耐火材料配料毕业论文.doc

毕业论文耐火材料配料毕业论文目录前言4第一章 设计要求及整体方案介绍51.1设计要求51.2整体方案介绍51.3硬件框图61.4软件流程图7第二章 要元器件选型及介绍8第三章 具体系统设计方案204.1由8255A控制的接口电路204.2接近开关及电机控制电路224.3由8279控制的键盘输入及LED显示电路23第四章 系统使用说明31第五章 经验与总结33附录：34参考文献34翻译及英文原文35开题报告40前言本次设计课题是以单片机为核心，设计一个耐火材料配料称量车系统，用于实现工厂中耐火材料配料生产线的自动化操作。单片微型计算机简称单片微机或单片机，又称微控制器。它是在一块半导体芯片上，集成了CPU、ROM、RAM构成一台完整的数字电子计算机。它可以配用打印机、绘图仪、CRT等外围设备，甚至可以联网。其特点为：体积小、重量小、价格便宜、耗电小；它根据工控环境要求设计，通道信号受外界影响小，故可靠性高；控制功能强，运行速度快；片内存储器的容量不可能很大，IO引脚也常不够用，但存储器和IO接口都易于扩展。在设计之初，我们去实地参观了无锡苏嘉耐火材料厂的生产线。在生产车间中，带有传感器的导轨上有一辆装有单片机控制系统的称量小车,在小车的上方,是一排装有不同配料的加料口，单片机通过接收并处理从导轨上传来的小车的定位信号，以及称重传感器传来的配料的计量信号在人工控制下进行配料称量。每次操作完毕通过连接的打印机,输出加料信息。考虑到实际的工业生产环境，我们选用了MCS-51系列单片机芯片的兼容芯片AT89C52作为整个系统的核心。AT89C52是美国ATMEL公司所生产的8052兼容芯片，具有内部 Flash (闪速)存储器可反复擦写。片内数据存储器为256个字节；片内程序存储器为8KB，有三个16位定时器/计数器；有6个中断源。本次毕业设计指导老师朱建鸿，课题成员为倪江涛、杨嘉明。我主要参与的是系统的输入输出接口部分的设计。杨嘉明同学主要从事模拟电路的设计（信号采集及放大）。第一章 设计要求及整体方案介绍1.1设计要求 本设计为耐火材料配料称量车单片机系统。称量满量程为700KG，要求控制称量车的移动，显示操作命令，记录下料数据并能打印出来。主要解决问题：1、 采集称重模拟信号，并对其进行放大。2、 对放大后的模拟信号进行模数转换。3、 单片机对转换好的数字信号进行处理。4、 键盘接口，以及LED显示电路的设计。5、 I/O接口，以及接近开关，变频器连接电路的设计。6、 打印机与单片机的连接。1.2整体方案介绍1、 称重传感器把称重信息转换为模拟信号，通过两级放大电路进行放大。2、 放大后的模拟信号通过模数转换芯片ADS7805转换成数字信号送入单片机。3、 单片机采用AT89C52芯片，对信号进行处理。4、 单片机通过数据总线连接8279键盘/显示接口芯片，8279芯片通过SL0SL2扫描输出端连接3线-8线译码器74HC138，使用8279芯片的RL0RL3引脚与74HC138的电平信号输出端Y0Y4组成键盘矩阵。另一方面，8279芯片通过显示信息输出端连接八位LED数码管显示器。单片机通过数据总线连接74HC377触发器也可直接与LED数码管显示器连接，构成另外八位显示。5、 单片机通过可编程并行通信接口芯片8255A连接光电耦合器构成I/O接口，连接两个主要设备：1、接近开关，起车位检测作用；2、三相电机（通过操作按钮控制的变频器来连接），控制称量车的移动。6、 单片机系统通过TTLRS232电平转换芯片来连接打印机。打印加料时间、料仓号以及重量等数据。 1.3硬件框图称重传感器看门狗LED显示器电机变频调速器74HC138键盘825574HC3772片8279时间芯片DS1643打印机MAX232单片机89C52总线驱动器74HC245信号放大AD7805地址锁存器74LS373称量车车体 数据线，控制线 8位数据总线 1.4软件流程图初始化置8255工作方式置8279工作方式显示子程序A/D转换子程序检测接近开关信号控制计量车移动 N称重控制子程序下料结束 Y打印子程序 第二章 要元器件选型及介绍AT89C52芯片：（简介）单片机芯片AT89C52是系统的核心控制部分,采用ATMEL高密度非易失性存储器技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出引脚相兼容。它具有具有内部 Flash (闪速)存储器可反复擦写。由于将多功能8位CPU和FLASH存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C52是一种低电压，高效微控制器，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。该芯片是8052的兼容芯片，与51系列芯片的不同在于：片内数据存储器增至256个字节；片内程序存储器增至8KB（8032无）；有三个16位定时器/计数器；有6个中断源。其他性能均与51子系列相同。可编程并行通信接口芯片8255A：8255A是用于Intel80868O88系列的通用可编程并行输入输出接口芯片。它可以和MCS-51系列单片机系统相连，以扩展MCS-51系统的I0口。8255A与单片机相连时是作为外部RAM的单元来处理的：在与外设相连时，有三个8位的输入输出端口，根据不同的初始化编程可用于无条件传送，查询式传送，中断式传送，以完成单片机与外设的数据交换。8255A内部结构由四部分组成：数据端口A、B、C；内部控制电路A组控制和B组控制；读/写控制逻辑电路；数据总线缓冲器。（如图所示）（1）数据端口A、B、C每一个端口都是8位的，可以编程选择为输入或输出端口，端口C也可以编程分为两个4位的端口来用，还常常用来配合A口和B口工作，分别用来产生A口和B口的输出控制信号和输入A口和B口的端口状态信号。具体结构上，三者略有差别：端口A包含一个8位的数据输出锁存器缓冲器，一个8位的数据输入锁存器，因此A口作输入或输出时数据均能锁存；端口B包含一个8位的数据输入输出、锁存缓冲存储器，一个8位的数据输入缓冲器；端口C包含一个8位的数据输出锁存器缓冲器，一个8位的数据输入缓冲器，无输入锁存功能，当它被分成两个4位端口时，每个端口有一个4位输出锁存器与3个端口相连的24根输入输出引线分别是PA7PA0，PB7PB0，PC7PCO，这些线用来与外部设备连接。（2）数据总线缓冲器这是双向三态的8位缓冲驱动器用于和单片机的数据总线(P0)连接，以实现单片机和接口之间的数据传送和控制信息的传送。（3）内部控制电路分为A组和B组，A组控制端口A和端口C的高4位，B组控制端口B和端口C的低4位。控制电路的工作受一个控制寄存器的控制，控制寄存器中存放着决定端口工作方式的信息，既工作方式控制字。这两组控制逻辑都从读写控制逻辑接受命令信号，从内部数据总线接收控制字，然后向各有关端口发出相应的控制命令。（4）读写控制逻辑 读写控制电路控制端口和CPU的数据交换，管理所有的内部或外部数据信息以及控制字或状态字的传送过程。接收从CPU的地址总线和控制总线来的信号并产生对A组和B组控制逻辑进行操作的控制信号。它对外共有6种控制信号：CS：片选信号，低电平有效。片选信号一般由译码器提供，以决定8255A芯片的高位地址。低位地址则由8255的A1、A0和CPU的连接来决定。 A1、A0：端口选择信号。8255有A、B、C三个数据口，还有一个控制寄存器，一般称为控制端口。故可用A0、A1的状态来选择四个端口。在和CPU连接时，A1、A0一般是和P0口的PO1和P00相连，也就是和最低两位地址线相连，这时一片8255A要占用4个外设地址。如果A0、A1是和其他的地址线相连，则占用的地址数将会增加。 RD：读信号，低电平有效 WR：写信号，也是低电平有效 RESET：复位信号。高电平有效，清除控制寄存器，将各端口置成输入方式8255A的读写操作控制 A1A0RD非WR非CS非操作00010端口ACPU01010端口BCPU10010端口CCPU00100CPU端口A01100CPU端口B10100CPU端口C11100CPU控制寄存器11010非法操作110数据总线浮空1未选该8255A，数据总线浮空8255A中各端口有3种基本工作方式：1、 方式0是一种基本输入或输出方式，它适用于无需握手信号的简单输入输出应用场合， 端口A、B、C都可作为输入或输出数据使用，输出有锁存而输入无锁存。2、 方式1也称选通的输入/输出方式。在这种方式下，无论是输入还是输出都通过应答关系实现， 这时端口A或B用作数据口，端口C的一部分引脚用作握手信号线与中断请求线。 若端口A工作于方式1,则B可工作于方式0； 若端口B工作于方式1,则A可工作于方式0或余下的13位可工作于方式0； 若端口A和B同时工作于方式1,端口C余下的两位还可用于传送数据或控制信号。3、 方式2也称选通的双向I/O方式，仅适用于端口A， 这时A口的PA7-PA0作为双向的数据总线， 端口C有5条引脚用作A的握手信号线和中断请求线，而B口和C口余下的3位仍可工作于方式0或1。光电耦合器：光电耦合器（Optical Coupler）是由发光器件和光敏器件组成的一种器件，是用光来传输信号的电隔离器件。其中，发光器件一般都是发光二极管，而光敏器件的种类较多，除光敏二极管外，还有光敏三极管、光敏电阻等。光电耦合器具有体积小、使用寿命长、工作温度范围宽、抗干扰性能强无触点且输入与输出在电气上完全隔离等特点，因而在各种电子设备上得到广泛的应用光电耦合器可用于隔离电路、负载接口及各种家用电器等电路中本次设计所用的光电耦合器为如图所示的16脚光电耦合器TLP521-4，当发光二极管导通时，发出的光使得右侧的光敏二极管也导通，于是从光电耦合器左侧输入的电信号就从右侧输出。在本系统中使用光电耦合器是为了将+5V电压的内部电路与+24V的外部负载相隔离。8279可编程键盘/显示器接口芯片：Intel8279是一种通用的可编程序的键盘、显示接口器件，单片器件就能够完成键盘输入和显示控制两种功能。键盘部分提供一种扫描的工作方式，可以和具有64个按键的矩阵键盘相连接，能对键盘不断扫描，自动消抖，自动识别按下的键并给出编码，能对双键或n键同时按下实行保护。显示部分为发光二极管、荧光管及其它显示器提供了按扫描方式工作的显示接口，它为显示器提供多路复用信号，可以显示多达16位的字符或数字。8279的组成和基本工作原理:（1） 输入/输出控制及数据缓冲器数据缓冲器是双向缓冲器，用于传送CPU和8279之间的命令或数据。A0用于区别信息的状态。A0=1，输入：指令 输出：状态字A0=0，输入：数据 输出：数据（2） 控制及定时寄存器和控制及定时控制及定时寄存器用于寄存键盘及显示的工作方式，以及由CPU编程的其它操作方式。 定时控制包括基本的计数链。首级计数器是一个可编程的N级计数器，N可在2-31之间由软件控制，以便从外部时钟CLK得到内部所需要的100KHZ时钟信号。然后经过分频为键盘提供适当的逐行扫描频率和显示的扫描时间。 （3） 扫描计数器扫描计数器有两种工作方式。按编码方式工作时，计数器作二进制计数。四位计数状态从扫描线SL0-SL3输出，经外部译码器译码后，为键盘和显示器提供扫描线。按译码方式工作时，扫描计数器的最低二位被译码后，从SL0-SL3输出。 （4）回复缓冲器、键盘消抖及控制来自RL0-RL7八根回复线的回复信号，由回复缓冲器缓冲并储存。在键盘工作方式中，这些线被接到键盘矩阵的列线。在逐行扫描时，回复线用来搜索一行中闭合的键。当某一键闭合时，消振电路就被置位，延时等待100mS之后，再检验该键是否是连续保持闭合。若闭合，则该键的地址和附加的位移、控制状态一起形成键盘数据被送入8279内部的FIFO存储器。键盘的数据格式如下： D7D6D5D4D3D2D1D0控制移位扫描回复控制和位移（D7和D6）的状态由两个独立的附加开关决定，而扫描（D5、D4、D3）和回复（D2、D1、D0）则是被按键的位置数据。D5、D4、D3三位来自扫描计数器，是按键的行编码，而D2、D1、D0三位则是来自列计数器，它们是根据回复信号而确定的列编码。在传感器矩阵方式中，回复线的内容直接被送往相应的传感器RAM（即FIFO存储器）。在选通输入方式时，回复线的内容在CNTL/STB线的脉冲上升沿时，被送入FIFO存储器。（4） FIFO/传感器RAM及其状态FIFO/传感器RAM是一个双重功能的8X8RAM。在键盘或选通工作方式时，它是FIFO存储器。每次新的输入都顺序写入到RAM 单元，而每次读出时，总是按输入的顺序，将最先输入的数据读出。FIFO状态寄存器用来存放FIFORAM的工作状态。例如：RAM是满还是空；其中存有多少字符；是否操作出错等等。当FIFO存储器不空时，状态逻辑将产生IRQ=1信号，向CPU申请中断。在传感器矩阵方式时，这个存储器又是传感器RAM。它存放着传感器矩阵中每一个传感器的状态。在此方式中，若检索出传感器的变化，IRQ信号便变为高电平，向CPU请求中断。（6）显示RAM和显示地址寄存器显示RAM用来存储显示数据。该区具有16个字节，也就是最多可以存储16个字节的显示信息。显示地址寄存器用来积存由CPU进行读/写的显示RAM的地址，它可以由命令设定，也可以设置成每次读出或写入之后自动递增。 74HC138译码器：译码器的逻辑功能是将每个输入的二进制代码译成对应的输出高、低电平信号。因此，译码是编码的反操作。常用的译码器电路有二进制译码器、二-十进制译码器和显示译码器三类。74HC138译码器是3位二进制译码器。输入的3位二进制代码共有8种状态，译码器将每个输入代码译成对应的一根输出线上的高、低电平信号。这个译码器也叫做3线-8线译码器。逻辑图如下： 真值表： 如逻辑图所示，74HC138译码器是用TTL与非门组成的3线-8线译码器。A、B、C是输入端，Y0Y78个输出端。G2A、G2B、G1为3个附加的控制端，控制译码器的工作状态。这3个控制端也叫做“片选”输入端，利用片选的作用可以将多片连接起来以扩展译码器的功能。用译码器可以扩展多片芯片，用译码器对多余的高位地址线进行译码，其输出分别去连接不同芯片的片选端、选通不同的芯片。其特点是不会产生地址空间的重迭，也避免空间分散的缺点（即各芯片的地址可以相互连接）。74HC377D触发器：触发器是指能够记忆一位二值信号的基本逻辑单元,也是构成各种数字系统的基本逻辑单元。按结构形式,有基本（RS）触发器、门控（RS）触发器、主从结构触发器、边沿触发器等;按功能分有: RS触发器、JK触发器、D触发器和T触发器等。1基本RS触发器的特点具有置0 、置1 和保持功能；输入信号 R 、S 是直接加在输出门的输入端，因此，在输入信号的全部作用时间内，它都将直接控制和改变输出端的状态； 基本RS触发器的输入信号是一组有约束的变量，使用触发器时，应遵守约束方程。 2门控RS触发器的特点具有置0 、置1 和保持功能；当控制信号E=0 时：Qn+1 =Qn，触发器保持原态不变；当控制信号E=1 时： 实现基本RS触发器功能；在控制信号的有效期内，输入都将直接控制和改变输出端的状态；输入信号是一组有约束的变量。3D锁存器的特点具有置0 、置1 功能；控制信号E=0 时：Qn+1 =Qn，具有保持功能，E=1 时：Qn+1 =D（接受D信号）；由于D锁存器只有一个输入信号，解决了RS触发器输入信号间有约束的问题；在E=1的全部作用时间里，输入信号D的变化都将引起触发器输出状态的变化，若输入信号在E有效期间多次变化，触发器的输出也将随之多次变化。4主从型（JK）触发器的特点具有置0、置1、保持和翻转功能触发器分两步动作，在CP1期间，主触发器接收J、K输入信号，从触发器保持原态不变；当CP下降沿到来时，从触发器按主触发器接收的状态变化，以确定输出的状态。 5边沿型D触发器的特点 具有置0和置1的功能； 触发器的次态仅取决于CP触发沿到达时输入信号的逻辑状态。对于电路结构上有区别的主从型和边沿型两种类型的触发器，应注意它们的动作特点：主从型触发器要求输人信号的变化在时钟CP=1期间完成电路的输出变化在CP1向CPO之后完成。主从型JK触发器具有“一次翻转”的问题，这要求输人信号在CP=1期间应稳定，不能产生不需要的干挠误动作。边沿型触发器对输人信号的采样及输出变量的状态（变化）均发生在时钟脉冲的边沿（上升沿或下降沿）。边沿型触发器的抗干挠能力要优主从型触发器。本次设计系统中采用74HC377为D型上升沿触发器主要是考虑了其较强的抗干扰能力。其引脚图如下： ULN2803A达林顿驱动阵列：该NPN达林顿连接晶体管是低逻辑电平数字电路（如TTL，CMOS）和大电流高电压要求的灯、继电器、打印机锤和其他类似负载间的接口的理想器件。广泛用于计算机，工业和消费类产品中。所有器件有集电极开路输出和用于瞬变抑制的续流箝位二极管。ULN2803A达林顿驱动阵列采用塑料封装。 典型电原理图： LED显示器：在专用的微机控制系统，测量系统及智能化仪表中，为缩小体积和加工成本，往往采用简易的数字显示装置来指示系统的状态和报告运行的结果。常用7七段LED显示器和液晶显示器来设计这类数字显示装置。七段LED显示器主要用来显示16进制数字，在单片机、袖珍计算器和许多微型计算机控制系统及数字化仪器仪表中都用LED作输出显示器。在单片机系统中，也通常用LED数码显示器来显示各种数字或符号。由于它具有显示清晰、亮度高、使用电压低、寿命长的特点，因此使用非常广泛。7段数码管，习惯上说是7段，实际含小数点是8段。八段LED显示器由8个发光二极管组成。基中7个长条形的发光管排列成“日”字形，另一个贺点形的发光管在显示器的右下角作为显示小数点用，它能显示各种数字及部份英文字母。LED显示器有两种不同的形式：一种是8个发光二极管的阳极都连在一起的，称之为共阳极LED显示器；另一种是8个发光二极管的阴极都连在一起的，称之为共阴极LED显示器。如下图所示。 在电路设计时应根据情况决定采用共阳或共阴，其基本原则是：若单片机I/O口直接驱动数码管每段，最好采用共阳数码管，因为51单片机I/O口输出高电平时输出的电流很小，数码管不会太亮；若数码管是通过驱动芯片与单片机相连的，就要看驱动芯片对数码管极性的要求了。共阴和共阳结构的LED显示器各笔划段名和安排位置是相同的。当二极管导通时，相应的笔划段发亮，由发亮的笔划段组合而显示的各种字符。8个笔划段hgfedcba对应于一个字节（8位）的D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0,于是用8位二进制码就可以表示欲显示字符的字形代码。例如，对于共阴LED显示器，当公共阴极接地（为零电平），而阳极hgfedcba各段为0111011时，显示器显示P字符，即对于共阴极LED显示器，“P”字符的字形码是73H。如果是共阳LED显示器，公共阳极接高电平，显示“P”字符的字形代码应为10001100（8CH）。 接近开关：在工业自动化控制系统中，传感器可以感测并传送给单片机所需输入信号。接近开关即是一种工业应用中常用的传感器。在这次所设计的系统中，它用来给单片机提供称量车的定位信息，通过它单片机可以清楚地确定目前所在下料口。接近开关主要分为电感型（高频振荡型）和电容型（静电容型）两种。电感型接近开关由振荡器、触发电路、输出级电路三部分构成。当接通工作电压后，开关内部振荡器开始振荡，振荡线圈产生的电磁线通过磁芯，形成电磁场，当金属物体接近于电磁场时，将形成涡流，消耗电磁能量，振荡幅度减小，靠近到一定程度，使振荡停止。通过触发电路和输出级电路，输出形成两个形态：振荡时为1个状态，停振时为1个状态。通过状态的变化即能感测到是否有金属物体接近。电感型接近开关的传感范围为零点几到50毫米，这一类传感器只能检测金属物体。电容型接近开关由高频振荡器、开关级电路和输出级电路构成。高频振荡器晶体管的基极和一个浮动电极相振荡，并激励开关级和输出级。通过输出级二种不同的状态，就可感测出是否有物体连。当接上电源时，振荡器并不振荡，但当有物体接近浮动电极时，形成一个电容，振荡器接近。电容型接近开关除能检测金属物体外，也可以检测非金属物体，如木材、纸、塑料、水等。检测距离一般在140mm之间。本次设计系统中接近开关的选型考虑到连接的负载为光电耦合器，负载较小，并且工业现场只需要检测接近的金属物体即可获取定位信息，以及节约成本等方面，我选择华光电子工业有限公司的树脂外壳高频振荡型接近开关APS10-18GK-E。此型号的接近开关主要技术指标为： 电源为DC+24V，消费电流20mA以下，负荷电流最大200mA,饱和电压1.5V以下，漏电流100uA以下，使用环境温度-25+70,耐电压AC500V 50/60HZ 1min，绝缘电阻5M欧姆以上，标准动作距离10mm，响应材料为铁质。变频器：变频器用于三相交流异步电动机的无级调速。其原理是：根据电动机拖动负载的性质及状态，改变电机工作电源的电压（380V或中、高压）和频率（一般为50HZ），使电机在拖动不同非负载时达到最佳工作状态。其作用是：一、节约能源：其节电率可达20-80%；二、保护电动机及负载设备免受瞬时启动的冲击，延长其工作寿命；三、提高电动机及负载设备的工作精度。本次设计系统中采用三星E7系列变频器。该系列变频器使用数字操作面板以及数字旋钮，使得操作简单便利，内建速度控制；外型小巧；内建的数字调速器采用32位RISC微处理器允许进行高精度、高性能的频率控制和电压控制，兼容多种操作功能，并有多种保护功能。主要外接端子功能为：主回路电源输入R，S，T；变频器输出U，V，W；正向运转FX，反向运转RX；错误复位RST；多步命令和点动P；公共CM。第三章 具体系统设计方案（输入输出控制电路部分）4.1由8255A控制的接口电路一个单片机应用系统需要连接较多的并行输入输出的外围设备(如打印机、键盘、显示器等等)就要扩展并行接口。常用的MCS-51并行接口扩展器件主要有以下几种：1、 标准MCS-8085并行接口电路。如：82552、 TTL或CMOS电路的三态门，锁存器，如：74LS377、74LS244、74LS245等。3、RAMIO或EPROM/IO扩展器。如：8155、8156等。在本次设计中，结合实际情况为了将来可以更多的扩展该系统的功能，所以选用了8255A作为扩展芯片。8255A是用于Intel80808088系列的通用可编程并行输入输出接口芯片。它可以和MCS-51系列单片机系统相连，以扩展MCS-51系统的IO口。另外，外部设备与单片机在运行速度上存在很大的差异，要把快速的单片机和慢速的外部设备有机的联系起来，就需要在芯片和外部设备之间搭一缓冲桥梁，使两者很好的匹配。8255A与单片机相连时是作为外部RAM的单元来处理的：在与外设相连时，有三个8位的输入输出端口，根据不同的初始化编程可用于无条件传送，查询式传送，中断式传送，以完成单片机与外设的数据交换。8255的引脚图： 8255的引脚功能如下：CS：片选信号，低电平有效。片选信号一般由译码器提供，以决定8255A芯片的高位地址。低位地址则由8255的A1、A0和CPU的连接来决定。A1、A0：端口选择信号。8255有A、B、C三个数据口，还有一个控制寄存器，一般称为控制端口。故可用A0、A1的状态来选择四个端口。在和CPU连接时，一般是和最低两位地址线相连，这时一片8255A要占用4个外设地址。如果A0、A1是和其他的地址线相连，则占用的地址数将会增加。RD：读信号，低电平有效WR：写信号，也是低电平有效RESET：复位信号。高电平有效，清除控制寄存器，将各端口置成输入方式PA： 8位I/O口；PB： 8位I/O口；PC： 8位I/O口；系统设计中8255A的D0D7引脚作为双向三态数据总线直接连接到系统的数据总线上，复位信号输入线RESET与AT89C52的RESET引脚相连，其为高电平有效，复位后PA、PB、PC均为输入方式。8255A芯片的片选信号输入线与AT89C52的引脚P25相连；它们的读写选通信号RDWR也分别和AT89C52的RDWR引脚相连接；端口地址输入线A0、A1与地址锁存器的输出A0、A1相连。端口PA0PA3与PC连接光电耦合器作为输入端口，PB连接光电耦合器和三极管S8050作为输出端口。为了由CPU通过编程来控制8255A，我们看一下其方式选择控制字： C端口置1置0控制字： 端口C的数位常常作为控制位来使用，所以，在设计8255A芯片时，应使端口C中的各位可以用置1置0控制字来单独设置。其具体格式如下图所示。 D7：置位/复位控制字标志位，D7=0有效。D6、D5、D4：该3位未用，与置位/复位无关。D3、D2、D1：该3位确定通过置位/复位控制字控制的具体位。如D3、D2、D1为000，控制PC0； 为001，控制PC1； 为010，控制PC2； 为011，控制PC3； 为100，控制PC4； 为101，控制PC5； 为110，控制PC6； 为111，控制PC7；D0：确定置位或复位。D0=1是置位，D0=0是复位。4.2接近开关及电机控制电路 接近开关及电机控制电路是通过8255A控制的I/O接口与系统相连的。本次设计中采用了3个接近开关，用来车位检测。每个接近开关有3根线相连，棕线和兰线提供DC24V，黑线输入信号通过8255A给单片机。I/O接口插头有四个连接继电器的输出端，负责控制变频器的工作。按下与I/O接口相连的控制按钮，操作信息即被输入单片机，单片机发出指令给变频器（通过变频器的5个控制端：正向运转FX，反向运转RX，多步命令P1和点动P2；公共端CM）。变频器再通过输出端U、V、W来控制电机的运转。这里需要一提的是电源通过R、S、T三个接口给变频器输入380V电压。主电路的通断由380接触器控制。4.3由8279控制的键盘输入及LED显示电路在键盘电路的设计中，采用了8279作为系统的键盘接口芯片。它是一种通用的可编程的键盘显示接口芯片。它含键盘输入和显示输出两种功能。它可对64个开关矩阵组成的键盘进行自动扫描，在键盘输入时接收输入信息，所接受的信息存入内部的先进先出(FIFO)缓冲器，并在键盘有键输入时向CPU请求中断。8279可以直接和MCS51系列的单片机连接，使用它可简化系统的软件设计，提高CPU的工作效率。我们先来看一下8279的引脚 8279采用单一电源供电，脚封装。DB0DB7:双向数据总线，用来传送8279与CPU之间的数据和命令。CLK:时钟输入线，用以产生内部定时的时钟脉冲。RESET:复位输入线，8279复位后被置为字符显示左端输入，二键闭锁的触点回弹型式，程序时钟前置分频器被置为31,RESET信号为高电平有效。CS:片选输入线，低电平有效，单片机在CS端为低时可以对8279读/写操作。A0:缓冲器低位地址，当A0为高电平时，表示数据总线上为命令或状态， 当为低电平时，表示数据总线上为命令或状态，当为低电平时，表示数据总线上为数据。RD:读信号输入线，低电平有效，将缓冲器读出，数据送往外部总线。WR:写信号输入线，低电平有效，将缓立器读出， 将数据从外部数据总线写入8279的缓冲器。IRQ:中断请求输出线，高电平有效，在键盘工作方式下，当FIFO/传感器RAM中有数据时，此中断线变为高电平，在FIFO/传感器RAM每次读出时，中断线就下降为低电平，若在RAM中还有信息，则此线重又变为高电平。在传感器工作方式中， 每当探测到传感器信号变化时，中断线就变为高电平。SL0SL3:扫描线，用来扫描按键开关，传感器阵列和显示数字， 这些可被编程或被译码。RL0RL7:回送线，经过按键或传感器开关与扫描线联接， 这些回送线内部设置有上拉电路，使之保持为高电平，只有当一个按闭合时，对应的返回线变为低电平；无按键闭合时，均保持高电平。SHIFT:换位功能，当有开关闭合时被拉为低电平，没有按下SHIFT开关时，SHIFT输入端保持高电平，在键盘扫描方式中，按键一闭合，按键位置和换位输入状态一起被存贮起来。CNTL/STB:当CNTL/STB开关闭合时将其拉到低电平，否则始终保持高电平， 对于键盘输入方式，此线用作控制输入端，当键被按下时，按键位置就和控制输入状态一起被存贮起来，在选通输入方式中，作选通用，把数据存入FIFO RAM中。OUTA3OUTA0及OUTB3OUTB0:显示输出A口及B口，这两个口是164切换的数字显示。这两个端口可被独立控制，也可看成一个位端口。BD:空格显示,此输出端信号用于在数字转换时将显示空格或者用显示空格命令控制其显示空格字符。（又叫显示消隐），低电平有效。VCC:电源输入线。VSS:地线输入线。设计中使用8279的双向数据总线DB7-DB0与74HC245的B7-B0对应相连，用于在CPU与8279间传送命令、数据和状态信息。引脚CS、A0、RD、WR分别与AT89C52的P25、74HC373的A0位（地址总线的A0位）、AT89C52的RD、WR对应连接，这些引脚的输入状态控制着内部不同的寄存器或缓冲器的读写情况。具体功能：CS为片选输入线，低电平时允许CPU对8279进行读写。A0为数据选择线，用来指出传送的信息是数据还是命令状态，其为逻辑1时，CPU写入8279的信息是控制命令，从8279读出的信息是状态字节；为逻辑0时，读出和写入的信息都是数据。WR和RD都是低电平有效，分别控制读写状态。这四个引脚的控制信号与数据交换的逻辑关系见下表：A0RD非WR非CS非操作0010端口ACPU1010端口BCPU0010端口CCPU0100CPU端口A1100CPU端口B0100CPU端口C1100CPU控制寄存器1010非法操作110数据总线浮空1未选该8255A，数据总线浮空复位输入线RESET与AT89C52的RST引脚相连，接收复位信号8279复位后被置为二键闭锁的触点回弹形式，RESET信号为高电平有效。SL0-SL2引脚分别与译码器的输入端A、B、C连接。8279的扫描计数器有编码和译码两种工作方式，设计时采用编码工作方式。计数器以二进制方式计数，四位计数器的状态直接从扫描线SL0-SL2上输出，必须采用外部译码器对SL0-SL2进行译码，以产生对键盘的扫描信号。输入缓冲器锁存RL0-RL3上的信息。在键盘的工作方式中，对键盘进行扫描，搜索键盘上的闭合键，由去抖动电路检测到某个键闭合后等待10.3ms，再检测该键的状态，若仍然闭合，则将该键在矩阵中的地址(行、列号)以及SHIFT和CNTL状态都写入FIFORAM。在传感器方式中，每次扫描时直接把RL0-RL7上的信息写入到传感器RAM，在选通方式中，有选通输入信号(STB)的上升沿将RL0-RL7上的信息写入FIFORAM。 中断请求输出线IRQ经74HC04反向后与AT89C52的INT0相连，高电平有效。在键盘工作方式下，当FIFO传感器RAM中有数据时，此中断线变为高电平，在FIFO传感器RAM每次读出时，中断线就下降为低电平，若在RAM中还有信息，则此线又变高电平。在传感器工作方式中，每当探测到传感器信号变化时，中断线就变为高电平。 键盘的工作方式为特殊出错方式。当按下一个键时，去抖动电路等待两个键扫描周期，然后检查该键状态，如果仍被按下，则该键信息送入FIFO。但如果发现在一个去抖动周期中有两个键被按下，则认为同时按下多个键，置出错标志SE：并阻止键信息继续进入FIFO，置位IRQ。可以通过读状态字节来检查该出错标志，用清除命令清楚错误标志。LED显示电路：本次设计的LED显示器共有两组16位。其中8位由8279的显示输出端驱动LED的段选信号，8个数码管的8段段选线分别与OUTA0OUTA3，OUTB0OUTB3输出对应连接，控制显示的数字；74HC138的Y0Y7作为LED的位选信号输出口，与一片ULN2803A芯片的8位输入相连，ULN2803A作为位选信号驱动器，它的8位输出与8片数码管的共阳端对应相连，控制数码管显示时的位数。当要显示信息时，由8279的显示输出端输出字型段码的低电平，使LED显示相应的内容。74HC138的Y0Y7作为LED的8位位选信号输出口每次仅选通一路输出高电平(其余为低电平)，选中相应的LED，则要显示的字符就会在LED上显示出来。在这种动态显示电路中，采用一位一位轮流点亮各个LED，每一位停留1ns左右，利用人的视觉暂留好象8只LED是同时点亮的，并不察觉有闪烁现象。这种动态LED显示接口由于各个数码管共用同一个段码输出口，分时轮流通电，从而大大简化了硬件线路，降低了成本。不过这种方式的数码管接口电路中数码管不宜太多，一般都要在8个以内，否则每个数码管所分配到的实际导通时间会太少，而显得亮度不足。另外8位LED由数据总线连接两片74HC377和ULN2803A来驱动，其中一片74HC377的输出作为段选信号，另一片的输出作为位选信号。本次设计采用共阳极LED数码管，在软件中设置如下笔划信息码：TXTM: DB C0H ;0 DB F9H ;1 DB A4H ;2 DB B0H ;3 DB 99H ;4 DB 92H ;5 DB 82H ;6 DB F8H ;7 DB 80H ;8 DB 98H ;9 DB 88H ;A DB 83H ;B DB C6H ;C DB A1H ;D DB 86H ;E DB 8EH ;F DB 8CH ;P DB 7FH ;. DB FFH DB BFH ;- DB 00H DB B1H ;U DB B9H ;H DB E3H ;u DB C7H ;L为了由CPU通过编程来控制8279，我们看一下其命令和状态字。8279共有八条命令：（1）键盘/显示方式设置命令命令特征位：D7D6D5=000000DDKKKDD两位用来设定显示方式：00 8个字符显示-左入01 16个字符显示-左入10 8个字符显示-右入11 16个字符显示-右入所谓的左入就是在显示时，显示字符是从左面向右面逐个排列。右入就是显示字符从右面向左面移动。所对应的SL编码最小的为显示的最高位KKK三位用来设定键盘工作方式：K000编码扫描键盘-双键锁定K001译码扫描键盘-双键锁定K010编码扫描键盘-N键轮回K011译码扫描键盘-N键轮回K100编码扫描传感器矩阵K101译码扫描传感器矩阵K110选通输入，编码显示扫描K111选通输入，译码显示扫描第一位K没有任何意义。双键锁定和N键轮回是两种不同的多键同时按下保护方式。双键锁定为两键同时按下提供保护，在消振周期内，如果有两键同时被按下，则只有其中的一键弹起，而另一键在按下位置时，才能被认可。N键轮回为N键同时按下提供保护，当有若干个键同时按下时，键盘扫描能根据发现它们的次序，依次将它们的状态送入FIFO RAM。（2）时钟编程命令命令特征位：D7D6D5=001001PPPPP将来自CLK的外部时钟进行PPPPP分频（2-31）。（3）读FIFO/传感器RAM命令命令特征位：D7D6D5=010010AIXAAA 该命令字只在传感器方式时使用，在CPU读传感器RAM之前，必须用着条命令来设定将要读出的传感器RAM地址。由于传感器RAM的容量是8X8bit，因此需要用命令字中的三位二进制代码AAA来选址。命令字中的AI为自动增量特征位。若AI=1，则每次读出传感器RAM后，地址将自动增量（加1），使地址指针指向顺序的下一个存储单元。这样，下一次读数便从下一个地址读出，而不必重新设置读FIFO/传感器RAM命令。 在键盘工作方式中，由于读出操作严格按照先入先出的顺序，因此不必使用这条命令。 （4）读显示RAM命令 命令特征位：D7D6D5=011011AIAAAA 在CPU读显示RAM之前，该命令字用来设定将要读出的显示RAM的地址，四位二进制代码AAAA用来寻址显示RAM中的一个存储单元。如果自动增量特征位AI=1，则每次读出后，地址自动加1，使下一次读出顺序指向下一个地址。 （5）写显示RAM命令 命令特征位：D7D6D5=100。100AIAAAA 与前面命令字位相同。（6）显示禁止写入/消隐命令 命令特征位：D7D6D5=101。101XIWIWBLBL IW用来掩蔽A组和B组（D3对应A组，D2对应B组）。例如，当A组的掩蔽位D3=1时，A组的显示RAM禁止写入。因此从CPU写入显示器RAM的数据不会影响A的显示。这种情况通常在采用双四位显示时使用。因为两个四位显示器是相互独立的，为了给其中一个四位显示器输入数据，而又不影响另一个四位显示器，因此必须对另一组的输入实行掩蔽。 BL位是消隐特征，要消隐两组显示输出，必须设置两个BL位。若BL=1。则执行此命令后，对应组的显示输出被消隐。若BL=0，则恢复显示。（7）清除命令 命令特征位：D7D6D5=110。110CDCDCDCFCA 该命令字用来清除FIFO RAM和显示RAM。D4D3D2三位（CD）用来设定清除显示RAM的方式。其意义如下表：D4D3D2清除方式 10X将显示RAM全部清“0”110将显示RAM置20H（即A组=0010 B组=0000） 111将显示RAM全部置10不清除（若CA=1，则D3、D2仍有效） D1（CF）位用来清空FIFO存储器。D1=1时，执行清除命令后，FIFO RAM被清空，使中断IRQ复位。同时，传感器RAM的读出地址也被清0D0（CA）位是总清的特征位，它兼有CD和CF的联合有效。在CA=1时，对显示RAM的清除方式由D3D2的编码决定。 清除显示RAM大约需要100uS的时间。在此期间，FIFO状态字的最高位Du=1，表示显示无效。CPU不能向显示RAM写入数据。 （8） 结束中断/错误方式设置命令 命令特征位D7D6D5=111。111EXXXX 这个命令有两个不同的应用： 作为结束中断命令。在传感器工作方式中，每当传感器状态出现变化时，扫描检测电路接将其状态写入传感器RAM，并启动中断逻辑，使IRQ变高，向CPU请求中断。并且禁止写入传感器RAM。此时，如传感器RAM读出地址的自动递增特征没有置位（AI=0），则中断请求IRQ在CPU第一次从传感器RAM读出数据时就被清除。若自动递增特征已置位（AI=1），则CPU对传感器R