畢業(yè)設(shè)計(jì)---基于labview和單片機(jī)的切削力測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)</b></p><p>　　設(shè)計(jì)題目：基于LabVIEW和單片機(jī)的切削力測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>　　系 別：_________________________</p><p>　　班 級(jí)：_________________________</p>&l

2、t;p>　　姓　 　名：_________________________</p><p>　　指 導(dǎo) 教 師：_________________________</p><p>　　輔 導(dǎo) 教 師：_________________________</p><p><b>　　年月日</b></p><p&

3、gt;　　基于LabVIEW和單片機(jī)的切削力測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　在機(jī)械加工中，切削力直接影響著切削熱的產(chǎn)生，并進(jìn)一步影響著刀具磨損、耐用度和加工表面的質(zhì)量，而且切削力又是計(jì)算切削功率，設(shè)計(jì)和使用機(jī)床、刀具、夾具的必要依據(jù)?；跍y(cè)試切削力在生產(chǎn)中的重要地位，搭建一條高效、便捷的測(cè)試系統(tǒng)是十分關(guān)鍵的。</p&g

4、t;<p>　　本文通過分析切削力信號(hào)采集和傳輸?shù)倪^程，搭建了基于LabVIEW和單片機(jī)的切削力測(cè)試系統(tǒng)。該測(cè)試系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了單通道和三通道切削力的采集和監(jiān)測(cè)。并且實(shí)現(xiàn)采集數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、實(shí)時(shí)顯示、在線監(jiān)測(cè)及經(jīng)驗(yàn)公式的創(chuàng)建。通過對(duì)電量信號(hào)進(jìn)行的測(cè)量和實(shí)驗(yàn)，證明了以LabVIEW和單片機(jī)為基礎(chǔ)的測(cè)量系統(tǒng)是方便、低成本、實(shí)用、而且可靠的。</p><p>　　論文詳述了切削力測(cè)試系統(tǒng)測(cè)試的過程及結(jié)構(gòu)組成。

5、制定了切削力測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，確定了單片機(jī)的選型以及各元件的選型。設(shè)計(jì)了切削力系統(tǒng)的硬件的電路圖、繪制了程序流程圖、編寫了測(cè)試程序，為整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)提供了良好的人機(jī)界面，使得操作簡(jiǎn)單、容易。</p><p>　　關(guān)鍵詞：LabVIEW 單片機(jī) 切削力 采集數(shù)據(jù)</p><p>　　Cutting force based on LabVIEW and the microcontroll

6、er test system</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　In machining, the cutting force is the necessary basis of cutting power, design and use of machine tools, tools, fixtures directly af

7、fects the generation of cutting heat ,and further affect the tool wear, durability and quality of the machined surface.It is very critical to build an efficient and convenient test system because the test of cutting forc

8、e plays an the important role in production.</p><p>　　This artial analyse the acquisition and transmission process of cutting force signal and build a cutting force test system based on LabVIEW and the micro

9、controller . The test system can achieve the collection and monitoring of the single and three channels of cutting force .Besides the storage ,real-time display, on-line monitoring of the collected data and the creation

10、of empirical formula can be completed too .Through the measurements and experiments of the power signal ,it proved that the tes</p><p>　　The atical specifically introduce the structural composition and test

11、process of the cutting force test system , develope the design of cutting force test system and determine the selection of the microcontroller and the components. Besides,it designed the circuit diagram of the hardware o

12、f cutting force test system,drawing the flow chart of process and write a test program.These provides a good user interface and make the operation simple and easy.</p><p>　　Keywords : LabVIEW microcontrolle

13、r cutting force collected data</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　1 緒論1</b></p><p><b>　　1.1引言1</b></p><p><b>　　1.2課題背景1</

14、b></p><p>　　1.3本文研究的主要內(nèi)容1</p><p>　　1.4國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀2</p><p>　　2 切削力測(cè)試系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)4</p><p><b>　　2.1總體方案4</b></p><p>　　2.2分析切削力測(cè)試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)4</p>&l

15、t;p>　　2.2.1測(cè)試系統(tǒng)硬件組成4</p><p>　　2.2.2測(cè)試系統(tǒng)軟件分析4</p><p>　　2.3分析切削力硬件調(diào)試的實(shí)現(xiàn)過程6</p><p><b>　　3 硬件設(shè)計(jì)7</b></p><p>　　3.1單片機(jī)的概述7</p><p>　　3.1.1單片機(jī)的

16、發(fā)展歷史7</p><p>　　3.1.2單片機(jī)的特點(diǎn)7</p><p>　　3.1.3單片機(jī)的應(yīng)用7</p><p>　　3.2傳感器采集電路8</p><p>　　3.3 A/D轉(zhuǎn)換電路10</p><p>　　3.4串口通訊設(shè)計(jì)12</p><p>　　3.5電源電路設(shè)計(jì)14

17、</p><p>　　4 元器件介紹16</p><p>　　4.1 單片機(jī)89C5116</p><p>　　4.1.1主要特性16</p><p>　　4.1.2內(nèi)部結(jié)構(gòu)16</p><p>　　4.1.3外部特性17</p><p>　　4.2模/數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC080918&l

18、t;/p><p>　　4.2.1主要特性18</p><p>　　4.2.2內(nèi)部結(jié)構(gòu)18</p><p>　　4.2.3外部特性18</p><p>　　4.2.4ADC0809的工作過程19</p><p>　　4.3地址鎖存器74LS37319</p><p>　　4.3.1地址鎖存器

19、功能20</p><p>　　4.3.2工作原理21</p><p>　　4.4數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的擴(kuò)展21</p><p>　　4.4.1外部特性21</p><p>　　4.4.2操作方式22</p><p>　　4.5 分頻器74LS7422</p><p>　　4.6 采樣保持器的選

20、型23</p><p>　　4.6.1 主要性能23</p><p>　　4.6.2外部特性23</p><p>　　4.6.3內(nèi)部結(jié)構(gòu)24</p><p>　　4.6.4工作原理24</p><p><b>　　5 軟件設(shè)計(jì)26</b></p><p>　　5

21、.1單片機(jī)部分的設(shè)計(jì)26</p><p>　　5.1.1初始化程序26</p><p>　　5.1.2數(shù)據(jù)采集部分的程序設(shè)計(jì)26</p><p>　　5.1.3 串行部分的程序設(shè)計(jì)27</p><p>　　5.1.4 串行口的程序設(shè)計(jì)28</p><p>　　5.1.5 單片機(jī)查詢程序29</p>

22、;<p>　　5.2 虛擬儀器部分的設(shè)計(jì)29</p><p>　　5.2.1切削力測(cè)量系統(tǒng)的標(biāo)定及經(jīng)驗(yàn)公式創(chuàng)建29</p><p>　　5.2.2 多通道數(shù)據(jù)采集模塊的創(chuàng)建32</p><p>　　5.2.3 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及回放34</p><p><b>　　6 調(diào)試35</b></p>

23、<p>　　6.1 PCB設(shè)計(jì)35</p><p>　　6.2印刷板圖設(shè)計(jì)中應(yīng)注意事項(xiàng)36</p><p>　　6.3元件列表的生成37</p><p><b>　　7 結(jié)論38</b></p><p><b>　　謝辭39</b></p><p>&

24、lt;b>　　參考文獻(xiàn)40</b></p><p><b>　　附錄一41</b></p><p><b>　　附錄二42</b></p><p><b>　　附錄三43</b></p><p><b>　　外文資料44</b>

25、</p><p><b>　　1 緒論</b></p><p><b>　　1.1引言</b></p><p>　　在切削加工中，切削力直接影響著切削熱的產(chǎn)生，并進(jìn)一步影響著刀具磨損、耐用度和已加工表面質(zhì)量。在生產(chǎn)中，切削力又是計(jì)算切削功率，設(shè)計(jì)和使用機(jī)床、刀具、夾具的必要依據(jù)。以往，在測(cè)量切削力的教學(xué)實(shí)驗(yàn)中，先是利用傳感

26、器把切削力信號(hào)轉(zhuǎn)為電信號(hào)，再經(jīng)放大，帶動(dòng)X-Y函數(shù)記錄儀記錄，然后人工整理數(shù)據(jù)，計(jì)算切削力，得到切削力經(jīng)驗(yàn)公式。這種方式費(fèi)時(shí)、誤差大、精度低。針對(duì)這一情況，利用LabVIEW和89C51單片機(jī)設(shè)計(jì)了一個(gè)切削力測(cè)試系統(tǒng)。該系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)切削力信號(hào)的放大、傳輸及采集數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、實(shí)時(shí)顯示、在線監(jiān)測(cè)，提高了工作效率和測(cè)量精度，獲得了較好的實(shí)驗(yàn)效果。</p><p><b>　　1.2課題背景</b>

27、</p><p>　　在切削加工中，切削力是表征切削過程的一個(gè)重要參數(shù)。切削力測(cè)量不僅可以研究切削機(jī)理、計(jì)算功率消耗、優(yōu)化切削用量和刀具幾何參數(shù)、校核切削力理論計(jì)算的準(zhǔn)確性，反映切削用量合理性、機(jī)床故障、顫振等切削狀態(tài)。更重要的是，可以通過力的變化對(duì)刀具磨損或破損進(jìn)行預(yù)報(bào)來監(jiān)控切削過程。因此，切削力測(cè)量具有很強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)性，實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)至關(guān)重要。</p><p>　　在切削力測(cè)量方面，目前我們使用

28、的硬件是電阻應(yīng)變式立式平行八角環(huán)車削測(cè)力儀、YD一21動(dòng)態(tài)電阻應(yīng)變儀與X一Y函數(shù)記錄儀，該系統(tǒng)使用不便，效率與精度低，系統(tǒng)穩(wěn)定性差，后續(xù)處理繁瑣。雖然在20世紀(jì)80年代我們開發(fā)了APPLE一11微機(jī)與單板機(jī)對(duì)切削力信號(hào)進(jìn)行采集處理，但由于種種原因，APPLE一11微機(jī)和單板機(jī)數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)未能繼續(xù)使用。</p><p>　　鑒于此，現(xiàn)有的切削力數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)已無法滿足現(xiàn)階段教學(xué)實(shí)驗(yàn)的需要，急需研制一套新的先進(jìn)

29、的數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)，以適應(yīng)教學(xué)實(shí)驗(yàn)的需要。</p><p>　　使用本系統(tǒng)，我們通過虛擬儀器的前面板，可以一目了然地觀測(cè)實(shí)時(shí)的切削力動(dòng)態(tài)測(cè)量曲線和切削力峰值。同時(shí)可將測(cè)得的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)，用于統(tǒng)計(jì)分析、創(chuàng)建經(jīng)驗(yàn)公式等。我們通過足夠的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)和一定數(shù)量的綜合性實(shí)驗(yàn)，能真正理解和掌握該學(xué)科的理論知識(shí)，并獲得一定的綜合測(cè)試技能，具備處理實(shí)際工作的能力。</p><p>　　1.3本文研究的主要內(nèi)

30、容</p><p>　　這個(gè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能通過硬件操作平臺(tái)和軟件操作平臺(tái)兩部分實(shí)現(xiàn)的。建立在單片機(jī)硬件操作平臺(tái)，完成：</p><p>　?。?）設(shè)計(jì)出系統(tǒng)的硬件原理圖；</p><p>　　（2）完成切削力的信號(hào)采集；</p><p>　　（3）通過串口將采集的切削力傳輸給上位機(jī)。</p><p>　　建立在虛擬儀器

31、軟件平臺(tái)，完成：</p><p>　　（1）系統(tǒng)的主界面模塊；</p><p>　?。?）三通道數(shù)據(jù)采集與處理模塊；</p><p>　　（3）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊；</p><p>　?。?）經(jīng)驗(yàn)公式創(chuàng)建模塊；</p><p><b>　?。?）數(shù)據(jù)回放。</b></p><p>

32、;　　1.4國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀</p><p>　　上世紀(jì)50年代發(fā)源于美國(guó)麻省理工學(xué)院，它可以應(yīng)用電補(bǔ)償原理消除各切削分力間的相互干擾，在不同條件下均有較好的適應(yīng)性。到70年代中后期，出現(xiàn)了動(dòng)態(tài)性能很高的壓電式測(cè)力儀，但壓電式測(cè)力儀對(duì)溫度與濕度十分敏感、抗干擾能力差、價(jià)格昂貴、維護(hù)困難，故應(yīng)用范圍受到一定限制。</p><p>　　多年來，國(guó)內(nèi)許多高校和研究所對(duì)切削力測(cè)量的研究一直比較活躍，

33、研究成果較多，出現(xiàn)了一批切削力測(cè)量的數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)。</p><p>　　早在上世紀(jì)60年代，哈爾濱工業(yè)大學(xué)袁哲俊教授就研制了電阻應(yīng)變式車削測(cè)力儀，用X-Y函數(shù)記錄儀進(jìn)行了數(shù)據(jù)采集；在70年代，大連理工大學(xué)孫寶元和張貽恭成功研制了壓電式測(cè)力儀，并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，利用光線示波器和X-Y函數(shù)記錄儀記錄切削力信號(hào)，取得了良好效果。到了80年代，哈爾濱工業(yè)大學(xué)袁哲俊教授實(shí)用TP801-A單板機(jī)和TP801P微型打印機(jī)等組成

34、三向力的數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)以單板機(jī)作為核心，能實(shí)現(xiàn)均值計(jì)算、建立經(jīng)驗(yàn)公式和打印輸出的功能。90年代以后，由于計(jì)算機(jī)技術(shù)和單片機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，切削力測(cè)量的測(cè)試處理普遍采用計(jì)算機(jī)或單片機(jī)進(jìn)行，使測(cè)量的精度進(jìn)一步提高。采用計(jì)算機(jī)或單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集處理，提高了測(cè)量的可靠性和數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，提高了測(cè)量效率。但是這些系統(tǒng)都存在某些問題，如單片機(jī)無法顯示信號(hào)曲線；數(shù)據(jù)處理分析功能不完善；只能對(duì)切削力進(jìn)行單獨(dú)的測(cè)量，不能實(shí)現(xiàn)切削力的綜合測(cè)量，無法滿足需

35、同時(shí)研究切削力的科研要求等，需要進(jìn)一步改善。</p><p>　　同時(shí)國(guó)內(nèi)外許多大學(xué)都在嘗試將虛擬儀器應(yīng)用到實(shí)驗(yàn)教學(xué)和計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)中，美國(guó)的Gematics公司和Goldsmith公司等利用虛擬儀器開發(fā)工具，研制開發(fā)出了農(nóng)業(yè)自動(dòng)化灌溉系統(tǒng)和秧苗分析系統(tǒng)；清華大學(xué)利用虛擬儀器技術(shù)構(gòu)建汽車發(fā)動(dòng)機(jī)檢測(cè)系統(tǒng)，用于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)出廠前的自動(dòng)檢驗(yàn)；虛擬儀器已在超大規(guī)模集成電路測(cè)試、現(xiàn)代家用電器測(cè)試、電子組件／電力電子器件測(cè)試以

36、及軍事、航天、生物醫(yī)學(xué)、工廠測(cè)試、電工技術(shù)領(lǐng)域等可移動(dòng)式現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試工作中得到應(yīng)用，且應(yīng)用領(lǐng)域還將不斷拓寬，華南理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院開發(fā)了圓度誤差測(cè)量?jī)x，能根據(jù)測(cè)得的信號(hào)直接計(jì)算出圓度誤差，并將結(jié)果顯示出來；在加工表面的粗糙度的測(cè)量方面，設(shè)計(jì)者利用現(xiàn)有的觸針式輪廓儀與虛擬儀器技術(shù)相結(jié)合，在計(jì)算機(jī)上開發(fā)了新型的虛擬儀器表面粗糙度測(cè)量系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了粗糙度測(cè)量評(píng)定一體化，并能實(shí)時(shí)記錄表面粗糙度輪廓曲線、存儲(chǔ)測(cè)量數(shù)據(jù)，具有良好的性能價(jià)格比；在本課題開

37、發(fā)設(shè)計(jì)方面，南昌工業(yè)學(xué)院機(jī)械工程系開發(fā)設(shè)計(jì)了切削力測(cè)量虛擬儀器，實(shí)現(xiàn)了切削力的數(shù)據(jù)采集、顯示和存儲(chǔ)等功能，實(shí)現(xiàn)了在線監(jiān)控功能。</p><p>　　2 切削力測(cè)試系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)</p><p><b>　　2.1總體方案</b></p><p>　　通過單片機(jī)的硬件操作系統(tǒng)和虛擬儀器的軟件操作系統(tǒng)建立一條快速有效的測(cè)試系統(tǒng)。通過對(duì)測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行標(biāo)

38、定，創(chuàng)建經(jīng)驗(yàn)公式，這樣可以對(duì)每一采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算。</p><p>　　此系統(tǒng)是通過傳感器將力信號(hào)傳到電橋盒轉(zhuǎn)換成電信號(hào)通過A/D轉(zhuǎn)換器將電信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字量然后傳輸給單片機(jī)，完成有模擬量到數(shù)字量的轉(zhuǎn)換。然后由單片機(jī)過串口發(fā)送到微機(jī)通過虛擬儀器技術(shù)對(duì)采集到的信號(hào)進(jìn)行濾波放大，并在上位機(jī)的軟件測(cè)試平臺(tái)實(shí)時(shí)顯示并受力的曲線,最終目的是實(shí)現(xiàn)對(duì)切削力大小的測(cè)定。應(yīng)用虛擬儀器實(shí)現(xiàn)了切削力波形的顯示，給出了切削力的大小，這

39、種方法效率高、誤差小、精度高、省時(shí)。提高了系統(tǒng)的性能。</p><p>　　2.2分析切削力測(cè)試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)</p><p>　　2.2.1測(cè)試系統(tǒng)硬件組成</p><p>　　測(cè)試系統(tǒng)硬件組成主要有傳感器電路、采樣保持及數(shù)據(jù)采集電路、串行接口、軟件處理。</p><p>　　傳感器電路采用的電轉(zhuǎn)換元件是電阻應(yīng)變片。用電阻應(yīng)變效應(yīng)制成一種傳感元件

40、。采樣保持及數(shù)據(jù)采集電路采用的主要原件是A/D轉(zhuǎn)換器、89C51單片機(jī)為核心的電路，這部分電路實(shí)現(xiàn)將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)并且將下位機(jī)采集到的信號(hào)傳輸?shù)缴衔粰C(jī)并且實(shí)現(xiàn)二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)。串行接口是下位機(jī)與上位機(jī)的傳輸通道，實(shí)現(xiàn)數(shù)字量的傳輸與反饋。圖2-1是硬件方框圖</p><p>　　圖2-1 硬件方框圖</p><p>　　2.2.2測(cè)試系統(tǒng)軟件分析</p><

41、p>　　軟件設(shè)計(jì)部分主要有兩部分構(gòu)成—單片機(jī)的匯編語言調(diào)試和虛擬儀器控制的微機(jī)部分。圖2-2所示為單片機(jī)工作流程圖</p><p>　　圖2-2 單片機(jī)工作流程圖</p><p>　　單片機(jī)軟件的編制負(fù)責(zé)采集傳感器轉(zhuǎn)換的電信號(hào)，并且調(diào)試A/D轉(zhuǎn)換器將采集到的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。將轉(zhuǎn)換成的數(shù)據(jù)暫存到外部存儲(chǔ)器中，然后通過串口發(fā)送到上位機(jī)。圖2-3所示為虛擬儀器的軟件框圖</p

42、><p><b>　　圖2-3 軟件框圖</b></p><p>　　虛擬儀器軟件部分負(fù)責(zé)標(biāo)定數(shù)據(jù)處理實(shí)現(xiàn)經(jīng)驗(yàn)公式模塊的創(chuàng)建達(dá)到數(shù)據(jù)顯示的功能，數(shù)據(jù)回放模塊的創(chuàng)建獲得切削力波形。</p><p>　　2.3分析切削力硬件調(diào)試的實(shí)現(xiàn)過程</p><p>　　硬件電路的實(shí)現(xiàn)過程為：通過單片機(jī)的P1.0、P1.1控制模擬多路復(fù)用器

43、MAX4559進(jìn)行通道的選擇，由輸出端Y輸出到采樣保持器LF398的輸入端。當(dāng)LF398的8腳電平高于7腳電平時(shí)，5腳輸出給ADC0809的一個(gè)通道，并對(duì)6腳外接電容進(jìn)行充電。當(dāng)8腳電平低于7腳電平時(shí)，輸出端信號(hào)不變。8腳的控制信號(hào)由89C51的P3.2腳產(chǎn)生的脈沖信號(hào)來控制，保持時(shí)間取決于CH，CH取的值是0.1μf。當(dāng)和P2.6為低電平時(shí)，ADC0809的地址鎖存ALE和START為高電平，開始鎖存地址同時(shí)也啟動(dòng)轉(zhuǎn)換。ADC0809

44、的時(shí)鐘頻率是通過單片機(jī)的時(shí)鐘頻率經(jīng)過二分頻得到的，為500kHz。用查詢的方式監(jiān)控ADC0809的轉(zhuǎn)換是否結(jié)束，一旦轉(zhuǎn)換結(jié)束，ADC0809的EOC腳出現(xiàn)高電平。通過或非門將信號(hào)傳輸?shù)耐獠恐袛嘈盘?hào)P3.3，然后利用89C51的讀信號(hào)RD和P2.6經(jīng)一級(jí)或非門后，產(chǎn)生正脈沖作為OE信號(hào)，打開ADC0809內(nèi)部的三態(tài)輸出鎖存器，將轉(zhuǎn)換結(jié)果輸出到數(shù)據(jù)總線上。存入地址鎖存器74LS74當(dāng)ALE為高電平時(shí)輸出端隨輸入端的變化而變化，當(dāng)ALE為低電

45、平時(shí)輸出端隨輸入端的變化而變化,輸出端被鎖存在已建</p><p><b>　　3 硬件設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　3.1單片機(jī)的概述</b></p><p>　　3.1.1單片機(jī)的發(fā)展歷史</p><p>　　單片機(jī)的歷史非常短暫，然而發(fā)展十分迅猛。自1971年美國(guó)Intel公司首先

46、研制出4位單片機(jī)4004以來，它的發(fā)展可粗略分為四個(gè)階段：</p><p>　　第一階段 1971～1976年，屬于萌芽階段。發(fā)展了各種4位單片機(jī)，多用于家用電器、計(jì)算機(jī)、高級(jí)玩具。</p><p>　　第二階段 1976～1980年，為初級(jí)8位機(jī)階段，發(fā)展了各種中、低檔8位單片機(jī)，典型的如MCS-48系列單片機(jī)，片內(nèi)含多個(gè)8位并行I/O接口、一個(gè)8位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，不帶串行I/O接口

47、，其功能可滿足一般工業(yè)控制和智能化儀器儀表等的需要。</p><p>　　第三階段 1980～1983年，高級(jí)8位機(jī)階段，發(fā)展了高性能的8位單片機(jī)，例如MCS-51系列單片機(jī)，它帶有串行I/O接口和多個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，具有多級(jí)中斷功能。這一階段進(jìn)一步拓寬了單片機(jī)的應(yīng)用范圍，使之能用于智能終端、局部網(wǎng)絡(luò)的接口，并擠入了計(jì)算機(jī)領(lǐng)域。</p><p>　　第四階段 1983年以后，16

48、位單片機(jī)階段。發(fā)展了MCS-96系列等16位單片機(jī)。功能很強(qiáng)，價(jià)格卻迅速下降。片內(nèi)有A/D轉(zhuǎn)換器；可快速輸入、輸出；可用于電機(jī)控制；網(wǎng)絡(luò)通信能力有顯著提高。</p><p>　　3.1.2單片機(jī)的特點(diǎn)</p><p>　　單片機(jī)芯片的集成度很高，它將微型計(jì)算機(jī)的主要部件都集成在一塊芯片上，具有下列特點(diǎn)：</p><p>　　（1）根據(jù)工控環(huán)境要求設(shè)計(jì)，且許多功能部件

49、集中在芯片內(nèi)部，其信號(hào)通道受外界影響小，故可靠性高，抗干體積小、重量輕、價(jià)格便宜、耗電少。</p><p>　　（2）擾性能優(yōu)于采用一般的CPU。</p><p>　?。?）控制功能強(qiáng)，運(yùn)行速度快。其結(jié)構(gòu)組成與指令系統(tǒng)都著重滿足工控要求。有極豐富的條件分支轉(zhuǎn)移指令，有很強(qiáng)的位處理功能和I/O口邏輯操作功能。</p><p>　?。?）片內(nèi)存儲(chǔ)器的容量不可能很大；引腳

50、也嫌少，I/O引腳常不夠用，且兼第二功能以至第三功能。但存儲(chǔ)器和I/O接口都易于擴(kuò)展。</p><p>　　3.1.3單片機(jī)的應(yīng)用</p><p>　　由上述單片機(jī)特點(diǎn)，可推知其應(yīng)用最多的領(lǐng)域?yàn)?lt;/p><p>　?。?）因它具有“小、輕、廉、省”的特點(diǎn)，尤其耗電少，又可使供電電源的體積小、重量輕，所以特別適用于“電腦型產(chǎn)品”，在家用電器、玩具、游戲機(jī)、聲像設(shè)備、電

51、子稱、收銀機(jī)、辦公設(shè)備、廚房設(shè)備等許多產(chǎn)品上得到應(yīng)用。</p><p>　?。?）適用于儀器、儀表。不僅能完成測(cè)量，還具有處理（運(yùn)算、誤差修正、線性化、零漂處理）、監(jiān)控等功能，易于實(shí)現(xiàn)數(shù)字化和智能化。</p><p>　?。?）有利于“機(jī)電一體化”技術(shù)的發(fā)展，多用于數(shù)控機(jī)械、縫紉機(jī)械、醫(yī)療設(shè)備、汽車等。</p><p>　?。?）廣泛應(yīng)用于打印機(jī)、繪圖儀等許多計(jì)算機(jī)

52、外圍設(shè)備，特別是用于智能終端，可大大減輕主機(jī)負(fù)擔(dān)。</p><p>　?。?）用于各種工業(yè)控制，如溫度控制、液面控制、生產(chǎn)線順序控制等。</p><p>　?。?）宜于多機(jī)應(yīng)用。例如機(jī)床加工中心，其各種功能可分散由各個(gè)單片機(jī)子系統(tǒng)分別完成，上級(jí)主機(jī)則負(fù)責(zé)統(tǒng)管、協(xié)調(diào)。又如要求較高的數(shù)據(jù)檢測(cè)采集系統(tǒng)，每一采集通道如是一個(gè)單片機(jī)子系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)同時(shí)快速采集和預(yù)處理，然后再由主機(jī)進(jìn)行集中處理和控

53、制，以構(gòu)成大型的實(shí)時(shí)測(cè)控系統(tǒng)。</p><p>　　3.2傳感器采集電路</p><p>　　工程上通常把直接作用于被測(cè)量，能按一定規(guī)律將其轉(zhuǎn)換成同種或別種量值輸出的器件，稱為傳感器。它把被測(cè)量，如力、位移、溫度等，轉(zhuǎn)換為易測(cè)信號(hào)，傳送給測(cè)量系統(tǒng)的信號(hào)調(diào)理環(huán)節(jié)。</p><p>　　傳感器處于測(cè)試裝置的輸入端，按一定規(guī)律將被檢測(cè)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成便于進(jìn)一步處理的物理量（一般

54、為電壓、電流、電脈沖），其性能將直接影響整個(gè)測(cè)試裝置的工作質(zhì)量。理想的傳感器應(yīng)該能夠?qū)⒏鞣N被檢測(cè)量轉(zhuǎn)換為高輸出電平的電量，能夠提供零輸出阻抗，噪聲極低，并具有良好的線性與重現(xiàn)性。</p><p>　　傳感器的分類繁多，可以按被測(cè)量分類，可分為位移傳感器、力傳感器、溫度傳感器等）；按工作原理分類，可分機(jī)械式、電氣式、光學(xué)式、流體式等；按輸出信號(hào)分類，可分為模擬式和數(shù)字式；按信號(hào)變換特征也可概括為物理型和結(jié)構(gòu)型；&l

55、t;/p><p>　　本系統(tǒng)所采用的八角環(huán)形力傳感器對(duì)切削力進(jìn)行信號(hào)傳輸。八角環(huán)形力傳感器分為固定部分、彈變部分和裝刀部分，且三部分為一整體，彈性部分包括上下兩個(gè)八角環(huán)，八角環(huán)的內(nèi)外側(cè)有若干個(gè)電阻應(yīng)變片。如圖3-1所示</p><p>　　圖3-1 八角環(huán)形力傳感器的結(jié)構(gòu)</p><p>　　八角狀環(huán)彈性元件由圓環(huán)演變而來，當(dāng)園環(huán)上施加徑向力Fy時(shí)，園環(huán)各處的應(yīng)變是不

56、同的，根據(jù)分析可知與作用力方向成39.6°處B的應(yīng)變等于零，此處稱為</p><p>　　變節(jié)點(diǎn)。在水平中心線上則由最大應(yīng)變，因此將四片應(yīng)變片R1、R2、R3和R4如3-2a所示那樣粘貼，R1、R3受拉應(yīng)力，R2和R4受壓應(yīng)力。</p><p>　　圖3-2測(cè)力儀貼片位置及測(cè)量電路</p><p>　　當(dāng)圓環(huán)上施加徑向力Fx時(shí)，應(yīng)變節(jié)電處于A-A位置，將四

57、片應(yīng)變片 R5、R6、R7和R8粘貼于如圖3-2b所述（39.6°），此時(shí)， R5、R7受拉應(yīng)力，R6和R8受壓應(yīng)力。當(dāng)圓環(huán)上同時(shí)受Fx、Fy作用時(shí)，把應(yīng)變片組成圖3-2e和3-2f所示的電橋電路，就可互不干擾地分別測(cè)得Fx、Fy，由于八角狀環(huán)易于固定夾緊，所以常用它代替圓環(huán)。</p><p>　　當(dāng)八角狀環(huán)受主切削力Mz的作用時(shí)，它既受到垂直向下的壓力，又受到彎矩的作用 (3-2d)。Fz力與各應(yīng)變片

58、軸向垂直不起影響，卻使上部環(huán)受拉應(yīng)力，下部環(huán)受壓應(yīng)力，因此將應(yīng)變片R9、R10、R11和R12組成圖3-2g所示電橋就可以測(cè)出Fz。這樣，通過上述測(cè)力儀各應(yīng)變片組成的三個(gè)全橋電路接入測(cè)試系統(tǒng)，就可以分別測(cè)出Fx、Fy、Fz。</p><p>　　3.3 A/D轉(zhuǎn)換電路</p><p>　　摸/數(shù)轉(zhuǎn)換器是一種連續(xù)的模擬量轉(zhuǎn)化成數(shù)字量的一種電路器件。模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)一般需要經(jīng)過采樣保持和

59、量化編碼兩個(gè)過程針對(duì)不同的采樣對(duì)象，有不同的A/D轉(zhuǎn)換器（ADC）可供選擇，其中有通用的也有抓用的，有些ADC還包含有其它功能，在選擇ADC器件時(shí)需要考慮多種因素，除了關(guān)鍵參數(shù)、分辨率和轉(zhuǎn)換速度以外，如靜態(tài)與動(dòng)態(tài)精度、功耗、使用環(huán)境要求、封裝形式以及與軟件有關(guān)的問題。ADC按功能劃分，可以分為直接轉(zhuǎn)換和非直接轉(zhuǎn)換兩大類，其中非直接轉(zhuǎn)換又有逐次分級(jí)轉(zhuǎn)換、積分式轉(zhuǎn)換類型。</p><p>　　A/D轉(zhuǎn)換器在實(shí)際應(yīng)用時(shí)

60、，除了要設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)牟蓸?保持電路、基準(zhǔn)電路和多路模擬通道等電路外，還應(yīng)根據(jù)時(shí)間的具體芯片進(jìn)行通道模擬信號(hào)極性轉(zhuǎn)換等設(shè)計(jì)。</p><p>　　A/D 轉(zhuǎn)換器的技術(shù)指標(biāo)如下：</p><p>　　1、量化誤差與分辨率； </p><p>　　2、轉(zhuǎn)換速率； </p><p><b>　　3、轉(zhuǎn)換精度； </b><

61、;/p><p>　　4、失調(diào)溫度系數(shù)和增益溫度系數(shù)； </p><p>　　5、對(duì)電源電壓變化的抑制比；</p><p>　　A/D 轉(zhuǎn)換器的原理</p><p>　　A/D 轉(zhuǎn)換器是把模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量的器件，簡(jiǎn)寫為ADC。ADC 的品種很多，根據(jù)轉(zhuǎn)換原理有雙積分式、逐次逼近式、壓頻變換式、電壓時(shí)間式等。模擬量只有被轉(zhuǎn)換成數(shù)字量才能被計(jì)算

62、機(jī)采集、分析、計(jì)算。如圖3-3所示是一個(gè)具有模擬量輸入輸出的MCS-51 單片機(jī)系統(tǒng)。</p><p>　　圖3-3具有模擬量輸入輸出的單片機(jī)系統(tǒng)</p><p><b>　　常用A/D 轉(zhuǎn)換器</b></p><p>　　常用的A/D 轉(zhuǎn)換器有很多種，表3-1列出了不同種類的A/D轉(zhuǎn)換器的型號(hào)及基本性能。</p><p&g

63、t;　　表3-1 常用A/D 轉(zhuǎn)換器的型號(hào)及性能</p><p>　　采用逐次逼近轉(zhuǎn)換器，對(duì)于這種轉(zhuǎn)換方式，通常是一個(gè)比較器輸入信號(hào)與作為基準(zhǔn)的nDAC輸出進(jìn)行比較，并執(zhí)行n次一位轉(zhuǎn)換，這種方法類似于天平上用二進(jìn)制砝碼稱量物質(zhì)。采用逐次逼近寄存器，輸入信號(hào)僅與最高位比較，確定DAC的最高位（DAC滿量程的一半）。確定后結(jié)果（0或1）被鎖存，同時(shí)加到DAC上，以決定DAC的輸出（0或1/2）。</p>

64、<p>　　逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器，如ADC0809、AD574等，其特點(diǎn)是轉(zhuǎn)換速度快，精度也比較高，輸出為二進(jìn)制碼，直接接I/O口，軟件設(shè)計(jì)方便。ADC0809芯片包含8位模/數(shù)轉(zhuǎn)換技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，所以該芯片非常適合于過程控制、微控制器輸入通道的結(jié)合口電路、智能儀器和機(jī)床控制等應(yīng)用場(chǎng)合，并且價(jià)格低廉，降低設(shè)計(jì)成本。</p><p>　　選用89C51作為中央處理器，A/D轉(zhuǎn)換器選用ADC0809，其連接

65、圖電路如附錄所示。</p><p>　　用單片機(jī)控制ADC時(shí)，多數(shù)采用查詢和中斷控制兩種方式。查詢法是在單片機(jī)把啟動(dòng)命令送到ADC之后，執(zhí)行別的程序，同時(shí)對(duì)ADC的狀態(tài)進(jìn)行查詢，以檢查ADC變換是否已經(jīng)完成，如查詢到變換已經(jīng)結(jié)束，則讀入轉(zhuǎn)換完畢的數(shù)據(jù)。中斷控制是在啟動(dòng)信號(hào)送入到ADC之后，單片機(jī)執(zhí)行別的程序。當(dāng)ADC轉(zhuǎn)換結(jié)束并向單片機(jī)發(fā)出中斷請(qǐng)求信號(hào)時(shí)，單片機(jī)響應(yīng)其中斷請(qǐng)求，進(jìn)入中斷服務(wù)程序，讀入轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)，并進(jìn)行

66、必要的數(shù)據(jù)處理，然后返回到原程序。這種方法單片機(jī)無需進(jìn)行轉(zhuǎn)換時(shí)間管理，CPU效率高，所以特別適合于變換時(shí)間較長(zhǎng)的ADC。本設(shè)計(jì)采用查詢方式進(jìn)行數(shù)據(jù)收集。</p><p>　　由于ADC0809片內(nèi)無時(shí)鐘，故利用89C51提供的地址鎖存使能信號(hào)ALE經(jīng)D觸發(fā)器二分頻后獲得時(shí)鐘。因?yàn)锳LE信號(hào)的頻率是單片機(jī)時(shí)鐘頻率的1/6，如果時(shí)鐘頻率為6MHz，則ALE信號(hào)的頻率為1MHz，經(jīng)二分頻后為500kHz，與ADC080

67、9時(shí)鐘頻率的典型值吻合，由于ADC0809具有三態(tài)輸出鎖存器，故其數(shù)據(jù)輸出引腳可直接與單片機(jī)的數(shù)據(jù)總線相連。因?yàn)樵贏DC0809前置有模擬多路復(fù)用器進(jìn)行通道選擇所以地址碼引腳ADD A～C接地。采用單片機(jī)的P2.6作為A/D的片選信號(hào)。并將A/D的ALE和START腳相連在一起，以實(shí)現(xiàn)鎖存通道地址的同時(shí)啟動(dòng)ADC0809轉(zhuǎn)換。啟動(dòng)信號(hào)又89C51的寫信號(hào)和P2.6經(jīng)或非門實(shí)現(xiàn)控制。然后根據(jù)所選用的查詢、中斷，等待延時(shí)三種方式之一的條件去

68、執(zhí)行一條輸入指令，讀取A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果。</p><p><b>　　3.4串口通訊設(shè)計(jì)</b></p><p>　　串口通訊是實(shí)現(xiàn)PC機(jī)和單片機(jī)之間的交換的主要手段。常見的串行通信接口標(biāo)準(zhǔn)有RS-232、RS-422、RS-423、RS-449以及20mA電路環(huán)等，而實(shí)際應(yīng)用中多采用簡(jiǎn)單易行的RS-232通信標(biāo)準(zhǔn)。</p><p>　　RS-2

69、32通信標(biāo)準(zhǔn)包括了按位進(jìn)行串行傳輸?shù)碾姎夂蜋C(jī)械方面的規(guī)定。RS-232關(guān)于電氣特性的要求規(guī)定，驅(qū)動(dòng)器輸出電壓相對(duì)于信號(hào)地線在-5V—-15V之間為邏輯1電平，表示信號(hào)狀態(tài)；驅(qū)動(dòng)器輸出電壓相對(duì)于信號(hào)地線在+5V一+15V之間為邏輯0電平，表示空號(hào)狀態(tài)。在接收端，邏輯1電平為-3V一-15V，邏輯0電平為+3V一+15V，即允許發(fā)送端到接收端有2V的電壓降。這樣RS-232電平和TTL邏輯電路產(chǎn)生的電平是不一致的，因此需要專門的電平轉(zhuǎn)換電路

70、來實(shí)現(xiàn)電平的轉(zhuǎn)換。</p><p>　　.RS232接口電路</p><p>　　RS-232C標(biāo)準(zhǔn)是美國(guó)EIA(電子工業(yè)聯(lián)合會(huì))與BELL等公司一起開發(fā)的,于1969年公布的通信協(xié)議，全稱是EIA-RS-232C。它適于數(shù)據(jù)傳輸速率在0～20000bps的通信。這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)串行通信接口的有關(guān)問題，如信號(hào)線功能、電特性都作了明確規(guī)定。由于通信設(shè)備廠商都生產(chǎn)與RS-232C制式兼容的通信設(shè)備，

71、因此，它作為一種標(biāo)準(zhǔn)，目前已在微機(jī)通信接口中廣泛采用。RS-232C采用負(fù)邏輯，規(guī)定+3V～+15V任意電壓表示邏輯0（或信號(hào)有效），-3V～-15V任意電壓表示邏輯1（或信號(hào)無效）。</p><p>　　對(duì)于用戶開發(fā)系統(tǒng)來說，在線調(diào)試和下載功能最重要，也是最常使用的，但二者都需通過PC機(jī)上的串行COM1端口與89C51串行端口之間連接的串行端口電纜進(jìn)行數(shù)據(jù)通信才能發(fā)揮作用。因此，用戶在開發(fā)應(yīng)用系統(tǒng)之前，首先要設(shè)

72、計(jì)一個(gè)電路來實(shí)現(xiàn)PC機(jī)與89C51的串行接口通信。否則，開發(fā)出來的的系統(tǒng)將沒有價(jià)值。</p><p>　　89C51串行接口是全雙工的，可以同時(shí)接收和發(fā)送數(shù)據(jù)。至串行網(wǎng)絡(luò)的物理接口由引腳RxD（P3.0）和TxD(P3.1)提供。因此，利用這兩個(gè)引腳設(shè)計(jì)的RS-232接口電路（如圖3-4所示），就可實(shí)現(xiàn)PC機(jī)與89C51的串口通信。</p><p>　　圖3-4程序調(diào)試時(shí)與PC串口通信&l

73、t;/p><p>　　由于RS—232的信號(hào)電平與單片機(jī)信號(hào)電平（TTL電平）不一致，必須進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。傳統(tǒng)的RS—232通訊接口是采用兩片集成電路MC1488和MC1489，這樣做的結(jié)果是系統(tǒng)的電源增加為三組：+5V、+12V和-12V，而且功耗大，所以從減少電源的組數(shù)、降低功耗和減小體積方面考慮，我們?cè)诒鞠到y(tǒng)中采用最新串行通訊接口芯片MAX3232E，它只需要外加2個(gè)極性電容，就可實(shí)現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換。圖3-5為89C5

74、1與PC機(jī)通信時(shí)的接口電路。</p><p>　　圖3-5 RS-232接口電路</p><p>　　由于RS-232接口電路是PC機(jī)和用戶開發(fā)系統(tǒng)的唯一通路，因此，它是在線調(diào)試和下載功能實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵。在用戶系統(tǒng)的開發(fā)研制過程中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)在線通信故障問題。導(dǎo)致該現(xiàn)象發(fā)生的原因有很多，但最有可能的是接口電路工作異常所產(chǎn)生。要判斷RS-232接口電路工作是否正常，可按以下步驟逐一檢查RS-23

75、2通信是否正常。</p><p>　?、賄＋和V－引腳電壓是否足夠高（分別超過＋8V和-8V）。若電壓較低，則可能MAX3232E芯片已損壞。</p><p>　　②R1IN腳是否存在±12V的脈沖信號(hào)。若存在，則說明PC機(jī)方面通信發(fā)送信號(hào)正常。</p><p>　　③R1OUT腳是否存在＋5V信號(hào)。若存在，則說明RS232接收PC機(jī)信號(hào)工作正常。<

76、/p><p>　?、躎1IN腳是否存在＋5V信號(hào)。若存在，則說明89C51對(duì)PC機(jī)的通信產(chǎn)生響應(yīng)；否則是89C51通信存在問題，說明89C51工作不正常。</p><p>　?、軹1OUT腳是否存在±12V的脈沖信號(hào)。若存在，但89C51還無法進(jìn)入在線調(diào)試狀態(tài)，則說明DB25與PC機(jī)之間的串行接口電纜有問題。</p><p>　　表3-2為DB25功能表<

77、;/p><p>　　表3-2 DB25功能表</p><p><b>　　3.5電源電路設(shè)計(jì)</b></p><p>　　節(jié)點(diǎn)的電源有集成穩(wěn)壓器LM7805提供。微型變壓器把220V的市電變壓整流后輸出15V電壓為L(zhǎng)M7805供電，再由LM7805輸出穩(wěn)定的5V電源。為了抑制干擾，在LM7805的輸出端并聯(lián)兩個(gè)電容。一個(gè)電容為220μF電解電容，對(duì)

78、頻率較低的干擾有很好的抑制作用。但由于電解電容在高頻時(shí)容抗增大，為了過濾高頻的干擾，還并聯(lián)了一個(gè)10μF的瓷片電容。為了方便使用，輸出端接了一個(gè)LED作為電源正常工作指示燈，如圖3-6所示。</p><p>　　圖3-6電源轉(zhuǎn)換電路</p><p><b>　　4 元器件介紹</b></p><p>　　4.1 單片機(jī)89C51</p&g

79、t;<p><b>　　4.1.1主要特性</b></p><p>　　89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器的低電壓，高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機(jī)。如圖4-1所示為89C51單片機(jī)</p><p>　　圖4-2 89C51單片機(jī)</p><p><b>　　主要特性：</b><

80、;/p><p>　　與MCS-51 兼容； </p><p>　　4K字節(jié)可編程閃爍存儲(chǔ)器；</p><p>　　全靜態(tài)工作：0Hz-24MHz；</p><p>　　三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定；</p><p>　　128*8位內(nèi)部RAM； </p><p>　　32可編程I/O線；</p>

81、<p>　　兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器； </p><p>　　5個(gè)中斷源 、可編程串行通道；</p><p>　　低功耗的閑置和掉電模式；</p><p>　　片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路；</p><p>　　壽命：1000寫/擦循環(huán)；</p><p>　　數(shù)據(jù)保留時(shí)間：10年。</p><p

82、><b>　　4.1.2內(nèi)部結(jié)構(gòu)</b></p><p><b>　　8位CPU；</b></p><p>　　片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路；</p><p><b>　　32根I/O線；</b></p><p>　　外部存貯器尋址范圍ROM、RAM64K；</p>

83、<p>　　2個(gè)16位的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器；</p><p><b>　　5個(gè)中斷源；</b></p><p><b>　　兩個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)；</b></p><p><b>　　全雙工串行口；</b></p><p><b>　　布爾處理器。</b>

84、;</p><p><b>　　4.1.3外部特性</b></p><p><b>　　VCC：供電電壓；</b></p><p><b>　　GND：接地；</b></p><p>　　P0口：P0口為一個(gè)8位漏級(jí)開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流；</p>

85、;<p>　　P1口：P1口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流；</p><p>　　P2口：P2口為一個(gè)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(gè)TTL門電流，當(dāng)P2口被寫“1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流；</p><p>　　P3口：P3口管腳

86、是8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個(gè)TTL門電流； </p><p>　　P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，如下所示：</p><p>　　P3.0 RXD（串行輸入口）；</p><p>　　P3.1 TXD（串行輸出口）；</p><p>　　P3.2 /INT0（外部中斷0）；</p><p

87、>　　P3.3 /INT1（外部中斷1）；</p><p>　　P3.4 T0（記時(shí)器0外部輸入）； </p><p>　　P3.5 T1（記時(shí)器1外部輸入）； </p><p>　　P3.6 /WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通）； </p><p>　　P3.7 /RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通）； </p><p>　

88、　P3口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)；</p><p>　　RST：復(fù)位輸入；　　</p><p>　　ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)；</p><p>　　：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)； </p><p>　　/VPP：當(dāng)保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（0000H-FFF

89、FH），不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。注意加密方式1時(shí)，將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)器?！?lt;/p><p>　　XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入；</p><p>　　XTAL2：來自反向振蕩器的輸出；</p><p>　　XTAL1和XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。石晶振蕩

90、和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)器件，XTAL2應(yīng)不接。有余輸入至內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)要通過一個(gè)二分頻觸發(fā)器，因此對(duì)外部時(shí)鐘信號(hào)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。</p><p>　　4.2模/數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC0809</p><p>　　ADC0809是采樣頻率為8位的、以逐次逼近原理進(jìn)行?！獢?shù)轉(zhuǎn)換的器件。其內(nèi)部有一個(gè)8通道多路開關(guān)，它可以根據(jù)地址碼鎖存譯碼后的信號(hào)，只

91、選8個(gè)中斷模擬輸入信號(hào)中的一個(gè)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。</p><p><b>　　4.2.1主要特性</b></p><p>　　1）8路輸入通道，8位A／D轉(zhuǎn)換器，即分辨率為8位。 </p><p>　　2）具有轉(zhuǎn)換起?？刂贫?。 </p><p>　　3）轉(zhuǎn)換時(shí)間為100μs </p><p>　　4

92、）單個(gè)＋5V電源供電 </p><p>　　5）模擬輸入電壓范圍0～＋5V，不需零點(diǎn)和滿刻度校準(zhǔn)。 </p><p>　　6）工作溫度范圍為-40～＋85攝氏度 .</p><p>　　7）低功耗，約15mW。</p><p><b>　　4.2.2內(nèi)部結(jié)構(gòu)</b></p><p>　　ADC08

93、09是CMOS單片型逐次逼近式A／D轉(zhuǎn)換器，它由8路模擬開關(guān)、地址鎖存與譯碼器、比較器、8位開關(guān)樹型D／A轉(zhuǎn)換器、逐次逼近</p><p>　　4.2.3外部特性　　</p><p>　　ADC0809芯片有28條引腳，采用雙列直插式封裝，下面說明各引腳功能。 </p><p>　　IN0～I(xiàn)N7：8路模擬量輸入端。 </p><p>　　2

94、-1～2-8：8位數(shù)字量輸出端。 </p><p>　　ADDA、ADDB、ADDC：3位地址輸入線，用于選通8路模擬輸入中的一路 </p><p>　　ALE：地址鎖存允許信號(hào)，輸入，高電平有效。 </p><p>　　START： A／D轉(zhuǎn)換啟動(dòng)脈沖輸入端，輸入一個(gè)正脈沖（至少100ns寬）使其啟動(dòng)（脈沖上升沿使0809復(fù)位，下降沿啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換）。 </

95、p><p>　　EOC： A／D轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)，輸出，當(dāng)A／D轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，此端輸出一個(gè)高電平（轉(zhuǎn)換期間一直為低電平）。 </p><p>　　OE：數(shù)據(jù)輸出允許信號(hào)，輸入，高電平有效。當(dāng)A／D轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，此端輸入一個(gè)高電平，才能打開輸出三態(tài)門，輸出數(shù)字量。 </p><p>　　CLK：時(shí)鐘脈沖輸入端。要求時(shí)鐘頻率不高于640KHZ。 </p><p&

96、gt;　　REF（+）、REF（-）：基準(zhǔn)電壓。 </p><p>　　Vcc：電源，單一＋5V。 </p><p><b>　　GND：地。</b></p><p>　　4.2.4ADC0809的工作過程</p><p>　　ADC0809的工作過程是：首先輸入3位地址，并使ALE=1，將地址存入地址鎖存器中。此地址經(jīng)

97、譯碼選通8路模擬輸入之一到比較器。START上升沿將逐次逼近寄存器復(fù)位。下降沿啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換，之后EOC輸出信號(hào)變低，指示轉(zhuǎn)換正在進(jìn)行，直到A/D轉(zhuǎn)換完成，EOC變?yōu)楦唠娖剑甘続/D轉(zhuǎn)換結(jié)束，結(jié)果數(shù)據(jù)已存入鎖存器，這個(gè)信號(hào)可用作中斷申請(qǐng)。當(dāng)OE輸入高電平時(shí)，輸出三態(tài)門打開，轉(zhuǎn)換結(jié)果。</p><p>　　4.3地址鎖存器74LS373</p><p>　　74LS373是8D鎖存器(3S

98、，鎖存允許輸入有回環(huán)特性)，常應(yīng)用在地址鎖存及輸出口的擴(kuò)展中。74LS373都是透明的帶有三態(tài)門的8個(gè)位鎖存器的芯片，如圖4-3所示。</p><p>　　圖4-3 74LS373</p><p>　　SN74LS373， SN74LS374 常用的8D鎖存器，常用作地址鎖存和I/O輸出，可以用74hc373代換。74LS373是低功耗肖特基TTL8D鎖存器，74H373是高速CMOS器

99、件，功能與74LS373相同，兩者可以互換。74LS373內(nèi)有8個(gè)相同的D型(三態(tài)同相)鎖存器，由兩個(gè)控制端(11腳G或EN；1腳OUT、CONT、OE)控制。當(dāng)OE接地時(shí)，若G為高電平，74LS373接收由PPU輸出的地址信號(hào)；如果G為低電平，則將地址信號(hào)鎖存。</p><p>　　4.3.1地址鎖存器功能</p><p>　　圖4-4 74LS373結(jié)構(gòu)圖</p><

100、;p>　　如圖4-4為74LS373結(jié)構(gòu)圖當(dāng)三態(tài)門的使能信號(hào)線為低電平時(shí)，三態(tài)門處于導(dǎo)通狀態(tài)，允許Q1～Q8輸出到OUT1～OUT8，當(dāng)端為高電平時(shí)，輸出三態(tài)門斷開，輸出線OUT1～OUT8處于浮空狀態(tài)。G稱為數(shù)據(jù)打入線，當(dāng)74LS373用作地址鎖存器時(shí)，首先應(yīng)使三態(tài)門的使能信號(hào)為低電平，這時(shí)，當(dāng)G輸出端為高電平時(shí)，鎖存器輸出（Q1～Q8）狀態(tài)和輸入端（D1～D8）的數(shù)據(jù)鎖入Q1～Q8的8位鎖存器中。74LS373的功能表如表4-

101、1所示</p><p>　　表4-1 74LS373鎖存器功能表</p><p>　　注：H=高電平，L=低電平，X=不定態(tài)，Q0=建立穩(wěn)態(tài)輸入條件前Q的電平</p><p>　　Z=三態(tài)輸出的關(guān)閉態(tài)（高阻抗）</p><p>　　由訪問外部存儲(chǔ)器的時(shí)序可知，在ALE下降沿P0口輸出的地址是有效的。因此，在選用地址鎖存器時(shí)，應(yīng)注意ALE信號(hào)與

102、鎖存器選通信號(hào)的配合，即應(yīng)選擇高電平觸發(fā)或下降沿觸發(fā)的鎖存器。例如，8D鎖存器74LS373為高電平觸發(fā)，ALE信號(hào)直接加到使能端G。若用74LS273或74LS377作地址鎖存器，由于它們是上升沿觸發(fā)的，故ALE信號(hào)要經(jīng)過一個(gè)反相器才能加到其時(shí)鐘端CLK.</p><p>　　74LS373的引腳它有一個(gè)使能端G，一個(gè)輸出控制端E，8個(gè)輸入端D1～D8，8個(gè)輸出端Q1～Q8,該芯片又稱為透明的D型鎖存器。“透明

103、”是指當(dāng)使能端G端為高電平時(shí)，輸出端Q端將隨輸入端D端的變化而變化，鎖存功能體現(xiàn)在當(dāng)使能G端為低電平時(shí)，Q端的輸出將鎖存在已建立的電平狀態(tài)，而不管此時(shí)輸入端D的狀態(tài)如何。</p><p><b>　　4.3.2工作原理</b></p><p>　　工作原理：74LS373的輸出端O0~O7可直接與總線相連。當(dāng)三態(tài)允許控制端OE為低電平時(shí)，Q0~Q7為正常邏輯狀態(tài)，可用

104、來驅(qū)動(dòng)負(fù)載或總線。當(dāng)OE為高電平時(shí)，Q0~Q7呈高阻態(tài)，即不驅(qū)動(dòng)總線，也不為總線的負(fù)載，但鎖存器內(nèi)部的邏輯操作不受影響。      當(dāng)鎖存允許端LE為高電平時(shí)，Q隨數(shù)據(jù)D而變。當(dāng)LE為低電平時(shí)，Q被鎖存在已建立的數(shù)據(jù)電平。</p><p>　　4.4數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的擴(kuò)展</p><p>　　6264是一種8K×8的靜態(tài)存儲(chǔ)器，其內(nèi)部

105、組成主要包括512×128的存儲(chǔ)器矩陣、行／列地址譯碼器以及數(shù)據(jù)輸入輸出控制邏輯電路。地址線13位，其中A12～A3用于行地址譯碼，A2～A0和A10用于列地址譯碼。在存儲(chǔ)器讀周期，選中單元的8位數(shù)據(jù)經(jīng)列I/O控制電路輸出；在存儲(chǔ)器寫周期，外部8位數(shù)據(jù)經(jīng)輸入數(shù)據(jù)控制電路和列I／O控制電路，寫入到所選中的單元中。6264有28個(gè)引腳，如圖4-5所示，采用雙列直插式結(jié)構(gòu)，使用單一＋5 V電源。 </p><p&

106、gt;　　圖4-5 6264結(jié)構(gòu)</p><p><b>　　4.4.1外部特性</b></p><p><b>　　其引腳功能如下：</b></p><p>　　A12～A0：地址線，可尋址8KB的存儲(chǔ)空間。 </p><p>　　D7～D0：數(shù)據(jù)線，雙向，三態(tài)。 </p><

107、p>　　（output enable）：讀出允許信號(hào)，輸入，低電平有效。 </p><p>　?。╳rite enable）：寫允許信號(hào)，輸入，低電平有效。 </p><p>　?。╟hip enable）：片選信號(hào)1，輸入，在讀/寫方式時(shí)為低電平。 </p><p>　　CE2（chip enable）：片選信號(hào)2，輸入，在讀/寫方式時(shí)為高電平。 </

108、p><p>　　VCC：+5V工作電壓。 </p><p><b>　　GND：信號(hào)地。</b></p><p><b>　　4.4.2操作方式</b></p><p>　　Intel 6264的操作方式由, , , CE2的共同作用決定 </p><p>　?、?寫入：當(dāng)和為低

109、電平，且和CE2為高電平時(shí)，數(shù)據(jù)輸入緩沖器打開，數(shù)據(jù)由數(shù)據(jù)線D7～D0寫入被選中的存儲(chǔ)單元。 </p><p>　　② 讀出：當(dāng)和為低電平，且和CE2為高電平時(shí)，數(shù)據(jù)輸出緩沖器選通，被選中單元的數(shù)據(jù)送到數(shù)據(jù)線D7～D0上。 </p><p>　?、?保持：當(dāng)為高電平，CE2為任意時(shí)，芯片未被選中，處于保持狀態(tài)，數(shù)據(jù)線呈現(xiàn)高阻狀態(tài)。 </p><p>　　4.5 分頻

110、器74LS74</p><p>　　如圖4-6所示為74LS74分頻器。74LS74分頻器是選用雙D觸發(fā)器的其中1個(gè)D觸發(fā)器，將需要分頻的信號(hào)接CLK，輸出/Q反饋接到輸入D端。CLR和PR是清零端和置1端，都是低電平有效。不用的話就把它們接無效電平，即都接高電平即可。需要控制清零和置1就把它們接到控制端</p><p>　　圖4-6 74LS74</p><p>

111、;<b>　　芯片引腳：</b></p><p><b>　　CLR:復(fù)位信號(hào)</b></p><p><b>　　D:觸發(fā)信號(hào)</b></p><p><b>　　Q：同相位輸出</b></p><p><b>　　/Q：反相位輸出</b

112、></p><p><b>　　PRE:控制</b></p><p><b>　　CLK:時(shí)鐘信號(hào)</b></p><p>　　4.6 采樣保持器的選型</p><p>　　LF398是一種反饋型采樣/保持放大器，也是目前較為流行的通用型采樣/保持放大器。由場(chǎng)效應(yīng)管構(gòu)成，具有采樣保持速率高、保

113、持電壓下降慢和精度高等特點(diǎn)。</p><p>　　4.6.1 主要性能</p><p>　　反饋型采樣/保持放大器；</p><p>　　雙極型-結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管工藝制造；</p><p><b>　　片內(nèi)無保持電容；</b></p><p>　　在采樣或保持狀態(tài)具有高源抑制性能；</p>

114、<p>　　低輸入漂移，保持狀態(tài)下輸入特性不變；</p><p>　　可與TTL、PMOS、CMOS兼容；</p><p>　　雙電源供電，電源范圍寬；</p><p>　　采樣時(shí)間（10V級(jí)，到0.01%）：20μs；</p><p>　　增益誤差：0.01%；</p><p>　　下降率：3mV/s(

115、typ)；</p><p><b>　　失調(diào)電壓：7mV；</b></p><p>　　保持電容：0.01pF；</p><p><b>　　4.6.2外部特性</b></p><p>　　LF398引腳圖為引腳名稱見表4-2</p><p>　　表4-2 LF398引腳名稱

116、</p><p><b>　　4.6.3內(nèi)部結(jié)構(gòu)</b></p><p>　　控制電路中A3主要起到比較器的作用；其中引腳7為參考電壓，當(dāng)輸入控制邏輯電平高于參考端電壓時(shí)，輸出一個(gè)低電平信號(hào)驅(qū)動(dòng)開關(guān)K閉合，此時(shí)輸入信號(hào)經(jīng)A1后跟隨輸出到A2，再由A2的輸出端跟隨輸出，同時(shí)向保持電容（接引腳6端）充電；而當(dāng)控制邏輯電平低于參考端電壓時(shí)，輸出一個(gè)高電平信號(hào)使開關(guān)斷開，以達(dá)