【正文】 0 0 0 0 1 10 0 1 1 0 00 1 0 1 0 1命令/狀態(tài)寄存器 A口 B口 C口 定時器低8位 定時器高6位及方式　　8155的A口、B口可工作于基本I/O方式或選通I/O方式。C口可工作于基本I/O方式，也可作為A口、B口在選通工作方式時的狀態(tài)控制信號線。當(dāng)C口作為狀態(tài)控制信號時，其每位線的作用如下： 　　PC0：AINTR（A口中斷請求線） 　　PC1：ABF（A口緩沖器滿信號） 　　PC2： （A口選通信號） 　　PC3：BINTR（B口中斷請求線） 　　PC4：BBF（B口緩沖器滿信號） 　　PC5： （B口選通信號） 　　8155的I/O工作方式選擇是通過對8155內(nèi)部命令寄存器設(shè)定控制字實現(xiàn)的。命令寄存器只能寫入，不能讀出，命令寄存器的格式如圖616所示。 　　在ALT1～ALT4的不同方式下，A口、B口及C口的各位工作方式如下： 　　ALT1：A口，B口為基本輸入/輸出，C口為輸入方式。 　　ALT2：A口，B口為基本輸入/輸出，C口為輸出方式。 　　ALT3：A口為選通輸入/輸出，B口為基本輸入/輸出。PC0為AINTR，PC1為ABF，PC2為 ，PC3～PC5為輸出。 　　ALT4：A口、B口為選通輸入/輸出。PC0為AINTR，PC1為ABF，PC2為 ，PC3為BINTR，PC4為BBF，PC5為 。 　　8155內(nèi)還有一個狀態(tài)寄存器，用于鎖存輸入/輸出口和定時/計數(shù)器的當(dāng)前狀態(tài)，供CPU查詢用。狀態(tài)寄存器的端口地址與命令寄存器相同，低8位也是00H，狀態(tài)寄存器的內(nèi)容只能讀出不能寫入。所以可以認(rèn)為8155的I/O口地址00H是命令/狀態(tài)寄存器，對其寫入時作為命令寄存器；而對其讀出時，則作為狀態(tài)寄存器。 　　狀態(tài)寄存器的格式如圖617所示。 　　8155的定時/計數(shù)器 　　8155內(nèi)部的定時/計數(shù)器實際上是一個14位的減法計數(shù)器，它對TIMER IN端輸入脈沖進(jìn)行減1計數(shù)，當(dāng)計數(shù)結(jié)束（即減1計數(shù)“回0”）時，由TIMER OUT端輸出方波或脈沖。當(dāng)TIMER IN接外部脈沖時，為計數(shù)方式；接系統(tǒng)時鐘時，可作為定時方式。 　　定時/計數(shù)器由兩個8位寄存器構(gòu)成，其中的低14位組成計數(shù)器，剩下的兩個高位（M2，M1）用于定義輸出方式。 硬件各部分設(shè)計 單片機主機控制電路本設(shè)計采用單片機的最小系統(tǒng)。單片機最小系統(tǒng)包括晶體振蕩電路、復(fù)位開關(guān)和電源部分，單片機最小系統(tǒng)如圖5圖5 單片機最小系統(tǒng)由于外部時鐘信號是通過一個2分頻觸發(fā)器后作為內(nèi)部時鐘信號的，所以對外部時鐘信號的占空比沒有特殊要求，但最小高電平持續(xù)時間和最大的低電平持續(xù)時間應(yīng)符合產(chǎn)品技術(shù)條件的要求。 89C51正常工作時的連線：電源：單片機使用的是5V電源，其中正極接40引腳，負(fù)極（地）接20引腳。 振蒎電路：單片機是一種時序電路，必須提供脈沖信號才能正常工作，在單片機內(nèi)部已集成了振蕩器，使用晶體振蕩器，接119腳。只要買來晶振，電容，連上就可以了，按圖接上即可。 復(fù)位引腳：。 EA引腳：EA引腳接到正電源端（接電源表示使用內(nèi)部ROM,接地表示擴展外部ROM，現(xiàn)在一般是使用內(nèi)部ROM）。 至此，一個單片機就接好，通上電，單片機就開始工作了。振蕩電路： 單片機的時鐘信號用來提供單片機片內(nèi)各種微操作的時間基準(zhǔn)，時鐘信號通常用兩種電路形式得到:內(nèi)部振蕩和外部振蕩。MCS51單片機內(nèi)部有一個用于構(gòu)成振蕩器的高增益反向放大器，引腳XTALl和XTAL2分別是此放大電器的輸入端和輸出端，由于采用內(nèi)部方式時，電路簡單，所得的時鐘信號比較穩(wěn)定，實際使用中常采用這種方式，如圖5所示在其外接晶體振蕩器(簡稱晶振)或陶瓷諧振器就構(gòu)成了內(nèi)部振蕩方式，片內(nèi)高增益反向放大器與作為反饋元件的片外石英晶體或陶瓷諧振器一起可構(gòu)成一個自激振蕩器并產(chǎn)生振蕩時鐘脈沖。圖5中外接晶體以及電容C2和C1構(gòu)成并聯(lián)諧振電路，它們起穩(wěn)定振蕩頻率、快速起振的作用，其值均為30P左右，晶振頻率選6MHZ。復(fù)位電路：為了初始化單片機內(nèi)部的某些特殊功能寄存器，必須采用復(fù)位的方式，復(fù)位后可使CPU及系統(tǒng)各部件處于確定的初始狀態(tài)，并從初始狀態(tài)開始正常工作。單片機的復(fù)位是靠外電路來實現(xiàn)的，在正常運行情況下，只要RST引腳上出現(xiàn)兩個機器周期時間以上的高電平，即可引起系統(tǒng)復(fù)位，但如果RST引腳上持續(xù)為高電平，單片機就處于循環(huán)復(fù)位狀態(tài)。復(fù)位后系統(tǒng)將輸入/輸出(1/0)端口寄存器置為FFH，堆棧指針SP置為07H, SBUF內(nèi)置為不定值，其余的寄存器全部清0，內(nèi)部RAM的狀態(tài)不受復(fù)位的影響，在系統(tǒng)上電時RAM的內(nèi)容是不定的。復(fù)位操作有兩種情況，即上電復(fù)位和手動(開關(guān))復(fù)位。本系統(tǒng)采用上電復(fù)位方式。圖5中R9和Cl組成上電復(fù)位電路，其值R取為1KQ, C取為1pF.8155端口地址分配 并行I／O口的擴展該系統(tǒng)所選用的AT89C51系列單片機具有4個并行I／O口，其中PO口用于傳遞低8位地址總線和復(fù)用數(shù)據(jù)總線，P2口用于高8位的地址總線，P3口是多功靛口，經(jīng)常用于第二功能，系統(tǒng)中要用到顯示電路，故所提供的并行I／O臼不夠用，所以必須擴展I／O口。通常所用的并行外圍接口芯片有可編程芯5IntelSl55，8255A和8243等，本系統(tǒng)選用815516型I／O芯片即可。Intel8155是一種多功能的可編程接口芯片，它具有3個可編程并幸亍I／O端口(A口和B口是8位，c口是6位)．1個可編程14位的有多種工作方式的定時計數(shù)器，256個字節(jié)的靜態(tài)RAM和一個地址錟存器，能方便的進(jìn)行I／O口擴展和RAM擴展。 數(shù)據(jù)采集處理電路ADC0809是一種8位逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器，內(nèi)部具有鎖存控制的8路模擬開關(guān)，外接8路模擬輸入端，可同時對8路05V的輸入模擬電壓信號分時進(jìn)行采集轉(zhuǎn)換，本系統(tǒng)只用到INO和INl兩路輸入通道。ADC0809轉(zhuǎn)換器的分辨率為8位，最大不可調(diào)誤差小于士1LSB，采用單一+5V供電，功耗為15mW,不必進(jìn)行零點和滿度調(diào)整。由于ADC0809轉(zhuǎn)換器的輸出數(shù)據(jù)寄存器具有可控的三態(tài)輸出功能，輸出具有TTL三態(tài)鎖存緩沖器，故其8位數(shù)據(jù)輸出引腳可直接與數(shù)據(jù)總線相連。A/D轉(zhuǎn)換器需外部控制啟動轉(zhuǎn)換信號方能進(jìn)行轉(zhuǎn)換，這一啟動轉(zhuǎn)換信號可由CPU提供，不同型號的A/D轉(zhuǎn)換器，對啟動轉(zhuǎn)換信號的要求也不同，分脈沖啟動和電平啟動兩種，ADC0809采用脈沖啟動轉(zhuǎn)換，只需給A/D轉(zhuǎn)換器的啟動控制轉(zhuǎn)換的輸入引腳((START)上，加入正脈沖信號，即啟動A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換開始后，轉(zhuǎn)換結(jié)束信號輸出端(EOC)信號變低，轉(zhuǎn)換結(jié)束時，EOC返回高電平，以通知主機讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果的數(shù)字量，這個信號可以作為A/D轉(zhuǎn)換器的狀態(tài)信號供查詢，也可以用作中斷請求信號。本系統(tǒng)中，由于選用SHT11傳感器，其模塊自帶A/D轉(zhuǎn)換功能，其輸出直接為數(shù)字量，固采用模塊與單片機直接連接，從而省去采用ADC0809轉(zhuǎn)換器。 LED顯示電路微機化測控系統(tǒng)中常用的測量數(shù)據(jù)的顯示器有發(fā)光二極管顯示器(簡稱LED或數(shù)碼管)和液晶顯示器(簡稱LCD)。這兩種顯示器都具有線路簡單、耗電少、成本低、壽命長等優(yōu)點，本系統(tǒng)輸出結(jié)果選用4個LED顯示。數(shù)碼管有共陰共陽之分，本系統(tǒng)采用8段共陰型LED，其原理圖如圖6所示，每位數(shù)碼管內(nèi)部有8個發(fā)光二極管，公共端由8個發(fā)光二極管的陰極并接而成，正常顯示時公共端接低電平(GND)，各發(fā)光二極管是否點亮取決于adp各引腳上是否是高電平。LED數(shù)碼管的外形結(jié)構(gòu)如圖6，外部有10個引腳，其中3, 8腳為公共端也稱位選端，其余8個引腳稱為段選端，當(dāng)要使某一位數(shù)碼管顯示某一數(shù)字((09中的一個)必須在這個數(shù)碼管的段選端加上與數(shù)字顯示數(shù)字對應(yīng)的8位段選碼(也稱字形碼)，在位選端加上低電平即可。由于系統(tǒng)要顯示的內(nèi)容比較簡單，顯示量不多，所以選用數(shù)碼管既方便又經(jīng)濟。LED有共陰極和共陽極兩種。如圖6所示。二極管的陰極連接在一起，通常此公共陰極接地，而共陽極則將發(fā)光二極管的陽極連接在一起，接入+5V的電壓。一位顯示器由8個發(fā)光二極管組成，其中7個發(fā)光二極管構(gòu)成字型“8”的各個筆劃（段）a～g，另一個小數(shù)點為dp發(fā)光二極管。當(dāng)在某段發(fā)光二極管施加一定的正向電壓時，該段筆劃即亮；不加電壓則暗。為了保護各段LED不被損壞，需外加限流電阻。數(shù)碼管顯示器有兩種工作方式，即靜態(tài)顯示方式和動態(tài)掃描顯示方式。為節(jié)省端口及降低功耗，本系統(tǒng)采用動態(tài)掃描顯示方式。動態(tài)掃描顯示方式需要解決多位LED數(shù)碼管的“段控”和“位控”問題，本電路的通過P1口實現(xiàn)：而每一位的公共端，即LED數(shù)碼管的“位控”，則由P3口控制。這種連接方式由于多位字段線連在一起，因此，要想顯示不同的內(nèi)容，必然要采取輪流顯示的方式，即在某一瞬間，只讓其中的某一位的字位線處于選通狀態(tài)，其它各位的字位線處于斷開狀態(tài)，同時字段線上輸出這一位相應(yīng)要顯示字符的字段碼。在這一瞬時，只有這一位在顯示，其他幾位則暗。在本系統(tǒng)中，字位線的選通與否是通過PNP三極管的導(dǎo)通與截止來控制，即三極管處于“開頭”狀態(tài)。因AT89C51單片機I/O口資源有限，必須對其Il0口進(jìn)行擴展才能滿足實現(xiàn)系統(tǒng)功能，如圖7所示為用8155擴展1/0口的4個8位LED動態(tài)顯示器，顯示掃描由程控實現(xiàn)，其中PA口輸出字型碼，PC口輸出位選信號即掃描信號，IO/ ，= =1時，選中8155芯片內(nèi)三個I/O口。相應(yīng)的端口地址分配如表31: 控制電路部分灌溉控制電路(見圖4)由單片機承擔(dān)控制,通過74HC373 來擴展單片機的輸出口。可以增加控制口, 在74HC373的輸出口接驅(qū)動器、光電隔離、放大電路和電磁閥。從而來控制供水管道的開關(guān),完成對供水系統(tǒng)的控制,實現(xiàn)節(jié)水灌溉。圖4　灌溉控制電路在單片機應(yīng)用的設(shè)計上，很多方案都會用到蜂鳴器，大部分都是使用蜂鳴器來做提示或報警。由于蜂鳴器的工作電流一般比較大，以致于單片機的I/O 口是無法直接驅(qū)動的，所以要利用放大電路來驅(qū)動，一般使用三極管來放大電流就可以了。，三極管Q1飽和導(dǎo)通，蜂鳴器通電鳴響。，三極管Q1截止，蜂鳴器沒有電流就不鳴響。電阻是限流電阻，限制流入片機的電流。如圖412所示。圖412 蜂鳴器的驅(qū)動電路第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計本系統(tǒng)的程序統(tǒng)一使用C語言編程，程序主要包括主程序、采集子程序、鍵盤子程序、控制子程序和顯示子程序組成。依照系統(tǒng)的控制要求，逐一設(shè)計編程完畢。單片機主程序主要功能為完成數(shù)據(jù)的采集、處理、顯示及控制繼電器工作。 主程序（見附錄） PID算法　　在基本PID控制中，當(dāng)有較大幅度的擾動或大幅度改變給定值時， 由于此時有較大的偏差，以及系統(tǒng)有慣性和滯后，故在積分項的作用下，往往會產(chǎn)生較大的超調(diào)量和長時間的波動。特別是對于溫度、成份等變化緩慢的過程，這一現(xiàn)象將更嚴(yán)重。為此可以采用積分分離措施，即偏差較大的時，取消積分作用；當(dāng)偏差較小時才將積分作用投入。 　　另外積分分離的閾值應(yīng)視具體對象和要求而定。若閾值太大，達(dá)不到積分分離的目的，若太小又有可能因被控量無法跳出積分分離區(qū)，只進(jìn)行PD控制，將會出現(xiàn)偏差。 　　離散化公式： 　　Δu(t) = q0e(t) + q1e(t1) + q2e(t2) 　　當(dāng)|e(t)|≤β時 　　q0 = Kp(1+T/Ti+Td/T) 　　q1 = Kp(1+2Td/T) 　　q2 = Kp Td /T 　　當(dāng)|e(t)|＞β時 　　q0 = Kp(1+Td/T) 　　q1 = Kp(1+2Td/T) 　　q2 = Kp Td /T 　　u(t) = u(t1) + Δu(t) 　　注：各符號含義如下 　　u(t)。 控制器的輸出值。 　　e(t)。 控制器輸入與設(shè)定值之間的誤差。 　　Kp。 比例系數(shù)。 　　Ti。 積分時間常數(shù)。 　　Td。 微分時間常數(shù)。（有的地方用Kd表示） 　　T。 調(diào)節(jié)周期。 β。 積分分離閾值 流程圖開始讀入A/D轉(zhuǎn)換值本次偏差=期望值—采樣A/D值本次偏差與上次積分符號相同否？積分=上次積分+本次偏差微分=本次偏差—上次偏差調(diào)整量=偏差*KP+微分*KD+積分*KI調(diào)整量賦給控制部分返回上次積分清零NY 程序（見附錄） 顯示部分LED數(shù)碼管動態(tài)顯示接口是單片機中應(yīng)用最為廣泛的一種顯示方式之一，動態(tài)驅(qū)動是將所有數(shù)碼管的8個顯示筆劃a,b,c,d,e,f,g,dp的同名端連在一起，另外為每個數(shù)碼管的公共極COM增加位選通控制電路，位選通由各自獨立的I/O線控制，當(dāng)單片機輸出字形碼時，所有數(shù)碼管都接收到相同的字形碼，但究竟是那個數(shù)碼管會顯示出字形，取決于單片機對位選通COM端電路的控制，所以我們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)碼管就不會亮。通過分時輪流控制各個數(shù)碼管的的COM端，就使各個數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是動態(tài)驅(qū)動。在輪流顯示過程中，每位數(shù)碼管的點亮?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)，盡管實際上各位數(shù)碼管并非同時點亮，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)，不會有閃爍感，動態(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。 流程圖開始初始化讀入顯示數(shù)據(jù)分離個位、十位、百位分別存入disp_num[4]單元查找對應(yīng)的ASCII嗎送P0口