【文章內(nèi)容簡介】 單片機(jī)內(nèi)有定時 /計數(shù)器 T0 和 T1。它們是 16 位的計數(shù)器，即可用于定時，也可用來對片外脈沖計數(shù)， T1 還可作為串行口的選擇波特率發(fā)生器，這些功能都可通過軟件來設(shè)定或修改。 五、以時鐘控制為核心的控制器 單片機(jī)執(zhí)行指令時，首先按 PC 所提供的地址從程序存儲器中取出指令碼，對該指令碼進(jìn)行譯碼，產(chǎn)生一系列的定時控制的微操作，送到單片機(jī)各部分，控制整個單片機(jī)的運(yùn)行。 控制器的一切工作都是以一個方波信號作基準(zhǔn)時鐘，這方波信號作基準(zhǔn)時鐘的產(chǎn)生如圖 所示。圖 A 為內(nèi)部方式，圖 B 為外部方 式。 A 圖 B 圖 18 圖 8031 時鐘信號的產(chǎn)生 程序存儲器擴(kuò)展 一、程序存儲器擴(kuò)展性能 它的擴(kuò)展特性決定了在其應(yīng)用系統(tǒng)擴(kuò)展中程序存儲器擴(kuò)展用的最多，擴(kuò)展方法也最容易簡便。 ⑴程序存儲器有單獨(dú)的地址編碼（ 0000H— FFFFH）雖然與數(shù)據(jù)存儲器地址重疊，但不會被占用，使用單獨(dú)的控制信號和命令，程序存儲器的指令、數(shù)據(jù)讀取控制 不用數(shù)據(jù)存儲器的 RD控制和 MOVX 命令，而是由 PSEN 控制，讀取數(shù)據(jù)用 MOVC 查表指令。 ⑵由于大規(guī)模集成電路的發(fā)展，程序存儲器使用的芯片數(shù)量越來越少，因此地址選擇多半采用線選法。 ⑶程序存儲器與數(shù)據(jù)存儲器共用地址總線和數(shù)據(jù)總線。 二、程序存儲器 EPROM 的擴(kuò)展 程序存儲器一般采用只讀存儲器，因為這種存儲器在電源關(guān)斷后，仍能保存程序，在系統(tǒng)上電后， CPU 可取出這些指令予以重新執(zhí)行。 三、程序存儲器擴(kuò)展芯片 程序存儲器 擴(kuò)展時，除必須有 EPROM 芯片，還必須有鎖存器芯片。 地址鎖存 程序存儲器擴(kuò)展時，地址鎖存信號為 ALE，地址鎖存器可使用帶三態(tài)緩沖輸出的 8D 鎖存器 74LS373。它是透明的帶有三態(tài)門的 8D 鎖存器。當(dāng)三態(tài)門的使能信號線 E 為低電平時，三態(tài)門處于導(dǎo)通狀態(tài)，允許 Q 端輸出；當(dāng) E 端為高電平時，輸出三態(tài)門斷開，輸出端對外電路呈高阻狀態(tài)。因此 74LS373 用作地址鎖存器時，首先應(yīng)使三態(tài)門的使能信號 E 為低電平。這時，當(dāng) G 輸入端為高電平時，鎖存器輸出（ 1Q― 8Q）狀態(tài)和輸入端（ 1D― 8D）的數(shù)據(jù)鎖入 1Q― 8Q中。 EPROM 程 序存儲器 在本次設(shè)計中，根據(jù)實際情況，選擇一片 2764 作為外接程序存儲器。 19 圖 2764 引腳圖 2764 是 28 線雙列直插式三態(tài)輸出、輸入，輸出有 TTL 兼容，有維持工作方式，其引腳如圖所示，有 OE 和 CE 兩個控制端，單一 +5V 電源，當(dāng) OE 和 CE同時為 1 時輸出有效。 外接程序存儲器的地址線 A8― A12 由 P2 口提供。 A0― A7 由 P0 口提供，且通過地址鎖存器 74LS373。地址鎖存器的鎖存信號為 ALE，指令數(shù)由 P0 口讀入，程序存儲器的取指信號為 PSEN 。 數(shù)據(jù)存儲器擴(kuò)展 數(shù)據(jù)存儲器與程序存儲器地址重疊編號（ 0000H～ FFFFH），使用的不同的控制信號和指令，但它與 I/O 及外圍設(shè)備實行統(tǒng)一編址，任何擴(kuò)展的 I/O 口以及外圍設(shè)備均占用數(shù)據(jù)存儲器地址，由于數(shù)據(jù)存儲器與程序存儲器地址完全重疊，故兩者的地址總線和數(shù)據(jù)總線可完全并聯(lián)使用 . 在 8031 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，最常用的靜態(tài)數(shù)據(jù)存 儲器 RAM 芯片有 6116 和6264 兩種。本設(shè)計選用 6264。其管腳如圖 所示： 20 圖 6264 管腳圖 靜態(tài)數(shù)據(jù)存儲器與動態(tài) RAM 相比，靜態(tài) RAM 無須考慮保持?jǐn)?shù)據(jù)而設(shè)置的刷新電路，故擴(kuò)展電路較簡單。但由于靜態(tài) RAM 是通過有源電路來保持存儲器中的數(shù)據(jù)。因此，消耗功率多，價格也昂貴。 6264 是 Intel 公司的產(chǎn)品， 8K 8 位的靜態(tài)存儲芯片 ，其中 62 是系列號，64 是序號，和存儲容量有關(guān) 。 數(shù)據(jù)存儲擴(kuò)展電路與程序存儲擴(kuò) 展電路相似，所用的地址線、數(shù)字線完全相同，使寫控制線用 WR 、 RD與其它 I/O 端口芯片進(jìn)行統(tǒng)一編址。 RAM 的掉電保護(hù)在系統(tǒng)中應(yīng)用都是易失的，一旦電源掉電，內(nèi)部的所有信息均破壞，這是不允許的。因此，希望一旦電源掉電，在掉電的瞬間，系統(tǒng)能自動保護(hù) RAM 中有用的信息和系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)。當(dāng)電源恢復(fù)時，能自動恢復(fù)掉電前的工作方式。 掉電保護(hù)還可以在掉電瞬間表示系統(tǒng)工作狀態(tài)的數(shù)據(jù)送入沒有掉電保護(hù)的RAM，芯片中加以保護(hù)，當(dāng)電源恢復(fù)瞬間，將狀 態(tài)數(shù)據(jù)送回原來的地方。電源恢復(fù)后繼續(xù)原來的工作狀態(tài)。本系統(tǒng)所應(yīng)用的是鋰電池供電的掉電保護(hù)。因為工作的需要，不必掉電監(jiān)測，只要電源切斷就啟動保護(hù)電路。 溫度傳感器的選擇及其硬件接口 數(shù)字式溫度傳感器 DS1820 是美國 DALLAS 半導(dǎo)體公司推出的單線數(shù)字化測溫集成電路。它具有獨(dú)特的單線接口方式，即與微處理器接口時僅需占用 1個 I/O 端口；支持多節(jié)點，使分布式溫度傳感器設(shè)計大為簡化；測溫時無需任何外部元件，可以通過數(shù)據(jù)線直接供電，具有超低功耗工作方式。測溫范圍為55~+125℃，測溫精度為 ℃ ,可直接 將溫度轉(zhuǎn)換值以 9 位數(shù)字碼的方式串行 21 輸出，將溫度轉(zhuǎn)化為數(shù)字編碼只需 200ms。 因為每一個 DS1820 有唯一的系列號，因此多個 DS1820 可以存在于同一條單線總線上。 該溫度傳感器特別適合與各種微處理器接口組成自動溫度測控系統(tǒng)，可以克服模擬傳感器與微處理器接口時需要 A/D 轉(zhuǎn)換器和較復(fù)雜的外圍電路的弊端，可廣泛用于工業(yè)控制、消費(fèi)類電子產(chǎn)品、電子測溫計、醫(yī)療儀器等各種溫度測控系統(tǒng)中，可提高產(chǎn)品的可靠性、降低成本、縮小體積。 一 .引腳排列 引腳說明 GND 地 DQ 數(shù)字輸入輸出 VDD 可選的 VDD NC 空引腳 DNC 不連接 詳細(xì)的引腳說明 引腳 PR35 符號 說明 1 GND 地 2 DQ 單線運(yùn)用的數(shù)據(jù)輸入 /輸出引腳 3 VDD 可選 VDD引腳 二 .DS1820 的結(jié)構(gòu)原理 （ 1） DS1820 的結(jié)構(gòu) 22 DS1820 由 3 部分組成：即 64 位光刻 ROM、溫度傳感器、永久型溫度報警觸發(fā)器 TH 和 TL，結(jié)構(gòu)圖見下圖。 該方框圖表示 DS1820 有三個主要的數(shù)據(jù)部件： 64 位激光 ROM、溫度靈敏元件和非易失性溫度告警觸發(fā)器 TH 和 TL。器件從單線的通信線取得其電源，在信號線為高電平的時間周期內(nèi)，把能量貯存在內(nèi)部 的電容器中，在單信號線為低電平的時間期內(nèi)斷開此電源，直到信號線變?yōu)楦唠娖街匦陆由霞纳娙蓦娫礊橹?。作為另一種可供選擇的方法 DS1820 也可用外部 5V 電源供電。與 DS1820 的通信經(jīng)過一個單線接口。在單線接口情況下，在 ROM 操作未定建立之前不能使用存貯器和控制操作。主機(jī)必須首先提供五種 ROM 操作命令之一： 1） Read ROM(讀 ROM)， 2） Match ROM(符合 ROM),3)Search ROM(搜索 ROM),4)Skip ROM(跳過 ROM),或 5 Alarm Search(告警搜索 )。這 些命令對每一器件的 64 位激光 ROM 部分進(jìn)行操作。如果在單線上有許多器件，那么可以挑選出一個特定的器件，并給總線上的主機(jī)指示存在多少器件及其類型。在成功地執(zhí)行了 ROM 操作序列之后，可使用存貯器和控制操作，然后主機(jī)可以提供六種存貯器和控制操作命令之一。 一個控制操作命令指示 DS1820 完成溫度測量。該測量的結(jié)果將放入DS1820 的高速暫存貯器，通過發(fā)出讀暫存存儲器內(nèi)容的存儲器操作命令可以讀出此結(jié)果。每一溫度告警觸發(fā)器 TH 和 TL 構(gòu)成一個字節(jié)的 EEPROM。 如果不對 DS1820 施加告警搜索命令，這 些寄存器可用作通用用戶存儲器。使用存儲器操作命令可以寫 TH 和 TL。對這些寄存器的讀訪問通過便箋存儲器，所有數(shù)據(jù)均以最低有效位在前的方式被讀寫。 （ 2）寄生電源 當(dāng) I/O 或 VDD 引腳為高電平時，這個電路便取得電源。只要符合指定的定時和電壓要求， I/O 將提供足夠的功率。寄生電源的優(yōu)點是雙重的： 利用此引腳遠(yuǎn)程溫度檢測無需本地電源， 缺少正常電源條件下也可以讀 ROM。 向 DS1820 供電的另外一種方法是通過使用連接到 VDD 引腳的外部電源。這種方法的優(yōu)點是在 I/O 線上不要求強(qiáng)的上拉。總線上主機(jī)不需向上 連接便在溫度 23 變換期間使線保持高電平。這就允許在變換時間內(nèi)其它數(shù)據(jù)在單線上傳送。此外，在單線總線上可以放置任何數(shù)目的 DS1820。 而且如果它們都使用外部電源那么通過發(fā)出跳過 ROM 命令和接著發(fā)出變換溫度命令，可以同時完成溫度變換。注意只要外部電源處于工作狀態(tài) GND 引腳不可懸空。 在總線上主機(jī)不知道總線上 DS1820 是寄生電源供電還是外部 VDD 供電的情況下，在 DS1820 內(nèi)采取了措施來通知采用的供電方案。總線上主機(jī)通過發(fā)出跳過 ROM 的操作約定，然后發(fā)出讀電源命令，可以決定是否有需要強(qiáng)上拉的DS1820 在總線上。在此命令發(fā)出后，主機(jī)接著發(fā)出讀時間片。如果是寄生供電，DS1820 將在單線總線上送回“ 0” ；如果由 VDD 引腳供電，它將送回“ 1”。如果主機(jī)接收到一個“ 0”， 它知道它必須在溫度變換期間在 I/O 線上供一個強(qiáng)的上拉。 （ 3） DS1820 的測量原理 DS1820 通過使用在板 onboard 溫度測量專利技術(shù)來測量溫度。溫度測量電路的方框圖見 下圖 DS1820 通過門開通期間內(nèi)低溫度系數(shù)振蕩器經(jīng)歷的時鐘周期個數(shù)計數(shù)來測量溫度，而門開通期由高溫度系數(shù)振蕩器決定。 計數(shù)器被預(yù)置在與 55℃ 相對應(yīng)的 1 個基數(shù)值，如果計數(shù)器在高溫度系數(shù)振蕩器輸出的門周期結(jié)束前計數(shù)到零，表示測量的溫度值高于 55℃ ，被預(yù)置在 55℃ 的溫度寄存器得值就增加 1℃ ，然后重復(fù)這個過程，直到高溫度系數(shù)振蕩器的門周期結(jié)束為止。這時溫度寄存器中的值就是被測的溫度值，這個值以 16 位形式存放在便箋式存儲器中，其中高位字節(jié)為符號擴(kuò)展位，如果是正溫度范圍，則可只取低位字節(jié)，溫度值可由主機(jī)通過發(fā)存儲器命令而讀出。斜率累加器是用于補(bǔ)償溫度振蕩器的拋物線特性。 溫度讀數(shù)以 16 位符號擴(kuò)展的二進(jìn)制補(bǔ)碼讀數(shù)形式提供。下表說明輸出數(shù)據(jù)對測量溫度的關(guān)系。數(shù) 據(jù)在單線接口上串行發(fā)送， DS1820，可以以 的增量值，在 至 +125 的范圍內(nèi)測量溫度。對于應(yīng)用華氏溫度的場合，必須使用查找表或變換系數(shù)。注意在 DS1820 中溫度是以 1/2℃ LSB 形式表示時，產(chǎn)生以下 9 位格式： 24 MSB（最高有效位） （最低有效位） LSB =25℃ 最高有效（符號）位被復(fù)制到存儲器內(nèi)兩字節(jié)的溫度存儲器中較高 MSB 的所有位，這種“符號擴(kuò)展”產(chǎn)生了下表所示的 16 位溫度讀數(shù)。 溫度 /數(shù)據(jù)關(guān)系 三 .DS1820 與單片機(jī)的硬件接 口及編程 因為 DS1820 是單線接口式器件，因此它與單片機(jī)的硬件接口十分簡單，只需占用單片機(jī)的一個雙向 I/O 口，其接口電路見下圖（以單獨(dú)電源供電，占用 8031的 口為例）。 簡單的硬件接口是以相對復(fù)雜的接口編程為代價的。 DS1820 的溫度轉(zhuǎn)換過程是在主機(jī)的控制下，通過單線接口接收主機(jī)發(fā)出的各種協(xié)議（時序），完成各種功能，其工作流程圖見附錄。 主機(jī)控制 DS1820 完成任何操作之前，必須先對其進(jìn)行初始化，只有當(dāng)DS1820 應(yīng)答準(zhǔn)備好后，主機(jī)才可發(fā)操作命令。 3 個基本接口程序是： DS1820 初始化程序； 寫 DS1820 子程序；讀 DS1820 子程序（見附錄）。 執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選擇及其驅(qū)動電路 執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選擇 方案 1：直流伺服電動機(jī)控制系統(tǒng) 采用直流伺服電動機(jī)的驅(qū)動控制系統(tǒng)有其本身的一些優(yōu)點： 25 首先，直流伺服電動機(jī)有著寬廣的調(diào)速范圍，它的轉(zhuǎn)速隨著控制電壓的改變能在很寬廣的范圍內(nèi)進(jìn)行連續(xù)的調(diào)節(jié)。 其次，直流伺服電動機(jī)的機(jī)械特性和調(diào)節(jié)特性均為線性：機(jī)械特性是指控制電壓一定時，轉(zhuǎn)速隨轉(zhuǎn)矩的變化關(guān)系；調(diào)節(jié)特性是指電機(jī)轉(zhuǎn)矩一定時，轉(zhuǎn)速隨控制電壓的變化關(guān)系。線性的機(jī)械特性和調(diào)節(jié)特性有利于提高自動控制系統(tǒng)的動態(tài)精 度。 最后，直流伺服電動機(jī)電機(jī)的機(jī)電時間常數(shù)很小，并且它有較大的堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩和較小的轉(zhuǎn)動慣量。這樣，電機(jī)的轉(zhuǎn)速便能隨著控制電壓的改變而迅速變化。另外，直流伺服電動機(jī)沒有“自轉(zhuǎn)”現(xiàn)象：它的控制電壓為零時能立即自行停轉(zhuǎn)。 除此之外，采用直流伺服電動機(jī)的驅(qū)動控制系統(tǒng)也存在一些電機(jī)本身設(shè)計所帶來的缺點，具體如下： 1. 傳統(tǒng)的直流伺服電動機(jī)大多采用電刷，以機(jī)械的方法進(jìn)行換向，因而存在相對的機(jī)械摩擦，會產(chǎn)生機(jī)械噪聲，從而使電刷的壽命縮短。 2. 由于電刷的機(jī)械換向會產(chǎn)生電火花，會對伺服控制系統(tǒng)產(chǎn)生電磁干擾，使控制系統(tǒng)發(fā)生 誤動作，造成控制失靈。 3. 直流伺服電動機(jī)的制造成本較高，維修困難，使它的應(yīng)用范圍受到極大的限制。 方案 2：步進(jìn)電