【文章內(nèi)容簡介】 3．?dāng)?shù)據(jù)存儲器 8051 單片機有 128B RAM，當(dāng)數(shù)據(jù)量超過 128B 也需要把數(shù)據(jù)存儲區(qū) 進一步擴展。常用 RAM 芯片分靜態(tài)和動態(tài)兩種。靜態(tài) RAM 有6116(2KB)、 6264(8KB)等，動態(tài) DRAM2164(8KB)等，另外還有集成IRAM 和 E2PROM。使用 E2PROM 作數(shù)據(jù)存儲器有斷電保護數(shù)據(jù)的優(yōu)點。 數(shù)據(jù)存儲器擴展常使用隨機存儲器芯片，用的較多的是 Intel 公司的 6116 容量為 2KB 和6264 容量為8KB。本系統(tǒng)采用容量8KB 的 6264作 為數(shù) 據(jù)存 9 儲器擴展芯片 。其引腳圖如 圖 26 所示： 8051 單片機擴展電路及分析 圖 27 8051 單片機擴展電路及分析 接線分析 ： ：這 8 個引腳共有兩種不同的功能，分別使用于兩種不同的情況。第一種情況是 8051 不帶片外存儲器， P0 口可以作為通用 I/O 口使用， 用于傳送 CPU 的 I/O 數(shù)據(jù)。第二種情況是8051 帶片外存儲器， 在 CPU 訪問片外存儲器時先是用于傳送片外存儲器的低 8 位地址，然后傳送 CPU 對片外存儲器的讀寫數(shù)據(jù)。 ：這組引腳的第一功能可以作為通用的 I/O 使用。它 圖 26 6264 引腳圖 10 的第二功能和 P0 口引腳的第二功能相配合，用于輸出片外存儲器的高 8 位地址，共同選中片外存 儲器單元，但是并不能像 P0 口那樣還可以傳送存儲器的讀寫數(shù)據(jù)。 ：這組引腳的第一功能為傳送用戶的輸入 /輸出數(shù)據(jù)。它的第二功能作為控制用，每個引腳不盡相同 。 VCC 為 +5V 電源線， VSS 為接地線。 ALE/ _________PROG ：地址鎖存允許 /編程線，配合 P0 口引腳的第二功能使用，在訪問片外存儲器時， 8051CPU 在 引腳線上輸出片外存儲器低 8 位地址的同時還在 ALE/ _________PROG 線上輸出一個高電位脈沖，其下降沿用 于把這個片外存儲器低 8 位地址鎖存到外部專用地址鎖存器，以便空出 引腳線去傳送隨后而來的片外存儲器的讀寫數(shù)據(jù)。 ____EA /VPP：允許訪問片外存儲器 /編程電源線，可以控制 8051 使用片內(nèi) ROM 還是片外 ROM。如果 ____EA =1，那么允許使用片內(nèi) ROM；如果 ____EA =0，那么允許使用片外 ROM。 XTAL1 和 XTAL2：片內(nèi)振蕩電路輸入線，這兩個端子用來外接石英晶體和微調(diào)電容，即用 來連接 8051 片內(nèi) OSC 的定時反饋電路。石英晶振起振后，應(yīng)能在 XTAL2 線上輸出一個 3V 左右的正弦波，以便于 8051 片內(nèi)的 OSC 電路按石英晶振相同頻率自激振蕩，電容C C2 可以幫助起振，調(diào)節(jié)它們可以達到微調(diào) fOSC 的目的。 PWM 信號發(fā)生電路設(shè)計 PWM 的基本原理 11 PWM（脈沖寬度調(diào)制）是通過控制固定電壓的直流電源開關(guān)頻率，改變負載兩端的電壓，從而達到控制要求的一種電壓調(diào)整方法。PWM 可以應(yīng)用在許多方面，比如：電機調(diào)速、溫度控制、壓力控制等等。 在 PWM 驅(qū)動控制的調(diào)整系統(tǒng)中，按一個固定的頻率來 接通和斷開電源，并且根據(jù)需要改變一個周期內(nèi) ―接通 ‖和 ―斷開 ‖時間的長短。通過改變直流電機電樞上電壓的 ―占空比 ‖來達到改變平均電壓大小的目的，從而來控制電動機的轉(zhuǎn)速。也正因為如此， PWM 又被稱為 ―開關(guān)驅(qū)動裝置 ‖。 如 圖 28 所示： 圖 28 PWM 方波 設(shè)電機始終接通電源時，電機轉(zhuǎn)速最大為 Vmax，設(shè)占空比為 D= t1 / T，則電機的平均速度為 Va = Vmax * D，其中 Va 指的是電機的平均速度； Vmax 是指電機在全通電時的最大速度； D = t1 / T 是指占空比。 由上面的公式可見，當(dāng)我們改變占空 比 D = t1 / T 時，就可以得到不同的電機平均速度 Vd，從而達到調(diào)速的目的。嚴(yán)格來說，平均速度 Vd 與占空比 D 并非嚴(yán)格的線性關(guān)系，但是在一般的應(yīng)用中，我們可以將其近似地看成是線性關(guān)系。 PWM 信號發(fā)生電路設(shè)計 12 圖 29PWM 信號發(fā)生電路 PWM 波可以由具有 PWM 輸出的單片機通過編程來得以產(chǎn)生，也可以采用 PWM 專用芯片來實現(xiàn)。當(dāng) PWM 波的頻率太高時，它對直流電機驅(qū)動的功率管要求太高，而當(dāng)它的頻率太低時，其產(chǎn)生的電磁噪聲就比較大，在實際應(yīng)用中，當(dāng) PWM 波的 頻率在 18KHz 左右時，效果最好。在本系統(tǒng)內(nèi)，采用了兩片 4 位數(shù)值比較器 4585 和一片 12 位串行計數(shù)器 4040 組成了 PWM 信號發(fā)生電路。 兩片數(shù)值比較器 4585，即圖上 U U3 的 A 組接 12 位串行 4040計數(shù)輸出端 Q2—Q9，而 U U3 的 B 組接到單片機的 P1 端口。只要改變 P1 端口的輸出值，那么就可以使得 PWM 信號的占空比發(fā)生變化，從而進行調(diào)速控制。 12 位串行計數(shù)器 4040 的計數(shù)輸入端 CLK 接到單片機 C51 晶振的振蕩輸出 XTAL2。計數(shù)器 4040 每來 8 個脈沖，其輸出 Q2—Q9 加 13 1，當(dāng)計數(shù)值小于或者等于單片機 P1 端口輸出值 X 時，圖中 U2 的（ AB）輸出端保持為低電平，而當(dāng)計數(shù)值大于單片機 P1 端口輸出值 X 時，圖中 U2 的（ AB）輸出端為高電平。隨著計數(shù)值的增加，Q2—Q9 由全 ―1‖變?yōu)槿?―0‖時，圖中 U2 的（ AB）輸出端又變?yōu)榈碗娖?，這樣就在 U2 的（ AB）端得到了 PWM 的信號，它的占空比為（ 255 X / 255） *100%，那么只要改變 X 的數(shù)值，就可以相應(yīng)的改變PWM 信號的占空比，從而進行直流電機的轉(zhuǎn)速控制。 使用這個方法時，單片機只需要根據(jù)調(diào)整量輸出 X的值，而 PWM信號由三片通用數(shù)字電路生成，這樣可以使得軟件大大簡化，同時也有利于單片機系統(tǒng)的正常工作。由于單片機上電復(fù)位時 P1 端口輸出全為 ―1‖，使用數(shù)值比較器 4585 的 B 組與 P1 端口相連，升速時 P0端口輸出 X 按一定規(guī)律減少，而降速時按一定規(guī)律增大。 PWM 發(fā)生電路主要芯片的工作原理 1． 數(shù)據(jù)比較器 具有數(shù)據(jù)比較功能的芯片有 74LS6828， 74LS6838 等 8 位數(shù)值比較器 ， 4 位數(shù)值比較器 4585 等 。本 PWM 發(fā)生電路通過兩片 4 位數(shù)值比較器 4585 就可 實 現(xiàn) PWM 信號的產(chǎn)生，因此選用 4585 作為信號發(fā)生電路。 芯片 4585 的引腳圖： 14 2． 串行計數(shù)器 系統(tǒng) PWM 信號發(fā)生電路中還使用到一片串行計數(shù)器，有串行計數(shù)功能的芯片有 402 4040 等，它們 具有相同的電路結(jié)構(gòu)和邏輯功能，但 4024 是 7 位二進制串行計數(shù)器，而 芯片 4040 是一個 12 位的二進制串行計數(shù)器，所有計數(shù)器位為主從觸發(fā)器，計數(shù)器在時鐘下降沿進行計數(shù)。當(dāng) CR 為高電平時，它對計數(shù)器進行清零，由于在時鐘輸入端使用施密特觸發(fā)器，故對脈沖上升和下降時間沒有限制，所有的輸入和輸出均經(jīng)過緩沖。 本系統(tǒng)使用 4040 作為串行計數(shù)器， 芯片4040 的引腳圖 如 圖 211 所示 ： 功率放大驅(qū)動電路設(shè)計 圖 211 4040 引腳圖 圖 210 4585 引腳圖 15 功率放大驅(qū)動芯片有多種，其中較常用的芯片有 IR2110 和EXB841，但由于 IR2110 具有雙通道驅(qū)動特性，且電路簡單，使用方便，價格相對 EXB841 便宜，具有較高的性價比，且對于直流電機調(diào)速使用起來更加簡便，因此 該驅(qū)動電路采用了 IR2110 集成芯片， 使得 該集成電路具有較強的驅(qū)動能力和保護功能。 芯片 IR2110 性能及特點 IR2110 是美國國際整流器公司利用自身獨有的高壓集成電路以及無閂鎖 CMOS 技術(shù)，于 1990 年前后開發(fā)并且投放市場的， IR2110是一種雙通道高壓、高速的功率器件柵極驅(qū)動的單片式集成驅(qū)動器。它把驅(qū)動高壓側(cè)和低壓側(cè) MOSFET 或 IGBT 所需的絕大部分功能集成在一個高性能的封裝內(nèi)，外接很少的分立元件就能提供極快的功耗，它的特點在于，將輸入邏輯信號轉(zhuǎn)換成同相低阻輸出驅(qū)動信號，可以驅(qū)動同一橋臂的兩路輸出，驅(qū)動能力強，響應(yīng)速度快，工作電壓比較高，可以達到 600V，其內(nèi)設(shè)欠壓封鎖，成本低、易于調(diào)試。高壓側(cè)驅(qū)動采用外部自舉電容上電，與其他驅(qū)動電路相比，它在設(shè)計上大大減少了驅(qū)動變壓器和電容的數(shù)目，使得 MOSFET 和 IGBT 的驅(qū)動電路設(shè)計大為簡化，而且它可以實現(xiàn)對 MOSFET 和 IGBT 的最優(yōu)驅(qū)動，還具有快速完整的保護功能。與此同時， IR2110 的研制成功并且投入應(yīng)用可以極大地提高控制系統(tǒng)的可靠性。降低了產(chǎn)品成本和減少體積。 IR2110 的引腳圖以及功能 16 IR2110 將輸入邏輯信號轉(zhuǎn)換成同相低阻輸出驅(qū)動信號，可以驅(qū)動同一橋臂的兩路輸出，驅(qū)動能力強，響應(yīng)速度快，工作電壓比較高，是目前功率放大驅(qū)動電路中使用最多的驅(qū)動芯片。其結(jié)構(gòu)也比較簡單，芯片引腳圖如下所示： 圖 212 IR2110 引腳圖 主電路設(shè)計 延時保護電路 利用 IR2110 芯片的完善設(shè)計可以實現(xiàn)延時保護電路。 IR2110 使它自身可對輸入的兩個通道信號之間產(chǎn)生合適的延時，保證