【正文】 ilf ??? )/1(0 （ 26） RRUUAlfiu /1/0 ??? （ 27） 第 2章 設(shè)計理論基礎(chǔ) 18 圖 25 同相比例電路 注 意 ：同相比例電路的特點(diǎn)是深度電壓串聯(lián)負(fù)反饋電路。 1． 反相比例放大器 如圖 24 所示，集成運(yùn)放的同相輸入端通過電阻 R 接地，電阻 lR 與信號源串聯(lián)，另一端接到運(yùn)放的反相輸入端，運(yùn)放的輸出端與反相輸入端之間接有電阻 fR ，為保證集成運(yùn)放輸入級兩邊對稱， 第 2章 設(shè)計理論基礎(chǔ) 17 RRR fl /? （ 22） 比例電路輸出電壓與輸入電壓之間的函數(shù)關(guān)系為： RRUU lfi /0 ?? （ 23） RRUUAlfiu //0 ??? （ 24） 圖 24 反向比例電路 注 意 ：反相比例電路的 特點(diǎn)是深度電壓并聯(lián)負(fù)反饋電路。按 比例將信號放大的電路，稱為比例運(yùn)算放大電路，簡稱比例電路。 它 的性能特點(diǎn)是 短跑保護(hù)輸出 、真差動輸入級、底偏置電流為最大 100mA、每封裝含四個運(yùn)算放大器、具有內(nèi)部 補(bǔ)償?shù)墓δ?、共模范圍擴(kuò)展到負(fù)電源、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的引腳排列、輸入端具有靜電保護(hù)功能。該四放大器可以工作在低到 3 伏或者高到 32 伏的電源下，靜態(tài)電流為 MC1741 的靜態(tài)電流的五分之一。 表 21 A、 B、 C 的輸入與被選通道的通道關(guān)系 被選中的通道 C B A IN0 IN1 IN2 IN3 IN4 IN5 IN6 IN7 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1 圖 22 ADC0809 的管腳圖 第 2章 設(shè)計理論基礎(chǔ) 16 運(yùn)算放大器 LM324 本次設(shè)計所用的運(yùn)算放大器是 LM324，而 LM324 的系列器件為價格便宜的帶有真差動輸入的四運(yùn)算放大器。 11． OE： 輸出允許控制端，用以打開三態(tài)數(shù)據(jù)輸出鎖存器 。 第 2章 設(shè)計理論基礎(chǔ) 15 9． ALE：地址鎖存允許信號輸入端 。 7． START： A/D 轉(zhuǎn)換啟動信號輸入端 。 5． REF（ +）：參考電壓正端 。 3． VCC： +5V 工作電壓 。 ADC0809 是引腳雙列直插式封裝，引腳 及其功能（ 圖 22） ： 1． D7～ D0： 8 位數(shù)字量輸出引腳 。 ADC0809 由單 +5V 電源供電；片內(nèi)帶有鎖存功能的 8 路模擬多路開關(guān)，可對 8 路 0～ 5V 的輸入模 擬電壓分時進(jìn)行轉(zhuǎn)換，完成一次轉(zhuǎn)換約需 100181。 （ 4） 中斷標(biāo)志 AT89C51 在 S5P2 時檢測 (或接收 )外部 (內(nèi)部 )中斷源發(fā)來的中斷請求信號后先使相應(yīng)中斷標(biāo)志位置位 ,然后便在下個機(jī)器周期檢測這些中斷標(biāo)志位狀態(tài) ,以決定是否響應(yīng)該中斷。在串行口進(jìn)行發(fā)送 /接收數(shù)據(jù)時 ,每當(dāng)串行口發(fā)送 /接收完一組串行數(shù)據(jù)時串行口電路自動使串行口控制寄存器 SCON 中的 RI 或 TI 中斷標(biāo)志位置位，并自動向 CPU 發(fā)出串行口中斷請求 ,CPU 響應(yīng)串行口中斷后便立即轉(zhuǎn)入串行口中斷服務(wù)程序執(zhí)行 。 第 2章 設(shè)計理論基礎(chǔ) 14 （ 3） 串行口中斷源 串行口中斷由 AT89C51 內(nèi)部串行口 的 中斷源產(chǎn)生 ,也是一種內(nèi)部中斷 。 AT89C51 內(nèi)部有兩個 16 位定時器 /計數(shù)器 ,受內(nèi)部定時脈沖 (主脈沖經(jīng)12 分頻后 )或 T0/T1 引腳上輸入的外部定時脈沖計數(shù) 。若設(shè)定為邊沿觸發(fā)方式 (IT0=1 或 IT1=1),則 CPU 需要兩次檢測 INT0、 INT1 線上電平方能確定其上中斷請求是否有效 ,即前一次檢測為高電平和后一次檢測為低電平時中斷請求才有效 。 AT89C51 在每個機(jī)器周期的 S5P2 時對 INT0、線上中斷請求信號進(jìn)行一次檢測 ,檢測方式和中斷觸發(fā)方式的選取有關(guān) 。 （ 1） 外部中斷源 AT89C51有 INT0 和 INT1兩條外部中斷請求輸入線 ,用于輸入兩個外部中斷源的中斷請求信號 ,并允許外部中斷源以低電平或負(fù)邊沿兩種中斷觸發(fā)方式來輸入中斷請求信號。中斷的特點(diǎn) 是 分時操作 ，實(shí)時處理和 故障處理。 C51 系統(tǒng)有關(guān)中斷的寄存器有 4 個，分別為中斷源寄存器 TCON 和SCON、中斷允許控制寄存器 IE 和中斷優(yōu)先級控制寄存器 IP；中斷源有 5 個，分別為外部中斷 0 請求 INT0、外部中斷 1 請求 INT定時器 0 溢出中斷請求 TF0、定時器 1 溢出中斷請求 TF1 和串行中斷請求 R1 或 T1。實(shí)時控制、故障自動處理、單片機(jī)與外圍設(shè)備間 的數(shù)據(jù)傳送往往采用中斷系統(tǒng)。在掉電模式下，保存 RAM 的內(nèi)容并且凍結(jié)振蕩器，禁止所用其他芯片功能，直到下一個硬件復(fù)位為止。在閑置模式下， CPU 停止工作。在芯片擦 除 操作中，代碼陣列全被寫 “1”且在任何非空存儲字節(jié)被重復(fù)編程以前，該操作必須被執(zhí)行。 當(dāng) 輸入至內(nèi)部時鐘信號 時 要通過一個二分頻觸發(fā)器，而 對外部時鐘信號的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。 3． 振蕩器 XTAL1 和 XTAL2 分別為反向放大器的輸入和輸出。新的計數(shù)值是在檢測到輸入引腳電平發(fā)生 1 到 0 的負(fù)跳變后，于下一個機(jī)器周期的 S3P1 期間裝入計數(shù)器中的，可見，檢測一個由 1 到 0 的負(fù)跳變需要兩個機(jī)器 周期，所以 最高檢測頻率為振蕩頻率的 1/24。 當(dāng)定時器 /計數(shù)器設(shè)置為計數(shù)工作方式時，計數(shù)器對來自輸入引腳 T0（ ）和 T1（ ）的外部信號計數(shù)，外部脈沖的下降沿將觸發(fā)計數(shù)。定時器的定時時間與系統(tǒng)的振蕩頻率緊密相關(guān)，因?yàn)?C51 系列單片機(jī)的一個機(jī)器周期由 12 個振蕩脈沖組成，所以，計數(shù)頻率 fc=fosc/12。 定時器 /計數(shù)器內(nèi)部結(jié)構(gòu)及其原理：由定時器 0、定時器 定時器方式寄存器 TMOD 和定時器控制寄存器 TCON 組成。在單片機(jī)的 定時器 T0 或 T1 中，有一個定時器發(fā)生由 0 到 1的跳變 時 ，計數(shù)器增 1，即為計數(shù)功能；在單片機(jī)內(nèi)部對機(jī)器周期或其分頻進(jìn)行計數(shù)，從而得到定時，這就是定時功能。 C51 系列包含有兩個 16 位的可編程定時器 /計數(shù)器分別稱為定時器 /計數(shù)器 T0 和定時器 /計數(shù)器 T1；在 C51 部分產(chǎn)品中，還包含有一個用做看門狗的8 位定時器。在訪問片外擴(kuò)展存儲器時，低八位地址和數(shù)據(jù)由 P0 口分時傳送，高八位地址由 P2 口傳送。 51 系列共有 4 個 8 位的并行 I/O 口，分別記作 P0、 P P P3 每個口都包含一個鎖存器， 一個輸出驅(qū)動器和輸入緩沖器。 PSEN 可以驅(qū)動 8 個 LSTTL 負(fù)載。 輸出： PSEN——片外程序存儲器選通信號，低電平有效。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。 ALE 可以驅(qū)動 8 個 LSTTL 負(fù)載。 ALE 以 1/6 的振蕩頻率穩(wěn)定速率輸出，可用作對外輸出的時鐘或用于定時。在 FLASH 編程期間，此引腳也用于施加 12V 編程電源（ VPP）。在編程時，其上施加 21V 的編程電壓。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時，要保持 RST 腳兩個機(jī)器周期的高電平時間。 ——RD 低電平有效，輸出，片外存儲器讀選通。 ——T1 定時器 /計數(shù)器 1 的外部輸入，輸入。 ——INT1外部中斷 1，輸入。 ——TXD（串行輸出口），輸出 。 P3 口可以輸入 /輸出4 個 LSTTL 負(fù)載。 P3 口提供各種替代功能。 P2 口可以驅(qū)動 4 個LSTTL 負(fù)載。當(dāng)使用片外存儲器（ ROM 及 RAM）時，輸出高 8 位地址。這時，讀兩個特殊輸入引腳的輸出鎖存器應(yīng)由程序置 1。 P1 口可驅(qū)動 4 個 LSTTL 負(fù)載。 P1 口 ——8 位、準(zhǔn)雙向 I/O 口。在程序校驗(yàn)期間，輸出指令字節(jié)（ 需加外部上拉電路）。 2． I/O（ 4 個口， 32 根 ） P0 口 ——8 位、漏極開路的雙向 I/O 口。此時， ALE 只有在執(zhí)行 MOVX， MOVC 指令是 ALE才起作用。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個 ALE 脈沖。在平時， ALE 端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。 ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。 圖 21 AT89C51 邏輯引腳圖 第 2章 設(shè)計理論基礎(chǔ) 9 各引腳功能敘述如下： 1． 電源和晶振 VCC——運(yùn)行和程序校驗(yàn)時加 +5V GND——接地 XTAL1——輸入到振 蕩器的反向放大器 XTAL2——反向放大器的輸出，輸入到內(nèi)部時鐘發(fā)生器 （當(dāng)使用外部振蕩器時， XTAL1 接地， XTAL2 接收振蕩器信號） RST：復(fù)位輸入。 AT89C51 系列引腳功能 AT89C51 有 40 引腳雙列直插（ DIP）形式。該芯片內(nèi)RAM 和特殊功能寄存器值保持不變 , 一直到掉電模式被終止。這種狀態(tài)可被任何一個中斷所終止或通過硬件復(fù)位。 AT89C51 有間歇、掉電兩種工作模式。另外 ,AT89C51 還具有 MCS51 系列單片機(jī)的所有優(yōu)點(diǎn)?？捎?5V電壓編程，而且寫 入 時間僅 10毫秒 , 僅為 8751/87C51 的擦除時間的百分之一，與 8751/87C51的 12V 電壓擦寫相比 , 不易損壞器件 , 沒有兩種電源 的要求，改寫時不拔下芯片，適合許多嵌入式控制領(lǐng)域。 AT89C51 可構(gòu)成真正的單片機(jī)最小應(yīng)用系統(tǒng)，縮小系統(tǒng)體積 , 增加系統(tǒng)的可靠性，降低了系統(tǒng)成本。 AT89C51 基本功能描述如下： AT89C51 是一種低損耗、高性能、 CMOS八位微處理器，而且在其片種還有 4k 字節(jié)的在線可重復(fù)編程快擦快寫程序存儲器，能重復(fù)寫入 /擦除 1000 次，數(shù)據(jù)保存時間為十年。 而在眾多的 51 系列單片機(jī)中，要算 ATMEL 公司的 AT89C51 更實(shí)用，也是 一種高效微控制器，因?yàn)樗坏?8051 指令、管腳完全兼容，而且其片內(nèi)的 4K 程序存儲器是 FLASH 工藝的，這種工藝的存儲器，用戶可以用電的方式達(dá)到瞬間擦除、改寫。 下面我們就來重點(diǎn)介紹一下本畢業(yè)論文討論的系統(tǒng)所用的 AT89C51 系列單片機(jī)。 這一系列單片機(jī)為外部提供了相當(dāng)完善的總線結(jié)構(gòu)，為系統(tǒng)的擴(kuò)展和配置打下了良好的基礎(chǔ)。 縱觀 這短短的 20 年，經(jīng)歷了 4 次更新?lián)Q代，單片機(jī)正朝著集成化、多功能、多選擇、高速度、低功耗、擴(kuò)大存儲容量和加強(qiáng) I/O 功能及結(jié)構(gòu)兼容的 第 2章 設(shè)計理論基礎(chǔ) 7 方向發(fā)展。 由于 16 位單片機(jī)推出的時間較遲、價格昂貴、開發(fā)設(shè)備有限等多種原因，至今還未得到廣泛應(yīng)用 。 1982 年 Mostek 公司和 Intel 公司先后又推出了性能更高的 16 位單片機(jī)MK68200 和 MCS96 系列， NS 公司和 NEC 公司也分別在原有 8 位單片機(jī)的基礎(chǔ)上推出了 16 位單片機(jī) HPC16040 和 μPD783系列。 1980 年 Intel 公司在 MCS48 系列基礎(chǔ)上又推出高性能的MCS51 系列單片機(jī)。它以體積小、功能全、價格低等特點(diǎn)，贏得了廣泛的應(yīng)用，同時一些與單片機(jī) 有關(guān)公司都爭相推出各自的單片機(jī)。 單片機(jī)的發(fā)展概況 1970 年微型計算機(jī)研制成功之后，隨之即出現(xiàn)了單片機(jī)（即單片微型計算機(jī)） — 美國 Intel 公司 1971 年生產(chǎn)的 4 位單片機(jī) 4004 和 1972 年生產(chǎn)的雛形 8 位單片機(jī) 8008，這 也算是單片機(jī)的第一次公眾亮相。所以，經(jīng)過對三種方案的比較，本次畢業(yè)設(shè)計采用了方案三 。而方案三是采用以單片機(jī)為控制核心的控制系統(tǒng)，尤其對溫度控 制，可達(dá)到模擬控制所達(dá)不到的效果，并且實(shí)現(xiàn)顯示和鍵盤設(shè)定功能，大大提高了系統(tǒng)的智能化。本方案選用了 AT89C51 芯片，不需要外擴(kuò)展存儲器，可使系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)更為簡單。單片機(jī)軟件編程靈活、自由度大，可用軟件編程實(shí)現(xiàn)各種控制算法和邏輯控制。這種方法還是模擬 控制方式，因此也不能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制算法使控 制精度做得較高，而且不能用數(shù)碼管顯示，對 鍵盤 進(jìn)行 設(shè)定。系統(tǒng)受環(huán)境影響大，不能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制算法，不能用數(shù)碼管顯示，不能用鍵盤設(shè)定。對于這種溫控對象，一般認(rèn)為其具有以下的傳遞函數(shù)形式： sSeKsG T ???? 1)( （ 11） 1． 方案一（見圖 11） 第 1章 緒 論 4 圖 11 方案一