【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 片外部程序存儲(chǔ)器的選擇信號(hào) PSEN 29 外部程序存儲(chǔ)器讀選通信號(hào) ,低電平有效 ALE/ PROG 30 低 8 位地址鎖存信號(hào) /編程脈沖輸入 XTAL2 XTAL1 18~19 芯片內(nèi)振蕩器反相放大器的輸出端和輸入端 VCC 40 電源電壓的輸入引腳 ,~ GND 20 電源地引腳 AT89S52 的 存儲(chǔ)器和 I/O 接口電路 1) AT89S52 單片機(jī)的存儲(chǔ)器 AT89S52 單片機(jī)芯片內(nèi)配置有 8KB的 Flash 程序存儲(chǔ)器和 256B 的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 RAM，根據(jù)需要可外擴(kuò)最大 64KB 的程序存儲(chǔ)器和 64KB的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，因此 AT89S52 的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)可分為 4 部分：片內(nèi)程序存儲(chǔ)器、片外程序存儲(chǔ)器 、片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。 2) I/O 接口電路 [8] CPU 的數(shù)據(jù)處理速度要遠(yuǎn)高于外圍設(shè)備，同時(shí)各外圍設(shè)備的數(shù)據(jù)處理速度也不盡相同，因此在 CPU 與外圍設(shè)備之間進(jìn)行信息交換時(shí)要解決處理速度的匹配問題，以有效地提高 CPU 的工作效率；與此同時(shí)還要對(duì)外圍設(shè)備進(jìn)行驅(qū)動(dòng)， I/O 接口電路正是為了上述問題而設(shè)計(jì)的。 AT89S52 單片機(jī)內(nèi)部集成 4 個(gè)可編程的并行 I/O 口（ P0~P3） ,每個(gè)輸出接口電路都具有鎖存器和驅(qū)動(dòng)器，輸入接口電路都具有三態(tài)門控制，這是接口電路的基本特征。 AT89S52 單片機(jī)引腳 1. 多功能 I/O 口引腳 P0~P3 1) P0 口 39~32 引腳 8 位并行、雙向、開漏輸出的 I/O 口，作為輸出時(shí)可驅(qū)動(dòng) 8 個(gè) TTL負(fù)載。該口內(nèi)無上拉電阻，由兩個(gè) MOS 管串接，既可斷開漏極輸出又可處于高阻狀態(tài)，因此稱為雙向、漏極開路 I/O 口。 對(duì)片外程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行訪問時(shí)，該口作為低 8 位地址線和數(shù)據(jù)總線復(fù)用。對(duì)片內(nèi) Flash 存儲(chǔ)器編程時(shí)，該口接收指令的字節(jié)代碼，而對(duì)程序進(jìn)行校驗(yàn)劉婉如 ： 乳化液泵站監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的 設(shè)計(jì) 16 時(shí)該口輸出指令的字節(jié)代碼，程序校驗(yàn)時(shí)需要外接 10?? 的上拉電阻。 該口作為 通用 I/O 口 使用時(shí)，需要外接上拉電阻。作為輸入口使用，需對(duì)每個(gè)引腳寫入 1 成為高阻抗輸入口，這時(shí)該口為準(zhǔn)雙向 I/O 口。 2) P1 口 1~8 引腳 具有內(nèi)部上拉電阻的 8 位、準(zhǔn)雙向 I/O 口，可驅(qū)動(dòng) 4 個(gè) TTL 負(fù)載，當(dāng)編程和校驗(yàn)程序時(shí)定義為低 8 位的地址線。用作輸入時(shí)需要先將每個(gè)引腳置成 1。 引腳 同時(shí)還是定時(shí) /計(jì)數(shù)器 T2 的外部計(jì)數(shù)輸入，引腳 同時(shí)還是定時(shí) /計(jì)數(shù)器T2 捕捉 /重裝操作的控制信號(hào) 。 3) P2 口 21~28 引腳 具有內(nèi)部上拉電阻的 8 位、準(zhǔn)雙向 I/O 口，可驅(qū)動(dòng) 4 個(gè) TTL 負(fù)載。 訪問片外 16 位地址的程序存儲(chǔ)器和 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，該口作為高 8 位地址線。而當(dāng)只需要 8 位地址時(shí)，該口將輸出特殊功能寄存器 P2 中的內(nèi)容。編程和校驗(yàn)程序時(shí)，該口接收高字節(jié)地址和一些控制信號(hào)。 4) P3 口 10~17 引腳 具有內(nèi)部上拉電阻的 8 位、準(zhǔn)雙向 I/O 口，可驅(qū)動(dòng) 4 個(gè) TTL負(fù)載。作為普通 I/O 口的輸入口使用時(shí)，應(yīng)該先將該口的各引腳寫 1。除此之外， P3 口還提供了一些第二功能，如表 22 所示 。 表 22 AT89S52 單片機(jī) P3 口的第二功能 The second function of P3 mouth of AT89S52 引腳 第二功能 說明 RXD 串行數(shù)據(jù)接收 TXD 串行數(shù)據(jù)發(fā)送 0INT 外部中斷 0 請(qǐng)求 1INT 外部中斷 1 請(qǐng)求 T0 定時(shí)器 0 外部事件計(jì)數(shù)輸入 T1 定時(shí)器 1 外部事件計(jì)數(shù)輸入 WR 外部 RAM 寫選通 RD 外部 RAM 讀選通 2. 復(fù)位、控制和選通引腳 共有 4 根控制信號(hào)線， RST、 EA /VPP、 PSEN 和 ALE/ PROG 。 1) RST（ 9 腳） 該引腳為復(fù)位信號(hào)輸入端，高電平有效。在振蕩器穩(wěn)定工作情況下，該引腳被置成高電平并持續(xù) 2 個(gè)機(jī)器周期以上時(shí)系統(tǒng)復(fù)位。 遼寧工程技術(shù)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 當(dāng)定時(shí)監(jiān)視器 WDT（看門狗）溢出時(shí)，該引腳置成高電平并持續(xù) 98 個(gè)震蕩周期。 2) EA /VPP（ 31 腳） EA 為訪問芯片內(nèi)部和芯片外部程序存儲(chǔ)器的選擇信號(hào)。 EA 為低電平（接地） 時(shí) ，對(duì)程序存儲(chǔ)器的操作限定外部程序存儲(chǔ)器進(jìn)行，地址 0000H~FFFFH。 EA 為高電平（接 電源電壓） VCC 時(shí)， CPU 首先從芯片內(nèi)程序存儲(chǔ)器（ 0000H~1FFFH）的 0000H 單元開始讀取所存儲(chǔ)的指令代碼；若芯片外部有擴(kuò)展的程序存儲(chǔ)器，則 CPU 在執(zhí)行完芯片內(nèi)部程序存儲(chǔ)器中的程序后，自動(dòng)轉(zhuǎn)向去執(zhí)行外部 程序存儲(chǔ)器中的程序。 Vpp 為片內(nèi) Flash 存儲(chǔ)器的編程電壓。對(duì)片內(nèi) Flash 存儲(chǔ)器進(jìn)行編程時(shí)，該引腳接編程電壓 Vpp（ 5V 或 12V）；對(duì)程序進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，該引腳接電源電壓 Vcc。 3) ALE/ PROG （ 30 腳） 低字節(jié)地址 鎖存允許信號(hào) /編程脈沖輸入端。 ALE 為低字節(jié)地址鎖存信號(hào)，當(dāng)系統(tǒng)擴(kuò)展時(shí) ALE 的下降沿將 P0 口輸出的低 8 位地址鎖存信號(hào)到外接地址鎖存器中，以實(shí)現(xiàn)低字節(jié)地址和數(shù)據(jù)的分時(shí)復(fù)用。當(dāng)對(duì) Flash 存儲(chǔ)器編程時(shí)，該引腳用作編程脈沖（ PROG ）輸入端；在非訪問外圍器件期間， ALE 連續(xù)輸出 1/6 振蕩頻率的正脈沖，可作為外部計(jì)數(shù)器或時(shí)鐘信號(hào)。 4) PSEN （ 29 腳） PSEN 為外部程序存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)，低電平有效。 CPU 讀取外部程序存儲(chǔ)器中的指令代碼時(shí)，被讀取的指令代碼被送至 P0口；讀寫片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 RAM時(shí)， PSEN 無效。 5) 外部晶振引腳 XTAL1（ 19 腳）：芯片內(nèi)振蕩 器 反相放大器和時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端。 XTAL2（ 18 腳）：芯片內(nèi)振蕩器反相放大器的輸出端。 復(fù)位操作和復(fù)位電路 復(fù)位操作是使單片機(jī)的 CPU以及系統(tǒng)各部件處于初始狀態(tài)，并從這個(gè)狀態(tài)開始運(yùn)行。單片機(jī)在運(yùn)行過程中可能會(huì)受到外界的干擾使程序陷入死循環(huán)或“跑飛”，發(fā)生這種情況時(shí)需要將單片機(jī)復(fù)位，以重新啟動(dòng)運(yùn)行 [12]。 RST 引腳是復(fù)位信號(hào)的輸入端口，高電平有效。在時(shí)鐘振蕩器穩(wěn)定工作情況下，該引腳若由低電平上升到高電平并持續(xù) 2 個(gè)機(jī)器周期。 復(fù)位操作有手動(dòng)復(fù)位和上電復(fù)位， 圖 23（ a）為一種上電自動(dòng)復(fù)位電路，圖（ b）為 具有上電 自動(dòng)復(fù)位和手動(dòng)復(fù)位兩 種操作方式的復(fù)位電路。 劉婉如 ： 乳化液泵站監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的 設(shè)計(jì) 18 （ a） （ b） 圖 23 兩種復(fù)位電路 Two clear circuit 在復(fù)位電路上電的瞬間， RC 電路充電， RST 引腳出現(xiàn)高電平。 RST 引腳出現(xiàn)的高電平將會(huì)隨著 對(duì)電容 C的充電過程而逐漸回落，為了保證 RST引腳出現(xiàn)的高電平持續(xù)兩個(gè)機(jī)器周期以上的時(shí)間，須合理地選擇其電阻和電容的參數(shù)值，而電阻和電容參數(shù)的取值隨著時(shí)鐘頻率的不同而變化。 本文中選擇圖（ b）復(fù)位電路。 振蕩器、時(shí)鐘電路 在 AT89S52 芯片內(nèi)部，有一個(gè)振蕩器電路和時(shí)鐘發(fā)生器，引腳 XTAL1 和 XTAL2 之間接入晶體振蕩器和電容后構(gòu)成內(nèi)部時(shí)鐘方式。也可以使用外部振蕩器，由外部振蕩器產(chǎn)生的信號(hào)直接加載到振蕩器的輸入端，作為 CPU 的時(shí)鐘源，稱為外部時(shí)鐘方式。大多數(shù)的單片機(jī)均采用內(nèi)部時(shí)鐘方式，圖 24 為兩種方式的電路連接 ，本文選用的是片內(nèi)振蕩器接法 。采用外部時(shí)鐘方式時(shí)，外部振蕩器的輸出信號(hào)接至 XTAL1， XTAL2 懸空。 （ a） 使用片內(nèi)振蕩器接法 （ b）使用片外振蕩器接法 圖 24 AT89S52 振蕩器的連接方式 The placement of oscillator of AT89S52 遼寧工程技術(shù)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 19 3 系統(tǒng) 硬件設(shè)計(jì) 硬件電路的整體設(shè)計(jì) 硬件電路設(shè)計(jì)的基本要求 對(duì)系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)，提出如下要求： 1） 系統(tǒng)的可維護(hù)性要好。這個(gè)要求對(duì)任何系統(tǒng)來說都是很重要的，這不僅要求系統(tǒng)設(shè)計(jì)能方便操作人員使用，還要求操作簡(jiǎn)便快捷。 2） 系統(tǒng)的 可擴(kuò)充性要好。隨著用戶要求的不斷提高，系統(tǒng)應(yīng)能夠不斷升級(jí)，擴(kuò)充 功能，或控制新對(duì)象。 3） 系統(tǒng)的可靠性要高。實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)的可靠性是極為重要的，一旦 系統(tǒng)出現(xiàn)故障就可能影響乳化液泵和采煤工作面正常安全工作。因此系統(tǒng)要注意抗干擾設(shè)計(jì)，提高系統(tǒng)可靠性。 4） 系統(tǒng)的防爆性能要好。 由于本系統(tǒng)工作在含瓦斯和煤塵的環(huán)境中，因此要求該系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)嚴(yán)格滿足國(guó)家煤炭生產(chǎn)防爆標(biāo)準(zhǔn) 。 整個(gè)硬件電路最 終實(shí)現(xiàn)的功能包括： 1） 乳化液 泵 站 工作關(guān)鍵參數(shù)信號(hào)的采集：包括泵輸出端口壓力、 曲 軸箱潤(rùn)滑油油溫、油位、乳化液箱乳化液液溫、液位五個(gè) 關(guān)鍵參數(shù)信號(hào)的采集； 2） 壓力溫度參數(shù)的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)顯示：把采集到的壓力、溫度參數(shù)在 LED 顯示屏上顯示出來，同時(shí)可以通過按鍵切換顯示狀態(tài)，及時(shí)顯示需要觀察的參 數(shù)； 3） 超限報(bào)警：當(dāng)傳感器監(jiān)測(cè)的參數(shù)超限時(shí)，控制系統(tǒng)及時(shí)進(jìn)行 聲光 報(bào)警。 硬件電路的結(jié)構(gòu)組成框圖 硬件電路的結(jié)構(gòu)組成框圖如圖 31 所示。該系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)，控制器核心采用AT89S52 單片機(jī)。硬件電路包括單片機(jī)電路、信號(hào)采集電路 、 LED 顯示電路、報(bào)警處理電路以及電源電路等組成。 其中信號(hào)采集電路是將各 個(gè)傳感器采集到的模擬信號(hào)或者數(shù)字信號(hào)，進(jìn)行調(diào)理處理后送入單片機(jī)。 單片機(jī)電路是包括單片機(jī)本身在內(nèi)的，用 來保證單片機(jī)能正常運(yùn)行的電路，其中包括時(shí)鐘電路和調(diào)試接口電路等。 劉婉如 ： 乳化液泵站監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的 設(shè)計(jì) 20 圖 31 硬件電路 結(jié)構(gòu)組成框圖 Block diagram of the hardware circuit LED顯示電路是利用 4位 LED數(shù)碼管顯示把采集到的壓力和溫度參數(shù)實(shí)時(shí)的顯示出來； 報(bào)警處理電路是通過聲光報(bào)警 器來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)在異常狀態(tài)下能發(fā)出報(bào)警； 電源電路是將輸入的工作電壓轉(zhuǎn)換成系統(tǒng)所需的 +12v、 +9v、 9V以及 +5V電壓。 電源模塊設(shè)計(jì) 控制系統(tǒng)能否穩(wěn)定、可靠的工作，電源的設(shè)計(jì)非常重要，它為系統(tǒng)提供穩(wěn)定的直流 供電電壓。 本系統(tǒng)液位傳感器電壓為 +12V，溫度調(diào)理電路要用到 +9V、 9V 電壓，而系 統(tǒng)芯片供電電壓為 +5V，因此需要進(jìn)行電壓轉(zhuǎn)換 ， 如圖 32 為電源模塊電路原理圖 。 遼寧工程技術(shù)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 21 圖 32 電源電路圖 Power circuit 本電源模塊選用 781 780 790 7805 芯片作為調(diào)壓電路核心。 7812 負(fù)責(zé)把 電壓轉(zhuǎn)換為 +12V， 7809 的作用是把 電壓 轉(zhuǎn)換為 +9V， 7909 負(fù)責(zé)把電壓轉(zhuǎn)換為 9V。 7805 負(fù)責(zé)把電壓轉(zhuǎn)換為 +5V。 A/D 轉(zhuǎn)換器與單片機(jī)的連接 由于 AT89S52 單片機(jī)中不含有 A/D轉(zhuǎn)換器，并且 溫度與壓力傳感器輸出量是模擬量，因而在 傳感器與單片機(jī) 之間需要一個(gè) A/D 轉(zhuǎn)換器進(jìn)行連接， 本設(shè)計(jì)選用 的是 ADC0809 轉(zhuǎn)換器。 ADC0809 的簡(jiǎn)介 0809 是具有 8個(gè)通道的模擬量輸入線，可在程序控制下對(duì)任意通道進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換，得到 8位二進(jìn)制數(shù)字量。 0809 與單片機(jī) AT89S52 的連接 如圖 33所示。 劉婉如 ： 乳化液泵站監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的 設(shè)計(jì) 22 圖 33 ADC0809 的 連接 圖 The connect chart of ADC0809 ADC0809 主要技術(shù)指標(biāo)如下： 電源電壓： 5V 分辨率： 8位 時(shí)鐘頻率： 640KHZ 轉(zhuǎn)換時(shí)間 100us 未經(jīng)調(diào)整誤差： 1/2LSB 和 1LSB 模擬量輸入電壓范圍： 0～ 5V 功耗： 15mW ADC0809 芯片有 28 條引腳 ， 下面說明各引腳功能。 IN0～ IN7： 8 路模擬量輸入端。 21～28： 8位數(shù)字量輸出端。 ADDA、 ADDB、 ADDC： 3 位地址輸入線，用于選通 8路模擬輸入中的一路 。 ALE：地址鎖存允許信號(hào)，輸入，高電平有效。 START： A／ D 轉(zhuǎn)換啟動(dòng)脈沖輸入端，輸入一個(gè)正脈沖（至少 100ns 寬）使其啟動(dòng)（脈沖上升沿使 0809 復(fù)位，下降沿啟動(dòng)A/D 轉(zhuǎn)換）。 EOC： A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)，輸出 ，當(dāng) A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，此端輸出一個(gè)高電平（轉(zhuǎn)換期間為低電平）。 OE：數(shù)據(jù)輸出允許信號(hào)，輸入，高電平有效。當(dāng) A／ D 轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，此端輸入一個(gè)高電平，才能打開輸出三態(tài)門，輸出數(shù)字量。 CLK：時(shí)鐘脈沖輸入端 ， 要求時(shí)鐘頻率不高于 640KHZ。 REF（ +）、 REF（ ）：基準(zhǔn)電壓。 Vcc：電源，＋ 5V。 GND：地。 遼寧工程技術(shù)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 23 壓力信號(hào)采集 壓力傳感器的選用 系統(tǒng)選用西安西科監(jiān)控設(shè)備有限責(zé)任公司研制的 GD307 型礦用頂板壓力傳感