【文章內容簡介】 單片機內有定時 /計數器 T0 和 T1。它們是 16 位的計數器，即可用于定時，也可用來對片外脈沖計數， 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定或修改。 五、以時鐘控制為核心的控制器 單片機執(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，對該指令碼進行譯碼，產生一系列的定時控制的微操作，送到單片機各部分，控制整個單片機的運行。 控制器的一切工作都是以一個方波信號作基準時鐘，這方波信號作基準時鐘的產生如圖 所示。圖 A 為內部方式，圖 B 為外部方 式。 A 圖 B 圖 18 圖 8031 時鐘信號的產生 程序存儲器擴展 一、程序存儲器擴展性能 它的擴展特性決定了在其應用系統(tǒng)擴展中程序存儲器擴展用的最多，擴展方法也最容易簡便。 ⑴程序存儲器有單獨的地址編碼（ 0000H— FFFFH）雖然與數據存儲器地址重疊，但不會被占用，使用單獨的控制信號和命令，程序存儲器的指令、數據讀取控制 不用數據存儲器的 RD控制和 MOVX 命令，而是由 PSEN 控制，讀取數據用 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程序存儲器與數據存儲器共用地址總線和數據總線。 二、程序存儲器 EPROM 的擴展 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、程序存儲器擴展芯片 程序存儲器 擴展時，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。當三態(tài)門的使能信號線 E 為低電平時，三態(tài)門處于導通狀態(tài)，允許 Q 端輸出；當 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，首先應使三態(tài)門的使能信號 E 為低電平。這時，當 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）的數據鎖入 1Q― 8Q中。 EPROM 程 序存儲器 在本次設計中，根據實際情況，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 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，指令數由 P0 口讀入，程序存儲器的取指信號為 PSEN 。 數據存儲器擴展 數據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 及外圍設備實行統(tǒng)一編址，任何擴展的 I/O 口以及外圍設備均占用數據存儲器地址，由于數據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據總線可完全并聯使用 . 在 8031 單片機應用系統(tǒng)中，最常用的靜態(tài)數據存 儲器 RAM 芯片有 6116 和6264 兩種。本設計選用 6264。其管腳如圖 所示： 20 圖 6264 管腳圖 靜態(tài)數據存儲器與動態(tài) RAM 相比，靜態(tài) RAM 無須考慮保持數據而設置的刷新電路，故擴展電路較簡單。但由于靜態(tài) RAM 是通過有源電路來保持存儲器中的數據。因此，消耗功率多，價格也昂貴。 6264 是 Intel 公司的產品， 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 。 數據存儲擴展電路與程序存儲擴 展電路相似，所用的地址線、數字線完全相同，使寫控制線用 WR 、 RD與其它 I/O 端口芯片進行統(tǒng)一編址。 RAM 的掉電保護在系統(tǒng)中應用都是易失的，一旦電源掉電，內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 RAM 中有用的信息和系統(tǒng)運行狀態(tài)。當電源恢復時，能自動恢復掉電前的工作方式。 掉電保護還可以在掉電瞬間表示系統(tǒng)工作狀態(tài)的數據送入沒有掉電保護的RAM，芯片中加以保護，當電源恢復瞬間，將狀 態(tài)數據送回原來的地方。電源恢復后繼續(xù)原來的工作狀態(tài)。本系統(tǒng)所應用的是鋰電池供電的掉電保護。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電路。 溫度傳感器的選擇及其硬件接口 數字式溫度傳感器 DS1820 是美國 DALLAS 半導體公司推出的單線數字化測溫集成電路。它具有獨特的單線接口方式，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計大為簡化；測溫時無需任何外部元件，可以通過數據線直接供電，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 將溫度轉換值以 9 位數字碼的方式串行 21 輸出，將溫度轉化為數字編碼只需 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 轉換器和較復雜的外圍電路的弊端，可廣泛用于工業(yè)控制、消費類電子產品、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 數字輸入輸出 VDD 可選的 VDD NC 空引腳 DNC 不連接 詳細的引腳說明 引腳 PR35 符號 說明 1 GND 地 2 DQ 單線運用的數據輸入 /輸出引腳 3 VDD 可選 VDD引腳 二 .DS1820 的結構原理 （ 1） DS1820 的結構 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，結構圖見下圖。 該方框圖表示 DS1820 有三個主要的數據部件： 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，把能量貯存在內部 的電容器中，在單信號線為低電平的時間期內斷開此電源，直到信號線變?yōu)楦唠娖街匦陆由霞纳娙蓦娫礊橹埂Ｗ鳛榱硪环N可供選擇的方法 DS1820 也可用外部 5V 電源供電。與 DS1820 的通信經過一個單線接口。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。該測量的結果將放入DS1820 的高速暫存貯器，通過發(fā)出讀暫存存儲器內容的存儲器操作命令可以讀出此結果。每一溫度告警觸發(fā)器 TH 和 TL 構成一個字節(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，所有數據均以最低有效位在前的方式被讀寫。 （ 2）寄生電源 當 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 線上不要求強的上拉。總線上主機不需向上 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其它數據在單線上傳送。此外，在單線總線上可以放置任何數目的 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 內采取了措施來通知采用的供電方案?？偩€上主機通過發(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上拉的DS1820 在總線上。在此命令發(fā)出后，主機接著發(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 通過門開通期間內低溫度系數振蕩器經歷的時鐘周期個數計數來測量溫度，而門開通期由高溫度系數振蕩器決定。 計數器被預置在與 55℃ 相對應的 1 個基數值，如果計數器在高溫度系數振蕩器輸出的門周期結束前計數到零，表示測量的溫度值高于 55℃ ，被預置在 55℃ 的溫度寄存器得值就增加 1℃ ，然后重復這個過程，直到高溫度系數振蕩器的門周期結束為止。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)，溫度值可由主機通過發(fā)存儲器命令而讀出。斜率累加器是用于補償溫度振蕩器的拋物線特性。 溫度讀數以 16 位符號擴展的二進制補碼讀數形式提供。下表說明輸出數據對測量溫度的關系。數 據在單線接口上串行發(fā)送， DS1820，可以以 的增量值，在 至 +125 的范圍內測量溫度。對于應用華氏溫度的場合，必須使用查找表或變換系數。注意在 DS1820 中溫度是以 1/2℃ LSB 形式表示時，產生以下 9 位格式： 24 MSB（最高有效位） （最低有效位） LSB =25℃ 最高有效（符號）位被復制到存儲器內兩字節(jié)的溫度存儲器中較高 MSB 的所有位，這種“符號擴展”產生了下表所示的 16 位溫度讀數。 溫度 /數據關系 三 .DS1820 與單片機的硬件接 口及編程 因為 DS1820 是單線接口式器件，因此它與單片機的硬件接口十分簡單，只需占用單片機的一個雙向 I/O 口，其接口電路見下圖（以單獨電源供電，占用 8031的 口為例）。 簡單的硬件接口是以相對復雜的接口編程為代價的。 DS1820 的溫度轉換過程是在主機的控制下，通過單線接口接收主機發(fā)出的各種協議（時序），完成各種功能，其工作流程圖見附錄。 主機控制 DS1820 完成任何操作之前，必須先對其進行初始化，只有當DS1820 應答準備好后，主機才可發(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)行機構的選擇及其驅動電路 執(zhí)行機構的選擇 方案 1：直流伺服電動機控制系統(tǒng) 采用直流伺服電動機的驅動控制系統(tǒng)有其本身的一些優(yōu)點： 25 首先，直流伺服電動機有著寬廣的調速范圍，它的轉速隨著控制電壓的改變能在很寬廣的范圍內進行連續(xù)的調節(jié)。 其次，直流伺服電動機的機械特性和調節(jié)特性均為線性：機械特性是指控制電壓一定時，轉速隨轉矩的變化關系；調節(jié)特性是指電機轉矩一定時，轉速隨控制電壓的變化關系。線性的機械特性和調節(jié)特性有利于提高自動控制系統(tǒng)的動態(tài)精 度。 最后，直流伺服電動機電機的機電時間常數很小，并且它有較大的堵轉轉矩和較小的轉動慣量。這樣，電機的轉速便能隨著控制電壓的改變而迅速變化。另外，直流伺服電動機沒有“自轉”現象：它的控制電壓為零時能立即自行停轉。 除此之外，采用直流伺服電動機的驅動控制系統(tǒng)也存在一些電機本身設計所帶來的缺點，具體如下： 1. 傳統(tǒng)的直流伺服電動機大多采用電刷，以機械的方法進行換向，因而存在相對的機械摩擦，會產生機械噪聲，從而使電刷的壽命縮短。 2. 由于電刷的機械換向會產生電火花，會對伺服控制系統(tǒng)產生電磁干擾，使控制系統(tǒng)發(fā)生 誤動作，造成控制失靈。 3. 直流伺服電動機的制造成本較高，維修困難，使它的應用范圍受到極大的限制。 方案 2：步進電