【正文】 mAU ? ?1 .1 2 2 7 80 .8 ~ 0 .9? ? ? 480 ~ 540V? 選擇 MY31560/1 型壓敏電阻 3 個(gè)，其額定電壓為 560V，通流容量 1Ka。 湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 第四章 控制電路設(shè)計(jì) 單片機(jī)控制線路 單片機(jī)控制線路主要由單片機(jī) STC89C51RC、地址鎖存器 74LS373， A/D 變換器ADC0809 所組成。 STC89C51RC 單片機(jī)內(nèi)帶 8K E2PROM，不用另外擴(kuò)展外 ROM，接線簡(jiǎn)潔，程序可加密，價(jià)格便宜。 圖 是單片機(jī)控制電路原理圖。 面板上的電位器 W：電壓信號(hào) W2與速度傳感器 W3，經(jīng) ADC0809 轉(zhuǎn)換變成 8 位數(shù)字量后，分別作為速度的給定值與反饋值輸入單片機(jī)。經(jīng)單片機(jī)軟件 PID 調(diào)節(jié)處理后，從 P0口輸出移相控制電壓數(shù)字量，由 DAC0832 轉(zhuǎn)換成控制電壓模擬量，在通過由運(yùn)放4558 組成的反相器輸入到硬件觸發(fā)板上。調(diào)節(jié)反相器中的可調(diào)電位器 W1，可以擴(kuò)大控制電壓的范圍，改善電壓變 化率。通過改變外部的電位器 W4和 W W6，將軟件 PID調(diào)節(jié)比例系數(shù)和積分系數(shù)都設(shè)置成為可調(diào)的，以適應(yīng)不同對(duì)象參數(shù)的分散性，提高裝置的適應(yīng)范圍。 ～ ～ CS 0D 7D～ 1AD測(cè) 速 部 分整 形脈沖封鎖LS138CS8AD ～ 12AD0D ～ 7D0AD ～ 7ADOEWE LS373EPROM(2764)CSOEWERAM(6264)CS 0D7D 0AD7ADWRRDAPBPCP0HS I5AC H4ACH0HS O5SH O ～EX IN T4P3PALERDWR測(cè) 速 脈 沖DIP40 圖 單片機(jī)控制電路原理圖 湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 單片機(jī) STC89C51RC 的組成及引腳 宏晶科技公司 生產(chǎn)的 STC89C51RC 單片機(jī) ，其內(nèi)部資源主要有： ? 8 位 CPU ? 4KB/8KB/16KB/32KB/64KB 字節(jié)掩膜 ROM 程序存儲(chǔ)器 ? 512 或 1280 字節(jié)內(nèi)部 RAM 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 ? 3 個(gè) 16 位的定時(shí)器 /計(jì) 數(shù)器 ? 1 個(gè)全雙工的異步串行口 ? 6 個(gè)中斷源兩級(jí)中斷優(yōu)先級(jí)的中斷控制器 時(shí)鐘電路，外接晶振和電容可產(chǎn)生 ～ 12MHz 的時(shí)鐘頻率 單片機(jī)的引腳 如圖 所示。 1234567891 01 11 21 31 41 51 61 71 84 03 93 83 73 63 53 43 33 23 13 02 92 82 72 62 52 42 32 22 11 92 0T 2 / P 1 . 0T 2 E X / P 1 . 1P 1 . 2P 1 . 3P 1 . 4P 1 . 5P 1 . 6P 1 . 7R S TR X D / P 3 . 0T X D / P 3 . 1/ P 3 . 2/ P 3 . 3T 0 / P 3 . 4T 1 / P 3 . 5/ P 3 . 6/ P 3 . 7X T A L 2X T A L 1V S SV C CP 0 . 0 / A D 0P 0 . 1 / A D 1P 0 . 2 / A D 2P 0 . 3 / A D 3P 0 . 4 / A D 4P 0 . 5 / A D 5P 0 . 6 / A D 6P 0 . 7 / A D 7E AA L E / P R O GP S E NP 2 . 7 / A 1 5P 2 . 6 / A 1 4P 2 . 5 / A 1 3P 2 . 4 / A 1 2P 2 . 3 / A 1 1P 2 . 2 / A 1 0P 2 . 1 / A 9P 2 . 0 / A 8DIP40 圖 DIP40 單片機(jī)的引腳圖 包括三大部分的引腳：電源及時(shí)鐘引腳，控制引腳，輸入 /輸出引腳，總共是 40 個(gè)引腳。其中 P0、 P P P3四個(gè) I/O 口，通過這四個(gè)口使單片機(jī)與外部交換信息，達(dá)到采集、處理、控制等各項(xiàng)工作。 1． 電源及時(shí)鐘引腳 此部分引腳包括電源引腳 VCC、 VSS及時(shí)鐘引 腳 XTAL XTAL2。 電源引腳接入單片機(jī)的工作電源。 湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 VCC (40 腳 ) ：接 +5 電源。 VSS（ 20 腳 )：接地。 時(shí)鐘引腳（ 1 19 腳）：外接晶體與片內(nèi)的反相放大器構(gòu)成一個(gè)震蕩器，它提供單片機(jī)的時(shí)鐘控制信號(hào)。時(shí)鐘引腳也可以外接晶體震蕩器。 XTAL1 (19 腳 )：接外部晶體的一個(gè)引腳。在單片機(jī)內(nèi)部，它是一個(gè)反向放大器的輸入端。當(dāng)采用外接晶體振蕩器時(shí)，此引腳應(yīng)接地。 XTAL2（ 18 腳 ):接外部晶體的另一端，在單片機(jī)內(nèi)部接至反相放大器的輸出端。若采用外部振蕩器時(shí)，該引腳接收振蕩器的信號(hào)，即把此信號(hào) 直接接到內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端。 2. 控制引腳 控制引腳包括 RESET(即 RST)、 ALE、 PSEN 、 EA 等。此類引腳提供控制信號(hào)，有些引腳具有復(fù)用功能。 （ 1） RST/VPD（ 9 腳）：當(dāng)震蕩器運(yùn)行時(shí)，在此引腳加上兩個(gè)機(jī)器時(shí)鐘周期的高電平將使單片機(jī)復(fù)位（ RST）。復(fù)位后應(yīng)使此引腳電平為≤ 的低電平，以保證單片機(jī)的正常工作。 （ 2） ALE/PROG （ 30 腳）：當(dāng)單片機(jī)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)， ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖的下降沿用于鎖存 16 位地址的低 8 位。即使不訪問外部存儲(chǔ)器， ALE 端仍有周期性正脈沖輸出，起頻率為振蕩器頻率的 1/6。但是，每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，在兩個(gè)機(jī)器周期中 ALE 只出現(xiàn)一次，即丟失一個(gè) ALE 脈沖。 ALE 端可以驅(qū)動(dòng) 8 個(gè) TTL負(fù)載。對(duì)于片內(nèi)具有 EPROM 型的單片機(jī) 8751，在 EPROM 編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖 PROG 。 （ 3） PSEN（ 29 腳）：此輸出為單片機(jī)內(nèi)訪問外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)。在從外部存儲(chǔ)器取指令（或常數(shù)）期間，每個(gè)機(jī)器周期 PSEN 兩次有效。但在此期間，每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的 PSEN 信號(hào)將不出現(xiàn)。 PSEN 同樣可以驅(qū)動(dòng) 8 個(gè)TTL 負(fù)載。 （ 4） EA/ PPV （ 31 腳）：當(dāng) EA 保持高電平時(shí)，單片機(jī)訪問的是內(nèi)部程序寄存器（對(duì)805 8751 來說），但當(dāng) PC（程序記數(shù)器）值超過某值（如 8751 內(nèi)部含有 4KB EPROM。值為 0FFFH）時(shí)，將自動(dòng)轉(zhuǎn)向執(zhí)行外部程序存儲(chǔ)器內(nèi)的程序。當(dāng) EA 為低電平時(shí)，則不管是否有內(nèi)部程序寄存器而只訪問外部程序寄存器。對(duì) 8031 來說，因其無內(nèi)部程序存儲(chǔ)器，所以該引腳必須接地，即此時(shí)只能訪問外部程序存儲(chǔ)器。對(duì)于片內(nèi)有 EPROM 型單片機(jī)，在 EPROM 編程期間，此引腳用于施加編程電壓 Vpp。 3. 輸入 /輸出引腳 輸入 /輸出（ I/O）口引腳包 括 P0口、 P1口、 P3口、 P4口。 湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 （ 1） P0口（ ～ ）：為雙向 8 位的三態(tài) I/O 口，當(dāng)作為 I/O 口使用時(shí)，可直接連接外部 I/O 設(shè)備。它是地址總線低 8 位及數(shù)據(jù)總線分時(shí)復(fù)用口，可驅(qū)動(dòng) 8 個(gè) TTL 負(fù)載。以便作為擴(kuò)展時(shí)地址 /數(shù)據(jù)總線口使用。 （ 2） P1口（ ～ ）：為 8 位準(zhǔn)雙向 I/O 口，它的每一位都可以分別定義為輸入線或輸出線（作為輸入時(shí)，口鎖存器必須置 1），可驅(qū)動(dòng) 4 個(gè) TTL 負(fù)載。 （ 3） P2口（ ～ ）：為 8 位準(zhǔn)雙向 I/O 口，當(dāng)作 I/O 口使用時(shí)，可直接連接外部 I/O 設(shè)備。它是與 地址總線高 8 位復(fù)用，可驅(qū)動(dòng) 4 個(gè) TTL 負(fù)載，一般作為擴(kuò)展時(shí)地址總線高 8 位使用。 （ 4） P3口（ ～ ）：為 8 位準(zhǔn)雙向 I/O 口，是雙功能復(fù)用口，可驅(qū)動(dòng) 4 個(gè) TTL負(fù)載。 A/D 芯片 ADC0809 及其工作原理 在單片機(jī)的實(shí)時(shí)控制和智能儀器儀表等應(yīng)用系統(tǒng)中，被控制或被測(cè)量對(duì)象的有關(guān)參數(shù)往往是一些連續(xù)變化的模擬量，如溫度、壓力、流量、速度等等。這些模擬量必須轉(zhuǎn)換成數(shù)字量才能輸入到計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理。實(shí)現(xiàn)模擬量向數(shù)字量的轉(zhuǎn)換的器件就稱為 A/D轉(zhuǎn)換器，常用的 A/D 轉(zhuǎn)換器有 ADC0809,MC14433,本文采用常見的 ADC0809。 ADC0809 是一種逐次比較法的 A/D 芯片，它是通過最高位至最低位的逐次檢測(cè)來逐步逼近被轉(zhuǎn)換的輸入電壓，整個(gè)過程是個(gè)“試探”的過程。它是以 D/A 轉(zhuǎn)換為基礎(chǔ)，加上比較器、 N 位逐次逼近寄存器和控制邏輯電路組成。 在 啟動(dòng)信號(hào)控制下，控制邏輯電路置 N 位寄存器的最高位為 1，其余為 0，經(jīng)過 D/A 轉(zhuǎn)換后得到一個(gè)占一半量程的電壓 Vs，比較器將此電壓與模擬輸入量 VX 相比較，若 Vs≤ VX，則保留最高位為 1，否則置最高位為零；依次從寄存器的最高位起重復(fù)上述過程，得出最后的數(shù)字量。轉(zhuǎn)換的速度由時(shí)鐘頻率 決定，可以設(shè)計(jì)成較高的轉(zhuǎn)換速度，一般在幾微秒到上百微秒之間 。 其ADC0809 原理圖 和引腳圖 如下圖 （ a）和圖 （ b） 所示。 XFER8 位數(shù) 據(jù)存 儲(chǔ) 器8 位D A C寄 存 器8 位D / A轉(zhuǎn) 換 器輸 入 數(shù) 據(jù) 0D 7D ～CSILE 1WR 1WR 2LERE FV 1OUTI2OUTI fbRAGNDCCVDG ND 圖 （ a） ADC0809 的原理結(jié)構(gòu)圖 湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 210221232243254265276287EOC8ABCALE12OE13START14CLOCK15IN016IN117IN218IN319IN420IN521IN622IN723VCC24GND25U?ADC0809 圖 （ b） ADC0809 引腳圖 ADC0809 的引腳功能如下： ●IN0~IN7： 8 路模擬量輸入線； ●21~28： 8 位三態(tài)數(shù)據(jù)輸出線，常用 D7~D0表示 ； ● A、 B、 C： 模擬通道選擇輸入線； ● ALE：通道鎖存控制信號(hào)線，正跳變可鎖存信息； ● CLOCK：轉(zhuǎn)換時(shí)鐘輸入線，頻率范圍是 10~1200kHz，一般取 640Hz（轉(zhuǎn)換速度為 100μ s）； ● START：?jiǎn)?dòng)轉(zhuǎn)換控制信號(hào)輸入線，上升沿清除寄存器，下降沿啟動(dòng)轉(zhuǎn)換； ● EOC：轉(zhuǎn)換結(jié)束輸出信號(hào)，輸出為寬為 8 的 CLK 周期的正脈沖； ● OE：輸出允許控制信號(hào)輸出線，為高電平時(shí)把轉(zhuǎn)換結(jié)果送數(shù)據(jù)線； ● Vcc：主電源 +5V； ● GND：數(shù)字地； 單片機(jī)的幾個(gè)外圍電路 時(shí)鐘電路 時(shí)鐘電路是單片機(jī)的 心臟，它控制著計(jì)算機(jī)的工作節(jié)奏 。單片機(jī)的時(shí)鐘產(chǎn)生方法有兩種，內(nèi)部時(shí)鐘方式和外部時(shí)鐘方式，在這里我們采用的是內(nèi)部時(shí)鐘方式。 MCS51 最常用的內(nèi)部時(shí)鐘電路是采用外接晶體（陶瓷震蕩器的頻率定性不高）和電容組成的并聯(lián)諧振回路， STC89C51RC 單片機(jī)允許的震蕩晶體可在 ～ 24MHzR 8 R 湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 18 之間選擇，一般取 。兩個(gè)的電容的選擇對(duì)震蕩頻率輸出的穩(wěn)定性、大小及震蕩電路的起振速度有少許影響，其取值可在 20pF～ 100pF 之間選擇，一般當(dāng)外接晶體時(shí)典型值為 30pF，外接陶瓷諧振器時(shí)典型取值為 47pF。圖 為時(shí)鐘電路 Y16 M H zC13 0 P FC23 0 P FX T A L 1X T A L 2 圖 時(shí)鐘電路 復(fù)位電路 計(jì)算機(jī)在啟動(dòng)運(yùn)行時(shí)都需要復(fù)位，是中央處理器 CPU 和系統(tǒng)中的其他部件都處于一個(gè)確定的初始狀態(tài)，并從這個(gè)狀態(tài)開始工作。 單片機(jī)的復(fù)位都是靠外部電路來實(shí)現(xiàn)的， STC89C51RC 有一個(gè)復(fù)位引腳 RST，高電平有效，要使單片機(jī)復(fù)位，只要讓 RST 保持兩個(gè)機(jī)器周期的高電平， STC89C51RC 便保持復(fù)位， RST 變成低電平后，退出復(fù)位狀態(tài)。圖 為復(fù)位電路 2 0 0R 2 31kR 2 4S12 2 p FC3+ 5 VR S