【正文】 命令。用于統(tǒng)管數(shù)據(jù)及控制字或狀態(tài)字的所有內(nèi)外傳送，控制對(duì)8255A的讀/寫⑤ 引腳（8條） D0～D7（6條） RESET、A0和A1 （24條） PA0～PAPB0～PBPC0～PC7為24條雙向三態(tài)I/O總線。（2條） VCC為+5V⑵ 8255A的控制字、GND為地線。 8255A有兩種控制字一是控制A口、B口和C口工作方式的方式控制字；二是專門用于控制C口各位置位/復(fù)位的控制字。這兩種控制字均寫入控制寄存器中，用控制字的最高位加以區(qū)別。實(shí)際上控制寄存器由2個(gè)寄存器組成，當(dāng)送入的字的最高位為1時(shí)，該字被送入方式控制字寄存器，若其最高位為0時(shí)，則該字被送入C口置位/復(fù)位控制字寄存器。① 方式控制字。方式控制字用于確定各端口的工作方式和數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆较? ，其特征是最高位為1。其中:l D7=1作為工作方式字特征位。l D6D5作為A口工作方式選擇位，00=方式0；01=方式1；1=方式2。l D4作為A口輸入/輸出方向選擇位，1=輸入；0=輸出。l D3作為C口高4位輸入/輸出方向選擇位，1=輸入；0=輸出。l D2作為B口工作方式選擇位，0=方式0；1=方式1。l D1作為B口輸入/輸出方向選擇，1=輸入；0=輸出。l D0作為C口低4位輸入/輸出方向選擇。1=輸入；0=輸出。② C口置位/復(fù)位控制字。在某些實(shí)際應(yīng)用的情況下，C口被用來定義控制信號(hào)和狀態(tài)信號(hào)，例如，C口內(nèi)的中斷允許觸發(fā)器的開中斷和關(guān)中斷的設(shè)置等。因此，可以利用C口所具有的可位操作功能和控制寄存器中的置位/復(fù)位控制字，對(duì)C口的每一位進(jìn)行置位和復(fù)位。其特征是最高位為0。其中：l D7 =0作為置位/復(fù)位字的特征位。l D6D5D4：無定義，可任意。l D3D2D1：C口的位選擇，當(dāng)D3D2D1 從000～111取值時(shí)，分別選擇PC7～PC0各位。l D0：置位/復(fù)位控制，1=選擇位置位；0=選擇位復(fù)位.l 可見C口中的各位可以在編程時(shí)通過對(duì)控制字寄存器寫入置位/復(fù)位字的方法，使之按位操作，實(shí)現(xiàn)對(duì)外設(shè)的位控制。 8255A引腳圖根據(jù)流量顯示儀的功能要求，設(shè)置相應(yīng)的按鍵。當(dāng)按鍵按下時(shí)，可以改變寄存器的內(nèi)容，從而通過相應(yīng)的判斷來實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能。由于單片機(jī)的I/O口不夠，我們必須對(duì)其進(jìn)行擴(kuò)展，在本課題中，選用的是對(duì)鍵盤輸入口的擴(kuò)展，采用的是8255A。本實(shí)驗(yàn)中用4個(gè)按鍵來對(duì)儀表進(jìn)行數(shù)據(jù)及命令的輸入，電路中的四個(gè)鍵，分別為加一鍵、移位鍵、設(shè)定鍵、確定鍵。具體來說就是，對(duì)于參數(shù)的設(shè)定，在正常計(jì)量狀態(tài)下按“確定鍵”進(jìn)入，通過不斷的按“設(shè)定鍵”來設(shè)定各級(jí)之間的切換。當(dāng)要設(shè)定具體的某一級(jí)參數(shù)時(shí)，通過“移位鍵”在當(dāng)前屏幕顯示位之間切換，通過“加一鍵”使當(dāng)前位上的數(shù)值加一。完成設(shè)定以后，應(yīng)按“確定鍵”退出，回到正常的計(jì)量狀態(tài)。電路工作原理:按鍵的一端常為高，當(dāng)有按鍵按下時(shí)相應(yīng)管腳置低，通過與門產(chǎn)生低電平的有效信號(hào)，輸出接單片機(jī)中斷引腳INT1，當(dāng)有中斷請(qǐng)求信號(hào)時(shí)單片機(jī)中斷調(diào)用相應(yīng)中斷子程序送入單片機(jī)中進(jìn)行處理。 鍵盤接口電路在本課題中由于要求，我們選用的是LED數(shù)碼管，LED數(shù)碼管具有耗電省、成本低廉、配置靈活、線路簡(jiǎn)單、安裝方便、耐振動(dòng)、壽命長(zhǎng)等眾多優(yōu)點(diǎn)，因此，為方便觀察和監(jiān)視單片機(jī)的運(yùn)行情況，通常把數(shù)碼管作為單片機(jī)的輸出設(shè)備，用來顯示單片機(jī)的鍵輸入值、中間信息及運(yùn)算結(jié)果等。數(shù)碼管通常有共陰極和共陽極兩種結(jié)構(gòu)接法，本文采用共陰極結(jié)構(gòu)，數(shù)碼管的發(fā)光二極管陰極共地，陽極為高電平時(shí)點(diǎn)亮。結(jié)構(gòu)如下圖：LED數(shù)碼管有靜態(tài)顯示和動(dòng)態(tài)顯示兩種方式。靜態(tài)顯示方式，每一位字段碼分別從I／O控制口輸出，保持不變直至CPU刷新。編程較簡(jiǎn)單，但占用I／O口線多，一般適用于顯示位數(shù)較少的場(chǎng)合；動(dòng)態(tài)顯示方式，在某一瞬時(shí)顯示一位，依次循環(huán)掃描，輪流顯示，由于人的視覺滯留效應(yīng)，人們看到的是多位同時(shí)穩(wěn)定顯示。占用I／O端線少，電路較簡(jiǎn)單，編程較復(fù)雜，CPU要定時(shí)掃描刷新顯示。一般適用于顯示位數(shù)較多的場(chǎng)合。本文采用動(dòng)態(tài)顯示方式。本文采用兩個(gè)4位一體LED數(shù)碼管，8根字段引腳不變，另多設(shè)4根位選引腳HHHH4，分別控制由低到高的4位數(shù)字的選通信號(hào),本文選用共陰極結(jié)構(gòu)。 數(shù)碼管引腳圖數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示是難點(diǎn)，當(dāng)單片機(jī)輸出字形碼時(shí)，所有數(shù)碼管都接收到相同的字形碼，但究竟是那個(gè)數(shù)碼管會(huì)顯示出字形，取決于單片機(jī)對(duì)位選通H端電路的控制，所以只要將需要顯示的數(shù)碼管的選通控制打開，該位就顯示出字形，沒有選通的數(shù)碼管就不會(huì)亮。通過分時(shí)輪流控制各個(gè)數(shù)碼管的的H端，就使各個(gè)數(shù)碼管輪流受控顯示，即動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)。在輪流顯示過程中，每位數(shù)碼管的點(diǎn)亮?xí)r間為1～2ms，由于人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余輝效應(yīng)，盡管實(shí)際上各位數(shù)碼管并非同時(shí)點(diǎn)亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)，不會(huì)有閃爍感，動(dòng)態(tài)顯示的效果和靜態(tài)顯示是一樣的，能夠節(jié)省大量的I／O端口，而且功耗更低。在本設(shè)計(jì)中采用的是由單片機(jī)輸出要顯示的數(shù)據(jù)，然后再由NPN三極管進(jìn)行驅(qū)動(dòng)放大來顯示要顯示的數(shù)字。 LED接口圖 LED引腳接口 本章主要對(duì)硬件系統(tǒng)的控制模塊即單片機(jī)的選型的設(shè)計(jì)和鍵盤控制電路以及LED顯示電路的設(shè)計(jì)，它們是一個(gè)系統(tǒng)中使用者能夠操作和看見系統(tǒng)運(yùn)行的部分，是一個(gè)系統(tǒng)當(dāng)中不可缺少的部分，在本章中詳細(xì)的介紹了各個(gè)硬件的組成已完成設(shè)計(jì)的要求。第5章 網(wǎng)絡(luò)式電磁流量?jī)x的其他硬件模塊設(shè)計(jì)在電磁流量計(jì)中，傳感器的工作磁場(chǎng)是由勵(lì)磁系統(tǒng)產(chǎn)生的。勵(lì)磁方式?jīng)Q定了電磁流量計(jì)的抗干擾能力大小和零點(diǎn)穩(wěn)定性的好壞。勵(lì)磁的方式有：了直流勵(lì)磁、工頻正弦波勵(lì)磁、低頻矩形波勵(lì)磁、低頻三值矩形波勵(lì)磁、雙頻矩形波勵(lì)磁。低頻三值矩形波勵(lì)磁相比正弦波勵(lì)磁優(yōu)越。工頻 正 弦 波勵(lì)磁技術(shù)是利用工頻50Hz正弦波電源給電磁流量傳感器勵(lì)磁繞組供電。其主要特點(diǎn)是能夠基本消除電極表面的極化現(xiàn)象，降低電極電化學(xué)電勢(shì)的影響和傳感器的內(nèi)阻。另外采用工頻正弦波勵(lì)磁技術(shù)，其傳感器輸出流量信號(hào)仍然是工頻正弦波信號(hào)，易于信號(hào)放大處理，而且能夠避免直流放大器存在的實(shí)際困難，勵(lì)磁電源簡(jiǎn)單方便。但是 ， 工 頻正弦波勵(lì)磁技術(shù)的采用會(huì)帶來一系列電磁感應(yīng)干擾和噪聲。首先，電磁感應(yīng)產(chǎn)生的正交千擾(又稱為變壓器效應(yīng))，其干擾幅值與頻率成正比，相位比流量信號(hào)滯后900，而且實(shí)際中一般又遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于流量信號(hào)，因此如何克服正交干擾電勢(shì)的影響是正弦波勵(lì)磁技術(shù)的主要難題。其次，工頻正弦波供電電源存在電源電壓幅值和頻率波動(dòng)的影響，產(chǎn)生供電電源性干擾。第三，存在電磁感應(yīng)的渦流效應(yīng)、靜電感應(yīng)的分布電容、雜散電流產(chǎn)生同相干擾，且此千擾電勢(shì)的頻率和工頻完全一致，并疊加在流量信號(hào)之中難以消除，以致電磁流量計(jì)零點(diǎn)不穩(wěn)定。雖然采用相敏整流、嚴(yán)格的電磁屏蔽和線路補(bǔ)償、電源補(bǔ)償、自動(dòng)正交抑制系統(tǒng)等技術(shù)措施以消除與流量信號(hào)頻率一致的工頻干擾電壓，但由于正交電勢(shì)的幅值比流量信號(hào)電勢(shì)幅值大幾個(gè)數(shù)量級(jí)，正交抑制系統(tǒng)等抗干擾技術(shù)措施的任何不完善，都可能引起一部分正交電勢(shì)轉(zhuǎn)化為同相干擾電勢(shì)，導(dǎo)致電磁流量計(jì)零點(diǎn)不穩(wěn)定，精度難以提高。在此情況下，低頻矩形勵(lì)磁技術(shù)明顯顯現(xiàn)出優(yōu)勢(shì)來。矩形 波 勵(lì) 磁技術(shù)既具有直流勵(lì)磁技術(shù)不產(chǎn)生渦流效應(yīng)、變壓器效應(yīng)(正交干擾)和同相干擾等優(yōu)點(diǎn)，又具有工頻正弦波勵(lì)磁基本不產(chǎn)生極化效應(yīng)，便于信號(hào)放大處理，而能避免直流放大器零點(diǎn)漂移、噪聲、穩(wěn)定性等問題的優(yōu)點(diǎn)，具有較好的抗干擾性能，得以在電磁流量計(jì)中廣泛應(yīng)用。低頻三值 矩形波勵(lì)磁技術(shù)采用工頻頻率的八分之一為周期，采用正零負(fù)零正的規(guī)律變化的勵(lì)磁波形。此項(xiàng)勵(lì)磁技術(shù)的最大特點(diǎn)是能夠通過零值勵(lì)磁時(shí)進(jìn)行動(dòng)態(tài)零點(diǎn)校正，進(jìn)一步提高了零點(diǎn)穩(wěn)定性。另外，通過一個(gè)周期內(nèi)的四次采樣值，近似認(rèn)為極化電勢(shì)恒定，利用微處理器數(shù)值運(yùn)算得以消除極化電勢(shì)的影響。(V)UT(s) 低頻三值矩形波勵(lì)磁示意圖在本課題中所采用的低頻三值矩形勵(lì)磁技術(shù)，采用低頻三值方波勵(lì)磁方式， Hz，使這些干擾基本被忽略，有利于零點(diǎn)測(cè)量自校，并提高儀表的準(zhǔn)確度，同時(shí)采用周期間歇性工作，以降低功耗。勵(lì)磁電路由場(chǎng)效應(yīng)管及控制電路構(gòu)成。場(chǎng)效應(yīng)管采用P2口可以控制場(chǎng)效應(yīng)管的通斷以輸出勵(lì)磁電壓。場(chǎng)效應(yīng)管采用2對(duì)互補(bǔ)增強(qiáng)型功率NMOS、PMOS管分別連接勵(lì)磁線圈的2個(gè)輸入端。P2口作為通用I／0口時(shí)，可以被配置成4種不同的I／O類型：標(biāo)準(zhǔn)8051模式、CMOS輸出模式、開漏極輸出模式、輸入模式。可以設(shè)置成CMOS輸出模式而直接驅(qū)動(dòng)場(chǎng)效應(yīng)管。通過設(shè)置P2．p2．5電平的高低來控制場(chǎng)效應(yīng)管的通斷，從而實(shí)現(xiàn)三值方波的輸出。 勵(lì)磁系統(tǒng)與單片機(jī)接口電路 供電模塊設(shè)計(jì)該系統(tǒng)需要電源提供兩種電壓，+5V和+21V。所以系統(tǒng)通過變壓器，把電壓調(diào)至與之接近的電壓，再通過穩(wěn)壓電源78L05把電源穩(wěn)至+5V和+15V。電路說明，單相橋式整流電路由四只二極管組成，其構(gòu)成原理就是保證在變壓器負(fù)邊電壓U2的整個(gè)周期內(nèi)，負(fù)載上的電壓和電流方向始終不變。為達(dá)到這一目的，就要在U2的正、負(fù)半周期內(nèi)正確引導(dǎo)流向負(fù)載的電流。本課題所采用的就是單相橋式整流電路。 78L05描述:78L05是一種固定電壓三端集成穩(wěn)壓器,。此外它們還可以和其它功率轉(zhuǎn)移器件一起構(gòu)成大電流的穩(wěn)壓電源,如可驅(qū)動(dòng)輸出電流高達(dá)100毫安的穩(wěn)壓器。其卓越的內(nèi)部電流限制和熱關(guān)斷特性使之特別適用于過載的情況。當(dāng)用于替代傳統(tǒng)的齊納二極管電阻組的時(shí)候,其輸出阻抗得到有效的改善,其偏置電流大大減少。78L05特性:　　* 三端穩(wěn)壓器　　* 輸出電流可達(dá)到100mA　　* 無需外接元件　　* 內(nèi)部熱過載保護(hù)　　* 內(nèi)部短路電流限制* 從2004年底開始，提供的各類封裝形式，均為無鉛封裝產(chǎn)品。 電源電路 上電復(fù)位電路復(fù)位電路的基本功能是：系統(tǒng)上電時(shí)提供復(fù)位信號(hào)，直至系統(tǒng)電源穩(wěn)定后，撤銷復(fù)位信號(hào)。復(fù)位時(shí)必須使RST引腳加上持續(xù)兩個(gè)機(jī)器周期(即24個(gè)振蕩周期)的高電平。本文采用時(shí)鐘頻率為12MHz，每機(jī)器周期為1岬，則只需2岬以上時(shí)間的高電平，在RST引腳出現(xiàn)高電平后的第二個(gè)機(jī)器周期執(zhí)行復(fù)位。本文采用按鍵復(fù)位電路。該電路除具有上電復(fù)位功能外，若要復(fù)位，只需按上圖中的RESET鍵，此時(shí)電源VCC在RsT端產(chǎn)生復(fù)位高電平。單片機(jī)復(fù)位期間不產(chǎn)生ALE信號(hào)，即ALE=1。表明單片機(jī)復(fù)位期間不會(huì)有任何取指操作。 復(fù)位電路 存儲(chǔ)功能的擴(kuò)展－I2C總線(1) 在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，由于單片機(jī)的I/O端口往往有復(fù)用功能，加之引腳數(shù)目的限制，在使用不同的功能時(shí)，I/O端口引腳可能不夠用。若所需I/O端口引腳數(shù)目較多則可以考慮進(jìn)行I/O端口擴(kuò)展。若所缺I/O端口引腳數(shù)目不多，則可以考慮將并行接口改串行接口；若線路板尺寸不允許，這時(shí)也需考慮將并行器件改為串行器件，因?yàn)榇衅骷_較少，體積較小。為了簡(jiǎn)化集成電路之間的互連，Philips公司開發(fā)出一種標(biāo)準(zhǔn)外圍總線互連接口，稱為“集成電路間總線”或“內(nèi)部集成電路總線”I2C（InterIC），I2C總線是一個(gè)兩線雙向串行總線接口標(biāo)準(zhǔn)。采用這種接口標(biāo)準(zhǔn)的器件只需要使用兩條信號(hào)線與單片機(jī)進(jìn)行連接，就可以完成單片機(jī)與接口器件之間的信息交互。外圍存儲(chǔ)器本文選擇ATMEL公司AT24C XX系列的Ar24C32芯片，AT24C32是電可擦除串行EEPROM存儲(chǔ)器，簡(jiǎn)稱I2 C總線式串行器件。串行器件不僅占用很少的資源和I／O線，而且體積大大縮小，同時(shí)具有工作電源寬、抗干擾能力強(qiáng)、功耗低、數(shù)據(jù)不易丟失(掉電數(shù)據(jù)不丟失)和支持在線編程等特點(diǎn)。I 2 C總線是一種用于IC器件之間連接的二線制總線，它通過SDA(串行數(shù)據(jù)線)及SCL(串行時(shí)鐘線)兩根線在連到總線上的器件之間傳送信息，并根據(jù)地址識(shí)別每個(gè)器件，不管是單片機(jī)、存儲(chǔ)器、LED驅(qū)動(dòng)器還是鍵盤接口。(2) 采用I2 C總線標(biāo)準(zhǔn)的單片機(jī)或IC器件，其內(nèi)部不僅有I2C接口電路，而且將內(nèi)部各單元電路按功能劃分為若干相對(duì)獨(dú)立的模塊，通過軟件尋址實(shí)現(xiàn)片選，可以減少器件片選線的連接。CPU不僅能通過指令將某個(gè)功能單元電路掛靠或摘離總線，還可對(duì)該單元的工作狀況進(jìn)行檢測(cè)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)硬件系統(tǒng)的既簡(jiǎn)單又靈活的擴(kuò)展與控制。當(dāng)串行時(shí)鐘線SCL為高電平時(shí)，串行數(shù)據(jù)線SDA發(fā)生從高電平向低電平的跳變作為總線的起始信號(hào)；當(dāng)串行時(shí)鐘線SCL為高電平時(shí)，串行數(shù)據(jù)線SDA發(fā)生從低電平向高電平的跳變作為總線的停止信號(hào)。 AT24C32啟動(dòng)停止時(shí)序圖（3）AT24C32支持12 C總線數(shù)據(jù)傳送協(xié)議，I2 C總線協(xié)議規(guī)定任何將數(shù)據(jù)傳送到總線的器件作為發(fā)送器，任何從總線接收數(shù)據(jù)的器件為接收器，數(shù)據(jù)傳送是由產(chǎn)生串行時(shí)鐘和所有起始停止信號(hào)的主器件控制的。主器件和從器件都可以作為發(fā)送器或接收器，但由主器件控制傳送數(shù)據(jù)發(fā)送或接收的模式。在本文中，單片機(jī)作為主器件，AT24C32作為從器件，在寫操作時(shí)，單片機(jī)是發(fā)送器，AT24C32是接收器；讀操作時(shí)，AT24C32是發(fā)送器，單片機(jī)為接收器。主器件通過發(fā)送一個(gè)起始信號(hào)啟動(dòng)發(fā)送過程，然后發(fā)送它所要尋址的從器件的地址，8位從器件地址的高4位固定為1010，接下來的3位AAl、A0是AT24C32作為器件被主器件尋址時(shí)的地址引腳，對(duì)于單總線系統(tǒng)最多可尋址8片AT24C32器件，當(dāng)這些引腳沒有連接時(shí)其默認(rèn)值為0。地址指令的最低位是讀寫操作的控制位，為l時(shí)表示對(duì)從器件進(jìn)行讀操作，為O時(shí)表示對(duì)從器件進(jìn)行寫操作。在主器件發(fā)送起始信號(hào)和從器件地址字節(jié)后，AT24C32監(jiān)視總線將地址與從器件地址相比較，相符時(shí)響應(yīng)一個(gè)應(yīng)答，信號(hào)通過SDA線再根據(jù)讀寫控制位的狀態(tài)進(jìn)行讀或?qū)懖僮鳌＃?）AT4C32容量為4K，即4096字節(jié)(每個(gè)字節(jié)為8位)，地址空間為0000H．0FFFH，芯片內(nèi)部劃分為128頁，每頁32字節(jié)，可以按字節(jié)寫入，也可以按頁寫入數(shù)據(jù)，芯片自帶32字節(jié)的頁緩沖器。主器件通過發(fā)送一個(gè)起始信號(hào)啟動(dòng)發(fā)送過程，然后發(fā)送它所要尋址的從器件的地址，8位從器件地址的高4位固定為1010，接下來的3位AAl、。以下是從器件地址的格式如下：1010A2A1A0R/W