【文章內容簡介】 V C CV C C 圖 5 PWM濾波電路 11 繼電邏輯控制在單片機控制或手動操作系統(tǒng)作用下，使電機水泵機組工作在變頻或工頻狀態(tài)下，即實現(xiàn)電機水泵機組工作狀態(tài)的切換。 4） 抗干擾措施與互鎖保護 接口與過程通道是單片機與外部設備、被控對象進行信息交 換的渠道，對于接口和過程通道侵入的噪聲主要是因為公共地線引起，其次，在信號微弱和傳輸線路較長時還會受到靜電噪聲和電磁噪聲的干擾。雙絞線抗共模噪聲能力強，可作為接口用連接線，為集成電路與驅動器之間的連線。使用光電隔離電路，當組件之間接地電位有差值時，或在噪聲電平高的地方，光電 耦 合器作為數(shù)字量、開關量的隔離電路用于開關接口，能收到很好的效果。光電 耦 合電路如圖 6 所示 ： O P T O I S O 1116R 3A116R 4A116R 6A116R 5ANOTV C CQ2Q3D1D2R2V C CR L Y 1 圖 6 光電耦合電路 采用 555 定時器設計一個“ WatchDog”電路監(jiān)督程序的正常運行，然后采用組合邏輯電路進行互鎖保護，使任意時刻變頻器只 驅動一臺水泵電機工作，任意時刻水泵電機只工作在變頻或工頻一種狀態(tài)，保證變頻器的安全運行。 （ 2） 機型及器件選擇 在單片機高樓供水系統(tǒng)中將用 STC89C52 來完成控制功能。 現(xiàn)在世界上各大芯片制造公司都推出了自己的單片機，從 8 位、 16 位到犯位，數(shù)不勝數(shù)，應有盡有，有與主流 C5l 系列兼容的，也有不兼容的，但它們各具特色，互成互補，為單片機的應用提供廣闊的天地。 可以預示單片機的發(fā)展趨勢，大致有 ： 12 1） 低功耗 CMOS 化 2） 微型單片化 現(xiàn)在常規(guī)的單片機普遍都是將中央處理器 (CPU)、隨機存取數(shù)據(jù)存儲 (RAM)、只 讀程序存儲器 (ROM)、并行和串行通信 接口，中斷系統(tǒng)、定時電路、時鐘電路集成在一塊單一的芯片上 。 3） 主流與多品種共存 現(xiàn)在雖然單片機的品種繁多，各具特色，但仍以 80C51 為核心的單片機占主流 。 STC89C52 是一種低功 耗 低電壓、高性能的 8 位單片機，片內帶有一個 4K字節(jié)的 Flash可編程可擦除只讀存儲器 (EPROM)，它采用了 CMOS工藝和 ATMEL公司的高密度非易失性存儲器 (NURAM)技術，而且其輸出引腳和指令系統(tǒng)與都MCS51 兼容。片內的 Flash 存儲器允許在系統(tǒng)內可改編程序或用常規(guī)的非易失性存儲 器來編程。 STC89C52 具有下列主要性能 ： 4KB 可改編程序 Flash 存儲器 (可經(jīng)受 1， 000次的寫 入 /擦除周期 )； 全靜態(tài)工作 ： 0Hz— 24Mz； 三級程序存儲器保密 ； 128*字節(jié)內部 RAM； 32 條可編程 I/O 線 ； 2 個 16 位定時器 /計數(shù)器 ； 6 個中斷源 ； 可編程串行通道 ； 片內時鐘振蕩器等。 STC89C52 是用靜態(tài)邏輯來設計的，其工作頻率可下降到 0H[z，并提供兩種可用軟件來選擇的省電方式 — 空閑方式 (Idle Mode)和掉電方式 (Power Down Mode)。 在空閑方式中， CPU停止工作，而 RAM、定時器 /計數(shù)器、串行口和中斷系統(tǒng)都繼續(xù)工作，在掉電方式中，片內振蕩器停止工作，由于時鐘被凍結，使一切功能都暫停，只保存片內 RAM 中的內容，直到下一次硬件復位為止。 （ 3） 硬件設計電路原理 1） CPU 的引腳 本系統(tǒng)控制電路所采用的單片機是 STC89C52，它是 40 引腳， DIP 封裝的集成電路芯片。隨著半導體工藝的成熟和生產(chǎn)的工業(yè)化，使它的價格越來越低，是經(jīng)濟型系統(tǒng)首選機型。 STC89C52 具有豐富的 I/O 接口，內置定時計數(shù)器和中斷系統(tǒng) 。 CPU的引腳如圖 7 各引腳分布和功能如下 ： A、 主電源引腳 13 單片機能夠工作，需要電能，就少不了通過一個引腳給單片機提供電源。單片機使用的是 +5V 電源，在本系統(tǒng)中，有專門的輔助電源，產(chǎn)生 +5V 電壓，從40 腳 VCC 接入，一般要接 +5V電源，加引腳是一個接地引腳。 單片機是一種時序電路，只有在提供脈沖信號的作用下，才能正常工作。因為不同用戶對單片機的速度要求的不一樣，因此在單片機的內部，并沒有集成晶體振蕩器，而由用戶根據(jù)具體的控制情況和要求選擇外接。但外接的晶體振蕩器的振蕩信號，還不足以驅動單片機內部的時鐘電路，因此，在 STC89C52 的內部，都設計一個高增益的放大器將外 接的晶體振蕩器產(chǎn)生的信號放大。在原理圖的18 和 19 引腳， X2 和 Xl 就分別是放大器的輸入和輸出端。在本系統(tǒng)中，我們選用單片機的振蕩周期為 6MHZ。所以，采用外接 6MHZ 晶體振蕩器，同時外加22PF 電容，構成時鐘振蕩。 圖 7 CPU引腳 單片機是一種時序電路，只有在提供脈沖信號的作用下，才能正常工作。因為不同用戶對單片機的速度要求的不一樣，因此在單片機的內部，并沒有集成晶體振蕩器，而由用戶根據(jù)具體的控制情況和要求選擇外接。但外接的晶體振蕩器的振蕩信號，還不足以驅動單片機內部的時鐘電路，因此，在 STC89C52 的內部，都設計一個高增益的放大器將外接的晶體振蕩器產(chǎn)生的信號放大。在原理圖的 14 18 和 19 引腳， X2 和 Xl 就分別是放大器的輸入和輸出端。在本系統(tǒng)中，我們選用單片機的振蕩周期為 6MHZ。所以，采用外接 6MHZ 晶體振蕩器，同時外加22PF 電容，構成時鐘振蕩。 B、 I/O 口 STC89C52 有強大的 110 接口分別是 ， ， ， ，一共有 32 個引腳，這 32 個引腳都可以作為輸入 /輸出用，這 32 個引腳，就構成了 STC89C52 的 4 個并行 I/O 接口，完成數(shù)據(jù)的傳 送和控制。 C、 控制信號引腳 ALE： 地址鎖存允許輸出信號。 當單片機進行系統(tǒng)擴展后，如果外接了外部存儲器，那么在訪問外部存儲器時，就需要輸出 16 位的地址信號，用來選中某一個存儲單元 .單片機必須要用 16根線來送出這 16 位地址。這就要用到 P0、 P2 這兩個口， P0 輸出地址的低 8 位，P2 口輸出地址的高 8 位，這是引腳的第二功能。 單片機就根據(jù)這個 16 位地址來訪問外部存儲器，從這個單元讀出的數(shù)據(jù)與將要寫入這個單元的數(shù)據(jù)都要從 P0 口輸入、輸出。這樣一來， P0 口不僅要輸出地址的低 8 位，還要輸 入 輸出要讀寫的數(shù)據(jù)，是一個數(shù)據(jù) 地 址的復用口。那么P0 口上的信號什么時候是地址，什么時候又是數(shù)據(jù)呢 ？ 這就需要用一個信號加以定義，這個信號就是 ALE 信號。規(guī)定 ALE 高電平期間， P0 口上如果出現(xiàn)信息就作為地址信息 ； 在低電平的時候，如果有信息就作為數(shù)據(jù)信息。但我們知道，要訪問一個存儲單元，比如將一個數(shù)據(jù)寫入某個存儲單元，地址信息和數(shù)據(jù)信息要同時有效。而 P0 口本身在輸出、輸入數(shù)據(jù)時肯定不能保存地址，所以要提供一個地址鎖存器 。 利用在 ALE 引腳輸出脈沖的下降沿，將 P0 口上地址信息鎖存到地址鎖存器中 。 而在 ALE 低電平期間的數(shù)據(jù)信息不需要鎖存。這樣就實現(xiàn) 低位地址和數(shù)據(jù)的隔離。對于 P2 口，并不是數(shù)據(jù)、地址分時復用的，就不需要這樣的地址鎖存信號了。 ALE 信號是以晶體振蕩頻率的六分之一的固定頻度周其性出現(xiàn)的正脈沖信號。每出現(xiàn)一次，就意味著 CPU 要進行一次從程序存儲器取指令字節(jié)的操作。即使不訪問外部存儲器，也會在 ALE 引腳上以同樣的頻率了同現(xiàn)正脈沖。因此可以將這個正脈沖作為外部時鐘或外部定脈沖使用。 RST： 復位信號，用于單片機的初始化操作。 15 PSEN ： 外部程序存儲器讀信號 (存儲器輸出允許信號 )。 從片外程序存儲器讀取指令或 常數(shù)時，用于命令程序存儲器做輸出動作 。 每個機器周期內 信號激發(fā)兩 PSEN 次，和 ALE 配合。但要注意的是，在訪問片內程序存儲器和訪問數(shù)據(jù)存儲器時，并不激發(fā) PSEN 信號。 比如用 MOVC 指令從外部程序存儲器中讀數(shù)據(jù)時，要產(chǎn)生 PSEN 信號。當使用 8031 等沒有內部程序存儲器的單片機時，因為要從外接的程序存儲器中讀取指令并加以執(zhí)行，因此，就算不執(zhí)行 MOVC 指令 時，也會激發(fā) PSEN 信號 。 EA ： 內部和外部程序存儲器的訪問控制信號。 當 EA 為高電平時，既可訪問片內程序存儲器，也可訪問外部的程序存儲器。這就取決于 PC 值的大小。若 PC 值在內部程序存儲器的容量范圍內，就訪問內部的程序存儲器。反之，若 PC 值超出內部程序存儲器的容量范圍，自動轉去執(zhí)行外部程序存儲器的程序。所以當 EA 為高平時，如果地址小于 4K(對于 805875 STC89C52 來說，內部有 4K 的程序存儲器 )，訪問內部程序存儲器，地址大于 K4 時訪問外部程序存儲器。 當 EA 為低電平時，只訪問外部程序存儲器，而不管是否存在內部程序存儲器。 在本系統(tǒng)設計中，用 STC89C52 芯片，使用的是它內部的程序存儲器，因此將 EA 引腳接高電平。所以，在 31 引腳，加 +5V 高平，使用內部程序存儲器。如果使用原來的 8031 芯片，那么 EA 就必須接地， 強制單片機機去訪問外接的程序存儲器。不這樣的話，如果這個引腳出現(xiàn)高電平，并且當 PC 值大小 4K 時，單片機就會尋找內部程序存儲器，但由于 8031 內部沒有程序存儲器，就勢必導致程序運行出錯。 2)單片機引腳信號的第二功能 由于工藝及標準化等原因，芯片的引腳數(shù)目是有限的 。 MCS51 系列把芯片引腳數(shù)目定為 40 個，但單片機為實現(xiàn)其功能所需要的信號數(shù)目卻遠遠超過這個數(shù) 。 那么如何才能解決這個供需矛盾呢 ？ 正像有的人為了增加收入，要做一些兼職工作。單片機也同樣如此，當引腳數(shù)量有限時，“兼職”是唯一可行的辦法，即給其中