【正文】 從外部程序存儲(chǔ)器取指令時(shí)， PSEN 在每個(gè)機(jī)器周期中兩次有效。 PSEN (PROGRAM STORE ENABLE， 29 腳 )：程序存儲(chǔ)允許輸出端。 ALE 端可以驅(qū)動(dòng) 8 個(gè) LSTTL 輸入。在存取片外存儲(chǔ)器時(shí)，用于鎖存低 8 位地址。若采用外部振蕩器時(shí) ， 此引腳接收振蕩器的信號(hào)。在片內(nèi)它是振蕩器反相放大器的輸入 ， 若采用外部振蕩器時(shí)該引腳應(yīng)接地。 通常 Vcc 和 Vss之間應(yīng)接高頻和低頻濾波電容。 圖 22 MCS51 單片機(jī)的內(nèi)部總體結(jié)構(gòu)框圖 MCS51 系列單片機(jī)引腳功能 圖 23 為 MCS51 系列單片機(jī)引腳圖及邏輯符號(hào)，這些引腳的功能如下： 1．電源引腳 Vcc和 Vss Vcc（ 40 腳）：電源端，接 +5V。 CPU 的主要功能是產(chǎn)生各種控制信號(hào)，控制存儲(chǔ)器、輸入 /輸出端口的數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)的算術(shù)運(yùn)算、內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 6 邏輯運(yùn)算以及位操作處 理等。各部分通過內(nèi)部總線相連，其基本結(jié)構(gòu)依然是通過 CPU加上外圍芯片的結(jié)構(gòu)模式，但在功能單元的控制上，卻采用了特殊功能寄存器（ SFR）的集中控制方法。 8051 內(nèi)部有 4KB ROM， 8751 內(nèi)部有 4KB EPROM， 8031 片內(nèi)無 ROM；除此之外，三者的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及引腳完全相同。我們通常所用的是基本型，包括 803 805 8751 等，基本型的典型產(chǎn)品是 8051，其基本特性如下： 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 5 1．具有 8 位的 CPU及指令系統(tǒng)； 2． 128 字節(jié)的片內(nèi) RAM； 3． 21 個(gè)特殊功能寄存器； 4． 4 個(gè) 8 位并行 I/O 口； 5． 2 個(gè) 16 位定時(shí) /計(jì)數(shù)器； 6．一個(gè)全雙工串行口； 7． 5 個(gè)中斷源， 2 個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)； 8． 4K 字節(jié)片內(nèi) ROM； 9．一個(gè)片內(nèi)時(shí)鐘 振蕩電路； 10．片外可擴(kuò)展 64K ROM 和 64K RAM。因此單片機(jī)早期的含義為單片微型計(jì)算機(jī)（ single chip microputer），直接譯為單片機(jī)，并一直 沿用至今。 4．單片機(jī)在日常生活及家電中的應(yīng)用 由于單片機(jī)價(jià)格低廉、體積小、控制功能強(qiáng) ， 且內(nèi)部具有定時(shí) /計(jì)數(shù)器 ， 所以廣泛的應(yīng)用于家電設(shè)施，例如電腦縫紉機(jī)、心率監(jiān)護(hù)儀、電冰箱控制、彩色電視機(jī)控制、洗衣機(jī)控制等等。 3．單片機(jī)在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與通信技術(shù)中的應(yīng)用 MCS 系列單片機(jī)具有通信接口，為單片機(jī)在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與通信設(shè)備中的應(yīng)用提供了良好的條件。 2．單片機(jī)在工業(yè)測(cè)控中的應(yīng)用 用單片機(jī)可以構(gòu)成各種工業(yè)測(cè)控系統(tǒng)、自適應(yīng)控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等。 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 4 第二章 MCS51 單片機(jī)介紹及其設(shè)計(jì) MCS 系列單片機(jī)的應(yīng)用 MCS 系列單片機(jī)應(yīng)用范圍很廣，根據(jù)使用情況大致可分為如下四大類： 1．單片機(jī)在智能儀器儀表中的應(yīng)用 單片機(jī)具有體積小、功耗低、控制功能強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，故可廣泛應(yīng)用于各類儀器儀表中引入單片機(jī)使得儀器儀表數(shù)字化、智能化、微型化，且功能大大提高。由于實(shí)際控制中的需要，所以在 8051 外部分別擴(kuò)展了 8K 的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器與8K 的程序存儲(chǔ)器，由此構(gòu)成了 8051 最小應(yīng)用系統(tǒng)。另一路速度信號(hào)由電磁式速度傳感器檢出，經(jīng)過施密特觸發(fā)器構(gòu)成的整形電路變?yōu)橹芷诿}沖序列，將該信號(hào)接入 8051 內(nèi)部的計(jì)數(shù)器計(jì)得每分鐘的脈沖個(gè)數(shù)，即可得轉(zhuǎn)速信號(hào)。 微機(jī)皮帶秤的總體設(shè)計(jì)框圖如圖 11 所示。 輸煤皮帶在單位時(shí)間內(nèi)輸送的原煤量 Q 為 Q = q v (11) 式中 q——單位長(zhǎng)度皮帶上的原煤質(zhì)量 (Kg/m)； v——皮帶運(yùn)行速度 (m/s)。 電子皮帶秤的結(jié)構(gòu)形式有很多種，目前現(xiàn)場(chǎng)采用較多的是帶微處理器的電子皮帶秤。裝在回程皮帶上的測(cè)速傳感器把皮帶運(yùn)行的速度信號(hào)轉(zhuǎn)換 成脈沖信號(hào) ， 送入運(yùn)算器。在我國(guó)各行各業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用。 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 2 第一章 微機(jī)皮帶秤的總體設(shè)計(jì) 電子皮帶秤是測(cè)量皮帶運(yùn)輸量的設(shè)備。 由荷重傳感器測(cè)出的 壓力 信號(hào)和速度傳感器取得的皮帶速度信號(hào)一并送入單片機(jī)中 ， 兩個(gè)信號(hào)在單片機(jī)內(nèi)按照既定的系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件完成過程測(cè)量計(jì)算和處理 。本設(shè)計(jì)正是基于工礦企業(yè)中物料輸送這一課題，設(shè)計(jì)了一個(gè)用單片機(jī) 8051 進(jìn)行 檢測(cè)和控制的皮帶秤系統(tǒng)。目前研制成功的各式皮帶秤已經(jīng)過多次校驗(yàn)，準(zhǔn)確度均優(yōu)于 ? %，近年來更將這一精度升級(jí)至 ? %，標(biāo)志著我國(guó)微機(jī)皮帶秤系統(tǒng)發(fā)展到一個(gè)新的水平。微型計(jì)算機(jī)是近代重大科技成就之一，它使計(jì)算機(jī)技術(shù)廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)，是科學(xué)技術(shù)現(xiàn)代化的重要標(biāo)志。內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 1 引 言 火力發(fā)電 廠 主要采用煤作燃料 ， 在火力發(fā)電廠的生產(chǎn)成本中燃料費(fèi)用約占 70%以上 ， 因此煤量的檢測(cè)是電廠經(jīng)濟(jì)管理和成本核算的重要參數(shù) ， 現(xiàn)在各電廠都采用電子皮帶秤測(cè)量煤量。 隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和企業(yè)管理水平的提高，在我國(guó)現(xiàn)代物料運(yùn)輸過程中，各種連續(xù)輸送大宗散狀物料的皮帶輸送機(jī)，都廣泛采用了皮帶秤，以作計(jì)量和控制之用， 60 年代我國(guó)由機(jī)械滾輪式皮帶秤發(fā)展到電子式皮帶秤。基于這一科技成果，我國(guó)生產(chǎn)皮帶秤廠家和科研 部門以及使用單位，于1982 年就開始對(duì)微機(jī)應(yīng)用進(jìn)行了研究，將其成功運(yùn)用到了皮帶秤系統(tǒng)中，并取得了良好的成果。 微機(jī)的引入是皮帶秤系統(tǒng)發(fā)展的一大飛躍，其良好的控制性能使其迅速占領(lǐng)了大型工業(yè)領(lǐng)域的物料輸送市場(chǎng)。本設(shè)計(jì)共分為八章，第一章介紹了該微機(jī)皮帶秤的總體設(shè)計(jì)；第二章進(jìn)行了 MCS51 系列單片機(jī)介紹及其設(shè)計(jì)；第三章詳細(xì)介紹了 傳感器選擇及放大整形電路的設(shè)計(jì) ；第四章介紹了硬件電路設(shè)計(jì)；第五章介紹了模擬信號(hào)的采樣保持及 A/D 轉(zhuǎn)換 ； 第六章 D/A 轉(zhuǎn)換及 V/I 轉(zhuǎn)換器的設(shè)計(jì)及選用 ； 第七章系統(tǒng)抗干擾措施 及系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì) 。 通過該設(shè)計(jì)完成了對(duì)皮帶輸送物料流量的實(shí)時(shí) 顯示，并可通過輸出的控制信號(hào)完成對(duì)電動(dòng)閥門的開度控制以調(diào)節(jié)給料量的大小。它由稱量框架傳感器和顯示儀表等組成 ，可以稱出皮帶的瞬時(shí)輸送量 ， 也可以指示皮帶上的累計(jì)輸送量。當(dāng)皮帶輸送物料時(shí) ， 稱量段上的物料重量通過皮帶稱量托輥載臺(tái)作用于稱重傳感器 ， 稱重傳感器將重量轉(zhuǎn)換成電信號(hào) (mv 級(jí) )， 送入運(yùn)算器 ， 經(jīng)過放大、濾波、 A/D 轉(zhuǎn)換變換成數(shù)字信號(hào)。運(yùn)算器將兩路信號(hào)進(jìn)行工程運(yùn)算 ， 從而得出物料的流量并顯示。本設(shè)計(jì)的內(nèi)容即為一個(gè)微機(jī)皮帶秤系統(tǒng)，它主要由稱重傳力機(jī)構(gòu)，荷重傳感器，測(cè)速傳感器，放大整形電路 ， 單片機(jī)控制系統(tǒng)等幾個(gè)部分組成。 從式 (11)可知 ， 只要測(cè)量出單位長(zhǎng)度上的原煤質(zhì)量和皮帶的運(yùn)行速度 ， 就可求得單位時(shí)間內(nèi)輸送的原煤質(zhì)量。 圖 11 總體設(shè)計(jì)框圖 通過圖 11 可知，本設(shè)計(jì)檢測(cè)壓力和速度兩路模擬信號(hào)，具體檢測(cè)重量信號(hào)采用的是電阻應(yīng)變式壓力傳感器，其輸出信號(hào)為毫伏級(jí)，故在接入 A/D 轉(zhuǎn)換器前需要進(jìn)行放大，該信號(hào)通過三運(yùn)放構(gòu)成的精密差動(dòng)放大電路進(jìn)行放大、濾波后，經(jīng) LF398內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 3 采樣 保持器接入 ADC0809 進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換并送入單片機(jī) 8051。這兩路信號(hào)在8051 中進(jìn)行運(yùn)算并得出物料的瞬時(shí)流量信號(hào)，通過 8255 芯片擴(kuò)展的顯示器可完成實(shí)時(shí)顯示。該系統(tǒng)還配有一路控制信號(hào)的輸出端口，即通過 D/A 轉(zhuǎn)換器輸出一路模擬電壓控制信號(hào)，考慮到電壓信號(hào)不利于遠(yuǎn)距離傳輸并且多數(shù)電動(dòng)閥門的控制信 號(hào)是電流信號(hào)，所以本設(shè)計(jì)還配有一個(gè) V/I 轉(zhuǎn)換器以將控制信號(hào)轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)的 4~20mA 電流信號(hào)。例如，精密數(shù)字溫度計(jì)、智能電度表、智能流速儀、微機(jī)多功能 PH 測(cè)試儀等等，本設(shè)計(jì)正是 單片機(jī)在智能儀器儀表中的應(yīng)用。例如，MCS51 單片機(jī)控制電鍍生產(chǎn)線、溫室人工氣候控制、報(bào)警系統(tǒng)控制、 IBMPC/XT 和單片機(jī)組成的二級(jí)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)等。例如， MCS51 系列單片機(jī)控制的串行自動(dòng)呼叫應(yīng)答系統(tǒng)、列車無線通信系統(tǒng)和無線遙控系統(tǒng)等。 MCS51 系列單片機(jī)概述 所謂單片機(jī)，即把組成微型計(jì)算機(jī)的各個(gè)功能部件，如中央處理器 CPU、隨機(jī)存儲(chǔ)器 RAM、只讀存儲(chǔ)器 ROM、輸入 /輸出接口電路、定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器以及串行通信接口等集成在一塊芯片中，構(gòu)成一個(gè)完整的微型計(jì)算機(jī)。 MCS51 系列單片機(jī)包括基本型、增加內(nèi)存單元型、低功耗型、 A/D 型、高級(jí)語(yǔ)言型、可編程技術(shù)陣列（ PCA）型、 DMA 型以及多并行口型等幾種類型。 MCS51 單片機(jī)結(jié)構(gòu)和原理分析 MCS51 單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu) MCS51 的典型產(chǎn)品有： 803 805 8751。圖 21 所示為 MCS51 單片機(jī)的基本結(jié)構(gòu)，它有 8 個(gè)部件組成，即中央處理器（ CPU）、片內(nèi)數(shù)據(jù)處理器（ RAM）、片內(nèi)程序存儲(chǔ)器（ ROM/EPROM）、輸入 /輸出接口（ I/O口，分為 P0 口、 P1 口、 P2 口、 P3 口）、可編程串行口、定時(shí) /計(jì)數(shù)器、中斷系統(tǒng)及特殊功能寄存器（ SFR）。 圖 21 MCS51 單片機(jī)的基本結(jié)構(gòu) 單片機(jī)內(nèi)部最核心的部分是 CPU，它是單片機(jī)的大腦和心臟。圖 22 為 MCS51 單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖。 Vss（ 20 腳）：接地端。 2．時(shí)鐘電路引腳 XTAL1 和 XTAL2 XTAL1（ 19 腳）：接外部晶體一端。 XTAL2（ 18 腳）：接外部晶體的另一端，在片內(nèi)它是振蕩器反相放大器的輸出。 3．控制信號(hào)引腳 ALE、 PSEN 、 EA 和 RST ALE/ PROG (ADDRESS LATCH ENABLE/PROGRAMMING， 30 腳 )：地址鎖存允許信號(hào)輸出端。即使不訪問外部設(shè)備，內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 7 ALE 端仍周期性地以時(shí)鐘振蕩頻率的 1/6 的固定頻率 向外輸出正脈沖信號(hào)。 圖 23 MSC51 系列單片機(jī)引腳圖 此引腳的第二功能 PROG 是對(duì)片內(nèi)帶有 4K 字節(jié) EPROM 的 8751 固化程序時(shí)，作為編程脈沖輸入端。是片外程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)，低電平有效。但在訪問片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，至少產(chǎn)生兩次 PSEN 負(fù)脈沖信號(hào)。當(dāng) EA 為高電平時(shí)， CPU執(zhí)行片內(nèi)程序存儲(chǔ)器指令，但當(dāng) PC 中的值超過 0FFFH 時(shí)，將自動(dòng)轉(zhuǎn)向執(zhí)行片外程序存儲(chǔ)器指令。 EA 在 8751 中，當(dāng)對(duì)片內(nèi) EPROM 編程時(shí)，該端接 21V的編程電壓。高電平有效，在此輸入端保持兩個(gè)機(jī)器周期的高電平后，就可以完成復(fù)位操作。 復(fù)位以后， P0~P3 口均為高電平， SP 指針重新賦值為 07H， PC 被賦值為 0000H。 表 21 MCS51 單片機(jī)復(fù)位后各內(nèi)部寄存器的狀態(tài) 最常見的復(fù)位電路如圖 24 所示。當(dāng)采用 6MHz 時(shí)鐘時(shí)， CR取 22? F、 R1取 200? 、 R2取 1k? 便能可靠地上電復(fù)位及手動(dòng)復(fù)位。當(dāng) P0 口作為普通輸入口使用時(shí)，應(yīng)先向鎖存器寫 “1”。P1 口的每一位能驅(qū)動(dòng) 4 個(gè) LSTTL負(fù)載， P1 口作為輸入口使用時(shí)，應(yīng)先向鎖存器寫 “1”。 P2 口的每一位也能驅(qū)動(dòng) 4 個(gè) LSTTL 負(fù)載。 P3 口（ ~， 10~17 腳）： P3 口也是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位準(zhǔn)雙向 I/O內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 9 口， P3 口除了作為一般準(zhǔn)雙向口使用外，每個(gè)引腳還有下列特殊功能： RXD(串行輸入口 ) TXD(串行輸出口 ) INT0 (外部中斷 0 輸入 口 ) INT1 (外部中斷 1 輸入口 ) T0(定時(shí)器 0 外部輸入口 ) T1(定時(shí)器 1 外部輸入口 ) WR (寫選通輸出口 ) RD (讀選通輸出口 ) 單片機(jī)的時(shí)序電路 1． MCS51 內(nèi)部時(shí)鐘電路 MCS51 內(nèi)部有一個(gè)用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器，引腳 XTAL1 和XTAL2 分別是此放大器的輸入和輸出端。 (a)振蕩電路 (b)外接時(shí)鐘源 圖 25 振蕩電路及外接時(shí)鐘 圖 25 中 (a)圖為 MCS51 的振蕩電路，當(dāng)外接晶振時(shí)， C1和 C2值通常選擇 30PF；在設(shè)計(jì)印刷電路板時(shí)，晶振和電容應(yīng)盡可能安裝在單片機(jī)芯片附近，以減少寄生電容，保證振蕩器穩(wěn)定和可靠工作。 C C2對(duì)頻率有微調(diào)作用，振蕩頻率范圍是 ~12MHz。由于 XTAL2 端的邏輯電平不是 TTL 的，故應(yīng)外接一