【文章內(nèi)容簡介】 、32個可編程I/O口線、2個16位定時/計數(shù)器、6個中斷源、低功耗空閑和掉電模式。引腳功能：Vcc：電源電壓GND：地P0口：P0口是一組8位漏極開路型雙向I/O口，也即地址/數(shù)據(jù)總線復用口，作為輸出口用時，每位能吸收8個TTL邏輯門電路，對端口寫1可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，這組口線分時轉(zhuǎn)換地址和數(shù)據(jù)總線復用，在訪問期間激活內(nèi)部上拉電阻。在Flash編程是P0口接收指令字節(jié)，而在程序校驗時，輸出指令字節(jié)，校驗時，要求外接上拉電阻。P1口：P1口是一個帶上拉電阻的8位雙向I/O口，P1的輸出緩沖級可驅(qū)動4個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，此時可作輸入口。作輸入口使用時，因為內(nèi)部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流。Flsah編程和程序校驗期間，P1就收低8位地址。P2口：P2是一個帶有內(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4個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，此時可作輸入口，作輸入口時，因為內(nèi)部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流。在訪問外部程序存儲器或16位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器時，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，P2口線上的內(nèi)容，在整個訪問期間不改變。Flash編程或校驗時，P2亦就收高位地址和其它控制信號。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4個TTL邏輯門電路。對P3口寫入1是，它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并作為輸入口。作輸入端時，被外部拉低的P3口將用上拉電阻輸出電流。表33 P3口第二功能端口引腳第二功能串行輸入口串行輸出口外中斷0外中斷1定時/計數(shù)器0定時/計數(shù)器1外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通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，如下表所示：P3口還接受一些用于Flash閃速存儲器編程和程序校驗的控制信號。RST:復位輸入。當振蕩器工作時，RST引腳出現(xiàn)兩個機器周期以上高電平將使單片機復位。EA/VPP：外部訪問允許。欲使CPU僅訪問外部程序存儲器，EA端必須保持低電平。需注意的是：如果加密位LB1被編程，復位時內(nèi)部會鎖存EA端狀態(tài)。如EA端為高電平，CPU則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲器中的指令。Flash存儲器編程是，該引腳加上+12V的編程允許電源Vpp，當然這必須是該器件是使用12V編程電壓Vpp。XTAL1：振蕩器反相放大器的及內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入端。XTAL2：振蕩器反相放大器的輸出端. 各單元模塊的聯(lián)接完成各模塊的設計后，模塊按照功能的不同連接成整體的電路圖。各模塊的具體聯(lián)接圖見附錄一。4 軟件設計 軟件設計原理及設計所用工具軟件的主要功能是根據(jù)系統(tǒng)的工作原理，框圖，先制定各部分程序的流程圖，然后再根據(jù)流程圖編寫各部分程序，通過調(diào)試各部分程序運行正確無誤后，再進行主程序的調(diào)試，看是否能實現(xiàn)預期的功能。系統(tǒng)能否完全正常工作，最主要的也是最關(guān)鍵的是看軟件程序是否正確，它關(guān)系到系統(tǒng)功能的實現(xiàn)，可以說，軟件是一個系統(tǒng)的靈魂。本設計所使用的軟件工具如下：：KeilC51；：C/C++。Keil C51是美國Keil Software公司出品的51系列兼容單片機C語言軟件開發(fā)系統(tǒng)，是目前最流行開發(fā)80C51系列單片機的軟件，提供了包括C編譯器、宏匯編、連接器、庫管理和一個功能強大的仿真調(diào)試器等在內(nèi)的完整開發(fā)方案，通過一個集成開發(fā)環(huán)境（micro。Vision）將這些部份組合在一起。與匯編相比，C語言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護性上有明顯的優(yōu)勢，因而易學易用。用過匯編語言后再使用C來開發(fā)，體會更加深刻。 Keil C51軟件提供豐富的庫函數(shù)和功能強大的集成開發(fā)調(diào)試工具，全Windows界面。另外重要的一點，只要看一下編譯后生成的匯編代碼，就能體會到Keil C51生成的目標代碼效率非常之高，多數(shù)語句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。在開發(fā)大型軟件時更能體現(xiàn)高級語言的優(yōu)勢。Keil C51語言編譯工具都是以ANSLC作為基礎(chǔ)進行開發(fā)的，因此，一種C語言環(huán)境下所編寫的 C語言程序，只需將部分與硬件相關(guān)的地方和編譯連接的參數(shù)進行適當修改,就可方便移植到另外一種系列上。也就是說，基于 C語言環(huán)境下的嵌入式系統(tǒng)能基本達到平臺的無關(guān)性。用C語言開發(fā)的代碼便于開發(fā)小組計劃項目,靈活管理,分工合作以及后期維護，基本上可以杜絕因開發(fā)人員變化而給項目進度,后期維護或升級所帶來的影響。從而保證整個系統(tǒng)的品質(zhì)，可靠性以及可升級性。 主程序流程圖恒壓供水控制器對生活供水、消防供水系統(tǒng)進行監(jiān)控，要求軟件具有高可靠性、高穩(wěn)定性、高抗干擾能力，檢測信號準確，有良好的動靜態(tài)性能，該軟件按結(jié)構(gòu)化流水設計，分為若干功能部分，采用C語言編寫。本設計的軟件主程序用來動態(tài)顯示系統(tǒng)的壓力，壓力的采樣和系統(tǒng)的控制環(huán)節(jié)都在中斷處理程序中, 主流程圖如圖41：主程序初始化,開T0中斷,設置T0為10ms的中斷壓力的動態(tài)顯示按鍵處理子程序YN是否鍵按下開始圖41 主程序流程圖 T0中斷服務程序主要包括：A/D轉(zhuǎn)換程序；D/A轉(zhuǎn)換程序；控制程序。程序流程圖如下：如圖42示，變頻器控制M1電機，M2電動機由單片機控制，其標志位為M2。1．A/D轉(zhuǎn)換子程序其主要任務是把壓力傳感器檢測的壓力轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，并送入單片機處理，程序見附錄。2．D/A轉(zhuǎn)換子程序其主要任務是把經(jīng)PID處理過的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成模擬量，來控制變頻器輸出電壓的頻率，來控制水泵的轉(zhuǎn)速，以達到控制供水壓力的目的。讀A/D轉(zhuǎn)換器返回Y進入T0中斷PID調(diào)節(jié)是否為最大值標志位M2是否為1是否為最小值標志位M2是否為1NYY置標志位M2為1，(開M2電機)。PID調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)送D/A轉(zhuǎn)換器清標志位M2為0,(關(guān)M2電機)NNNNY圖42 T0中斷服務程序流程圖3．PID調(diào)節(jié)程序本設計就是通過單片機實現(xiàn)的PID調(diào)節(jié)器來實現(xiàn)水壓的恒定，并自動調(diào)節(jié)水泵的數(shù)量。在工業(yè)控制過程中，目前采用最多的控制方式仍然是PID方式。PID有幾個重要的功能：提供反饋控制；通過積分作用可以消除穩(wěn)態(tài)誤差：通過微分作用預測將來。由于PID控制器具有簡單而固定的形式，在很寬的操作條件范圍內(nèi)，另一方面是因為PID控制器允許工程技術(shù)人員以一種簡單而直接的方式來調(diào)節(jié)系統(tǒng)性能，其程序見附錄。數(shù)字PID控制算法通常分為位置式PID控制算法和增量式PID控制算法。隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，在控制工程中，用計算機PID控制算法來實現(xiàn)數(shù)字PID控制器，組成計算機控制系統(tǒng)?？梢造`活的改變PID參數(shù)，同時可以改變控制策略來達到控制目的。這是模擬PID控制器中所無法實現(xiàn)的。這里所說的控制策略是數(shù)字PID的改進算法，如積分分離PID控制算法、不完全微分PID控制算法、微分先行PID控制算法和帶死區(qū)的PID控制算法等。在各個控制階段采取各種控制方法，以此來獲得控制目標。本設計采用增量式PID控制，下面把增量式PID控制算法介紹一下：1) 增量式PID控制算法所謂增量式PID是指數(shù)字控制器的輸出只是控制量的增量Δu(k)。離散的PID表達式為： （41）當執(zhí)行機構(gòu)需要的是控制量的增量(如驅(qū)動步進電機)時，可由式(41)導出提供增量的PID控制算法。根據(jù)遞推原理可得 （42）用式(41 )減去(42 )，可得 （43）其中： 式(43)稱為增量式PID控制算法?？梢钥闯?，由于一般計算機控制系統(tǒng)采用恒定的采樣周期T，一旦確定了KP，KI，KD，只要使用前后三次測量值的偏差，即可有(43)求出控制增量。采用增量式算法時，計算機輸出的控制增量Δu(k)對應的是本次執(zhí)行機構(gòu)位置的增量。對應閥門實際位置的控制量，目前采用較多的是利用如上算式并通過執(zhí)行軟件來完成。 獨立按鍵程序設計1） 程序設計思路按鍵接收子程序主要是實現(xiàn)對當前設定壓力的調(diào)整。根據(jù)按鍵電路的設計可知，當【SET】鍵按下時可以產(chǎn)生中斷請求，CPU響應中斷請求時，則進入該中斷服務程序。在程序中，將對當前設定的壓力進行調(diào)整，利用【SET】、【+1】和【1】鍵配合使用，每次對【+1】鍵的按下則進行累加；同樣對【1】鍵按下則進行減1操作。開 始置無鍵按下（P0口FFH）標志進入鍵盤處理程是否有鍵按下？（讀P0口值）調(diào)延時子程序是否有鍵按下？（再次讀P0口值）確認有鍵按下保存鍵值YYNN圖43 鍵盤掃描程序流程圖2） 按鍵去抖動的處理開始為F7H否？為EFH否為FBH否？為DFH否？讀鍵值（P0口）置標志位執(zhí)行RUN置標志位執(zhí)行SET執(zhí)行+1執(zhí)行－1返回YNYYYN NNN圖44 按鍵處理程序流程圖由于機械觸點的彈性作用，在閉合及斷開的瞬間均伴隨有一連串的抖動，抖動時間的長短由按鍵的機械特性決定，一般為5～10ms。而按鍵穩(wěn)定閉合時間的長短則是由操作人員的按鍵動作決定的，一般為零點幾秒至數(shù)秒。鍵抖動會引起一次按鍵被誤讀多次，為了確保CPU對鍵的一次閉合僅作一次處理，按鍵的抖動可以用硬件或者軟件方法來消除。本次設計中采用軟件方法來消除按鍵抖動，具體的鍵盤掃描程序框圖如圖43所示。而按鍵處理的程序框圖如圖44所示。讀取P0口的值于（11000011）二進制數(shù)或運算再到鍵盤處理程序中處理，以屏蔽高兩位和低兩位對程序的影響。 LED動態(tài)顯示程序模塊的設計在采用動態(tài)掃描顯示方式時，要使得LED顯示比較均勻，又有足夠的亮度，需要設置適當?shù)膾呙桀l率。當掃描頻率在70Hz左右時，能夠產(chǎn)生足夠的圖形和較好的顯示效果。一般可以采用時間間隔10ms對LED進行動態(tài)掃描一次，每一位LED的顯示時間為1ms。在單片機中，定時器功能既可以由硬件（定時/記數(shù)器）實現(xiàn)，也可以通過軟件定時程序?qū)崿F(xiàn)。軟件延時程序占用CPU的時間，因此，它降低了CPU的利用率；硬件定時是利用單片機片內(nèi)定時器，啟動以后定時器可與CPU并行工作，不占用CPU的時間，使得CPU有較高的工作效率。本設計采用硬件定時和軟件定時并用的方式，即用定時器1溢出中斷功能實現(xiàn)10ms定時，通過軟件延時程序?qū)崿F(xiàn)1ms的定時。T1定時器中斷服務程序的功能，從顯示緩沖區(qū)分別取出4位LED顯示數(shù)據(jù)的位碼和段碼，送P0口，依次顯示每一位，顯示4位需要4ms的時間。在設定時間時候，對當前需要調(diào)整的設定值應具有閃爍功能，用來提醒當前處于設置狀態(tài)。保護現(xiàn)場關(guān)T1中斷把DATA1中數(shù)據(jù)寫到DATA中根據(jù)CLK，送位選COM端恢復現(xiàn)場，開T1中斷，恢復T1初值返回四位顯示是否結(jié)束YNCOM＋1圖45 LED動態(tài)顯示程序程序流程圖進入T1中斷5 系統(tǒng)調(diào)試本章對系統(tǒng)的各模塊進行了仿真調(diào)試。 Proteus仿真軟件介紹Proteus軟件是Labcenter Electronics公司的一款電路設計與仿真軟件，它包括ISIS、ARES等軟件模塊，ARES模塊主要用來完成PCB的設計，而ISIS模塊用來完成電路原理圖的布圖與仿真。Proteus的軟件仿真基于VSM技術(shù)，它與其他軟件最大的不同也是最大的優(yōu)勢就在于它能仿真大量的單片機芯片，比如MCS51系列、PIC系列等等，以及單片機外圍電路，比如鍵盤、LED、LCD等等。通過Proteus軟件的使用我們能夠輕易地獲得一個功能齊全、實用方便的單片機實驗室。軟件仿真有很多特點和優(yōu)勢，如：可以隨意方便的更換和改變電路中的器件及線路，仿真的過程中不會損壞器件，從而降低了產(chǎn)品開發(fā)的成本。本文中由于我們主要使用Proteus軟件在單片機方面的仿真功能，所以我們重點研究ISIS模塊的用法，在下面的內(nèi)容中，如不特別說明，我們所說的Proteus軟件特指其ISIS模塊。我們首先來熟悉一下Proteus的界面。Proteus是一個標準的Windows窗口程序，和大多數(shù)程序一樣，沒有太大區(qū)別，其啟動界面如圖51所示： 圖51 Proteus啟動界面如圖中所示，區(qū)域①為菜單及工具欄，區(qū)域②為預覽區(qū)，區(qū)域③為元器件瀏覽區(qū)，區(qū)域④為編輯窗口，區(qū)域⑤為對象拾取區(qū)，區(qū)域⑥為元器件調(diào)整工具欄，區(qū)域⑦為運行工具條。首先點擊啟動界面區(qū)域③中的“P”按鈕（Pick Devices，拾取元器件）來打開“Pick Devices”（拾取元器件）對話框從元件庫中拾取所需的元器件。在對話框中的“Keywords”里面輸入我們要檢索的元器件的關(guān)鍵詞，比如我們要選擇項目中使用的AT89C51，就可以直接輸入。輸入以后我們能夠在中間的“Results”結(jié)果欄里面看到我們搜索的元器件的結(jié)果。在對話框的右側(cè)，我們還能夠看到我們選擇的元器件的仿真模型、引腳以及PCB參數(shù)。這里有一點需要注意，可能有時候我們選擇的元器件并沒有仿真模型，對話框?qū)⒃诜抡婺Ｐ秃鸵_一欄中顯示“No Simulator Model”（無仿真模型）。那么我們就不能夠用該元器件進行仿真了，或者我們只能做它的PCB板，或者我們選擇其他的與其功能類似而且具有仿真模型的元器件。 搜索到所需的元器件以后，我們可以雙擊元器件名來將相應的元器件加入到我們的文檔中，那么接著我們還可以用相同的方法來搜索并加入其他的元器件。當我們已經(jīng)將所需的元器件全部加入到文檔中時，我們可以點擊“OK