毕业设计（论文）-单片机控制的智能型名茶炒制机（全套图纸） .pdf

信息与电子工程 系毕业设计 (论文) 1 浙江工业大学浙西分校浙江工业大学浙西分校 毕业设计（论文）毕业设计（论文） 题 目： 单片机控制的智能型名茶炒制机 作 者： 系 （部） ： 信息与电子工程系 专业班级： 04 工业电气自动化(1)班 指导教师： 职 称： 副教授，助教，助教 2007 年 6 月 4 日 信息与电子工程 系毕业设计 (论文) i 摘摘 要要 本文根据传统炒茶工艺中存在的不足和缺点，将单片机控制技术应用于炒茶工艺 中，实现单片机控制的智能化炒茶。该系统解决了传统炒茶工艺中耗时长、对人员炒 茶技术要求高、无法大规模生产等缺点。 本机械将单片机的体积小、功耗低、价格低、品种规格系列化、硬件具有广泛的 通用性、有专门的开发系统等优点结合起来，对制茶机的炒制方法跟对炒锅温度的控 制结合在一起，实现了自动化生产。 本文根据热电偶测温再经过放大器放大，模拟量经 a/d 转换器转换，转换成数字 信号传送给单片机，数字量和单片机内部存储数据比较后，再经过光电隔离，再控制 可控硅进行对温度的控制。本设计以 8031 单片机为主体的控制系统构成一个能进行 较复杂的数据处理和复杂控制功能的智能控制器，使其既可与微机配合构成控制系 统，又可作为一个独立的单片机控制系统，具有较高的灵活性和可靠性。单片机根据 输入的各种命令，进行智能算法得到控制值，输出脉冲触发信号，通过过零触发电路 驱动双向可控硅，从而加热电炉。 关键字:温度控制；热电偶传感器；a/d 转换器；单片机 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 信息与电子工程 系毕业设计 (论文) ii abstract this article according to the traditional tea to fry the shortcoming which in the system craft exists, applies the monolithic integrated circuit control technology to the tea fries in the system craft, thus the intellectualized tea which the monolithic integrated circuit controls to fry the system. this system solved the traditional tea to fry in the system craft to consume the time long, fries the system specification to the personnel tea to be high, to be unable shortcoming and so on large scale production. this machinery the monolithic integrated circuit volume small, the power loss low, the price is low, the variety specification seriation ,the hardware has the widespread versatility, has merit and so on special development system unifies, fries the system method to the system tea machine with to the wok temperature control to unify in together, has realized the automated production. this article after the thermo-element survey temperature, enlarges after the survey amplifier, the simulated signal transforms after the a/d switch, transforms the digital signal to transmit gives the monolithic integrated circuit, the digital signal and the monolithic integrated circuit internal stored datum carries on the comparison ,the process photo electricity isolation, thus controls the silicon-controlled rectifier to carry on the control to the temperature . this design constitutes take 8031 monolithic integrated circuits as the main body control system to be able to carry on 信息与电子工程 系毕业设计 (论文) iii the more complex data processing and the plurality of controls function intelligent controller, causes its both to be possible with the microcomputer coordination constitution control system, and may take an independent monolithic integrated circuit control system, has a higher flexibility and the reliability. the monolithic integrated circuit basis inputs each kind of order, carries on the intelligentalgorithm to obtain the control value, the output pulse trigger pip , has triggered the electric circuit through zero to actuate the bidirectional silicon-controlled rectifier, thus heats up the electricstove. essential character: temperature control, thermocouple sensor, a/d switch , monolithic integrated circuit 目 录 摘 要 abstract 第 1 章 绪论 1 第 2 章 单片机对炒茶过程的控制及各部分参数要求 . 5 2.1 炒茶的总体过程及框图 . 5 2.2 炒茶各环节的参数要求 . 6 2.2.1 鲜叶摊放 6 2.2.2 青锅 6 2.2.3 微波加热 6 2.2.4 摊凉回潮 6 2.2.5 辉锅 6 2.3 单片机对炒茶过程的控制及框图 . 6 第 3 章 单片机对温度传感器的控制 . 8 3.1 机械系统概述 8 3.1.1 系统的组成 . 8 3.1.2 系统优点 . 8 3.2 控制系统的工作步骤 8 3.3 单片机对温度传感器的控制过程 9 3.3.1 温度传感器的概述 . 9 3.3.2 温度信号测量 10 3.3.3 集成运算放大器简介 11 3.3.4 a/d 转换器及其电路 14 第 4 章 单片机系统的扩展 . 19 4.1 系统扩展概述. 19 4.1.1 常用扩展器件简介 20 信息与电子工程 系毕业设计 (论文) iv 4.2 存储器的扩展 . 21 4.2.1 程序存储器的扩展 21 4.2.2 数据存储器的扩展 24 4.3 单片机 i/o 口的扩展（8155 扩展芯片） 25 4.3.1 8155 的结构和引脚 . 25 4.3.2 8155 的控制字的及其工作方式 . 27 4.3.3 8155 与 8031 的连接 27 4.4 看门狗、报警、复位和时钟电路的设计 . 28 4.4.1 看门狗电路的设计 28 4.4.2 报警电路设计 29 4.4.3 复位电路的设计 30 4.4.4 时钟电路的设计 31 4.5 人机界面设计 . 31 4.5.1 led 数码显示器的接口电路 31 4.5.2 键盘接口电路 32 4.6 dac7521 数模转换接口 . 34 4.7 隔离放大器的设计 . 34 4.8 可控硅调功控温 . 36 4.9 单片机开关稳压电源设计 . 36 第 5 章 系统的软件设计 . 37 5.4 主要程序的框图 . 37 5.2 故障检测子程序 . 38 5.3 温度测量子程序 . 39 结论与展望 . 40 参考文献 . 41 致 谢 . 42 附录 43 信息与电子工程 系毕业设计 (论文) v 信息与电子工程 系毕业设计 (论文) 1 第一章 绪 论 1.1 引言 在我国现有的炒茶机的各种机型中很难找到技术含量高、特别是可以实现自动化加工、 连续化生产的机械产品的不足与缺点，本机械将单片机的体积小、功耗低、价格低、品 种规格系列化、硬件具有广泛的通用性、有专门的开发系统等优点结合起来，对制茶 机的炒制方法跟对炒锅温度的控制结合在一起，实现了自动化生产。 本文根据传统炒茶工艺中存在的不足和缺点，将单片机控制技术应用于炒茶工艺 中，实现单片机控制的智能化炒茶。该系统解决了传统炒茶工艺中耗时长、对人员炒 茶技术要求高、无法大规模生产等缺点。 通过生产新型机械和对旧机械的技术改造使制茶机能实现茶机的连续化、自动化 生产。 1.2 机械制茶机的现状 据估算，目前全国 70%以上的茶己全部或部分使用机器炒制，自 20 世纪 60 年代 出现炒茶机械化以来，各种杀青机、理条机、烘干机均有快速发展，各种机器的加工 质量在各自相应的工序中能达到甚至赶超手工炒茶相应工序中的质量，但是每种机器 只能完成一道或两道土序，因此加工效率较低，20 世纪 90 年代以来研制的多功能炒 茶制机，如 6cdm- 42 型多功能机集杀青、理条、压扁、辉干于一体，大大提高了炒 茶的加工效率，但各工序之间是脱节的，即不能进行流水线生产。 近年试制的电脑控制型龙井茶炒制机将土艺参数贮存于控制器中，对龙井茶加土 过程中的温度、时间、转速及加压、停机等动作进行了自动控制，实现了龙井茶青锅 与辉锅的自动化加工，进一步提高了加工效率，但是，受该系统中多功能机结构的限 制，并没有实现流水线生产。因此，为了进一步提高炒茶制机的自动化水平，实现炒 茶的流水线生产，迫切需要研制适用于连续加工的多功能炒茶机。 1.3 单片机技术现状 单片机可应用于电话机、寻呼机、对讲机等电信设备，电视机、录像机、摄像机、 vcd 机、洗衣机等家用电器，电子玩具，计算机外围设备，办公自动化设备，工业 控制设备、仪器仪表，军用设备等等。有人这样说:“凡是能想到的地方，单片机都可 以用得上” ，这并不夸张。全世界单片机的年产量数以亿计，应用范围十分广阔，许 多科技期刊还专门开辟了单片机专栏。 单片机应用的意义不仅仅限于它的广阔范围以及所带来的经济效益，更重要的还 在于从根本上改变了传统的控制系统设计思想和设计方法。以前，必须由模拟电路或 数字电路实现的大部分控制功能，现在已能使用单片机通过软件方法实现了。这种以 信息与电子工程 系毕业设计 (论文) 2 软件取代硬件并能提高系统性能的控制技术称之为微控制技术。微控制技术标志着一 种全新概念，随着单片机的推广普及，微控制技术必将不断发展和日趋完善，而单片 机的应用必将更加深入、更加广泛。 目前，单片机正朝着高性能和多品种方向发展趋势将是进一步向着 cmos 化、低 功耗、小体积、大容量、高性能、低价格和外围电路内装化等几个方面发展。下面是 单片机的主要发展趋势: (1)cmos 化 (2)低功耗化 (3)低电压化 (4)大容量化 (5)高性能化 (6)外围电路内装化 串行扩展技术在很长一段时间里，通用型单片机通过三总线结构扩展外围器件成 为单片机应用的主流结构。随着低价位 otp（one time programble）及各种类型片内 程序存储器的发展，加之处围接口不断进入片内，推动了单片机“单片”应用结构的 发展。特别是 i c、spi 等串行总线的引入，可以使单片机的引脚设计得更少，单片 机系统结构更加简化及规范化。 随着半导体集成工艺的不断发展，单片机的集成度将更高、体积将更小、功能将 列强。在单片机家族中，80c51 系列是其中的佼佼者，加之 intel 公司将其 mcs 51 系列中的 80c51 内核使用权以专利互换或出售形式转让给全世界许多著名 ic 制造厂 商，如 philips、 nec、atmel、amd、华邦等，这些公司都在保持与 80c51 单片机兼 容的基础上改善了 80c51 的许多特性。这样，80c51 就变成有众多制造厂商支持的， 发展出上百品种的大家族，现统称为 80c51 系列。80c51 单片机已成为单片机发展的 主流。专家认为，虽然世界上的 mcu 品种繁多，功能各异，开发装置也互不兼容，但 是客观发展表明，80c51 可能最终形成事实上的标准 mcu 芯片。 我国在 80 年代初就开始引进了单片机，在资金严重不足的情况下，自行研制了开 发工具和应用软件，根据我国的实际生产需要和借鉴国外单片机应用实例，逐步在我 国开展了单片机的应用工作，现在各行各业都可看到单片机应用的踪迹。 与世界的单片机发展，应用情况相比，我国处于相当落后的状态。据统计，1995 年我国单片机产品的实际产量仅为 1000 万片，占世界产量的百分之几，人均单片机 的拥有量还不足一片。从单片机使用角度看，我国单片机使用面虽广，但是使用的批 量也仅集中在空调，洗衣机及电饭煲等家用电器中。可见我国的单片机市场很大，尤 其在智能仪表和智能传感器，通讯，测控网络和现场总线，农用单片机以及智能 ic 卡等方面都有着广阔的前景，可以大大拓帘单片机应用领域。 1.3.1 单片机在机械控制中的发展状况 电机是与电能的生产、传输和使用有着密切关系的电磁机构。在日常生活中，电 机的使用随处可见， 比如:在很多场合大量使用各种电动机作为原动机， 用以拖动各种 机械设备;在军事、信息和各种自动控制系统中，使用大量的控制电机，作为检测、执 行和计算等元件。 电机运动控制技术以电力半导体变流器件的应用为基础、以电动机为控制对象、 以自动控制理论为指导、 以电子技术和微处理器控制及计算机辅助设计(cad)为手段， 并且与检测技术和数据通信技术相结合，构成一门具有相对独立性的科学技术。在生 产设备和过程自动化中发挥着日益重要的作用。 信息与电子工程 系毕业设计 (论文) 3 真正意义上的电机运动控制系统是在 20 世纪 30 年代出现的，当时是晶闸管、引 燃管，而后是磁放大器、磁饱和电抗器作为静止变流器，形成了新一代电机运动控制 系统。 随着新型电力电子器件、自动控制理论以及微处理器技术的发展，电机运动控制 系统发生了巨大的变革。到了 21 世纪的今天，电机运动控制系统的技术水平更是提 高到了一个新的高度，无论是应用的广泛程度，还是研究的深入程度都是过去人们想 象不到的。 1.3.2 单片机在温度控制中的应用 单片机在电子产品中的应用已经越来越广泛， 在很多的电子产品中也用到了温度 检测和温度控制。随着温度控制器应用范围的日益广泛和多样性，各种适用于不同场 合的智能温度控制器应运而生。在科研、生产中，常常需要对某些系统进行温度的监 测和控制。需检测和控制的温度系统一旦确定，其热惯性大小和散热等各项硬件条件 就确定了。这时，影响系统热平衡的因素主要有：系统温度 t、设定温度 ta、系统周 围的环境温度 ts 以及加热方式和调节方法。目前已有的实现温控的方法有很多种， 如：油浴恒温法、比例式、积分式及其组合的调节方法等等，其中有的方法达到热平 衡需要的时间很长，但是其控温精度很高，而有的是达到热平衡的时间短，但其控温 精度却不够高。 1.4 热传感器的发展现状 温度是一个基本的物理量，自然界中的一切过程无不与温度密切相关。温度传感 器是最早开发，应用最广的一类传感器。根据美国仪器学会的调查，1990 年，温度传 感器的市场份额大大超过了其他的传感器。从 17 世纪初伽利略发明温度计开始，人 们开始利用温度进行测量。真正把温度变成电信号的传感器是 1821 年由德国物理学 家赛贝发明的，这就是后来的热电偶传感器。五十年以后，另一位德国人西门子发明 了铂电阻温度计。在半导体技术的支持下，本世纪相继开发了半导体热电偶传感器、 pn 结温度传感器和集成温度传感器。与之相应，根据波与物质的相互作用规律，相继 开发了声学温度传感器、红外传感器和微波传感器。 温度传感器是检测温度的器件，其种类最多，应用最广，发展最快。众所周知， 日常使用的材料及电子元件大部分特性都随温度而变化。 最常用的热电阻和热电偶两类产品。 1.5 课题来源，研究内容及研究结果 1、课题来源：单片机控制的智能化技术在炒茶中的实际应用。 2、研究内容：本设计研究了炒茶过程在单片机控制下，如何运用热电偶温度传 感器检测温度，在用反馈程序校正正确温度。除此之外，在硬件电路设计上考虑如何 采用各种措施减小系统干扰，提高系统的稳定性，可靠性。 3、研究结果：经过研究设计，实际运行，该系统具有以下基本功能: 用户可根据茶叶的品种特点来进行炒茶温度的调整。 智能型自动炒茶。 具有故障检测功能，当各元件出现问题时，可自动报警。 信息与电子工程 系毕业设计 (论文) 4 可显示当前温度。 系统死机时，可自动复位恢复工作。 1.6 毕业设计任务 本次毕业设计课题是变频调速恒压供水系统，我的主要任务是应用软件设计和模 糊控制器的设计，大体为以下五项内容： 1、单片机控制智能炒茶技术现状和发展：主要介绍其系统的目的和意义，单片 机的发展史一直到广泛应用，随着技术的发展，其优越性越来越多，主要是 cmos 化、 低功耗化、低电压化 、大容量化 、高性能化 、外围电路内装化。 2、单片机炒茶控制系统的框图及个主要参数要求 ，主要介绍茶叶炒制过程及在 其炒制过中要注意的几点要求，单片机对其温度系统的控制框图。 3、系统硬件设计（主电路、控制电路），涉及到炒茶机械系统的概述和系统的 优缺点及其操作步骤，温度传感器的发展及在炒茶过程中的应用，放大器及其电路的 介绍，a/d 转换器在系统中的应用、选择及其主要功能和构成图。 4、单片机系统的扩展，主要介绍了常用器件的扩展，存储器的扩展，数据存储 器的扩展， 单片机 i/o 接口的扩展， 单片机控制的主电路的设计， 温度传感器的设计， 人机界面设计，前向输入通道设计和后向输出通道设计，及一些系统的可靠性设计。 5、应用软件设计：主要介绍了控制系统程序设计主要包括初始化程序、停机程 序、主运行程序、报警程序；整个系统程序的工作过程以及编程中应注意的细节。 总之，在本次设计中，必须完成图表：论文说明书、控制电路图、 程序流程图、 程序清单等。 信息与电子工程 系毕业设计 (论文) 5 第二章 单片机对炒茶过程的控制及各部分参数要求 2.1 炒茶的总体过程及框图 图（1）炒茶过程的框图 鲜叶摊放 6-8h 分筛 青锅 8min 使茶叶脱水 摊凉回潮 回潮 40-60 min 辉锅 4-6min 使茶叶定色型 微波加热 使茶叶水份符合标准 信息与电子工程 系毕业设计 (论文) 6 2.2 炒茶各环节的参数要求 2.2.1鲜叶摊放 一般鲜叶摊放厚度 3- 6 cm,摊放 6- 8h,至手感捏叶有自然弹性，不粘手不戳手，含 水量 68%一 70%时炒制。 2.2.2 青锅 炒制机，投叶炉膛温度一般在 240(相当于锅体 120左右)，将鲜叶快速均匀地 投入锅中，可听到“喳喳”响声。每锅投叶量为 250 一 450g，炒手带着鲜叶，锅 内茶叶翻炒 2- 3 min 后，叶了开始萎瘪，梗了发软，叶色发绿， ， ，炒手开始捺扭茶叶。 初始宜轻， 以后根据茶叶干燥程度逐步加重压力， 并用微电脑控制调控方式讲行炒制， 促使芽叶扁平成条，至手感芽条还有韧性，含水率在感茶条还有韧性，含水率在 30% 一 40%时即可停机出叶。青锅时间一般需 8 min 左右。 2.2.3微波加热 当茶叶经过青锅后在同一时间经过烘箱传送加热,并通过微波技术使茶叶的水份 达到要求.从而使茶叶的口感跟佳,使得机器茶有人工茶的口感。 2.2.4 摊凉回潮 快速摊凉，并回潮 40-60 min，经簸、拣筛后即可辉锅。 2.2.5 辉锅 炒制机辉锅，投叶炉膛温度一般在 200(相当于锅体 80左右)，青锅叶两锅并 一锅均匀地投入锅中，芽叶自然翻炒 1min，手感回软发烫，调整炒手扭力，采用微电 脑调控方式进行压捺、摊磨。炒制 1. 5 mir 生右，茶条手感还有韧性，折不断时，调 整炉膛温度下 170左右，加扭程度到最重，然后再炒制 1 min 左右，其间适时调整 微电脑调控方式，至茶叶扁平光滑，折为断时，即可调减压力，停机出叶。辉锅时间 一般需 4- 6min。 2.3 单片机对炒茶过程的控制及框图 框图中各部分参数具体说明如下： （1）1#锅体温度：青锅投叶炉膛温度在 240(相当于锅体 120左右)。 （2）2#锅体温度：青锅在 2-3 min 后，调整炉膛温度至 220左右。 （3）3#烘箱温度：青锅开始时烘箱升温，使得茶叶喊水在 3040。 （4）4#锅体温度：辉锅投叶炉膛温度在 200(相当于锅体 80左右)。 （5）5#锅体温度：辉锅炒制 1.5min 后，调整炉膛温度至 170左右。 信息与电子工程 系毕业设计 (论文) 7 图（2） 炒茶温度控制系统框图 单单 片片 机机 温度设定温度设定 温度显示温度显示 温度报警温度报警 传感器传感器 温度检测温度检测 2#温度控制温度控制 1#锅体温度锅体温度 120 1#温度控制温度控制 4#锅体温度锅体温度 80 2#锅体温度锅体温度 110 4#温度控制温度控制 5#温度控制温度控制 5#锅体温度锅体温度 70 3#温度控制温度控制 3#微波传感微波传感 器控制温度器控制温度 信息与电子工程 系毕业设计 (论文) 8 第三章 单片机对温度传感器的控制 3.1 机械系统概述 机型主要由长形半圆炒茶锅、长形炒叶板、传动机构、热源装置、控温仪表和机 架等组成。长形半圆炒茶锅用薄钢板卷制，直径约 60cm,锅口后半部装有挡叶罩板， 中部装有主轴，主轴两端通过放射形撑杆装有 4 块长板形炒手，炒板上敷有弹层。炒 叶板由主轴带动可实现对锅内加工叶的翻炒，由于主轴两端弹性装在机架上并在凸轮 轨道的控制下， 使得炒叶板通过锅底时与锅壁间隙最小， 从而实现加压;为了使加压更 有效，同时还设有脚踏板，当踩下踏板后通过连杆使整个主轴和炒叶板部件向下，炒 叶板便对加工叶施以重压并使其在锅壁上产生一定滑动，起到磨光作用。锅的下方装 有热源装置，使用温控仪调控锅温。 3.1.1 系统的组成 炒制机由曲线形炒茶锅、机架、热源、炒手、加压装置、传动结构和微电脑控制 系统等机构组成，曲线形炒茶锅以薄钢饭冲压而成。机架山角钢焊接，外装护板，炒 茶锅、热源、传动机构、加压装置都装在机架。热源采用电热管加热，设置在炒茶锅 下部， 以硅藻上保温材料一隔热， 通过微电脑控温系统的温控设置， 直接对锅体加温、 炒手由炒板和划杆组成。划竿是一块直线形钢片，一端折边，与炒板一起联结在炒叶 锅内部的炒动轴和凸轮上。传动机构山电机,v 带、链轮、减速箱组成，带动传动轴， 使炒乎在凸轮轨迹上顺时针运转。 3.1.2 系统优点 茶炒制机结构较为简单、易于操作，使用得当情况下炒制的龙井茶和扁茶品质较 好，加上机器加工制造技术也较简单，成本也比较低而且能对旧机器进行改造。 3.2 控制系统的工作步骤 炒手在微电脑控制系统的调控下，形成二种不同的炒制方式：第 1 种是炒板在锅 内塌炒一下，翻炒一下；第 2 种是炒板在锅内塌炒一下，翻炒一下；第 3 种是炒板在 锅内塌炒一下，翻炒一下。因此，产生不同的炒制效果。加压装置采用手调和脚踏相 结合，其连杆联接凸轮，通过调整凸轮的位置，使加压的轻重效果不同，加压轻重程 度由机架上的导杆显小。 炒制机作业时，热源对炒叶锅加热，开动电机，传动机构带动传动轴，使炒手在 凸轮轨迹上作顺时运转。在适宜温度控制下，将鲜叶均匀投入炒茶锅内，随着炒板和 划竿运转，并通过锅壁的高温炒制，加上叶的酶活性很快被破坏，完成杀青上序。加 上叶在炒制过程中，由于炒叶板、划竿的特殊结构与炒茶锅的有机结合，加上叶能够 沿轴向顺序排列，被不断翻炒卷紧，得以杀青、理条。当杀青叶理条到一定程度，可 用控制力式进行炒制，直至完成青锅作业。青锅叶摊凉回潮，使茶条水分分布均匀。 摊凉结束，将青锅叶两锅的量投入一锅，继续翻炒理条，待茶条回软时理条结束，加 信息与电子工程 系毕业设计 (论文) 9 重炒手，采用适宜调控方式进行炒制，在不同力的作用下，使加上叶在干燥的同时使 茶条变得扁平光滑，直到全部成形，完成龙井茶个程加上。为了适应不同炒制阶段的 上艺需要，微电脑控制扁形茶炒制机设置不同的炒制力式和路径，使炒板的炒制动作 可按加上叶进程变化需要灵活调控掌握;同时， 微电脑控制系统可根据炒制过程中锅温 需要灵活调控电热管开关，保证加上叶质量。 3.3 单片机对温度传感器的控制过程 图（3）单片机控制温度传感器的框图 3.3.1温度传感器的概述 近百年来温度传感器的发展大致分为三个阶段： 1、传统的分立式温度传感器（含敏感元件） ，主要是能够进行非电量和电量之间 转换。 2、模拟集成温度传感器/控制器。 3、智能温度传感器。 目前，国际上新型温度传感器正从模拟式想数字式、集成化向智能化及网络化的 方向发展。 分立式温度传感器 模拟集成温度传感器 模拟集成温度控制器 智能温度传感器 智能温度控制器 3.3.2温度信号测量 温度信号测量由三端稳压器vr 时（被测电 压输入绝对值大于参考电压） ，or 端输出低电平 1916 ds1ds4 多路选通脉冲输出端。ds1 对应千位，ds4 对应个位。每 个选脉冲宽度为 18 个时钟周期，两个相邻脉冲之间间隔 为 2 个时钟周期 2023 q0q3 bcd 码数据输出线，其中 q0 为最低位，q3 为最高位。当 ds2、ds3 和 ds4 选通期间，输出三位完整的 bcd 码，即 09十个数字中任何一个都可以。 但在ds1选通期间， q0q3 除了表示千位的 0 或 1 外，还表示了转换值的正负极性和 欠量程还是过量程 24 vdd 正电源端。典型值为+5v 信息与电子工程 系毕业设计 (论文) 17 5g14433 功能框图 图（12）5g14433 的功能框图 二、极限参数 电源电压：- 0.8v+18v； 任意端输入电压：- 0.5v（vdd+0.5v） ； 任何端最大允许电流：10ma； 存储温度：- 65+150。 三、推荐工作状态 表 3-4 工作状态表 参数名称 符号 最小值 典型值 最大值 单位 电源电压 vdd -5 +5 v 模拟输入电压 vx -2 +2 v 电源电流 idd -2 +2 ma 时钟频率 flck 60 khz 工作温度 ta -40 +85 参考电压 vr 0.2 2.0 v 信息与电子工程 系毕业设计 (论文) 18 四、应用信息 尽管 5g14433 外部连接元件很少，但为使其工作于最佳状态，也必须注意外部电 路的连接和外接元件的选择， 其实际连接电路如图所示。 为了提高电源抗干扰的能力， 正，负电源分别通过去耦电容 0.047uf、.0.02uf 与 vss（vag）相连。图中 du 端和 eoc 端短接，以选择连续转换方式，使每一次转换的结果都输出。 图（13）5g14433 的外部连接电路图 当 c1=0.1uf， vdd=5v， fclk=66khz 时， 若 vxmax=+2v， 则 r1=480k； 若 vxmax=+200mv， 则 r1=28k。外接失调补偿电容固定为 0.1uf。外接时钟电阻 rc=470 k时，flck 66khz;当 rc=200k时，flck=140khz。实际电路中一般取 rc=300 k。 信息与电子工程 系毕业设计 (论文) 19 第四章 单片机系统的扩展 4.1 系统扩展概述 mcs51 系列单片机的功能较强，从一定意义上说，一块单片机就相当于一台单 片机的功能。这就使得在智能仪器、仪表、小型检测及控制系统、家用电器中可直接 应用单片机而不必再扩展外围芯片， 使用极为方便。 但对于一些较大的应用系统来说， 单片机片内所具有的功能将显得不足，这时就必须在片外连接一些外围芯片。这些外 围芯片，既可能是存储器芯片，也可能是输入/输出接口芯片。 一、系统的扩展一般有以下几方面的内容： 外部程序存储器的扩展； 外部数据存储器的扩展； 输入/输出接口的扩展； 管理功能器件的扩展（如定时/计数器、键盘/显示器、中断优先编码等） 。 二、系统扩展的基本方法： 1、使用 ttl 中小规模集成电路进行扩展。这是一种常用的简单扩展方法。根据 微机系统与总线相连应符合“输出锁存、输入三态”的原则，可以选用 ttl 锁存器作 为输出口，三态门作为输入口。例如，可以采用 74ls273、74ls373、8282、8283 等 器件作为具有锁存功能的输出口。选用 8282、8287、74ls244、74ls245 等器件作为 三态输入口。也可以采用 d 触发器、rs 触发器作为外设与 cpu 间通信的应答联络 控制电路。这种扩展方法适用于较简单的扩展系统。 2、采用 intel mcs80/85 微处理器外围芯片来扩展。由于 intel 公司在研制单片 机时使其具有 mcs80/85 的总线标准，从而可以用 mcs80/85 系列的外围芯片来 扩展 mcs51 单片机系统。 3、采用为 mcs48 系列单片机设计的一些外围芯片，其中许多芯片可直接与 mcs51 系列单片机选用。 4、采用与 mcs80/85 外围芯片兼容的其它一些通用标准芯片。 图（14）单片机温度控制系统的总体框图 信息与电子工程 系毕业设计 (论文) 20 4.1.1常用扩展器件简介 一、总线驱动器 74ls244 总线驱动器 74ls244 经常用作三态数据缓冲器， 74ls244 为单向三态数据缓冲器， 而 74ls244 为双向三态数据缓冲器。单向的内部有 8 个三态驱动器，分成两组，分别 由控制端 1g 和 2g 控制；双向的有 16 个三态驱动器，每个方向 8 个。在控制端 g 有 效时（g 为低电平） ，由 dir 端控制驱动方向；dir 为“1”时方向从左到右（输出允 许） ，dir 为“0”时方向从右到左（输入允许） 。74ls244 的引脚如图（15）所示。 1g1 1a1 1a3 gnd 2y1 1a4 2y2 2y3 1a2 2y4 6 10 9 8 7 5 3 2 74ls244 vcc20 2a1 15 13 11 12 14 18 16 17 19 2a3 1y4 2a2 1y3 1y1 1y2 2a4 2g 图（15）74ls244 的引脚 二、地址锁存器 74ls373 74ls373 是一种带输出三态门的 8d 锁存器，其结构示意图如图（16）所示。 in1-8 8d锁存器 三态门 out1-8 goe 1d 8d8q 1q 图（16）74ls373 的结构图 其中： 1d8d 为 8 个输入端。 1q8q 为 8 个输出端。 g 为数据打入端:当 g 为 “1” 时,锁存器输出端状态(1q8q)同输入状态(1d8d)； 当 g 由“1”变“0”时,数据打入锁存器中。 oe为输出允许端;当oe0时,三态门打开;当oe1时,三态门关闭,输出呈高阻。 在mcs51单片机系统中,经常采用74ls373作为地址锁存器使用,其连接方法如 图（17）所示。其中输入端接至单片机的口，输出端提供 的是地址的低位，端接至单片机的地址锁存器信号。输出允许端 oe 接地 表示输出三态门一直打开。 信息与电子工程 系毕业设计 (论文) 21 ale oe g 74ls373 a7a0p0.7p0.0 1q 8q 1d 8d 图（17）74ls373 的结构图 4.2 存储器的扩展 4.2.1 程序存储器的扩展 半导体存储器分为随机存取存储器（random access memory）和只读存储器 （read only memory）两大类，前者主要用于存放数据，后者主要用于存放程序。 只读存储器的特点是信息一旦写入之后就不能随意跟更改，特别是不能在程序运行过 程中写入新的内容，而只能读出其中的内容，故称之为只读存储器；只读存储器的另 一个特点是断电以后信息不会消失，能够长久保存。 只读存储器是由 mos 管阵列构成的，以 mos 管的接通或断开来存储二进制信息。 按照程序要求确定 rom 存储阵列中各 mos 管状态的过程叫做 rom 编程。根据编程方式 的不同，rom 可分为以下 3 种： 1、掩摸 rom 2、可编程 rom（prom）3、可擦除 rom（eprom 或 e 2prom） 一、 eprom2764 简介 1、2764 的引脚 自从 eprom276 芯片被逐渐淘汰后，目前比较广泛采用的是 2764 芯片为双列直插 式 28 引脚的标准芯片，容量为 8k8 位，其管角如图（18）所示。 图（18）2764 的引脚 信息与电子工程 系毕业设计 (论文) 22 其中： a12a0：13 位地址线。 d7d0：8 位数据线。 ce：片选信号，低电平有效。 oe：输出允许信号，当 oe=0 时，输出缓冲器打开，被寻址单元的内容才能被卖 出。 vpp：编程电源，当芯片编程时，该端加上编程电压（+25v 或+12v） ；正常使用时， 该端加+5v 电源。 （nc 为不用的管脚） 。 2、2764 的工作时序 2764 在使用时，只能将其所存储的内容读出，其过程与 ram 的读出十分类似。即 首先送出要读出的单元地址，然后使 ce 和 oe 均有效（低电平） ，则在芯片的 d0d7 数据线上就可以输出要读出的内容。其过程的时序关系如图（19）所示。 有效数据 有效地址 图（19）时序图 eprom 的一个重要特点就是在于它可以反复擦除，即在其存储的内容擦除后可通 过编程（重新）写入新的内容。这就是用户调试和修改程序带来很大的方便。eprom 的编程过程如下： （1）擦除：如果 eprom 芯片是第一次使用的新芯片，则它是干净的。干净的标 志通常是一个存储单元的内容都是 ffh。若芯片是使用过的，则它需要利用紫外线照 射其窗口，以便将其内容擦除干净。一般照射击 1520min 即可擦除干净。 （2） 编程： eprom 的编程有两种方式： 标准编程和灵巧编程。 标谁编程的过程为： 将 vcc 接+5v 电源，vpp 接+21v 电源（注意：不同厂家的芯片其编程电压 vpp 是不一 样的） ，然后输入需编程的单元地址，在数据线上加上要写入的数据，使 ce 保持低电 平，oe 为高电平。当上述信号稳定后，在 pgm 端加上 505ms 的负脉冲。这样就将 1 个字节的数居写到了相应的地址单元中。重复上述过程，即可将要写入编程过程。 灵巧编程方式要比标准编程方式快 5 倍左右。同时，这种方式编程有更高的可靠 信息与电子工程 系毕业设计 (论文) 23 性和安全性。该方法的时序图由图（20）所示。时序图中的时序仅表示各信号的相互 关系，而波形的持续时间并不成比例。 数据 地址 编程校验 图（20）时序图 当加上 vcc 为 5v， vpp 为 21v 后， 对一个写入地址， 先用 2ms 编程脉冲进行编程， 接着进行校验。若写入不成功，则再加 2ms 编程脉冲，最多可进行 25 次。若 25 次仍 不能将数据正确写入，则认为芯片本身已损坏。重复上述过程，将所有要写入的单元 编程。最后再对所有的单元进行一次校验。 这里应注意的是，对于不同型号、不同厂家生产的 eprom 芯片，其编程电压 vpp 是不一样的，有+12v、+18v、+21v、+24v 等数种。编程时一定要根据芯片所要求的电 压业编程。若不注意，极易烧坏芯片。 2764 与单片机的连接图如图（21）示。 图（21）2764 与单片机的连接图 信息与电子工程 系毕业设计 (论文) 24 4.2.2 数据存储器的扩展 一、数据存储器概述 数据存储器即随机存取存储器（random access memory） ，简称 ran，用于存放可 随时修改的数据信息。它与 rom 不同，对 ram 可以进行读、写两种操作。ram 为易失 性存储器，断电后所存信息立即消失。按半导体工艺，ram 分为 mos 型和双极型两种。 mos 型集成度高、功耗低、价格便宜，但速度较慢。双极型的特点恰好相反。在单片 机系统中多数采用 mos 型数据存储器，使得输入输出信号能与 ttl 相兼容，扩展后的 信号连接也很方便。按工作方式，ram 分为静态（sram）和动态（dram）两种。静态 ram 只要电源加上，所存信息就能可靠保存。而动态 ram 使用的是动态存储单元，需 要不断进行刷新以便周期性地再生，才能保存信息。 二、静态 ram6264 简介 6264 是 8k8 位的静态数据存储器芯片，采用 cmos 工艺制造，为 28 引脚双列直 插式封装，其引脚图如图（22）所示。 a0-a12 i/o0-i/o7 ce1 ce2 we oe 地址线 双向数据线 片选线1 片选线2 写允许线 读允许线 图（22） ram6264 引脚图 需要说明的是，6264 有两个片选 信号 ce1 和 ce2，只有当 ce10，ce2 1 时， 芯片才被选中。 在实际应用中， 往往只用其中 1 个，而将另一个接成常有效；也可以将系统片选信号以及取反后的信 号分别接至 ce1 和 ce2 端。 三、数据存储器扩展举例 数据存储器的扩展与程序存储器的扩展相类似，不同之处主要在与控制信号的接 法不一样，不用 psen 信号，而用 rd 和 wr 信号，且直接与数据存储器的 oe 端和 we 端相连即可。 下图为外扩 1 片 6264 的连接图。采用线选法，将片选信号 ce1 与 p2.7 相连，片 选信号 ce2 与 p2.6 相连。其地址译码关系为： a15 a14 a13 a12 a11 a10 0 1 所占用的地址为: 第一组 4000h5fffh (a130) 第二组 6000h7fffh (a131) 281 2 3 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 nc a12 a7 a6 a5 a4 a3 a2 a1 a0 i/o0 i/o1 i/o2 gnd vcc we ce2 a8 a9 a11 oe a10 ce1 i/o7 i/o6 i/o5 i/o4 i/o3 6264 27 26 25 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15 信息与电子工程 系毕业设计 (论文) 25 图（23）扩展一片 ram6264 的连接图 4.3 单片机 i/o 口的扩展（8155 扩展芯片） 4.3.1 8155 的结构和引脚 intel 8155 是一种多功能的可编程的可编程接口芯片，它具有 3 个可编程 i/o（a 口和 b 口是 8 位，c 口是 6 位） 、1 个可编程定时器/计数器和 256b 的 ram，能方便 地进行 i/o 扩展和 ram 扩展，其组成框图及引脚如图（23）所示。 8155 为 40 脚双列直插式封装，其引脚的功能及特点说明如下： reset：复位端，高电平有效。当 reset 端加入 5us 左右宽的正脉冲时，8155 初始化复位。把 a 口、b 口、c 口均初始化为输入方式。 ad0ad7： 三态地址数据总线。 采用时方法区分地址及数据信息。 通常与 mcs- 51 单片机的 p0 口相连。其地址码可以是 8155 中 ram 单元地址或 i/o 地址。地址信息 由 ale 的下降沿锁存到 8155 的地址锁存器中，与 rd 和 wr 信号配合输入或输出数 据。 ce： 片选信号端， 低电平有效。 它与地址信息一起由 ale 信号的下降沿锁到 8155 的锁存器中。 图（23）8155 引脚和结构图 io/m： ram 和 i/o 接口选择端。 io/m=0 时， 选中 8155 的片内 ram， ad0ad7 信息与电子工程 系毕业设计 (论文) 26 为 ram 地址（00hffh） ；io/m=1 时，选中 8155 片内 3 个 i/o 接口以及命令/状态 寄存器和定时器/计数器。ad0ad7 为 i/o 接口地址，见下表 表 4-1 8155 口地址分配表 ad7- ad0 a7 a6 a5 a4 a3 a2 a1 a0 选中的寄存器 x x x x x 0 0 0 x x x x x 0 0 1 x x x x x 0 1 0 x x x x x 0 1 1 x x x x x 1 0 0 x x x x x 1 0 1 命令/状态寄存器 a 口（pa0- pa7） b 口（pb0- pb7） c 口（pc0- pc7） 定时器/计数器低 b 位寄存器 定时器/计数器高 b 位寄存器及工作方 式 2 位 rd：读选通信号端。低电平有效。当 ce=0、rd=0 时，将 8155 片内 ram 单元 或 i/o 接口的内容传送到 ad0ad7 总线上。 wr： 写选通信号端， 低电平有效。 当 ce=0、 wr=0 时， 将 cpu 输出送到 ad0ad7 总线上的信息写到片内 ram 单元或 i/o 借口中。 ale： 地址锁存允许信号端。 ale 信号的下降沿将 ad0ad7 总线上的地址信息 和 ce 及 io/m 的状态信息都锁存到 8155 内部锁存器中。 pa7pa0：a 口通用输入/输出线。它由命令寄存器中的控制字来决定输入/输出。 pa7pb0：b 口通用输入/输出线。它由命令寄存器中的控制字来决定输入