【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 V C CV C C 圖 5 PWM濾波電路 11 繼電邏輯控制在單片機(jī)控制或手動(dòng)操作系統(tǒng)作用下，使電機(jī)水泵機(jī)組工作在變頻或工頻狀態(tài)下，即實(shí)現(xiàn)電機(jī)水泵機(jī)組工作狀態(tài)的切換。 4） 抗干擾措施與互鎖保護(hù) 接口與過(guò)程通道是單片機(jī)與外部設(shè)備、被控對(duì)象進(jìn)行信息交 換的渠道，對(duì)于接口和過(guò)程通道侵入的噪聲主要是因?yàn)楣驳鼐€引起，其次，在信號(hào)微弱和傳輸線路較長(zhǎng)時(shí)還會(huì)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(qiáng)，可作為接口用連接線，為集成電路與驅(qū)動(dòng)器之間的連線。使用光電隔離電路，當(dāng)組件之間接地電位有差值時(shí)，或在噪聲電平高的地方，光電 耦 合器作為數(shù)字量、開(kāi)關(guān)量的隔離電路用于開(kāi)關(guān)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(shí)器設(shè)計(jì)一個(gè)“ WatchDog”電路監(jiān)督程序的正常運(yùn)行，然后采用組合邏輯電路進(jìn)行互鎖保護(hù)，使任意時(shí)刻變頻器只 驅(qū)動(dòng)一臺(tái)水泵電機(jī)工作，任意時(shí)刻水泵電機(jī)只工作在變頻或工頻一種狀態(tài)，保證變頻器的安全運(yùn)行。 （ 2） 機(jī)型及器件選擇 在單片機(jī)高樓供水系統(tǒng)中將用 STC89C52 來(lái)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(jī)，從 8 位、 16 位到犯位，數(shù)不勝數(shù)，應(yīng)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(bǔ)，為單片機(jī)的應(yīng)用提供廣闊的天地。 可以預(yù)示單片機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)，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(jī)普遍都是將中央處理器 (CPU)、隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ) (RAM)、只 讀程序存儲(chǔ)器 (ROM)、并行和串行通信 接口，中斷系統(tǒng)、定時(shí)電路、時(shí)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(jī)的品種繁多，各具特色，但仍以 80C51 為核心的單片機(jī)占主流 。 STC89C52 是一種低功 耗 低電壓、高性能的 8 位單片機(jī)，片內(nèi)帶有一個(gè) 4K字節(jié)的 Flash可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器 (EPROM)，它采用了 CMOS工藝和 ATMEL公司的高密度非易失性存儲(chǔ)器 (NURAM)技術(shù)，而且其輸出引腳和指令系統(tǒng)與都MCS51 兼容。片內(nèi)的 Flash 存儲(chǔ)器允許在系統(tǒng)內(nèi)可改編程序或用常規(guī)的非易失性存儲(chǔ) 器來(lái)編程。 STC89C52 具有下列主要性能 ： 4KB 可改編程序 Flash 存儲(chǔ)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(jí)程序存儲(chǔ)器保密 ； 128*字節(jié)內(nèi)部 RAM； 32 條可編程 I/O 線 ； 2 個(gè) 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 ； 6 個(gè)中斷源 ； 可編程串行通道 ； 片內(nèi)時(shí)鐘振蕩器等。 STC89C52 是用靜態(tài)邏輯來(lái)設(shè)計(jì)的，其工作頻率可下降到 0H[z，并提供兩種可用軟件來(lái)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(shí)器 /計(jì)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(nèi)振蕩器停止工作，由于時(shí)鐘被凍結(jié)，使一切功能都暫停，只保存片內(nèi) RAM 中的內(nèi)容，直到下一次硬件復(fù)位為止。 （ 3） 硬件設(shè)計(jì)電路原理 1） CPU 的引腳 本系統(tǒng)控制電路所采用的單片機(jī)是 STC89C52，它是 40 引腳， DIP 封裝的集成電路芯片。隨著半導(dǎo)體工藝的成熟和生產(chǎn)的工業(yè)化，使它的價(jià)格越來(lái)越低，是經(jīng)濟(jì)型系統(tǒng)首選機(jī)型。 STC89C52 具有豐富的 I/O 接口，內(nèi)置定時(shí)計(jì)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(jī)能夠工作，需要電能，就少不了通過(guò)一個(gè)引腳給單片機(jī)提供電源。單片機(jī)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(gè)接地引腳。 單片機(jī)是一種時(shí)序電路，只有在提供脈沖信號(hào)的作用下，才能正常工作。因?yàn)椴煌脩魧?duì)單片機(jī)的速度要求的不一樣，因此在單片機(jī)的內(nèi)部，并沒(méi)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(hào)，還不足以驅(qū)動(dòng)單片機(jī)內(nèi)部的時(shí)鐘電路，因此，在 STC89C52 的內(nèi)部，都設(shè)計(jì)一個(gè)高增益的放大器將外 接的晶體振蕩器產(chǎn)生的信號(hào)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(jī)的振蕩周期為 6MHZ。所以，采用外接 6MHZ 晶體振蕩器，同時(shí)外加22PF 電容，構(gòu)成時(shí)鐘振蕩。 圖 7 CPU引腳 單片機(jī)是一種時(shí)序電路，只有在提供脈沖信號(hào)的作用下，才能正常工作。因?yàn)椴煌脩魧?duì)單片機(jī)的速度要求的不一樣，因此在單片機(jī)的內(nèi)部，并沒(méi)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(hào)，還不足以驅(qū)動(dòng)單片機(jī)內(nèi)部的時(shí)鐘電路，因此，在 STC89C52 的內(nèi)部，都設(shè)計(jì)一個(gè)高增益的放大器將外接的晶體振蕩器產(chǎn)生的信號(hào)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(jī)的振蕩周期為 6MHZ。所以，采用外接 6MHZ 晶體振蕩器，同時(shí)外加22PF 電容，構(gòu)成時(shí)鐘振蕩。 B、 I/O 口 STC89C52 有強(qiáng)大的 110 接口分別是 ， ， ， ，一共有 32 個(gè)引腳，這 32 個(gè)引腳都可以作為輸入 /輸出用，這 32 個(gè)引腳，就構(gòu)成了 STC89C52 的 4 個(gè)并行 I/O 接口，完成數(shù)據(jù)的傳 送和控制。 C、 控制信號(hào)引腳 ALE： 地址鎖存允許輸出信號(hào)。 當(dāng)單片機(jī)進(jìn)行系統(tǒng)擴(kuò)展后，如果外接了外部存儲(chǔ)器，那么在訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，就需要輸出 16 位的地址信號(hào)，用來(lái)選中某一個(gè)存儲(chǔ)單元 .單片機(jī)必須要用 16根線來(lái)送出這 16 位地址。這就要用到 P0、 P2 這兩個(gè)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(jī)就根據(jù)這個(gè) 16 位地址來(lái)訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器，從這個(gè)單元讀出的數(shù)據(jù)與將要寫入這個(gè)單元的數(shù)據(jù)都要從 P0 口輸入、輸出。這樣一來(lái)， 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(gè)數(shù)據(jù) 地 址的復(fù)用口。那么P0 口上的信號(hào)什么時(shí)候是地址，什么時(shí)候又是數(shù)據(jù)呢 ？ 這就需要用一個(gè)信號(hào)加以定義，這個(gè)信號(hào)就是 ALE 信號(hào)。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(shí)候，如果有信息就作為數(shù)據(jù)信息。但我們知道，要訪問(wèn)一個(gè)存儲(chǔ)單元，比如將一個(gè)數(shù)據(jù)寫入某個(gè)存儲(chǔ)單元，地址信息和數(shù)據(jù)信息要同時(shí)有效。而 P0 口本身在輸出、輸入數(shù)據(jù)時(shí)肯定不能保存地址，所以要提供一個(gè)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(shí)現(xiàn) 低位地址和數(shù)據(jù)的隔離。對(duì)于 P2 口，并不是數(shù)據(jù)、地址分時(shí)復(fù)用的，就不需要這樣的地址鎖存信號(hào)了。 ALE 信號(hào)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(hào)。每出現(xiàn)一次，就意味著 CPU 要進(jìn)行一次從程序存儲(chǔ)器取指令字節(jié)的操作。即使不訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器，也會(huì)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(gè)正脈沖作為外部時(shí)鐘或外部定脈沖使用。 RST： 復(fù)位信號(hào)，用于單片機(jī)的初始化操作。 15 PSEN ： 外部程序存儲(chǔ)器讀信號(hào) (存儲(chǔ)器輸出允許信號(hào) )。 從片外程序存儲(chǔ)器讀取指令或 常數(shù)時(shí)，用于命令程序存儲(chǔ)器做輸出動(dòng)作 。 每個(gè)機(jī)器周期內(nèi) 信號(hào)激發(fā)兩 PSEN 次，和 ALE 配合。但要注意的是，在訪問(wèn)片內(nèi)程序存儲(chǔ)器和訪問(wèn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，并不激發(fā) PSEN 信號(hào)。 比如用 MOVC 指令從外部程序存儲(chǔ)器中讀數(shù)據(jù)時(shí)，要產(chǎn)生 PSEN 信號(hào)。當(dāng)使用 8031 等沒(méi)有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器的單片機(jī)時(shí)，因?yàn)橐獜耐饨拥某绦虼鎯?chǔ)器中讀取指令并加以執(zhí)行，因此，就算不執(zhí)行 MOVC 指令 時(shí)，也會(huì)激發(fā) PSEN 信號(hào) 。 EA ： 內(nèi)部和外部程序存儲(chǔ)器的訪問(wèn)控制信號(hào)。 當(dāng) EA 為高電平時(shí)，既可訪問(wèn)片內(nèi)程序存儲(chǔ)器，也可訪問(wèn)外部的程序存儲(chǔ)器。這就取決于 PC 值的大小。若 PC 值在內(nèi)部程序存儲(chǔ)器的容量范圍內(nèi)，就訪問(wèn)內(nèi)部的程序存儲(chǔ)器。反之，若 PC 值超出內(nèi)部程序存儲(chǔ)器的容量范圍，自動(dòng)轉(zhuǎn)去執(zhí)行外部程序存儲(chǔ)器的程序。所以當(dāng) EA 為高平時(shí)，如果地址小于 4K(對(duì)于 805875 STC89C52 來(lái)說(shuō)，內(nèi)部有 4K 的程序存儲(chǔ)器 )，訪問(wèn)內(nèi)部程序存儲(chǔ)器，地址大于 K4 時(shí)訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器。 當(dāng) EA 為低電平時(shí)，只訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器，而不管是否存在內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。 在本系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，用 STC89C52 芯片，使用的是它內(nèi)部的程序存儲(chǔ)器，因此將 EA 引腳接高電平。所以，在 31 引腳，加 +5V 高平，使用內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。如果使用原來(lái)的 8031 芯片，那么 EA 就必須接地， 強(qiáng)制單片機(jī)機(jī)去訪問(wèn)外接的程序存儲(chǔ)器。不這樣的話，如果這個(gè)引腳出現(xiàn)高電平，并且當(dāng) PC 值大小 4K 時(shí)，單片機(jī)就會(huì)尋找內(nèi)部程序存儲(chǔ)器，但由于 8031 內(nèi)部沒(méi)有程序存儲(chǔ)器，就勢(shì)必導(dǎo)致程序運(yùn)行出錯(cuò)。 2)單片機(jī)引腳信號(hào)的第二功能 由于工藝及標(biāo)準(zhǔn)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(gè)，但單片機(jī)為實(shí)現(xiàn)其功能所需要的信號(hào)數(shù)目卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)這個(gè)數(shù) 。 那么如何才能解決這個(gè)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(jī)也同樣如此，當(dāng)引腳數(shù)量有限時(shí)，“兼職”是唯一可行的辦法，即給其中