【正文】 制量，移動(dòng)距離，移動(dòng)阻力等參數(shù)難以計(jì)算，用機(jī)電系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)起來(lái)較為困難。所以如果采用夾頭控制難以實(shí)現(xiàn)類(lèi)似的線(xiàn)性控制。方案二：通過(guò)電機(jī)和齒輪系統(tǒng)控制莫非試管的松緊程度，來(lái)達(dá)到控制液滴流速的目的，方案實(shí)現(xiàn)較為簡(jiǎn)便，通過(guò)步進(jìn)電機(jī)可方便地實(shí)現(xiàn)對(duì)莫非試管的控制，從而達(dá)到控制液滴流速的目的。原有的輸液管上配有一楔形手動(dòng)控制滴速控制裝置，內(nèi)有滑槽，通過(guò)推動(dòng)滑槽上的圓形滾輪來(lái)控制輸液的快慢。在本系統(tǒng)的滴速控制中，保留原有的控制裝置以備應(yīng)急使用，應(yīng)用電機(jī)來(lái)控制輸液的滴速。方案如下（圖14）：電機(jī)選用步進(jìn)電機(jī)，利用電機(jī)的旋轉(zhuǎn)，通過(guò)裝配一螺桿，將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)橹本€(xiàn)運(yùn)動(dòng)，推動(dòng)（或者拽回）螺桿一端帶有內(nèi)螺紋的滑塊擠緊（或者放松）莫非氏管,從而實(shí)現(xiàn)輸液滴速的自動(dòng)控制。第一項(xiàng)和第二項(xiàng)方案經(jīng)過(guò)綜合比較，使用電機(jī)控制度來(lái)實(shí)現(xiàn)控制效果較好，因此決定選擇第二項(xiàng)的方案。圖14 電機(jī)控制滴速示意圖 電機(jī)選擇及控制方案 常用的電機(jī)主要有以下幾種：直流電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)、伺服電機(jī)。 方案一：直流電機(jī)上電即可轉(zhuǎn)動(dòng)，掉電后慣性較大，停機(jī)時(shí)還會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)一定角度后才可停止，如果要 求準(zhǔn)確控制其轉(zhuǎn)動(dòng)的角度，其閉環(huán)算法比較復(fù)雜，系統(tǒng)硬件也會(huì)相應(yīng)麻煩。 方案二：伺服電機(jī)的機(jī)械特性較好，輸出功率大，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單，正反轉(zhuǎn)控制容易且 有抱死功能，但有由于其實(shí)際價(jià)格偏高，不適合普遍使用。 方案三：步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖轉(zhuǎn)換為角位移的執(zhí)行元件。步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)矩相對(duì)直流電機(jī)大，控制精度比較高，其步進(jìn)轉(zhuǎn)過(guò)的一個(gè)角度也固定，適用于較精確的測(cè)量，這可有效提高輸液速度的控制精度。 因此，電機(jī)選用步進(jìn)電機(jī)最佳。第2章 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) AT89C52單片機(jī)1. AT89C52單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)單片機(jī)的功能框圖（如圖21），在一塊兒小芯片上集成一個(gè)微機(jī)計(jì)算機(jī)的各個(gè)部分，其核心部分是中央處理器CPU，它由運(yùn)算器和控制器兩大部分組成。運(yùn)算器用來(lái)完成算術(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算和進(jìn)行位操作，有算術(shù)邏輯單元（ALU）、位處理器、累加器（ACC），寄存器B、暫存器TMP1和TMP2組成?？刂破魇怯脕?lái)統(tǒng)一指揮和控制計(jì)算機(jī)進(jìn)行工作的部件，它由控制邏輯、內(nèi)部振蕩電路OSC、指令寄存器及其譯碼器、程序計(jì)數(shù)器PC及其增量器、程序地址寄存器、程序狀態(tài)字寄存器PSW、RAM地址寄存器、數(shù)據(jù)指針DPTR、堆棧指針SP等組成。圖21 單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS51指令系統(tǒng)的AT89C52單片機(jī)（圖22）是美國(guó)ATMEL公司生產(chǎn)的一個(gè)低電壓，高性能CMOS 8位單片機(jī)，推薦時(shí)鐘為0Hz24Hz,在本系統(tǒng)中選取時(shí)鐘周期為24Hz,片內(nèi)含8k bytes的芯片簡(jiǎn)述可反復(fù)擦寫(xiě)的Flash只讀程序存儲(chǔ)器和256 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，與標(biāo)準(zhǔn)MCS－51指令系統(tǒng)及8052產(chǎn)品引腳兼容，片內(nèi)置通用8位中央處理器和Flash存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大的AT89C52單片機(jī)可以提供許多較復(fù)雜系統(tǒng)控制應(yīng)用場(chǎng)合。圖22 單片機(jī)封裝 AT89C52單片機(jī)有40個(gè)引腳， 32個(gè)外部雙向輸入/輸出（I/O）端口，同時(shí)內(nèi)含2個(gè)外中斷口，3個(gè)16位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器,2個(gè)全雙工串行通信口，2個(gè)讀寫(xiě)口線(xiàn) ，AT89C52單片機(jī)可以按照常規(guī)方法進(jìn)行編程，也可以在線(xiàn)編程。其將通用的微處理器和Flash存儲(chǔ)器結(jié)合在一起，特別是可反復(fù)擦寫(xiě)的Flash存儲(chǔ)器可有效地降開(kāi)發(fā)成本。外圍采用兩片串行輸入顯示驅(qū)動(dòng)接口芯片MAX7219，其硬件開(kāi)銷(xiāo)小，且編程簡(jiǎn)單。 采用串行E2PROM24LC01用于工況參數(shù)的設(shè)定，這些參數(shù)設(shè)定后，在24LC01中分3個(gè)區(qū)域存放，以3中取2方式讀取，以保證正確率。串行器件的選用，系統(tǒng)的硬件簡(jiǎn)單，調(diào)試方便。1）AT89C52單片機(jī)的主要功能特性 1)兼容MCS51指令系統(tǒng) 2)32個(gè)雙向I/O口 3)3個(gè)16位可編程TIM/CON中斷 4)2個(gè)串行中斷5)2個(gè)外部中斷源 6)2個(gè)讀寫(xiě)中斷口線(xiàn) 7)低功耗空閑和掉電模式 8)8k可反復(fù)擦寫(xiě)(1000次)Flash ROM 9)256x8bit內(nèi)部RAM 10)時(shí)鐘頻率024MHz 11)可編程UART串行通道 12)共6個(gè)中斷源 13)3級(jí)加密位 14)軟件設(shè)置睡眠和喚醒功能2）主要功能說(shuō)明單片機(jī)AT89C52的所有引腳的基本功能如圖23所示。圖23單片機(jī)引腳Vcc(40腳)：主電源正端，接+5V。 GND(10腳)：接地端。XTAL1（19腳）片內(nèi)高增益反相放大器的輸入端，接外部石英晶體和電容的一端，若使用外部輸入時(shí)鐘，該引腳必須接地。XTAL1（18腳）片內(nèi)高增益反相放大器的輸出端，接外部石英晶體和電容的一端，若使用外部輸入時(shí)鐘，該引腳作為外部輸入時(shí)鐘的輸入端。RESET/Vpd(9腳) 復(fù)位輸入端，高電平有效，此端保持兩個(gè)機(jī)器周期（24個(gè)時(shí)鐘周期）以上高電平就可以完成復(fù)位EA/VPP(31腳) 片內(nèi)程序存儲(chǔ)器選通控制端低電平有效。當(dāng)EA保持低電平時(shí)將只訪(fǎng)問(wèn)片外程序存儲(chǔ)器。當(dāng)EA保持高電平時(shí)，執(zhí)行訪(fǎng)問(wèn)片內(nèi)程序存儲(chǔ)器。I/O(輸入/輸出)：P0、PPP3（1）P0口(39—32腳)：P0口有兩種工作方式：一是作為普通的I/O端口使用二是在CPU訪(fǎng)問(wèn)片外存儲(chǔ)器時(shí)，它是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的雙向I/O口，采用分時(shí)復(fù)位方式提供低8位地址和用作8位雙向數(shù)據(jù)總線(xiàn)。（2）P1口(1—8腳)：P1口僅作普通的I/O端口使用，校驗(yàn)時(shí)，要求外接上拉電阻。（3）P2口(21—28腳)：P2口有兩種工作方式：一是作為普通的I/O端口使用，二是訪(fǎng)問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，P2口作高8位地址線(xiàn)使用。（4）P3口(21—28腳)： P3口是一個(gè)自帶上拉電阻的8位準(zhǔn)雙向I/O接口。P3口與其它的I/O口有很大區(qū)別，它除作為—般準(zhǔn)雙向I／O口外，每個(gè)引腳還有第二功能（表21）表21 第二功能端口引腳第二功能RXD（串行輸入口）TXD（串行輸出口）INT0（外部中斷0）INT1（外部中斷1）T0（定時(shí)/計(jì)數(shù)器0）T1（定時(shí)/計(jì)數(shù)器1）WR（外部數(shù)據(jù)RAM寫(xiě)使能信號(hào)）RD（外部數(shù)據(jù)RAM讀使能信號(hào)） 　RST： 復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器工作時(shí)，RST引腳出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期以上高電平將使單片復(fù)位（圖24所示）。圖24 復(fù)位電路ALE/PROG： 當(dāng)訪(fǎng)問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低8位字節(jié)。一般情況下，ALE仍以時(shí)鐘振蕩頻率的1/6輸出固定的脈沖信號(hào)，因此它可對(duì)外輸出時(shí)鐘或用于定時(shí)目的。要注意的是：每當(dāng)訪(fǎng)問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)將跳過(guò)一個(gè)ALE脈沖。對(duì)Flash存儲(chǔ)器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖（PROG）。如有必要，可通過(guò)對(duì)特殊功能寄存器（SFR）區(qū)中的8EH單元的D0位置位，可禁止ALE操作。該位置位后，只有一條MOVX和MOVC指令才能將ALE激活。此外，該引腳會(huì)被微弱拉高，單片機(jī)執(zhí)行外部程序時(shí)，應(yīng)設(shè)置ALE禁止位無(wú)效。PSEN： 程序儲(chǔ)存允許（PSEN）輸出是外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)，當(dāng)AT89C52由外部程序存儲(chǔ)器取指令（或數(shù)據(jù)）時(shí)，每個(gè)機(jī)器周期兩次PSEN有效，即輸出兩個(gè)脈沖。在此期間，當(dāng)訪(fǎng)問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，將跳過(guò)兩次RSEN信號(hào)。 EA/VPP： 外部訪(fǎng)問(wèn)允許。欲使CPU僅訪(fǎng)問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器（地址為0000H－FFFFH），EA端必須保持低電平（接地）。需注意的是：如果加密位LB1被編程，復(fù)位時(shí)內(nèi)部會(huì)鎖存EA端狀態(tài)。如EA端為高電平（接Vcc端），CPU則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲(chǔ)器中的指令。Flash存儲(chǔ)器編程時(shí)，該引腳加上+12V的編程允許電源VPP，當(dāng)然這必須是該器件是使用12V編程電壓VPP。XTAL1： 振蕩器(圖25所示)反相放大器的及內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端。XTAL2： 振蕩器反相放大器的輸出端。時(shí)鐘振蕩器： AT89C52中有一個(gè)用于構(gòu)成內(nèi)部振蕩器的高增益反相放大器，引腳XTAL1和XTAL2分別是該放大器的輸入端和輸出端。這個(gè)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構(gòu)成自激振蕩器。外接石英晶體（或陶瓷諧振器）及電容CC2接在放大器的反饋回路中構(gòu)成并聯(lián)振蕩電路。對(duì)外接電容CC2雖然沒(méi)有十分嚴(yán)格的要求，但電容容量的大小會(huì)輕微影響振蕩頻率的高低、振蕩器工作的穩(wěn)定性、起振的難易程序及溫度穩(wěn)定性，如果使用石英晶體，我們推薦電容使用30pF177。10pF，而如使用陶瓷諧振器建議選擇40pF177。10pF。用戶(hù)也可以采用外部時(shí)鐘。采用外部時(shí)鐘的電路如圖右圖所示。這種情況下，外部時(shí)鐘脈沖接到XTAL1端，即內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端，XTAL2則懸空。圖25 振蕩器中斷寄存器： AT89C52有6個(gè)中斷源，2個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)，IE寄存器控制各中斷位，IP寄存器中6個(gè)中斷源的每一個(gè)可定為2個(gè)優(yōu)先級(jí)。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器： AT89C52有256個(gè)字節(jié)的內(nèi)部RAM，80H－FFH高128個(gè)字節(jié)與特殊功能寄存器（SFR）地址是重疊的，也就是高128字節(jié)的RAM和特殊功能寄存器的地址是相同的，但物理上它們是分開(kāi)的。當(dāng)一條指令訪(fǎng)問(wèn)7FH以上的內(nèi)部地址單元時(shí)，指令中使用的尋址方式是不同的，也即尋址方式?jīng)Q定是訪(fǎng)問(wèn)高128字節(jié)RAM還是訪(fǎng)問(wèn)特殊功能寄存器。如果指令是直接尋址方式則為訪(fǎng)問(wèn)特殊功能寄存器。定時(shí)器0和定時(shí)器1：AT89C52的定時(shí)器0和定時(shí)器1的工作方式與AT89C51相同定時(shí)器2：定時(shí)器2是一個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器。它既可當(dāng)定時(shí)器使用，也可作為外部事件計(jì)數(shù)器使用。定時(shí)器/計(jì)數(shù)器（T/C）定時(shí)和計(jì)數(shù)功能由工作方式寄存器TMOD進(jìn)行選擇。TMOD只能進(jìn)行字節(jié)操作，不能位尋址。其格式如下（表22）。表22位D7D6D5D4D3D2D1D0字節(jié)地址TMODGATEM1M0GATEM1M089HGATE：門(mén)控制位。GATE=0時(shí)，只要軟件使TR0或TR1置1就可以啟動(dòng)定時(shí)器。GATE=1時(shí)，只有或引腳為高電平且TR0或TR1由軟件置1后，才能啟動(dòng)定時(shí)器。：定時(shí)或計(jì)數(shù)功能選擇位。=0時(shí)，用于定時(shí)。=1時(shí)，用于計(jì)數(shù)。M1和M0位：T1和T0工作方式選擇位。定時(shí)器/計(jì)數(shù)器有4種工作方式，由M1和M0進(jìn)行設(shè)置，如表23所示表23 T1和T0工作方式選擇位.M1 M0工作方式功能選擇00方式013位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器01方式116位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器10方式28位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器11方式3T0分為兩個(gè)獨(dú)立的8位位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器。T1此時(shí)停止計(jì)數(shù)中斷是使CPU暫停當(dāng)前工作，去處理當(dāng)前中斷事件，執(zhí)行完當(dāng)前中斷服務(wù)，再回到原程序的過(guò)程。AT89C52共有6個(gè)中斷向量：兩個(gè)外中斷（INT0和INT1），3個(gè)定時(shí)器中斷（定時(shí)器0、2）和串行口中斷。所有這些中斷源如圖26所示。這些中斷源可通過(guò)分別設(shè)置專(zhuān)用寄存器IE的置位或清0來(lái)控制每一個(gè)中斷的允許或禁止。IE也有一個(gè)總禁止位EA，它能控制所有中斷的允許或禁止。返回主程序主程序主程序斷點(diǎn)響應(yīng)中斷中斷服務(wù)子程序圖26 中斷請(qǐng)求中斷源是向CPU發(fā)出中斷請(qǐng)求的事件。中斷源入口地址如表24。表24 中斷源入口地址中斷源請(qǐng)求標(biāo)志入口地址優(yōu)先級(jí)外部中斷0IE00003H最高級(jí)最低級(jí)定時(shí)器中斷0TF0000BH外部中斷1 IE10013H定時(shí)器中斷1TF1001BH串口發(fā)送接受中斷T1/R10023H2. 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器控制寄存器 TCON(88H) 表25表25 TCON地址位D7D6D5D4D3D2D1D0字節(jié)地址TCONTF1TR1TF0TR0IE1IT1IE0T088H位地址8FH8EH8DH8CH8BH8AH89H88HIT0：外部中斷0觸發(fā)方式控制位。IT0=0，INT0 ()為低電平觸發(fā)方式；IT0=1，INT0 ()為邊沿觸發(fā)方式。IE0：外部中斷0標(biāo)志位。IE0=1，外部中斷0向CPU請(qǐng)求中斷。IT1：外部中斷1觸發(fā)方式控制位。IE1：外部中斷1標(biāo)志位。TF0：T0中斷溢出標(biāo)志位。T0溢出硬件置1，響應(yīng)中斷后硬件清0(在查詢(xún)方式下軟件清0)。TF1：T1中斷溢出標(biāo)志位，功能同TF0。TR0：T0的啟停控制位。TR1：T1的啟?？刂莆弧? 555定時(shí)器555定時(shí)器（如圖27）是一種電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便靈活、用途廣泛的多功能電路。只要外部配接少個(gè)幾個(gè)阻容元件便可組成施密特觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、多諧振蕩器等電路。555定時(shí)器的電源電壓范圍寬，雙極型555定時(shí)器為5～16V，CMOS555定時(shí)器為3～。555定時(shí)器還可以輸出一定的功率，可驅(qū)動(dòng)微電機(jī)、指示燈、揚(yáng)聲器等。它在脈沖波形的產(chǎn)生與變換、儀器與儀表、測(cè)量與控制、家用電器與電子玩具等領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用。圖27 555定時(shí)器封裝它的各個(gè)引腳功能如下： 1腳：外接電源負(fù)端VSS或接地，一般情況下接地。8腳：外接電源VCC， ~ 16V，CMOS型時(shí)基電路VCC的范圍為3 ~ 18V。一般用5V。 　　3腳：輸出端Vo 　　2腳：低觸發(fā)端 　　6腳：TH高觸發(fā)端 　　4腳：是直接清零端。當(dāng)端接低電平，則時(shí)基電路不工作，此時(shí)不論、TH處于何電平，時(shí)基電路輸出為“0”，該端不用時(shí)應(yīng)接高電平。 　　5腳：VC為控制電壓端。若此端外接電壓，則可改變內(nèi)部?jī)蓚€(gè)比較器的基準(zhǔn)電壓，當(dāng)該端不用時(shí)，以防引入干擾。 　　7腳：放電端。該端與放電管集電極相連，用做定時(shí)器時(shí)電容的放電。圖28為雙極型5G555定時(shí)器的電路結(jié)構(gòu)圖。圖28 555定時(shí)器電路結(jié)構(gòu)它由電壓比較器C1和C2（包括電阻分壓器）、G1和G2組成的基本RS觸發(fā)器、集電極開(kāi)路的放電V和輸出緩G3散步分組成。C1和C2為兩個(gè)電壓比較器，當(dāng)CO端懸空時(shí)，它們的基