【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 內(nèi)部 ROM 的單片機(jī)或者程序較大，內(nèi)部 ROM 不夠用時(shí)，需要外接程序存儲(chǔ)器芯片；數(shù)據(jù)量較大，內(nèi)部 RAM 不夠用還需擴(kuò)展外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 RAM芯片 。在 MCS51 單片 機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，程序存儲(chǔ)器的擴(kuò)展，對(duì)于片內(nèi)無 ROM 的單片機(jī)是不可缺少的工作，程序存儲(chǔ)器擴(kuò)展的容量根據(jù)應(yīng)用系統(tǒng)的需要可在64KB 范圍內(nèi)隨意選擇。用一片 ROM2764 做 8KB 片外程序存儲(chǔ)器， 27256 的片選端接地。用一片 6264 片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。 6264 的片選端接 74LS138，當(dāng) Y0 為低電平時(shí)選通。 再用一片 8255 芯片實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與 PC 機(jī)及外部設(shè)備的連接 和外部設(shè)備的連接 等。 圖 單片機(jī)的 內(nèi)存 擴(kuò)展電路 : 9 圖 單片機(jī)的內(nèi)存擴(kuò)展電路圖 圖 為單片機(jī)的 I/O擴(kuò)展電路連接圖： 圖 為單片機(jī)的 I/O擴(kuò)展電路連接圖： 模擬輸入通道組成 10 模擬通道即將現(xiàn)場(chǎng)中的模擬信號(hào)進(jìn)行采集和數(shù)字化處理， 主要包括傳感器、多路開關(guān)、 AD轉(zhuǎn)化器、放大器及采樣保持器五個(gè)部分組成。圖 采集和轉(zhuǎn)換原理圖： Vi nG N DVr e f D1D4S i g nE N B模 擬 / 數(shù) 字 轉(zhuǎn) 換 器傳 感 器模 擬 多 路 開 關(guān)放 大 原 件 數(shù) 模 轉(zhuǎn) 換 圖 模擬信號(hào)采集和轉(zhuǎn)換原理圖 AD0809芯片介紹和使用 在單片機(jī)數(shù)據(jù)采集和處理的控制過程中，首先要對(duì)傳感器傳過來的信號(hào)進(jìn)行處理，然而單片機(jī)只能接受數(shù)字信 號(hào)，而傳感器中的信號(hào)為連續(xù)的電壓或者電流信 號(hào)，在這個(gè)過程中需要模數(shù)轉(zhuǎn)換器對(duì)其進(jìn)行轉(zhuǎn)化再 送到 單片機(jī) 中進(jìn)行加工處理。 A/D轉(zhuǎn)換器芯片的種類很多，在此我選擇了較為常用的 A/D轉(zhuǎn)換芯片 ADC0809。ADC0809是逐位逼近型 8位單片 A/D轉(zhuǎn)換芯片。片內(nèi)含 8路模擬開關(guān)，可允許 8個(gè)模擬兩輸入。片內(nèi)帶有三態(tài)輸出緩沖器，因此可直接與系統(tǒng)總線相連，是目前應(yīng)用較為廣泛的模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片之一。 圖 ： 11 圖 數(shù)模轉(zhuǎn)換器與單片機(jī)的連接圖 控制電路設(shè)計(jì) 本論文使用單片機(jī)輸出數(shù)字信號(hào)，經(jīng)由 一片 CD4013輸出數(shù)字信號(hào)， 經(jīng)過軟件預(yù)處理過程和放大實(shí)行對(duì)外部電路即繼電器實(shí)行控制。 12 第三章 非線性數(shù)據(jù)處理 非線性 理論介紹 在生產(chǎn)實(shí)踐和科學(xué)實(shí)驗(yàn)中 ,經(jīng)常會(huì)遇到大量的不同類型的數(shù)據(jù) (data).這些數(shù)據(jù)提供了有用的信息，可以幫助我們認(rèn)識(shí)事物的內(nèi)在規(guī)律等 .在一項(xiàng)工程實(shí)踐中，通過觀測(cè)，得到了一個(gè)離散的函數(shù)關(guān)系 (xi,yi) i=1,2,…,n。由于工程的需要，我們希望揭示出反映這組離散數(shù)據(jù)的一個(gè)解析的函數(shù)關(guān)系。再用幾何術(shù)語來表達(dá)：根據(jù)平面上的觀測(cè)點(diǎn) ,要求確定一個(gè)函數(shù)曲線 y=f(x), 使曲線盡量接近這些點(diǎn)。實(shí)現(xiàn)這個(gè)愿望的方法簡(jiǎn)稱為曲線擬 合（ fitting a curve). 曲線擬合是根據(jù)實(shí)驗(yàn)獲得的數(shù)據(jù)，建立自變量與因變量之間的函數(shù)關(guān)系，為進(jìn)一步的深入研究提供工具。 由于 不同的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)強(qiáng)度不同 ， 同時(shí)對(duì)于不同的控制參數(shù)其信號(hào)曲線也不盡相同。 因此， 不同的控制參數(shù)和不同的控制場(chǎng)合都需要改變對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電壓。要使我們的驅(qū)動(dòng)電路能工作于任何 一個(gè)控制現(xiàn)場(chǎng)或者適應(yīng)不同的控制信號(hào) ， 所以 就必須在數(shù)據(jù)進(jìn)入電路之前進(jìn)行加工處理，將電路不可用的非線性信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娐房捎玫木€性電信號(hào)，軟件預(yù)處理單元就是為此而設(shè)的。它 采用軟件擬合的方法將非線性光信號(hào)轉(zhuǎn)換為線性電信號(hào)，在不占用硬件資源的情況下，較好的完成了信號(hào)的關(guān)系轉(zhuǎn)換。 軟件預(yù)處理 采用 MATLAB 軟件編程，對(duì)不同的處理對(duì)象，進(jìn)行不同的處理；對(duì)不同的系統(tǒng)要求，可以隨時(shí)進(jìn)行調(diào)整，因此， 可以 大大 增強(qiáng)了驅(qū)動(dòng)電路的通用性 和信號(hào)的實(shí)用性 。 數(shù)據(jù) 擬 合的方法 所謂數(shù)據(jù)擬合就是想辦法找到某種光滑的曲線最佳的擬合數(shù)據(jù)。這個(gè)過程中，并不要求經(jīng)過每一個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，其思想是能夠反應(yīng)這些數(shù)據(jù)的變化趨勢(shì)，也就是平時(shí)所用的最小二乘法原理思想。數(shù)據(jù)擬合的途徑多種 多樣，本 論 文采用簡(jiǎn)單的 mat lab軟件 擬合 數(shù)據(jù)的 方法進(jìn)行說明， 以及一次 計(jì)數(shù)直接擬合和二次計(jì)數(shù)逐步擬合 方法的介紹。 mat lab 仿真擬合 13 在 matlab 仿真擬合時(shí)，主要有兩種方法：一種是使用 matlab 軟件中提供的函數(shù)命令對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，另外一種就是圖形界面操作窗口進(jìn)行擬合。 a) 函數(shù)形式的擬合方法 使用非線性擬合數(shù)據(jù)命令 lsqcurvefit,首先定義 main 函數(shù)文件，使用命令 c=lsqcurvefit(‘ fun’ ,x0,x,y),其中 x,y為實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)， fun 為 main函數(shù)， x0 為初始值， c 為非線性擬合系數(shù) 。 b) 窗口形式擬合 此 種方法在熟悉 matlab 軟件的基礎(chǔ)上，可以簡(jiǎn)單快速的實(shí)現(xiàn)非線性數(shù)據(jù)的擬合。 次計(jì)數(shù) 法 直接擬合預(yù)處理單元 a)首先根據(jù) 控制現(xiàn)場(chǎng)的 特征參數(shù)， 擬合出參數(shù)的曲線形式 b)計(jì)算系統(tǒng)所需的 n 個(gè)系數(shù)對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電壓值 Vdrive， n 的 個(gè)數(shù) 由 被控參數(shù)決定； c)計(jì)數(shù)器的最大值為 2W1， W 為計(jì)數(shù)器的位數(shù)。由驅(qū)動(dòng)電壓的擺幅范圍和W，計(jì)算一個(gè)時(shí)鐘周期 CLK 的驅(qū)動(dòng)電壓值 V= (Vdrive,max Vdrive,min)/(2W1)，在本文中 Vdrive,min =0，所以 V= Vdrive,max /(2W1)。 從關(guān)系式 U= (I(CLK/2))/C 得出，積分電流 I 和積分電容 C 是成正比的，電流越大，穩(wěn)定性越高，但是積分電容 C就越大，所占用的版圖面積也就越大；時(shí)鐘越快，它的最小積分電壓值越小，電壓精度越高，但是時(shí)鐘的高頻影響就越大。綜合考慮各方面因素，對(duì) V 進(jìn)行有效位數(shù)取舍得 V1，以 V1 為單位驅(qū)動(dòng)電壓，重構(gòu) Vdrive,n 得， Vdrive,n 便是驅(qū)動(dòng)電路所求。 () 其中 的值取 正整數(shù) c)計(jì)算 Vdrive,n 和 V‘ drive,n 之間的誤差 () 將計(jì)數(shù)器的位數(shù) W 從 1 開始遞增改變，步長(zhǎng)為 1。重復(fù)步驟 (3)， (4)，直到error 滿足系統(tǒng)要求的誤差范圍，保存此時(shí)的 M: M=[m1 m2 … mn]； 14 d)將 M 轉(zhuǎn)化為二進(jìn)制數(shù)值 Mbin= [m1,bin, m2,bin … mn,bin]，并存儲(chǔ)在 RAM 當(dāng)中，以備電路工作使用。 15 第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)硬件電路 在第三章中已 經(jīng)說明，本章主要進(jìn)行單片機(jī)系統(tǒng)的初始化和外部設(shè)備連接控制的程序說明，及軟件預(yù)處理的過程和程序流程圖的說明。 單片機(jī)系統(tǒng) 單片機(jī)系統(tǒng)的軟件編程主要是包括單片機(jī)的初始化，外部芯片 AD0809的初始化 ,8255的初始化過程；中斷服務(wù)程序主要包括數(shù)據(jù)采集，輸出，串口通信等功能模塊的驅(qū)動(dòng)部分。在本論文中基于對(duì)單片機(jī)的認(rèn)識(shí)，選擇匯編語言對(duì)其進(jìn)行編程。 圖 為系統(tǒng)軟件總的流程圖： 初 始 化 系 統(tǒng)開 始數(shù) 據(jù) 處 理掃 描 按 鍵 處 理送 D A 轉(zhuǎn) 換 輸出 電 壓讀 取 存 儲(chǔ) 數(shù) 據(jù)結(jié) 束按 鍵 圖 系統(tǒng)軟件總的流程圖 a) AD轉(zhuǎn)換程序 流程圖 16 初 始 化 系 統(tǒng)開 始數(shù) 據(jù) 轉(zhuǎn) 換讀 取 數(shù) 據(jù)中 斷 請(qǐng) 求結(jié) 束NY 圖 AD轉(zhuǎn)換程序流程圖 b) 中斷程序 ，在單片機(jī)系統(tǒng)中，利用中斷服務(wù)程序，單片機(jī)分時(shí)復(fù)用，對(duì)各外部信號(hào)進(jìn)行處理和讀寫。 軟件預(yù)處理 由于 matlab中已經(jīng)提供了足夠的非線性數(shù)據(jù)擬合函數(shù)，在此不多做說明，僅介紹 主要涉及 第三章中的數(shù)據(jù)擬合方法中一次計(jì)數(shù)直接擬合法的流程圖。根據(jù)一次計(jì)數(shù)直接擬合的思想和數(shù)學(xué)算法，涉及軟件預(yù)處理程序流程圖，助于軟件的編寫。 圖 ： 模 擬 參 數(shù) 曲 線設(shè) 置 驅(qū) 動(dòng) 電 壓F o