畢業(yè)設(shè)計(jì)---多路壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、<p>　　本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）</p><p>　　題目：多路壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>　　院 （系）： 電子信息工程學(xué)院 </p><p>　　專 業(yè)： 電氣工程及其自動(dòng)化 </p><p><b>　　2009年 06月</b></p><p>　

2、　多路壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　在企業(yè)生產(chǎn)中，準(zhǔn)確及時(shí)地得到壓力參數(shù)對(duì)生產(chǎn)管理、產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)安全具有十分重要的意義。本文論述了基于單片機(jī)的多路壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)。該硬件的主要模塊包括：信號(hào)采集、信號(hào)調(diào)理、結(jié)果顯示、報(bào)警電路、看門狗模塊。本系統(tǒng)運(yùn)行可靠、性能穩(wěn)定、性價(jià)比高、應(yīng)用前景十分廣闊。本文提出了針對(duì)多壓力點(diǎn)

3、進(jìn)行計(jì)算機(jī)集中實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng),介紹了它的基本原理、硬件組成，所以其結(jié)構(gòu)清晰，易于修改,調(diào)試方便，大大提高了系統(tǒng)開發(fā)效率。</p><p>　　關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)；傳感器；LCD顯示；壓力監(jiān)測(cè)</p><p>　　Hardware Design of Multi-Channel Pressure Monitoring System</p><p><b>　　Ab

4、stract</b></p><p>　　In production, access to accurate and timely pressure parameters on production management, product quality and production safety is of great significance. This paper discusses the h

5、ardtware design of multi-channel pressure monitoring system based on SCM（The single chip machhine）. The main modules of the hardware include: signal acquisition, signal processing, the result showed and watchdog module.

6、The system has reliable operation, stable performance, cost-effective and very broad prospects for </p><p>　　Key words : SCM , sensors, LCD Display, Pressure Monitoring</p><p><b>　　目錄</

7、b></p><p><b>　　摘要I</b></p><p>　　AbstractII</p><p><b>　　1 緒論1</b></p><p>　　1.1課題的背景1</p><p>　　1.2課題的研究意義1</p><p&

8、gt;　　1.3壓力監(jiān)測(cè)技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)2</p><p>　　1.4 課題的主要內(nèi)容及技術(shù)指標(biāo)2</p><p>　　1.4.1課題的主要內(nèi)容2</p><p>　　1.4.2課題的技術(shù)指標(biāo)2</p><p>　　2 系統(tǒng)的要求及設(shè)計(jì)原則3</p><p>　　2.1系統(tǒng)的要求3</p>

9、<p>　　2.2系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則3</p><p>　　3 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)4</p><p>　　3.1系統(tǒng)的組成4</p><p>　　3.2系統(tǒng)的工作原理4</p><p>　　3.3系統(tǒng)主要芯片簡(jiǎn)介5</p><p>　　3.3.1壓力變送器5</p><p>

10、;　　3.3.2多路選擇開關(guān)7</p><p>　　3.3.3I/V轉(zhuǎn)換器8</p><p>　　3.3.4信號(hào)放大器9</p><p>　　3.3.5A/D轉(zhuǎn)換器10</p><p>　　3.3.6單片機(jī)AT89C5112</p><p>　　3.3.7 825515</p><p&g

11、t;　　3.3.8外部時(shí)鐘DS1287717</p><p>　　3.3.9液晶顯示電路18</p><p>　　3.3.10外部存儲(chǔ)電路19</p><p>　　3.3.11報(bào)警電路21</p><p>　　3.3.12復(fù)位電路22</p><p>　　3.3.13串行口電路24</p>&

12、lt;p>　　3.3.14電源電路26</p><p>　　4.系統(tǒng)電路板設(shè)計(jì)及調(diào)試28</p><p>　　4.1 Protel 簡(jiǎn)介28</p><p>　　4.2 PCB布局、布線基本原則28</p><p>　　4.2.1 元件布局基本規(guī)則28</p><p>　　4.2.2 元件布線規(guī)則29

13、</p><p>　　4.3 系統(tǒng)調(diào)試29</p><p><b>　　5 結(jié)論31</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)32</b></p><p><b>　　致謝33</b></p><p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）知識(shí)產(chǎn)權(quán)聲明34

14、</p><p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）獨(dú)創(chuàng)性聲明35</p><p><b>　　附錄36</b></p><p><b>　　1 緒論</b></p><p><b>　　1.1課題的背景</b></p><p>　　在工業(yè)生產(chǎn)中，經(jīng)常需要對(duì)壓力

15、信號(hào)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要用于汽車輪胎、煤礦、油田、鍋爐等許多領(lǐng)域。壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用范圍非常廣泛，例如用于在汽車行駛時(shí)對(duì)輪胎氣壓進(jìn)行自動(dòng)監(jiān)測(cè)，輪胎漏氣和低氣壓是自動(dòng)報(bào)警，以保證行車安全；還有用在供水管網(wǎng)上，通過(guò)對(duì)管道水壓的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，防止漏水等，在現(xiàn)實(shí)生活中，要實(shí)現(xiàn)智能化、自動(dòng)化、機(jī)械化就必須做到對(duì)壓力信號(hào)的及時(shí)采集與處理，壓力信號(hào)就是一個(gè)常見的最基本的信號(hào)，所以目前國(guó)內(nèi)外有好多關(guān)于壓力方面的研究。尤其是其中的單片機(jī)以其優(yōu)越的性能、成

16、熟的技術(shù)及高可靠性和高性能價(jià)格比，迅速占領(lǐng)了工業(yè)測(cè)控和自動(dòng)化工程應(yīng)用的主要市場(chǎng)，成為國(guó)內(nèi)單片機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域中的主流。</p><p>　　由于壓力控制在生產(chǎn)過(guò)程中起著決定性的安全作用，因此有必要準(zhǔn)確測(cè)量壓力。由于在進(jìn)行監(jiān)測(cè)時(shí)往往需要對(duì)多處的信息進(jìn)行測(cè)量和監(jiān)控，因此，設(shè)計(jì)多路壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)十分必要。</p><p>　　1.2課題的研究意義</p><p>　　隨著電子技術(shù)

17、、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)的迅速發(fā)展，工業(yè)測(cè)控領(lǐng)域采用先進(jìn)的技術(shù)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的工業(yè)生產(chǎn)參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)是實(shí)現(xiàn)工業(yè)自動(dòng)化的重要標(biāo)志。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，在工業(yè)生產(chǎn)中被監(jiān)測(cè)最多的參數(shù)是壓力、流量、溫度這三大參數(shù)，無(wú)論在石油、化工、煤炭、水利等行業(yè)，還是電力、機(jī)械、航天、國(guó)防等部門，都離不開對(duì)這些參數(shù)的監(jiān)測(cè)，當(dāng)然除此之外，還有諸如液位、扭矩、密度、濃度、速度、位移、距離、電參量等眾多物理參數(shù)的監(jiān)測(cè)。</p><p>　　壓力測(cè)量的領(lǐng)

18、域十分廣泛，其實(shí)，不僅在工業(yè)領(lǐng)域，而且在民用領(lǐng)域、軍用領(lǐng)域壓力的測(cè)量隨處可見。當(dāng)然，不同的場(chǎng)合，對(duì)測(cè)壓范圍的要求不一，即使相同的測(cè)壓范圍，測(cè)量不同的對(duì)象，其測(cè)量的精度要求也不盡相同。當(dāng)然，我們做任何一件物品，都是在滿足要求的前提下，越簡(jiǎn)單越好，成本越低越好，作為工業(yè)、民用、軍用等領(lǐng)域的測(cè)量，這個(gè)原則也不例外，但作為人類對(duì)客觀事務(wù)的認(rèn)識(shí)，從測(cè)量的角度，從誤差的概念，從真值的理解來(lái)看，我們應(yīng)該在一定的條件下盡量地將測(cè)量的精度提高。</

19、p><p>　　隨著工、農(nóng)業(yè)的發(fā)展，多路壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)勢(shì)必將得到越來(lái)越多的應(yīng)用，為適應(yīng)這一趨勢(shì)，作這方面的研究就顯得十分重要?？傊?，不論在哪個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域中多路壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)將直接影響工作效率和所取得的經(jīng)濟(jì)效益。因而，多路壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研發(fā)有著廣闊的前景和市場(chǎng)。</p><p>　　1.3壓力監(jiān)測(cè)技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)</p><p>　　壓力是一般工業(yè)領(lǐng)域最容易碰到的監(jiān)測(cè)參數(shù)，

20、市場(chǎng)上專用的各類壓力監(jiān)測(cè)產(chǎn)品也比較豐富，國(guó)內(nèi)外的壓力監(jiān)測(cè)儀器的發(fā)展水平主要體現(xiàn)在儀器的智能化水平、測(cè)量的壓力范圍、測(cè)量的精度以及儀器的功耗技術(shù)指標(biāo)上，目前國(guó)內(nèi)的壓力測(cè)量，在精度上很少高于0.1%。</p><p>　　在同一個(gè)行業(yè)，各個(gè)企業(yè)之間的現(xiàn)代化水平的差異也十分大，盡管目前的計(jì)算機(jī)技術(shù)和電子技術(shù)的發(fā)展水平都十分迅猛，但仍有一部分企業(yè)對(duì)壓力的測(cè)量場(chǎng)合還停留在簡(jiǎn)單的測(cè)量工具上。近年來(lái)，信息化一詞在自動(dòng)化領(lǐng)域內(nèi)十

21、分叫響，它在一定程度上推動(dòng)了自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展，我們的許多廠礦企業(yè)，運(yùn)用計(jì)算機(jī)的水平不再體現(xiàn)在辦公室的管理上，而是深入到生產(chǎn)的各個(gè)環(huán)節(jié)，各種可能導(dǎo)致安全生產(chǎn)隱患的各個(gè)環(huán)節(jié)在可能的條件下均運(yùn)用了先進(jìn)的計(jì)算機(jī)監(jiān)控。</p><p>　　1.4 課題的主要內(nèi)容及技術(shù)指標(biāo)</p><p>　　1.4.1課題的主要內(nèi)容</p><p>　　掌握壓力監(jiān)測(cè)的基本工作原理，利用單片機(jī)

22、設(shè)計(jì)一個(gè)供水管網(wǎng)壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，要求能夠?qū)?6路壓力信號(hào)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，如果壓力超出設(shè)定閾值需給報(bào)警信號(hào)，同時(shí)要求測(cè)量結(jié)果能夠較長(zhǎng)時(shí)間存儲(chǔ)，并可與上位機(jī)進(jìn)行通信。</p><p>　　1.4.2課題的技術(shù)指標(biāo)</p><p>　?。?）壓力監(jiān)測(cè)范圍0-6.5MPa；</p><p>　?。?）壓力監(jiān)測(cè)通道16；</p><p>　?。?）監(jiān)測(cè)精度&#

23、177;1%。</p><p>　　2 系統(tǒng)的要求及設(shè)計(jì)原則</p><p><b>　　2.1系統(tǒng)的要求</b></p><p>　　隨著我國(guó)在水利、電力、風(fēng)力等各方面的迅速發(fā)展，實(shí)行以經(jīng)濟(jì)手段為基礎(chǔ)的商業(yè)化管理模式和加強(qiáng)動(dòng)態(tài)監(jiān)視管理已迫在眉睫。傳統(tǒng)的計(jì)量方式不能滿足商業(yè)化運(yùn)營(yíng)的需要，采用準(zhǔn)確可靠、經(jīng)濟(jì)實(shí)用的自動(dòng)化系統(tǒng)是必然趨勢(shì)。</

24、p><p>　　本系統(tǒng)的構(gòu)建需要滿足能完成一些基本的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集和傳輸?shù)囊?，同時(shí)考慮滿足市場(chǎng)發(fā)展及經(jīng)濟(jì)調(diào)度的需求，具備一些開關(guān)量的輸入輸出控制功能和抗干擾能力。</p><p>　　根據(jù)系統(tǒng)需求，系統(tǒng)需要提供的功能如下：</p><p>　　·采集功能：對(duì)經(jīng)過(guò)傳感器轉(zhuǎn)變的標(biāo)準(zhǔn)電壓或電流信號(hào)，進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，變成數(shù)字化的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)可以通過(guò)單片機(jī)進(jìn)行處理，并

25、送到顯示器顯示。</p><p>　　·外部時(shí)鐘電路：可以顯示時(shí)間和日期。</p><p>　　·看門狗電路：X25045的看門狗定時(shí)器對(duì)單片機(jī)提供獨(dú)立的保護(hù)系統(tǒng)，保證了單片機(jī)可靠復(fù)位</p><p>　　·鍵盤和顯示：鍵盤的作用可設(shè)定一些參數(shù)。而前面單片機(jī)處理的數(shù)據(jù)可由LCD進(jìn)行顯示。</p><p>　　&#

26、183;報(bào)警功能：當(dāng)壓力高于某個(gè)值則系統(tǒng)就會(huì)報(bào)警。</p><p>　　2.2系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則</p><p>　　該系統(tǒng)本著安全、精確、可靠、先進(jìn)、實(shí)用、經(jīng)濟(jì)、合理的原則進(jìn)行設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)該把握以下系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則：</p><p>　　●準(zhǔn)確性：系統(tǒng)在數(shù)據(jù)采集、傳輸、存儲(chǔ)等環(huán)節(jié)均應(yīng)采取相應(yīng)措施確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。具體包括量測(cè)值準(zhǔn)確、數(shù)據(jù)時(shí)標(biāo)準(zhǔn)確、量綱準(zhǔn)確。<

27、/p><p>　　●可靠性：系統(tǒng)的數(shù)據(jù)作為計(jì)量依據(jù)，必須具有高度的連續(xù)性和完整性，萬(wàn)一發(fā)生丟失也必須有彌補(bǔ)的手段。</p><p>　　●及時(shí)性：系統(tǒng)數(shù)據(jù)需要有一定的及時(shí)性，即在一個(gè)數(shù)據(jù)召喚周期內(nèi)應(yīng)能將所有數(shù)據(jù)傳輸一次，對(duì)于各種異常情況，能在短時(shí)間內(nèi)解決。</p><p>　　●安全性：盡可能確保數(shù)據(jù)采集和處理中數(shù)據(jù)不被修改或刪除。</p><p&g

28、t;　　●先進(jìn)性：系統(tǒng)設(shè)計(jì)盡可能不以降低系統(tǒng)可靠性為代價(jià)，真正做到不僅具有當(dāng)今先進(jìn)技術(shù)，采用先進(jìn)的概念、技術(shù)和方法，而且具有發(fā)展?jié)摿Α?lt;/p><p>　　●抗干擾性：是系統(tǒng)設(shè)計(jì)不可缺少的一部分，它包括芯片、器件選擇、去耦濾波、印刷電路板布線等。</p><p>　　3 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)</p><p><b>　　3.1系統(tǒng)的組成</b>&

29、lt;/p><p>　　壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的硬件電路主要由壓力變送器、多路選擇開關(guān)、電流電壓轉(zhuǎn)換器、信號(hào)放大器、A/D轉(zhuǎn)換器、單片機(jī)，液晶顯示電路，報(bào)警電路，看門狗電路，外部時(shí)鐘電路，外部存儲(chǔ)電路和串行口電路組成。系統(tǒng)硬件電路框圖如圖3.1示：</p><p>　　圖3.1系統(tǒng)硬件電路框圖</p><p>　　3.2系統(tǒng)的工作原理</p><p>　　

30、系統(tǒng)的CPU選用AT89系列單片機(jī)AT89C51,測(cè)力敏感元件為壓力變送器，將壓力引起的微小變化轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電流信號(hào)變化,經(jīng)多路選擇開關(guān)選擇信號(hào)通道送入I/V轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，該電壓信號(hào)經(jīng)放大電路放大、調(diào)零后送A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的數(shù)字量送到單片機(jī)AT89C51，AT89C51讀入數(shù)據(jù)并對(duì)其進(jìn)行數(shù)據(jù)濾波、存儲(chǔ)和送液晶顯示器顯示，當(dāng)數(shù)據(jù)大于6.5MPa進(jìn)行報(bào)警處理。</p><p>　　3.3系統(tǒng)主要芯片簡(jiǎn)介

31、</p><p>　　3.3.1壓力變送器</p><p>　　LT-YG智能壓力變送器如圖3.2所示具有多種型號(hào)，多種量程，多種過(guò)程連接形式及材料?？蓮V泛應(yīng)用于石油、化工、電力、冶金、制藥、食品等許多工業(yè)領(lǐng)域，可適應(yīng)于工業(yè)測(cè)量的各種場(chǎng)合及介質(zhì)，是傳統(tǒng)壓力表及傳統(tǒng)變送器的理想升級(jí)換代產(chǎn)品，是工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域理想的壓力測(cè)量?jī)x表。</p><p>　　圖3.2LT-YG智

32、能壓力變送器</p><p>　?。?）LT-YG型壓力變送器的特性：</p><p>　　·小型輕巧，有利于抗震；</p><p>　　·螺紋連接型：0.8kg；</p><p>　　·內(nèi)藏大屏幕數(shù)字LCD，外型尺寸36×36mm,字高為16mm，精度為±1個(gè)字；分兩行顯示，上行顯示單位，下

33、行顯示數(shù)據(jù)；（可選帶背光的液晶顯示器，是國(guó)內(nèi)唯一的帶背光的二線智能壓力變送器。帶背光的壓力變送器顯示非常直觀，有利于現(xiàn)場(chǎng)人員在遠(yuǎn)距離或黑暗的情況下清晰讀數(shù)。）</p><p>　　·采用計(jì)算機(jī)數(shù)字自動(dòng)調(diào)校；</p><p>　　·全開放的用戶自設(shè)定界面；（支持變送輸出值零點(diǎn)遷移，測(cè)量值零點(diǎn)與量程范圍設(shè)定，輸出方式設(shè)定。支持測(cè)量值增益放大功能，變送輸出值增益放大功能。）&

34、lt;/p><p>　　·可任意設(shè)定量程，提高量程變化的靈活性，能有效減少備品庫(kù)存；</p><p><b>　　·故障自診斷功能；</b></p><p>　　·設(shè)定參數(shù)斷電永久保留及參數(shù)密碼鎖定功能；</p><p>　　·無(wú)源標(biāo)定功能；（該功能使用戶在不使用壓力源和校驗(yàn)儀的情況下

35、進(jìn)行量程遷移。）</p><p>　　·供電不分正負(fù)；（該儀表接線不分正負(fù)，任意接線均輸出4-20mA。）</p><p>　　·Hart通訊功能；</p><p>　　·工作可靠，免維護(hù)。</p><p>　　（2）LT-YG型壓力變送器的技術(shù)指標(biāo)如表3.1所示：</p><p>　　表

36、3.1LT-YG型壓力變送器的技術(shù)指標(biāo)</p><p>　　說(shuō)明：量程范圍/測(cè)量范圍/精度/最大工作電壓：請(qǐng)參照 “標(biāo)準(zhǔn)量程表”外型尺寸如表3.2所示：</p><p><b>　　表3.2外形尺寸</b></p><p>　　標(biāo)準(zhǔn)量程表如表3.3所示：</p><p><b>　　表3.3標(biāo)準(zhǔn)量程表</

37、b></p><p>　　端子說(shuō)明如表3.4a,3.4b，3.4c所示：</p><p><b>　　表3.4a端子說(shuō)明</b></p><p><b>　　表3.4b端子說(shuō)明</b></p><p><b>　　表3.4c端子說(shuō)明</b></p><

38、p>　　打開變送器后蓋，可見端子，方為接線端子，序號(hào)由左至右為1-3，左側(cè)為通訊端子，序號(hào)由上到下為1-4，詳見表3.4a，表3.4b。打開變送器后蓋，擰松鍵盤蓋板鎖定螺絲可取下鍵盤蓋板，進(jìn)行參數(shù)設(shè)置。鍵的序號(hào)由左至右為1-3。功能定義見表3.4。</p><p><b>　　電氣連接：</b></p><p>　　· 出線方式：具有180度雙側(cè)出線口

39、，G1/2螺紋配標(biāo)準(zhǔn)的密封電纜接頭。</p><p>　　· 防護(hù)等級(jí)：IP65</p><p>　　負(fù)載特性：供給電源/負(fù)荷阻抗特性。</p><p>　　3.3.2多路選擇開關(guān)</p><p>　　多路選擇開關(guān)采用CD4067,CD4067的引腳圖見圖3.3。CD4067相當(dāng)于一個(gè)單刀十六擲開關(guān)，具體接通哪一通道，由輸入地址碼A

40、BCD來(lái)決定,其真值表如表3.5所示。</p><p>　　圖3.3CD4067引腳圖</p><p>　　表3.5CD4067真值表</p><p>　　CD4067是模擬開關(guān)，數(shù)字電路中模擬開關(guān)是很有用的器件，用它來(lái)切換數(shù)字信號(hào)的傳輸是十分方便的。CD4067是單16路（單刀16位）模擬開關(guān)，各開關(guān)由外部輸入二進(jìn)制的地址碼A、B、C、D來(lái)切換。其中腳10、11、

41、13和14是地址碼A、B、C、D的輸入端；腳2～9和16～23是開關(guān)的輸入/輸出端（開關(guān)位）；腳1是開關(guān)的輸出/輸入公共端（開關(guān)刀）；腳15為控制端，低電平有效（選通），高電平禁止（開關(guān)開路）。CD4067的4位二進(jìn)制碼A、B、C、D共有16種狀態(tài)，所以可以控制16個(gè)開關(guān)的通斷。</p><p>　　3.3.3I/V轉(zhuǎn)換器</p><p>　　I/V轉(zhuǎn)換器采用ISO-A-P-O系列，其規(guī)格

42、如表3.6所示：</p><p>　　表3.6ISO-A-P-O系列I/V轉(zhuǎn)換器規(guī)格</p><p>　　ISO-A-P-O系列I/V轉(zhuǎn)換器具有如下特性：</p><p>　　●低成本，精度等級(jí)：0.1級(jí)，0.2級(jí)，0.5級(jí)； </p><p>　　●輸入:0-20mA/4-20mA等（阻抗≤250Ω）標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào) ；&l

43、t;/p><p>　　●輸出:0-10mA/0-20mA/4-20mA隔離變換的電流信號(hào)；0-5V/0-10V/1-5V等隔離變換的的電壓信號(hào)； </p><p>　　●信號(hào)輸入/輸出/輔助電源：隔離電壓3000VDC三隔離；</p><p>　　●全量程內(nèi)很高的線性度（非線性度＜0.2%）；  </p><p>　

44、　●小體積12Pin SIP，符合UL94-0標(biāo)準(zhǔn)阻燃封裝； </p><p>　　●工業(yè)級(jí)寬溫度范圍:-40°C ～ +85°C ； </p><p>　　ISO-A-P-O 系列直流電流信號(hào)隔離放大器是一種將電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成按比例輸出的隔離電流或電壓信號(hào)的混合集成電路。該IC內(nèi)部含有一組高隔離的DC/DC電源和電流信號(hào)高效率耦合隔離變換電路等，可以

45、將直流電流小信號(hào)進(jìn)行隔離放大（I/I）輸出或直接轉(zhuǎn)換為直流電壓（I/V）信號(hào)輸出。很小的輸入電阻（≤250Ω）,較強(qiáng)的帶負(fù)載能力（電流輸出＞650Ω,電壓輸出≥2KΩ）能實(shí)現(xiàn)小信號(hào)遠(yuǎn)程無(wú)失真的傳輸。IC內(nèi)部可采用陶瓷基板、印刷電阻全SMT的可靠工藝制作及使用新技術(shù)隔離措施，使器件能滿足信號(hào)輸入/輸出/輔助電源之間3KV三隔離和工業(yè)級(jí)寬溫度、潮濕震動(dòng)等現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境。要求外接200K的滿度校正多圈電位器，可實(shí)現(xiàn)4-20mA/0-20mA/0-5

46、V/0-10V/1-5V等信號(hào)隔離轉(zhuǎn)換和一進(jìn)二出、二進(jìn)二出功能的變換。</p><p>　　3.3.4信號(hào)放大器</p><p>　　美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司(National Semiconductor Corporation)近日宣布推出一款偏置電流低于所有競(jìng)爭(zhēng)產(chǎn)品的高精度放大器。這款型號(hào)為L(zhǎng)MP7721的芯片無(wú)論在室溫之下還是在攝氏-40度至125度的廣闊溫度范圍內(nèi)，其輸入偏置電流保證只有

47、20fA，因此可大幅提高光電二極管及高阻抗傳感器的系統(tǒng)靈敏度及準(zhǔn)確度。換言之，這款放大器可大幅提高便攜式系統(tǒng)及電化傳感器接口電路的靈敏度及準(zhǔn)確度。LMP7721芯片是美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體高能源效率Powerwise系列的最新型號(hào)產(chǎn)品，該芯片僅用1.3mA電流就可提供高達(dá)17MHz的增益帶寬。</p><p>　　LMP7721芯片采用美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體專有VIP50 BiCMOS工藝技術(shù)制造，因此內(nèi)置輸入偏置電流消除電路可

48、降低輸入偏置電流。而其他競(jìng)爭(zhēng)產(chǎn)品在高溫區(qū)的輸入偏置電流便遠(yuǎn)比LMP7721芯片高。以攝氏85度的溫度為例來(lái)說(shuō)，LMP7721芯片的輸入偏置電流保證只有900fA，比最強(qiáng)勁的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手還低50%。此外，美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體還為高精度系統(tǒng)提供一個(gè)完備的信號(hào)路徑解決方案。</p><p>　　（1）LMP7721高精度放大器的主要特色：</p><p>　　LMP7721高精度放大器的輸入偏置電流最低可

49、達(dá)3fA，攝氏25度時(shí)輸入偏置電流保證不超過(guò)20fA，攝氏85度時(shí)這個(gè)電流值保證不超過(guò)900fA，攝氏125度時(shí)則保證不超過(guò)5pA，而且在整個(gè)輸入共模電壓范圍內(nèi)輸入偏置電流都能保持在極低的水平。此外，這款放大器芯片的增益帶寬也極高，開環(huán)增益更高達(dá)120dB，因此可確保信號(hào)調(diào)整更為準(zhǔn)確。此外，LMP7721輸入電壓噪聲只有6.5nV/sqrtHz，攝氏25度時(shí)直流偏移電壓不超過(guò)±150uV，偏移電壓溫度系數(shù)只有1.5uV/

50、76;C，上述優(yōu)點(diǎn)對(duì)改善系統(tǒng)的靈敏度及準(zhǔn)確度極有幫助。</p><p>　　LMP7721芯片可在1.8V至5.5V的供電電壓范圍內(nèi)操作。其采用的8引腳SOIC封裝特別將放大器的供電輸入與輸出引腳相隔離。這種獨(dú)特的設(shè)計(jì)可以避免印制電路板的漏電流流入輸入引腳，進(jìn)一步減少系統(tǒng)錯(cuò)誤。系統(tǒng)設(shè)計(jì)工程師只要采用這款LMP7721芯片，便可取代放大器及分立式雙輸入MOSFET晶體管，為印制電路板節(jié)約約50%的空間。</p

51、><p>　?。?）LMP7721高精度放大器的技術(shù)指標(biāo)如表3.7所示：</p><p>　　表3.7LMP7721高精度放大器的技術(shù)指標(biāo)</p><p>　　3.3.5A/D轉(zhuǎn)換器</p><p>　　AD574A 是美國(guó)模擬數(shù)字公司（Analog）推出的單片高速 12 位逐次比較型 A/D 轉(zhuǎn)換器，內(nèi)置雙極性電路構(gòu)成的混合集成轉(zhuǎn)換顯片，具有外

52、接元件少，功耗低，精度高等特點(diǎn)，并且具有自動(dòng)校零和自動(dòng)極性轉(zhuǎn)換功能，只需外接少量的阻容件即可構(gòu)成一個(gè)完整的 A/D 轉(zhuǎn)換器。</p><p>　　（1）AD574A主要功能特性如下：</p><p>　　●分辨率：12 位 </p><p>　　●非線性誤差：小于±1/2LBS 或±1LBS</p><p>　　●轉(zhuǎn)換速率

53、：25us </p><p>　　●模擬電壓輸入范圍：0—10V和0—20V，0—±5V和0—±10V兩檔四種</p><p>　　●電源電壓：±15V和5V</p><p>　　●數(shù)據(jù)輸出格式：12位/8位 </p><p>　　●芯片工作模式：全速工作模式和單一工作模式</p><p>

54、;　?。?）AD574A引腳說(shuō)明如下：</p><p>　　[1]pin1(+5V)——+5V電源輸入端；</p><p>　　[2]pin2(12/8)——數(shù)據(jù)模式選擇端，通過(guò)此引腳可選擇數(shù)據(jù)縱線是12位或8位輸出；</p><p>　　[3]pin3(CS)——片選端；</p><p>　　[4]pin4(A0)——字節(jié)地址短周期控制端。

55、與端用來(lái)控制啟動(dòng)轉(zhuǎn)換的方式和數(shù)據(jù)輸出格式。須注意的是，12/8端TTL電平不能直接與+5V或0V連接；</p><p>　　[5]pin5(R/C)——讀轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)控制端；</p><p>　　[6]pin6(CE)——使能端；</p><p>　　AD574A的CE、12/8、CS、R/C和A0對(duì)其工作狀態(tài)的控制過(guò)程：在 CE=1,CS=0同時(shí)滿足時(shí),AD574A才

56、會(huì)正常工作,在AD574A處于工作狀態(tài)時(shí),當(dāng)R/C=0時(shí)A/D 轉(zhuǎn)換,當(dāng)R/C=1時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)讀出。12/8和A0端用來(lái)控制啟動(dòng)轉(zhuǎn)換的方式和數(shù)據(jù)輸出格式。A0=0時(shí),啟動(dòng)是按完整12位數(shù)據(jù)方式進(jìn)行的。當(dāng)A0=1時(shí)，按8位A/D轉(zhuǎn)換方式進(jìn)行。當(dāng)R/C =1,也即當(dāng) AD574A 處于數(shù)據(jù)狀態(tài)時(shí)，A0和12/8控制數(shù)據(jù)輸出狀態(tài)的格式。當(dāng)12/8=1時(shí),數(shù)據(jù)以12位并行輸出,當(dāng)12/8=0 時(shí)，數(shù)據(jù)以8位分兩次輸出。而當(dāng)A0=0時(shí)，輸出轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)

57、的高8位，A0=1時(shí)輸出A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的低4位，這四位占一個(gè)字節(jié)的高半字節(jié)，低半字節(jié)補(bǔ)零。其控制邏輯真值表如表3.8所示。</p><p>　　表3.8AD574A控制邏輯真值表</p><p>　　[7]pin7(V+)——正電源輸入端，輸入+15V電源；</p><p>　　[8]pin8(REF OUT)——10V基準(zhǔn)電源電壓輸出端；</p>&

58、lt;p>　　[9]pin9(AGND)——模擬地端；</p><p>　　[10]pin10(REF IN)——基準(zhǔn)電源電壓輸入端；</p><p>　　[11]pin11(V-)——負(fù)電源輸入端，輸入-15V電源；</p><p>　　[12]pin12(V+)——正電源輸入端，輸入+15V 電源；</p><p>　　[13]pi

59、n13(10V IN)——10V量程模擬電壓輸入端；</p><p>　　[14]pin14(20V IN)——20V量程模擬電壓輸入端；</p><p>　　[15]pin15(DGND)——數(shù)字地端；</p><p>　　[16]pin16—pin27(DB0—DB11)——12條數(shù)據(jù)總線，通過(guò)這12條數(shù)據(jù)總線向外輸出A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)；</p>&l

60、t;p>　　[17]pin28(STS)——工作狀態(tài)指示信號(hào)端,當(dāng)STS=1時(shí),表示轉(zhuǎn)換器正處于轉(zhuǎn)換狀態(tài),當(dāng)STS=0時(shí),聲明A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束,通過(guò)此信號(hào)可以判別A/D轉(zhuǎn)換器的工作狀態(tài),作為單片機(jī)的中斷或查詢信號(hào)之用；</p><p>　　AD574A的工作模式：以上我們所述的是AD574A的全控狀態(tài)，如果需AD574A 工作于單一模式,只需將CE、12/8端接至+5V電源端，CS和A0接至0V,僅用R/C

61、端來(lái)控制A/D轉(zhuǎn)換的啟動(dòng)和數(shù)據(jù)輸出。當(dāng)R/C =0時(shí),啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換器，經(jīng)25us后STS=0,表明A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束,此時(shí)將R/C置1,即可從數(shù)據(jù)端讀取數(shù)據(jù)。</p><p>　　3.3.6單片機(jī)AT89C51</p><p>　　AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)（FPEROM—Falsh Programmable and Erasable Read Only Memo

62、ry）的低電壓，高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機(jī)。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。</p><p>　　制造工藝為CMOS的AT89C51單片機(jī)采用的是40只引腳的雙列直插封裝（DIP）方式如

63、圖3.4所示，其片內(nèi)的結(jié)構(gòu)如圖3.5所示。如果按功能劃分，它由8個(gè)部件組成，即微處理器（CPU），數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM），程序存儲(chǔ)器（E2PROM），I/O 口（P0口、P1口、P2口、P3口），串行口，定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，中斷系統(tǒng)及特殊功能寄存器（SFR）。</p><p>　　圖3.4AT89C51引腳圖</p><p>　　圖3.5AT89C51片內(nèi)結(jié)構(gòu)圖</p><p

64、>　?。?）對(duì)各功能部件的說(shuō)明：</p><p>　　a、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM）：片內(nèi)為256個(gè)字節(jié)（單元），片外最多擴(kuò)至64K字節(jié)。</p><p>　　b、程序存儲(chǔ)器（E2PROM）：AT89C51單片機(jī)含有8K字節(jié)的快擦寫可編程/擦除只讀存儲(chǔ)器（E2PROM）,片內(nèi)最多可擴(kuò)至64K字節(jié)。</p><p>　　c、中斷系統(tǒng)：具有5個(gè)中斷源，2級(jí)中斷優(yōu)先權(quán)。&

65、lt;/p><p>　　d、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器:3個(gè)16位的定時(shí)器/計(jì)時(shí)器，具有四種工作方式。</p><p>　　e、串行口：1個(gè)全雙工的串行口，具有四種工作方式。</p><p>　　f、P0 口、P1 口、P2 口、P3 口：為4個(gè)并行8 位I/O 口。</p><p>　　g、特殊功能寄存器（SFR）：共有21個(gè)，用于對(duì)于片內(nèi)各功能模塊進(jìn)行管

66、理，控制監(jiān)視。實(shí)際上是一些控制寄存器和狀態(tài)寄存器，是一個(gè)特殊功能的RAM區(qū)。</p><p>　　h、微處理器（CPU）：為8位的CPU，且內(nèi)含一個(gè)1位CPU（微處理器），不僅可處理字節(jié)數(shù)據(jù)，還可進(jìn)行位變量的處理。</p><p>　?。?）AT89C51芯片的特性：</p><p>　　·與MCS-51 兼容 </p><p>　

67、　·4K字節(jié)可編程閃爍存儲(chǔ)器 </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>　　·全靜態(tài)工作：0Hz-24Hz</p><p>　　·三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定</p><p>　　·128*8位內(nèi)部RA

68、M</p><p>　　·32條可編程I/O線</p><p>　　·兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器</p><p><b>　　·5個(gè)中斷源 </b></p><p><b>　　·可編程串行通道</b></p><p>　　·低

69、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>　?。?）AT89C51芯片引腳功能：</p><p>　　[1]VCC：供電電壓。</p><p>　　[2]GND：接地。</p><p>　　[3]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8個(gè)TTL門電流。

70、當(dāng)P1口的管腳第一次寫1時(shí)，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FLASH編程時(shí)，P0口作為原碼輸入口，當(dāng)FLASH進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，P0輸出原碼，此時(shí)P0外部必須被拉高。</p><p>　　[4]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4個(gè)TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高電平時(shí)，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電

71、平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口作為第八位地址接收。</p><p>　　[5]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，P2口被外部拉低將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)，P2口輸出地址的高八位。在給

72、出地址1時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。</p><p>　　[6]P3口：P3口管腳是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。當(dāng)P3口寫入1后，它們被內(nèi)部上拉為高電平并用作輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流這是由于上拉的緣故。P3口也可作為AT89C51的一

73、些特殊功能口，如表3.9所示：</p><p>　　表3.9AT89C51P3口的特殊功能口</p><p>　　I/O口作為輸入口時(shí)有兩種工作方式即所謂的讀端口與讀引腳，讀端口時(shí)實(shí)際上并不從外部讀入數(shù)據(jù)而是把端口鎖存器的內(nèi)容讀入到內(nèi)部總線經(jīng)過(guò)某種運(yùn)算或變換后再寫回到端口鎖存器，只有讀端口時(shí)才真正地把外部的數(shù)據(jù)讀入到內(nèi)部總線。CPU將根據(jù)不同的指令分別發(fā)出讀端口或讀引腳信號(hào)以完成不同的操作

74、這是由硬件自動(dòng)完成的不需要我們操心。</p><p>　　讀引腳時(shí)也就是把端口作為外部輸入線時(shí)首先要通過(guò)外部指令把端口鎖存器置1然后再實(shí)行讀引腳操作否則就可能讀入出錯(cuò)。如果不對(duì)端口置1端口鎖存器原來(lái)的狀態(tài)有可能為0，Q端為0，Q非為1加到場(chǎng)效應(yīng)管柵極的信號(hào)為1，該場(chǎng)效應(yīng)管就導(dǎo)通對(duì)地呈現(xiàn)低阻抗,此時(shí)即使引腳上輸入的信號(hào)為1也會(huì)因端口的低阻抗而使信號(hào)變低使得外加的1信號(hào)讀入后不一定是1。若先執(zhí)行置1操作則可以使場(chǎng)效應(yīng)

75、管截止引腳信號(hào)直接加到三態(tài)緩沖器中實(shí)現(xiàn)正確的讀入。由于在輸入操作時(shí)還必須附加一個(gè)準(zhǔn)備動(dòng)作所以這類I/O口被稱為準(zhǔn)雙向口。AT89C51的P0/P1/P2/P3口作為輸入時(shí)都是準(zhǔn)雙向口。</p><p>　　[7]RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持RST腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。</p><p>　　[8]ALE/PROG：當(dāng)訪問(wèn)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

76、低位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時(shí)，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過(guò)一個(gè)ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時(shí)，ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令時(shí)ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無(wú)效。</p>

77、;<p>　　[9]PSEN：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次PSEN有效。但在訪問(wèn)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)。</p><p>　　[10]EA/VPP：當(dāng)EA保持低電平時(shí)，則在此期間不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器讀外部程序存儲(chǔ)器（0000H-FFFFH）。注意加密方式1時(shí)，EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)EA端保持高電平時(shí)，此間讀內(nèi)部程序存儲(chǔ)

78、器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）。</p><p>　　[11]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>　　[12]XTAL2：來(lái)自反向振蕩器的輸出。</p><p><b>　?。?）振蕩器特性</b></p><p>　　XTAL1和XTAL2分別

79、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(guò)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(wú)任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。</p><p>　　3.3.7 8255</p><p>　　單片機(jī)系統(tǒng)里常用的8255芯片是一個(gè)典型的可編程通用并行接口芯片,用來(lái)擴(kuò)展單片

80、機(jī)的端口，8255內(nèi)部包括三個(gè)并行數(shù)據(jù)輸入/輸出端口，兩個(gè)工作方式控制電路，一個(gè)讀/寫控制邏輯電路和8位總線緩沖器。其引腳圖如圖3.6所示。</p><p>　　圖3.6 8255引腳圖</p><p>　?。?）8255引腳功能如下：</p><p>　　RESET:復(fù)位輸入線，當(dāng)該輸入端外于高電平時(shí)，所有內(nèi)部寄存器（包括控制寄存器）均被清除，所有I/O口均被置成

81、輸入方式。</p><p>　　CS:片選信號(hào)線，當(dāng)這個(gè)輸入引腳為低電平時(shí)，表示芯片被選中，允許8255與CPU進(jìn)行通訊。</p><p>　　RD:讀信號(hào)線，當(dāng)這個(gè)輸入引腳為低電平時(shí)，允許8255通過(guò)數(shù)據(jù)總線向CPU發(fā)送數(shù)據(jù)或狀態(tài)信息，即CPU從8255讀取信息或數(shù)據(jù)。</p><p>　　WR:寫入信號(hào)，當(dāng)這個(gè)輸入引腳為低電平時(shí)，允許CPU將數(shù)據(jù)或控制字寫入82

82、55。</p><p>　　D0～D7:三態(tài)雙向數(shù)據(jù)總線，8255與CPU數(shù)據(jù)傳送的通道，當(dāng)CPU 執(zhí)行輸入輸出指令時(shí)，通過(guò)它實(shí)現(xiàn)8位數(shù)據(jù)的讀/寫操作，控制字和狀態(tài)信息也通過(guò)數(shù)據(jù)總線傳送。</p><p>　　PA0～PA7:端口A輸入輸出線，一個(gè)8位的數(shù)據(jù)輸出鎖存器/緩沖器，一個(gè)8位的數(shù)據(jù)輸入鎖存器。</p><p>　　PB0～PB7:端口B輸入輸出線，一個(gè)8位

83、的I/O鎖存器，一個(gè)8位的輸入輸出緩沖器。</p><p>　　PC0～PC7:端口C輸入輸出線，一個(gè)8位的數(shù)據(jù)輸出鎖存器/緩沖器，一個(gè)8位的數(shù)據(jù)輸入緩沖器。端口C可以通過(guò)工作方式設(shè)定而分成2個(gè)4位的端口，每個(gè)4位的端口包含一個(gè)4位的鎖存器，分別與端口A和端口B配合使用，可作為控制信號(hào)輸出或狀態(tài)信號(hào)輸入端口。</p><p>　　A1、A0:端口地址總線，8255中有端口A、B、C和一個(gè)內(nèi)

84、部控制字寄存器，共4個(gè)端口，由A0、A1輸入地址信號(hào)來(lái)尋址。</p><p>　?。?）8255各部分功能概括如下：</p><p><b>　　●端口A、B、C</b></p><p>　　A口：是一個(gè)8位數(shù)據(jù)輸出鎖存器/緩沖器和一個(gè)8位數(shù)據(jù)輸入鎖存器。</p><p>　　B口：是一個(gè)8位數(shù)據(jù)輸入/輸出鎖存器/緩沖器

85、和一個(gè)8位數(shù)據(jù)輸入鎖存器。</p><p>　　C口：是一個(gè)8位數(shù)據(jù)輸出鎖存器/緩沖器和一個(gè)8位數(shù)據(jù)輸入緩沖器（輸入不鎖存）。</p><p>　　通常A口、B口作為數(shù)據(jù)輸入/輸出端口，C口作為控制/狀態(tài)信息端口，它在“方式控制字”的控制下可分為兩個(gè)4位端口，每個(gè)端口有一個(gè)4位鎖存器，分別與A口、B口配合使用，作為控制信號(hào)輸出或狀態(tài)信息輸入端口。</p><p>&

86、lt;b>　　●工作方式控制電路</b></p><p>　　工作方式控制電路有兩個(gè)，一個(gè)是A組控制電路，另一個(gè)是B組控制電路。這兩組控制電路具有一個(gè)控制命令寄存器，用來(lái)接受中央處理器發(fā)來(lái)的控制字，以決定兩組端口的工作方式，也可根據(jù)控制字的要求對(duì)C口按位清“0”或者按位置“1”。 A組控制電路用來(lái)控制A口和C口的上半部分（PC7-PC4）。B組控制電路用來(lái)控制B口和C口的下半部分（PC3-PC0

87、）。</p><p><b>　　●總線數(shù)據(jù)緩沖器</b></p><p>　　總線數(shù)據(jù)緩沖器是一個(gè)三態(tài)雙向8位緩沖器，作為8255與系統(tǒng)總線之間的接口，用來(lái)傳送數(shù)據(jù)、指令、控制命令以及外部狀態(tài)信息。</p><p>　　●讀/寫控制邏輯電路</p><p>　　讀/寫控制邏輯電路接受CPU發(fā)來(lái)的控制信號(hào)RD、WR、RE

88、SET、地址信號(hào)A1-A0等，然后根據(jù)控制信號(hào)的要求，將端口數(shù)據(jù)讀出，發(fā)往CPU，或者將CPU送來(lái)的數(shù)據(jù)寫入端口。</p><p>　　3.3.8外部時(shí)鐘DS12877</p><p>　?。?）DS12877時(shí)鐘芯片特點(diǎn)：</p><p>　　·可作為IBM AT計(jì)算機(jī)的時(shí)鐘和日歷；</p><p>　　·與MC1468

89、1B和DS1287的管腳兼容；</p><p>　　·在沒(méi)有外部電源的情況下可工作10年；</p><p>　　·自帶晶體振蕩器及電池；</p><p>　　·可計(jì)算到2100年前的秒、分、小時(shí)、星期、日期、月、年七種日歷信息并</p><p><b>　　帶閏年補(bǔ)償；</b></p&

90、gt;<p>　　·用二進(jìn)制碼或BCD碼代表日歷和鬧鐘信息；</p><p>　　·有12和24小時(shí)兩種制式，12小時(shí)制時(shí)有AM和PM提示；</p><p>　　·可選用夏令時(shí)模式；</p><p>　　·可以應(yīng)用于MOTOROLA和INTEL兩種總線；</p><p>　　·數(shù)

91、據(jù)/地址總線復(fù)用；</p><p>　　·內(nèi)建128字節(jié)RAM，14字節(jié)時(shí)鐘控制寄存器，114字節(jié)通用RAM；</p><p><b>　　·可編程方波輸出；</b></p><p>　　·總線兼容中斷（/IRQ）；</p><p>　　·三種可編程中斷，時(shí)間性中斷可產(chǎn)生每秒一次直

92、到每天一次中斷，周期性中</p><p>　　斷122ms到500ms ，時(shí)鐘更新結(jié)束中斷。</p><p>　?。?）DS12877引腳圖如圖3.7所示。</p><p>　　圖3.7DS12877引腳圖</p><p>　　引腳說(shuō)明如表3.10所示：</p><p>　　表3.10DS12877引腳說(shuō)明&

93、lt;/p><p>　　3.3.9液晶顯示電路</p><p>　　（1）液晶顯示電路簡(jiǎn)介</p><p>　　液晶顯示模塊在各類測(cè)量及控制儀表中由于其功耗低、壽命長(zhǎng)、價(jià)格低、接口控制方便等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛的應(yīng)用。其中字符型液晶顯示模塊是一類專用于顯示字母、數(shù)字、符號(hào)的點(diǎn)陣式液晶顯示模塊。以HD44780(HITACHI)為主控制驅(qū)動(dòng)電路及其擴(kuò)展驅(qū)動(dòng)電路HD44100的液晶

94、顯示模塊是以若干個(gè)5×8或5×11點(diǎn)陣塊組成的字符塊集。該字符塊集中的每一個(gè)字符塊為一個(gè)字符位, 字符間的點(diǎn)距和行距均為一個(gè)點(diǎn)的寬度。它的內(nèi)部具有字符發(fā)生器ROM 以及可顯示192 種字符和64個(gè)字節(jié)的自定義字符RAM, 因而可自定義8個(gè)5 ×8 點(diǎn)陣字符或4 個(gè)5 × 11 點(diǎn)陣字符。而且模塊的接口信號(hào)和操作指令具有廣泛的兼容性,并能直接與單片機(jī)接口。另外,它還具有專用指令,可方便地實(shí)現(xiàn)各種不同

95、的操作。</p><p>　?。?）HD44780點(diǎn)陣式LCD 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)</p><p>　　HD44780 控制部分的時(shí)序發(fā)生電路主要用來(lái)產(chǎn)生計(jì)算機(jī)的響應(yīng)時(shí)序、DDRAM和CGRAM的存取時(shí)序以及光標(biāo)和閃爍的產(chǎn)生時(shí)序等,其時(shí)鐘頻率范圍為125k～350kHz,典型值為250kHz；地址指針計(jì)數(shù)器AC是DDRAM和CGRAM共用的地址指針計(jì)數(shù)器, 可用于指示當(dāng)前DDRAM和CGRAM的地

96、址；字符發(fā)生器包括CGROM已固化好的字模庫(kù)(含有208 種5×8點(diǎn)陣和32種5×11點(diǎn)陣字符字模數(shù)據(jù))和可隨時(shí)定義的字模庫(kù)；80個(gè)字節(jié)的顯示存儲(chǔ)器DDRAM,可用于存儲(chǔ)當(dāng)前所要顯示的字符代碼；其地址由AC提供,并可通過(guò)單片機(jī)直接對(duì)DDRAM進(jìn)行讀/寫操作。HD44780有11條指令,單片機(jī)只需通過(guò)RS、R/ W、DB0～DB7送入數(shù)據(jù)或指令便可顯示其指定內(nèi)容或顯示方式。</p><p>　　

97、（3）HD44780芯片引腳功能如表3.11所示</p><p>　　表3.11HD44780引腳功能</p><p>　　3.3.10外部存儲(chǔ)電路</p><p>　　美國(guó)Ramtron公司鐵電存儲(chǔ)器（FRAM）的核心技術(shù)是鐵電晶體材料。這一特殊材料使鐵電存儲(chǔ)器同時(shí)擁有隨機(jī)存取記憶體（RAM）和非易失性存儲(chǔ)器的特性。鐵電晶體的工作原理是：當(dāng)在鐵電晶體材料上加入電場(chǎng)

98、，晶體中的中心原子會(huì)沿著電場(chǎng)方向運(yùn)動(dòng)，達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。晶體中的每個(gè)自由浮動(dòng)的中心原子只有2個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)，一個(gè)記為邏輯中的0，另一個(gè)記為1。中心原子能在常溫、沒(méi)有電場(chǎng)的情況下，停留在此狀態(tài)達(dá)100年以上。鐵電存儲(chǔ)器不需要定時(shí)刷新，能在斷電情況下保存數(shù)據(jù)。由于整個(gè)物理過(guò)程中沒(méi)有任何原子碰撞，鐵電存儲(chǔ)器有高速讀寫、超低功耗和無(wú)限次寫入等特性。</p><p>　　FM24C16是美國(guó)Ramtron公司以鐵電晶體為材料生產(chǎn)的

99、鐵電存儲(chǔ)器（FRAM），和一般的EEPROM比較，其具有無(wú)寫延時(shí)、超低功耗、無(wú)限次寫入等超級(jí)特性，特別適合在那些對(duì)寫入時(shí)間和次數(shù)有較高要求的應(yīng)用場(chǎng)合，而且其與單片機(jī)接口電路簡(jiǎn)單，應(yīng)用方便。鐵電存儲(chǔ)器和E2PROM比較起來(lái)，主要有以下優(yōu)點(diǎn)：</p><p>　　●FRAM可以以總線速度寫入數(shù)據(jù)，而且在寫入后不需要任何延時(shí)等待，而E2PROM在寫入后一般要5～10 ms的等待數(shù)據(jù)寫入時(shí)間；</p>&l

100、t;p>　　●FRAM有近乎無(wú)限次寫入壽命。一般E2PROM的壽命在十萬(wàn)到一百萬(wàn)次寫入，而新一代的鐵電存儲(chǔ)器已經(jīng)達(dá)到一億個(gè)億次的寫入壽命。</p><p>　　●E2PROM的慢速和大電流寫入使其需要高出FRAM 2500，由于FRAM有以上優(yōu)點(diǎn)，其特別適合于那些對(duì)數(shù)據(jù)采集、寫入時(shí)間要求很高的場(chǎng)合，而不會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)丟失，其可靠的存儲(chǔ)能力也讓我們可以放心的把一些重要資料存儲(chǔ)于其中，其近乎無(wú)限次寫入的使用壽命，使

101、得他很適合擔(dān)當(dāng)重要系統(tǒng)里的暫存記憶體，用來(lái)在子系統(tǒng)之間傳輸各種數(shù)據(jù)，供各個(gè)子系統(tǒng)頻繁讀寫。從FRAM問(wèn)世以來(lái)，憑借其各種優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于儀器儀表、航空航天、工業(yè)控制系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、自動(dòng)取款機(jī)等。</p><p>　　FM24C16引腳圖如圖3.8所示，其引腳功能如表3.12所示：</p><p>　　圖3.8FM24C16引腳圖</p><p>　　表3.12

102、FM24C16引腳功能</p><p>　　FM24C16是串行非易失存儲(chǔ)器，存儲(chǔ)容量為2048×8B，共分8頁(yè)，每頁(yè)256B；工作電壓為＋5 V；接口方式為工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的2線接口：SDA和SCL；功能操作和串行E2PROM相似，有讀和寫兩種操作狀態(tài)，讀、寫時(shí)序和I2C總線類似。</p><p>　　FM24C16的寫操作可以分為2種：字節(jié)寫和頁(yè)面寫。字節(jié)寫就是每次寫入單個(gè)字節(jié)，頁(yè)面

103、寫可以一次寫入整頁(yè)（256B）的數(shù)據(jù)。而且由于沒(méi)有寫延時(shí)，數(shù)據(jù)寫入速度很快（一般為us級(jí)），特別是在頁(yè)面寫的時(shí)候，不需要數(shù)據(jù)緩沖，可以一次寫入256B的數(shù)據(jù)，真正實(shí)現(xiàn)頁(yè)面寫，這是其他E2PROM做不到的，比如AT24C16，在頁(yè)面寫的時(shí)候，每次最多能寫入16B數(shù)據(jù)。</p><p>　　FM24C16的寫操作時(shí)序中可分為起始位（START）、數(shù)據(jù)位、從應(yīng)答位、停止位（STOP），其中，從應(yīng)答位（因?yàn)镕M24C16

104、為從器件，MCU為主器件，所以稱為從應(yīng)答）是FM24C16在每接收一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)后發(fā)出的應(yīng)答信號(hào)，是檢驗(yàn)數(shù)據(jù)寫入是否成功的惟一標(biāo)志。寫入過(guò)程為：MCU通過(guò)SDA，SCL發(fā)出起始位，然后從SDA輸出從器件固定地址位(1010)，再輸出3 B頁(yè)選擇位（選擇寫入數(shù)據(jù)到FM24C16的哪一頁(yè)），再輸出寫控制位0（讀為1，寫為0），然后接收來(lái)自FM24C16的從應(yīng)答位，如果沒(méi)有收到從應(yīng)答，則退出操作。在接收到從應(yīng)答后，MCU從SDA串行輸出8位FM

105、24C16字節(jié)地址以確定寫入數(shù)據(jù)的字節(jié)單元，并在收到從應(yīng)答后發(fā)送1 B數(shù)據(jù)寫入到FM24C16，然后等待從應(yīng)答信號(hào)確認(rèn)數(shù)據(jù)寫入成功。如果是字節(jié)寫，則由MCU發(fā)出停止位，結(jié)束寫操作。如果是頁(yè)面寫，MCU輸出第2個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)，F(xiàn)M24C16判斷出MCU要繼續(xù)寫入數(shù)據(jù)后，自動(dòng)使其內(nèi)部的地址指針加1，并把數(shù)據(jù)寫入到加1后的字節(jié)單元，然后給出從應(yīng)答，MCU就繼續(xù)寫入數(shù)據(jù)到FM24C16。頁(yè)面寫操作時(shí)，當(dāng)?shù)刂分羔樀?FH（頁(yè)尾地址）單元的時(shí)候<

106、/p><p>　　FM24C16讀操作比寫操作較為復(fù)雜，相應(yīng)也可以分為2種：字節(jié)讀和頁(yè)面讀，相應(yīng)于字節(jié)寫和頁(yè)面寫，兩種讀的功能也是單字節(jié)和整頁(yè)的區(qū)別。讀操作的另一種分法可分為：立即讀和任意讀（包括連續(xù)讀），其區(qū)別在于立即讀是在寫入數(shù)據(jù)后馬上讀數(shù)，而任意讀和連續(xù)讀則是隨時(shí)讀，所以，在他們操作時(shí)，必須先執(zhí)行偽寫，然后再讀數(shù)。所謂偽寫，是指執(zhí)行寫操作到寫入數(shù)據(jù)之前，其目的是確定要讀出的字節(jié)單元地址。下面對(duì)任意讀的操作過(guò)程給

107、予說(shuō)明：執(zhí)行寫操作到寫入數(shù)據(jù)前，也就是在收到輸入字節(jié)單元地址后的從應(yīng)答后，MCU再發(fā)送起始位，然后發(fā)送從器件固定地址（1010）、3B頁(yè)選擇位和讀控制位1，在收到從應(yīng)答后，MCU從FM24C16里面讀出1 B的數(shù)據(jù)。如果只讀1 B的數(shù)據(jù)，則MCU發(fā)送一個(gè)無(wú)需應(yīng)答信號(hào)，然后發(fā)送停止位結(jié)束讀操作。如果是頁(yè)面讀，MCU就發(fā)一個(gè)主應(yīng)答信號(hào)，繼續(xù)讀下一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)，直到讀出最后一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)后，MCU發(fā)出無(wú)需應(yīng)答信號(hào)和停止位結(jié)束讀操作。</p&

108、gt;<p>　　在對(duì)FM24C16進(jìn)行讀、寫操作的過(guò)程中，應(yīng)該注意以下2個(gè)問(wèn)題：</p><p>　　●時(shí)序問(wèn)題，這主要是指SDA，SCL的高低電平的時(shí)序。如果在讀、寫過(guò)程中時(shí)序不對(duì)或者不穩(wěn)定，都會(huì)引起讀、寫失敗，所以為了保證穩(wěn)定，可以在程序中適當(dāng)加入NOP語(yǔ)句延時(shí)，但不要過(guò)多，以免影響讀、寫速度。</p><p>　　●SDA數(shù)據(jù)只能在SCL為低期間變化，在SCL為高期間

109、，SDA數(shù)據(jù)要保持不變，否則會(huì)被錯(cuò)誤地認(rèn)為是控制位而不是數(shù)據(jù)位，導(dǎo)致讀、寫失敗。</p><p>　　3.3.11報(bào)警電路</p><p>　　當(dāng)P2.7電平置高，NPN三極管導(dǎo)通，發(fā)光二極管會(huì)亮同時(shí)蜂鳴器也會(huì)響。當(dāng)壓力大于一個(gè)設(shè)定值會(huì)產(chǎn)生一個(gè)高電平使得蜂鳴器響。報(bào)警電路如圖3.9所示:</p><p><b>　　圖3.9報(bào)警電路</b>&l

110、t;/p><p>　　3.3.12復(fù)位電路</p><p>　　工控系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)，通常都會(huì)遇到各種各樣的現(xiàn)場(chǎng)干擾，抗干擾能力是衡量工控系統(tǒng)性能的一個(gè)重要指標(biāo)。看門狗(Watchdog)電路是自行監(jiān)測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行的重要保證，幾乎所有的工控系統(tǒng)都包含看門狗電路。在8096系列單片機(jī)和增強(qiáng)型8051系列單片機(jī)中，該系統(tǒng)已經(jīng)做在芯片內(nèi)部，用戶只要用軟件開放它就可以，使用很方便。但目前工控系統(tǒng)仍在使用廉價(jià)的

111、普通型8051系列單片機(jī)，則看門狗電路必須由用戶自己建立。</p><p>　　看門狗電路一般有軟件看門狗和硬件看門狗兩種。軟件看門狗不需外接硬件電路，但系統(tǒng)需要出讓一個(gè)定時(shí)器資源，這在許多系統(tǒng)中很難辦到，而且若系統(tǒng)軟件運(yùn)行不正常，可能導(dǎo)致看門狗系統(tǒng)也癱瘓。硬件看門狗是真正意義上的“程序運(yùn)行監(jiān)視器”，如計(jì)數(shù)型的看門狗電路通常由555多諧振蕩器、計(jì)數(shù)器以及一些電阻、電容等組成，分立元件組成的系統(tǒng)電路較為復(fù)雜，運(yùn)行不

112、夠可靠。</p><p>　　看門狗(Watchdog)電路是嵌入式系統(tǒng)需要的抗干擾措施之一。本文用X25045芯片設(shè)計(jì)了一種新的看門狗電路，具有體積小、占用I/O口線少和編程方便的特點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于儀器儀表和各種工控系統(tǒng)中。</p><p>　?。?）X25045芯片簡(jiǎn)介：</p><p>　　X25045是美國(guó)Xicor公司的生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)化8腳集成電路，它將EEP

113、ROM、看門狗定時(shí)器、電壓監(jiān)控三種功能組合在單個(gè)芯片之內(nèi)，大大簡(jiǎn)化了硬件設(shè)計(jì)，提高了系統(tǒng)的可靠性，減少了對(duì)印制電路板的空間要求，降低了成本和系統(tǒng)功耗，是一種理想的單片機(jī)外圍芯片。X25045引腳如圖3.10所示：</p><p>　　圖3.10X25045引腳圖</p><p>　　（2）X25045芯片引腳功能如下：</p><p><b>　　CS：片