【文章內(nèi)容簡介】 地址上置0。此時， 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，置位無效。輸出：PSEN——片外程序存儲器選通信號，低電平有效。在從片外程序存儲器取址期間，在每個機(jī)器周期中，當(dāng)PSEN有效時，程序存儲器的內(nèi)容被送上P0口（數(shù)據(jù)總線）。PSEN可以驅(qū)動8個LSTTL負(fù)載。 AT89C51系列單片機(jī)的功能單元1．并行I/O接口：單片機(jī)芯片內(nèi)有一項主要功能就是并行I/O口。51系列共有4個8位的并行I/O口，分別記作P0、PPP3每個口都包含一個鎖存器，一個輸出驅(qū)動器和輸入緩沖器。實際上，它們已被歸入專用寄存器之列，并且具有字節(jié)尋址和位尋址功能。在訪問片外擴(kuò)展存儲器時，低八位地址和數(shù)據(jù)由P0口分時傳送，高八位地址由P2口傳送。2．定時器/計數(shù)器定時器/計數(shù)器（timer/counter）是單片機(jī)中的重要部件，其工作方式靈活、編程簡單，使用它對減輕CPU的負(fù)擔(dān)和簡化外圍電路都大有好處。C51系列包含有兩個16位的可編程定時器/計數(shù)器分別稱為定時器/計數(shù)器T0和定時器/計數(shù)器T1；在C51部分產(chǎn)品中，還包含有一個用做看門狗的8位定時器。定時器/計數(shù)器的核心是一個加1計數(shù)引腳上施加器，其基本功能是加1功能。在單片機(jī)的定時器T0或T1中，有一個定時器發(fā)生由0到1的跳變時，計數(shù)器增1，即為計數(shù)功能；在單片機(jī)內(nèi)部對機(jī)器周期或其分頻進(jìn)行計數(shù)，從而得到定時，這就是定時功能。在單片機(jī)中，定時功能和計數(shù)功能的設(shè)定和控制都是通過軟件來進(jìn)行的。（）定時器/計數(shù)器內(nèi)部結(jié)構(gòu)及其原理：由定時器0、定時器定時器方式寄存器TMOD和定時器控制寄存器TCON組成。當(dāng)定時器/計數(shù)器設(shè)置為定時工作方式時，計數(shù)器對內(nèi)部機(jī)器周期計數(shù)，每過一個機(jī)器周期，計數(shù)器加1，直至計滿溢出。定時器的定時時間與系統(tǒng)的振蕩頻率緊密相關(guān)，因為C51系列單片機(jī)的一個機(jī)器周期由12個振蕩脈沖組成，所以，計數(shù)頻率fc=fosc/12。如果單片機(jī)系統(tǒng)采用12MHz晶振，則計數(shù)周期為:這是最短的定時周期，適當(dāng)選擇定時器的初值可獲取各種定時時間。當(dāng)定時器/計數(shù)器設(shè)置為計數(shù)工作方式時，計數(shù)器對來自輸入引腳T0（）和T1（）的外部信號計數(shù)，外部脈沖的下降沿將觸發(fā)計數(shù)。在每個機(jī)器周期的S5P2期間采樣引腳輸入電平，若前一個機(jī)器周期采樣值為1，后一個機(jī)器周期采樣值為0，則計數(shù)器加1。新的計數(shù)值是在檢測到輸入引腳電平發(fā)生1到0的負(fù)跳變后，于下一個機(jī)器周期的S3P1期間裝入計數(shù)器中的，可見，檢測一個由1到0的負(fù)跳變需要兩個機(jī)器周期，所以最高檢測頻率為振蕩頻率的1/24。計數(shù)器對外部輸入信號的占空比沒有特別的限制，但必須保證輸入信號的高電平與低電平的持續(xù)時間在一個機(jī)器周期以上。3．振蕩器XTAL1和XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時鐘源驅(qū)動器件，XTAL2應(yīng)不接。當(dāng)輸入至內(nèi)部時鐘信號時要通過一個二分頻觸發(fā)器，而對外部時鐘信號的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。4．芯片擦除整個PEROM陣列和三個鎖定位的電擦除可通過正確的控制信號組合，并保持ALE管腳處于低電平10ms 來完成。在芯片擦除操作中，代碼陣列全被寫“1”且在任何非空存儲字節(jié)被重復(fù)編程以前，該操作必須被執(zhí)行。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、定時器、計數(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，直到下一個硬件復(fù)位為止。5．中斷系統(tǒng)中斷系統(tǒng)是單片機(jī)的重要組成部分。實時控制、故障自動處理、單片機(jī)與外圍設(shè)備間的數(shù)據(jù)傳送往往采用中斷系統(tǒng)。中斷系統(tǒng)大大提高了系統(tǒng)的效率。C51系統(tǒng)有關(guān)中斷的寄存器有4個，分別為中斷源寄存器TCON和SCON、中斷允許控制寄存器IE和中斷優(yōu)先級控制寄存器IP；中斷源有5個，分別為外部中斷0請求INT0、外部中斷1請求INT定時器0溢出中斷請求TF0、定時器1溢出中斷請求TF1和串行中斷請求R1或T1。5個中斷源的排列順序由中斷優(yōu)先級控制寄存器IP和順序查詢邏輯電路共同決定，5個中斷源分別對應(yīng)5個固定的中斷入口地址。中斷的特點(diǎn)是分時操作，實時處理和故障處理。簡單介紹一下本次設(shè)計所需的單片機(jī)芯片AT89C51的中斷系統(tǒng)中要用到的中斷類型。（1） 外部中斷源AT89C51有INT0和INT1兩條外部中斷請求輸入線,用于輸入兩個外部中斷源的中斷請求信號,并允許外部中斷源以低電平或負(fù)邊沿兩種中斷觸發(fā)方式來輸入中斷請求信號。AT89C51究竟工作于哪種中斷觸發(fā)方式,可由用戶對定時器控制寄存器TCON中IT0和IT1位狀態(tài)的設(shè)定來選取。AT89C51在每個機(jī)器周期的S5P2時對INT0、線上中斷請求信號進(jìn)行一次檢測,檢測方式和中斷觸發(fā)方式的選取有關(guān)。若AT89C51設(shè)定為電平觸發(fā)方式(IT0=0或IT1=0),則CPU檢測到INT0、INT1上低電平時就可認(rèn)定其上中斷請求有效。若設(shè)定為邊沿觸發(fā)方式(IT0=1或IT1=1),則CPU需要兩次檢測INT0、INT1線上電平方能確定其上中斷請求是否有效,即前一次檢測為高電平和后一次檢測為低電平時中斷請求才有效。（2） 定時器溢出中斷源定時器溢出中斷由AT89C51內(nèi)部定時器分的中斷源產(chǎn)生,故它們屬于內(nèi)部中斷。AT89C51內(nèi)部有兩個16位定時器/計數(shù)器,受內(nèi)部定時脈沖(主脈沖經(jīng)12分頻后)或T0/T1引腳上輸入的外部定時脈沖計數(shù)。定時器T0/T1在定時脈沖作用下從全“1”變成全“0”時可以自動向CPU提出溢出中斷請求,以表明定時器T0或T1的定時時間已到。 （3） 串行口中斷源串行口中斷由AT89C51內(nèi)部串行口的中斷源產(chǎn)生,也是一種內(nèi)部中斷。串行口中斷分為串行口發(fā)送中斷和串行口接收中斷兩種。在串行口進(jìn)行發(fā)送/接收數(shù)據(jù)時,每當(dāng)串行口發(fā)送/接收完一組串行數(shù)據(jù)時串行口電路自動使串行口控制寄存器SCON中的RI或TI中斷標(biāo)志位置位，并自動向CPU發(fā)出串行口中斷請求,CPU響應(yīng)串行口中斷后便立即轉(zhuǎn)入串行口中斷服務(wù)程序執(zhí)行。因此,只要在串行口中斷服務(wù)程序中安排一段對SCON中RI和TI中斷標(biāo)志位狀態(tài)的判斷程序,便可區(qū)分串行口發(fā)生了接收中斷請求還是發(fā)送中斷請求。（4） 中斷標(biāo)志AT89C51在S5P2時檢測(或接收)外部(內(nèi)部)中斷源發(fā)來的中斷請求信號后先使相應(yīng)中斷標(biāo)志位置位,然后便在下個機(jī)器周期檢測這些中斷標(biāo)志位狀態(tài),以決定是否響應(yīng)該中斷。 對于直流電機(jī)的控制無非是控制其轉(zhuǎn)向以及速度，轉(zhuǎn)向的控制方法比較簡單只要改變電機(jī)的通電極性就可改變其旋轉(zhuǎn)方向，擬重點(diǎn)討論如何對其速度進(jìn)行控制及對其調(diào)速可采用的辦法。此次設(shè)計中我們采用PWM控制調(diào)速，PWM控制是指在保持周期不變的情況下通過調(diào)節(jié)開關(guān)導(dǎo)通的時間對脈沖寬度進(jìn)行調(diào)制從而達(dá)到調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。電子式定時計數(shù)測量頻率的方法一般有三種：①測頻率法:在一定時間間隔t內(nèi)，計數(shù)被測信號的重復(fù)變化次數(shù)N，則被測信號的頻率可表示為 （1）②測周期法：在被測信號的一個周期內(nèi)，計數(shù)時鐘脈沖數(shù)，則被測信號頻率，其中，為時鐘脈沖信號頻率。③多周期測頻法:在被測信號個周期內(nèi)，計數(shù)時鐘脈沖數(shù)，從而得到被測信號頻率，則可以表示為，由測量準(zhǔn)確度確定。本次設(shè)計中我們將測周發(fā)和測頻法結(jié)合使用，在低轉(zhuǎn)數(shù)的時候我們采用測周法，其他時候采用測頻法，這樣可以大大提高轉(zhuǎn)速測量精度。 圖2 測速圖光電對管和碼盤構(gòu)成轉(zhuǎn)速測量傳感器將轉(zhuǎn)速信號轉(zhuǎn)變?yōu)槊}沖信號 ,通過單片機(jī)測得脈沖信號的周期為T，我們使用的碼盤上有8個孔，由此可以計算出電機(jī)的轉(zhuǎn)速r。周期T和轉(zhuǎn)速r的關(guān)系如下： r=60/8T 單位為轉(zhuǎn)/每分鐘。 在傳統(tǒng)的模擬信號遠(yuǎn)距離的溫度測量系統(tǒng)中，需要很好的解決引線誤差補(bǔ)償問題、多點(diǎn)切換誤差問題和放大電路零點(diǎn)漂移誤差問題等技術(shù)。另外考慮到一般的測量現(xiàn)場的電磁環(huán)境非常的惡劣，各種干擾信號較強(qiáng)，模擬信號很容易受到干擾而產(chǎn)生測量誤差，影響測量精度。因此，在溫度測量系統(tǒng)中，采用抗干擾能力較強(qiáng)的新型數(shù)字溫度傳感器是解決這些問題的最有效的方案。在實際的溫度測量過程中被廣泛應(yīng)用，同時也取得了良好的測量效果。：1．DS18S20的適應(yīng)電壓范圍更寬，其范圍為：，而且它能夠直接由數(shù)據(jù)線獲取電源(寄生電源)，無需外部工作電源。2．DS18S20提供了9位攝氏溫度測量，具有非易失性、上下觸發(fā)門限用戶可編程的報警功能。3．DS18S20通過1Wire174?？偩€與中央微處理器通信，僅需要單根數(shù)據(jù)線(或地線)。同時，在使用過程中，它不需要任何的外圍的元件，全部的傳感元件和轉(zhuǎn)換電路集成在形狀如一只三極管的集成電路內(nèi)。 4．DS18S20具有55176。C至+125176。C的工作溫度范圍，在10176。C至+85176。C溫度范圍內(nèi)精度為177。176。C。5．每片DS18S20具有唯一的64位序列碼，這些碼允許多片DS18S20在同一條1Wire總線上工作，因而，可方便地使用單個微處理器控制分布在大范圍內(nèi)的多片DS18S20器件。6．DS18S20的測量結(jié)果直接輸出數(shù)字溫度信號，以“一線總線”串行傳送給CPU，同時還可以傳送給CRC校驗碼，它具有極強(qiáng)的抗干擾糾錯的能力。 圖 3 管腳圖7．DS18S20具有負(fù)載特性，當(dāng)電源極性接反時，芯片不會因發(fā)熱而燒毀，但是不能正常的工作。圖4 原理圖根據(jù)以上這些特性而從中受益的應(yīng)用包括：HVAC環(huán)境控制、室內(nèi)，設(shè)備或者機(jī)器內(nèi)部的溫度監(jiān)測系統(tǒng)、過程監(jiān)控和控制系統(tǒng)。光電傳感器是通過把光強(qiáng)度的變化轉(zhuǎn)換成電信號的變化來實現(xiàn)控制的。光電傳感器在一般情況下，有三部分構(gòu)成，它們分為：發(fā)送器、接收器和檢測電路。發(fā)送器對準(zhǔn)目標(biāo)發(fā)射光束，發(fā)射的光束一般來源于半導(dǎo)體光源，發(fā)光二極管(LED)、激光二極管及紅外發(fā)射二極管。光束不間斷地發(fā)射，或者改變脈沖寬度。接收器有光電二極管、光電三極管、光電池組成。在接收器的前面，裝有光學(xué)元件如透鏡和光圈等。在其后面是檢測電路，它能濾出有效信號和應(yīng)用該信號。此外，光電開關(guān)的結(jié)構(gòu)元件中還有發(fā)射板和光導(dǎo)纖維。三角反射板是結(jié)構(gòu)牢固的發(fā)射裝置。它由很小的三角錐體反射材料組成，能夠使光束準(zhǔn)確地從反射板中返回，具有實用意義。它可以在與光軸0到25的范圍改變發(fā)射角，使光束幾乎是從一根發(fā)射線，經(jīng)過反射后，還是從這根反射線返回。圖5 實物圖 圖6 邏輯功能圖L298N是SGS公司的產(chǎn)品，內(nèi)部包含4通道邏輯驅(qū)動電路。是一種二相和四相電機(jī)的專用驅(qū)動器，即內(nèi)含二個H橋的高電壓大電流雙全橋式驅(qū)動器，接收標(biāo)準(zhǔn)TTL邏輯電平信號，可驅(qū)動46V、2A以下的電機(jī)。L298是一款單片集成的高電壓、高電流、雙路全橋式電機(jī)驅(qū)動，設(shè)計用于連接標(biāo)準(zhǔn)TTL邏輯電平，驅(qū)動電感負(fù)載（諸如繼電器、線圈、DC和步進(jìn)電機(jī)）。L298提供兩個使能輸入端，可以在不依賴于輸入信號的情況下，使能或禁用L298器件。L298低位晶體管的發(fā)射器連接到一起，而其對應(yīng)的外部端口則可用來連接一個外部感應(yīng)電阻。L298還提供一個額外的電壓輸入，所以其邏輯電路可以工作在更低的電壓下。uA741M，uA741I，uA741C（單運(yùn)放）是高增益運(yùn)算放大器，用于軍事。 這些類型還具有廣泛的共同模式，差模信號范圍和低失調(diào)電壓調(diào)零能力與使用適當(dāng)?shù)碾娢弧?uA741M，uA741I，uA741C芯片引腳和工作說明：1和5為偏置(調(diào)零端)，2為正向輸入端，3為反向輸入端，4接地，6為輸出，7接電源 8空腳。圖7 引腳圖物理量的感測在一般應(yīng)用中，經(jīng)常使用各類傳感器將位移、角度、壓力、與流量等物理量轉(zhuǎn)換為電流或電壓信號，之后再由量測此電壓電流信號間接推算出物理量變化，以達(dá)成感測、控制的目的。但有時傳感器所輸出的電壓電流信號可能非常微小，以致信號處理時難以察覺其間的變化，故需要以放大器進(jìn)行信號放大以順利測得電流電壓信號，而放大器所能達(dá)成的工作不僅是放大信號而已，尚能應(yīng)用于緩沖隔離、準(zhǔn)位轉(zhuǎn)換、阻抗匹配、以及將電壓轉(zhuǎn)換為電流或電流轉(zhuǎn)換為電壓等用途?，F(xiàn)今放大器種類繁多，一般仍以運(yùn)算放大器(OperationalAmplifier,OpAmp)應(yīng)用較為廣泛。 第3章 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計 單片機(jī)最小系統(tǒng)電路設(shè)計（主控電路） 圖8 單片機(jī)最小系統(tǒng) 圖9 電機(jī)驅(qū)動電路設(shè)計L298有兩路電源分別為邏輯電源和動力電源，上圖中6V為邏輯電源，12V為動力電源。J4接入邏輯電源，J69接入動力電源，J1與J2分別為單片機(jī)控制兩個電機(jī)的輸入端，J3與J5分別與兩個電極的正負(fù)極相連。ENA與ENB直接接入6V邏輯電源也就是說兩個電機(jī)時刻都工作在使能狀態(tài)，控制電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)只有通過J1與J2兩個接口。由于我們使用的電機(jī)是線圈式的，在從運(yùn)行狀態(tài)突然轉(zhuǎn)換到停止?fàn)顟B(tài)和從順時針狀態(tài)突然轉(zhuǎn)換到逆時針狀態(tài)時會形成很大的反向電流，在電路中加入二極管的作用就是在產(chǎn)生反向電流的時候進(jìn)行泄流，保護(hù)芯片的安全。 測速電路主要由采集電路和整形電路兩部分。采集電路中應(yīng)用了比較常見的光電測速方法來實現(xiàn)，其具體做法是將電機(jī)軸上固定一圓盤，圓盤上繞中心均勻?qū)ΨQ分布著4個圓孔，在圓盤的一側(cè)固定一個發(fā)光二極管，其位置對準(zhǔn)圓孔，在另一側(cè)和發(fā)光二極管平行的位置固定一光敏三極管，如果電機(jī)轉(zhuǎn)到圓孔處時，發(fā)光二極管通過圓孔將光照射到光敏三極管上，三極管導(dǎo)通，反之三極管截止，示意圖如圖5所示。轉(zhuǎn)盤的圓孔的個數(shù)決定了測量的精度，個數(shù)越多，精度越高。圖10 演示