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毕业设计
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DZ238臭氧消毒仪设计,毕业设计
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1 高带宽感应线圈 摘要 描述了一种感应式线圈，其主要应用是微弱暂态电磁探测。 这种线圈时一个具有较低的缠绕分布电容计较高带宽的空心螺旋型。 最适宜的信噪比由线圈的大小以及用于输入前放的场效应晶体管（ FET）的噪声电压来决定。 1. 绪论 暂态电磁勘探方法是探测矿床沉积体的感应涡流电流。在发射线圈的电流断开后测量到的涡流电流其值极小。 通常 在测量这个涡流电流时必须一个大的感应线圈 （典型值为 2000 ）和一个与之关联的放大器（ Velikin and Bulgakov1967， Buselli and O Neill 1977）。 Spies（ 1979）已经指出放大器的带宽限制会引起接收信号的错误。当使用小的感应线圈去探测涡流电流的时候，也会出现相同的问题，但是更糟糕的问题通常是放大器的带宽是大于 100 兆赫兹的时候，而感应线圈的带宽大约是 10 千赫兹。 本文提供一种更接近实际线圈回路 的螺旋形感应线圈。这种线圈具有高的贷款和敏感度，但是分布电容却很低。另外，这种面积约为 1 的典型螺旋形线圈还具有较好的信噪比。 2. 螺旋形感应线圈的设计和结构 正常类型的多匝螺旋管线圈的自电容大的简直无法接受。而由螺旋形线圈引入的电容量要比当线圈被连 接时由前放所引起的电容量要小得多。螺旋形线圈比其他形式的小线圈结构更优的特点是由于存在线圈电阻，其互绕电容大大减小，而信噪比却没有明显减小。因为任何一匝的电位梯度主要是由与它直接相邻的那些匝而不是那些电压梯度更大的远处的匝决定的。所以 其互绕电容量更低。一个多匝螺旋线圈的自分布电容量也可以用实验方法观测 (Welsby 1960): (1) 1212rrCyrr 这里 y 是 螺旋型电导管的长度， r1 和 r2 分别是螺旋型电导管 外部和内部的半径。随着螺旋形电导管匝数的逐渐增加总分布电容量 逐渐减少。 同样的，如果螺旋形电导管每层只有一个轴向的匝，公式（ 1）中的 y 将会是最小量，这时就变成为高带宽的游丝型线圈结构。 构造真实的螺旋形线圈的工作很困难。然而，如果电线长度的微小增加能被接受，一个正方形的螺旋形的线圈是比较接近的构造。这种方法依赖于利用一个旋转式工作台，在它的便面植入 四个由带锯刀锋的长度形成的一个半对角线正方形。刀锋的齿被nts 2 移走之后，被完成的线圈被封装在一个环氧基树脂化合物中。 3. 正方形螺旋形线圈的参数 感应线圈的敏感度根据法拉第 的定律与通过它的有效面积的通量成正比例。在正方形螺旋圈的情况 下，如图 1.所示，有效面积可以通过计算每一匝线圈的面积来计算。 它的面积可以由下式给出： （ 2） 222 1 2 1 4 43A d N N N x N x d N 图 1. 螺旋形线圈的平面图 这里 d 是匝间距， 2x 是最内层的线圈的大小， N 为线圈俄匝数。 线圈的外径尺寸 S 是所有的线圈间隔和最内层线圈长的的综合的两倍，可以便是如下： （ 3） 21S N d x 如果最内层的线圈长度 2x 的大小与 d 相比比较小，那么面积 A 能被简化为： （ 4） 323436SA d N d为了计算线圈阻抗， 被用于构建线圈的导体的长度 l 可以由下式给出： （ 5） 4 1 8l d N N x N nts 3 螺旋形线圈的阻抗由导线的长度、电阻率和它的横截面积决定。 如果假定导线时由半径 r 和电阻率为 的圆柱形的电线，线圈的阻抗可由下式计算： （ 6） 24 1 8 /R d N N x N r 如果最内层的线圈长度 2x 的大小与 dN 相比比较小，阻抗被简化为： （ 7） 2 2 2 24 / /R d N r S r d 这里 d 2r。 4. 螺旋型线圈的信噪比 空心的感应线圈的内在噪声是由于线圈电阻的鐕深詹森噪声。 当使用一个前级放大器用来提高敏感度并且为接收机提供匹配的时候，其他的噪声源将通过等效电压引入， Vn（ Motchenbacher1973），如图 2 所示 ： （ 8） 2 22 2 2 2 2 2 241nV k T R L C R C e R L i f 图 2.前置放大器和螺旋型线圈的等效电阻 这里 k 是 Boltzman 常熟， T 是绝对温度 K， f 是带宽，单位是兆赫兹， R 是线圈的电阻，单 位是 ， L 是感应系数，单位是 H， C 是线圈和前置放大器的总电容量，nts 4 单位是 F， 是频率单位是 rad 1s ， e 是前置放大器的噪声电压源，单位为 V 1/2Hz ，i 是前置放大器的噪声电流，单位为 A 1/2Hz 。 由于涡流电流被接收到的信号可由下式表示： （ 9）0sV HA这里 u0 时自由空间的磁导率， H 是磁场的平方根，单位为每匝安培 /平方米， 是频率 ， 单位是 rad/s， A 是线圈的有效接受面积，单位 。如果前置放大器是由于与低噪声的场效应晶体管（ FET）构成，则信噪比的表达式可以被简化。在现在阶段，设计低噪声前置放大器几乎普遍使用 FET 是因为 FET 的低噪声 e 和 i 值。其间噪声的典型值，例如 2N6550 的 e 值为 2 910 V 1/2Hz 而 i 为 10 5A 1/2Hz （ Teledyne Crystalonics Data Book 1980）； i 的值通常非常低，并且对大多数跨导（ gm）很高的低噪声 FET 而言 i 是常熟。 在公式（ 8）中，低于 100kHz 的包涵 2i 的项不可忽视，并且由于总的电容量（主要来自前置放大器）是不会超过 50Pfde ，噪声仅仅是同一公式中的第二项（ 2e ）就大大地减弱了。前置放大器的噪声可以通过并行放置系列低噪声前置放大器得到更进一步的降低，但是代价是增加了输入电阻。在频率是在音频范围中的应用时，例如暂态电磁勘探，公式（ 9）中主要是由线圈电阻和前置放大器中额度噪声引起的詹森噪声。更进一步的假定最内部的线圈的总大小小许多。 就可以给出一个线圈大小 S 的近似值，即： （ 10） 2S dN 从公式（ 4）由这些假设，对于螺旋型的感应线圈的信噪比表示为 : (11) 2 2 2 4 6202 2 2 21691 6 /snH d NVV k T N r e f 上式显示增加线圈的大小可以增加信噪比。 在极限值 e 趋于 0 时，公式（ 11）变为： （ 12） 2 242 020 144sn eH r SVV k T f d 这里信噪比取决于线圈的面积的平方。 显示的工作情况要求 e 是有限的，而且对于野外应用我们应该有大小紧凑的感应线圈。对于设计标准常见的做法是选择半功率点或三分之一点。最佳设计师当前置放大器的噪声电压和詹森噪声电压是相等的时候，也就是： nts 5 （ 13） 221 6 /k T d N r e 或者 （ 14） 2 2 24/k T S r e 从公式（ 14）可以看出，利用具有的噪声前置放大器，意味着感应线圈的大小 S，可以适当地减少信噪比大小决定了 e 和 S。从公式（ 10），（ 11）（ 14），最佳的信噪比可以表示为： （ 15） 22 602 2 272sn o p t i m u mHV SV f e d在选择最佳设计参数时 ，公式（ 14）和（ 15）必须同时考虑。 在公式（ 15）中，一个令人惊讶的结论是信噪比并不依赖于导线的半径和电阻率。 5. 野外实验结果 内截面（ 0.12 平方米），有效面积 220 ，由 0.355mm 的漆包线构成 的 587 匝的一个正方体的 螺旋形线圈。线圈的总长度为 1m。 根据公式（ 14），在 200K 时，线圈的等效詹森噪声大约为 1.96 910 V 1/2Hz 。 线圈的分布电容值从测量到的谐振频率为 143千赫兹，电感量为 0.19H，计算为 6.6pF。这个电容在很大程度上是近似的，因为在测量过程中的接线，而且线圈的真实电容量或许会更小。 这种有 一个低噪声 FET 输入前置放大器的感应线圈已在一个 SIROTEM 接收机（ Puselli 和 O Neill 1977） ，在位于 Crosslands Reserve Parkland， NSW， Australia的已知渗透碱金属的地面之上被应用。 由一个 220 的有效面积和一个增益为 23 的前置放大器，一个等效面积 5060 而组成。作为对比，一个单匝 50m 50m 的大线圈也同时使用。被 感应线圈 和由大线圈接收到的信号被进行了 2048 次的叠加后平均更进一步的减少了噪声。 被显示在图 3.中的结果被规划到 2500 线圈，发射电流 4.8A 结果和利用大的接收线圈测量的结果之间的电容的感应耦合。 在这种情况下所用的螺旋型 的线圈不需要再前置放大器的输入端并接阻尼电阻以达到正常的临界阻尼响应。这是因为线圈的带宽高而且被接收的信号的频率成分较低。信噪比与发射极的功率和地下的矿物状态有关。 最佳的信噪比可以根据在瞬态电磁探测中的典型值来估计。 野外实验的力量通常大大超过 1010 T，最低的频率成分是大约 10 个 Hz。 螺旋型的感应线圈的参数，利用螺旋型的线圈公式（ 15）可得最佳信噪比大约为nts 6 4.96Db。 图 3. 在 Crossland Reserve单匝线圈和螺旋型线圈俄测量结果的比较，发射电流 4.8A，值为 2048 个样品三次重叠的平均。 6. 结论 被设计利用正方形螺旋型俄线圈设计的小的便携式空心感应线圈用于探测微弱暂态电磁信号与大线圈时可行的。 使用小的感应线圈的优点是野外操作时可以灵活移动，并且对具有特殊重要性的地点可以提供更详细的保护。 在对一个操作发射通量覆盖几平方公里的探测中，或者在一个干涉仪测量类型系nts 7 统目标场所，几个线圈可以同时接收，用来增加数据输入速率。 由于发射线圈和接收线圈在距离上的分离，使得由接收线圈和发射线圈接收的耦合，（包 容性和感应耦合）造成的错误都大大减小。 nts 1 第一章 绪论 1.1 背景 20世纪 70年代以后 ,人们发现传统的氯消毒会产生致畸、致癌、致突变的卤代烷等副产物。与此同时，人们的生活日益受到新的细菌病毒的威胁，而人类原本能够控制的病毒也在随着各种药物的不合理使用变得更加难以对付。人们对生活水平的更高要求特别是军用可移动便携式消毒设备的需求，促使一种全新的便携式消毒设备的出现。 1.2 设计目的 为了满足更高的家 用和医用要求，本设计选用了高温消毒，紫外消毒，和臭氧消毒的方法，同时加入了自定义消毒环节，可根据不同的要求自行设计消毒参数。 高温消毒部分采用了红 外加热和温度检测电路，能达到更高的温度 和精度 符合更高的消毒标准，控制方面采用了 PID调解，使系统更稳定，操作更方便。 1.3 设计特点 本设计采用多种消毒方式，对不同的消毒对象可采用相应的消毒方法，从而取得最完美的消毒结果。例如：对于少量的纸张，文件，衣物等生活用品可采用紫外消毒；对于医用的一些金属器件，如手术用具可采用高温消毒；对于一些要求较高但不耐高温的材料就可以采用臭氧消毒。 要求更高的消毒对象或者以上三种给定消毒方法不可行时，可采用自定义消毒。 不同消毒方法的原理及特点如下： 1.高温消毒： 高温消毒主 要是通过加热细菌病毒使其体内的蛋白质变性，破坏其组成导致其死亡达到消毒目的。 原有的 100高温消毒在一般情况下还能够满足要求； 新的消毒标准温度 125，持续时间不少于 15分钟， 基本 能满足目前所有的消毒要求。方法简单方便可行，是当前最普遍也是人们很易接受的消毒方法。 2.紫外消毒： 根据生物效应的不同 ,将紫外线按照波长划分为四个部分 A波段 (UC A),又称为黑斑效应紫外线 (400 320nm);B波段 (UV B),又称为红斑效应紫外线 (320275nm );C波段 (UV C),又称为灭菌紫外线 (275 200nm );D波段 (UV D),又称为真nts 2 空紫外线 (200 10nm)。本设计采用 UV-C下行频率 253.7nm的紫外光进行消毒。 紫外消毒主要是通过紫外线对微生物 (细菌、病毒、芽孢等病原体 )的辐射损伤和破坏核酸的功能使微生物致死 ,从而达到消毒的目的。紫外线对核酸的作用可导致键和链的断裂、股间交联和形成光化产物等 ,从而改变了 DNA的生物活性 ,使微生物自身不能复制 ,这种紫外线损伤也是致死性损伤。紫外消毒法具有不投加化学药剂、不产生有毒有害的副产物、消毒速度快、效率高、设备操作简单、便于运行管理和实现自动化等 优点 ,近 20年来逐渐得到广泛应用。 紫外线消毒时间一般设定在 20min即可达到良好的消毒效果（有针对性的可穿透性消毒对象），经实验证明紫外消毒 20min至 30min细菌总数由 0.663 个 /C下降到0.375个 / c两者无显著差异，因此紫外消毒的时间设定为 20min。表 1.为紫外消毒 20min的结果显示： 表 1.1 针对纸张紫外消毒 20min结果 编号 未消毒个 /10 C 消毒后个 / C 杀菌率（ %） 1 55 4 99.73 2 1380 6 99.57 3 74 3 99.95 4 3600 7 99.81 5 2100 7 99.09 6 1323 12 99.87 7 3860 5 99.67 8 108 9 99.54 从上表中可明显看出紫外杀毒对于纸张、衣物的消毒效果均达到 99%以上，是非常可取的。 3.臭氧消毒： 臭氧对细菌的灭活反应总是进行的很迅速。与其它杀菌剂不同的是：臭氧能与细菌细胞壁脂类双键反应 , 穿入菌体内部，作用于蛋白和脂多糖，改变细胞的通透性，从而导致细菌死亡。臭氧还作用于细胞内的核物质，如核酸中的嘌呤和嘧啶破坏 DNA。臭氧对病毒的作用首先是病毒的衣体壳蛋 白的四条多肽链，并使 RNA 受到损伤，特别是形成它的蛋白质。噬菌体被臭氧氧化后，电镜观察可见其表皮被破碎成许多碎片，从中释放出许多核糖核酸，干扰其吸附到寄存体上。 臭氧消毒有很多不同于其他消毒方法的优点，这也使其成为本设计重点： （ 1） 高效性： 臭氧消毒不需要其他任何辅助材料和添加剂。消毒进行时臭氧发生装置产生一定nts 3 量的臭氧，在相对封闭的环境下，扩散均匀，包容性、通透性好，克服了紫外杀毒存在死角的问题，达到全方位、快速、高效的消毒目的。另外，由于臭氧的广普杀菌性，既可以杀灭细菌繁殖体、芽胞、病毒、真菌和原虫孢 体等多种微生物，还可以破坏毒素等，同时还有很强的除霉、腥、臭等异味的功能。 臭氧消毒的高效性从 表 2.中我们可以看出： 表 1.2 臭氧消毒手术器械的结果 采样号 臭氧浓度 （ mg/m3 ） 处理时间 （ min） 处理前细菌（个 /ml） 处理后细菌（个 /ml） 杀菌率 （ %） 1 380 20 1.5 103 3 99.8% 2 400 20 6.7 102 0 100% 3 400 20 7.3 102 0 100% 4 400 20 1.6 103 0 100% 5 400 20 8.7 102 0 100% 表 1.3 臭氧消毒理发工具的结果 序号 对照组细菌总数 （个 /ml） 试验组细菌总数 （个 /ml） 杀菌率 （ %） 1 8.9 103 0 100% 2 8.3 103 0 100% 3 9.5 103 0 100% （ 2）高洁性： 臭氧在自然环境中可分解为氧气，这是臭氧作为消毒灭菌剂的独特优点。消毒用臭氧是利用空气中的氧气产生的，消毒氧化过程中，臭氧分解为氧原子在很短时间内自动结合为氧气，不存在任何残留物质，解决了消毒剂消毒时的二次污染问题。 （ 3）方便性： 臭氧消毒可根据所需要的时间和浓度自行设置参数，操作使用方便。而甲醛、过氧乙酸熏蒸消毒时间长，不方便管理。 （ 4）经济性： 臭氧发生设备利用空气中的氧气便可以得到臭氧，不需要重复购买消毒药剂及为避免消毒剂污染而作的消费。 此外，臭氧在 开放式 空气消毒上也得到广泛应用： 家庭空气消毒。将臭氧发生装置移植于空调中，在空气出空处安装臭氧催化分解、吸附装置，这样既可以制冷制热，还可以利用室内循环风对空气进行消毒，分解后的nts 4 氧气和负离子可以使室内的空气保持新鲜。另外，空气消毒用臭氧发生器也可以在宾馆、饭店、商场、影院等公共空间使用。制药行业的 GMP验证空气消毒。洁净生产区的中央空调净化系统、臭氧灭菌柜，我国相当 一批制药企业就是使用臭氧作为主 要的消毒和空气灭菌手段。 医院空气消毒。医院病房、门诊手术室、治疗室等，当前使用臭氧作为空气消毒的医院正在日益增多。 军用空气消毒。西方国家已经研制军用臭氧空气消毒产品，如在太空舱、潜水艇、坦克及其他军用车船的舱体安装臭氧发生装置，净化空间环境，杀灭病毒。 有些病毒或原有病毒的变种采用一般的消毒方法达不到良好的杀灭目的：例如药物研发实验设备等要求杀菌率必须达到 100%， 疯牛病病毒采用温度消毒根本无法杀灭，此 种情况下，我们有必要采用更加有效安全的全新方法进行杀毒。因此，本设计加入了自定义消毒功能，可在硬件和 消毒对象允许的情况下，自定义消毒参数，如温度 、 消毒时间 、 臭氧浓度 、 紫外是否 同时进行。下表给出了三种给定消毒方法 、 自定义消毒的方案说明和消毒对象。 表 1.4 消毒方案和消毒对象 方案 方案说明 消毒对象 高温消毒 温度 100，精度 ， 时间 30min 耐高温的物品例如手术器皿 紫外消毒 波长 253.7nm的紫外光照射20min 文档、纸张、衣物等 臭氧消毒 浓度 4mg/l， 温度 50-75 时间30min 不耐高温有空隙且紫外光不易穿透 自定义消 毒 温度自定义、臭氧浓度自定义、时间自定义、紫外开关 要求高或以上给定方法消毒效果不佳 *注 ： 温度自定义：温度可设定在 环境温度 125之间； 臭氧浓度自定义：臭氧用来除臭、异味时浓度一般定为 2mg/l， 因为臭氧消毒在 中温 环境中进行，浓度不能过高，且臭氧是在箱体内部 利用氧气产生的 不可能实现很高的浓度； 时间自定义：可根据实际情况需要自定义时间； 紫外是否开启： 波长 253.7nm的紫外光 是否参加消毒。 nts 5 第 2 章 设计方案的选择 2.1设计原理 本设计根据不同的消毒对象和要求 进行 设计，将系统 分为 高温 消 毒系统 、 紫外消毒系统 、 臭氧消毒系统 、自定义消毒系统 。按硬件则分为控制单元，控制面板， 发生电路，检测电路 ，电源模块等部分。 控制单元根据对应信号和程序控制发生装置和显示装置；控制面板包括输入用的键盘和输出用的显示部分（ LED）；发生电路包括加热部分的远红外加热管，紫外发光管和臭氧发生器；检测电路包括温度检测电路和臭氧浓度检测电路（紫外光的波长取定值 253.7nm 不需检测）； 电源模块为消毒箱提供常用电源和备用电源。 高浓度紫外 发生器和 臭氧发生器 都 位于消毒箱的顶端，以 产生 高浓度的紫外线和臭氧气体； 加热管和风扇设于控制 腔，风扇促进箱内空气的流通，使箱体内的空气温度均匀， 而且风扇还可以促使臭氧分布均匀真正达到杀毒无死角； 温度传感器 和臭氧浓度传感器设于消毒腔内，用于检测消毒腔内温度和臭氧浓度； 控制面板设于消毒箱外壳表面， 上 面有数码显示器，按键和 指示 灯，显示器用以显 示温度和时间参数，按键用以设置工作状态，指示灯用以显示工作状态； 电源模块置于控制腔 内。温度传感器与控制单元连接，以将温度信号输入给控制单元，电扇、加热管、紫外 发光管、 臭氧发生器与控制单元连接，受其控制； 电源模块 为整个系统提供可靠电源 ，防泄露开关设于消毒箱外壳与门之间 ，打开箱体紫外 发光管、 臭氧发生器 、远红外加热管电路 即被断开 ，使其停止工作，确保工作安全 。 其中，控制单元 为 ATMEL89C51微处理器，温度检测电路、 臭氧浓度检测电路 、电扇 、 紫外 发光管 、 臭氧发生器 、 加热管控制电路 、 数码管显示控制电路 、 指示灯，按键与 ATMEL89C51 微处理器相连接，数码管显示器受数码管控制电路控制。 电源部分由正常供电电路（ 220V）和备用电源电路（车载 12V）两部分组成。 2.1.1 芯片及器件的选择 1. 控制芯片的选择： 本设计采用 51系列的单片机作为控制单元，那么我们将在 51系列 中选择一种既能满足设计要求又不浪费资源的芯片。下面我们将 51系列常见的 8031/8051/8751等与 89C51来进行对比从而做出选择： 8031片内不带程序存储器 ROM，使用时用户需外接程序存储器和一片逻辑电路373，外接的程序存储器多为 EPROM的 2764系列。用户若想对写入的 EPROM中的程序进行修改，必须先用一种特殊的紫外线灯将其照射擦除，之后再写入。写入到外接程nts 6 序存储器的程序代码没有什么保密性可言。 8051片内有 4k 的 ROM，无须外接存储器和 74LS373，更能体现“单片”的简练。但是其 4k的 ROM是一次性写入的，不可修改。 8751与 8051基本一样，但是 8751片内有 4kEPROM，用户可以将自己编写的程序写入单片机的 EPROM 中进行现场实验与应用， EPROM的改写同样需要用紫外线灯照射一定时间擦除后可再写。 在众多的 51系列单片机中， ATMEL公司的 AT89C51更为实用，因它不但和 8051指令，管脚完全兼容，而且其片内的 4k程序存储器是 FLASH工艺的，这种工艺的存储器用户可以用电的方式瞬间擦除 ，改写，一般专为 ATMEL AT89CX 做的编程器均带有这些功能。显而易见，这种单片机对 开发设备的要求很低，开发时间也大大缩短了。写入单片机的程序还可以进行加密，这又很好的保护了我们的劳动成果。虽然网上有人说 AT89C51可以进行加密，但是花费的代价需要一万元左右！况且所有单片机均可以采用程序上的解密，只是费用多少的问题。再者， AT89C51目前的售价比 8031还低，时常供应也很充足。 ATMEL公司的 51 系列还有 AT89C2051、 AT89C1051 等品种，这些芯片是在 AT89C51的基础上将一些功能精简掉之后形成的精简版。 AT89C2051取掉了 P0 口和 P2口，内部的程序 FLASH存储器也 小到 2K，封装形式也由 51的 P40管件改为 20脚，响应的价格也低一些，特别适合在一些智能玩具，手持仪等程序不大的电路环境下应用；AT89C1051在 2051的基础上，再次精简掉了串口功能等，程序存储器再次减小到 1K，当然价格也更低。 对 2051和 1051 来说，虽然减掉了一些资源，但他们的片内都集成了一个精密比较器， 比较器 为测量一些模拟信号提供了极大的方便，在外加几个电阻和电容的情况下，就可以测量电压，温度等我们日长需要的量。这对很多日用电器的设计是很宝贵的资源。 ATMEL的 51、 2051、 1051均有多种 封装，如 AT89C51有 PDIP、 PLCC和 TQFP等封装； 2051/1051有 PDIP和 SOIC封装等。由于 51系列单片机的内核都一样所以在51单片机教材方面目前仍然沿用 Inter MCS 8051单片机的书籍。开发软件和工具也是一样，我们统称为 8051开发系统，单对 AT89C51 来说，在实际电路中可以直接互换 8051/8751。 有区别的是， 8031 内部没有 ROM， 31脚需接地（ GND），单片机在启动后就到外面程序存储器读取指令；而 8051/8751/89C51 内部有程序存储器， 31 脚接有高电平（ Vcc），单片机启动后直接在内部读取指令。也就是 51芯片的 31引脚控制着地，程序从外部读取。其他无须改动。另外， AT89C51 替换 8031后因不用外存储器，不必安装原电路的外存储器和 74LS373。 89C51 的主要特征： nts 7 核心处理单元 4k 字节 FLASH 89C51X2； 8k 字节 FLASH 89C52X2； 16k 字节 FLASH 89C54X2； 32k 字节 FLASH 89C58X2； 128 字节 RAM 89C51X2； 256 字节 RAM； 布尔处理器； 存储器寻址范围： 64k字节 ROM和 64k字节 RAM； 电源控制模式：时钟可停止和恢复，空闲模式，掉电模式； 两个工作频率范围： 6时钟模式时为 0到 20MHz； 12时钟模式时为 0到 33MHz； 3个加密位； 4个中断优先级； 6个中断源； 4个 8位 I/O口； 全双工增强型 UART； 3个 16位定时 /计数器。 经上述分析，可见 89C51完全能满足本设计要求，且相对又不浪费资源，所以控制单元选择 89C51。 2. 传感器的选择： 基于本设计的要求：温度测量范围在 0 125；测量精度在 0.1。 因此，在众多的温度传感器中选择 AD590作为本设计中的测温元件。 AD590集成温度传感器是由生产厂家经过校正的温度传感器，具有良好的线性输出特性，不需要外围的温度补偿和线性的处理电路，使用方便。而且抗干扰的能力强，不受长距离传输线电压降的影响， AD590的主要性能参数： 工作电压： 430V； 工作温度： -55+150； 保存温度： -65+175； 正向电压： +44V； 反向电压： -20V； 焊接温度（ 10S）： 300； 灵敏度： 1 A/K。 通过观察其主特性可确认 AD590完全符合本设计要 求，从而采用之。 臭氧浓度的在线测量需要精度高且响应时间短的气体传感器，经过多方面考虑本nts 8 设计中采用 W O3系列 气体传感器作为臭氧浓度检测元件。 W O3是利用臭氧在元件表面的化学吸附和反应，从而导致元件电阻随 O3浓度变化的原理来检测臭氧浓度的化学传感器。 W O3是 一种 n型半导体通常为单斜或三斜晶体，是目前制作气敏元件的敏感材料之一。 元件测试电路采用通常的串联，电阻取样测试电路。 R0（元件处于 O3浓度 c=0的洁净空气中的电阻 值 ） 和工作电阻 Rg（ c 0）时的电阻值分别为： R0=0 0V VVc*RL ， Rg=VgVgVc* RL 式中 RL -取样电阻 V0-臭氧浓度 c=0时取样电阻的端电压 Vg-处于含有 O3气体的空气中取样电阻两端电压 元件的灵敏度 =0RRg3. 键盘显示部分 选择 本设计要求有温度显示和时间显示以及不同消毒方法的手动选择 ， 将常用的 LED和 LCD作比较， LED 数码显示比较实用，可完成显示且成本较低。所以 显示部分采用8位数码管显示，其中 高四位显示温度值，低 四位显示时间值。 4.执行器件的选择 本设计加热电路采用远红外加热管进行加热，与电阻丝加热对比，具有加热均匀安装简单等优点 ； 紫外发生器 采用石英紫外 短波截至发光管；臭氧发生器 采用 石英紫外短波发光 管。 执行器件型号的确定与箱体容积有关， 根据实际需要 确定箱体容积为30mm 40mm 60mm，计算得容积为 72L。计算远红外管的功率和臭氧发光管的功率。 从而确定其型号。 臭氧的 产生可 大致分为电离法、光照法和化学法。本设计中采用光照法产生臭氧。 紫外光中 UV-D真空紫外光波段 波长 180nm 的紫外光照射空气或氧气时，会产生臭氧，产率随光的强度增加而增加。 2.1.2 具体实施方式 ATMEL89C51微处理器 U1，温度检测电路 U2，紫外线 /臭氧发生器控制电路 U3，电扇控制电路 U4，加热管控制电路 U5，数码管显示控制电路 U6，并行 I/O口扩展，以及臭氧浓度检测电路 U8。其中，温度检测电路 D1主要由温度传感器 AD590，两片高精度运算放大器 OP07 及 A/D转换器 ADC0809 组成与微处理器 U1的 3引脚连接，紫nts 9 外线 发光管 控制电路 U3由三级管 Q1，继电器 J1组成，三极管 Q1与控制器 U1的 3引脚连接，用以控制紫外线控制电路 ， U5与紫外线发生控制电路 U3 组成相同，分别与控制 U1的 2、 3、 4引脚连接 ； 8个 7407 运放组成数码显示驱动电路 ， U6运放用来放大电流，与控制器 U7的 8位 P2口连接，按键 U8与 ATMEL89C51 微处理器 U1的5、 6、 7、 8引脚相连接，指示灯与 U7的 1、 37、 38、 39引脚相连接 U9， U10分 U1的复位和晶振电路。 供电电源电路有正常供电电源模块 P1和备用电源模块 P2组成，正常 供电电源模块 P1主要由 9V， 5VA 变压器 TRAN1，二极管 D8稳压模块 7805组成，输入 220V交流电为紫外发光管、 臭氧发生器 、 电扇 和远红外 加热管供电，输出为 +5V， 为控制单元供电；备用电源模块 P2主要由 7805稳压模块 D1，方波信号发生器 D2，场效应管驱动电路 D3， MOS场效应管电源开关电路 D4，变压器 D5组成，输入汽车电源 +12V，输出 220V交流电和 +5V 为图 1控制单元 10供电。 2.1.3 便携式消毒箱的工作原理 流感病毒及葡萄球菌在达到 100 W/c的紫外线照射下 30分钟即可完全杀灭，在 75以 上的温度环境中 30分钟即可完全杀灭所有流感病毒。本设计使用新型的温度，紫外线浓度达到新标准。 本设 计使用新型两组数码管分别用来显示时间和温度，四个指示灯分别指示 高温消毒 、 紫外 消毒、 臭氧消毒 、自定义消毒 ， 二十一 个 功能 按键，一个 电源开关。 本设计中有三种给定消毒状态“ A”、“ B”、“ C”和自定义状态“ D” 四个按键 ；在自定义状态中需要有 0 9十个数字键，一个小数点键设为“ O”；自定义四个变量键 ： 时间 S1、温度 S2、浓度 S3、紫外 S4；另有取消键和 OK键。 OK键是在设定结束后开始执行，只有在按下“ D”键之后其它设定键 （除三种给定状态键和取消键、 OK 键）才有响应。 通电后， 可随需要选择“ A”、“ B”、“ C”、“ D”四种方案，若选择“ D”方案，需要按顺序输入参数，按下 S1设置时间；按下 S2 设置温度； S3设置浓度； S4设置紫外是否参加本次消毒。 若输入有误可按取消键按顺序逐位取消，若设置正确，按 OK键开始运行。时间显示器显示设置时间倒计时，温度显示器显示温度传感器实时检测到的温度；若箱体内温度未达到 50臭氧发生器不工作，不计时 ， 红外加热管开始工作，达到 50 开始倒计时，臭氧发生器开始工作。温度达到设定值停止加热，浓度达到停止 产生臭氧。加热同时风扇工作。时间到，消毒结束。 当有交流 220V电源提供时，消毒箱由 P1 供电，当在户外或野外急救中使用时，消毒箱由 P2进行供电（ 12V）。 nts 10 2.1.4 系统电路组成 1. 新型电源的设计电源电路，有常用电源和备用电源 2. 温度检测电路对温度实时检测并采集送致显示 3. 浓度检测电路对其臭氧的浓度检测，在设定范围就输出 显示，超出极限值即报警 4. 臭氧发生器电路 是 在 臭氧 浓度不够的情况下才工作产生臭氧， 使 消毒箱内达到消毒的工作状态 5. 加热电路 是 在温度检测过程中，没有达到消毒的最好温度条件下 进行定 量定时 的加热 6. 风扇电路是为了在加热过程中 使消毒箱内部温度均匀 ，还起到使消毒腔内臭氧分布均匀的作用 7. 显示电路使用 8位 LED， 分别用来显示温度和时间 8. 键盘显示是利用按键选择工作状态，对时间温度等进行设定 2.2 单片机的控制特点 单片机控制系统通常用于工业现场，以在线和实时的控制方式控制生产过程的进行。这是一个单片机控制系统的基本特点。所谓在线测量就是生产过程的设备接与计算机相连接，生产过程直接受计算机的控制。相对于在线而言，如果生产过程的设备不直接与计算机相连，它的工作不能直接接受单片 机的控制则称为离线或脱机。所谓实时，是指信号的输入，计算和输出都是在一定的时间范围内完成的，这个时间范围就是最长的允许时间，超过这个时间就失去了控制时机，控制也就失去了意义。一个在线的系统不一定是实时系统，但实时系统必定是一个在线系统。例如，一个只用于数据采集的单片机直接数字控制系统，必定是一个在线系统。 在单片机控制以前，生产过程控制大多采用仪表控制系统。与仪表控制系统相比，单片机控制系统具有： 算法灵活、控制功能强精度高、量程大、控制效率高、可重复性强、可集中操作显示、容易实现整体优化等优点。 正是单 片机拥有上述特点本设计才采用其作为控制单元。 nts 11 第 3 章 系统硬件设计 要实现多功能消毒的目的，首先要从硬件上具备实现这些功能的能力。本章具体介绍本设计的各硬件部分，如控制系统 、 温度消毒系统 、 臭氧消毒系统等的结构和功能 。 3.1 ATMEL 89C51 的最小系统 3.1.1 89C51 的主要特征 核心处理单元 4k 字节 FLASH 89C51X2； 8k 字节 FLASH 89C52X2； 16k 字节 FLASH 89C54X2； 32k 字节 FLASH 89C58X2； 129 字节 RAM 89C51X2； 257 字节 RAM； 布尔处理器； 存储器寻址范围： 64k字节 ROM和 64k字节 RAM； 电源控制模式：时钟可停止和恢复，空闲模式，掉电模式； 两个工作频率范围： 6时钟模式时为 0到 20MHz； 12时钟模式时为 0到 33MHz； 3个加密位； 4个中断优先级； 6个中断源； 4个 8位 I/O口； 全双工增强型 UART； 3个 16位定时 /计数器。 nts 12 图 3.1 89C51管脚图 P0.0到 P0.7（ DIP 32 到 39） P0口是双向口，可以写为“ 1”， 使 其状态为悬浮。用作高阻输入， P0也可以在访问外部程序存储器时作为地址的低字节，在访问外部数据存储器时作为数据总线。 P1.0到 P1.7（ DIP 1 到 8） P1口是带内部上拉的双向 I/O口，向 P1口写入 “ 1”时， P1口被内部上拉为高电平，可作用输入口，当作为输入脚时，被外部拉低的 P1口会因为内部上拉而输出电流。 P1口第 2功能： T2（ P1.0）定时 /计数器 2的外部计时输入 /时钟输出； T2EX（ P1.0）定时计数器 2/重装载 /捕捉 /方向控制。 P2.0到 P2.7（ DIP 21 到 28） P2口是带内部上拉的双向 I/O口，向 P2写入 1时 P2被内部上拉为高电平，可作为输入口，当作为输入脚的时候，被外部拉低的 P2口会因为内部上拉而输出电流，在访问外部程序存储器和外部数据的时候，分别作为地址高字节和 16位地址（ MOVE Ri）访问外部数据存储器时候， P2 口发送特殊功能寄存器的内容。 3.1.2 并行 I/O 接口 51系列单片机四个 8位并行口： P0， P1， P2， P3。并口的结构每个口都包括一个锁存器，即专用寄存器（ P0， P1， P2，和 P3），一个输出驱动器和一个输入缓冲器，我们常将这一整体统称为 P0， P1， P2和 P3。四个并行口 都是双向口，但结构不完全相同。 P0口的每一位都由一个多路转换开关 MUX 控制。即 P0口是多功能口。当单片机nts 13 需要扩展片外数据存储器或片内程序存储器时， P0口各位用历来输出片外存储器地址的低 8位 A7 A0 以及输出或输入数据 D7 D0。这时， P0口中控制线为高电平， MUX开关向上连接， P0口充当地址 /数据总线使用（分时操作）。如果单片机是有片内存储器（ 8751或 8051），也不需要扩展片外数据存储器时， P0口中控制线为低电平，MUX开关向下连接， P0口即是普通的 I/O口，可以按位输出或输入。 P0口作地址数据总线 使用时，控制线为高电平，这时 P0口是双向口。当地址 /数据总线该位要输出“ 1”时，两个串联的输出口中， T1导通而 T2截止。需要输出“ 0”时， T1截止而 T2 导通。 CPU通过地址 /数据线传来的“ 1”或“ 0”，一方面经与门控制 T1导通和截止（注意与门的另一输入即控制线，当前为“ 1”）；另一方面取反后控制 T2截止或导通。当出入数据时， CPU 将两个输出管都截止。输入信息有单片脚 P0.X经下面一个缓冲器（三态门）读入但单片机内部总线上。 P0口作普通 I/O 口使用时， MUX指向下，因为控制线为低电平，两个输出管中 T1截止。 CPU向端口输出“ 1”或“ 0”时，写脉冲加到锁存器的始终 CL 端。使得 Q非就输出“ 0”或“ 1”，这样控制 T2截止或导通。由此可见，输出是漏极开路式的（ OC门）。即如果输出“ 0”，则 T2导通，片脚为低电平。反之如果输出“ 1”，则两管都截止，输出是开路的 ，为避免逻辑错误， P0口作普通 I/O口输出时，必须外接一个上拉电阻（一般 3k到 10k）到 +5V，这样输出“ 1”时，这个电阻将片脚上拉到高电平。置该位为高阻输入状态有 CPU读入。如先输出“ 0”，则 T2管导通，使片脚电平（应该输入逻辑电平）无法为“ 1”，这是不允许的 。因此，作 I/O口使用时， P0口是准双向口。这一点与它作为地址 /数据总线使用时（双向的）是不同的。 准双向口的输出只有两态，作输入前必须先输出“ 1”。 对于 8031单片机来说，因为它没有内部程序存储器，所以必须扩展片外程序存储器才能工作。这样，它的 P0口只能充当地址 /数据总线，而不再能作普通 I/O使用了。 P1口是 单 功能的，只用来作普通的 I/O 口，可以按位设置成输出或输入。 P1口的输出端与 P0口不同，输出级是一个接有内部上拉电阻的场效应管。当输出时，由写脉冲把内部总线的数据锁存进行锁存，锁存器的 Q 控制输出管。当输出“ 1”时，该管截止，有上拉电阻见片脚电平拉高到“ 1”。而当输出“ 0”时，该管导通，片脚电平为“ 0”。欲设置为输入时，必须在此之前输出“ 1”。是输出管截止，然后才能从片外输入。 CPU 通过下面这个缓冲器读口线电平，是用读引脚选通信号。 输出只有两态，而且作输入前必须先输出“ 1”。这两点与 P0口作普通 I/O口使用时情况完全一样。因此， P1口也是准双向口。 由于 P1口各位具有上拉电阻，因此先向它写入“ 1”后作输如时，能用一般的逻辑电路或用 0.C门输出的逻辑电路驱 动。这一点与 P0口作输入时有不同。（ P0口无内部上拉电阻，不能为 OC门所驱动）。 nts 14 P2口也有内部控制开关 MUX，它是双功能的 。在单片机扩展片外程序存储器时，CPU自动将 MUX向右接通， P2作为地址总线，输出地址高字节 A15 A8。另外要说明的是在单片机扩展片外数据存储器时 MUX可能左接通（使用 DPTR寻址），输出 DPH的值作为高字节 A15 A8。 在 P2不作地址线使用时， CPU自动把 MUX 向左接同时， P2可作普通 I/O口使用。由图可见，要输出的“ 1”或“ 0”，经非门控制输出管的导通和截止，这样就在引脚上 能够输出“ 1”或“ 0”。 P2口也有内部上拉电阻，输出电路与 P1口完全一致。因此它是准双向口。输出是两态的，在作输入时，必须预先输出“ 1”，使输出管截止，然后由下面缓冲器使用读引脚选通信号将引脚逻辑读入 CPU。 8031单片机因为没有片内程序存储器，所以 P2口一般是作为地址总线使用。只有再用特殊方法（使用 MOVEX Ri， a或 MOVE A, Ri 指令），才可在一个短时间里将 P2锁存器的值输出。 P3口也是双功能的。除了可作普通 I/O 口外，还具有第二输入（出）功能。作第二功能时， P3口 8条线有特殊的 用途： P3.0第二功能为 RXD（串行输入）； P3.1第二功能为 TXD（串行输出）； P3.2第二功能为 INT0 （外部中断 0输入）； P3.3第二功能为 INT1 （外部中断 1输入）； P3.4第二功能为 T0（定时 /计数器 0输入）； P3.5第二功能为 T1（定时 /计数器 1输入）； P3.6第二功能为 WR （片外数据存储器写选通）； P3.7第二功能为 RD （片外数据存储器读选通）； P3口的输出级与 P1， P2口相同。因此它也是准双向口。输出只有两态，在定义输入前，也必须先写“ 1”，使输出管截止，然后由下面缓冲器使用读引脚选通信号将引脚逻辑读入 CPU。 但 P3口内没有 MUX开关，与 P2口不同，它的第一功能与第二功能的输出是通过一个与非门接到输出级的。因此，在作第二功能使用时，必须先向该位写“ 1”（即第一功能输出“ 1”）；而作第一功能使用时，第二功能输出由单片机 CPU 自动定为“ 1”。还有， P3的输入通道中有 2个缓冲器，第二功能输入取自第一个缓冲器的输出端，注意第 一个缓冲器是直通（没有选通信号）的，这样保证了第二功能输入与引脚隔离。当不使用第二功能而使用第一功能（普通 I/O 口）时，输入取自第二个缓冲器的输入端，这时输入由读引脚信号选通。 P3口两种功能的选择是由单片机完成的。即程序不用第二功能时，自动设定为第一功能。 nts 15 3.1.3 并行口的使用说明 P1、 P2、 P3口的输出级能驱动 3个低功耗 TTL（ LSTTL）逻辑电路的输入端，而P0口的输出级能驱动 8LSTTL逻辑电路的输入端。 P1、 P2、 P3口输出级有内部上拉电阻，可直接被各种驱动电路所驱动。而 P0作普通 I/O口时无内部上拉电阻，需外接上拉电阻才能确保被各种逻辑电路所驱动。但P0口作地址 /数据总线使用时是完全的双向口而不需要外接上拉电阻。 在口的每一位中都有一个锁存器。只要向这位写一个数，即可锁存在 其中。不管这个数据是否经由片脚输出，只要不改写锁存器（即再向 该位写另一个数），原来写入的数据将一直被保留。一旦该口恢复 I/O口输出，原先写进锁存器的数据将经由片脚输出。 3.1.4 时钟电路 单片机的振荡电路和时钟电路一起构成了单片机的时钟方式，根据硬件电路的不同，连接方式分为内部时钟方式和外部时钟方式，同时，振荡周期 和时钟周期又决定CPU的时序。 89C51单片机有一个高增益反向放大器，反向放大器输入端为 XTALL，输出端为XTAL2，在 XTAL1和 XTAL2两端口接石英晶体及两个微调电容就构成了振荡器，如下土所示， C1和 C2一般取 30pF左右，振荡频率范围是 1.2MHz 12MHz。如果需要，单片机也可以使用外部振荡信号。如图（ b）所示，于 XTAL2的逻辑电平不是 TTL电平，故应接一个上拉电阻。 外部时钟电路 89C51 内部时钟电 路 89C51 外部时钟电路 图 3.2 振荡电路及外界时钟电路 晶体振荡器的振荡信号从 XTAL2端口送到内部时钟电路上，它对振荡信号分二频，nts 16 并向 CPU提供两个时钟信号 P1和 P2。时钟信号的周期称为状态时间 S，它是振荡周期的 2倍，在每个状态的前半周期， P1信号有效，在每个状态的后半周期， P2信号有效。相对始终 P1 和 P2为基础节拍指挥单片机各部分协调工作。 由 89C51芯片、 时钟电路 、 复位电路构成了 89C51的最小系统，如图 3.3所示： 图 3.3 89C51 的最小 系统 3.1.5 CPU 时序 单片机的基础操作周期称为机器周期，一个机器周期可分为 6个状态，每个状态由两相脉冲组成。即前面介绍的 P1和 P2，所以一个机器周期共有 12 个振荡脉冲。为了便于分析 CPU的时序，下面介绍几种周期信号： 1. 振荡周期：振荡周期指为单片机提供定时信号的振荡源的周期。 2. 时钟周期：又称为状态周期或者状态时间 S，是振荡周期的两倍，它分成 P1节拍和 P2节拍。 P1 节拍通常完成算术逻辑操作，而内部寄存器间传送通常在 P2节拍完成。 3. 机器周期：一个机器周期由 6个状态（ 12个振荡脉冲）组成， 若把一条指令的执行过程分成几个基本操作，则完成一个基本操作所需要的时间称为机器周期。 4. 指令周期：指令周期指执行一条指令所占用的全部时间，通常由 1 4个机器周期组成。 由此可见，每个机器周期内，地址锁存器 ALE两次有效，第一次出现 S1P1和 S2P1期间，第二次出现在 S4P2和 S5P1之间。单片机机器周期指令的执行从 S1P1开始，此时，操作码被锁存器存于指令寄存器内。若是双字节指令，则同一机器周期的 S4读第二字节。若是单字节指令，在 D4仍做读操作，但无效，且程序计数器 Pc不加 1。E A /V P31X119X218R E S E T9RD17WR16IN T 012IN T 113T014T115P 101P 112P 123P 134P 145P 156P 167P 178P 0039P 0138P 0237P 0336P 0435P 0534P 0633P 0732P 2021P 2122P 2223P 2324P 2425P 2526P 2627P 2728P S E N29A L E / P30T X D11R X D108 75 16 M H zRsRk+5CC1C2+5nts 17 单字节单周期和双字节单周期 指令的时序，它们都在 S6P2结束时完成操作。 单字节双周期指令时序，两个机器周期内进行了四次读操作，单由于四单字节指令故后面三次读操作无效。访问片外数据存储器指令 MOVX的时序，它是一条单字节双周期指令，在第一个机器周期 S5开始输出片外数据存储器的地址后，进行读 /写数据。在次期间无 ALE 信号，所以，第二周期不产生取址操作。 3.2 8155 可编程的 RAM/IO 扩展接口 3.2.1 8155 的 结构 Inter8155芯片内包含有 256个字节的 RAM 存储器（静态）， RAM 的存取时间为400ns。两个可编程序的 8位并行口 PA和 PB，一个可编程序的 6位并行口 PC，以及一个 14位减法定时器 /计数器。 PA口和 PB口可工作于基本输入输出方式（同 8255A的方式 0）。可直接河 MCS 51单片机相联接，不需要增加任何硬件逻辑。由于 8155既有 I/O口又有 RAM 和定时器 /计数器，因而是 MCS 51单片机系统中最常用的外围接口芯片之一。 3.2.2 8155 的内部结构 8155管脚采用 40 线双列直插式（ DIP）封装， 芯片引脚功能说明如下： RESET（脚 4）：复位输入信号。 AD0 AD7（脚 12 19）：三态地址 /数据复用线。 CE （脚 8）：片选信号，低电平有效。 RD （脚 9）：读选通信号线，低电平有效。 WR （脚 10）：写选通信号线，低电平有效。 IO/M （脚 7）： RAM/IO 接口选择。当 IO/M =0时， CE =0，单片机选择对 8155RAM读 /写， AD0 AD7上地址为 8155的 I/O接口读 /写， AD0 AD7上的地址为 8155的 I/O接口地址。 ALE（脚 11）：地址锁存信号线。 8155片内有地址锁存器， ALE信号的下降沿 AD0AD7上的地址信息以及 CE ， IO/M 的状态锁存在 8155内部寄存器中。 PA0 PA7（脚 21 28）：端口 A的 I/O线。 PB0 PB7（脚 29 36）：端口 B的 I/O线。 PC0 PC5（脚 37 39， 1， 2， 5）：端口 C的 I/O线。 TIMER IN （脚 3）：定时 /计数器的输入端。 OUT TIMER （脚 6）：定时 /计数器的输出端。 nts 18 3.2.3 CPU 对 8155I/O 口的控制 8155H A、 B、 C 三个端口的数据传送是由命令和状态字控制的。 1. 8155H端口地址 8155H内部有 7 个寄存器，需要三位地址加以区分。下表列出了端口地址分配。 表 3.1 8155端口地址分配表 CE IO/M A7 A6 A5 A4 A3 A2 A2 A0 所选端口 0 1 X X X X X 0 1 0 命令 /状态寄存器 0 1 X X X X X 0 1 1 A口 0 1 X X X X X 0 1 0 B口 0 1 X X X X X 0 1 1 C口 0 1 X X X X X 1 0 0 计数器低 8位 0 1 X X X X X 1 0 1 计数器高 8位 0 0 X X X X X X X X RAM单元 注： X表示 0或 1。 2. 8155的命令字 在 8155的控制逻辑部件中，设置有一个控制命令字寄存器和一个状态标志 寄存器。 8155的工作方式由 CPU写入命令寄存器中的命令字来确定。命令寄存器只能写入不能读出，命令寄存器的 4位用来设置 A 口、 B口和 C口的工作方式。 D6、 D7位用来设置定时器 /计数器的操作命令字的格式如图 3.5所示。 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 TM2 TM1 IEB IEA PC2 PC1 PB PA 图 3.4 8155的命令字 （ D0）定义 A口： 0=输入； 1=输出 （ D1）定义 B口： 0=输入； 1=输出 （ D3D2）定义 C 口： 00=ALE2； 10=ALE3； 11=ALE4 （ D4）控制 A口中断： 1=允许； 0=禁止 （ D5）控制 B口中断： 1=允许； 0=禁止 （ D7D6）定时器命令： 00=无操作； 01=停止计时； 10=时间到则停止计算； 11=装入工作方式和计数长度后立即启动计数器。 3. 8155的状态字 另外，在 8155中还设置有一个状态标志寄存器用来存入 A口和 B口的状态标志。nts 19 状态标志寄存器的地址与命令寄存器的地址相同， CPU只能对其读入，不能写入。状态寄存器的格式如图 X X所示， CPU可直接查询。 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 X TIMER INTEB BBF INTRB INTEA ABF INTRA 图 3.5 8155 的状态字 D0 A 口中断请求 0：无中断请求； 1：有中断请求 D1 A 口缓冲器 0：空； 1：满 D2 允许 A口中断 0：禁止； 1：允许 D3 B 口中断请求 0：无中断请求； 1：中断请求 D4 B 口缓冲器 0：空； 1：满 D5 允许 B口中断 0：禁止； 1：允许 D6 定时器中断 0：读状态字或复位后； 1：定时器溢出 图 3.6 8155 状态字的说明 下面仅对 状态字中的 D6进行说明： D6为定时器中断状态标志位。若定时器正在计数或开始计数前，则 D6=0；若定时器的计数长度已计满，则 D6=1。在硬件复位或对它进行读出后又恢复 3.2.4 8155 的工作方式 1. 存储器方式 8155的存储器方式用于对片内 256字节 RAM单元进行读写，若 IO/M =0和 CE =0则 8155立即处于工作方式。此时， CPU可以通过 AD7 安定上的地址选择 RAM存储器中任何一单元读写。 2. 8155的 I/O方式 又可分为基本 I/O 和选通 I/O两种工作方
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