【文章內容簡介】 3和DS1~DS4不是總線式的，因此MCS51系列的單片機只能通過并行I/O接口或者擴展I/O接口與其相連。對8031單片機應用系統(tǒng)來說，MC14433可以直接和其P1口或者擴展I/O口8155/8255相連。經分析，本系統(tǒng)中MC14433與單片機8031的P1口直接相連，其電路結構如圖38所示。圖38 MC14433與8031單片機的接口電路 單片機8031基本電路本系統(tǒng)采用了8031單片機作為控制芯片，在前向通道中是一個非電信號的電量采集過程。它由傳感器采集非電信號，從傳感器出來經過放大過程，使信號放大，再經過模/數轉換成為計算機能識別的數字信號，再送入計算機系統(tǒng)的相應端口。一、8031的概述8031是有8個部件組成，即CPU、時鐘電路、數據存儲器、并行口（P0～P3）、串行口、定時計數器和中斷系統(tǒng)，它們均由單一總線連接并被集成在一塊半導體芯片上，即組成了單片微型計算機，其基本組成見圖39所示。8031就是MCS51系列單片機中的一種。圖38 8031基本組成8031的引腳圖見圖39所示。圖39 8031引腳圖各引腳說明如下：l VCC（40引腳）：正常運行時提供電源。l VSS（20引腳）：接地。l XTAL1（19引腳）：在單片機內部，它是一個反向放大器的輸入端，該放大器構成了片內的震蕩器，可以提供單片機的時鐘信號，該引腳也是可以接外部的晶振的一個引腳，如采用外部振蕩器時，對于8031而言此引腳應該接地。l XTAL2（18引腳）：在內部，接至上述振蕩器的反向輸入端，當采用外部振蕩器時，對MCS51系列該引腳接收外部震蕩信號，即把該信號直接接到內部時鐘的輸入端。l RST/VPD（9引腳）：在振蕩器運行時，在此引腳加上兩個機器周期的電平將單片機復位。在掉電時，此引腳接備用電源VDD，以保持RAM數據不丟失，當BVCC低于規(guī)定的值時，而VPD在其規(guī)定的電壓范圍內時，VPD就向內部數據存儲器提供備用電源。l ALE/PROG（30引腳）：當8031訪問外部存儲器時，包括數據存儲器和程序存儲器，ALE9地址鎖存允許0輸入的脈沖的下沿用于鎖存16位地址的低8位，在不訪問外部存儲器的時候，ALE仍有兩個周期的正脈沖輸出，其頻率為振蕩器的頻率的1/6，在訪問外存儲器的是候，在兩個周期中，ALE只出現一次，ALE斷可驅動8個LS TTL負載，對于有片內EPROM的而言，在EPROM編程期間，此腳用于輸入編程脈沖PROG。l （29引腳）：此腳輸出為單片機內訪問外部程序存儲器的讀選通信號，在讀取外部指令期間， PSEN非有兩次在每個周期有效，在此期間，每當訪問外部存儲器時，兩個有效的PSEN非將不再出現，同樣這個引腳可驅動8個LSTTL負載。l （31引腳）：當保持高電平時，單片機訪問內部存儲器，當PC值超過0FFFH時，將自動轉向片外存儲器。當保持低電平時，則只訪問外部程序存儲器，對8031而言，此腳必須接地。l P0，P1，P2，P3：8031有四個并行口，在這四個并行口中，可以在任何一個輸出數據，又可以從它們那得到數據，故它們都是雙向的，每一個I/O口內部都有一個8位數據輸出鎖存器和一個8位數據輸入緩沖器，各成為SFR中的一個。P0口通常用做通用I/O口為CPU傳送數據，P2口除了可以用做通用口以外，還具有第一功能，除P0口以外其余三個都是準雙向口。二、單片機復位電路根據應用的要求，復位操作通常有兩種基本形式：上電復位和上電或開關復位。上電復位要求接通電源后，自動實現復位操作。常用的上電復位電路如圖 (310a)中左圖所示。圖中電容C1和電阻R1對電源十5V來說構成微分電路。上電后，保持RST一段高電平時間，由于單片機內的等效電阻的作用，不用圖中電阻R1，也能達到上電復位的操作功能，如圖 (310a)中所示。上電或開關復位要求電源接通后，單片機自動復位，并且在單片機運行期間，用開關操作也能使單片機復位。常用的上電或開關復位電路如圖 (310b)所示。上電后，由于電容C3的充電和反相門的作用，使RST持續(xù)一段時間的高電平。當單片機已在運行當中時，按下復位鍵K后松開，也能使RST為一段時間的高電平，從而實現上電或開關復位的操作。圖310 單片機的復位電路三、系統(tǒng)時鐘的設計時鐘電路是用來產生8031單片機工作時所必須的時鐘信號，8031本身就是一個復雜的同步時序電路，為保證工作方式的實現，8031在唯一的時鐘信號的控制下嚴格的按時序執(zhí)行指令進行工作 ，時鐘的頻率影響單片機的速度和穩(wěn)定性。通常時鐘由于兩種形式：內部時鐘和外部時鐘。我們系統(tǒng)采用內部時鐘方式來為系統(tǒng)提供時鐘信號。8031內部有一個用于構成振蕩器的高增益反向放大器，該放大器的輸入輸出引腳為XTAL1和XTAL2，它們跨接在晶體振蕩器和用于微調的電容，便構成了一個自激勵振蕩器。電路如圖311所示。圖311時鐘電路電路中的CC2的選擇在30PF左右，晶振頻率為在12MHZ。 單片機外圍的設計在8031芯片的外圍電路中必須對其進行程序存儲器的擴展，和根據系統(tǒng)的需要對其進行數據存儲器的擴展。8031對程序存儲器和數據存儲器均可進行0000H～FFFFH的64K字節(jié)地址內容的有效尋址。由1片2764EPROM、1片6264RAM。1片74LS138譯碼器及一些必要的邏輯器件構成。其框圖如圖312所示。由于檢測系統(tǒng)需要對檢測的溫度數據進行記錄保存，因此，在單片機的外圍電路中設計了RAM掉電保護電路，保證存在6264RAM內的檢測結果在斷電后不丟失?！?，控制對應的2片多路模擬開關CD4051的選通。74LS373譯碼器的輸出Y7用于A/D轉換器的口地址，去控制74LS244緩沖器輸出允許端。圖312單片機外圍電路由于8031無內部ROM，故擴展的程序存儲器地址為0000H～FFFFH，考慮系統(tǒng)的需要，我們將8031的程序存儲器擴展為4KEPROM，采用2764作為ROM芯片。程序存儲器擴展的容量大于256字節(jié)，故EPROM片內地址線除了由P0口經地址存儲器提供低8位地址外，還需要由P2口提供若干條地址線，我們選用8K的2764EPROM，故地址線應該是13條，因為系統(tǒng)中只擴展一片EPROM，所以不用片選信號，即EPROM 的接地。在程序擴展中，我們選用的地址鎖存器是74LS373。 顯示與報警的設計 顯示鍵盤接口電路 在單片機應用系統(tǒng)設計中，一般都是把鍵盤和顯示器放在一起考慮。本設計是利用8031的串行口實現鍵盤/顯示器接口。 當8031的串行口未作它用時，使用8031的串行口來外擴鍵盤/顯示器。應用8031的串行口方式0的輸出方式，在串行口外接移位寄存器74HC573，構成鍵盤/顯示器接口，其硬件接口電路如圖314所示：圖314顯示鍵盤接口電路 報警電路在微型計算機控制系統(tǒng)中，為了安全生產，對于一些重要的參數或系統(tǒng)部位，都設有緊急狀態(tài)報警系統(tǒng)，以便提醒操作人員注意，或采取緊急措施。其方法就是把計算機采集的數據或記過計算機進行數據處理、數字濾波，標度變換之后，與該參數上下限給定值進行比較，如果高于上限值（或低于下限值）則進行報警，否則就作為采樣的正常值，進行顯示和控制。本設計采用峰鳴音報警電路。峰鳴音報警接口電路的設計只需購買市售的壓電式蜂鳴器，然后通過MCS51的1根口線經驅動器驅動蜂鳴音發(fā)聲。壓電式蜂鳴器約需10mA的驅動電流，可以使用TTL系列集成電路7406或7407低電平驅動，也可以用一個晶體三極管驅動。在圖中?！?”時，晶體管導通，壓電蜂鳴器兩端獲得約+5V電壓而鳴叫；“0”時，三極管截止，蜂鳴器停止發(fā)聲。圖315是一個簡單的使用三極管驅動的峰鳴音報警電路：圖315三極管驅動的峰鳴音報警電路本設計是為在溫濕度測量中對溫濕度的上下限超出是的提示報警，當溫濕度過限時，本系統(tǒng)開始工作 系統(tǒng)總圖圖316總電路原理圖第 4 章 軟件設計系統(tǒng)軟件設計采用模塊化結構。整個程序由主程序、顯示、鍵盤掃描、A/D 轉換等子程序。 模塊組成。溫度控制主程序的設計應考慮以下問題：(1) 鍵盤掃描、鍵碼識別和溫度顯示；(2) 溫濕度采樣，數字濾波；(3) 越限報警和處理；(4) 溫度標度轉換。通常，符合上述功能的溫度控制程序由主程序和T0中斷服務程序兩部分組成。(5) 這里所需要注意的是標度變換，下面簡單的介紹一下標度變換： 標度變換目的是要把實際采樣的二進制值轉換成BCD形式的溫度值，然后存放到顯示緩沖區(qū)34H3BH。對一般線性儀表來說，標度變換公式為：式中：A0為一次測量儀表的下限；Am為一次測量儀表的上限；AX為實際測量值；N0為儀表下限所對應的數字量；Nm為儀表上限所對應的數字量；NX為測量所得數字量。 流程圖：系統(tǒng)軟件主要由初始化程序、主程序、A/D 轉換程序及監(jiān)控程序等組成。初始化程序是對 8031 內部特殊功能寄存器 SFR工作方式進行設定。監(jiān)控程序完成對鍵盤輸入的掃描及顯示器的顯示；A/D 轉換程序完成對信號的采樣和 A/D 轉換，主程序對采集的數據進行處理，其中，A/D 轉換程序是 8031 響應 MC14433 A/D轉換器的中斷服務程序。一、主程序流程圖主程序流程圖 41所示。圖41 主程序流程圖二、A/D 轉換程序 A/D 轉換程序的框圖如如42所示。圖42 A/D轉換流程圖三、中斷服務程序 圖43 中斷服務程序流程圖四、溫度采樣子程序流程圖圖44溫度采樣子程序流程圖五、鍵盤掃描子程序圖圖46鍵盤掃描子程序圖第 5 章 總 結防潮、防霉、防腐、防爆是倉庫日常工作的重要內容，是衡量倉庫管理質量的重要指標。它直接影響