【正文】 計數(shù)電路的調(diào)試 該電路調(diào)試需要的設(shè)備： PC 機、偉福仿真器及軟件。 調(diào)試過程中出現(xiàn)脈沖信號頻率不符合理論計算，輸出波形存在一定的畸變。 傳感電路的調(diào)試 該電路調(diào)試需要的設(shè)備： 電源、示波器。由于軟件所能考慮到的情況往往是十分有限的，且在軟件環(huán)境中，器件的一致性明顯要強于實際硬件。 圖 數(shù)據(jù)處理子程序 讀取油箱編號 讀取采集數(shù)據(jù) 計算油面高度 計算燃油油量 油量數(shù)據(jù) 處理 處理完畢否 修改數(shù)據(jù)地址 修改油箱地址 返回主程序 N Y 數(shù)據(jù)存入顯示區(qū) 數(shù)據(jù)處理子程序 沈陽航空工業(yè)學院北方 科技學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 33 第 5 章 調(diào)試與分析 硬件的調(diào)試與分析 硬件的調(diào)試在整個電路設(shè)計過程中是必不可少的。雖然查表指令在程序的運行上較后者快，更容易滿足實時性；而利用逼近函數(shù)雖然在運行上速度明顯不如前者，但是后者不需要占據(jù)較大的程序存儲空間，因此兩者的選擇需要綜合考慮。 給出油箱地址 開始計數(shù) ？？？？ 各油箱測量完畢？ 數(shù)字濾波處理 返回 數(shù)據(jù)存入指定內(nèi)存 修改數(shù)據(jù)地址 修改油箱地址 Y N 計數(shù)子程序 沈陽航空工業(yè)學院北方 科技學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 32 該程序首先對各個油箱所對應的內(nèi)存空間內(nèi)的數(shù)據(jù)作線性變化 ，得到燃油液面高度數(shù)據(jù)，根據(jù)數(shù)據(jù)所對應的油箱號碼，找到該油箱的高度 油量兌換表將實時的油量轉(zhuǎn)換出來，存入內(nèi)存中；該過程不一定需要通過查表指令，這里也可以通過數(shù)學建模得到油量與高度的逼近函數(shù)，將測得的高度數(shù)據(jù)代入函數(shù)，就可以得到對應的油量。該程序流程圖如圖 所示。計數(shù)電路可以通過 單片機給出的二進制的地址進行對應油箱的數(shù)據(jù)采集，采集過程中的閘門時間依照各個油箱的不同而作具體的選擇。程序需要調(diào)用計數(shù)電路對多路脈沖信號進行計數(shù)，在完成數(shù)據(jù)采集后交出數(shù)據(jù)總線權(quán)。主程序流程圖如圖 所示。完成上述步驟之后，一次基本測量顯示工作就算是完成了。程序開始設(shè)置地址與堆棧指針初值，這是所有較為復雜的程序所必需的。讀者在讀完主程序后就能知道 系統(tǒng)的工作過程，那么該主程序便是一個邏輯清晰，結(jié)構(gòu)合理的主程序。 系統(tǒng)主程序 沈陽航空工業(yè)學院北方 科技學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 30 主程序是系統(tǒng)工作的總指揮，它的編寫決定著整個系統(tǒng)的工作流程。本測量系統(tǒng)可以通過程序的編寫克服許多模擬系統(tǒng)無法解決的問題，因此在可靠性，通用性方面都有著其他系統(tǒng)無法比擬的優(yōu)勢。 系統(tǒng)程序設(shè)計說明 本測量系統(tǒng)是一個由單片機系統(tǒng)與外圍硬件電路構(gòu)成的測量系統(tǒng)，有別于早期的指針式的模擬測量系統(tǒng)。因此在軟件的編寫過程中應當作合理取舍。像這類的利用軟件提高系統(tǒng)的可靠性的運用事例很多，雖然該方法確實提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，但是對于一些運算速度較慢，內(nèi)存資源較為有限的單片機系統(tǒng)而言就可能不太適合。這里就油量測量而言，利用軟件作多次測量取后取得的平均值，將平均值作為本次處理 的最后結(jié)果。 油量的測量對系統(tǒng)的實時性要求相對比較高，這就要求系統(tǒng)能夠在較短的時間內(nèi)做一次完整的測量。該測量系統(tǒng)的程序主要包括外圍電路調(diào)用子程序，數(shù)據(jù)處理子程序。更為重要的是，運用的器件相比現(xiàn)役的電路有所減少，工作電壓單一，無疑從硬件安全性方面提高了電路的可靠性，因此該設(shè)計從兩個方面全面提升了系統(tǒng)的傳輸可靠性。另外，光耦合器件的光敏晶體管的基極接有電容 C 及 電阻 Rb，輸出接有施密特觸發(fā)集成電路驅(qū)動器，抗噪能力被大大加強。 光耦合器件輸入為發(fā)光二極管，且與雙絞線相連，因為傳輸線上的共模干擾信號同影響傳輸信號的信號電壓與信號地電壓，但兩者電壓之差始終維持不變，因此該電路的輸入端在某種意義上講就類似于差分放大器，只對差模信號敏感，抑制共模干擾。由于電流環(huán)路是低阻抗電路，對噪音的敏感度低，因此提高了系統(tǒng)的抗干擾能力。光耦合器件在這里的運用一方面起到了隔離兩個系統(tǒng)地線的作用，使量個系統(tǒng)的電源可以相互獨立。綜合上述優(yōu)點，本設(shè)計采用雙絞線作為系統(tǒng)的傳輸線。 由于雙絞線與同軸電纜相比，雖然在頻帶上較差，但波阻抗高、抗共模噪聲能力強。長線傳輸中信號在傳輸線上的反射、串擾、其他噪聲等隨之二來。 沈陽航空工業(yè)學院北方 科技學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 27 長線傳輸干擾抑制電路 本電路的設(shè)計是為了抑制傳輸電纜上存在的干擾，進一步提高系統(tǒng)的可靠性。 XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。注意加密方式 1 時， /EA 將內(nèi)部鎖定為 RESET；當 /EA端保持高電平時，此間內(nèi)部程序存儲器。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的 /PSEN 信號將不出現(xiàn)。 /PSEN：外部程序存儲器的選通信號。另外，該引腳被略微拉高。如 想禁止 ALE 的輸出可在 SFR8EH 地址上置 0。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。在 FLASH 編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。當振蕩器復位器件時，要保持 RST 腳 兩個機器周期的高電平時間。 沈陽航空工業(yè)學院北方 科技學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 26 P3 口也可作為 AT89C51 的一些特殊功能口，如下表所示： 接口 備選功能 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（記時器 0 外部輸入） T1（記時器 1 外部輸入） /WR（外部數(shù)據(jù)存儲器 寫選通） /RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通） P3 口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。當 P3 口寫入 “1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作 輸入。 P2 口在 FLASH 編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。 P2 口當用于外部程序存儲器或 16 位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時， P2 口輸出地址的高八位。并因此作為輸入時， P2 口的管腳被外部拉低，將輸出電流。在 FLASH 編程和校驗時， P1 口作為第八位地址接收。 P1 口 ： P1 口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P1 口緩沖器能接收輸出 4TTL 門電流。 P0 能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被 定義為數(shù)據(jù) /地址的第八位。 P0 口 ： P0 口為一個 8 位漏級開路雙向 I/O 口，每腳可吸收 8TTL 門電流。 3 管腳說明： 沈陽航空工業(yè)學院北方 科技學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 25 圖 AT 89C51 芯片引腳結(jié)構(gòu) AT89C51 芯片引腳結(jié)構(gòu)如圖 所示，引腳說明如下： VCC：供電電壓。 P0~P3 口 4 個鎖存器同 RAM 統(tǒng)一編址，可以把 I/O 口當作一般特殊功能寄存器 (SFR)來尋址。 89C51 有 4 個與外部交換信息的 8 位并行接口，即 P0~P3。 89C51 單片機內(nèi)部還有 SP、 DPTR、 PCON、 IE 和 IP 等多個 特殊功能寄存器，它們也同 128 字節(jié) RAM 在一個隊列里編址，地址為 80H~FFH。 在這 128 字節(jié)的 RAM 中有 32 字節(jié)單元可指定為工作寄存器。 1)程序存儲器（ Flash ROM） 89C51 片內(nèi)程序存儲器容量為 4KB，地址從 0000H 開始，用于存放程序和表格常數(shù)。 89C51 同其他的計算機一樣，在基本節(jié)拍的控制下協(xié)調(diào)的工作，就像一個樂隊按著指揮的節(jié)拍演奏。 振蕩器及定時電路： 89C51 單片機片內(nèi)有振蕩電路，只需外接石英晶體和頻率微調(diào)電容，其頻率為 0~24MHz。 指令寄存器 IR 及指令譯碼器 ID：由 PC 中的內(nèi)容指定 Flash ROM 地址，取出來的指令經(jīng)指令寄存器 IR 送至指令譯碼器 ID,由 ID 對指令譯碼并送 PLA 產(chǎn)生一定沈陽航空工業(yè)學院北方 科技學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 24 序列的控制信號，以執(zhí)行指令所 規(guī)定的操作。 PC 實際上是程序的字節(jié)地址計數(shù)器， PC 中的內(nèi)容是將要執(zhí)行的下一條指令的地址。 2)控制器 控制器包括程序計數(shù)器 PC、指令寄存器 IR、指令譯碼器 ID、振蕩器及定時電路等。 B： 8 位寄存器，在乘，除運算時， B 寄存器用來存放一個操作數(shù)，也用來存放運算后的一部分結(jié)果；若不做乘，除運算，則可作為通用寄存器使用。 PSW：程序狀態(tài)字寄 存器， 8 位，用于指示指令執(zhí)行后的狀態(tài)信息，相當于一般微處理器的標志寄存器。同一般微處理器一樣，它是最忙碌的一個寄存器。 ACC：累加器 ACC 經(jīng)常作為一個運算數(shù)經(jīng)暫存器 2 進入 ALU 的輸入端，與另一個來自暫存器 1 的運算數(shù)進行運算，運算結(jié)果又送回 ACC。 1)運算器 運算器包括一個可進行 8 位算術(shù)運算和邏輯運算單元 ALU， 8 位的暫存器1(TMP1)、暫存器 2(TMP2)， 8 位的累加器 ACC， 寄存器 B 和程序狀態(tài)寄存器 PSW等。各部分功能簡述如下。 AT89C51 單片機芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu) 89C51 單片機與早期的 Intel 的 8051/8751/8031 芯片的外部引腳和指令系統(tǒng)完全兼容，只不過用 Flash RAMROM 替代 ROM/EPROM 而已。 (9)89C51 單片機與 8051 相比，具有省電工作方式，即休閑方式及掉電方式。 (7)一個全雙工 UART（通用異步接收發(fā)送器）的串行 I/O 口，用于實現(xiàn)單片機之間或單片機與 PC 機之間的串行通信。 (5)2 個 16 位的定時器 /計數(shù)器，每個定時器 /計數(shù)器都可以設(shè)置成計數(shù)方式，用以對 外部事件進行計數(shù)，也可以設(shè)置成定時方式，并可以根據(jù)計數(shù)或定時的結(jié)果實現(xiàn)計算機控制。 (4)4 個 8 位并行 I/O 端口 P0~P3，每個端口即可作輸入也可作輸出。 (2)片內(nèi) 256 字節(jié)數(shù)據(jù)存儲器存 RAM/SFR，用以存放可以讀 /寫的數(shù)據(jù)，如運算的中間結(jié)果、最終結(jié)果以及欲顯示的數(shù)據(jù)等。 AT89C51 單片機的基本組成 圖 所示為 89C51 帶閃存 (Flash ROM)單片機的基本結(jié)構(gòu)框圖。在空閑方式中， CPU 停止工作，而 RAM、定時 /計數(shù)器、串行口和中斷系統(tǒng)都繼續(xù)工作。片內(nèi)的 Flash 存儲器允許在系統(tǒng)內(nèi)改編程序或用常規(guī)的非易失性存儲器來編程，因此 AT89C51 是一種功能強、靈活性高，且價格合理的單片機，可方便的應用在各種控制領(lǐng)域。為測 試端，正常應用時，該管腳只要接高電平。芯片輸入端 A， B， C， D 為沈陽航空工業(yè)學院北方 科技學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 21 二進制數(shù)據(jù)輸入端， 為輸出消隱控制端，當該管腳接入低電平時，芯片輸出全零，LED 滅；當該管腳為高電平時， LED 顯示輸入 ABCD 所代表的十進制數(shù)。工作時先置 L1 為低電平， L2， L3 為高電平，此時另數(shù)據(jù)輸入端 ABCD 為第一個數(shù)碼管所要顯示的 BCD 碼，置 L1 為高電平后，芯片 1 輸出被鎖定；同樣以此時序?qū)π酒?2， 3 進行操作后，置 B1， B2， B3 為高電平后， LED 顯示數(shù)據(jù)，此后數(shù)據(jù)總線輸出將不對該電路造成影響，直到 L L2 或 L3 狀態(tài)發(fā)生改變。其電路原理圖如圖 所示 。 顯示電路 考慮到現(xiàn)役測量系統(tǒng)的顯示只采用了兩位有效數(shù)字，又油量數(shù)據(jù)的采集及處理可能會造成程序運行的周期過長，因此顯示電路的設(shè)計不宜采用動態(tài)掃描形式。兩芯片在 信號無效時，輸出端均呈現(xiàn)高阻態(tài)。該芯片在電路中的作用是利用數(shù)字信號控制 CD4040 的計數(shù)芯片對各個油箱傳感器作時分復用的計數(shù)，這樣一來便可以使得計數(shù)芯片以一對多的工作方式工作，節(jié)省電路元器件，增加電路的工作效率。該芯片軍用類工作溫度范圍55℃—125℃。該芯片具有低導通阻抗和很低