【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 的低電壓高性能 CMOS 8 位微處理器俗稱單片機(jī)AT89C51 是一種帶 2K 字節(jié)閃存可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器的單片機(jī)單片機(jī)的可擦除只讀存儲(chǔ)器可以反復(fù)擦除 1000 次該器件采用 ATMEL 高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 MCS51 指令集和輸出管腳相兼容由于將多功能 8 位 CPU和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中 ATMEL的 AT89C51是一種高效微控制器 AT89C51是它的一種精簡(jiǎn)版本 AT89C51 單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案如圖 31 所示 AT89C51 的主要特點(diǎn) MCS51 兼容 4K 字節(jié)可編程閃爍存儲(chǔ)器 壽命 1000 寫擦循環(huán)數(shù)據(jù)保留時(shí)間 10 年 全靜態(tài)工 作 0Hz24Hz 三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定 128 8 位內(nèi)部 RAM 32 可編程 IO 線 兩個(gè) 16 位定時(shí)器計(jì)數(shù)器 5 個(gè)中斷源 可編程串行通道 低功耗的閑置和掉電模式 片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路 管腳說明 VCC 供電電壓 GND P0P1P2P3 輸入輸出端口 P30RXD P31TXD P32 INT00 P33 INT11 P34T00 外部輸入 P35 T11 外部輸入 P36 WR 外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通 P37 RD 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 ALEPROG 當(dāng)訪問外部存儲(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 16 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 MOVXMOVC 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 PSEN 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 PSEN 有效在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)這兩次有效的 PSEN 信號(hào)將不出現(xiàn) EAVPP 當(dāng) EA 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) EA將內(nèi)部鎖定為 RESET當(dāng) EA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 來自反向振蕩器的輸出 芯片擦除 整個(gè) PEROM 陣列和三個(gè)鎖定位的電擦除可通過正確的控制信 號(hào)組合并保持ALE 管腳處于低電平 10ms 來完成在芯片擦操作中代碼陣列全被寫 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 DS18B20 溫度傳感器是美國(guó) DALLAS 半導(dǎo)體公司推出的一種改進(jìn)型智能溫度傳感器測(cè)溫范圍為 55～ 125℃最大分辨率可達(dá) 00625℃ DS18B20 可以直接讀出被測(cè)溫度值而且采用了一線制與單片機(jī)相連減少了外部的硬件電路具有低成本和易使用的特點(diǎn)測(cè)溫電路圖 32 所示 圖 32 DS18B20 DS18B20 溫度傳感器 1 技術(shù)性能描述獨(dú)特的單線接口方式 DS18B20 在與微處理器連接時(shí)僅需要一條口線即可實(shí)現(xiàn)微處理器與 DS18B20 的雙向通訊測(cè)溫范圍－ 55℃～＋ 125℃固有測(cè)溫分辨率 05℃工作電源 35VDC 在使用中不需要任何外圍元件測(cè)量結(jié)果以 912 位數(shù)字量方式串行傳送不銹鋼保護(hù)管直徑Φ 6適用于 DN1525DN40DN250各種介質(zhì)工業(yè)管道和狹小空間設(shè)備測(cè)溫標(biāo)準(zhǔn)安裝螺紋 M10X1M12X15G12 任選 PVC 電纜直接出線或德式球型接線盒出線便于與其它電器設(shè)備連接 2 應(yīng)用范圍該產(chǎn)品適用于冷凍庫(kù)糧倉(cāng)儲(chǔ)罐電訊機(jī)房電力機(jī)房電纜線槽等測(cè)溫和控制領(lǐng)域軸瓦缸體紡機(jī)空調(diào)等狹小空間工業(yè)設(shè)備 測(cè)溫和控制汽車空調(diào)冰箱冷柜以及中低溫干燥箱等供熱制冷管道熱量計(jì)量中央空調(diào)分戶熱能計(jì)量和工業(yè)領(lǐng)域測(cè)溫和控制壓電式超聲波換能器是利用壓電晶體的諧振來工作的超聲波換能器內(nèi)部有兩個(gè)壓電晶片和一個(gè)換能板當(dāng)它的兩極外加脈沖信號(hào)其頻率等于壓電晶片的固有振蕩頻率時(shí)壓電晶片會(huì)發(fā)生共振并帶動(dòng)共振板振動(dòng)產(chǎn)生超聲波這時(shí)它就是一個(gè)超聲波發(fā)生器反之如果兩電極問未外加電壓當(dāng)共振板接收到超聲波時(shí)將壓迫壓電晶片作振動(dòng)將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電信號(hào)這時(shí)它就成為超聲波接收換能器超聲波發(fā)射換能器與接收換能器在結(jié)構(gòu)上稍有不同使用時(shí)應(yīng)分清器件上的標(biāo)志 超聲波發(fā) 射電路由超聲波換能器或稱超聲波振頭和超聲波發(fā)生器兩部分組成 40KHz 的超聲波信號(hào)是利用 555 時(shí)基電路振蕩產(chǎn)生的振蕩頻率通過調(diào)節(jié)信號(hào)頻率使之與換能器的 40KHz 固有頻率一致工作時(shí)通過 P1 口向超聲波發(fā)生電路發(fā)出控制信號(hào)超聲波發(fā)生電路產(chǎn)生 40KHz 的調(diào)制脈沖經(jīng)換能器轉(zhuǎn)換為超聲波信號(hào)向前方空間發(fā)射 CX20216A 是一款紅外線檢波接收的專用芯片常用于電視機(jī)紅外遙控接收器考慮到紅外遙控常用的載波頻率 38kHz與測(cè)距的超聲波頻率 40kHz較為接近可以利用它制作超聲波檢測(cè)接收電路實(shí)驗(yàn)證明用 CX20216A 接收超聲波 無(wú) 信號(hào)時(shí)輸出高電平 具有很好的靈敏度和較強(qiáng)的抗干擾能力適當(dāng)更改電容的大小可以改變接收電路的靈敏度和抗干擾能力其電路由圖 34 所示 CX20216A 的引腳注釋 1 腳 IN 超聲波信號(hào)輸入端該腳的輸入阻抗約為 40kΩ 2 腳 AGC 該腳與 GND 之間連接 RC 串聯(lián)網(wǎng)絡(luò)它們是負(fù)反饋串聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)組成部分改變它們的數(shù)值能改變前置放大器的增益和頻率特性增大電阻 R或減小 C將使負(fù)反饋量增大放大倍數(shù)下降反之則放大倍數(shù)增大但 C 的改變會(huì)影響到頻率特性一般在實(shí)際使用中不必改動(dòng)推薦選用參數(shù)為 R 47Ω C 33μ F 3 腳 C0 該腳與 GND 之間連接檢波 電容電容量大為平均值檢波瞬間相應(yīng)靈敏度低若容量小則為峰值檢波瞬間相應(yīng)靈敏度高但檢波輸出的脈沖寬度變動(dòng)大易造成誤動(dòng)作推薦參數(shù)為 33μ F 4 腳 GND 接地端 5腳 RC0該腳與電源端 VCC接入一個(gè)電阻用以設(shè)置帶通濾波器的中心頻率 f0 阻值越大中心頻率越低例如取 R 200kΩ時(shí) fn≈ 42kHz 若取 R 220kΩ則中心頻率 f0≈ 38kHz 6 腳 C 該腳與 GND 之間接入一個(gè)積分電容標(biāo)準(zhǔn)值為 330pF 如果該電容取得 太大會(huì)使探測(cè)距離變短 7 腳 OUT 遙控命令輸出端它是集電極開路的輸出方式因此該引腳必須接上 一個(gè)上拉電阻到電源端 該電阻推薦阻值為 22kΩ沒有接收信號(hào)時(shí)該端輸出為高電平有信號(hào)時(shí)則會(huì)下降 8 腳 RC1 電源正極 45V～ 5V 在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中 LED 數(shù)碼管的顯示常用兩種方法靜態(tài)顯示和動(dòng)態(tài)掃描顯示所謂靜態(tài)顯示就是每一個(gè)顯示器都要占用單獨(dú)的具有鎖存功能的 I／ O 接口用于筆劃段字形代碼這樣單片機(jī)只要把要顯示的字形代碼發(fā)送到接口電路就不用管它了直到要顯示新的數(shù)據(jù)時(shí)再發(fā)送新的字形碼因此使用這種方法 電源電路設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)采用市電 220V50Hz 供電而單片機(jī)以及其它芯片均采用直流 5V和 12V電壓供電故需要設(shè)計(jì)降壓電路本電路使用了由 LM7805和 LM7812構(gòu)成的橋式穩(wěn)壓整流電路電路如圖 36 所示 圖 36 電源電路 經(jīng)過降壓橋式整流濾波后通過 LM7805 穩(wěn)壓并直接為單片機(jī)和其它器件供電作為齊納二極管電阻組合的替換方案時(shí) LM7805和 LM7812通常可以改善有效輸出阻抗達(dá)兩個(gè)數(shù)量級(jí)并降低靜態(tài)電流 LM7805和 LM7812可提供本地卡上穩(wěn)壓結(jié)合單點(diǎn)調(diào)節(jié)解決分配問題由于足夠的散熱設(shè)置 LM7805和 LM7812穩(wěn)壓器可提供 100mA的輸出電流同時(shí)還包含限流功能以限制峰值輸出在安全值的范圍內(nèi) LM7805 和LM7812 為輸出晶體管提供了安全區(qū)域保護(hù)限制 內(nèi)部功耗假如內(nèi)部功耗超出了散熱范圍熱關(guān)斷電路將會(huì)啟動(dòng)防止芯片過熱 LED 顯示系統(tǒng)設(shè)計(jì) 微機(jī)化測(cè)控系統(tǒng)中常用的測(cè)量數(shù)據(jù)的顯示器有發(fā)光二極管顯示器 簡(jiǎn)稱 LED或數(shù)碼管 和液晶顯示器 簡(jiǎn)稱 LCD 這兩種顯示器都具有線路簡(jiǎn)單耗電少成本低壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)本系統(tǒng)輸出結(jié)果選用 4個(gè) LED顯示數(shù)碼管有共陰共陽(yáng)之分本系統(tǒng)采用 8段共陰型 LED其原理圖如圖所示每位數(shù)碼管內(nèi)部有 8個(gè)發(fā)光二極管公共端由8 個(gè)發(fā)光二極管的陰極并接而成正常顯示時(shí)公共端接低電平 GND 各發(fā)光二極管是否點(diǎn)亮取決于 adp 各引腳上是否是高電平 LED數(shù)碼管的 外形結(jié)構(gòu)如圖外部有 12個(gè)引腳其中數(shù)字 1234為公共端也稱位選端其余 8個(gè)引腳稱為段選端當(dāng)要使某一位數(shù)碼管顯示某一數(shù)字 09中的一個(gè) 必須在這個(gè)數(shù)碼管的段選端加上與數(shù)字顯示數(shù)字對(duì)應(yīng)的 8 位段選碼 也稱字形碼 在位選端加上低電平即可 由于系統(tǒng)要顯示的內(nèi)容比較簡(jiǎn)單顯示量不多所以選用數(shù)碼管既方便又經(jīng)濟(jì)LED 有共陰極和共陽(yáng)極兩種如圖所示 二極管的陰極連接在一起通常此公共陰極接地而共陽(yáng)極則將發(fā)光二極管的陽(yáng)極連接在一起接入 5V 的電壓一位顯示器由 8 個(gè)發(fā)光二極管組成其中 7 個(gè)發(fā)光二極管構(gòu)成字型 8的各個(gè)筆劃段 a～ g另一個(gè)小數(shù)點(diǎn)為 dp發(fā)光二極管當(dāng)在某段發(fā)光二極管施加一定的正向電壓時(shí)該段筆劃即亮不加電壓則暗為了保護(hù)各段 LED不被損壞需外加限流電阻 符號(hào)和引腳 共陰極 共陽(yáng)極 圖 37 數(shù)碼管類型 數(shù)碼管顯示器有兩種工作方式即靜態(tài)顯示方式和動(dòng)態(tài)掃描顯示方式為節(jié)省端口及降低功耗本系統(tǒng)采用動(dòng)態(tài)掃描顯示方式動(dòng)態(tài)掃描顯示方式需要解決多位 LED 數(shù)碼管的段控和位控問題本電路的通過 P0 口實(shí)現(xiàn)而每一位的公共端即LED 數(shù)碼管的位控則由 P2 口控制這種連接方式由于多位字段線連 在一起因此要想顯示不同的內(nèi)容必然要采取輪流顯示的方式即在某一瞬間只讓其中的某一位的字位線處于選通狀態(tài)其它各位的字位線處于斷開狀態(tài)同時(shí)字段線上輸出這一位相應(yīng)要顯示字符的字段碼在這一瞬時(shí)只有這一位在顯示其他幾位則暗在本系統(tǒng)中字位線的選通與否是通過 NPN8050 三極管的導(dǎo)通與截止來控制即三極管處于開頭狀態(tài) 報(bào)警電路設(shè)計(jì) 為了在某些緊急狀態(tài)或反常狀態(tài)下能使操作人員不致忽視以便及時(shí)處理往往需要有某種更能引起人們注意提起警覺的報(bào)警信號(hào)產(chǎn)生這種報(bào)警信號(hào)通常有三種類型閃光報(bào)警鳴音報(bào)警語(yǔ)音報(bào)警本系統(tǒng)采用簡(jiǎn)單易行的壓電式蜂鳴器 報(bào)警電路 如圖 38所示報(bào)警電路報(bào)警設(shè)備選用壓電式蜂鳴器它約需要 10mA的驅(qū)動(dòng)電流只需在其兩條引線上加 3 一 15V 的直流電壓即可產(chǎn)生 3KHz 左右的蜂鳴聲音圖中蜂鳴器的一端接在高電平 5V 另一端接 Pl4 在初態(tài) Pl4 始終輸出高電平 1 當(dāng)需要報(bào)警時(shí)程序?qū)ζ涠丝谇辶慵纯陕曇舻拈L(zhǎng)短可用延時(shí)程序控制實(shí)現(xiàn) 圖 38 報(bào)警電路 系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì) 超聲波測(cè)距儀的軟件設(shè)計(jì)主要有主程序超聲波發(fā)生程序超聲波接收中斷程序及顯示子程序組成我們知道 C 語(yǔ)言程序有利于實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜的算法匯編語(yǔ)言程序則具有較高的效率且容易精細(xì)計(jì)算程序運(yùn)行的時(shí)間而超聲波 測(cè)距儀的程序需要有較復(fù)雜的計(jì)算計(jì)算距離時(shí)所以控制程序可采用 C 語(yǔ)言編程 超聲波測(cè)距儀的算法設(shè)計(jì) 超聲波測(cè)距的原理為超聲波發(fā)生器 T 在某一時(shí)刻發(fā)出一個(gè)超聲波信號(hào)當(dāng)這個(gè)超聲波遇到被測(cè)物體后反射回來就被超聲波接收器 R 所接收到這樣只要計(jì)算出從發(fā)出超聲波信號(hào)到接收到返回信號(hào)所用的時(shí)間就可算出超聲波發(fā)生器與反射物體的距離距離的計(jì)算公式為 1其中 d為被測(cè)物與測(cè)距儀的距離 s為聲波的來回的路程 c為聲速 t為聲波來回所用的時(shí)間在啟動(dòng)發(fā)射電路的同時(shí)啟動(dòng)單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí)器 T0 利用定時(shí)器的計(jì)數(shù)功能記錄超聲波發(fā)射的時(shí)間和收到反射波的時(shí)間當(dāng)收到 超聲波反射波時(shí)接收電路輸出端產(chǎn)生一個(gè)負(fù)跳變?cè)?INT0或 INT1端產(chǎn)生一個(gè)中斷請(qǐng)求信號(hào)單片機(jī)響應(yīng)外部中斷請(qǐng)求執(zhí)行外部中斷服務(wù)子程序讀取時(shí)間差計(jì)算距離 C 語(yǔ)言是一種結(jié)構(gòu)化的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言它的特點(diǎn)就是可以盡量減少你對(duì)硬件進(jìn)行操作具有很強(qiáng)的結(jié)構(gòu)性功能性和可移植性常常被用來作為單片機(jī)系統(tǒng)的編程語(yǔ)言但是用于單片機(jī)的 C語(yǔ)言和標(biāo)準(zhǔn) C語(yǔ)言區(qū)別很大如何結(jié)合單片機(jī)的系統(tǒng)資源用 C 語(yǔ)言開發(fā)符合實(shí)際工程需要的單片機(jī)系統(tǒng)對(duì)編程者來說具有十分重要的意義 用 C 編寫程序比匯編更符合人們的思考習(xí)慣開發(fā)者可以擺脫與硬件無(wú)必要的接觸更專心的考慮功能和算 法而不是考慮一些細(xì)節(jié)問題這樣就減少了開發(fā)和調(diào)試的時(shí)間 C語(yǔ)言具有良好的程序結(jié)構(gòu)適用于模塊化程序設(shè)計(jì)因此采用 C語(yǔ)言設(shè)計(jì)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)程序時(shí)首先要盡可能地采用結(jié)構(gòu)化的程序設(shè)計(jì)方法將功能模塊化由不同的模塊完成不同的功能這樣可使整個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)程序結(jié)構(gòu)清晰易于調(diào)試和維護(hù)不同的功能模塊分別指定相應(yīng)的入口參數(shù)和出口參數(shù)對(duì)于一些要重復(fù)調(diào)用的程序一般把其編成函數(shù)這樣可以減少程序代碼的長(zhǎng)度又便于整個(gè)程序的管理還可增強(qiáng)可讀性和移植性 應(yīng)用 C 語(yǔ)言的優(yōu)越性 1 不懂得單片機(jī)的指令集也能夠編寫完美的單片機(jī)程序 2 無(wú)須懂得單片機(jī)的具 體硬件也能夠編出符合硬件實(shí)際的專業(yè)水平的程序 3 不同函數(shù)的數(shù)據(jù)實(shí)行覆蓋有效利用片上有限的 RAM 空間 4 程序具有堅(jiān)固性 數(shù)據(jù)被破壞是導(dǎo)致程