【正文】 r）簡稱單片機，又稱微控制機器（Microcontroller Unit）或者嵌埋式控制器(Embedded Controller)。它是計算機的基本部件微型化，使之集成在一塊芯片的微機。片內(nèi)含有CPU﹑ ROM ﹑RAM ﹑并行I/O 串行﹑I/O 定時器/計數(shù)器﹑ 中斷控制﹑ 系統(tǒng)時鐘及系統(tǒng)總線等。單片機有著體型小﹑ 功耗低﹑ 功能強﹑ 性價比高﹑ 易于推廣應(yīng)用等顯著優(yōu)點，在自動化裝置﹑ 智能化儀器與儀表﹑過程控制和家電控制等許多領(lǐng)域得到日益廣泛的應(yīng)用。 目前單片機的種類很多，本次設(shè)計選用應(yīng)用最普遍的MCS51系列單片機中的8051單片機。MCS51系列單片機主要有三種型號的產(chǎn)品：8038051和8751。該系列產(chǎn)品是集中CPU、I/O端口及部分RAM等為一體完整的微機控制系統(tǒng)，并且開發(fā)手段完備，指令系統(tǒng)功能強，編程語言豐富靈活性大，硬件資料很豐富。三種型號的引腳完全相同，僅在內(nèi)部結(jié)構(gòu)上有少許差異?？梢哉f8031是沒有ROM的8051，而8751又是用EPROM代替ROM的8051。目前，工業(yè)控制中應(yīng)用最多的是8051單片機。8051單片機的基本特性（1）.具有8位中央處理單元（CPU）。（2）.一般外接晶振頻率為12MHz，指令周期為1μs，每執(zhí)行一條指令時間絕大多數(shù)為1μs2μs，最長為4μs。（3）.片內(nèi)具有128字節(jié)的RAM。（4）.具有21個特殊功能寄存器。（5）.可尋址64k字節(jié)的片外數(shù)據(jù)存儲器和64k的片外程序存儲器。（6）.具有4個8位的并行I/O端口、具有一個全雙工導(dǎo)步串行I/O端口，共32根I/O線。（7）.具有5個中斷源，配備兩個優(yōu)先級。（8）.具有兩個16位定時器/計數(shù)器。（9）.具有位尋址能力，邏輯運算靈活。 8051的大部分指令為1字節(jié)或者字節(jié)，最長為3字節(jié)。此外，8051所具有的乘除法指令、多種形式的位操作類指令和邏輯運算類指令也是獨具特色的。 MCS51系列單片機的引腳及其功能MCS51單片機是一個具有40根引腳的雙列直插式器件，引腳圖及其功能分類如圖4所示。其引腳功能如下：Vcc：編程和正常操作時的電源，電壓為+5V。Vss：接地端。XTAL1：接外部晶體的一個引腳。當(dāng)單片機采用外部時鐘信號時，次腳應(yīng)接地。XTAL2：接外部晶體的一個引腳。當(dāng)單片機采用外部時鐘信號時，外部時鐘信號由此引腳接入。RST/Vpd：復(fù)位控制輸入，再振蕩器運行時，使RST腳至少保持兩個機器周期為高電平，可實現(xiàn)復(fù)位操作。CPU通過執(zhí)行內(nèi)部復(fù)位來響應(yīng)，在RST為高電平的第二周期時執(zhí)行內(nèi)部復(fù)位。在Vcc關(guān)斷前加上Vpd（掉電保護），RAM的內(nèi)容將不變。：訪問外部存儲器時，用于鎖存地址底字節(jié)的地址鎖存允許輸出。即使不訪問外部存儲器，ALE以震蕩頻率的1/6為固定頻率輸出，因而它能用作外部時鐘或定時 。ALE主要是提供一個定時信號，再從外部程序存儲器取指時把P0口的底地址字節(jié)鎖存到外接的鎖存器中，每個機器周期ALE有效兩次。這個引腳也是EPROM編程時的編程脈沖輸入。：程序存儲器允許。輸出讀外部程序存儲器的選通信號。取指令操作期間，的頻率為振蕩頻率的1/6；但若此期間有訪問外部數(shù)據(jù)存儲器的操作，則有一個機器周期中的信號將不出現(xiàn)。：當(dāng)=0時，單片機只訪問外部程序存儲器。對8031此引腳必須接地。=1時，單片機只訪問內(nèi)部程序存儲器。對8051和8751此引腳應(yīng)接高電平，但若是地址超過4K范圍（0FFFH），則單片機將自動訪問外部程序存儲器。在8751單片機內(nèi)的EPROM編程期間，此引腳引入編程電源。P0口：一個8位的開漏雙向I/O口，數(shù)據(jù)/外部存儲器低8位地址總線端口，在程序檢驗時它也輸入指令字節(jié)，P0口能吸入8個LSTTL輸入。P1口：具有提升電阻的8位雙向I/O接口，專門供用戶使用，在程序檢驗時（指8051和8751）它也接收低位地址字節(jié)，P1能吸入或放出3 個LSTTL的輸入。P2口：具提升電阻的8位雙向I/O口，可供系統(tǒng)擴展時作高8位地址線用。在沒有外部存儲器擴展時，它也可以是為用戶作I/O線使用。在程序檢驗時，它也接收高位地址和控制信號。P2口能吸入或放出3個LSTTL的輸入。P3口：具有提升電阻的8位I/O口，該I/O口的每一位均可以獨立的定義為第一功能或第二功能。作為第一功能使用時，與普通的I/O口沒有什么不同。作為第二功能時，該口才具有了它獨有的串行存儲器的功能。(1).程序存儲器MCS51K單片機具有64K字節(jié)的程序存儲空間。其中，8751或8051在片內(nèi)各有4K字節(jié)的程序存器ROM或EPROM，并處于這一空間的最低地址區(qū)。(2).外部數(shù)據(jù)存儲器外部數(shù)據(jù)存儲器又稱外部數(shù)據(jù)RAM，當(dāng)8051片內(nèi)的數(shù)據(jù)RAM不能滿足數(shù)量上的要求時，可通過總線端口和其它I/O端口擴展外部數(shù)據(jù)RAM，其最大容量為54K字節(jié)。外部數(shù)據(jù)RAM與片內(nèi)RAM的功用基本相同，但前者不能進行堆棧操作。 轉(zhuǎn)換器的選擇為了控制直流電機的啟停以及前進和后退，這里需要D/A轉(zhuǎn)換器將單片機發(fā)出的數(shù)字控制信號準(zhǔn)換為模擬信號，實現(xiàn)連續(xù)輸出控制。 目前D/A轉(zhuǎn)換器有多種類型。從數(shù)據(jù)輸入方式分，有并行輸入和串行輸入兩種方式:并行輸入方式的轉(zhuǎn)換速率一般比串行輸入方式快；但串行方式所需占用的接口引腳資源要少。從輸出形式分，有電流輸出型和電壓輸出型。通常電流輸出型的建立時間快，僅幾十納秒，而電壓輸出型的響應(yīng)時間要長些，大約幾百納秒。按輸出極性分，有單極性輸出型和雙極性輸出型等。本次設(shè)計選用DAC0832作為DA轉(zhuǎn)換器，DAC0832是目前應(yīng)用較為廣泛的8位D/A轉(zhuǎn)換器之一。他具有與微機接口簡便，易于控制操作，使用靈活等優(yōu)點。 DAC0832主要由兩個8位寄存器與一個D/A轉(zhuǎn)換器組成。這種結(jié)構(gòu)使輸入的數(shù)據(jù)有兩次緩存，因而在操作上十分方便靈活。根據(jù)對DAC0832的輸入寄存器和DAC寄存器的不同控制方法，可有3種工作方式：單緩沖方式、雙緩沖方式、和直通方式。本次設(shè)計中采用單緩沖方式，單緩沖方式與單片機的接線圖如下：圖18 0832按單緩沖方式與8051連接圖結(jié)束語 20世紀(jì)70年代以來,石油、化工、天然氣及核工業(yè)等產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展,各種管道作為一種重要的物料輸送設(shè)施,得到了廣泛應(yīng)用。由于腐蝕、重壓等作用,管道不可避免地會出現(xiàn)裂紋、漏孔等現(xiàn)象。而管道所處的環(huán)境往往是人們不易或不能直接接觸的,因此,對于管道的檢測和維護,成了工業(yè)生產(chǎn)中的一道難題。傳統(tǒng)的管道檢測方法有全面挖掘法、隨機抽樣法等,這些方法均存在工程量大、準(zhǔn)確率低等缺點。因此設(shè)計一個可以在管道中能自由行走并且可以進行自動測量的檢測裝置是非常必要的。我所設(shè)計的檢測裝置，實現(xiàn)了機器人在管道內(nèi)的自由行走，自動檢測，并且可以將所測到的數(shù)據(jù)傳回上位機。我設(shè)計的管道機器人采用直齒圓錐齒輪傳動，因為它可以實現(xiàn)直角傳動，占用空間小，成本低，而且適合管道機器人行進速度慢的要求。為了解決機器人行進中所需要的較大的牽引力的要求，我采用前后輪共同驅(qū)動的方式，驅(qū)動軸是電機的一根輸出軸，實現(xiàn)了同步的要求。行走機構(gòu)的六個輪，分為兩組，每一組在空間成120角，實現(xiàn)了檢測裝置的定心。檢測的方法采用超聲波檢測法，通過記錄超聲波回波信號的時間差來計算涂層的厚度，該方法精度高，工作穩(wěn)定。本次設(shè)計的管道涂層厚度測量裝置滿足了自動測量的要求，并且該裝置具有便攜、工作穩(wěn)定、成本低的優(yōu)點。 限于自己的設(shè)計經(jīng)驗不足以及專業(yè)知識有限，設(shè)計中難免有不足之處，希望指導(dǎo)老師批評指正。致謝本次設(shè)計，雖然只有短短幾個月，但意義深刻。它是對大學(xué)所學(xué)課程的一個總結(jié)。本次設(shè)計需要較高的專業(yè)技術(shù)和豐富的知識，它所涉及的領(lǐng)域包含了機械設(shè)計、機械原理、理論力學(xué)、材料力學(xué)等多學(xué)科的內(nèi)容。它也是對我們工作能力的鍛煉。從開始時的模模糊糊到最后有了成熟的思想，不僅使我們學(xué)會了利用所學(xué)知識來解決實際問題，而且使我們真正懂得了怎樣去解決一個工程上的問題。首先衷心感謝我的指導(dǎo)教師趙月靜老師對我的畢業(yè)設(shè)計的指導(dǎo)和熱心幫助，從畢業(yè)設(shè)計的選題、研究的方法、技術(shù)路線以及本文的撰寫都得到趙老師的精心指導(dǎo)，一直以來取得的每一點進步和提高都得益于趙老師的指導(dǎo)、鼓勵和支持。同時也要感謝幫助我的各位同學(xué)，他們的幫助也讓我受益匪淺，不僅解決了問題，而且增進了友誼，在此對他們表示感謝。最后，在即將離開大學(xué)之際，對在大學(xué)學(xué)習(xí)生活中幫助過我的老師同學(xué)們致以真誠的感謝！參考文獻1 張秀麗,[J]機器人, 2001 (10): 626629。2 楊國量,等城市排水管道自動清淤檢測機器人設(shè)想方案[J]中國市政工程, 1998, 83 (4): 4345。3 張逍 [J].北京航空航天大學(xué)機械工程及自動化學(xué)院,北京:20074 王殿君，李潤平，黃光明，管道機器人的研究進展[J].北京石油化工學(xué)院機械工程學(xué)院,北京:102617。5 王義杰，[J].哈爾濱理工大學(xué)應(yīng)用科學(xué)學(xué)院，黑龍江哈爾濱150080：18。6 劉大維，彭商賢，[J]。19970706：109 ～112。7 田海晏，薛龍，[J].北京石油化工學(xué)院機械工程系,北京102617。2：33～36。8 華正漢，朱敬德，[J].上海大學(xué)機械電子工程與自動化學(xué)院，2003.（1）：61～62。9 GB 495685 磁性金屬基體上非磁性覆蓋層厚度測量 磁性方法10 ISO 21781982 Nonmagnetic Coatings on Magnetic Substrates——Measurement of Coating Thickness——Magnetic Method11 plication of Independent Component Analysis To Microarray Data Roland . 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