居民小区供水.doc

共 2 页 第 1 页 装 订 线 目目 录录 1前言 .1 2总体方案设计 .3 2.1 系统设计要求.3 2.2 方案论证.3 2.2.1 供水方案的论证 .3 2.2.2 系统方案的论证 .4 2.3 系统工作原理.5 3 系统硬件设计 .6 3.1 单片机部分 .6 3.1.1 STC89C51 芯片的介绍 .6 3.1.2 晶振电路的设计 .7 3.1.3 复位电路的设计 .8 3.2数据采集电路的设计.9 3.2.1 ADC0809 简介 .9 3.2.2 ADC0809 与 STC89C51 接口 .11 3.2.3 DAC0832 简介 .12 3.2.4 STC89C51 与 DAC0832 接口 .12 3.3 系统并行 I/O 口扩展电路的设计 .13 3.4 显示电路设计 .14 3.5 报警电路的设计 .17 3.6 电源电路的设计 .17 3.6.1 稳压集成电路原理 .17 3.6.2 电源电路的设计 .17 4 电机电路的设计 .19 4.1 电机调速方法的选择 .19 4.2 电机变频器的选择 .20 4.2.1 变频器的基本原理 .20 4.2.2 西门子变频器简介 .20 共 2 页 第 2 页 装 订 线 4.3 电机保护电路的设计 .21 4.3.1 过载保护与过电流保护 .21 4.3.2 短路保护 .22 4.4 手动开关的设计 .22 4.5 无水监测电路 .23 5 控制算法的设计 .24 5.1 PID 控制规律的数字实现.24 5.2 PID 算法的改进.25 6系统软件设计 .27 6.1 主程序 .27 6.2 A/D 中断服务程序.29 6.3 子程序 .30 7 总结 .48 致谢 .49 参考文献： .50 共 50 页 第 0 页 装 订 线 1 1 前言前言 当前全球经济发展过程中，有两条显著的相互交织的主线：能源和环境。 能源的紧张不仅制约了相当多发展中国家的经济增长，也为许多发达国家带来 了相当大的问题。能源工业作为国民经济的基础，对于社会、经济的发展和人 民生活水平的提高都极为重要。在高速增长的经济环境下，中国能源工业面临 经济增长与环境保护的双重压力。有资料表明，受资金、技术、能源价格的影 响，中国能源利用效率比发达国家低很多。能源这一链条正在掣肘整个中国经 济的运行发展。国家发展和改革委员会主任马凯发出警告：“我国已成为世界 上电力消费第二大国，我国主要能源和初级产品的供求格局已发生较大变化， 资源对经济发展的制约作用越来越大” 。由此可见，对能源的有效利用在我国 已经非常迫切。作为能源消耗大户之一的电机在节能方面是大有潜力可挖的。 根据国内外相关方面的理论表明：交流电机变频调速技术1是近年来发展 起来的一项高新技术。其主要原理是：根据电机不同的负荷、工艺或转矩要求， 通过交流变频调速器调节电动机的转速，使其改变电机主轴的输出特性。变频 调速技术应用于水泵风机等流体负载时2，可使流体的流量、压力根据实际需 要自动恒压或恒流量调节。根据流体力学原理，水泵的流量与电机转速出正比， 压力与电机转速的平方成正比，所以风机水泵采用变频调速技术后，它在节能 效果方面比采用阀门控制压力或流量的方法可节电 40%50%，节水 7%，同 时延长设备使用寿命，解决了占地面积大，设备启动频繁，电流和水压冲击严 重，设备维修量大等问题。又有实验证明：不管一般定速控制系统几次提效， 增加变频技术都可再实现节能超过 30以上，因此，变频成为最优异的节能 技术方案，是实现节能的最佳技术途径之一。 目前，国内变频调速系统的研究非常活跃，但是在产业化方面还不是很理 想，市场的大部分还是被国外公司所占据。因此，为了加快国内变频调速系统 的发展，就需要对国际变频调速技术的发展趋势和国内的市场需求有一个全面 的了解。国外现状3在大功率交-交变频（循环变流器）调速技术方面，法国阿 尔斯通已能提供单机容量达 3 万 kW 的电气传动设备用于船舶推进系统。在 大功率无换向器电机变频调速技术方面，意大利 ABB 公司提供了单机容量为 6 万 kW 的设备用于抽水蓄能电站。在中功率变频调速技术方面，德国西门 子公司 Simovert A 电流型晶闸管变频调速设备单机容量为 102600kVA 和 Simovert P GTO PWM 变频调速设备单机容量为 100900 kVA，其控制系统已 实现全数字化，用于电力机车、风机、水泵传动。在小功率交流变频调速技术 反面，日本富士 BJT 变频器最大单机容量可达 700kVA，IGBT 变频器已形 共 50 页 第 1 页 装 订 线 成系列产品，其控制系统也已实现全数字化。 交流变频调速技术1 是强弱电混合、机电一体的综合性技术，既要4处 理巨大电能的转换（整流、逆变） ，又要处理信息的收集、变换和传输，因此 该技术必定分成功率和控制两大部分。前者要解决与高压大电流有关的技术问 题和新型电力电子器件的应用技术问题，后者要解决（基于现代控制理论的控 制策略和智能控制策略）的硬、软件开发问题（在目前状况下主要全数字控制 技术） 。其主要发展方向3有如下几项： （1） 实现高水平的控制：基于电动机和机械模型的控制策略，有矢量控制、 磁场控制、直接传矩控制和机械扭振补偿等；基于现代理论的控制策略，有滑 模变结构技术、模型参考自适应技术、采用微分几何理论的非线性解耦、鲁棒 观察器，在某种指标意义下的最优控制技术和逆奈奎斯特阵列设计方法等；基 于智能控制思想的控制策略，电子科技大学硕士学位论文有模糊控制、神经元 网络、专家系统和各种各样的自优化、自诊断技术等。 （2） 开发清洁电能的变流器：所谓清洁电能变流器是指变流器的功率因数为 网侧和负载侧有尽可能低的谐波分量，以减少对电网的公害和电动机的转矩脉 动。对中小容量变流器，提高开关实现高水平的控制：基于电动机何机械模型 的控制策略，有矢量控制、磁场控制、直接转矩控制何机械扭振补偿等；基于 现代理论的控制测列有话没变结构技术、模型参考自适应技术、采用微分集合 理论的非线性解耦、鲁棒观察器，在某种指标意义下的最优控制技术和逆奈奎 斯特阵列设计方法等；基于智能控制思想的控制策略，有模糊控制、神经元网 络、专家系统和各种各样的自动化、自诊断技术等。 （3） 频率的 PWM 控制是有效的。对大容量变流器，在常规的开关频率 下，可改变电路结构和控制方式，实现清洁电能的变换。 （4）缩小装置的尺寸：紧凑型变流器要求功率和控制元件具有高的集成 度，其中包括智能化的功率模块、紧凑型的光耦合器、高频率的开关电源， 以及采用新型电工材料制造的小体积变压器、电抗器和电容器。功率器件冷却 方式的改变（如水冷、蒸发冷却和热管）对缩小装置的尺寸也很有效。 共 50 页 第 2 页 装 订 线 2 2 总体方案设计总体方案设计 2.12.1 系统设计要求系统设计要求 利用微机控制系统实现居民小区的恒压变频调速自动供水，是居民不管任 何情况，只要官网有水，就能正常用水。 设计完整的微机控制系统完成 7 层楼 600 户居民的自动供水。有以下要求： 1、24 小时不间断供水 2、有数字显示供水高度 3、系统有必要的保护和报警 4、无水系统停止工作 2.22.2 方案论证方案论证 2.2.12.2.1 供水方案的论证供水方案的论证 1、1 台泵的变频调速方案 这也是应用得较为普遍的方案。其控制过程是：用水少时，由变频器控制 1 号泵，进行恒压供水控制。当用水量逐渐增加，1 号泵的工作频率达到 50Hz 时，将其电动机切换成由工频电源供电。同时，将变频器切换到 2 号泵上，由 2 号泵进行补充供水。反之，当用水量逐渐减少，即使 2 号泵的工作频率已降 到 0Hz，而供水压力仍偏大时，则关掉 1 号泵，同时迅速升高 2 号泵的工作频 率，并进行恒压控制。 此方案的主要特点是： （1）只用 1 台变频器，故设备投资少。 （2）如果用水量恰巧在 1 台泵全速供水量的上下变动时，将会出现供水系统 来回切换的状态。为了避免这种现象的发生，可设置压力控制的“切换死区”。 举例说明如下： 设所需供水压力为 200Pa，则可设定切换死区范围为 200Pa250Pa，控制 的方式是，当 1 号泵的工作频率上升至 50Hz 时，如压力低于 200Pa，则进行切 换，使 1 号泵全速运行，2 号泵进行补充。当用水量减少，2 号泵已完全停止， 但压力仍超过 200Pa 时，先暂不切换，直至压力超过 250Pa 时，再行切换。 共 50 页 第 3 页 装 订 线 2、2 台泵的变频调速方案 2 台水泵的电动机都由变频器控制，或用 2 台变频器分别控制 2 台电动机， 或用 1 台容量较大的变频器同时控制 2 台电动机。后者控制较为简单，但前者 的机动性较强，即使一台变频器出了故障，另一台仍可使用，转为 1 台泵的变 频调速方案。 综合看二台变频装置确实节能，当系统所需的流量在额定流量 85%范围内 运行，那么选择一台变频装置为经济合理；若系统运行流量变化很大，但在小 流量下运行时间很短，那么也没有必要为此设置二台变频装置；若系统所需流 量在额定流量的 55%以下长期运行，那么应考虑增加机组台数与增加变频装置 数量的综合经济比较后确定更为合理的方案。本系统根据控制要求，选择方案 1 即可。 2.2.22.2.2 系统方案的论证系统方案的论证 目前，实现恒压供水的设计方案由多种，且设计实现的功能各不尽同，但 使用最多最频繁的方法如下所列： 1、基于 PLC 控制的恒压供水系统 根据恒压供水操作要求，PLC 控制系统要随时监控市自来水以及供水口的 情况来决定是否要起动水泵，或是采用直抽水充压方案还是采用抽水池水充压 的方案。在控制过程中，供水口的水压自动调节是一个重要和较有特色的设计 部分之一， 由于供水系统管道长、管径大，阀门的开、关、管网充压都较慢， 故系统是一个大滞后系统。同时由于控制系统的程序设计较复杂，故本次设计 中不予以采用。 2、基于 DSP 控制的恒压供水系统 DSP 变频自动恒压系统由 DSP 控制器,变频器,泵组电机,压力反馈(流量反 馈),交流接触器等部分组成.系统为一个压力(流量)单闭环控制系统,DSP 控制系 统选用 TMS320F240 DSP 为控制器件与一台 160kW 大功率变频器控制三台水 泵电机的投入,退出,工频及变频运行,系统可实现压力反馈控制和流量反馈控制, 恒压精度小于 0.01 MPao DSP 控制变频恒压供水系统的压力设定信号,压力反馈 信号,流量设定信号,流量反馈信号由 DSP 内部自带的 ADC 转换器转换以实现 数模之间的转换,压力给定和反馈在 DSP 中经 PID 调节器控制后由外部扩展芯 片 DAC1210 进行 D/A 转换后输出控制变频器实现恒压控制.为了实时监控恒压 系统的压力和流量,还要利用 TMS320F240 SPI 接口和串行显示芯片 MAX7219 设计成串行显示电路,利用其显示系统的压力设定值,压力测量值,流量设定值,流 量反馈值功能设置主要通过数字 UO 扩展的键盘来实现控制系统功能的设定. 共 50 页 第 4 页 装 订 线 虽然系统安全可靠但在设计上应用太多的软件，复杂难度较大，且设计造 价高，故本次设计亦不以考虑。 3、基于单片机控制的恒压供水系统 用单片机结合变频器实现供水系统全自动化的恒压控制，是当前性能价格 比较高的方案，采用以 ST89C51 单片机为核心，按通用模块化的设计可使用 各种类型变频器及泵组的配合。该系统投资少，维护简单，可靠性高，能满足 客户扩展的要求，同时预留了和上位机的通讯口，是地区供水管理的前期准备， 也能实现管网泄漏有效监视。设计总体框图如图 2.1 所示。 单 片 机 开关量 D/A 恒速泵电机 变频泵电机 压力传感器A/D 给 定 图 2.1 设计总体框图 所以，本次设计采用单片机作为控制系统来实现小区供水的恒压控制。 2.32.3 系统工作原理系统工作原理 变频调速恒压供水是应用先进的现代控制理论，结合单片机编程控制技 术、变频控制技术、电机泵组控制技术的新型机电一体化供水装置。设计通过 压力传感器，将出口压力转换成 0-5V 电压信号，经 A/D 转换模块将模拟电压 信号转换成数字量并送入单片机，经比较后通过 PID 运算，得出一调节参量并 将该参量送入 D/A 转换模块，经数摸转换后将得出模拟量传送变频器，进而控 制其输出频率的变化。设计采用两台水泵并联的供水方式，用户用水量的大小 决定了投入运行的水泵的数量，实现变频调速当用水量较小时，单台泵变频工 作，当用水量增加，水泵运行频率随之增加，如达到水泵额定输出功率仍无法 满足用户供水要求时，该泵自动转换成工频运行状态，并变频启动下一台水泵。 反之，当用水量减少，则降低水泵运行频率直至设定下限运行频率，如供水量 仍大于用水量，则自动停止工频运行泵同时变频泵转速增加。当用水量降至某 一程度时（如夜间用水很少时） ，变频主泵停止工作，改由工泵供水。 输 出 共 50 页 第 5 页 装 订 线 3 3 系统硬件设计系统硬件设计 3.13.1 单片机部分单片机部分 3.1.13.1.1 STC89C51STC89C51芯片的介绍芯片的介绍 本系统的核心是单片机，也称为微控制器或嵌入式控制器。单片按用途可 分为通用型和专用型两大类。我们所选用的是通用型单片机。根据其基本操作 处理的位数可分为：1 位单片机、4 位单片机、8 位单片机、16 位单片机、32 位单片机。其中 1 位、4 位单片机只适用于非常简单的控制操作：16 位单片机 和 32 位单片机集成度高、性能优越，但是价格较贵。而 8 位单片机以其小巧 灵活、价格低廉的优势使它的产量占整个单片机市场的 60%以上，8 位单片机 将在最近若干年仍是工业检测、控制应用的主角。 目前在各主要的单片机生产厂商中，Intel 公司的 MCS-51 系列及其增强型 系列在 8 位单片机市场中占的份额最大，达 50%左右。由于 MCS-51 系列单片机 性价比高，所以自 1980 年推出以来，直至现在，其市场仍很坚挺，这也是我 国在工业检测、控制领域中的优选机种和机型。在 MCS-51 系列单片机的典型 代表产品中，8051 单片机价格低廉，对于大多数工业检测、控制场合也都能满 足要求。 由于系统控制方案简单，数据量也不太，因此选用具有 8051 内核的 STC89C51 作为控制系统的主机，由于其内部有 8KB 的 flash 存储器，因此不需 要外扩程序存储器。也可视具体情况换用 8051、8052、8751、8752、80C51、89C51、STC89C51 等。其中， STC89C51、8052、8751、8752 的各个引脚输入/输出电平只与 TTL 电平兼容； 89C51、89C52、80C51 各引脚输入/输出电平即与 TTL 电平兼容，也与 CMOS 电 平兼容。STC89C51 管脚功能见图 3.1 所示： STC89C51 的主要性能参数有： 与 MCS-51 产品指令和引脚完全兼容。 8K 可重擦写的闪速存储器。 1000 次擦写周期。 全静态操作：0Hz-24MHz。 三级加密程序存储器。 2568 字节内部 RAM。 共 50 页 第 6 页 装 订 线 32 个可编程 I/O 口线。 3 个 16 位的定时/计数器。 5 个中断源。 可编程串行 UART 通道。 低功耗空闲和掉电模式。 晶振采用 11.0592MHZ、按键复位方式。 STC89C51 提供以下标准功能：8K 字节的 Flash 闪速存储器,256 字节的内 部 RAM,32 个 I/O 口线,2 个 16 位的定时/计数器,一个 6 向量两极中断结构,一 个全双工串行通信口,片内振荡器及时钟电路。同时, STC89C51 可降至 0Hz 的 静态逻辑操作,并支持两种软件可选的节电工作模式：空闲方式停止 CPU 的工 作,但允许 RAM,定时/计数器,串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存 RAM 中的内容,但振荡器停止工作并禁止其他所有部件工作直到下一个硬件复位。 图 3.1 STC89C51 管脚图 3.1.23.1.2 晶振电路的设计晶振电路的设计 STC89C51 芯片内部有一个高增益反相放大器，用于构成振荡器。反相放大 器的输入为 XTAL1，输出端为 XTAL2，分别是 STC89C51 的 18 脚和 19 脚。在 XTAL1 和 XTAL2 两端跨接石英晶体及两个电容就可以构成稳定的自激振荡器， 如图 3.2 所示。电容器 C1 和 C2 通常取 30PF 左右，对振荡频率有微调作用。 123456 A B C D 654321 D C B A Title NumberRevisionSize B Date:7-Jun-2008 Sheet of File:d:、M yDesign1.ddbDrawn By: EA/VP 31 X1 19 X2 18 RESET 9 RD 17 WR 16 INT0 12 INT1 13 T0 14 T1 15 P10 1 P11 2 P12 3 P13 4 P14 5 P15 6 P16 7 P17 8 P00 39 P01 38 P02 37 P03 36 P04 35 P05 34 P06 33 P07 32 P20 21 P21 22 P22 23 P23 24 P24 25 P25 26 P26 27 P27 28 PSEN 29 ALE /P 30 TXD 11 RXD 10 ST C89C51 共 50 页 第 7 页 装 订 线 振荡频率范围是 1.2MHZ-12MHZ。 123456 A B C D 654321 D C B A Title NumberRevisionSize B Date:25-Apr-2000Sheet of File:C:DO CUME1ADMINI1LOCAL S1TempRar12.ddbDrawn By: EA/VP 31 X1 19 X2 18 RESET 9 RD 17 WR 16 INT0 12 INT1 13 T0 14 T1 15 P10 1 P11 2 P12 3 P13 4 P14 5 P15 6 P16 7 P17 8 P00 39 P01 38 P02 37 P03 36 P04 35 P05 34 P06 33 P07 32 P20 21 P21 22 P22 23 P23 24 P24 25 P25 26 P26 27 P27 28 PSEN 29 ALE /P 30 TXD 11 RXD 10 STC89C51 Y1 6MHZ C2 30pf C1 30pF 图 3.2 晶振电路 3.1.33.1.3 复位电路的设计复位电路的设计 复位是单片机的初始化操作。其主要功能是把PC初始化为0000H，使单片 机从0000H单元开始执行程序。除了进入系统的的正常初始化之外，当由于程 序出错或操作错误使系统处于死锁状态时，为摆脱困境，也需要按复位键重新 启动。 RST引脚是复位信号的输入端。复位信号是高电平有效，要实现复位操作， 必须使RST引脚至少保持2个机械周期（24个振荡周期）以上的高电平。例如： 时钟频率若为6MHZ，每机械周期为2us，则需要持续4us以上时间的高电平。 整个复位电路包括芯片内、外两部分。外部电路产生的复位信号（RST） 送至施密特触发器，再由片内复位电路在每个机器周期的S5P2时刻对施密特触 发器的输出进行采样，然后才得到内部复位操作所需要的信号。 复位是计算机的一个重要工作状态，其电路虽然简单，但其作用非常重要。 一个单片机系统能否正常运行，首先要检查是否能够复位成功。系统接电时要 复位，断电时要复位，发生大故障后也要复位。初步检查可以用示波器探头监 视 RST 引脚，按下复位键，观察是否有足够幅度的波形输出（瞬时的）还可以 通过改变复位电路阻容值进行实验。复位有两种方式，一种是上电复位，一种 是按键复位，本系统采用按键复位方式。如图 3.3 为本系统复位电路。图中 RC 共 50 页 第 8 页 装 订 线 构成微分电路，在接电瞬间，产生一个微分脉冲，其宽度若大于 2 个机械周期， MCS-51 将复位。为保证微分脉冲宽度足够大，RC 时间常数应大于 2 个机械周 期。一般取 22uF 电容、1 千欧姆的电阻。 图 3.3 复位电路 3.23.2数据采集电路的设计数据采集电路的设计 3.2.13.2.1 ADC0809ADC0809简介简介 1主要特性 1）8 路 8 位 AD 转换器，即分辨率 8 位。 2）具有转换起停控制端。 3）转换时间为 100s 4）单个5V 电源供电 5）模拟输入电压范围 05V，不需零点和满刻度校准。 6）工作温度范围为-4085 摄氏度 7）低功耗，约 15mW。 2内部结构 ADC0809 是 CMOS 单片型逐次逼近式 AD 转换器，内部结构如图 3.4 所示， 它由 8 路模拟开关、地址锁存与译码器、比较器、8 位开关树型 DA 转换器、 逐次逼近 共 50 页 第 9 页 装 订 线 图 3.4 ADC0809 内部结构框图 寄存器、三态输出锁存器等其它一些电路组成。因此，ADC0809 可处理 8 路模拟量输入，且有三态输出能力，既可与各种微处理器相连，也可单独工作。 输入输出与 TTL 兼容。 3外部特性（引脚功能） ADC0809 芯片有 28 条引脚，采用双列直插式封装，如图 3.5 所示。下面说 明各引脚功能。 图 3.5 ADC0809 引脚图 IN0IN7：8 路模拟量输入端。 ：8 位数字量输出端。 ADDA、ADDB、ADDC：3 位地址输入线，用于选通 8 路模拟输入中的一路。 如表 3.1 所示。 共 50 页 第 10 页 装 订 线 表 3.1 ADDA、ADDB、ADDC 真值表 ADDCADDBADDA输入通道 000IN0 001IN1 010IN2 011IN3 100IN4 101IN5 110IN6 111IN7 ALE：地址锁存允许信号，输入，高电平有效。 START： AD 转换启动信号，输入，高电平有效。 EOC： AD 转换结束信号，输出，当 AD 转换结束时，此端输出一个高 电平（转换期间一直为低电平）。 OE：数据输出允许信号，输入，高电平有效。当 AD 转换结束时，此端 输入一个高电平，才能打开输出三态门，输出数字量。 CLK：时钟脉冲输入端。要求时钟频率不高于 640KHZ。 REF（+）、REF（-）：基准电压。 Vcc：电源，单一5V。 GND：地。 ADC0809 的工作过程是：首先输入 3 位地址，并使 ALE=1，将地址存入地 址锁存器中。此地址经译码选通 8 路模拟输入之一到比较器。START 上升沿将 逐次逼近寄存器复位。下降沿启动 AD 转换，之后 EOC 输出信号变低，指示 转换正在进行。直到 AD 转换完成，EOC 变为高电平，指示 AD 转换结束， 结果数据已存入锁存器，这个信号可用作中断申请。当 OE 输入高电平 时，输 出三态门打开，转换结果的数字量输出到数据总线上。 3.2.23.2.2 ADC0809ADC0809与与STC89C51STC89C51接口接口 本系统采用的晶振为 6MHZ，STC89C51 ALE 脚的频率为 FOSC/61MHZ。而 ADC0809 的最大允许频率值为 640KHZ。所以，ALE 需要经双 D 触发器 74LS 分频 后接入 ADC0809 的时钟脚，如图 3.6 所示。 共 50 页 第 11 页 装 订 线 12345678 A B C D 87654321 D C B A Title NumberRevisionSize A2 Date:10-Jun-2008Sheet of File:C:Documents and SettingsAdministrator、13.ddbDrawn By: EA/VP 31 X1 19 X2 18 RESET 9 RD 17 WR 16 INT0 12 INT1 13 T0 14 T1 15 P10 1 P11 2 P12 3 P13 4 P14 5 P15 6 P16 7 P17 8 P00 39 P01 38 P02 37 P03 36 P04 35 P05 34 P06 33 P07 32 P20 21 P21 22 P22 23 P23 24 P24 25 P25 26 P26 27 P27 28 PSEN 29 ALE /P 30 TXD 11 RXD 10 U1 ST C89C51 IN-0 26 msb2-1 21 2-2 20 IN-1 27 2-3 19 2-4 18 IN-2 28 2-5 8 2-6 15 IN-3 1 2-7 14 lsb2-8 17 IN-4 2 EOC 7 IN-5 3 ADD-A 25 IN-6 4 ADD-B 24 ADD-C 23 IN-7 5 ALE 22 ref(-) 16 ENABLE 9 ST ART 6 ref(+) 12 CLOCK 10 U6 ADC0809 R6 15K +5V X RD1 M PX 2100 、 450 100K r5 C40.1nF +12 D2 7.5V R17 1K R18 10K 1 2 3 2A 74LS02 1 2 3 1A 74LS02 12 A 74LS04 图 3.6 ADC0809 与 STC89C51 接口电路 3.2.33.2.3 DAC0832DAC0832简介简介 DAC0832 是采样频率为八位的 D/A 转换器件, 其:芯片内有两级输入寄存器， 使 DAC0832 具备双缓冲、单缓冲和直通三种输入方式，以便适于各种电路的需 要(如要求多路 D/A 异步输入、同步转换等)。D/A 转换结果采用电流形式输出。 要是需要相应的模拟信号，可通过一个高输入阻抗的线性运算放大器实现这个 供功能。运放的反馈电阻可通过 RFB 端引用片内固有电阻，还可以外接。 该片逻辑输入满足 TTL 电压电平范围，可直接与 TTL 电路或微机电路相接。 引脚说明如下： D0D7：数字信号输入端。 ILE：输入寄存器允许，高电平有效。 CS：片选信号，低电平有效。 WR1：写信号 1，低电平有效。 XFER：传送控制信号，低电平有效。 WR2：写信号 2，低电平有效。 IOUT1、IOUT2：DAC 电流输出端。 Rfb：是集成在片内的外接运放的反馈电阻。 3.2.43.2.4 STC89C51STC89C51与与DAC0832DAC0832接口接口 共 50 页 第 12 页 装 订 线 如图 3.7 所示，STC89C51 通进引脚/WR 控制 DAC0832 的片选，当 STC89C51 执行写命令时/WR 脚变为低电平，由于 DAC0832 的/CS 片选信号脚与/WR 脚相连， 故/CS 也变低有效，选中 DAC0832。 STC89C51 的 P0 口与 DAC0832 的 D0D7 相连，由此单片机向 DAC0832 发送 数字量。STC89C51 的 P2_5,P2_6,P2_7 脚经过 74LS138 译码号控制 DAC0832 的 写 1 信号是否有效。 12345678 A B C D 87654321 D C B A Title NumberRevisionSize A2 Date:10-Jun-2008Sheet of File:G:13(1).ddbDrawn By: Vcc 20 Iout1 11 lsbDI0 7 Iout2 12 DI1 6 DI2 5 Rfb 9 DI3 4 DI4 16 Vref 8 DI5 15 DI6 14 msbDI7 13 ILE 19 WR2 18 CS 1 WR1 2 Xfer 17 U7 DAC0832 5 4 2 312 U8A OP27 5 4 2 312 U9A OP27 +5V R9 15K R10 30K +12 -12 +5V -12V +12V R19 15K EA/VP 31 X1 19 X2 18 RESET 9 RD 17 WR 16 INT0 12 INT1 13 T0 14 T1 15 P10 1 P11 2 P12 3 P13 4 P14 5 P15 6 P16 7 P17 8 P00 39 P01 38 P02 37 P03 36 P04 35 P05 34 P06 33 P07 32 P20 21 P21 22 P22 23 P23 24 P24 25 P25 26 P26 27 P27 28 PSEN 29 ALE/P 30 TXD 11 RXD 10 U1 STC89C51 图 3.7 STC89C51 与 DAC0832 接口电路 3.33.3 系统并行系统并行I/OI/O口扩展电路的设计口扩展电路的设计 8155 芯片内包含有 256 字节 RSM，2 个 8 位、1 个 6 位的可编程并行 I/O 口，和 1 个 14 位定时器/计数器。由于 8155 既具有 RSM 又具有 I/O 口，因而 是单片机系统中最常用的外围接口芯片之一。 共 50 页 第 13 页 装 订 线 图 3.8 8155 芯片图 引脚说明 8155 共 40 个引脚10，采用了双列直插的封装，主要引脚功能如下： SD7SD0：地址数据总线；单片机和 8155 之间的地址、数据、命令、状 态信息都是通过它来传送的。 CE：片选信号线，低电平有效。 RD：存储器读信号线，低电平有效。 WR：存储器写信号线，低电平有效。 SLE：地址及片选信号锁存信号线，高电平有效。在下降沿时将地址及片 选信号锁存到器件中。 IO/M：IO 接口与存储器选择信号线，高电平选择 I/O，低电平选择存储器。 PS7PS0：S 口输出/输入线。 PB7PB0：B 口输出/输入线。 PC5PC0：C 口输出/输入或控制信号线，用作控制信号时其功能如下： PC0：S INTR（S 口中断信号线） PC1：S BF（S 口缓冲器满信号线） PC2：SSTB（S 口选通线） PC3：B INTR（B 口中断信号线） PC4：B BF（B 口缓冲器满信号线） PC5：BSTB（B 口选通线） SD7SD0 寄存器 S7 S6 S5 S4 S3 S2 S1 S0 0 0 0 命令/状态寄存器（命令状态 口） 0 0 1 S 口（PS7PS0） 0 1 0 B 口（PB7PB0） 1 0 0 C 口（PC7PC0） 1 0 0 定时器低 8 位 1 0 1 定时器高 6 位和 2 位计数器 方式 TIMER IN：定时器/计数器输入端； TIMER OUT：定时器/计数器输出端； RESET：复位信号线。 共 50 页 第 14 页 装 订 线 3.43.4 显示电路显示电路设计设计 在本单片机系统中，显示用的是 3 个 LED 即发光二极管。LED 数码管结构 简单，价格便宜，是通过同名管脚上所加电平高低来控制发光二极管是否点亮 而显示不同字形的。它有七段和八段之分，也有共阴和共阳的区别，这里采用 的是八段共阴型 LED。 图 3.9 为共阴八段 LED 管的原理图。图中，所有发光二极管阴极共连后接 到 G 脚。正常显示时 G 脚接地，各发光二极管是否点亮取决于 a-dp 各引脚上 是否是低电平。 图 3.9 共阴数码管 MCS-51 对 LED 管的显示可以分为静态显示和动态显示两种。在静态显示的 方式下，每一位显示器的字段需要一个 8 位 I/O 口，公共端可直接接地（共阴） 。显示时，每一位字段分别从 I/O 控制口输出，保持不变直至 CPU 刷新显示为 止。静态显示方式的特点是八段 LED 管稳定地同时地显示各自字形，但占用 I/O 口线多。为了简化电路， 本系统采用 7406 TTL 集电极开路六反相高压驱动器驱动数码管的位， 7407 TTL 集 电极开路六正相高压驱动器驱动 LED 段码。如图 3.10 所示： 共 50 页 第 15 页 装 订 线 AD0 12 PA0 21 AD1 13 PA1 22 AD2 14 PA2 23 AD3 15 PA3 24 AD4 16 PA4 25 AD5 17 PA5 26 AD6 18 PA6 27 AD7 19 PA7 28 PB0 29 CE 8 PB1 30 RD 9 PB2 31 WR 10 PB3 32 IO/M 7 PB4 33 ALE 11 PB5 34 PB6 35 PB7 36 TMROUT 6 PC0 37 PC1 38 TMRIN 3 PC2 39 PC3 1 PC4 2 RESET 4 PC5 5 U4 8155 A1 1 A2 2 A3 3 A4 4 A5 5 A6 6 GND 7 Y1 8 Y2 9 Y3 10 Y4 11 Y5 12 Y6 13 VCC 14 7407 A1 1 A2 2 A3 3 A4 4 A5 5 A6 6 GND 7 Y1 8 Y2 9 Y3 10 Y4 11 Y5 12 Y6 13 VCC 14 +5 1008 +5V 7406 A1 1 A2 2 A3 3 A4 4 A5 5 A6 6 GND 7 Y1 8 Y2 9 Y3 10 Y4 11 Y5 12 Y6 13 VCC 14 7407 +5V +5V a b c d e f g dp a bf c g d e DPY 1 2 3 4 5 6 7 a b c d e f g 8 dp dp DS1 DPY_7-SEG_DP a bf c g d e DPY 1 2 3 4 5 6 7 a b c d e f g 8 dp dp DS2 DPY_7-SEG_DP a bf c g d e DPY 1 2 3 4 5 6 7 a b c d e f g 8 dp dp DS3 DPY_7-SEG_DP EA/VP 31 X1 19 X2 18 RESET 9 RD 17 WR 16 INT0 12 INT1 13 T0 14 T1 15 P10 1 P11 2 P12 3 P13 4 P14 5 P15 6 P16 7 P17 8 P00 39 P01 38 P02 37 P03 36 P04 35 P05 34 P06 33 P07 32 P20 21 P21 22 P22 23 P23 24 P24 25 P25 26 P26 27 P27 28 PSEN 29 ALE/P 30 TXD 11 RXD 10 U1 STC89C51 图 3.10 系统显示电路 本系统采用的是动态扫描显示电路。动态显示是将显示各位的所有相同的 字段线连接在一起，由一个 8 位 I/O 口控制，而每一位的公共端有另一个 I/O 共 50 页 第 16 页 装 订 线 口控制。由于多位同时选通，必须采用轮流显