自動加料機控制機系統(tǒng)

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1、桂林電子科技大學畢業(yè)設計（論文）報告用紙 第1頁 共46頁 引言 在現(xiàn)代科學技術的許多領域中，自動控制技術起這愈來愈重要的作用，并且，隨著 生產(chǎn)和科學技術的發(fā)展，自動化水平也越來越高。自動控制利用控制裝置使被控對象的 某個參數(shù)自動的按照預定的規(guī)律運行。 本設計的自動加料機控制系統(tǒng)就是采用自動控制 技術來實現(xiàn)功能的，這樣就大大提高了工作的效率，整個過程又快又穩(wěn)。目前我國自動 化技術應用還比較落后自20世紀80年代實行改革開放以來，自動化技術在我國的應用 已取得相當成績，為我國國民經(jīng)濟建設和發(fā)展做出了很大的貢獻。 但是，與國際同行業(yè)相 比,我國的自動化水平現(xiàn)時還處于比較稚嫩和脆弱時期 ，

2、運用自動化技術改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè) 基本上還處于起步階段，工業(yè)化還處于發(fā)展的中期階段，工業(yè)自動化水平與世界發(fā)達國 家相比還存有較大差距。因此,國家提出了在本世紀頭20年經(jīng)濟建設和改革的主要任務 是基本實現(xiàn)工業(yè)化，大力推進信息化，并進一步提出信息化是我國加快實現(xiàn)工業(yè)化和現(xiàn) 代化的必然選擇。 桂林電子科技大學畢業(yè)設計（論文）報告用紙 第#頁 共46頁 1課題的研究背景與前景 自動化技術是國家現(xiàn)代化的標志，作用突出自動化技術的作用體現(xiàn)在，它面向整個 工業(yè)領域,是連接傳統(tǒng)與現(xiàn)代工業(yè)的紐帶，是把現(xiàn)代管理技術、信息技術轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實生產(chǎn) 力的關鍵性手段。在礦山、石油、建材、化工、制藥、輕工、電力、汽車制造

3、業(yè)以及軍 工等行業(yè)，生產(chǎn)效率的提高無不依賴于控制技術自動化水平的提高。近十幾年我國國民 經(jīng)濟GDP長期保持7%以上的增長率,近兩年我國汽車工業(yè)保持 15%以上的增長率,其 原因之一就是源于自動化生產(chǎn)線的普及與提高 ，是自動化技術在起主導和支撐作用。特 別是自第二次工業(yè)革命以來，電氣及對電氣的控制技術已成為人們生產(chǎn)、生活乃至生存 所必需的一種技術支持，無論是在對大中型企業(yè)傳統(tǒng)工業(yè)技術的技術改造 ，還是對高新 技術產(chǎn)業(yè)高效節(jié)能的發(fā)揮，均起到了至關重要的作用，它已成為當今諸多高新技術系統(tǒng) 中不可缺少的關鍵技術之一，其應用領域幾乎涉及到各個工業(yè)部門，其地位的重要性，已 經(jīng)或正在對諸如一個國家工業(yè)的發(fā)

4、展，一個企業(yè)參加國際大家庭的激烈競爭 ，乃至對國 家國防軍力的強大與現(xiàn)代化程度等中日益凸現(xiàn)出來。 桂林電子科技大學畢業(yè)設計（論文）報告用紙 第9頁 共46頁 2方案論證 2.1單片機的選擇 單片機又稱單片微控制器，它是把一個計算機系統(tǒng)集成到一個芯片上，概括的講： 一塊芯片就成了一臺計算機。單片機技術是計算機技術的一個分支 ，是簡易機器人的核 心組件。1997年,由ATMEL公司挪威設計中心的 A先生與V先生利用ATMEL公司的 Flash新技術,共同研發(fā)出RISC精簡指令集的高速8位單片機，簡稱AVR。AVR單片 機的優(yōu)勢特征：單片機已廣泛地應用于軍事、工業(yè)、家用電器、智慧玩具、

5、便攜式智能 儀表和機器人制作等領域，使產(chǎn)品功能、精度和質(zhì)量大幅度提升，且電路簡單，故障率 低，可靠性高，成本低廉。單片機種類很多，在簡易機器人制作和創(chuàng)新中，為什么選用 AVR單片機呢？ （1） 簡便易學，費用低廉 首先，對于非專業(yè)人員來說，選擇 AVR單片機的最主要原因，是進入 AVR單片機 開發(fā)的門坎非常低，只要會操作計算機就可以學習 AVR單片機的開發(fā)。單片機初學者 只需一條ISP下載線，把編輯、調(diào)試通過的軟件程序直接在線寫入 AVR單片機，即可 以開發(fā)AVR單片機系列中的各種封裝的器件。 AVR單片機因此在業(yè)界號稱“一線打天 下”。 其次，AVR單片機便于升級。AVR程序?qū)懭胧?/p>

6、直接在電路板上進行程序修改、燒 錄等操作，這樣便于產(chǎn)品升級。 再次，AVR單片機費用低廉。學習AVR單片機可使用ISP在線下載編程方式（即把 PC機上編譯好的程序?qū)懙絾纹瑱C的程序內(nèi)存中），不需購買仿真器、編程器、擦抹器和 芯片適配器等，即可進行所有 AVR單片機的開發(fā)應用，這可節(jié)省很多開發(fā)費用。程序 內(nèi)存擦寫可達10000次以上，不會產(chǎn)生報廢品。 （2） 高速、低耗、保密 首先，AVR單片機是高速嵌入式單片機：1、AVR單片機具有預取指令功能，即在 執(zhí)行一條指令時，預先把下一條指令取進來，使得指令可以在一個時鐘周期內(nèi)執(zhí)行。 2、 多累加器型，數(shù)據(jù)處理速度快。AVR單片機具有32個通用工

7、作寄存器，相當于有 32 條立交橋，可以快速通行。3、中斷響應速度快。AVR單片機有多個固定中斷向量入口 地址，可快速響應中斷。其次，AVR單片機耗能低。對于典型功耗情況， WDT關閉時 為100nA，更適用于電池供電的應用設備。有的器件最低 1.8V即可工作。再次，AVR 單片機保密性能好。它具有不可破解的位加密鎖Lock Bit技術，保密位單元深藏于芯片 內(nèi)部，無法用電子顯微鏡看到。 （3） I/O 口功能強，具有A/D轉(zhuǎn)換等電路 AVR單片機的I/O 口是真正的I/O 口，能正確反映I/O 口輸入/輸出的真實情況。 工業(yè)級產(chǎn)品，具有大電流（灌電流）10?40mA,可直接驅(qū)動可控硅

8、 SCR或繼電器，節(jié)省 了外圍驅(qū)動器件。AVR單片機內(nèi)帶模擬比較器，I/O 口可用作A/D轉(zhuǎn)換，可組成廉價的 A/D轉(zhuǎn)換器。ATmega48/8/16等器件具有8路10位A/D。部分AVR單片機可組成零外 設組件單片機系統(tǒng)，使該類單片機無外加元器件即可工作，簡單方便，成本又低。 AVR 單片機可重設啟動復位，以提高單片機工作的可靠性。有看門狗定時器實行安全保護，可 防止程序走亂（飛）,提高了產(chǎn)品的抗干擾能力。 （4）有功能強大的定時器/計數(shù)器及通訊接口 定時/計數(shù)器T/C有8位和16位,可用作比較器。計數(shù)器外部中斷和 PWM（也可用 作D/A）用于控制輸出，某些型號的AVR單片機有3?

9、4個PWM ,是作電機無級調(diào)速的 理想器件。 AVR單片機有串行異步通訊 UART接口 ,不占用定時器和SPI同步傳輸功能,因其 具有高速特性，故可以工作在一般標準整數(shù)頻率下 ，而波特率可達576K。電熱水器水溫 自動調(diào)節(jié)器以AT89C2051單片機為核心，由溫度測定電路、溫度設定電路、單片機。 設定溫度顯示電路、控制信號隔離輸出電路等幾部分組成。 2.2物位傳感器的選擇 物位是指貯存容器或工業(yè)生產(chǎn)設備里的液體、 粉粒壯固體、氣體之間的分接口位置， 也可以是互不相溶的兩種液體間由于密度不等而形成的接口位置。 根據(jù)具體用途分為液 位、料位、界位傳感器或變送器。物位不僅是物料耗量或產(chǎn)量計

10、量的參數(shù)，也是保證連 續(xù)生產(chǎn)和設備安全的重要參數(shù)。特別是在現(xiàn)代工業(yè)中，生產(chǎn)規(guī)模大，速度高，且常有高 溫、高壓、強腐蝕性或易燃易爆物料，對于物位的監(jiān)視和自動控制更是至關重要。 物位測量可用于計算物料儲量。對于粉粒體，必須考慮到顆粒間有空隙，應區(qū)分密 度和容重。密度是指不含空隙的物料每單位體積的質(zhì)量，即通常的質(zhì)量密度 ，如果乘 以重力加速度g,就成為重力密度r，簡稱為重度。容重是包含空隙在內(nèi)的每單位體積 的重量v，也就是視在重度或宏觀重度，它總要比顆粒物質(zhì)本身的重度小，其差額決定 于空隙率。而空隙率又取決與許多因素。例如顆粒形狀、尺寸的一致程度、是否受外力 壓實、是否經(jīng)受過振動、有無黏結性等，

11、所以粉粒體物料的體積儲量和質(zhì)量儲量之間不 易精確換算，這是需要注意的。 2.3電容式物位傳感器 利用物料介電常數(shù)恒定時極間電容正比與物位的原理，可構成電容式物位傳感器。 根據(jù)電機的結構可將容式物位傳感器分為三中： （1） 適用與導電容器中的絕緣性物料，且容器為立式圓筒形，器壁為一極，沿軸線 插入金屬棒為另一極，其間構成的電容C與物位成比例。也可懸掛帶重錘的軟導線作為 電機。 （2） 適用與非金屬容器，或雖為金屬容器但非立式圓筒形，物料為絕緣性的。這時 在棒壯電極周圍用絕緣支架套裝金屬筒，筒上下開口，或整體上均勻分布多個孔，使內(nèi) 外物位相同。中央圓棒和與之同軸的套筒構成兩個電極，其間電

12、容和容器形狀無關，只 取決于物位。所以這種電極只用于液位，粉粒體容易滯留在極間。 （3）用于導電性物料，起外形和（1） 一樣，但中央圓棒電極上包有絕緣材料，電 容是由絕緣材料的介電常數(shù)和物位決定的， 與物料的介電常數(shù)無關，導電物料使筒壁與 中央電極間的距離縮短為絕緣層的厚度，物位升降相當于電極面積改變。 電容式物位傳感器無可動部件，與物料密度無關，但應注意物料中含水分時將對測 量結果影響很大，并且要求物料的介電常數(shù)與空氣介電常數(shù)差別大，需用高頻電路。所 以不予采用。通過以上幾種測溫元件的分析、比較，可以知道，熱電偶溫度計可以應用 在比較高的溫度下進行測量，如它可以測量在1100C以上的溫

13、度，而電阻式溫度計相對 來說，它主要于-200?+500r的溫度范圍內(nèi)獲得較廣泛的運用。對于電熱水器溫度的測 量，傳統(tǒng)的熱電偶、熱電阻、熱敏電阻及半導體溫度傳感器需要配溫度變送器，以獲得 標準的模擬量（電壓或電流）輸出信號。使用時還需配上二次儀表，才能完成溫度測量 及控制功能。其主要缺點是外圍電路比較復雜、測量精度不是很高、分辨力不高、需進 行溫度校準（例如非線性校準、溫度補償、傳感器標定等） ，另外，它們的體積較大， 使用也不夠方便。用在熱水器（溫度）監(jiān)測中，實在不理想。因為，在熱水器溫度測量中， 涉及到信號的傳輸，傳感器的響應速度應該較快，在這一點上，集成溫度傳感器稍微可 以滿足，它的響

14、應速度快、傳輸距離也可以比較遠，適合中遠距離測溫、控溫，不需進 行非線性校準。但是模擬集成溫度傳感器功能單一（僅限于溫度測量） 、在電熱水器溫 度測量中，要對水膽內(nèi)的溫度進行實時監(jiān)控，而且由于熱水器的用途所限，一般都用于 洗澡，溫度不宜過高，以免由于人的疏忽導致設定溫度過高而燙傷人，最好是能在傳感 器的存儲器內(nèi)設置溫度上限，當溫度越限時，單片機發(fā)出警報并自動跳到 20度使實際 水溫高于設定水溫而使繼電器常開觸頭斷開而使電熱絲斷電， 從而可消除由于人為疏忽 而導致的安全隱患。而模擬溫度傳感器不具備這一功能。智能溫度傳感器則具備這一功 能，其主要優(yōu)點是采用數(shù)字化技術，能以數(shù)字形式直接輸出被測

15、溫度值，具有測溫誤差 小、分辨力高、抗干擾能力強、能夠遠程傳輸數(shù)據(jù)、用戶可設定溫度上、下限、有越限 自動報警功能、適配各種微控制器（含微處理器和單片機） 。因此，經(jīng)過論證，決定選 用智能溫度傳感器，并選用具有代表性的 DS18B20作為測溫元件。 2.4阻力式料位傳感器 阻力式料位傳感器是指物料對機械運動所呈現(xiàn)的阻擋力。 粉末顆粒狀物料比液態(tài)物 質(zhì)流動性差，對運動物體有明顯的阻力，利用這一特點可構成各種料位傳感器。 （1）重錘探索法：在容器頂部安裝由脈沖分配器控制的步進電機，此電機正轉(zhuǎn)時緩 緩釋放懸有重錘的鋼索。重錘下降到與料面接觸后，鋼索受到的合力突然減小，促使力 傳感器發(fā)出脈沖。

16、此脈沖改變門電路的狀態(tài)，使步進電機改變轉(zhuǎn)向重錘提升，同時開始 脈沖計數(shù)。待重錘升至頂部觸及行程開關，步進電機停止轉(zhuǎn)動，同時計數(shù)器也停止計數(shù) 并顯示料位（料位值即容器全高減去重錘行程之差）。顯示值一直保持到下次探索后刷 新為另一值。開始探索的觸發(fā)信號可由定時電路周期性地供給，也可以人為地啟動。不 進行探索時，重錘保持在容器頂部，以免物料將重錘淹埋。萬一重錘被物位埋沒，排放 物料時產(chǎn)生的強大拉力就可能拉斷鋼索報警措施及出料過濾柵。 但這種方法運用了邏輯電路和數(shù)字技術， 可連續(xù)測量料位值并輸出數(shù)字量， 是數(shù)字 傳感器，但其采樣是周期性的，對時間而言不連續(xù)，此設計不予采用。 （2） 旋槳或推板法

17、：這是一種位式傳感器，或稱料位開關。在容器壁的某一高度處 裝小功率電動機，其軸伸入容器內(nèi)，末端帶有槳狀葉片。葉片不接觸物料時，自由旋轉(zhuǎn) 的空載狀態(tài)下電動機的電流很小，一旦料位上升到與葉片接觸，轉(zhuǎn)動阻力增加，甚至成 堵轉(zhuǎn)狀態(tài)，電流顯著加大。根據(jù)電流的大小使繼電器的接點動作，發(fā)出料位報警或位式 控制信號。如電機軸經(jīng)過曲柄連桿機構變?yōu)橥鶑瓦\動， 則可帶動活塞或平板在容器中做 推拉動作，即成推板法。旋槳法或推板法不一定都是靠電機電流的大小時繼電器接點動 作，也可以利用離合器或連桿上的傳動機構，在葉片或推板負載增大時改變電接點的通 斷狀態(tài)。所用電動機應能在長時間堵轉(zhuǎn)狀態(tài)下， 或離合器打滑狀態(tài)下，不致過熱

18、而損壞。 這類原理構成的料位開關，只能安裝在容器壁上，安裝高度取決于動作所對應的料 位值。應用不那么廣泛，所以次設計也不予采用。 （3） 音叉法：根據(jù)物料對振動中的音叉有無阻力探知料位是否到達或超過某高度， 并發(fā)出通斷信號，這種原理不需要大幅度的機械運動，驅(qū)動功率小，機械結構簡單、靈 敏而可靠。 音叉由彈性良好的金屬制成，本身具有確定的固有頻率，如外加交變力的頻率與其 固有頻率一致，則叉體處于共振狀態(tài)。由于周圍空氣對振動的阻尼微弱，金屬內(nèi)部的能 量損耗又很少，所以只需微小的驅(qū)動功率就能維持較強的振動。 當粉粒體物料觸及叉體 之后，能量消耗在物料顆粒間的摩擦上，迫使振幅急劇衰減，音叉停振

19、。 為了給音叉提供交變的驅(qū)動力，利用放大電路對壓電組件施加交變電場， 靠逆壓電 效應產(chǎn)生機械力作用在叉體上。用另外一組壓電組件的正壓電效應檢測振動， 它把振動 力 為微弱的交變電信號。再由電子放大器和移相電路，把檢振組件的信號放大。經(jīng)過 移相，施加到驅(qū)動組件上去，構成死循環(huán)振蕩器。在這個死循環(huán)中，既有機械能也有電 能，叉體是其中的一個環(huán)節(jié)，倘若受到物料阻尼難以振動，正回饋的幅值和相位都將明 顯的改變，破壞了振蕩條件，就會停振。只要在放大電路的輸出端接以適當?shù)钠骷?，?難得到開關信號。 為了保護壓電組件免受物料損壞和粉塵污染， 將驅(qū)動和檢振組件裝在叉體內(nèi)部， 經(jīng)過金 屬膜片傳遞振動。如果在

20、容器的上下方都裝叉體，可以實現(xiàn)自動進料或自動出料的邏輯 控制，或者把料位越限信號遠傳到控制室。在控制室里的控制電路判斷料位是否越限， 并按要求使被控的進出料設備啟停。 并且叉體的制造和裝配良好時，音叉也可用于液體測量和控制。 在測量時不需要大 幅度的機械運動，驅(qū)動功率小，機械結構簡單、靈敏而可靠。此設計選擇音叉法阻力式 料位傳感器。 2.5 LCD顯示電路選擇 在日常生活中，我們對液晶顯示器并不陌生。 液晶顯示模塊已作為很多電子產(chǎn)品的 通過器件，如在計算器、萬用，軟硬件都比較簡單，在前面章節(jié)已經(jīng)介紹過，在此不作 介紹，本章重點介紹字符型液晶顯示器的表、電子表及很多家用電子產(chǎn)品中都可以看到

21、， 顯示的主要是數(shù)字、專用符號和圖形。在單片機的人機交流接口中，一般的輸出方式有 以下幾種：發(fā)光管、LED數(shù)碼管、液晶顯示器。發(fā)光管和 LED數(shù)碼管比較常用應用。 在單片機系統(tǒng)中應用晶液顯示器作為輸出器件有以下幾個優(yōu)點： （1）顯示質(zhì)量高。由于 液晶顯示器每一個點在收到信號后就一直保持那種色彩和亮度， 恒定發(fā)光，而不像陰極 射線管顯示器（CRT）那樣需要不斷刷新新亮點。因此，液晶顯示器畫質(zhì)高且不會閃爍。 （2）數(shù)字式接口。液晶顯示器都是數(shù)字式的，和單片機系統(tǒng)的接口更加簡單可靠，操作 更加方便。（3）體積小、重量輕。液晶顯示器通過顯示屏上的電極控制液晶分子狀態(tài)來 達到顯示的目的，在重量上比相

22、同顯示面積的傳統(tǒng)顯示器要輕得多。 ⑷ 功耗低。相對 而言，液晶顯示器的功耗主要消耗在其內(nèi)部的電極和驅(qū)動 IC上，因而耗電量比其它顯 示器要少得多。 液晶顯示簡介：（1）液晶顯示原理。液晶顯示的原理是利用液晶的物理特性，通過 電壓對其顯示區(qū)域進行控制，有電就有顯示，這樣即可以顯示出圖形。液晶顯示器具有 厚度薄、適用于大規(guī)模集成電路直接驅(qū)動、易于實現(xiàn)全彩色顯示的特點，目前已經(jīng)被廣 泛應用在便攜式計算機、數(shù)字攝像機、PDA移動通信工具等眾多領域。 （2） 液晶顯示器的分類。液晶顯示的分類方法有很多種，通常可按其顯示方式分 為段式、字符式、點陣式等。除了黑白顯示外，液晶顯示器還有多灰度有彩色顯

23、示等。 如果根據(jù)驅(qū)動方式來分，可以分為靜態(tài)驅(qū)動（Static）、單純矩陣驅(qū)動（Simple Matrix） 和主動矩陣驅(qū)動（Active Matrix ）三種。 （3） 液晶顯示器各種圖形的顯示原理： 線段的顯示。位圖形式液晶由 MX N個顯示單元組成，假設LCD顯示屏有64行， 每行有128列，每8列對應1字節(jié)的8位，即每行由16字節(jié)，共16X 8=128個點組成， 屏上64X 16個顯示單元與顯示RAM區(qū)1024字節(jié)相對應，每一字節(jié)的內(nèi)容和顯示屏上 相應位置的亮暗對應。例如屏的第一行的亮暗由RAM區(qū)的000H――OOFH的16字節(jié)的 內(nèi)容決定，當（000H） =FFH時，則屏幕的左上

24、角顯示一條短亮線，長度為 8個點；當 （3FFH） =FFH時，則屏幕的右下角顯示一條短亮線； 當（000H） =FFH，（001H） =00H， （002H） =00H，,, （ 00EH） =00H，（00FH） =00H 時，則在屏幕的頂部顯示一條由 8 段亮線和8條暗線組成的虛線。這就是 LCD顯示的基本原理。 字符的顯示。用LCD顯示一個字符時比較復雜，因為一個字符由 6X8或8X8點 陣組成，既要找到和顯示屏幕上某幾個位置對應的顯示 RAM區(qū)的8字節(jié)，還要使每字 節(jié)的不同位為“ 1”，其它的為“ 0”，為“ T的點亮，為“ 0”的不亮。這樣一來就組 成某個字符。但由于內(nèi)

25、帶字符發(fā)生器的控制器來說，顯示字符就比較簡單了，可以讓控 制器工作在文本方式，根據(jù)在LCD上開始顯示的行列號及每行的列數(shù)找出顯示 RAM對 應的地址，設立光標，在此送上該字符對應的代碼即可。 漢字的顯示。漢字的顯示一般采用圖形的方式， 事先從微機中提取要顯示的漢字的 點陣碼（一般用字模提取軟件），每個漢字占32B，分左右兩半，各占16B，左邊為1、 3、5,,右邊為 2、4、6,,根據(jù)在 LCD上開始顯示的行列號及每行的列數(shù)可找出顯示 RAM對應的地址，設立光標，送上要顯示的漢字的第一字節(jié)，光標位置加 1，送第二個 字節(jié)，換行按列對齊，送第三個字節(jié),,直到 32B顯示完就可以LCD上

26、得到一個完整 漢字。1602字符型LCD簡介。字符型液晶顯示模塊是一種專門用于顯示字母、數(shù)字、 符號等點陣式LCD，目前常用16*1，16*2，20*2和40*2行等的模塊。下面以長沙太陽 人電子有限公司的1602字符型液晶顯示器為例，介紹其用法。一般1602字符型液晶顯 示器實物如圖2.1,2.2所示： 圖2.1 1602的正面圖 b i 薯』 ji LJ T] ■ I 圖2.2 1602的背面圖  3主電路原理 3.1系統(tǒng)結構原理圖 主電路采用AT89C51，由于AT89C51內(nèi)含4KB容量，因此在設計中不需要外擴 ROM。 硬件電路主要有LED

27、顯示電路、鍵盤接受電路、繼電器控制電路、 EEPROM外部內(nèi)存 擴展電路，以及看門狗 MAX813L等組成。電路原理框圖如圖3.1所示： 圖3.1自動加料機控制系統(tǒng)硬件框圖 桂林電子科技大學畢業(yè)設計（論文）報告用紙 第#頁 共46頁 桂林電子科技大學畢業(yè)設計（論文）報告用紙 第13頁 共46頁 3.2主電路核心器件介紹 AT89C51是美國ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓，高性能 CMOS 8位單片機，片內(nèi)含 4K bytes的可反復擦寫的只讀程序內(nèi)存（PEROM）和128bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器 （ROM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術生產(chǎn)

28、，兼容標準MCS-51 指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器（CPU）和Flash存儲單元。功能強大 AT89C51 單片機可提供許多高性價比的應用場合，可靈活應用于各種控制領域。 3.2.1 AT89C51主要性能參數(shù) 其與MCS-51產(chǎn)品指令系統(tǒng)完全兼容，4K字節(jié)可重擦寫Flash閃速內(nèi)存，1000次 擦寫周期，全靜態(tài)操作：0Hz---24MHz，三級加密程序內(nèi)存，128X 8字節(jié)內(nèi)部RAM， 32個可編程I/O 口線，2個16位定時/計數(shù)器，6個中斷源，可編程串行UART通道， 低功率空閑和掉電模式。 3.2.2 AT89C51功能特性概述 叮 感7 PFPPFPFP 圖3.

29、2 AT89C51引腳圖 其提供以下標準功能：4K字節(jié)Flash閃速內(nèi)存，128字節(jié)內(nèi)部RAM , 32個I/O 口 線，兩個16位定時/計數(shù)器，一個5向量兩級中斷結構，一個全雙工串行通信口，片內(nèi) 振蕩器及時鐘電路。同時，AT89C51可將至OHz的靜態(tài)，邏輯操作，并支持兩種軟件 可選的節(jié)電工作模式?？臻e方式停止 CPU的工作，但允許RAM，定時/計數(shù)器，串行 通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存 RAM中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止 其它所有部件工作直到下一個硬件復位。 ① VCC :電源 ② GND:地 ③ P0口： P0口是一個8位漏極開路的雙向I/O 口。作為輸出口，每

30、位能驅(qū)動8個TTL 邏輯電平。對P0端口寫一1時，引腳用作高阻抗輸入。當訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲器時， P0口也被作為低8位地址/數(shù)據(jù)復用。在這種模式下，P0具有內(nèi)部上拉電阻。在flash編程 時，P0口也用來接收指令字節(jié)；在程序校驗時，輸出指令字節(jié)。程序校驗時，需要外部 上拉電阻。 ④ P1 口： P1 口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P1輸出緩沖器能驅(qū)動4個 TTL邏輯電平。對P1端口寫一1時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。 作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（ IIL ）。此外， P1.0和P1.2分別作定時器/計數(shù)器2的外

31、部計數(shù)輸入（P1.0/T2）和時器/計數(shù)器2的觸發(fā)輸 入（P1.1/T2EX）,具體如下表所示。在flash編程和校驗時，P1 口接收低8位地址字節(jié)。 表3.1 P1 口引腳第二功能 引腳號 第二功能 P1.0 T2 （定時器/計數(shù)器T2的外部計數(shù)輸入），時鐘輸出 P1.1 T2EX （定時器/計數(shù)器T2的捕捉/重載觸發(fā)信號和方向控制） P1.5 MOSI （在系統(tǒng)編程用） P1.6 MISO （在系統(tǒng)編程用） P1.7 SCK （在系統(tǒng)編程用） ⑤ P2口： P2口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O 口，P2輸出緩沖器能驅(qū)動4個 TTL邏輯電平。對P2端

32、口寫一創(chuàng)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使 用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（ IIL ）。在 訪問外部程序存儲器或用16位地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲器（例如執(zhí)行MOVX@DPTR ）時, P2口送出高八位地址。在這種應用中，P2口使用很強的內(nèi)部上拉發(fā)送1。在使用8位地址 （如MOVX @RI ）訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，P2口輸出P2鎖存器的內(nèi)容。在flash編程和校 驗時，P2口也接收高8位地址字節(jié)和一些控制信號。 ⑥ P3口： P3口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O 口，P3俞出緩沖器能驅(qū)動4個 TTL邏輯電平。對P3端口寫一1時，內(nèi)部上拉

33、電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。 作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（ IIL ）。P3口亦 作為AT89S51特殊功能（第二功能）使用，如下表所示。在 flash編程和校驗時，P3 口也 接收一些控制信號。 表3.2 P3 口引腳第二功能 引腳號 第二功能 引腳號 第二功能 P3.0 RXD （串行輸入） P3.4 T0 （定時器0外部輸入） P3.1 TXD （串行輸出） P3.5 T1 （定時器1外部輸入） P3.2 INT0（外部中斷0） P3.6 WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通） P3.3 INT1（外部中斷1）

34、 P3.7 RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通） ⑦ RST:復位輸入。晶振工作時，RST腳持續(xù)2個機器周期高電平將使單片機復位。 看門狗計時完成后，RST腳輸出96個晶振周期的高電平。特殊寄存器 AUXR（地址8EH） 上的DISRTO位可以使此功能無效。DISRTO默認狀態(tài)下，復位高電平有效。 ⑧ ale PROG :地址鎖存控制信號（ALE ）是訪問外部程序存儲器時，鎖存低 8位 地址的輸出脈沖。在flash編程時，此引腳prog也用作編程輸入脈沖。然而，特別強 調(diào)，在每次訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時， ALE脈沖將會跳過。如果需要，通過將地址為 8EH 的SFR的第0位置 一1JALE操作將無

35、效。這一位置 一1,11 ALE僅在執(zhí)行MOVX或MOVC 指令時有效。否則，ALE將被微弱拉高。這個ALE使能標志位（地址為8EH的SFR的第0 位）的設置對微控制器處于外部執(zhí)行模式下無效。 ⑨ PSEN :外部程序存儲器選通信號 P^EN是外部程序存儲器選通信號。當 AT89S51從外部程序存儲器執(zhí)行外部代碼時， PSEN在每個機器周期被激活兩次，而在 訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，PSEN將不被激活。 ⑩ EA/VPP :訪問外部程序存儲器控制信號。 為使能從0000H到FFFFH的外部程序存 儲器讀取指令，EA必須接GND。為了執(zhí)行內(nèi)部程序指令，EA應該接VCC。在flash編程 期間

36、，EA也接收12伏VPP電壓。 XTAL1 :振蕩器反相放大器和內(nèi)部時鐘發(fā)生電路的輸入端。 XTAL2 :振蕩器反相放大器的輸出端。 3.2.3 AT89C51時鐘振蕩器 AT89C51中有一個用于構成內(nèi)部振蕩器的高增益反相放大器， 引腳XTAL和 XTAL2 分別是該放大器的輸入端和輸出端。外接石英晶體（或陶瓷振蕩器）及電容 C1、C2接 在放大器的反饋回路中構成并聯(lián)振蕩電路。對外接電容 C1、C2雖然沒有十分嚴格的要 求，但電容容量的大小會輕微影響振蕩頻率的高低，振蕩器工作的穩(wěn)定性，起振的難易 程序及溫度穩(wěn)定性，如果使用石英晶體，則推薦電容使用 30pF_10pF,而如使用陶

37、瓷振 蕩器建議選擇40pF_10F。 這個放大器與作為回饋組件的片外石英晶體或陶瓷諧振器一起構成自激振蕩器， 振蕩電路如圖3.3： 11 1 II 內(nèi)音Ft蘇宙電路 夕陸陽辰蕩電路 圖3.3振蕩電路 表3.3空閑和掉電模式外部引腳狀態(tài) 模式 程序內(nèi)存 ALE /PSEN P0 P1 P2 P3 空閑模式 內(nèi)部 1 1 數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù) 空閑模式 外部 1 1 浮空 數(shù)據(jù) 地址 數(shù)據(jù) 掉電模式 內(nèi)部 0 0 數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù) 掉電模式 外部 0 0 浮空 數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù) 用

38、戶也可以采用外部時鐘，采用時鐘的電路如圖。在這種情況下，外部時鐘脈沖接 到XTAL1端，即內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入端，XTAL2則懸空。 時鐘信號的占空比沒有特殊要求，但最小高電平持續(xù)時間和最大的低電平持續(xù)時間 應符合產(chǎn)品技術條件的要求。 3.2.4空間節(jié)電模式 AT89C51有兩種可用軟件編程的省電模式，它們是空閑模式和掉點工作模式。這兩 種方式是控制專用寄存器 PCON （即電源控制寄存器）中的 PD（ PC0N.1 ）和IDL （PCON.0）位來實現(xiàn)的。PD是掉電模式，當PD=1時，啟動掉電工作模式，單片機模 式，即PD和IOL同時為1,則先啟動掉電模式。 在空閑工作模式狀態(tài)，C

39、PU保持睡眠狀態(tài)而所有片內(nèi)的外設保持啟動狀態(tài)， 這種方 式由軟件產(chǎn)生。此時，片內(nèi)RAM和所有特殊功能寄存器的內(nèi)容保持不變。空閑模式可 由任何允許的中斷請求或硬件復位終止。 終止空閑工作模式的方法有兩種，其一是任何一條被允許中斷的事件被啟動， IDL （PCON.0）被硬件清除，即刻終止空閑工作模式。程序會首先響應中斷，進入中斷服 務程序，執(zhí)行完中斷服務程序并緊隨 RETI （中斷返回）指令后，下一條要執(zhí)行的指令 就是使單片機進入空閑模式那條指令后面的一條指令。 其二是通過硬件復位也可將空閑工作模式終止。 需要注意的是，當有硬件復位來終 止空閑工作模式時，CPU通常是從啟動空閑模式那條指

40、令的下一條指令開始繼續(xù)執(zhí)行程 序的，要完成內(nèi)部復位操作，硬件復位脈沖要保持兩個機器周期（24個時鐘周期）有效， 在這種情況下，內(nèi)部禁止CPU訪問片內(nèi)RAM，而允許訪問其它埠。為了避免可能對埠 產(chǎn)生意外寫入，啟動空閑模式的那條指令后一條指令不應是一條對端口或外部內(nèi)存的寫 入指令。 325掉電模式 在掉點模式下，振蕩器停止工作，進入掉電模式的指令是最后一條被執(zhí)行的指令， 片內(nèi)RAM和特殊功能寄存器的內(nèi)容在終止掉電模式前被凍結。退出掉電模式的唯一方 法是硬件復位，復位后將重新定義全部特殊功能寄存器但不改變 RAM中的內(nèi)容，在Vcc 恢復到正常電平前，復位應無效，且必須保持一定時間以使振蕩器重啟

41、動并穩(wěn)定工作。 3.2.6程序內(nèi)存的加密 89C51可使用對芯片上的3個加密位LB1、LB2、LB3進行編程（P）或不編程 （U）當加密位LB1被編程時，在復位期間，EA端的邏輯電平被采樣并鎖存，如果單 片機上電后一直沒有復位，則鎖存起的初始值是一個隨機數(shù)， 且這個隨機數(shù)會一直保存 到真正復位為止，為使單片機能正常工作，被鎖存的 EA電平必須與該引腳當前的邏輯 電平一致。此外，加密位只能通過整片擦除的方法清除。 AT89C51單片機內(nèi)部有4K字節(jié)的Flash PEROM，這個Flash存儲數(shù)組出廠時已處 于擦除狀態(tài)（即所有存儲單元的內(nèi)容均為 FFH），用戶隨時可對其進行編程。編程接口

42、 可接收高電壓（+12V）或低電壓（Vcc）的允許編程信號。低電壓編程模式適合于用戶 在線編程系統(tǒng)，而高電壓編程模式可與通用 EPROM編程器兼容。 AT89C51單片機中，有些屬于低電壓編程方式，而有些則是高電壓編程方式。用戶 可從芯片上的型號和讀取芯片內(nèi)的簽名字節(jié)獲得該信息。如表 3.4所示 表3.4程序加密 程序加密位 保護類型 LB1 LB2 LB3 1 U U U 沒有程序保護功能 2 P U U 禁止從外部程序內(nèi)存中執(zhí)行 MOVC指令讀取內(nèi)部程序內(nèi)存 的內(nèi)容 3 P P U 除上表功能外，還禁止程序校驗 4 P P P 除

43、以上功能外，同時禁止外部執(zhí) 行 AT89C51的程序內(nèi)存列陣采用字節(jié)寫入方式編程的， 每次寫入一個字節(jié)，要對整個 芯片內(nèi)的PEROM程序內(nèi)存寫入一個非空字節(jié)，必須使用擦除的方式將整個內(nèi)存的內(nèi)容 清楚。AT89C51單片機內(nèi)部有4K字節(jié)的Flash PEROM，這個Flash存儲數(shù)組出廠時已 處于擦除狀態(tài)（即所有存儲單元的內(nèi)容均為 FFH），用戶隨時可對其進行編程。編程接 口可接收高電壓（+12V）或低電壓（Vcc）的允許編程信號。低電壓編程模式適合于用 戶在線編程系統(tǒng)，而高電壓編程模式可與通用 EPROM編程器兼容。 表3.5電壓編程方式 Vpp=12V Vpp=5V A

44、T89C51 AT89C51 芯片頂面標識 XXXX xxxx — 5 yyww yyww （030H）=1EH （030H） =1EH 簽名字節(jié) （031H）=51H （031H）=51H （032H） =FFH （032H） =05H AT89C51的程序內(nèi)存列陣采用字節(jié)寫入方式編程的， 每次寫入一個字節(jié)，要對整個 芯片內(nèi)的PEROM程序內(nèi)存寫入一個非空字節(jié)，必須使用擦除的方式將整個內(nèi)存的內(nèi)容 清楚。 3.2.7編程方法 編程前，先設置好地址，數(shù)據(jù)及控制信號，編程單元的地址加在 P1 口和P2 口的 P2.0 — P2.3（11位地址范圍

45、為 0000H— 0FFFH），數(shù)據(jù)從 P0 口輸入，引腳 P2.6、P2.7 和P3.6、P3.7的電平，PSEN為低電平，RST保持高電平，EA/Vpp引腳是編程電源的 輸入端，按要求加上編程電壓，ALE/PROG引腳輸入編程脈沖（負脈沖）。編程時，可 采用4—20MHz的時鐘振蕩器，AT89C51編程方法如下： ① 在數(shù)據(jù)在線加上要寫入的數(shù)據(jù)字節(jié)。 ② 啟動相應的控制信號。 ③ 在高電壓編程方式時，將/EA/Vpp端加上+12V編程電壓。 ④ 每對Flash存儲數(shù)組寫入一個字節(jié)或每寫入一個程序加密位，加上一個 ALE/PROG編程脈沖。 ⑤ 改變編程單元的地址和寫入的數(shù)據(jù)，重復

46、 1—5步驟，直到全部檔編程結束。每 個字節(jié)寫入周期是自身定時的，通常約為 1.5ms。 3.2.8數(shù)據(jù)查詢 AT89C51單片機用數(shù)據(jù)查詢方式來檢測一個寫周期是否結束， 在一個寫周期中，如 需讀取最后寫入的那個字節(jié)，則讀出的數(shù)據(jù)的最高位（P0.7）是原來寫入字節(jié)最高的反 碼，寫周期完成后，有效的數(shù)據(jù)就會出現(xiàn)在所有輸出端上，此時，可進入下一個字節(jié)的 桂林電子科技大學畢業(yè)設計（論文）報告用紙 第17頁 共46頁 寫周期，寫周期開始后，可在任意時刻進行數(shù)據(jù)查詢。 Ready/Busy:字節(jié)編程的進度可通過 RDY/BSY輸出信號監(jiān)測，編程期間，ALE變 成咼電平“ H”后P3.

47、4端電平被拉低，表示正在編程狀態(tài)。編程完成后。 P3.4變?yōu)閱J電 平表示準備就緒狀態(tài)。 3.2.9程序校驗和擦除 如果加密位LB1、LB2沒有進行編程，則代碼數(shù)據(jù)可通過地址和數(shù)據(jù)線讀回原編寫 的數(shù)據(jù)。采用下圖電路。程序內(nèi)存的地址由 P1和P2 口的P2.0-P2.3輸入，數(shù)據(jù)有P0 口讀出，P26 P2.7和P3.6、P3.7的控制信號PSEN保持低電平，ALE、EA和RST保 持高電平。校驗時P0 口須接上10K左右的上拉電阻。 加密位不可直接校驗，加密位的校驗可通過對內(nèi)存的校驗和寫入狀態(tài)來驗證。 利用控制信號的正確組合并保持 ALE/ PR0G引腳10ms的低電平脈沖寬度即可將

48、PEROM數(shù)組(4k字節(jié))和三個加密位整片擦除，代碼數(shù)組在片擦除操作中將任何非空 單元寫入“ 1”，這步驟需再編程之前進行。 3.2.10片內(nèi)簽名字節(jié)及編程接口 AT89C51單片機內(nèi)有3個簽名字節(jié)，地址為 030H、031H和032H。用于聲明該器 件的廠商、型號和編程電壓。讀簽名字節(jié)的過程和單元 030H、031H和032H的正常校 驗相仿，只需將P3.6、P3.7保持低電平，返回值意義如下： (030H) =1EH聲明產(chǎn)品由 ATMEL公式制造。 (031H) =51H聲明為AT89C51單片機。 (032H) =FFH聲明為12V編程電壓。 (032H) =05H聲明為5V

49、編程電壓。 編程界面：采用控制信號的正確組合可對 Flash閃速存儲陣裂中的每一代碼字節(jié)進 行寫入和內(nèi)存的整片擦除，寫操作周期是自身定時的，初始化后它將自動定時到操作完 成。 3.2.11 AT89C51的極限參數(shù) 極限參數(shù)： 工作溫度,,,,,,,,, -55 C to+125C 儲藏溫度,,,,,,,,, -65 C to+150C 任一引腳對地電壓，,,,,， -1.0Vto+7.0V 最高工作電壓,,,,,,,,,,,, 6.6V 直流輸出電流,,,,,,,,,,, 15.0mA 3.3顯示電路 在單片機應用系統(tǒng)中，如果需要顯示

50、的內(nèi)容只有數(shù)碼和某些字母，使用 LED數(shù)碼 管是一種較好的選擇。LED數(shù)碼管顯示清晰、成本低廉、配置靈活，與單片機接口簡單 易行。LED數(shù)碼管是由發(fā)光二極管作為顯示字段的數(shù)碼型顯示器件， 其中七只發(fā)光二極 管分別對應a?g筆端構成“日”字形，另一只發(fā)光二極管 Dp作為小數(shù)點。因此這種 LED顯示器稱為七段數(shù)碼管或八段數(shù)碼管。如圖 3.4所示： LED數(shù)碼管按電路中的連接方式可分為共陰型和共陽型兩大類， 共陽型是將各段發(fā) 光二極管的正極連在一起，作為公共端 COM，公共端COM接高電平，a?g、Dp各筆 段通過限流電阻接控制端。某筆段控制端低電平時，該筆段發(fā)光，高電平時不發(fā)光?？?制某幾

51、段筆端發(fā)光，就能顯示出某個數(shù)碼或字符。共陰型是將各段發(fā)光二極管的負極連 在一起，作為公共端COM接地，某筆段通過限流電阻接高電平時發(fā)光。 七段位LED ■ip ■ip 八段位LED 桂林電子科技大學畢業(yè)設計（論文）報告用紙 第#頁 共46頁 桂林電子科技大學畢業(yè)設計（論文）報告用紙 第25頁 共46頁 圖3.4數(shù)碼管引腳圖 在自動加料機控制系統(tǒng)中運行是要顯示輸送、排料、滿料、空料時間，有時間切換 鍵和標志哪條生產(chǎn)線的發(fā)光二極管表示，顯示的位數(shù)少，所以就采用靜態(tài)顯示的方式。 LED顯示器工作于靜態(tài)顯示方式時，各位的共陰極（或共陽極）連接在一起并接地（或 +5V

52、）;每位的段選線（a~dp）分別與一個8位的鎖存器輸出相連。所以稱為靜態(tài)顯示。 各個LED的顯示字符一經(jīng)確定，相應鎖存器的輸出將維持不變，直到顯示另一個字符 為止。也正因此如此，靜態(tài)顯示器的亮度都較高。這種顯示方式接口編程容易。若用I/O 界面，則要占用4個8位I/O 口，若用鎖存器接口，則要用4片74LS373芯片。如果顯 示器位數(shù)增多，則靜態(tài)顯示方式便無法適應。在設計中， LED顯示電路采用74LS377 驅(qū)動器和MC14511B譯碼器控制LED數(shù)碼管。 3.3.1 74LS377芯片介紹 74LS377芯片圖如圖3.5所示 3 TT TT 17 181 11 "I

53、DO QO D1 Ql D2 Q2 D3 Q3 D4 Q4 D5 Q， D6 Q$ D7 Q7 >CLK E 74LS377 圖 3.5 74LS377引腳圖 a E 16 T9 D0?D7: 8個信號輸入端。 Q?Q: 8個信號輸出端。 CLK時鐘信號輸入端。 E :鎖存允許信號。當E=0時，CLK端的上跳變將把8位D輸入端的數(shù)據(jù)打入8位 鎖存器。 表3.6 74LS377真值表 G CLK D Q 1 X X Q0 0 1 1 0 0 0 X 0 X Q0 3.3.2

54、MC14511B 芯片介紹 A?D:四個信號輸入端。 a?g：七個信號輸出端。 LT、BI:接地。 LE:接電源。 MC14511B A a ——B b ——C c D d e f g LT ——BI LE 圖3.6 MC14511B引腳圖 3.3.3 LED接口電路 LED顯示電路采用74LS377驅(qū)動器和MC14511B譯碼器控制LED數(shù)碼管。兩個 LED顯示一條生產(chǎn)線一個工作過程的秒數(shù)。 兩片MC14511B把P0 口的高四位和低四位 譯碼成十進制控制LED顯示。 3.4繼電氣控制電路 在電氣控制領域或產(chǎn)品中，凡是需要邏輯控制的場合，幾乎都需

55、要使用繼電器，從 家用電器到工農(nóng)業(yè)應用，甚至國民經(jīng)濟各個部門，可謂無所不見。繼電器是一種利用各 種物理量的變化，將電量或非電量信號轉(zhuǎn)化為電磁力（有觸頭式）或使輸出狀態(tài)發(fā)生階 躍變化（無觸頭式），從而通過其觸頭或突變量促使在同一電路或另一電路中的其它器 件或裝置動作的一種控制組件。 根據(jù)轉(zhuǎn)化的物理量的不同，可以構成各種各樣的不同功 能的繼電器，以用于各種控制電路中進行信號傳遞、放大、轉(zhuǎn)換、聯(lián)鎖等，從而控制主 電路和輔助電路中的器件或設備按預定的動作程序進行工作， 實現(xiàn)自動控制和保護的目 的。被轉(zhuǎn)化或施加于繼電器的電量或非電量稱為繼電器的激勵量，當繼電器被激勵，從 一個起始位置達到預定的工作位

56、置，并完成電路的切換動作，稱為繼電器的工作特性， 包括吸合。不吸合，保持與釋放狀態(tài)。當輸入量變化到高于它的吸合值或低于它的釋放 值時，繼電器動作，對于有觸頭式繼電器其觸頭閉合或斷開，對于無觸頭式繼電器起輸 出發(fā)生階躍變化，以此提供一定的邏輯變量。 自動加料機是把塑料粒子送到一個真空管， 在輸送時真空管關閉合，排料時真空管 需要打開，將粒子送到排料漏斗。本設計共需 2個繼電器控制交流接觸器，一個接帶動 生產(chǎn)的電動機。另一個為控制工作方向的方向閥。經(jīng)考慮采用 4123無極12V直流控制 24V的交流繼電器，并利用光耦合器件P521和MCU隔開o 89C51的P1初始值為OFFH, 所以加一個

57、74LS04反相器使得繼電器初始不產(chǎn)生閉合，使用 MC1413為無源驅(qū)動器， IN4007組成繼電器的續(xù)流二極管。 電路圖如圖3.7所示： 圖3.7繼電氣控制電路原理圖 3.5鍵盤及顯示電路 鍵盤在單片機應用系統(tǒng)中能實現(xiàn)向單片機輸入數(shù)據(jù)、 傳送命令等功能，是人工干擾 單片機的主要手段。本設計采用8255A為I/O擴展。 3.5.1 鍵盤接口 非編碼鍵盤與單片機的接口單片機系統(tǒng)所用的鍵盤有編碼鍵盤和非編碼鍵盤兩種。 編碼鍵盤本身除了按鍵之外，還包括產(chǎn)生鍵碼的硬件電路，只要按下某一個鍵，就能產(chǎn) 生這個鍵的代碼，一般稱為鍵碼，同時，還能產(chǎn)生一個脈沖信號，以通知CPU接收（輸 入

58、）鍵碼。這種鍵盤的使用比較方便，亦不需要編寫很多程序，但使用的硬件較復雜， 在微型計算機控制系統(tǒng)中使用還不多。 非編碼鍵盤是由一些按鍵排列成的一個行列矩陣。按鍵的作用，只是簡單地實現(xiàn)接 點的接通和斷開，但必須有一套相應的程序與之配合，才能產(chǎn)生出相應的鍵碼。非編碼 鍵盤幾乎不需要附加什么硬件電路，目前，在微型計算機控制系統(tǒng)中使用比較普遍。 使用非編碼鍵需要用軟件來解決按鍵的識別，防止抖動以及鍵碼的產(chǎn)生等工作。 設有一個6行X 5列的非編碼鍵盤，其中有16個為數(shù)字鍵0?F，其余的為控制鍵， 用以發(fā)布各種控制命令。鍵盤的行線接 8155C 口的六條線PC5?PC0,鍵盤的列線則接 8155B

59、口的5條線。在沒有任何鍵按下時，所有鍵盤列在線的信號都是高電平。當有按 鍵按下時，就會出現(xiàn)鍵的識別、防止抖動以及確定鍵碼等一系列問題。 按鍵識別有各種方法，此系統(tǒng)只 “行掃描”法： 首先確定是否有按鍵按下。CPU通過并行口輸出000000到鍵盤的行線，然后檢測 鍵盤的列線信號。若沒有鍵按下，則為 11111。若有任一個按鍵按下，則有某一條列線 為0,也就是當PB4?PB0不為11111時，就表示有鍵按下。 其次通過“行掃描”確定已按鍵的行、列位置。所謂行掃描就是依次給每條行線輸 入0信號，而其余各行都輸入1,并檢測每次掃描時所對應的列信號。在圖 2中就是在 C 口先輸出111110 （P

60、CI PC0,然后是111101，直到最后是011111，并檢測每次所對 應的B 口輸入。 只有在某行上有鍵按下時，在這一行上輸入 0 （其它行為1），在列輸出上才能檢測 到0信號。若是輸入為0的這一行上沒有按鍵按下，則收到的列信號仍然全是1。因此， 只要記下列信號不全為1時的C 口輸出及B 口輸入，就能確定以按鍵的位置。設圖 2 中處于第3行第1列的鍵已按下，則必須是行輸出信號為 110111，檢測到的列信號為 11101。對應于其它的行信號，列信號都是11111。這樣，通過行掃描，就可以確定按鍵 的行、列坐標。 接著確定是否有多鍵同時按下。 有時一次按下的鍵不止一個，這在一般情況下是

61、由 于誤操作引起的，是不應該出現(xiàn)的通常稱為竄鍵。出現(xiàn)這種情況時，就可能有不止一次 會得到列信號不為全1,這時就不容易判斷哪個鍵是真正需要按下的。為了處理這種情 況可采取兩種辦法：一是行掃描一定是掃到最后一行才結束， 而不是檢測到列信號不為 全1時就結束，以便發(fā)現(xiàn)竄鍵；二是如果出現(xiàn)了竄鍵，最簡單的處理辦法就是這次行掃 描不算，再來一遍，即以最后放開的那個鍵為準。實際上，由于掃描的速度很快，真正 找到兩個鍵同時按下的情況是很少的。 最后消除鍵抖動。一般按鍵在按下的時候有抖動的問題， 即鍵的簧片在按下時會有 輕微的彈跳，需經(jīng)過一個短暫的時間才會可靠地接觸。 若在簧片抖動時進行掃描就可能 得出

62、不正確的結果。因此，在程序中要考慮防抖動的問題。最簡單的辦法是在檢測到有 鍵按下時，等待（延遲）一段時間再進行“行掃描”，延遲時間為10?20ms這可通過 調(diào)用子程序來解決，當系統(tǒng)中有顯示子程序時，調(diào)用幾次顯示子程序也能同時達到消除 抖動的目的。 3.5.2 8255A芯片介紹 自動加料系統(tǒng)有8個按鍵：啟動兩條生產(chǎn)線的“啟動 T鍵和“啟動2”鍵、分秒 選擇鍵、時間設置加/減鍵、顯示生產(chǎn)線狀態(tài)切換鍵，時間設置鍵，時間切換鍵，由于 單片機的并行口有限。本系統(tǒng)采用 8255A擴展并行口。 8255A的內(nèi)部結構有以下幾部分組成： （1） 并行I/O 埠A、B、C 8255A的內(nèi)部有3個8位并

63、行I/O 口： A 口、B 口、C 口。 3個I/O 口都可以通過編程選擇為輸入口或輸出口，但在結構和功能上有所不同。 A口：含有一個8位數(shù)據(jù)輸出鎖存/緩沖器和一個8位輸入鎖存器。 B 口：含有一個8位數(shù)據(jù)輸出鎖存/緩沖器和一個8位輸入鎖存器（不鎖存）。 C口：含有一個8位數(shù)據(jù)輸出鎖存/緩沖器和一個8位輸入鎖存器（不鎖存）。 當數(shù)據(jù)傳送不需要聯(lián)絡信號時，這 3個埠都可以用作輸入口或輸出口。當 A 口 B 口需要有聯(lián)絡信號時，C口可以作為A 口和B 口的聯(lián)絡信號線。 （2） 工作方式控制電路：8255A的三個埠在使用使可分為 A、B兩組。A組包括A 口 8位和C 口高4位：B組包括B

64、 口 8位和C 口低4位。兩組的控制電路中分別有控制 寄存器，根據(jù)寫入的控制字決定兩組的工作方式， 也可對C 口每一位置“1”或清“0”。 （3） 數(shù)據(jù)總線緩沖器：數(shù)據(jù)總線緩沖器是三態(tài)雙向的8位緩沖器，是8255A與單片 機數(shù)據(jù)總線的接口， 8255A的D?D可以和AT89C51單片機的P0.0?P0.7直接相連。 數(shù)據(jù)的輸入輸出、控制字和狀態(tài)信息的傳遞，均可通過數(shù)據(jù)總線緩沖器進行。 （4） 讀/寫控制邏輯：8255A讀/寫控制邏輯的作用是從 CPU的地址和控制總線上接 受有關信號，轉(zhuǎn)變成各種控制命令送到數(shù)據(jù)緩沖器及 A組和B組的控制電路，控制A、 B、C3個埠的操作。 3.5.3 82

65、55A 引腳 8255A共有40個引腳，一般為雙列直插DIP封裝，40個引腳可分為與CPU連接的 數(shù)據(jù)線、地址和控制信號以及與外圍設備連接的三個埠線。 D（?D7:雙向三態(tài)數(shù)據(jù)總線。 如圖3.8所示： DOD1DQD3曹 Mn一！hA]?cs 0 12 3 斗 M1MP7 AA A A An A A A pppppppp _3 403P至3718192D212323242514TS161713T2TT10 33 29_ 28 27 pccpcsspcepc 5 S255 圖3.8 8255A引腳圖 RESET:復位信號，輸入，高電平有效。復位后，控制寄存器清

66、 0, A 口、B 口、C 口被置為輸入方式。CS :片選信號，輸入，低電平有效。RD :讀信號，輸入，低電平 有效。RD有效時，允許CPU通過8255A DO?D7讀取數(shù)據(jù)或狀態(tài)信息。WR :寫信號， 輸入，低電平有效。有效時，允許 AiAo：端口控制信號，輸入。2位可構成四種狀態(tài)， 分別尋址A 口、B 口、C 口和控制寄存器PAo?PAz: A 口資料線，雙向。 PBo?PBz: B 口資料線，雙向。PC?PC: C 口數(shù)據(jù)/信號線，雙向。當8255A工作于方 式O時，PC?PG分為兩組（每組4位）并行I/O數(shù)據(jù)線；當8255A工作于方式1或方 式2時，PCo?PC7為A 口、B 口提供聯(lián)絡信號。AiAo與RD、WR、CS信號一起，可 確定8255A的操作狀態(tài)， 3.5.4 8255A 功能操作 在連接鍵盤電路采用8255A為擴展I/O 口時，要在中間加入一個 74LS373,74LS373 是一個三態(tài)門的8D鎖存器，它可以作為AT89C51外部的一個擴展輸入口，借口電路的 工作原理是當外設把數(shù)據(jù)準備好后， 發(fā)出一個控制信號加到373的G端，即鎖存端，使 輸入數(shù)