溫度巡檢系統(tǒng)課程設(shè)計

1、<p><b>　　摘 要</b></p><p>　　工程實踐教學(xué)環(huán)節(jié)是為了學(xué)生能夠更好地鞏固和實踐所學(xué)專業(yè)知識而設(shè)置的，在本次工程實踐中，我們以微機(jī)原理與接口技術(shù)課程中所學(xué)知識為基礎(chǔ)，設(shè)計了溫度巡檢系統(tǒng)。本系統(tǒng)以MCS-51系列中的8031單片機(jī)最小系統(tǒng)為核心，能夠?qū)崿F(xiàn)8路溫度檢測。該系統(tǒng)通過熱敏電阻檢測被測溫度，經(jīng)AD轉(zhuǎn)換器將采集到的溫度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，在單片機(jī)的控制下存

2、入外部的數(shù)據(jù)存儲器中。</p><p>　　本系統(tǒng)的設(shè)計說明重點介紹了如下幾方面的內(nèi)容：</p><p>　　1）單片機(jī)溫度巡檢系統(tǒng)的基本功能，同時對測溫的原理也進(jìn)行了簡要的闡述；</p><p>　　2）介紹了系統(tǒng)的總體設(shè)計、給出了系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)框圖，并對其進(jìn)行了功能模塊劃分及所采用的元器件進(jìn)行了詳細(xì)說明；</p><p>　　3）對系統(tǒng)各

3、功能模塊的軟、硬件實現(xiàn)進(jìn)行了詳細(xì)的設(shè)計說明。</p><p>　　關(guān)鍵詞：MCS-51 8031單片機(jī)；外圍電路；溫度檢測 </p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　第一章 緒論1</b></p><p><b>　　1.1課題簡介1</b>&

4、lt;/p><p><b>　　1.2設(shè)計目的1</b></p><p><b>　　1.3設(shè)計任務(wù)1</b></p><p>　　1.4 章節(jié)安排說明2</p><p>　　第二章 溫度巡檢系統(tǒng)簡介3</p><p>　　2.1 單片機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀3</p>

5、<p>　　2.2 溫度巡檢系統(tǒng)現(xiàn)狀4</p><p>　　2.3 溫度巡檢系統(tǒng)簡介4</p><p>　　第三章 系統(tǒng)總體設(shè)計及主要器件簡介6</p><p>　　3.1 溫度巡檢系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)6</p><p>　　3.2 MCS-51系列單片機(jī)簡介7</p><p><b>　　外

6、部引腳說明：8</b></p><p>　　3.3 其它器件簡介10</p><p>　　第四章 溫度巡檢系統(tǒng)硬件設(shè)計14</p><p>　　4.1 8031基本電路設(shè)計14</p><p>　　4.2 8031存儲器擴(kuò)展電路設(shè)計15</p><p>　　4.3 溫度采集電路設(shè)計17</

7、p><p>　　4.4 溫度巡檢系統(tǒng)設(shè)計19</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)20</b></p><p><b>　　第一章 緒論</b></p><p><b>　　1.1課題簡介</b></p><p>　　單片機(jī)由于其微小的體積和極低的成本，

8、廣泛的應(yīng)用于家用電器、工業(yè)控制等領(lǐng)域中。在工業(yè)生產(chǎn)中，電流、電壓、溫度、壓力和流量也都是常用的被控參數(shù)。單片機(jī)溫度巡檢系統(tǒng)，是利用單片機(jī)作為系統(tǒng)的主控制器，測量電路中的溫度反饋信號經(jīng)A/D變換后，送入單片機(jī)中進(jìn)行處理，再由單片機(jī)對溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲或顯示。本設(shè)計采用8031單片機(jī),該單片機(jī)具有集成度高，運算快速快，體積小、運行可靠，價值低廉的特點，適宜于溫濕度等過程控制。鑒于這樣的重要性,我們打算設(shè)計一種基于單片機(jī)的多路溫度巡檢系統(tǒng),實現(xiàn)

9、對不同場合溫度時時變化的控制與監(jiān)測。</p><p>　　我們所要設(shè)計的巡檢系統(tǒng)可以對多達(dá)8路的通道進(jìn)行實時的溫度檢測，采用8031單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集和溫度的控制，并在巡回檢測的過程中將采集到的數(shù)據(jù)存入外部的數(shù)據(jù)存儲器中。系統(tǒng)測溫的本質(zhì)其實是測量傳感器的電阻，通常是將電阻的變化轉(zhuǎn)換成電壓或電流等模擬信號，再將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，再由處理器換算出相應(yīng)溫度。本文采用恒流源做為信號獲取電路的測溫方案，恒流源通過熱

10、敏電阻，溫度變化引起熱敏電阻值的變化，從引起電壓的變化，放大后經(jīng)AD采用后，送由單片機(jī)處理，換算出相應(yīng)溫度。</p><p><b>　　1.2設(shè)計目的</b></p><p>　　通過本次工程實踐，運用微機(jī)原理與接口技術(shù)所學(xué)知識及查閱相關(guān)資料，完成溫度巡檢系統(tǒng)的設(shè)計，達(dá)到理論知識與實踐更好結(jié)合、提高綜合運用所學(xué)知識和設(shè)計能力的目的。</p><p

11、>　　通過本次設(shè)計訓(xùn)練，可以使我們在基本思路和基本方法上對基于MCS-51單片機(jī)的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計有一個比較感性的認(rèn)識，并具備一定程度的設(shè)計能力。</p><p><b>　　1.3設(shè)計任務(wù)</b></p><p>　　在本次工程實踐中，主要完成如下方面的設(shè)計任務(wù)：</p><p>　　1）簡要綜述單片機(jī)技術(shù)發(fā)展的國內(nèi)外現(xiàn)狀及在多路溫度巡檢

12、或其它多路巡檢系統(tǒng)的應(yīng)用情況；</p><p>　　2）掌握MCS-51系列某種產(chǎn)品（例如8031）的最小電路及外圍擴(kuò)展電路的設(shè)計方法；</p><p>　　3）了解單片機(jī)溫度巡檢的功能及工作過程；</p><p>　　4）完成主要功能模塊的硬件電路設(shè)計及必要的參數(shù)確定；</p><p>　　5）用一種計算機(jī)繪圖軟件完成原理電路的繪制；<

13、;/p><p>　　6）完成系統(tǒng)設(shè)計說明書（要求5000漢字，含圖頁數(shù)不低于15頁）。</p><p>　　1.4 章節(jié)安排說明</p><p>　　整個設(shè)計總共分為四個章節(jié)，第一章是前言部分，主要介紹了設(shè)計單片機(jī)溫度巡檢系統(tǒng)的意義、目的及主要內(nèi)容；第二章簡要介紹了單片機(jī)發(fā)展的國內(nèi)外現(xiàn)狀、溫度巡檢系統(tǒng)在工業(yè)上的幾種具體應(yīng)用，并對測溫的原理進(jìn)行了簡要的說明。第三章是系統(tǒng)的

14、總體設(shè)計階段，這一部分主要介紹了系統(tǒng)的整體功能，繪制出系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)框圖。另外按照各部分實現(xiàn)的功能不同，將整個系統(tǒng)分成了三個功能塊，并對每一個功能塊所采用的元器件進(jìn)行了詳細(xì)介紹。第四章是系統(tǒng)詳細(xì)設(shè)計階段，對每一個功能塊的芯片圖進(jìn)行了詳細(xì)的說明，對每一個引腳的接線都進(jìn)行了詳細(xì)的設(shè)計，此外還編寫了主要功能模塊的基本程序，詳盡闡述了各模塊的工作過程。</p><p>　　第二章 溫度巡檢系統(tǒng)簡介</p>

15、<p>　　2.1 單片機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀</p><p>　　單片機(jī)的發(fā)展趨勢：低功耗CMOS化；微型單片化；主流與多品種共存；單片機(jī)從8位、16位到32位，數(shù)不勝數(shù)，應(yīng)有盡有，有與主流C51系列兼容的，也有不兼容的，但它們各具特色，互成互補，為單片機(jī)的應(yīng)用提供廣闊的天地。 縱觀單片機(jī)的發(fā)展過程，可以預(yù)示單片機(jī)的發(fā)展趨勢，大致有：</p><p>　　1）低功耗CMOS化　　MCS

16、-51系列的8031推出時的功耗達(dá)630mW，而現(xiàn)在的單片機(jī)普遍都在100mW左右，隨著對單片機(jī)功耗要求越來越低，現(xiàn)在的各個單片機(jī)制造商基本都采用了CMOS(互補金屬氧化物半導(dǎo)體工藝)。象80C51就采用了HMOS(即高密度金屬氧化物半導(dǎo)體工藝)和CHMOS(互補高密度金屬氧化物半導(dǎo)體工藝)。CMOS雖然功耗較低，但由于其物理特征決定其工作速度不夠高，而CHMOS則具備了高速和低功耗的特點，這些特征，更適合于在要求低功耗象電池供電的應(yīng)用

17、場合。所以這種工藝將是今后一段時期單片機(jī)發(fā)展的主要途徑。 </p><p>　　2）微型單片化 　　現(xiàn)在常規(guī)的單片機(jī)普遍都是將中央處理器(CPU)、隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(RAM)、只讀程序存儲器(ROM)、并行和串行通信接口，中斷系統(tǒng)、定時電路、時鐘電路集成在一塊單一的芯片上，增強型的單片機(jī)集成了如A/D轉(zhuǎn)換器、PMW(脈寬調(diào)制電路)、WDT(看門狗)、有些單片機(jī)將LCD(液晶)驅(qū)動電路都集成在單一的芯片上，這樣單

18、片機(jī)包含的單元電路就更多，功能就越強大。甚至單片機(jī)廠商還可以根據(jù)用戶的要求量身定做，制造出具有自己特色的單片機(jī)芯片。 此外，現(xiàn)在的產(chǎn)品普遍要求體積小、重量輕，這就要求單片機(jī)除了功能強和功耗低外，還要求其體積要小?，F(xiàn)在的許多單片機(jī)都具有多種封裝形式，其中SMD(表面封裝)越來越受歡迎，使得由單片機(jī)構(gòu)成的系統(tǒng)正朝微型化方向發(fā)展。</p><p>　　3）主流與多品種共存 現(xiàn)在雖然單片機(jī)的品種繁多，各

19、具特色，但仍以80C51為核心的單片機(jī)占主流，兼容其結(jié)構(gòu)和指令系統(tǒng)的有PHILIPS公司的產(chǎn)品，ATMEL公司的產(chǎn)品和中國臺灣的Winbond系列單片機(jī)。所以C8051為核心的單片機(jī)占據(jù)了半壁江山。而Microchip公司的PIC精簡指令集(RISC)也有著強勁的發(fā)展勢頭，中國臺灣的HOLTEK公司近年的單片機(jī)產(chǎn)量與日俱增，與其低價質(zhì)優(yōu)的優(yōu)勢，占據(jù)一定的市場分額。此外還有MOTOROLA公司的產(chǎn)品，日本幾大公司的專用單片機(jī)。在一定的時期

20、內(nèi)，這種情形將得以延續(xù)，將不存在某個單片機(jī)一統(tǒng)天下的壟斷局面，走的是依存互補，相輔相成、共同發(fā)展的道路。</p><p>　　2.2 溫度巡檢系統(tǒng)現(xiàn)狀</p><p>　　進(jìn)入21世紀(jì)后，智能溫度控制系統(tǒng)正朝著高精度、多功能、總線標(biāo)準(zhǔn)化、高可靠性及安全性、開發(fā)虛擬溫度控制器和網(wǎng)絡(luò)溫度控制器、研制單片測溫控溫系統(tǒng)等高科技的方向迅速發(fā)展。在20世紀(jì)90年代中期最早推出的智能溫度控制器，采用的是

21、8位A/D轉(zhuǎn)換器，其測溫精度較低，分辨力只能達(dá)到2°C。目前，國外已相繼推出多種高精度、高分辨力的智能溫度傳感器，所用的是9~12位A/D轉(zhuǎn)換器，分辨力一般可達(dá)0.5~0.0625°C。為了提高多通道智能溫控器的轉(zhuǎn)換速率，也有的芯片采用高速逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器。新型智能溫度控制器的測試功能也在不斷增強。例如，采用DS1629型單線智能溫度傳感器增加了實時日歷時鐘（RTC），使其功能更加完善。DS1624還增加了存儲

22、功能，利用芯片內(nèi)部256字節(jié)的E2PROM存儲器，可存儲用戶的短信息。另外，智能溫度控制器正從單通道向多通道的方向發(fā)展，這就為研制和開發(fā)多路溫度測控系統(tǒng)創(chuàng)造了良好條件。目前，智能溫度控制器的溫度傳感器的總線技術(shù)也實現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化，所采用的總線主要有單線(1-Wire)總線、I2C總線、SMBus總線和spI總線。采用的溫度傳感器作為從機(jī)可通過專用總線接口</p><p>　　2.3 溫度巡檢系統(tǒng)簡介</

23、p><p>　　本溫度檢測是以MCS-51系列8031單片機(jī)為核心構(gòu)成的多路溫度巡檢系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過單片機(jī)控制，實現(xiàn)對8路溫度檢測點進(jìn)行實時的溫度檢測，并把檢測數(shù)據(jù)存儲下來。整個溫度巡檢系統(tǒng)的工作過程為：首先通過溫度傳感器將溫度值轉(zhuǎn)化為模擬電壓，模擬電壓經(jīng)AD轉(zhuǎn)換器AD0809轉(zhuǎn)變成數(shù)字量并送入單片機(jī)，單片機(jī)則對所轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)進(jìn)行儲存與相應(yīng)處理。整個系統(tǒng)可分為三個主要功能模塊：功能模塊一，主要任務(wù)是將實際檢測點的溫度先

24、轉(zhuǎn)化為電信號，再通過單片機(jī)控制AD轉(zhuǎn)換器將模擬電信號轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號，完成溫度采集；功能模塊二，該模塊是以8031為核心的單片機(jī)溫度檢測控制單元，完成對所采集的溫度信號進(jìn)行相應(yīng)處理；功能模塊三，對于8031單片機(jī)來說，需要外接程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器，分別用來存放單片機(jī)控制程序和數(shù)據(jù)，為此，功能模塊三實際上是由單片機(jī)系統(tǒng)的外部程序存儲與數(shù)據(jù)存儲擴(kuò)展電路構(gòu)成。這三部分相輔相成構(gòu)成了溫度巡檢系統(tǒng)的三個部分。</p><p&g

25、t;　　第三章 系統(tǒng)總體設(shè)計及主要器件簡介</p><p>　　3.1 溫度巡檢系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)</p><p>　　根據(jù)前一章中溫度巡檢系統(tǒng)的簡介可知，該溫度巡檢系統(tǒng)主要有三部分組成：</p><p>　　1）8031單片機(jī)基本電路部分； </p><p>　　2）8031單片機(jī)外部程序與數(shù)據(jù)存儲器擴(kuò)展部分；</p><p&

26、gt;　　3）溫度檢測及數(shù)據(jù)采集部分；</p><p>　　相應(yīng)框圖如圖3.1所示。</p><p>　　在該系統(tǒng)中，8031單片機(jī)基本電路包括復(fù)位電路、晶振電路和鎖存電路等部分；存儲器擴(kuò)展電路主要包括程序存儲器（2764）和數(shù)據(jù)存儲器（6116）擴(kuò)展；溫度檢測電路主要由AD轉(zhuǎn)換器（0809）和溫度檢測元件（熱敏電阻）構(gòu)成。</p><p>　　3.2 MCS-5

27、1系列單片機(jī)簡介 </p><p>　　MCS-51系列單片機(jī)已有十多種產(chǎn)品，可分為兩大系列：51子系列和52子系列。51子系列主要有8031、8051、8751三種機(jī)型。它們的指令系統(tǒng)與芯片引腳完全兼容。它們的差別僅在于片內(nèi)有無ROM或EPROM。52子系列主要有8032、8052、8752三種機(jī)型。52子系列與51子系列的不同之處在于：片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器增至256字節(jié)；片內(nèi)程序存儲器增至8 KB (8032無)；

28、有3個16位定時/計數(shù)器，6個中斷源。其它性能均與51子系列相同。</p><p>　　MCS-51系列單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖3.3所示。從圖3-3中可看出，MCS-51單片機(jī)組成結(jié)構(gòu)中包含運算器、控制器、片內(nèi)存儲器、4個I/O口、串行口、定時器/計數(shù)器、中斷系統(tǒng)、振蕩器等功能部件。圖中SP是堆棧指針寄存器，PC是程序計數(shù)器，PSW是程序狀態(tài)字寄存器，DPTR是數(shù)據(jù)指針寄存器。</p><p

29、>　　所謂總線，就是連接系統(tǒng)中各擴(kuò)展器件的一組公共信號線。按照功能，通常把系統(tǒng)總線分為三組，即地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線。</p><p>　　MCS-51系列單片機(jī)片外引腳可以構(gòu)成三總線結(jié)構(gòu)，所有的外圍芯片都通過這三總線進(jìn)行擴(kuò)展。</p><p>　　1）地址總線（Address Bus,AB）</p><p>　　地址總線用于傳送單片機(jī)送出的地址信號，以

30、便進(jìn)行存儲單元和I/O端口的選擇。地址總線是單向的，只能由單片機(jī)向外發(fā)送信息。地址總線的數(shù)目決定了可直接訪問的存儲單元的數(shù)目。如有n位地址可以產(chǎn)生2n個連續(xù)地址編碼，因此，可訪問2n個存儲單元，即通常所說的尋址范圍為2n個地址單元。MCS-51單片機(jī)存儲器擴(kuò)展最多可達(dá)64KB，即216個地址單元，因此，最多需16位地址。</p><p>　　2）數(shù)據(jù)總線（Data Bus,DB）</p><p

31、>　　數(shù)據(jù)總線用于單片機(jī)與存儲器之間或I/O端口之間傳送數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)總線的位數(shù)與單片機(jī)處理數(shù)據(jù)的字長一致。MCS-51單片機(jī)是8位字長，所以，數(shù)據(jù)總線的位數(shù)也是8位。數(shù)據(jù)總線是雙向的，可以進(jìn)行兩個方向的數(shù)據(jù)傳送。</p><p><b>　　外部引腳說明：</b></p><p><b>　　(1) 主電源引腳</b></p>

32、<p>　　VCC(40腳)：接+5 V電源正端。</p><p>　　VSS(20腳)：接+5 V電源地端。</p><p><b>　　(2)外接晶體引腳</b></p><p>　　XTAL1(19腳)：接外部石英晶體的一端。在單片機(jī)內(nèi)部，它是一個反相放大器的輸入端，這個放大器構(gòu)成了片內(nèi)振蕩器。當(dāng)采用外部時鐘時，對于HMOS單片

33、機(jī)，該引腳接地；對于CHMOS單片機(jī)，該引腳作為外部振蕩信號的輸入端。</p><p>　　(3)輸入 / 輸出引腳</p><p>　　(1) P0口(39-32腳)：P0.0-P0.7統(tǒng)稱為P0口。在不接片外存儲器與不擴(kuò)展I/O口時，可作為準(zhǔn)雙向輸入/輸出口。在接有片外存儲器或擴(kuò)展I/O口時，P0口分時復(fù)用為低8位地址總線和雙向數(shù)據(jù)總線。</p><p>　　

34、(2) P1口(1-8腳)：P1.0-P1.7統(tǒng)稱為P1口，可作為準(zhǔn)雙向I/O口使用。對于52子系列，P1.0與P1.1還有第二功能：P1.0可用作定時器/計數(shù)器2的計數(shù)脈沖輸入端T2，P1.1可用作定時器/計數(shù)器2的外部控制端T2EX。</p><p>　　(3) P2口(21-28腳)：P2.0-P2.7統(tǒng)稱為P2口，一般可作為準(zhǔn)雙向I/O口使用；在接有片外存儲器或擴(kuò)展I/O口且尋址范圍超過256字節(jié)時，

35、P2口用作高8位地址總線。</p><p>　　(4) P3口(10-17腳)：P3.0-P3.7統(tǒng)稱為P3口。除作為準(zhǔn)雙向I/O口使用外，還可以將每一位用于第二功能，而且P3口的每一條引腳均可獨立定義為第一功能的輸入輸出或第二功能。</p><p><b>　　以下為控制線：</b></p><p>　　(1) ALE/PROG(30腳)

36、：地址鎖存有效信號輸出端。ALE在每個機(jī)器周期內(nèi)輸出兩個脈沖。在訪問片外程序存儲器期間，下降沿用于控制鎖存P0輸出的低8位地址；在不訪問片外程序存儲器期間，可作為對外輸出的時鐘脈沖或用于定時目的。但要注意，在訪問片外數(shù)據(jù)存儲器期間，ALE脈沖會跳空一個，此時作為時鐘輸出就不妥了對于片內(nèi)含有EPROM的機(jī)型，在編程期間，該引腳用作編程脈沖PROG的輸入端。</p><p>　　(2) PSEN(29腳)：片外程序

37、存儲器讀選通信號輸出端，低電平有效。當(dāng)從外部程序存儲器讀取指令或常數(shù)期間，每個機(jī)器周期該信號兩次有效，以通過數(shù)據(jù)總線P0口讀回指令或常數(shù)。在訪問片外數(shù)據(jù)存儲器期間，PSEN信號將不出現(xiàn)。</p><p>　　(3) RST/VPD(9腳)：RST即為RESET，VPD為備用電源。該引腳為單片機(jī)的上電復(fù)位或掉電保護(hù)端。當(dāng)單片機(jī)振蕩器工作時，該引腳上出現(xiàn)持續(xù)兩個機(jī)器周期的高電平，就可實現(xiàn)復(fù)位操作，使單片機(jī)回復(fù)到初始

38、狀態(tài)。上電時，考慮到振蕩器有一定的起振時間，該引腳上高電平必須持續(xù)10 ms以上才能保證有效復(fù)位。當(dāng)VCC發(fā)生故障，降低到低電平規(guī)定值或掉電時，該引腳可接上備用電源VPD(+5 V)為內(nèi)部RAM供電，以保證RAM中的數(shù)據(jù)不丟失。</p><p>　　(4) EA/VPP(31腳)：EA為片外程序存儲器選用端。該引腳有效(低電平)時，只選用片外程序存儲器，否則單片機(jī)上電或復(fù)位后選用片內(nèi)程序存儲器.對于片內(nèi)含有EPR

39、OM的機(jī)型，在編程期間，此引腳用作21 V編程電源VPP的輸入端。</p><p>　　綜上所述，MCS-51系列單片機(jī)的引腳可歸納為以下兩點：</p><p>　　(1) 單片機(jī)功能多，引腳數(shù)少，因而許多引腳都具有第二功能。</p><p>　　(2) 單片機(jī)對外呈現(xiàn)3總線形式，由P2、P0口組成16位地址總線；由P0口分時復(fù)用為數(shù)據(jù)總線；由ALE、PSEN、RS

40、T、EA與P3口中的INT0、INT1、T0、T1、WR、RD共10個引腳組成控制總線；由于是16位地址線，因此，可使片外存儲器的尋址范圍達(dá)到64 KB。</p><p>　　3.3 其它器件簡介</p><p>　　1）數(shù)據(jù)存儲器6116</p><p>　　由于8031內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器有限，不能滿足溫度采集系統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲要求，故以8031為核心擴(kuò)展了一片靜態(tài)隨機(jī)

41、數(shù)據(jù)存儲器6116。該芯片容量為2KB，有24個引腳，其引腳排列如圖3-5所示，各引腳功能如下：</p><p>　　A0-A14：地址輸入線；</p><p>　　D0-D7：雙向數(shù)據(jù)線（輸出有三態(tài)）；</p><p>　　，：選片信號輸入線，和低電平有效；</p><p>　?。鹤x選通信號輸入線，低電平有效；</p><

42、;p>　?。簩戇x通信號輸入線，低電平有效；</p><p>　　VCC：工作電壓，+5V；</p><p><b>　　GND：線路地；</b></p><p>　　關(guān)于RAM6116的工作方式在表3-1中給出。</p><p>　　2）程序存儲器2716</p><p>　　本系統(tǒng)設(shè)計中擬

43、擴(kuò)展一片Intel公司的NMOS型外部程序存儲器（EPROM）2764。與NMOS型對應(yīng)的是CMOS型，它們都與TTL兼容，其差別是CMOS型EPROM的讀取時間更短，消耗功率更小，例如，27C256的最大工作電流是30mA，而27256的最大工作電流是75mA，更多的具體參數(shù)可參閱相關(guān)資料。2716程序存儲器為24管腳的芯片，存儲容量為8KB，引腳排列如圖3-6所示，各引腳功能說明如下：</p><p>　　A

44、0-A12：地址輸入線；</p><p>　　O0-O7：三態(tài)數(shù)據(jù)總線，讀或編程校驗時為數(shù)據(jù)輸出線，編程時為數(shù)據(jù)輸入線。維持或編程禁止時呈高阻抗；</p><p>　?。哼x片信號輸入線，“0”（即TTL低電平）有效；</p><p>　　PGM：編程脈沖輸入線；</p><p>　?。鹤x選通信號輸入線，“0”有效；</p>&l

45、t;p>　　Vpp：編程電壓輸入線，Vpp的值因芯片型號和制造廠商而異；</p><p>　　Vcc：主電源輸入線，Vcc一般為+5V；</p><p><b>　　GND：線路地。</b></p><p>　　3）鎖存器74LS373</p><p>　　地址鎖存器就是一個暫存器，它根據(jù)控制信號的狀態(tài)，將總線上地

46、址代碼暫存起來。8031數(shù)據(jù)和低8位地址總線采用分時復(fù)用操作方法，即用同一總線既傳輸數(shù)據(jù)又傳輸?shù)刂?。?dāng)微處理器與存儲器交換信號時，首先由CPU發(fā)出存儲器地址，同時發(fā)出允許鎖存信號ALE給鎖存器，當(dāng)鎖存器接到該信號后將地址/數(shù)據(jù)總線上的地址鎖存在總線上，隨后才能傳輸數(shù)據(jù)。74LS373是一種典型的電平觸發(fā)8D鎖存器，三狀態(tài)輸出。當(dāng)CP=1時，D7-D0進(jìn)入鎖存器，當(dāng)CP=0數(shù)據(jù)被鎖存。</p><p>　　4）8位

47、AD轉(zhuǎn)換器ADC0809</p><p>　　將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號的電路，稱為模</p><p>　　數(shù)轉(zhuǎn)換器。A/D轉(zhuǎn)換的作用是將時間連續(xù)、幅值也連續(xù)的模擬量轉(zhuǎn)換為時間離散、幅值也離散的數(shù)字信號，因此，A/D轉(zhuǎn)換一般要經(jīng)過取樣、保持、量化及編碼4個過程。在實際電路中，這些過程有的是合并進(jìn)行的，例如，取樣和保持，量化和編碼往往都是在轉(zhuǎn)換過程中同時實現(xiàn)的。在本系統(tǒng)中，我們采用常見的AD0

48、809轉(zhuǎn)換器。</p><p>　?。?）AD0809 的邏輯結(jié)構(gòu)</p><p>　　ADC0809 是8 位逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器，其邏輯結(jié)構(gòu)如圖3-8所示。它由一個8路模擬開關(guān)、一個地址鎖存譯碼器一個A/D 轉(zhuǎn)換器和一個三態(tài)輸出鎖存器組成。多路開關(guān)可選通8個模擬通道，允許8 路模擬量分時輸入，共用A/D 轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。三態(tài)輸出鎖器用于鎖存A/D 轉(zhuǎn)換完的數(shù)字量，當(dāng)OE 端為高電平時

49、，才可以從三態(tài)輸出鎖存器取走轉(zhuǎn)換完的數(shù)據(jù)。</p><p><b>　?。?）引腳結(jié)構(gòu) </b></p><p>　　ADC0809為28引腳芯片，其引腳圖如圖3-9所示。具體說明如下：</p><p>　　IN0－IN7：8條模擬量輸入通道；</p><p>　　ADC0809對輸入模擬量要求：信號單極性，電壓范圍是

50、0－5V，若信號太小，必須進(jìn)行放大；輸入的模擬量在轉(zhuǎn)換過程中應(yīng)該保持不變，如若模擬量變化太快，則需在輸入前增加采樣保持電路。 </p><p>　　A,B,C與ALE：地址輸入和控制線（4條）； </p><p>　　ALE為地址鎖存允許輸入線，高電平有效。當(dāng)ALE線為高電平時，地址鎖存與譯碼器將A，B，C三條地址線的地址信號進(jìn)行鎖存，經(jīng)譯碼后被選中的通道的模擬量進(jìn)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。A，B和

51、C為地址輸入線，用于選通IN0－IN7上的一路模擬量輸入。通道選擇表如表3-2所示。</p><p>　　D7-D0與OE,EOC,ST：數(shù)字量輸出及控制線（11條）； </p><p>　　ST為轉(zhuǎn)換啟動信號。當(dāng)ST上跳沿時，所有內(nèi)部寄存器清零；下跳沿時，開始進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換；在轉(zhuǎn)換期間，ST應(yīng)保持低電平。EOC為轉(zhuǎn)換結(jié)束信號。當(dāng)EOC為高電平時，表明轉(zhuǎn)換結(jié)束；否則，表明正在進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換

52、。OE為輸出允許信號，用于控制三條輸出鎖存器向單片機(jī)輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。OE＝1，輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)；OE＝0，輸出數(shù)據(jù)線呈高阻狀態(tài)。D7－D0為數(shù)字量輸出線。 </p><p>　　CLK：為時鐘輸入信號線；</p><p>　　因ADC0809的內(nèi)部沒有時鐘電路，所需時鐘信號必須由外界提供，通常使用頻率為500KHZ，VREF（＋），VREF（－）為參考電壓輸入。</p>

53、<p>　　（3） ADC0809應(yīng)用說明 </p><p>　?、?ADC0809內(nèi)部帶有輸出鎖存器，可以與AT89S51單片機(jī)直接相連。 </p><p>　?、?初始化時，使ST和OE信號全為低電平。 </p><p>　?、?送要轉(zhuǎn)換的哪一通道的地址到A，B，C端口上。 </p><p>　?、?在ST端給出一個至少有10

54、0ns寬的正脈沖信號。 </p><p>　?、?是否轉(zhuǎn)換完畢，我們根據(jù)EOC信號來判斷。 </p><p>　?、?當(dāng)EOC變?yōu)楦唠娖綍r，這時給OE為高電平，轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)就輸出給單片機(jī)了。</p><p>　　第四章 溫度巡檢系統(tǒng)硬件設(shè)計</p><p>　　4.1 8031基本電路設(shè)計</p><p>　　在溫度巡檢

55、系統(tǒng)中，采用8031芯片作為系統(tǒng)核心，其時鐘電路和復(fù)位電路是8031的最基本電路。</p><p><b>　　1）時鐘電路</b></p><p>　　時鐘信號的產(chǎn)生分為兩種方式：</p><p>　　（1）內(nèi)部時鐘方式：8031內(nèi)部有一個用于構(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端和輸出端。在XTAL1

56、和XTAL2兩端跨接晶體或陶瓷諧振器，就構(gòu)成了內(nèi)部自激振蕩器并產(chǎn)生振蕩時鐘脈沖（如圖4-1）。</p><p>　?。?）外部時鐘方式：就是把外部已有的時鐘信號引入單片機(jī)內(nèi)</p><p>　　本系統(tǒng)采用第一種方式，采用晶振頻率為11.0592MHz。晶振的匹配電容選擇與頻率有關(guān)，其主要作用是用來匹配晶體和振蕩電路，使電路易于啟振并處于合理的激勵態(tài)下，對頻率也有一定的“微調(diào)” 作用。通常若

57、頻率為 11.0592MHz，則該電容取30pF；當(dāng)頻率為 22.0184MHz，則取 22pF。因此，本電路中電容C1、C2參數(shù)為30pF。</p><p><b>　　2）復(fù)位電路</b></p><p>　　復(fù)位電路的基本功能是：系統(tǒng)上電時提供復(fù)位信號，直至系統(tǒng)電源穩(wěn)定后，撤銷復(fù)位信號。為可靠起見，電源穩(wěn)定后還要經(jīng)一定的延時才撤銷復(fù)位信號，以防電源開關(guān)或電源插頭

58、分-合過程中引起的抖動而影響復(fù)位。</p><p>　　簡單復(fù)位電路有上電復(fù)位和手動復(fù)位兩種。不管是哪一種復(fù)位電路都要保證在RST引腳上提供10ms以上穩(wěn)定的高電平。</p><p>　　圖4-2是常用的上電復(fù)位電路。這種上電復(fù)位利用電容器充電來實現(xiàn)。當(dāng)加電時，電容器C充電，電路有電流流過，構(gòu)成回路，在電阻R上產(chǎn)生壓降，RST引腳為高電平；當(dāng)電容C充滿電后，電路相當(dāng)于斷開，RST的電位與地

59、相同，復(fù)位結(jié)束。可見復(fù)位的時間與充電的時間有關(guān)，充電時間越長復(fù)位時間越長。增大電容或增大電阻都可以增加復(fù)位時間。</p><p>　　本系統(tǒng)就采用此種復(fù)位電路，其復(fù)位時間計算如下：</p><p>　　復(fù)位電路時間常數(shù)為ms，根據(jù)電路理論或控制工程基礎(chǔ)中慣性環(huán)節(jié)特性可知，電容電壓的充電響應(yīng)曲線表達(dá)式為</p><p>　　由上式說明RST端持續(xù)高電平的時間遠(yuǎn)大于10

60、ms，故可保證系統(tǒng)的可靠復(fù)位。</p><p>　　手動復(fù)位可直接在電容C兩端并接一個電阻與按鈕即可。</p><p><b>　　注意：</b></p><p>　　本復(fù)位電路為簡單復(fù)位電路，請同學(xué)們設(shè)計時，查閱資料，給出實際中常采用的上電復(fù)位與按鈕復(fù)位的實用電路。</p><p><b>　　3）掉電保護(hù)電

61、路</b></p><p><b>　　在此略。</b></p><p><b>　　4）看門狗電路</b></p><p><b>　　在此略。</b></p><p>　　4.2 8031存儲器擴(kuò)展電路設(shè)計</p><p>　　由于803

62、1片內(nèi)只有很小的RAM，沒有ROM，所以本系統(tǒng)擴(kuò)展了一片程序存儲器EPROM2716和一片靜態(tài)數(shù)據(jù)存儲器6116，擴(kuò)展電路見圖4-3與圖4-4。</p><p><b>　　1）程序存儲器擴(kuò)展</b></p><p>　　單片機(jī)擴(kuò)展外部程序存儲器時，利用P0口加鎖存器作為低8位地址線，P2口作為高8位地址線，可訪問的外部ROM地址空間為0-64KB。用外部程序存儲器“

63、讀寫”控制線來區(qū)分使用的是外部數(shù)據(jù)存儲器還是外部程序存儲器。8031的片外程序讀控制端與程序存儲器2716的輸出允許端端相連，當(dāng)有效時，2716中的指令或數(shù)據(jù)則被讀入8031的P0口。由于8031無內(nèi)部程序存儲器，只能使用外部程序存儲器，故此時必須接地。因只擴(kuò)展了一片程序存儲器，故2716的片選端接地。2716是2K×8位EPROM芯片，有11根地址線，低8位地址線通過74LS373與8031的P0口相連，高三位地址線直接與8

64、031的P2.0-P2.2相連，其尋址范圍為0000H-07FFH。</p><p><b>　　2）數(shù)據(jù)存儲器擴(kuò)展</b></p><p>　　由于系統(tǒng)運行時需要不斷地采集溫度，僅靠內(nèi)部的數(shù)據(jù)存儲器（RAM）是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，為此擴(kuò)展了一片數(shù)據(jù)存儲器6116。6116的地址線和數(shù)據(jù)線接法與程序存儲器2716相同，6116的寫允許線和讀允許線分別接8031的（P3.6）和

65、（P3.7），從而實現(xiàn)對數(shù)據(jù)存儲器的讀寫操作。由于只擴(kuò)展了一片6116，故6116的片選端接地。</p><p>　　外部RAM的讀寫指令為：</p><p>　　MOVX A, @DPTR ; 讀指令</p><p>　　MOVX @DPTR, A ; 寫指令</p><p>　　4.3 溫度采集電路設(shè)計</p>&l

66、t;p>　　本系統(tǒng)中的溫度傳感器采用熱敏電阻進(jìn)行溫度檢測，檢測到的溫度經(jīng)AD轉(zhuǎn)換送入系統(tǒng)，進(jìn)行必要的處理或存儲。本節(jié)重點介紹AD轉(zhuǎn)換器ADC0809與8031的接口電路（見圖4-5）及相關(guān)程序。</p><p>　　ADC0809模擬輸入部分有8路多路開關(guān)，可由3位地址輸入ADDA、ADDB、ADDC的不同組合來選擇，ALE為地址鎖存信號，高電平有效，鎖存這三條地址輸入信號。主體部分是采用逐次逼近式的A/D

67、轉(zhuǎn)換電路，由CLK控制的內(nèi)部電路的工作,START為啟動命令，高電平有效，啟動ADC0809內(nèi)部的A/D轉(zhuǎn)換，當(dāng)轉(zhuǎn)換完成，輸出信號EOC有效，OE為輸出允許信號，高電平有效，打開輸出三態(tài)緩沖器,把轉(zhuǎn)換后的結(jié)果送DB。</p><p>　　圖4-5所示電路工作過程如下：</p><p>　　8031的ALE把低8位地址信號鎖存在74LS373里。74LS373輸出的低3位加到ADC0809的

68、C、B、A，作為通道編碼。與P2.7進(jìn)行或非操作得到一個正脈沖加到ADC0809的ALE和START引腳上。ADC0809的ALE上的正脈沖把通道編碼C、B、A輸入并鎖存，用于選擇對應(yīng)通道。START的上升沿清除ADC0809的逐次逼近寄存器，下跳變啟動A/D轉(zhuǎn)換。在A/D轉(zhuǎn)換期間，EOC=0，A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束時，EOC為高電平。</p><p>　　ADC0809與8031單片機(jī)的連接采用中斷方式。啟動ADC08

69、09的過程是：先送通道號地址到ADDA，ADDB和ADDC；由ALE信號縮存通道號地址后，讓ＳＴＡＲＴ有效；啟動Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換，即執(zhí)行一條“MOVX @DPTR,A”指令產(chǎn)生WR信號，使ALE和START有效；鎖存通道號并啟動A/D轉(zhuǎn)換。A/D轉(zhuǎn)換完畢，EOC端發(fā)出一正脈沖，申請中斷。在中斷服務(wù)程序中，“MOV A,@DPTR”指令產(chǎn)生RD信號，使OE端有效，打開輸出鎖存器三態(tài)門，８位數(shù)據(jù)便讀入到ＣＰＵ中．將讀數(shù)依次存放在片外數(shù)據(jù)存儲器61

70、16的A0-A7H單元．其主程序和中斷服務(wù)程序如下：</p><p>　?。ㄒ韵鲁绦驊?yīng)給出必要注釋）</p><p><b>　　主程序：</b></p><p>　?。停桑粒危骸。停希帧。遥埃＃埃粒埃?lt;/p><p>　?。停希帧。遥玻＃埃福?lt;/p><p><b>　?。樱牛裕隆?/p>

71、ＩＴ１</b></p><p><b>　?。樱牛裕隆。牛?lt;/b></p><p><b>　　ＳＥＴＢ?。牛兀?lt;/b></p><p>　?。停希帧。模校裕遥＃罚疲疲福?lt;/p><p>　?。停希郑兀溃模校裕遥?lt;/p><p>　?。龋牛遥牛骸。樱剩停小。龋?/p>

72、ＲＥ</p><p><b>　　中斷服務(wù)程序：</b></p><p>　?。停希郑亍。粒溃模校裕?lt;/p><p>　?。停希郑亍。溃遥?，Ａ</p><p><b>　　ＩＮＣ?。模校裕?lt;/b></p><p><b>　?。桑危谩。遥?lt;/b><

73、;/p><p>　?。模剩危凇。遥?，ＤＯＮＥ</p><p><b>　?。遥牛裕?lt;/b></p><p>　?。模希危牛骸。停希郑兀溃模校裕?，Ａ</p><p><b>　　ＲＥＴＩ</b></p><p>　　4.4 溫度巡檢系統(tǒng)設(shè)計</p><p>

74、　　將前面各節(jié)的分塊設(shè)計進(jìn)行合并，則可得到基于8031單片機(jī)的溫度巡檢系統(tǒng)總圖如圖4-6所示。</p><p><b>　　圖略</b></p><p><b>　　結(jié)語</b></p><p>　　對設(shè)計進(jìn)行簡要總結(jié)。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p

75、><p>　　[1] 楊鑫華，趙慧敏等．?dāng)?shù)據(jù)庫原理與DB2應(yīng)用教程[M]．清華大學(xué)出版社，2007，8</p><p>　　[2] 王珊，陳紅．?dāng)?shù)據(jù)庫系統(tǒng)原理教程[M]．清華大學(xué)出版社，1998，7 </p><p>　　[3] 李波．中文版Visual FoxPro 8.0實用教程[M]．西安電子科技大學(xué)出版社,2005,6</p><p>