【正文】 r）簡稱單片機(jī)，又稱微控制機(jī)器（Microcontroller Unit）或者嵌埋式控制器(Embedded Controller)。它是計(jì)算機(jī)的基本部件微型化，使之集成在一塊芯片的微機(jī)。片內(nèi)含有CPU﹑ ROM ﹑RAM ﹑并行I/O 串行﹑I/O 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器﹑ 中斷控制﹑ 系統(tǒng)時(shí)鐘及系統(tǒng)總線等。單片機(jī)有著體型小﹑ 功耗低﹑ 功能強(qiáng)﹑ 性價(jià)比高﹑ 易于推廣應(yīng)用等顯著優(yōu)點(diǎn)，在自動(dòng)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(jī)的種類很多，本次設(shè)計(jì)選用應(yīng)用最普遍的MCS51系列單片機(jī)中的8051單片機(jī)。MCS51系列單片機(jī)主要有三種型號(hào)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(jī)控制系統(tǒng)，并且開發(fā)手段完備，指令系統(tǒng)功能強(qiáng)，編程語言豐富靈活性大，硬件資料很豐富。三種型號(hào)的引腳完全相同，僅在內(nèi)部結(jié)構(gòu)上有少許差異。可以說8031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(jī)。8051單片機(jī)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(shí)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(gè)特殊功能寄存器。（5）.可尋址64k字節(jié)的片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和64k的片外程序存儲(chǔ)器。（6）.具有4個(gè)8位的并行I/O端口、具有一個(gè)全雙工導(dǎo)步串行I/O端口，共32根I/O線。（7）.具有5個(gè)中斷源，配備兩個(gè)優(yōu)先級(jí)。（8）.具有兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器。（9）.具有位尋址能力，邏輯運(yùn)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(yùn)算類指令也是獨(dú)具特色的。 MCS51系列單片機(jī)的引腳及其功能MCS51單片機(jī)是一個(gè)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(shí)的電源，電壓為+5V。Vss：接地端。XTAL1：接外部晶體的一個(gè)引腳。當(dāng)單片機(jī)采用外部時(shí)鐘信號(hào)時(shí)，次腳應(yīng)接地。XTAL2：接外部晶體的一個(gè)引腳。當(dāng)單片機(jī)采用外部時(shí)鐘信號(hào)時(shí)，外部時(shí)鐘信號(hào)由此引腳接入。RST/Vpd：復(fù)位控制輸入，再振蕩器運(yùn)行時(shí)，使RST腳至少保持兩個(gè)機(jī)器周期為高電平，可實(shí)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(shí)執(zhí)行內(nèi)部復(fù)位。在Vcc關(guān)斷前加上Vpd（掉電保護(hù)），RAM的內(nèi)容將不變。：訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，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(chǔ)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(shí)鐘或定時(shí) 。ALE主要是提供一個(gè)定時(shí)信號(hào)，再從外部程序存儲(chǔ)器取指時(shí)把P0口的底地址字節(jié)鎖存到外接的鎖存器中，每個(gè)機(jī)器周期ALE有效兩次。這個(gè)引腳也是EPROM編程時(shí)的編程脈沖輸入。：程序存儲(chǔ)器允許。輸出讀外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。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(chǔ)器的操作，則有一個(gè)機(jī)器周期中的信號(hào)將不出現(xiàn)。：當(dāng)=0時(shí)，單片機(jī)只訪問外部程序存儲(chǔ)器。對(duì)8031此引腳必須接地。=1時(shí)，單片機(jī)只訪問內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。對(duì)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(jī)將自動(dòng)訪問外部程序存儲(chǔ)器。在8751單片機(jī)內(nèi)的EPROM編程期間，此引腳引入編程電源。P0口：一個(gè)8位的開漏雙向I/O口，數(shù)據(jù)/外部存儲(chǔ)器低8位地址總線端口，在程序檢驗(yàn)時(shí)它也輸入指令字節(jié)，P0口能吸入8個(gè)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(yàn)時(shí)（指8051和8751）它也接收低位地址字節(jié)，P1能吸入或放出3 個(gè)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(kuò)展時(shí)作高8位地址線用。在沒有外部存儲(chǔ)器擴(kuò)展時(shí)，它也可以是為用戶作I/O線使用。在程序檢驗(yàn)時(shí)，它也接收高位地址和控制信號(hào)。P2口能吸入或放出3個(gè)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(dú)立的定義為第一功能或第二功能。作為第一功能使用時(shí)，與普通的I/O口沒有什么不同。作為第二功能時(shí)，該口才具有了它獨(dú)有的串行存儲(chǔ)器的功能。(1).程序存儲(chǔ)器MCS51K單片機(jī)具有64K字節(jié)的程序存儲(chǔ)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(chǔ)器外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)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(shí)，可通過總線端口和其它I/O端口擴(kuò)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(jìn)行堆棧操作。 轉(zhuǎn)換器的選擇為了控制直流電機(jī)的啟停以及前進(jìn)和后退，這里需要D/A轉(zhuǎn)換器將單片機(jī)發(fā)出的數(shù)字控制信號(hào)準(zhǔn)換為模擬信號(hào)，實(shí)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(shí)間快，僅幾十納秒，而電壓輸出型的響應(yīng)時(shí)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(jì)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(jī)接口簡便，易于控制操作，使用靈活等優(yōu)點(diǎn)。 DAC0832主要由兩個(gè)8位寄存器與一個(gè)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(duì)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(jì)中采用單緩沖方式，單緩沖方式與單片機(jī)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(huì)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(duì)于管道的檢測和維護(hù),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(jī)抽樣法等,這些方法均存在工程量大、準(zhǔn)確率低等缺點(diǎn)。因此設(shè)計(jì)一個(gè)可以在管道中能自由行走并且可以進(jìn)行自動(dòng)測量的檢測裝置是非常必要的。我所設(shè)計(jì)的檢測裝置，實(shí)現(xiàn)了機(jī)器人在管道內(nèi)的自由行走，自動(dòng)檢測，并且可以將所測到的數(shù)據(jù)傳回上位機(jī)。我設(shè)計(jì)的管道機(jī)器人采用直齒圓錐齒輪傳動(dòng)，因?yàn)樗梢詫?shí)現(xiàn)直角傳動(dòng)，占用空間小，成本低，而且適合管道機(jī)器人行進(jìn)速度慢的要求。為了解決機(jī)器人行進(jìn)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(dòng)的方式，驅(qū)動(dòng)軸是電機(jī)的一根輸出軸，實(shí)現(xiàn)了同步的要求。行走機(jī)構(gòu)的六個(gè)輪，分為兩組，每一組在空間成120角，實(shí)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(hào)的時(shí)間差來計(jì)算涂層的厚度，該方法精度高，工作穩(wěn)定。本次設(shè)計(jì)的管道涂層厚度測量裝置滿足了自動(dòng)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(diǎn)。 限于自己的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)不足以及專業(yè)知識(shí)有限，設(shè)計(jì)中難免有不足之處，希望指導(dǎo)老師批評(píng)指正。致謝本次設(shè)計(jì)，雖然只有短短幾個(gè)月，但意義深刻。它是對(duì)大學(xué)所學(xué)課程的一個(gè)總結(jié)。本次設(shè)計(jì)需要較高的專業(yè)技術(shù)和豐富的知識(shí)，它所涉及的領(lǐng)域包含了機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)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(duì)我們工作能力的鍛煉。從開始時(shí)的模模糊糊到最后有了成熟的思想，不僅使我們學(xué)會(huì)了利用所學(xué)知識(shí)來解決實(shí)際問題，而且使我們真正懂得了怎樣去解決一個(gè)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(duì)我的畢業(yè)設(shè)計(jì)的指導(dǎo)和熱心幫助，從畢業(yè)設(shè)計(jì)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(diǎn)進(jìn)步和提高都得益于趙老師的指導(dǎo)、鼓勵(lì)和支持。同時(shí)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(jìn)了友誼，在此對(duì)他們表示感謝。最后，在即將離開大學(xué)之際，對(duì)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(xiàn)1 張秀麗,[J]機(jī)器人, 2001 (10): 626629。2 楊國量,等城市排水管道自動(dòng)清淤檢測機(jī)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(jī)械工程及自動(dòng)化學(xué)院,北京:20074 王殿君，李潤平，黃光明，管道機(jī)器人的研究進(jìn)展[J].北京石油化工學(xué)院機(jī)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(jī)械工程系,北京102617。2：33～36。8 華正漢，朱敬德，[J].上海大學(xué)機(jī)械電子工程與自動(dòng)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 . KIMAS, 2003,BOSTON ,USA: 375378.12 ,1993,15(8):21513鄧宗全,[M].機(jī)器人, 1991,13(6): 53～58。14 王永福,[J].哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào), 1995,27(4)。15 姜　睿. 鍍層測厚儀在寶鋼熱鍍鋅生產(chǎn)線上的應(yīng)用[ J ].中國儀器儀表, 1997 (4) : 27～30.16 宋曉輝,安　敏,吳鐘達(dá). 鍍層厚度測量方法[ J ]. 上海計(jì)量，2003, 36 (9) : 64～65.17 周國祥, 基于W IN 98 的石油專用管2 維漏磁高速探傷機(jī)計(jì)策系統(tǒng), 2001 年全國第14 屆計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)術(shù)交流會(huì)論文集. 合肥: 中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社,