【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 單片機(jī)己成功地運(yùn)用在智能儀表、機(jī)電設(shè)備、過(guò)程控制、數(shù)據(jù)處理、自動(dòng)檢測(cè)和家用電器等各個(gè)方面。單片機(jī)在控制領(lǐng)域中，有如下幾個(gè)特點(diǎn)：、成本低、易于產(chǎn)品化，能方便地組裝成各種智能式控制設(shè)備及各種智能儀器儀表。，能針對(duì)性地解決從簡(jiǎn)單到復(fù)雜的各類控制任務(wù)，因而能獲得最佳的性能價(jià)格比。，適應(yīng)溫度范圍寬，在各種惡劣的環(huán)境下都能可靠地工作，這是其它機(jī)種無(wú)法比擬的。，使整個(gè)控制系統(tǒng)的效率和可靠性大為提高。由于單片機(jī)具有體積小、低功耗、可靠性高、控制功能強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，因此廣泛的應(yīng)用于國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域，對(duì)各行各業(yè)的技術(shù)改造和產(chǎn)品更新?lián)Q代起到了重要的推動(dòng)作用。單片機(jī)的應(yīng)用范圍很廣，大致可分為以下幾個(gè)方面：：電機(jī)控制、工業(yè)機(jī)器人、智能傳感器等。：智能儀器、醫(yī)療器械、色譜儀、示波器。：電子玩具、高級(jí)游戲機(jī)、錄像機(jī)，激光唱機(jī)。：調(diào)制解調(diào)器、智能線路運(yùn)行控制、程控交換技術(shù)。：導(dǎo)彈控制、智能武器裝置、航天飛機(jī)導(dǎo)航系統(tǒng)。：磁帶機(jī)、打印機(jī)、溫氏硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器。：點(diǎn)火控制、變速器控制、防滑剎車(chē)、排氣控制。 芯片的選擇選擇單片機(jī)時(shí)要以無(wú)需外部擴(kuò)展或較少的外部擴(kuò)展來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)所要求的功能，并且不對(duì)單片機(jī)資源造成太大的浪費(fèi)為原則。單片機(jī)輸入信號(hào)包括步進(jìn)脈沖信號(hào)CP、方向控制信號(hào)、脫機(jī)信號(hào)，另外還有細(xì)分步數(shù)選擇信號(hào)。所以要求單片機(jī)有足夠的I/0腳、中斷資源、定時(shí)/計(jì)數(shù)器等，還要求單片機(jī)價(jià)格便宜和有足夠容量的內(nèi)部存儲(chǔ)器。因?yàn)榧?xì)分后步進(jìn)脈沖信號(hào)頻率也相應(yīng)升高，因此還要求單片機(jī)的運(yùn)算速度快。MCS51系列單片機(jī)及其兼容機(jī)在國(guó)內(nèi)使用十分廣泛，開(kāi)發(fā)工具也很完善，相關(guān)的資料和應(yīng)用實(shí)例很多，可以少走很多彎路，加快開(kāi)發(fā)的進(jìn)度，所以單片機(jī)的指令應(yīng)與MCS51兼容。單片機(jī)的種類是很多的，有PIC系列、Philips、Motorola系列、Intel系列8051類單片機(jī)等。各個(gè)系列的單片機(jī)各有所長(zhǎng)，在處理速度、穩(wěn)定性、I/0能力、功耗、功能齊全、價(jià)格等方面各有優(yōu)劣。這些種類繁多的單片機(jī)家族，給我們單片機(jī)的選擇提供了很大的余地。Intel公司生產(chǎn)的51系列單片機(jī)具有功能強(qiáng)大、價(jià)格低廉、體積小、開(kāi)發(fā)容易，步進(jìn)電機(jī)控制器操作等特點(diǎn)，在市場(chǎng)中占有很大的份額，是一種比較通用且經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的產(chǎn)品。因而本系統(tǒng)中選用了40管腳的51單片機(jī)ATMEL89C51作為主控芯片，它的基本特征如下：—51產(chǎn)品兼容，8位CPU。，最高時(shí)鐘頻率為12MHz24MHz。，可進(jìn)行100次寫(xiě)/擦除操作。，共32根I/0線，1個(gè)雙工串行口。，5個(gè)中斷源，有2個(gè)優(yōu)先級(jí)。，適用于布爾運(yùn)算。 AT89C51單片機(jī)與管腳功能簡(jiǎn)介AT89C51是美國(guó)ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓、高性能CMOS8位單片機(jī)，片內(nèi)含4KB的可反復(fù)擦寫(xiě)的只讀程序存儲(chǔ)器（EPROM）和128 B的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器（CPU）和FLASH存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大的AT89C51單片機(jī)能可靈活應(yīng)用于很多高性價(jià)比的場(chǎng)合和各種控制領(lǐng)域。AT89C51可提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能：4KB FLASH閃速存儲(chǔ)器，128 B內(nèi)部RAM，32個(gè)I/O口線，兩個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，一個(gè)5向量?jī)杉?jí)中斷結(jié)構(gòu)，一個(gè)全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路。同時(shí)，AT89C51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，但允許定時(shí)/計(jì)數(shù)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它所有部件工作直到下一個(gè)硬件復(fù)位。AT89C51中還有一個(gè)用于構(gòu)成內(nèi)部振蕩器的高增益反相放大器，引腳XTAL1和XTAL2分別是該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石英晶體或陶瓷諧振器一起構(gòu)成自激振蕩器。由XTAL1和XTAL2引腳外接石英晶體（或陶瓷諧振器）及電容，電容容量的大小會(huì)影響震蕩頻率的高低、振蕩器工作的穩(wěn)定性、起振的難易程度及溫度穩(wěn)定性，要適當(dāng)選取。也可采用外部時(shí)鐘，這時(shí)外部時(shí)鐘接到XTAL1端，即內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端，XTAL2則懸空。整個(gè)EPROM陣列和三個(gè)鎖定位的電擦除可通過(guò)正確的控制信號(hào)組合，并保持ALE管腳處于低電平10ms 來(lái)完成。在芯片擦操作中，代碼陣列全被寫(xiě)“1”且在任何非空存儲(chǔ)字節(jié)被重復(fù)編程以前，該操作必須被執(zhí)行。此外，AT89C51設(shè)有穩(wěn)態(tài)邏輯，可以在低到零頻率的條件下靜態(tài)邏輯，支持兩種軟件可選的掉電模式。在閑置模式下，CPU停止工作。但RAM，定時(shí)器，計(jì)數(shù)器，串口和中斷系統(tǒng)仍在工作。在掉電模式下，保存RAM的內(nèi)容并且凍結(jié)振蕩器，禁止所用其他芯片功能，直到下一個(gè)硬件復(fù)位為止。AT89C51的引腳結(jié)構(gòu)圖如圖 31，現(xiàn)在對(duì)各個(gè)引腳的功能進(jìn)行簡(jiǎn)單的介紹：VCC：供電電壓。 GND：接地。 P0口：P0口為一個(gè)8位漏級(jí)開(kāi)路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門(mén)電流。當(dāng)P1口的管腳第一次寫(xiě)1時(shí)，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時(shí)，P0 口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，P0輸出原碼，此時(shí)P0外部必須被拉高。 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 TTL門(mén)電流。P1口管腳寫(xiě)入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口作為第八位地址接收。 P2口：P2口為一個(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(mén)電流，當(dāng)P2口被寫(xiě)“1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫(xiě)時(shí)，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。 P3口：P3口管腳是8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個(gè)TTL門(mén)電流。當(dāng)P3口寫(xiě)入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，P3口管腳備選功能如下： RXD（串行輸入口） TXD（串行輸出口） （外部中斷0） （外部中斷1） T0（記時(shí)器0外部輸入） T1（記時(shí)器1外部輸入） （外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選通） （外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通）P3口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。 RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持RST腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。ALE/PROG：當(dāng)訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時(shí)，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過(guò)一個(gè)ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時(shí)， ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無(wú)效。：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次有效。但在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的信號(hào)將不出現(xiàn)。/VPP：當(dāng)保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（0000HFFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。注意加密方式1時(shí)，將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）。 XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。XTAL2：來(lái)自反向振蕩器的輸出。 圖31 AT89C51引腳圖 8位數(shù)模轉(zhuǎn)換器DAC0832簡(jiǎn)介DAC0832是雙列直插式8位D/A轉(zhuǎn)換器。能完成數(shù)字量輸入到模擬量(電流)輸出的轉(zhuǎn)換。圖 32為DAC0832的引腳圖。其主要參數(shù)如下：分辨率為8位，轉(zhuǎn)換時(shí)間為1μs，滿量程誤差為177。1LSB，參考電壓為(+10～10)V，供電電源為(+5～+15)V，邏輯電平輸入與TTL兼容。在DAC0832中有兩級(jí)鎖存器，第一級(jí)鎖存器稱為輸入寄存器，它的允許鎖存信號(hào)為ILE，第二級(jí)鎖存器稱為DAC寄存器，它的鎖存信號(hào)也稱為通道控制信號(hào)。DAC0832由8位輸入寄存器、8位DAC寄存器和8位D/A轉(zhuǎn)換電路組成。輸入寄存器和DAC寄存器作為雙緩沖，因?yàn)樵贑PU數(shù)據(jù)線直接接到DAC0832的輸入端時(shí)，數(shù)據(jù)在輸入端保持的時(shí)間僅僅是在CPU執(zhí)行輸出指令的瞬間內(nèi)，輸入寄存器可用于保存此瞬間出現(xiàn)的數(shù)據(jù)。有時(shí)，微機(jī)控制系統(tǒng)要求同時(shí)輸出多個(gè)模擬量參數(shù)，此時(shí)對(duì)應(yīng)于每一種參數(shù)需要一片DAC0832，每片DAC0832的轉(zhuǎn)換時(shí)間相同，就可采用DAC寄存器對(duì)CPU分時(shí)輸入到輸入寄存器的各參數(shù)在同一時(shí)刻開(kāi)始鎖存，進(jìn)而同時(shí)產(chǎn)生各模擬信號(hào)。當(dāng)ILE為高電平，片選信號(hào)和寫(xiě)信號(hào)為低電平時(shí)，輸入寄存器控制信號(hào)為1，這種情況下，輸入寄存器的輸出隨輸入而變化。此后，當(dāng)由低電平變高時(shí)，控制信號(hào)成為低電平，此時(shí)，數(shù)據(jù)被鎖存到輸入寄存器中，這樣輸入寄存器的輸出端不再隨外部數(shù)據(jù)DB的變化而變化。對(duì)第二級(jí)鎖存來(lái)說(shuō)，傳送控制信號(hào)和寫(xiě)信號(hào)同時(shí)為低電平時(shí)，二級(jí)鎖存控制信號(hào)為高電平，8位的DAC寄存器的輸出隨輸入而變化，此后，當(dāng)由低電平變高時(shí)，控制信號(hào)變?yōu)榈碗娖?，于是將輸入寄存器的信息鎖存到DAC寄存器中。 圖 32 DAC0832引腳圖圖32中其余各引腳的功能定義如下：～DI0 ：8位的數(shù)據(jù)輸入端，DI7為最高位。 ：模擬電流輸出端1，當(dāng)DAC寄存器中數(shù)據(jù)全為1時(shí)，輸出電流最大，當(dāng) DAC寄存器中數(shù)據(jù)全為0時(shí)，輸出電流為0。 ：模擬電流輸出端2， IOUT2與IOUT1的和為一個(gè)常數(shù)，即IOUT1＋I(xiàn)OUT2＝常數(shù)。 ：反饋電阻引出端，DAC0832內(nèi)部已經(jīng)有反饋電阻，所以 RFB端可以直接接到外部運(yùn)算放大器的輸出端，這樣相當(dāng)于將一個(gè)反饋電阻接在運(yùn)算放大器的輸出端和輸入端之間。 ：參考電壓輸入端，此端可接一個(gè)正電壓，也可接一個(gè)負(fù)電壓，它決定0至255的數(shù)字量轉(zhuǎn)化出來(lái)的模擬量電壓值的幅度，VREF范圍為(+10～10)V。VREF端與D/A內(nèi)部T形電阻網(wǎng)絡(luò)相連。：芯片供電電壓，范圍為(+５15)V。 8279顯示與鍵盤(pán)控制芯片簡(jiǎn)介 8279顯示鍵盤(pán)控制芯片的功能8279芯片是采用177。5V電源供電、40管腳封裝的可編程設(shè)置型鍵盤(pán)/顯示器芯片，其有如下功能：；(Scanned Keyboard Mode)；(Scanned Sensor Mode)；(Strobe Input Entry Mode)；(先進(jìn)先出)；，2鍵鎖定及N鍵依此讀出模式；；。16位字節(jié)顯示存儲(chǔ)器。 8279顯示鍵盤(pán)控制芯片引腳定義下面介紹8279芯片個(gè)引腳的功能定義，8279芯片的引腳結(jié)構(gòu)如圖 33所示。~DB7：雙向數(shù)據(jù)總線。在CPU與8279間做數(shù)據(jù)與命令傳送。：8279的系統(tǒng)時(shí)鐘，100Hz為最佳選擇。：復(fù)位輸入線。輸入HI時(shí)可復(fù)位8279。：芯片選擇信號(hào)線。當(dāng)這個(gè)輸入引腳為低電平時(shí)，可將命令寫(xiě)入8279或讀取8279的數(shù)據(jù)。：緩沖器地址選擇線。A0=0時(shí)，讀寫(xiě)一般數(shù)據(jù)；A0=1時(shí)，讀取狀態(tài)標(biāo)志位或?qū)懭朊睢＃鹤x取控制線。RD=0時(shí)，8279輸送數(shù)據(jù)到外部總線。：寫(xiě)入控制線。WR=0時(shí)，8279從外部總線接收數(shù)據(jù)。：中斷請(qǐng)求。平常IRQ為L(zhǎng)O，在鍵盤(pán)模式下，每次讀取FIFO/SENSOR RAM的數(shù)據(jù)時(shí)，IRQ變?yōu)镠I，讀取后轉(zhuǎn)為L(zhǎng)O；在傳感器模式下，只要傳感器一有變化，就會(huì)使IRQ變?yōu)镠I，讀取后轉(zhuǎn)為L(zhǎng)O。~SL3：掃描按鍵開(kāi)關(guān)或傳感器矩陣及顯示器，可以是編碼模式(16對(duì)1)或解碼模式(4對(duì)1)。~RL7：鍵盤(pán)/傳感器的返回線。無(wú)按鍵被按時(shí)，返回線為HI；有按鍵被按時(shí)，該按鍵的返回線為L(zhǎng)O。在激發(fā)輸入模式時(shí)，為8位的數(shù)據(jù)輸入。：在鍵盤(pán)掃描模式時(shí)，引腳的輸入狀態(tài)會(huì)與其它按鍵的狀態(tài)一同儲(chǔ)存(在BIT6)，內(nèi)部有上拉電阻，未按時(shí)為HI，按時(shí)為L(zhǎng)O。：在鍵盤(pán)掃描模式時(shí)，引腳的輸入狀態(tài)會(huì)與SHIFT以及其它按鍵的狀態(tài)同一儲(chǔ)存，內(nèi)部有上拉電阻，未按時(shí)為HI，按時(shí)為L(zhǎng)O。在激發(fā)輸入模式時(shí)，作為返回線8位數(shù)據(jù)的使能引腳。~OUTA3：動(dòng)態(tài)掃描顯示的輸出口(高4位)。~OUTB3：動(dòng)態(tài)掃描顯示的輸出口(低4位)。：消隱輸出線。圖33 8279引腳結(jié)構(gòu)圖 IR2130驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)介 IR2130結(jié)構(gòu)及功能IR2130是美國(guó)國(guó)際整流器公司生產(chǎn)的功率MOS器件(或IGBT)柵極驅(qū)動(dòng)集成電路，它能輸出六路驅(qū)動(dòng)信號(hào)，并且由于內(nèi)部設(shè)有自舉式懸浮電路，因此只用一路電源，使系統(tǒng)設(shè)計(jì)極為簡(jiǎn)化。IR2130是雙列直插具有28個(gè)引腳的高性能功率MOS或IGBT驅(qū)動(dòng)器，內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖 34 所示。在它的內(nèi)部集成有一個(gè)電流比較器CC、電流放大器CA、一個(gè)自身工作電源欠電壓檢測(cè)器UVD、一個(gè)故障邏輯處理單元FL及一個(gè)封鎖邏輯CL。除上述外，它的內(nèi)部還集成有三個(gè)輸入信號(hào)處理器ISG、三個(gè)脈沖處理和電平移位器PGLS、三個(gè)高壓側(cè)驅(qū)動(dòng)信號(hào)鎖存器LT，三個(gè)高壓側(cè)驅(qū)動(dòng)信號(hào)的欠電壓檢測(cè)器UVDR及六個(gè)低阻抗輸出驅(qū)動(dòng)器DR和一個(gè)或門(mén)電路OR。其特點(diǎn)簡(jiǎn)述如下:工作電源電壓為320V，可用于驅(qū)動(dòng)工作在母線電壓不超過(guò)600V電路中的MOS器件，最大輸出正向峰值驅(qū)動(dòng)電流為25OmA，而反向峰值驅(qū)動(dòng)電流為500mA。它可對(duì)同一橋臂上、下兩個(gè)功率MOS