【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 時(shí)，表示欠量程。二、MC14433與8031單片機(jī)的接口電路由于MC14433的A/D轉(zhuǎn)換的結(jié)果是動(dòng)態(tài)分時(shí)輸出的BCD碼，Q0~Q3和DS1~DS4不是總線式的，因此MCS51系列的單片機(jī)只能通過并行I/O接口或者擴(kuò)展I/O接口與其相連。對(duì)8031單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，MC14433可以直接和其P1口或者擴(kuò)展I/O口8155/8255相連。經(jīng)分析，本系統(tǒng)中MC14433與單片機(jī)8031的P1口直接相連，其電路結(jié)構(gòu)如圖38所示。圖38 MC14433與8031單片機(jī)的接口電路 單片機(jī)8031基本電路本系統(tǒng)采用了8031單片機(jī)作為控制芯片，在前向通道中是一個(gè)非電信號(hào)的電量采集過程。它由傳感器采集非電信號(hào)，從傳感器出來(lái)經(jīng)過放大過程，使信號(hào)放大，再經(jīng)過模/數(shù)轉(zhuǎn)換成為計(jì)算機(jī)能識(shí)別的數(shù)字信號(hào)，再送入計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的相應(yīng)端口。一、8031的概述8031是有8個(gè)部件組成，即CPU、時(shí)鐘電路、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、并行口（P0～P3）、串行口、定時(shí)計(jì)數(shù)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(dǎo)體芯片上，即組成了單片微型計(jì)算機(jī)，其基本組成見圖39所示。8031就是MCS51系列單片機(jī)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(shuō)明如下：l VCC（40引腳）：正常運(yùn)行時(shí)提供電源。l VSS（20引腳）：接地。l XTAL1（19引腳）：在單片機(jī)內(nèi)部，它是一個(gè)反向放大器的輸入端，該放大器構(gòu)成了片內(nèi)的震蕩器，可以提供單片機(jī)的時(shí)鐘信號(hào)，該引腳也是可以接外部的晶振的一個(gè)引腳，如采用外部振蕩器時(shí)，對(duì)于8031而言此引腳應(yīng)該接地。l XTAL2（18引腳）：在內(nèi)部，接至上述振蕩器的反向輸入端，當(dāng)采用外部振蕩器時(shí)，對(duì)MCS51系列該引腳接收外部震蕩信號(hào)，即把該信號(hào)直接接到內(nèi)部時(shí)鐘的輸入端。l RST/VPD（9引腳）：在振蕩器運(yùn)行時(shí)，在此引腳加上兩個(gè)機(jī)器周期的電平將單片機(jī)復(fù)位。在掉電時(shí)，此引腳接備用電源VDD，以保持RAM數(shù)據(jù)不丟失，當(dāng)BVCC低于規(guī)定的值時(shí)，而VPD在其規(guī)定的電壓范圍內(nèi)時(shí)，VPD就向內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器提供備用電源。l ALE/PROG（30引腳）：當(dāng)8031訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，包括數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和程序存儲(chǔ)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(chǔ)器的時(shí)候，ALE仍有兩個(gè)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(chǔ)器的是候，在兩個(gè)周期中，ALE只出現(xiàn)一次，ALE斷可驅(qū)動(dòng)8個(gè)LS TTL負(fù)載，對(duì)于有片內(nèi)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(jī)內(nèi)訪問外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)，在讀取外部指令期間， PSEN非有兩次在每個(gè)周期有效，在此期間，每當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，兩個(gè)有效的PSEN非將不再出現(xiàn)，同樣這個(gè)引腳可驅(qū)動(dòng)8個(gè)LSTTL負(fù)載。l （31引腳）：當(dāng)保持高電平時(shí)，單片機(jī)訪問內(nèi)部存儲(chǔ)器，當(dāng)PC值超過0FFFH時(shí)，將自動(dòng)轉(zhuǎn)向片外存儲(chǔ)器。當(dāng)保持低電平時(shí)，則只訪問外部程序存儲(chǔ)器，對(duì)8031而言，此腳必須接地。l P0，P1，P2，P3：8031有四個(gè)并行口，在這四個(gè)并行口中，可以在任何一個(gè)輸出數(shù)據(jù)，又可以從它們那得到數(shù)據(jù)，故它們都是雙向的，每一個(gè)I/O口內(nèi)部都有一個(gè)8位數(shù)據(jù)輸出鎖存器和一個(gè)8位數(shù)據(jù)輸入緩沖器，各成為SFR中的一個(gè)。P0口通常用做通用I/O口為CPU傳送數(shù)據(jù)，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(gè)都是準(zhǔn)雙向口。二、單片機(jī)復(fù)位電路根據(jù)應(yīng)用的要求，復(fù)位操作通常有兩種基本形式：上電復(fù)位和上電或開關(guān)復(fù)位。上電復(fù)位要求接通電源后，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)復(fù)位操作。常用的上電復(fù)位電路如圖 (310a)中左圖所示。圖中電容C1和電阻R1對(duì)電源十5V來(lái)說(shuō)構(gòu)成微分電路。上電后，保持RST一段高電平時(shí)間，由于單片機(jī)內(nèi)的等效電阻的作用，不用圖中電阻R1，也能達(dá)到上電復(fù)位的操作功能，如圖 (310a)中所示。上電或開關(guān)復(fù)位要求電源接通后，單片機(jī)自動(dòng)復(fù)位，并且在單片機(jī)運(yùn)行期間，用開關(guān)操作也能使單片機(jī)復(fù)位。常用的上電或開關(guān)復(fù)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(shí)間的高電平。當(dāng)單片機(jī)已在運(yùn)行當(dāng)中時(shí)，按下復(fù)位鍵K后松開，也能使RST為一段時(shí)間的高電平，從而實(shí)現(xiàn)上電或開關(guān)復(fù)位的操作。圖310 單片機(jī)的復(fù)位電路三、系統(tǒng)時(shí)鐘的設(shè)計(jì)時(shí)鐘電路是用來(lái)產(chǎn)生8031單片機(jī)工作時(shí)所必須的時(shí)鐘信號(hào)，8031本身就是一個(gè)復(fù)雜的同步時(shí)序電路，為保證工作方式的實(shí)現(xiàn)，8031在唯一的時(shí)鐘信號(hào)的控制下嚴(yán)格的按時(shí)序執(zhí)行指令進(jìn)行工作 ，時(shí)鐘的頻率影響單片機(jī)的速度和穩(wěn)定性。通常時(shí)鐘由于兩種形式：內(nèi)部時(shí)鐘和外部時(shí)鐘。我們系統(tǒng)采用內(nèi)部時(shí)鐘方式來(lái)為系統(tǒng)提供時(shí)鐘信號(hào)。8031內(nèi)部有一個(gè)用于構(gòu)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(diào)的電容，便構(gòu)成了一個(gè)自激勵(lì)振蕩器。電路如圖311所示。圖311時(shí)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(jī)外圍的設(shè)計(jì)在8031芯片的外圍電路中必須對(duì)其進(jìn)行程序存儲(chǔ)器的擴(kuò)展，和根據(jù)系統(tǒng)的需要對(duì)其進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的擴(kuò)展。8031對(duì)程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器均可進(jìn)行0000H～FFFFH的64K字節(jié)地址內(nèi)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(gòu)成。其框圖如圖312所示。由于檢測(cè)系統(tǒng)需要對(duì)檢測(cè)的溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄保存，因此，在單片機(jī)的外圍電路中設(shè)計(jì)了RAM掉電保護(hù)電路，保證存在6264RAM內(nèi)的檢測(cè)結(jié)果在斷電后不丟失?！?，控制對(duì)應(yīng)的2片多路模擬開關(guān)CD4051的選通。74LS373譯碼器的輸出Y7用于A/D轉(zhuǎn)換器的口地址，去控制74LS244緩沖器輸出允許端。圖312單片機(jī)外圍電路由于8031無(wú)內(nèi)部ROM，故擴(kuò)展的程序存儲(chǔ)器地址為0000H～FFFFH，考慮系統(tǒng)的需要，我們將8031的程序存儲(chǔ)器擴(kuò)展為4KEPROM，采用2764作為ROM芯片。程序存儲(chǔ)器擴(kuò)展的容量大于256字節(jié)，故EPROM片內(nèi)地址線除了由P0口經(jīng)地址存儲(chǔ)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(yīng)該是13條，因?yàn)橄到y(tǒng)中只擴(kuò)展一片EPROM，所以不用片選信號(hào)，即EPROM 的接地。在程序擴(kuò)展中，我們選用的地址鎖存器是74LS373。 顯示與報(bào)警的設(shè)計(jì) 顯示鍵盤接口電路 在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，一般都是把鍵盤和顯示器放在一起考慮。本設(shè)計(jì)是利用8031的串行口實(shí)現(xiàn)鍵盤/顯示器接口。 當(dāng)8031的串行口未作它用時(shí)，使用8031的串行口來(lái)外擴(kuò)鍵盤/顯示器。應(yīng)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(gòu)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(bào)警電路在微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，為了安全生產(chǎn)，對(duì)于一些重要的參數(shù)或系統(tǒng)部位，都設(shè)有緊急狀態(tài)報(bào)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(jì)算機(jī)采集的數(shù)據(jù)或記過計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、數(shù)字濾波，標(biāo)度變換之后，與該參數(shù)上下限給定值進(jìn)行比較，如果高于上限值（或低于下限值）則進(jìn)行報(bào)警，否則就作為采樣的正常值，進(jìn)行顯示和控制。本設(shè)計(jì)采用峰鳴音報(bào)警電路。峰鳴音報(bào)警接口電路的設(shè)計(jì)只需購(gòu)買市售的壓電式蜂鳴器，然后通過MCS51的1根口線經(jīng)驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)蜂鳴音發(fā)聲。壓電式蜂鳴器約需10mA的驅(qū)動(dòng)電流，可以使用TTL系列集成電路7406或7407低電平驅(qū)動(dòng)，也可以用一個(gè)晶體三極管驅(qū)動(dòng)。在圖中?！?”時(shí)，晶體管導(dǎo)通，壓電蜂鳴器兩端獲得約+5V電壓而鳴叫；“0”時(shí)，三極管截止，蜂鳴器停止發(fā)聲。圖315是一個(gè)簡(jiǎn)單的使用三極管驅(qū)動(dòng)的峰鳴音報(bào)警電路：圖315三極管驅(qū)動(dòng)的峰鳴音報(bào)警電路本設(shè)計(jì)是為在溫濕度測(cè)量中對(duì)溫濕度的上下限超出是的提示報(bào)警，當(dāng)溫濕度過限時(shí)，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(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)采用模塊化結(jié)構(gòu)。整個(gè)程序由主程序、顯示、鍵盤掃描、A/D 轉(zhuǎn)換等子程序。 模塊組成。溫度控制主程序的設(shè)計(jì)應(yīng)考慮以下問題：(1) 鍵盤掃描、鍵碼識(shí)別和溫度顯示；(2) 溫濕度采樣，數(shù)字濾波；(3) 越限報(bào)警和處理；(4) 溫度標(biāo)度轉(zhuǎn)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(wù)程序兩部分組成。(5) 這里所需要注意的是標(biāo)度變換，下面簡(jiǎn)單的介紹一下標(biāo)度變換： 標(biāo)度變換目的是要把實(shí)際采樣的二進(jìn)制值轉(zhuǎn)換成BCD形式的溫度值，然后存放到顯示緩沖區(qū)34H3BH。對(duì)一般線性儀表來(lái)說(shuō)，標(biāo)度變換公式為：式中：A0為一次測(cè)量?jī)x表的下限；Am為一次測(cè)量?jī)x表的上限；AX為實(shí)際測(cè)量值；N0為儀表下限所對(duì)應(yīng)的數(shù)字量；Nm為儀表上限所對(duì)應(yīng)的數(shù)字量；NX為測(cè)量所得數(shù)字量。 流程圖：系統(tǒng)軟件主要由初始化程序、主程序、A/D 轉(zhuǎn)換程序及監(jiān)控程序等組成。初始化程序是對(duì) 8031 內(nèi)部特殊功能寄存器 SFR工作方式進(jìn)行設(shè)定。監(jiān)控程序完成對(duì)鍵盤輸入的掃描及顯示器的顯示；A/D 轉(zhuǎn)換程序完成對(duì)信號(hào)的采樣和 A/D 轉(zhuǎn)換，主程序?qū)Σ杉臄?shù)據(jù)進(jìn)行處理，其中，A/D 轉(zhuǎn)換程序是 8031 響應(yīng) MC14433 A/D轉(zhuǎn)換器的中斷服務(wù)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(zhuǎn)換程序 A/D 轉(zhuǎn)換程序的框圖如如42所示。圖42 A/D轉(zhuǎn)換流程圖三、中斷服務(wù)程序 圖43 中斷服務(wù)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(jié)