【文章內(nèi)容簡介】 系統(tǒng)構(gòu)成。為避免電機的起停和電源波動時對電路的影響，輸入輸出均采用光電隔離。 光電隔離是半導(dǎo)體管敏感器件和發(fā)光二極管組成的一種新器件，它主要功能是實現(xiàn)電信號的傳送。輸入與輸出絕緣隔離，信號單向傳輸，無反饋影響?？垢蓴_性強，響應(yīng)速度快。 工作時，把輸入信號加到輸入端，使發(fā)光管發(fā)光，光敏器件在磁光輻射下輸出光電流，從而實現(xiàn)電光點的兩次轉(zhuǎn)換。 繼電器隔離是用電信號控制繼電器的機械觸電來實現(xiàn)隔離控制。 輸出通過繼電器，控制水泵機組的起停和報警，其電路圖如圖 。 圖 水泵報警系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 專 科生畢業(yè)設(shè)計（論 文） 11 EPROM2764 芯片 EPROM2764[11]芯片是 8K*8 字節(jié)的紫外線擦出、可編程只讀存儲器，單一+5V 供電，工作電流為 75mA，維持為 35mA,讀出時間最大為 250nS,封裝為 28引腳的雙列直插式封裝。如圖 所示 。 圖 EPROM27 芯片結(jié)構(gòu) 各引腳含義為： A0A12 為 13 根地址線，可尋址 8K 字節(jié)； D0D7 為數(shù)據(jù)輸出線 ； CE 為片選線； OE 為數(shù)據(jù)輸出通線； PGM 為編程脈沖輸入端； Vpp 是編程電影院； Vcc 是住電源。 正常工作 (只讀 )時， Vpp=Vcc=+5V， /PGM=+5V。 編程時， Vpp=+25V（高壓） ,/PGM 端加入寬度為 50ms 的負脈沖。 在本系統(tǒng)中， EPROM2764 芯片實現(xiàn)的是可編程 I/O 接口電路的擴展功能 ,具體引腳連接如下： 專 科生畢業(yè)設(shè)計（論 文） 12 與引腳連線如下： Q5(15) A5 (5) 80C51 和 2764 (32)D0 (11) (33)D1 (12) (34)D2 (13) (35)D3 (15) (36)D4 (16) (37)D5 (17) (38)D6 (18) (39)D7 (19) (21)A8 (25) (22)A9 (24) (23)A10(21) (24)A11(23) (25)A12( 2) /PSEN(29)/OE(22) /CE (20)接地 VCC、 PGM、 VPP 接 +5V 80C51 2764 74LS373 與 2764 引腳連接如下： 74LS373 2764 Q0(2) A0 (10) Q1(5) A1 (9) Q2(6) A2 (8) Q3(9) A3 (7) Q4(12) A4 (6) Q6(14) A6 (4) Q7(19) A7 (3) 注：括號內(nèi)位引腳編號 專 科生畢業(yè)設(shè)計（論 文） 13 數(shù)據(jù)采集器 數(shù) 據(jù)采集是一切測試測量過程的第 1 步，在整個系統(tǒng)中占有重要的地位。此模塊主要是對采集設(shè)備的采樣參數(shù)（包括通道的選擇、信號輸入范圍、采樣模式、采樣頻率以及每通道采樣數(shù)等）進行設(shè)置。并對采集卡的驅(qū)動程序自動攜帶可以嵌入 LabVIEW 的 DAQ 程序模塊庫。因此在設(shè)計數(shù)據(jù)采集程序時可以直接使用此模塊庫進行編輯。 采樣頻率是信號采集過程中非常重要的一個關(guān)鍵問題。采樣頻率過低或過高都會對信號采集產(chǎn)生一定的負面影響。采樣率過低可能導(dǎo)致采集的信號頻率發(fā)生畸變，從而產(chǎn)生混頻現(xiàn)象。根據(jù)奈奎斯特定律，為了防止發(fā)生混頻，最低采樣頻率必 須是信號頻率的 2 倍。而采樣率過高又可能導(dǎo)致沒有足夠的內(nèi)存或者硬盤存儲數(shù)據(jù)，不利一般設(shè)置位輸出信號最高頻率的 710 倍，就可以正確地還原波形。 傳統(tǒng)測試系統(tǒng)的工作流程是數(shù)據(jù)的采集、分析顯示 3 個任務(wù)在同一線程上按照順序一次執(zhí)行。即當 1 個任務(wù)運行的同時其他 2 個任務(wù)就不能運行。處于等待狀態(tài)中，這樣是比會造成疏忽采集的不完整性。 為了解決這一傳統(tǒng)的弊端，在編制程序時采用多線程技術(shù)。當運行多線程程序時。才做系統(tǒng)為每個獨立線程安排 CPU時間，單處理器系統(tǒng)以輪轉(zhuǎn)方式按線程的優(yōu)先級別提供時間片，每個線程在使用完時間片后交出控 制權(quán)，系統(tǒng)再將 CPU時間片分配給下一個線程，多處理器系統(tǒng)在多個處理器上都能夠通知運行多個獨立的線程，減少了線程切換所帶來的時間消耗，從而極大地提高系統(tǒng)的執(zhí)行速度，進行運算。 在本系統(tǒng)中把數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)分析以及結(jié)果顯示放在 3 個獨立的線程中。這樣 3 個 While 循環(huán)式并行運行的，可以保證數(shù)據(jù)采集不受其他 2 個程序的影響，從而可以采集到完整的數(shù)據(jù)，而程序當中的“獲取通知器引用 VI”、“發(fā)送通知器VI”、“取消通知 VI”和“釋放統(tǒng)治區(qū)引用 VI”主要是用來實現(xiàn)個線程之間的數(shù)據(jù)傳遞。這類似于全局變量或局部變量，不同的是，對 于通知器，在沒有通知消息產(chǎn)生時。程序框圖處于等待狀態(tài)。這就避免了無休止的循環(huán)檢測和檢測周期過快或過慢導(dǎo)致的數(shù)據(jù)重復(fù)或丟失，減少了計算機資源的浪費 為了實現(xiàn)高速地聯(lián)系采集并保存數(shù)據(jù)，在這以緩解采用了循環(huán)緩存技術(shù)和高速數(shù)據(jù)流技術(shù)。 使用循環(huán)緩存時，每次數(shù)據(jù)只存放在緩存區(qū)的一部分。當?shù)竭_緩存區(qū)的底部時。它就轉(zhuǎn)向緩存區(qū)頂部再次填充同一個緩存區(qū)與此同時，緩存區(qū)中的數(shù)據(jù)一跨可以快被讀出來。這就形成了亂序采集過程。在這個過程中包保證程序沖緩存區(qū) 專 科生畢業(yè)設(shè)計（論 文） 14 的摸個位置，這樣才能有可供讀取的數(shù)據(jù)，尚未讀取的數(shù)據(jù)頁不會被更新的數(shù)據(jù)覆蓋掉。 這樣就允許軟件將數(shù)據(jù)處理于數(shù)據(jù)采集并行展開。 要使數(shù)據(jù)能夠被連續(xù)地采集必須保證程序重緩沖區(qū)讀取數(shù)據(jù)的速度不能比數(shù)據(jù)放進緩存區(qū)的熟讀快，當然也不能不能太慢。要解決這個問題就需要合理地這只緩存區(qū)的大小，掃描率和一次讀取掃描數(shù) 3 個參數(shù)。經(jīng)過大量實驗證明，緩沖區(qū)的大小至少應(yīng)該是掃描率的 2 倍，最好是 10 倍。二掃描率即每通道采樣率一般來說應(yīng)為輸入信號最高頻率的 710 倍。 單片機是則量系統(tǒng)數(shù)據(jù)交換的中心，該系統(tǒng)采用的是 80C51 單片機 [7]，全靜態(tài)工作時振蕩器頻率為 0～ 12MHz。 目前， 8051 單片機在工業(yè)檢則控制領(lǐng) 域中得到了廣泛的應(yīng)用，因此我們可以在許多單片機應(yīng)用領(lǐng)域中，配接各種外部設(shè)備，完成工業(yè)自動化的實現(xiàn)。 89C51是 Intel 公司生產(chǎn)的一種單片機，在一小塊芯片上集成了一個微型計算機的各個組成部分。每一個單片機包括：一個 8 位的微型處理器 CPU；一個 256K 的片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器 RAM；片內(nèi)程序存儲器 ROM；四個 8 位并行的 I/O 接口 P0P3；兩個定時器 /記數(shù)器；五個中斷源的中斷控制系統(tǒng)；一個全雙工 UART 的串行 I/O 口；片內(nèi)振蕩器和時鐘產(chǎn)生電路，但石英晶體和微調(diào)電容需要外接。最高允許振蕩頻率是 12MHZ。以上各個部分通 過內(nèi)部總線相連接。下面簡單介紹下其各個部分的功能。 中央處理器 CPU是單片微型計算機的指揮、執(zhí)行中心，由它讀人用戶程序，并逐條執(zhí)行指令，它是由 8 位算術(shù)／邏輯運算部件 (簡稱 ALu)、定時／控制部件，若干寄存器 A、 B、 B5w、 5P 以及 16 位程序計數(shù)器 (Pc)和數(shù)據(jù)指針寄存器 (DM)等主要部件組成。算術(shù)邏輯單元的硬件結(jié)構(gòu)與典型微型機相似。它具有對 8 位信息進行 +、 、 x、 / 四則運算和邏輯與、或、異或、取反、清“ 0”等運算，并具有判跳、轉(zhuǎn)移、數(shù)據(jù)傳送等功能，此外還提供存放中間結(jié)果及常用數(shù)據(jù)寄存器?？刂破鞑考怯芍?令寄存器、程序計數(shù)器 Pc、定時與控制電路等組成的。指令寄存器中存放指令代碼。 枷執(zhí)行指令時，從程序存儲器中取來經(jīng)譯碼器譯碼后，根據(jù)不同指令由定時與控制電路發(fā)出相應(yīng)的控制信號，送到存儲器、運算器或 I／ o 接口電路，完成指令功能。程序計數(shù)器 Pc 程序計數(shù)器 Pc 用來存放下一條將要執(zhí)行的指令，共 16位．可對以 K 字節(jié)的程序存儲器直接尋址 c 指令執(zhí)行結(jié)束后， Pc 計數(shù)器自動增加，指向下一條要執(zhí)行的指令地址。 數(shù)據(jù)存儲器， RAM，片內(nèi)為 128B,片外最多可外擴 64KB。數(shù)據(jù)存儲器來存儲單片機運行期間的工作變量、運算的中間結(jié)果 、數(shù)據(jù)暫存和緩沖、標志位等。片內(nèi)的 128B 的 RAM，以高速 RAM 的形式集成在單片機內(nèi)，可以加快單片機運 專 科生畢業(yè)設(shè)計（論 文） 15 行的速度，而且這種結(jié)構(gòu)的 RAM 還可以降低功耗。 程序存儲器， ROM，用來存儲程序， 8051 為 4KB ROM。如果片內(nèi)只讀存儲器的容量不夠，則需要用擴展片只讀存儲器，片外最多可以擴展到 64KB。 中斷系統(tǒng)，具有 5 個中斷源， 2 級中斷優(yōu)先權(quán)。 定時器 /計數(shù)器，片內(nèi)有 2 個 16 位的定時器 /計數(shù)器，具有 4 種工作方式。在單片機的應(yīng)用中，往往需要精確的定時，或?qū)ν獠渴录M行計數(shù)，因而需在單片機內(nèi)部設(shè)置定時器 /計數(shù)器部件。 串行口， 1 個全雙工的串行口，具有 4 中工作方式?？捎脕磉M行串行通信，擴展并行 I/O 口，甚至與多個單片機相連構(gòu)成多機系統(tǒng)，從而使單片機的功能更強且應(yīng)用更廣。 特殊功能寄存器， SFR，共有 21 個，用于 CPU對片內(nèi)各功能部件進行管理、控制、監(jiān)視。 單片機的時序功能： 時鐘電路 8051 片內(nèi)設(shè)有一個由反向放大器所構(gòu)成的振蕩電路， XTALI 和XTAL2 分別為振蕩電路的輸入端和輸出端。 時鐘可以由內(nèi)部方式產(chǎn)生或外部方式產(chǎn)生。采用內(nèi)部方式時，在 C1 和 C2 引腳上接石英晶體和微調(diào)電容可以構(gòu)成振蕩器， 振蕩頻率的選擇范圍為 1． 2—12MHZ 在使用外部時鐘時， XTAL2 用來輸入外部時鐘信號，而 XTALI 接地。 時序 8051 單片機的一個執(zhí)器周期由 6 個狀態(tài)組成，每個狀態(tài)又持續(xù) 2 個接蕩周期，分為 P1 和 P2 兩個節(jié)拍。這樣，一個機器周期由 12 個振蕩周期組成。 若采用 12MHz 的晶體振蕩器，則每個機器周期為 1us，每個狀態(tài)周期為 1／6us；在一數(shù)情況下，算術(shù)和邏輯操作發(fā)生在 N 期間，而內(nèi)部寄存器到寄存器的傳輸發(fā)生在 P2 期間。 對于單周期指令，當指令操作碼讀人指令寄存器時，使從 S1P2 開始執(zhí)行指令。如果是雙字節(jié)指令，則在同一機器周期的 s4 讀人第二 字節(jié)。若為單字節(jié)指令，則在 51 期間仍進行讀，但所讀入的字節(jié)操作碼被忽略，且程序計數(shù)據(jù)也不加 1。在加結(jié)束時完成指令操作。 多數(shù) Mcs51 指令周期為 1— 2 個機器周期，只有乘法和除法指令需要兩個以上機器周期的指令，它們需 4 個機器周期。 對于雙字節(jié)單機器指令，通常是在一個機器周期內(nèi)從程序存儲器中讀人兩個字節(jié)，但 Movx 指令例外， Movx 指令是訪問外部數(shù)據(jù)存儲器的單字節(jié)雙機器周期指令，在執(zhí)行 Movx 指令期間，外部數(shù)據(jù)存儲器被訪問且被選通時跳過兩次取指操作。 下面是 8051 單片機的振蕩電路圖如圖 。 專 科生畢業(yè)設(shè)計（論 文） 16 圖 8051 單片機震蕩電路 引腳及其功能說明： 8051 單片機的 40 個引腳中有 2個專用于主電源引腳， 2個外接晶振的引腳，4個控制或與其它電源復(fù)用的引腳，以及 32 條輸入輸出 I/O 引腳。 下面按引腳功能分為 4個部分敘述個引腳的功能： 電源引腳 Vcc 和 Vss Vcc（ 40 腳）：接 +5V 電源正端； Vss（ 20 腳）：接 +5V 電源正端； 外接晶振引腳 XTAL1 和 XTAL2 XTAL1（ 19腳）：接外部石英晶體的一端。在單片機內(nèi)部，它是一個反相放大器的輸入端，這個放大器構(gòu)成采用外部時鐘時，對于 HMOS 單片機，該引腳接地；對于 CHOMS 單片機，該引腳作為外部振蕩信號的輸入端。 XTAL2（ 18腳）：接外部晶體的另一端。在單片機內(nèi)部，接至片內(nèi)振蕩器的反相放大器的輸出端。當采用外部時鐘時，對于 HMOS 單片機，該引腳作為外部振蕩信號的輸入端。對于 CHMOS 芯片，該引腳懸空不接。 控制信號或與其它電源復(fù)用引腳有： RST/VPD、 ALE/P、 PSEN 和 EA/VPP 等 4種形式 1． RST/VPD（ 9腳）： RST即為 RESET， VPD 為備用電源，所以該引腳為單片機的上電復(fù)位或掉電保護端。當單片機振蕩器工作時， 該引腳上出現(xiàn)持續(xù)兩個機器 專 科生畢業(yè)設(shè)計（論 文） 17 周期的高電平，就可實現(xiàn)復(fù)位操作，使單片機復(fù)位到初始狀態(tài)。 當 VCC 發(fā)生故障，降低到低電平規(guī)定值或掉電時，該引腳可接上備用電源 VPD（ +5V）