【正文】 電路連接主要涉及兩個問題。但 RAM，定時器，計數(shù)器，串口和中斷系統(tǒng)仍在工作。 此外， AT89C51 設(shè)有穩(wěn)態(tài)邏輯，可以在低到零頻率的條件下靜態(tài)邏輯，支持兩種軟件可選的掉電模式。 4．芯片擦除： 22 整個 PEROM 陣列和三個鎖定位的電擦除可通過正確的控制信號組合，并保持 ALE管腳處于低電平 10ms 來完成。如采用外部時鐘源驅(qū)動器件， XTAL2 應不接。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。 XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。在 FLASH 編程期間，此引腳也用于施加 12V 編程電源（ VPP）。 /EA/VPP：當 /EA 保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（ 0000H FFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲器。在由外部程序存儲器取指期間，每個機器周期兩次 /PSEN 有效。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài) ALE 禁止，置位無效。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)。 RST：復位輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平， P3 口將輸出電流（ ILL）這是由于上拉的緣故。 P3 口： P3口管腳是 8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O口，可接收輸出 4個 TTL 門電流。在給出地址“ 1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時， P2 口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。 P2 口： P2口為一個內(nèi)部上拉電阻 的 8位雙向 I/O 口， P2 口緩沖器可接收，輸出 4個 TTL 門電流，當 P2 口被寫“ 1”時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。 P1 口管腳寫入 1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入， P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在 FIASH 編程時， P0 口作為原碼輸入口，當 FIASH 進行校驗時， P0 輸出原碼，此時 P0 外部必須被拉高。當 P1口的管腳第一次寫 1時，被定義為高阻輸入。 GND：接地。低功耗的閑置和掉電模式 5個中斷源 32 可編程 I/O 線 三級程序存儲器鎖定 4K 字節(jié)可編程閃爍存儲器 壽命： 1000 寫 /擦循環(huán) 數(shù)據(jù)保留時間： 10 年 89C51 的引腳及其功能 19 1．主要特性： 該器件采用 ATMEL 高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標準的 MCS51 指令集和輸出管腳相兼容。 第 3章 單片機控制器的設(shè)計 單片機控制器的設(shè)計方案 18 單片機控制系統(tǒng)的分析 89C51 單片機簡介 89C51 是一種帶 4K 字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器（ FPEROM— Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能 CMOS8 位微處理器，俗稱單片機。對于階躍輸入（包括階躍擾動），這種系統(tǒng)用比 例（ P）調(diào)節(jié)器去控制，系統(tǒng)有余差，且與比例度近似成正比，若用比例積分（ PI）調(diào)節(jié)器去控制，不僅可實現(xiàn)無余差，而且只要調(diào)節(jié)器的參數(shù)δ和 Ti 選擇得合理，也能使系統(tǒng)具有良好的動態(tài)性能。顯然，這種反饋控制系統(tǒng)的性能主要取決于調(diào)節(jié)器 GK04 的結(jié)構(gòu)和參數(shù)的合理選擇。 （ 4）實驗驗證：利用 THKGK1型實驗裝置，進行雙容液位控制系統(tǒng)調(diào)試，整定各環(huán)節(jié)參數(shù)，記錄實驗結(jié)果，分析實驗結(jié)果。根據(jù)物料平衡關(guān)系可以列出下列方程： 15 雙容過程的數(shù)學模型為： 2. 無自衡能力的雙容過程的建模 無自平衡能力雙容過程的傳遞函數(shù)： 111)(0 ??? TssTsW a 無自平衡能力雙容過程的傳遞函數(shù)： 16 na TssTsW )1( 11)(0 ??? 過程具有純時延，則傳遞函數(shù)： sna esTKsTsW 0)1(1)(100 ????? （ 1）查閱國內(nèi)外資料，了解連續(xù)生產(chǎn)過程的現(xiàn)代控制技術(shù)和控制方法，了解過程控制系統(tǒng)的國內(nèi)外發(fā)展動態(tài)?？煞譃橛凶云胶饽芰蜔o自平衡能力兩類。 例：具有純時延的液位過程 .具有純時延單容過程的微分方程和傳遞函數(shù)為： 14 2． 無自衡過程的建模 無自衡過程 指過程在擾動作用下，其平衡狀態(tài)被破壞后不需要操作人員或儀表等干預，依靠其自身不能重新恢復平衡的過程。 消去中間變量 Q2，及拉氏變換后，得傳遞函數(shù)：11)( )()( 0 02 210 ????? sT KCsR RsQ sHsW 被控過程都具行 — 定貯存物料或能量的能力，其貯存能力的大小，稱為容量或容量系數(shù)。 例：液位過程 13 Q1流入量，控制過程的輸入變量 Q2流出量，中間變量 h液位，控制過程的輸出變量 動態(tài)物料平衡關(guān)系： dtdhA ??21，其增量形式： dthdA ?????21。 容量或容量系數(shù) 被控過程都具行 — 定貯存物料或能量的能力，其貯存能力的大小。單容過程可分為有自平衡能力和無自平衡能力兩類。用測試法建模時，可以在不十分清楚內(nèi)部機理的情況下，把被研究的對象視為黑匣子，完全通過外部測試來描述它的特性。 機理法建模是根據(jù)生產(chǎn)過程中實際發(fā)生的變化機理，寫出相關(guān)的平衡方程，如：物質(zhì)平衡方程、能量平衡方程、動量平衡方程，以及反映流體流動、傳熱、化學反映等基本規(guī)律的運動方程、物性參數(shù)方程和某些設(shè)備的特性方程，從中獲得所需的數(shù)學模型。 鑒于以上原因，在實際應用中，被控過程的傳遞函數(shù)或其他動態(tài)數(shù)學模型的階次一班不高于三階，經(jīng)常采用具 有純滯后的一階和二階模型，最常用的是純滯后的一階形式。 調(diào)節(jié)器 執(zhí)行器 被控過程 檢測信號 12 （ 3）如果模型太復雜，控制系統(tǒng)進行在線參數(shù)整定與系統(tǒng)優(yōu)化的計算量很大。這主要是基于一下考慮： （ 1）如果模型參數(shù)是用估計方法根據(jù)輸入輸出數(shù)據(jù)計算得到的，選用數(shù)學模型月復雜 需要計算的模型參數(shù)就越復雜。被控過程的數(shù)學模型在生產(chǎn)過程工藝分析、設(shè)計及控制系統(tǒng)分析與設(shè)計方面有廣泛的應用，歸納起來主要有以下幾個方面： （ 1） 設(shè)計過程控制系統(tǒng)及整定控制參數(shù) （ 2） 指導生產(chǎn)工藝及其設(shè)備的設(shè)計與操作 （ 3） 對被控過程進行仿真研究 （ 4） 培訓運行操作人員 （ 5） 工業(yè)過程的故障檢測與診斷 實際生產(chǎn)過程的動態(tài)特性是非常復雜的，為了得到使用的模型，在建立其數(shù)學模型時不得不突出主要因素，忽略次要因素。 此外，單片機在工商，金融，科研、教育，國防航空航天等領(lǐng)域都有著十分廣泛的用途。 在大型電路中，這種模塊化應用極大地縮小了體積，簡化了電路，降低了損壞、錯誤 率，也方便于更換。如音樂集成單片機，看似簡單的功能，微縮在純電子芯片中（有別于磁帶機的原理），就需要復雜的類似于計算機的原理。 單片機在醫(yī)用設(shè)備中的用途亦相當 廣泛，例如醫(yī)用呼吸機，各種分析儀，監(jiān)護儀，超聲診斷設(shè)備及病床呼叫系統(tǒng)等等。 10 可以這樣說，現(xiàn)在的家用電器基本上都采用了單片機控制，從電飯褒、洗衣機 、電冰箱、空調(diào)機、彩電、其他 音響 視頻器材、再到 電子秤 量設(shè)備，五花八門，無所不在。 用單片機可以構(gòu)成形式多樣的控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。采用單片機控制使得儀器儀表數(shù)字化、智能化、微型化，且功能比起采用電子或 數(shù)字電路 更加強大。因此，單片機的學習、開發(fā)與應用將造就一批計算機應用與智能化控制的科學家、工程師。 單片機的應用 目前單片機滲透到我們生活的各個領(lǐng)域，幾乎很難找到哪個領(lǐng)域沒有單片機的蹤跡 ，導彈 的導航裝置，飛機上各種儀表的控制，計算機的網(wǎng)絡(luò)通訊與數(shù)據(jù)傳輸，工業(yè)自動化過程的實時控制和數(shù)據(jù)處理，廣泛使用的各種智能 IC卡 ，民用豪華轎車的安全保障系統(tǒng)， 錄像機 、 攝像機 、全自動洗衣機的控制，以及程控玩具、電子寵物等等，這些都離不開單片機。其次，個性化的產(chǎn)品如專用單片機等在滿足用戶需求方面得到了大家的認可，在應用領(lǐng)域大有后來趕上的架勢；它們由于先天的優(yōu)勢，在 80C51的基礎(chǔ)上揚長避短，以用戶需要為根本，在市場上受到歡迎。首先，以 80C51為代表的單片 機的基礎(chǔ)地位不會動搖。在未來相當長的時間內(nèi)，都將維持這種群雄并起、共性與個性共存的局面。 3．共性與個性共存 如今的市場上為我們提供了豐富多彩的單片機產(chǎn)品。于是，用戶通常的做法是根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計的需要在外圍擴展功能芯片。因此，在這些產(chǎn)品中必須使用 CHMOS的單片機芯片。例如 8051的功耗為 630mw，而 80C51的功耗只有 120mw。另外一種是 CHMOS工藝，即互補金屬氧化物的 HMOS工藝。 80C51系列單片機采用兩種半導體工藝生產(chǎn)。因此，單片機應用開發(fā)成為當今電子工程技術(shù)人員急需掌握的技術(shù)。隨著 8 芯片制作工藝，技術(shù)水平的不斷提高和單片機需求量的不斷加大，單片機的性能價格比不斷攀升，呈現(xiàn)出一派欣欣向榮的景象。單片機以其優(yōu)異的性能，低廉的價格，不斷滲透到社會生活的每個角落。不足之處是無串 行口，中斷簡單。以 Intel 公司的 MCS48系列單片機為代表。例如仙童公司生產(chǎn)的 F8 單片機。 單片機的發(fā)展 單片機的發(fā)展歷史可劃分為三個階段： 第一階段 (1974 年 ~1976 年 )：單片機初級階段。一般來說 ,現(xiàn)代控制理論對描述系統(tǒng)動態(tài)特性的數(shù)學模型的要求較高 ,需要用到更多的數(shù)學知識 ,在控制系統(tǒng)的設(shè)計和實現(xiàn)時對控制設(shè)備和系統(tǒng)所處的環(huán)境要求也高一些。 4) 現(xiàn)代控制理論易于用計算機進行系統(tǒng)分析、計算和實現(xiàn)計算機控制 ,所設(shè)計的控制系統(tǒng)的實現(xiàn)具有極大的可行性、優(yōu)越性、先進性。 2) 現(xiàn)代控制理論利用時域法容易給人以時間上清晰的性能指標 ,如最快速度、最小能量等 ,易于理解、接受和優(yōu)化設(shè)計 。 與經(jīng)典控制理論相比較 ,現(xiàn)代控制理論有如下優(yōu)點?，F(xiàn)代控制 7 理論研究內(nèi)容非常廣泛 ,主要包括 3 個基本內(nèi)容 :多變量線性系統(tǒng)理論、最優(yōu)控制理論以及最優(yōu)估計與系統(tǒng)辨識理論。 現(xiàn)代控制理論主要利用計算機作為系統(tǒng)建模分析、設(shè)計乃至控制的手段 ,適用于多變量、非線性、時變系統(tǒng)。美國數(shù)學家卡爾曼 (R. Kalman)在 1959年提出了著名的卡爾曼濾波器 ,1960年又提出系統(tǒng)的能控性和能觀性問題。同年 ,美國數(shù)學家貝爾曼 (R. Bellman)創(chuàng)立了動態(tài)規(guī)劃理論。俄國數(shù)學家李雅普諾夫 (А .М . Ляпунов ) 在 1892 年創(chuàng)立的穩(wěn)定性理論被應用到現(xiàn)代控制理論研究中。 現(xiàn)代控制理論 20 世紀 50 年代中期 ,科學技術(shù)及生產(chǎn)力的發(fā)展 ,特別是空間技術(shù)的發(fā)展 ,迫切要求解決多變量系統(tǒng)、非線性系統(tǒng)的最優(yōu)控制問題 ,例如火箭和宇航器的導航、跟蹤和著陸過程中的高精度、低消耗控制等。 3) 經(jīng)典控制理論在系統(tǒng)設(shè)計、分析時無法考慮系統(tǒng)的初始條件 ,因此 ,難以達到高精度的位置、速度等控制系統(tǒng)設(shè)計要求 。 1) 經(jīng)典控制理論只適用于 SISO 線性定常系統(tǒng)的研究 ,難以推廣到多輸入多輸出 (MultiInput MultiOutput, MIMO)線性定常系統(tǒng) ,對時變系統(tǒng)和非線性系統(tǒng)更無能為力 。典型的經(jīng)典控制理論包括 PID控制、 Smith控制、解耦控制和串級控制等。傳遞函數(shù)只描述了系統(tǒng)的輸入、輸出關(guān)系 ,沒有內(nèi)部變量的表示。經(jīng)典控制理論中廣泛使用的頻域法和根軌跡法 ,是建立在傳遞函數(shù)基礎(chǔ)上的。如果描述該線性系統(tǒng)的微分方程的系數(shù)是常數(shù) ,則稱為線性定常系統(tǒng)。 經(jīng)典控制理論主要研究線性定常系統(tǒng)。 經(jīng)典控制理論主要用于解決反饋控 制系統(tǒng)中控制器的分析與設(shè)計的問題。 以傳遞函數(shù)作為描述系統(tǒng)的數(shù)學模型 ,以時域分析法、根軌跡法和頻域分析法為主要分析、設(shè)計工具 ,構(gòu)成了經(jīng)典控制理論的基本框架。同時 ,還促進了對非線性系統(tǒng)、采樣系統(tǒng)以及隨機控制系統(tǒng)的研究。 第二次世界大戰(zhàn)期間 ,反饋控制方法被廣泛應用于設(shè)計、研制飛機自動駕駛儀 、火炮定位系統(tǒng)、雷達天線控制系統(tǒng)以及其他軍用系統(tǒng)。 1932年 ,美國物理學家奈奎斯特 (H. Nyquist)研究了長距離電話線信