(gè)獨(dú)立的放大器，因此，只需兩個(gè) LM358 就可完成對(duì) 4 路模擬信號(hào)的放大，把電壓信號(hào)放大至 A/D 轉(zhuǎn)換相匹配的電壓。 OUT11IN12+IN13GND42IN+52IN6OUT27VCC8U7LM3581 2P8 S1 2P9 TMP1 2P10 aX1 2P11 aY1KR16Res21KR17Res21KR18Res21KR19Res2C39CapC41CapC43CapC45CapSVin TMPin aXin aYin+12V10KR20Res210KR21Res2D9D ZenerC49CapTMPinC48CapSVin1KR23Res21KR22Res2D10D ZenerC50CapOUT11IN12+IN13GND42IN+52IN6OUT27VCC8U8LM358+12V10KR24Res210KR25Res2D11D ZenerC53CapaXinC52CapaYin1KR27Res21KR26Res2D12D ZenerC54CapaYoutJ2SocketJ3SocketTMPout SVoutaXoutAGND AGND AGND AGNDAGNDAGNDAGNDAGNDAGNDAGNDAGND1uFC47Cap Pol11uFC51Cap Pol1 圖 位移、加