【文章內(nèi)容簡介】 輸出信號需要經(jīng)74LS06，再驅(qū)動固態(tài)繼電器。系統(tǒng)采用 SSR，通過過零觸發(fā)方式，在一個(gè)控制周期 Tc 內(nèi)，由 AT89S51 的 口控制 SSR 的通斷率。當(dāng) 口輸出高電平時(shí)，SSR 才能夠過零觸發(fā)導(dǎo)通?？刂? 口輸出高電平的時(shí)間 Tx也就控制了 Tc內(nèi)導(dǎo)通周波數(shù) n，從而控制輸入爐子平均功率的大小，實(shí)現(xiàn)控制溫度的目的。 水位檢測及控制電路14 水位檢測電路 [9]水位檢測電路的目的是產(chǎn)生有效的輸入信號。主要原理是利用水的弱導(dǎo)電性。因此通過水面的上升與下降來控制電信號的接通與斷開：當(dāng)水位上升到電極位置時(shí)接通電信號；水位低于電極位置時(shí)斷開電信號。根據(jù)電極輸出的電信號就能確定水位的位置，將電極輸出的電信號當(dāng)作輸入信號經(jīng)處理后送入單片機(jī)。根據(jù)這個(gè)原理，我們選用五個(gè)水位電極，其中四個(gè)作為水位檢測點(diǎn)，即高水位、低水位、超高水位報(bào)警、超低水位報(bào)警，另外一個(gè)接地作為公共電極。由于水的導(dǎo)電性十分微弱，因此電極送出的電信號十分微弱，不能直接送入單片機(jī)，因此需要對該信號進(jìn)行處理，這里我們選用 PNP 三極管開關(guān)電路。電路接法如圖 所示。圖 水位檢測電路當(dāng)水位沒有到達(dá)水位電極時(shí)，水位電極和公共電極沒有導(dǎo)通，三極管截止，射極電壓為高電平；當(dāng)水位到達(dá)水位電極時(shí)，水位電極與公共電極導(dǎo)通，三極管飽和導(dǎo)通，射極電壓為低電平。之所以在水位沒到達(dá)時(shí)輸出高電平，是考慮到單片機(jī)復(fù)位時(shí)，各管腳都置高電位，這樣就不會在剛復(fù)位時(shí)產(chǎn)生錯(cuò)誤信號。 水位控制電路15圖 水位控制電路本系統(tǒng)使用直流電磁閥控制水位，這里選用 ZCW2 型電磁閥，其額定電壓為DC12V，功率小于 15W，介質(zhì)溫度最高為 125℃，為常閉型。由于單片機(jī)輸出的控制信號無法直接控制電磁閥的通斷，所以使用一個(gè)繼電器對電磁閥進(jìn)行控制。另外再使用一只光耦，隔離單片機(jī) 5V 和電磁閥 24V 電源。具體電路如圖 所示。當(dāng)單片機(jī)輸出低電平時(shí)，光耦導(dǎo)通，繼電器吸合，電磁閥得電開通，向水箱內(nèi)注水。 電源電路 電源電路控制系統(tǒng)主控制部分電源需要用5V直流電源供電，電磁閥也需要24V直流電。，把頻率為50Hz、有效值為220V的單相交流電壓轉(zhuǎn)換為幅值穩(wěn)定的5V和24V直流電壓。其主要原理是把單相交流電經(jīng)過電源變壓器、整流電路、濾波電路、穩(wěn)壓電路轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定的直流電壓。由于輸入電壓為電網(wǎng)電壓，一般情況下所需直流電壓的數(shù)值和電網(wǎng)電壓的有效值相差較大，因而電源變壓器的作用顯現(xiàn)出來起到降壓作用。降壓后還是交流電壓，所以需要整流電路把交流電壓轉(zhuǎn)換成直流電壓。由于經(jīng)整流電路整流后的電壓含有較大的交流分量，會影響到負(fù)載電路的正常工作。需通過低通濾波電路濾波，使輸出電壓平滑。穩(wěn)壓電路的功能是使輸出直流電壓基本不受電網(wǎng)電壓波動和負(fù)載電阻變化的影響，從而獲得穩(wěn)定性足夠高的直流電壓。本電路使用集成穩(wěn)壓芯片7805和7812解決了電源穩(wěn)壓問題。16 單片機(jī)選型及簡介由于系統(tǒng)控制方案簡單 ,數(shù)據(jù)量也不大 ,考慮到電路的簡單和成本等因素 ,因此在本設(shè)計(jì)中選用 ATMEL 公司的 AT89S51單片機(jī)作為主控芯片。主控模塊采用單片機(jī)最小系統(tǒng)是由于 AT89S51芯片內(nèi)含有4 kB的 E2PROM ,無需外擴(kuò)存儲器 ,電路簡單可靠 ,其時(shí)鐘頻率為 0～24 MHz ,并且價(jià)格低廉。AT89S51是美國ATMEL公司生產(chǎn)的低功耗，高性能CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含4k byte的可系統(tǒng)編程的Flash只讀程序存儲器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)8051指令系統(tǒng)及引腳。它集Flash程序存儲器既可在線編程（ISP）也可用傳統(tǒng)方法進(jìn)行編程及通用8位微處理器于單片芯片中。AT89S51提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能：40個(gè)引腳，4k Bytes Flash片內(nèi)程序存儲器，128 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM） ，32個(gè)外部雙向輸入/輸出（I/O）口，5個(gè)中斷優(yōu)先級2層中斷嵌套中斷，2個(gè)16位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器,2個(gè)全雙工串行通信口，看門狗（WDT）電路，片內(nèi)時(shí)鐘振蕩器及時(shí)鐘電路。同時(shí)AT89S51可降至0Hz的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式?？臻e方式停止CPU的工作，但允許RAM，定時(shí)/計(jì)時(shí)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存RAM中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其他所有部件工作直到下一個(gè)硬件復(fù)位。AT89S51引腳說明：Vcc：電源電壓GND：接地P0口：P0口試一組8位漏極開路型雙向I/O口，也即地址/總線復(fù)用口。作為輸出口時(shí)，每位能驅(qū)動8個(gè)TTL邏輯門電路，對端口寫“1”可以作為高阻抗輸入端用。在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器或程序存儲器時(shí)，這組口線分時(shí)轉(zhuǎn)換地址（低8位）和數(shù)據(jù)總線復(fù)用，在訪問期間激活內(nèi)部上拉電阻。在Flash編程時(shí)，P0口接受指令字節(jié)，而在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)，校驗(yàn)時(shí)，要求外接上拉電阻。P1口：P1口時(shí)一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P1的輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出）4個(gè)TTL邏輯門電路。對端口寫“1”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可做輸入口。作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號拉低時(shí)會輸出一個(gè)電流（I IL）。Flash編程和程序校驗(yàn)期間，P1接受17低8位地址。P2口：P2是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2的輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出）4個(gè)TTL邏輯門電路。對端口寫“1”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可做輸入口。作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號拉低時(shí)會輸出一個(gè)電流（I IL）。在訪問外程序存儲器或16位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器時(shí)，P2口送出高8位地址數(shù)據(jù)。在訪問8位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器時(shí)，P2口線上的內(nèi)容（即特殊功能寄存器SFR區(qū)中P2寄存器的內(nèi)容），在整個(gè)訪問期間不改變。Flash編程或校驗(yàn)時(shí)，P2亦接受高位地址和其他控制信號。P3口：P3口是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口。P3口輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流）4個(gè)TTL邏輯門電路。對P3口寫入“1”時(shí)，它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可作為輸入端口。作輸入端口時(shí)，被外部拉低的P3口將用上拉電阻輸出電流I。P3口除了作為一般的I/O口線外，更重要的用途是它的第二功能，P3口的第二。 P3口的第二功能端口功能 第二功能 端口引腳 第二功能RXD（） 串行輸入口 T0（） 定時(shí)/計(jì)數(shù)器 0 外部輸入TXD（） 串行輸出口 T1（） 定時(shí)/計(jì)數(shù)器 1 外部輸入INT0（） 外中斷 0 WR（） 外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通INT1（） 外中斷 1 RD（） 外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩工作時(shí)，RST 引腳出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期以上高電平將使單片機(jī)復(fù)位。WDT 溢出將使該引腳輸出高電平，設(shè)置 SFR AUXR 的 DISRTO 位（地址8EH）可打開或關(guān)閉該功能。DISRTO 位缺省為 RESET 輸出高電平打開狀態(tài)。復(fù)位電路如圖 （1）所示。ALE/PROG：當(dāng)訪問外部程序存儲器或數(shù)據(jù)存儲器時(shí)，ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低 8 位字節(jié)。即使不訪問外部存儲器，ALE 仍以時(shí)鐘振蕩頻率的 1/6 輸出固定的正脈沖信號，因此它可對外輸出時(shí)鐘或用于定時(shí)目的，要注意的是：第當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時(shí)將跳過一個(gè) ALE 脈沖。如有必要，可通過對特殊功18能寄存器（SFR）區(qū)中的 8EH 單元的 D0 位置位，可禁止 ALE 操作。該位禁位后，只有一條 MOVX 和 MOVC 指令 ALE 才會被激活。此外，該引腳伎被微弱拉高，單片機(jī)執(zhí)行外部程序時(shí)，應(yīng)設(shè)置 ALE 無效。（1） （2）圖 復(fù)位電路和晶振電路：程序儲存允許（ ）輸出是外部程序存儲器的讀選通信號，當(dāng)PSENPSENAT89S51 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。當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器，沒有兩次有效的 PSEN 信號。EA/VPP：外部訪問允許。欲使 CPU 公訪問外部程序存儲器（地址 0000H－FFFFH） ，EA 端必須保持低電平（接地） 。需注意的是：如果加密位 LB1 被編程，復(fù)位時(shí)內(nèi)部會鎖存 EA 端狀態(tài)。如 EA 端為高電平（接 Vcc 端） ，CPU 則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲器中的指令。Flash 存儲器編程時(shí),該引腳加上＋12V 的編程電壓 Vpp。XTAL1：振蕩器反相放大器及內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端。XTAL2：振蕩器反相放大器的輸出端。（2）所示。193 軟件的設(shè)計(jì) 系統(tǒng)軟件總體概述根據(jù)控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)的軟件程序，實(shí)際上就是對系統(tǒng)的管理程序和控制程序進(jìn)行設(shè)計(jì)。由于整個(gè)系統(tǒng)軟件比較大，為了便于編寫、調(diào)試、修改和增刪，系統(tǒng)軟件的編制采用模塊化的結(jié)構(gòu)，即整個(gè)控制軟件由許多獨(dú)立的小模塊組成，它們之間通過軟件接口連接，主控制程序主要包括條件判斷和子程序調(diào)用等關(guān)鍵部分。因此本系統(tǒng)的軟件大體可分為三個(gè)部分：主程序，鍵盤中斷服務(wù)程序，T0中斷服務(wù)程序。主程序主要對內(nèi)存單元進(jìn)行分配，將一些量值賦初值，對中斷系統(tǒng)進(jìn)行初始化操作；同時(shí)由于水位控制程序相對簡單，因此將其放入主程序中循環(huán)執(zhí)行。鍵盤中斷服務(wù)程序?qū)︽I盤中斷進(jìn)行響應(yīng)，然后掃描鍵盤，轉(zhuǎn)入對應(yīng)的鍵值程序。T0中斷子程序用來進(jìn)行采樣、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、PID運(yùn)算和控制輸出。 主程序 開 始系 統(tǒng) 初 始 化T0,T1初 始 化開 中 斷T0運(yùn) 行高 水 位 檢 測 控 制低 水 位 檢 測 控 制20 主程序流程圖主程序首先對內(nèi)存單元進(jìn)行分配和初始化，后面程序中將使用的中斷系統(tǒng)和定時(shí)系統(tǒng)的初始化也在主程序中完成。水位控制是對電接點(diǎn)水位電極送入單片機(jī)的開關(guān)信號進(jìn)行判斷，當(dāng)為低電平的時(shí)候作出相應(yīng)動作。由于水位控制的程序相對簡單，所以主程序中循環(huán)執(zhí)行。這樣的處理使主程序起到了分散功能的作用，即主程序會變得很容易編寫，而具體的功能都由相對應(yīng)的功能子程序完成。具體程序如下（內(nèi)存單元的分配見附錄）：ORG 0000H。LJMP MAIN。ORG 1000H。 MAIN: 。主程序開始MOV SP,60H。初始化堆棧MOV KEY_BUF_G,00H 。由于 KEY_BUF 是由用戶輸入的，所以先賦值初始化MOV KEY_BUF_S,00HMOV KEY_BUF_B,00HMOV UK,00H。 PID 中一些數(shù)值初始化MOV UK1,00H。MOV ERR0,00H。MOV ERR1,00H。MOV ERR2,00H。MOV KP,00H。MOV KI,00H。MOV KD,00H。MOV TMOD,11H；定時(shí)器 0、1 都為 16 位定時(shí)器MOV TH0,3CH；定時(shí)器 0 的定時(shí)時(shí)間為 ，所以算出定時(shí)初值為 3CB0HMOV TL0,0B0H；SETB EA；開中斷SETB EX0。開外部中斷，鍵盤使用21CLR IT0。外部中斷為低電平觸發(fā)SETB ET0；開 T0 中斷SETB ET1；開 T1 中斷SETB TR0；T0 開始運(yùn)行MOV 58H,50H。采樣周期 4SSHUIWEI:JNB ,L1。水位過高，跳轉(zhuǎn)SETB 。SETB 。JNB ,L2。高水位，跳轉(zhuǎn)JNB 。水位過低，跳轉(zhuǎn)SETB 。SETB 。JNB 。低水位，跳轉(zhuǎn)SJMP SHUIWEI。L1:LCALL SOUND。CLR 。紅燈亮，告知為過高水位報(bào)警L2:SETB 。電磁閥關(guān)斷，停止加水SJMP SHUIWEI。L3:LCALL SOUND。CLR 。綠燈亮，告知為過低水位報(bào)警L4:CLR 。電磁閥開通，加水SJMP SHUIWEI。 T0中斷服務(wù)子程序 中斷系統(tǒng)簡介AT89S51單片機(jī)的中斷系統(tǒng)的基本特點(diǎn)是：有5個(gè)固定的可屏蔽中斷源，3個(gè)在片內(nèi)，2個(gè)在片外，它們在程序存儲器中各有固定的中斷入口地址，由此進(jìn)入中斷服務(wù)程序；5個(gè)中斷源有兩級中斷優(yōu)先級，可形成中斷嵌套；2個(gè)特殊功能寄存器用于22中斷控制和條件設(shè)置的編程 [5]。5個(gè)中斷源的符號、名稱及產(chǎn)生的條件如下：INT0：外部中斷0，低電平或下跳沿引起。INT1：外部中斷1，低電平或下跳沿引起。T0：定時(shí)器/計(jì)數(shù)器0中斷，由T0的溢出引起。T1：定時(shí)器/計(jì)數(shù)器1中斷，由T1的溢出引起。TI/RI：串行I/O中斷，串行端口完成一幀字符發(fā)送/接受后引起。中斷系統(tǒng)有兩個(gè)控制寄存器IE和IP，它們分別用來設(shè)定各個(gè)中斷源的打開/關(guān)閉和中斷優(yōu)先級。此外，在TCON中另有4位用于選擇引起外部中斷的條件并作為標(biāo)志位。1） 中斷允許寄存器IEIE在特殊功能寄存器中，字節(jié)地址為A8H，位地址（由低位到高位）分別是A8HAFH。IE用來打開或關(guān)斷各中斷源的中斷請求，基本格式如下：(A8H)IEEA ES ET1 EX1 ET0 EX0EA:CPU中斷總允許位。EA=1，CPU開放中斷，每個(gè)中斷源是被允許還是被禁止，分別由各自的允許位確定；EA=0，CPU屏蔽所有的中斷請求，稱為關(guān)中斷。ES：串行口中斷允許位。ES=1允許串行口中斷；ES=0，禁止串行口中斷。ET1：T1中斷允許位。ET1=1，允許T1中斷；ET1=0，禁止T1中斷。EX1：外部中斷1允許位。EX1=1，允許外部中斷1中斷；EX1=0，禁止外部中斷1中斷。ET0：T0中斷允許位。ET0=1，允許T0中斷；ET0=0，禁止T0中斷。EX0：外部中斷0允許位。EX0=1，允許外部中斷0中斷；EX0=0，禁止外部中斷0中斷。2） 中斷優(yōu)先級寄存器IPIP在特殊功能寄存器中，字節(jié)地址為B8，