单片机生产过程模拟控制

1、桂 林 电 子 科 技 大 学微 机 单 片 机 接 口 设 计 报 告 指导老师： 吴兆华 学 生： 赵运庆 学 号： 桂林电子科技大学机电工程学院微机综合设计设计报告一、设计题目1二、设计内容与要求1三、设计目的意义1四、系统硬件电路图1五、程序流程图与源程序2 5.1 程序流程图2 5.2 源程序3六、系统功能分析与说明3 6.1 总体功能实现说明3 6.2 元器件的选择及功能介绍3 6.2.1 元器件的选择3 6.2.2 元器件的功能介绍4七、设计体会8八、参考文献9 生产过程控制模拟设计报告一、设计题目生产过程模拟控制二、设计内容与要求用8031单片机和8255的PB口模拟控制6道工

2、序。用PB口德某位控制某道工序的启停，工序启停用发光二极管的亮灭表示。各工序执行时间为8秒，3秒，5秒，6秒，6秒，4秒。从第一到第六工序顺序循环三、设计目的意义1、 通过8255并行口扩展控制，进一步熟悉和掌握单片机的结构及工作原理，加深对单片机理论知识的理解；2、 掌握单片机内部功能模块的应用；3、 掌握单片机的接口及相关外围芯片的特性、使用与控制方法；4、 掌握单片机的编程方法，调试方法；5、 掌握单片机应用系统的构建和使用，为以后设计和实现单片机应用系统打下良好的基础。四、系统硬件电路图(1) 8031单片机和8255并行口扩展控制硬件电路原理图如下：图1：电路原理图图2：复位装置图3

3、：晶振电路(2) PCB图如下：图4：PCB图五、程序流程图与源程序5.1 PB口状态情况状态红（PB0）黄（PB1）绿（PB2）红（PB3）黄（PB4）绿（PB5）备注工1011111延时8s工2101111延时3s工3110111延时5s工4111011延时6工5111101延时6s工6111110延时4s图5：程序流程图5.2 源程序CS8255 EQU 7F00HPORTB EQU 7F02H ;设置为PB口输出ORG 0000HLJMP MAINORG 0050HMAIN: MOV DPTR,#CS8255 MOV A,#01H MOVX DPTR,A ;8255初始化START:

4、MOV DPTR,#PORTB MOV A,#B ;工序1全灯亮 MOVX DPTR, A LCALL DELAY2 ;延时8sL1: MOV DPTR,#PORTB MOV A,#B ;工序1-红灯亮 MOVX DPTR, A LCALL DELAY1 ;延时8sL2: MOV DPTR,#PORTB MOV A,#B ;工序2黄灯亮 MOVX DPTR, A LCALL DELAY2 ;延时3sL3: MOV DPTR,#PORTB MOV A,#B ;工序3-绿灯亮 MOVX DPTR, A LCALL DELAY3 ;延时5sL4: MOV DPTR,#PORTB MOV A,#B ;

5、工序4-红灯亮 MOVX DPTR, A LCALL DELAY4 ;延时6 sL5: MOV DPTR,#PORTB MOV A,#B ;工序5-黄灯亮 MOVX DPTR, A LCALL DELAY4 ;延时 6sL6: MOV DPTR,#PORTB MOV A,#B ;工序6-红灯亮 MOVX DPTR, A LCALL DELAY5 ;延时 6s LJMP L1DELAY1: MOV R3,#40 ;延时8s程序 D1: MOV R4,#200 D2: MOV R5,#250 D3: NOP NOP DJNZ R5,D3 DJNZ R4,D2 DJNZ R3,D1 RETDELAY

6、2: MOV R3,#15 ;延时3s程序 D4: MOV R4,#200 D5: MOV R5,#250 D6: NOP NOP DJNZ R5,D6 DJNZ R4,D5 DJNZ R3,D4 RETDELAY3: MOV R3,#25 ;延时5s程序 D7: MOV R4,#200 D8: MOV R5,#250 D9: NOP NOP DJNZ R5,D9 DJNZ R4,D8 DJNZ R3,D7 RETDELAY4: MOV R3,#30 ;延时6s程序 D10: MOV R4,#200 D11: MOV R5,#250 D12: NOP NOP DJNZ R5,D12 DJNZ

7、R4,D11 DJNZ R3,D10 RETDELAY5: MOV R3,#20 ;延时4s程序 D13: MOV R4,#200 D14: MOV R5,#250 D15: NOP NOP DJNZ R5,D15 DJNZ R4,D14 DJNZ R3,D13 RET END六、系统功能分析与说明6.1 总体功能实现说明本次设计单片机采用89s51,它是一种低功耗、高性能的8位CMOS微控制器。片内含有4KB的存储器(EPEROM)，与8031引脚和指令系统完全兼容。89s51的VCC接+5V，VSS接地。复位引脚RESET外接RC电路和复位开关，可以实现人工复位。本系统采用按键电平复位，如

8、硬件图所示。XTAL1和XTAL2引脚外接12MHZ晶振和两个30PF的电容。一般，单片机系统中高集成度芯片的电源端都应并联虑波电容，但此系统中只需扩展一个8255并对发光二极管进行控制，而不需要精确控制，所以没有接虑波电容。从系统实际运行情况看，没有接虑波电容未对系统稳定性造成影响。89s51单片机中，没有单独的地址总线和数据总线，而是和P0口和P2口公用的：P0口分时地作为低8位地址线和8位数据线用，P2口则作为高8位地址线用。所以有16条地址线和8条数据线，但要注意，他们不是独立的总线，而是和I/O端口合用的。本系统是扩展8255，用到了89C51的P0口作为低8位地址线和数据线，高8位

9、地址则由P2口控制，P2.0接在8255的A0上，P2.1接在A1上，8255的片选由P2.7控制。本系统中要求实现8255的PB口输出数据等于PA口输入数据，我的做法是：在PA口接上开关，控制高低电平的变化；PB口则接上发光二极管，通过发光二极管的亮灭情况可知PB口的输出状态以及PA输入状态，从而达到系统的要求。为了很好地保护发光二极管，在每个发光二极管的回路上接上限流电阻，大小为1K，PA口的电阻大小为10K。当按下PA口的开关时，PB口相应的发光二极管将亮起。本设计可用于抢答器设计等领域。6.2 元器件的选择及功能介绍6.2.1 元器件的选择元器件是整个综合实践的基础,所以元器件的选择和

10、型号的确定是十分重要的。对元件的选择，一般必须需要考虑的有以下几个方面：（1）电气性能；（2）占地效率；（3）成本和供应；（4）元件可靠性和使用环境条件；（5）和设计规范的吻合；（6）合适的工艺和设备规范；（7）可组装性、可测试性、可返修性；（8）与制造相关的资料是否完整可得（如元件完整详细外行尺寸、引脚材料、工艺温度限制等）。此设计中我们通过查阅资料选择了以下元器件:如表1所示,基本上实现了我们要求的功能。表1：元器件列表名称数量型号备注51单片机1个ATMEL89C51控制82551个D8255AC-2输出晶振1个12MHz无极性电容2个30pF极性电容1个22uF电阻10个1K和10K限

11、流发光二极管7个电源显示及状态显示6.2.2 元器件的功能介绍(1) ATM89S51主要功能特性：图5：MCS-51单片机的基本结构AT89S51是一个低功耗，高性能CMOS 8位单片机，片内含4k Bytes ISP(In-system programmable)的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISP Flash存储单元，功能强大的微型计算机的AT89S51可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。AT89S51具有如下特点：40

12、个引脚，4k Bytes Flash片内程序存储器，128 bytes的随机存取数据存储器（RAM），32个外部双向输入/输出（I/O）口，5个中断优先级2层中断嵌套中断，2个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，看门狗（WDT）电路，片内时钟振荡器。此外，AT89S51设计和配置了振荡频率可为0Hz并可通过软件设置省电模式。空闲模式下，CPU暂停工作，而RAM定时计数器，串行口，外中断系统可继续工作，掉电模式冻结振荡器而保存RAM的数据，停止芯片其它功能直至外中断激活或硬件复位。同时该芯片还具有PDIP、TQFP和PLCC等三种封装形式，以适应不同产品的需求。主要功能特性： 兼容MC

13、S-51指令系统 32个双向I/O口 2个16位可编程定时/计数器 全双工UART串行中断口线 2个外部中断源 中断唤醒省电模式 看门狗（WDT）电路 灵活的ISP字节和分页编程 4k可反复擦写(1000次）ISP Flash ROM 4.5-5.5V工作电压 时钟频率0-33MHz 128x8bit内部RAM 低功耗空闲和省电模式 3级加密位 软件设置空闲和省电功能 双数据寄存器指针(2) 89S51 的并行接口89S51单片机有4个8位的并行接口，记作P0、Pl、P2和P3，共32根IO线。每个口主要由四部分构成：端口锁存器、输入缓冲器、输出驱动器和引至芯片外的端口引脚。它们都是双向通道，

14、每一条I/O线都能独立地用作输入或输出。作输出时数据可以锁存，作输入时数据可以缓冲。但这四个通道的功能不完全相同。P0口和P2口内部各有一个2选1的选择器，受内部控制信号的控制，在如图位置则是处在I/O口工作方式。四个接口在进行IO方式时，特性基本相同：作为输出口用时，内部带锁存器，故可以直接和外设相连、不必外加锁存器。作为输入口用时，有两种工作方式，即所谓读端口和读引脚。读端口时实际上并不从外部读人数据，而只是把端口锁存器中的内容读人到内部总线，经过某种运算和变换后，再写回到端口锁存器。属于这类操作的指令很多，加对端口内容取反等等。而读引脚时才真正地把外部的数据读入到内部总线。逻辑图中各有两

15、个输入缓冲器，CPU根据不同的指令，分别发出“读端口”或“读引脚”信号，以完成两种不同的读操作。在端口作为外部输入线，也就是读引脚时，要先通过指令，把端口锁存器置l，然后再实行读引脚操作，否则就可能读入出错。若不先对端口置1，端口锁存器中原来状态有可能为0，加到输出驱动场效应管栅极的信号为l，该场效应管就导通，对地呈现低阻抗。这时即使引脚上访入的是1信号，也会因端口的低阻抗而使信号变低，使得外加的1信号读入后不一定是1。若先执行置1操作，则可以驱动场效应管截止，引脚信号直接加到三态缓冲器，实现正确的读入。由于在输入操作时还必须附加一个准备动作，所以这类I/O口被称为“推双向”口。这四个接口特性

16、上的差别主要是P0、P2和P3都还有第二功能，而P1口则只能用作I/O口。89S51的芯片引脚中没有专门的地址总线和数据总线，在向外扩展存贮器和接口时，由P2口输出地址总线的高8位A15-A8，由P0口输出地址总线的低8位A7-A0，同时对P0口采用了总线复用技术，P0口又兼作8位双向数据总线D7-D0，即由P0口分时输出低8位地址或输人/输出8位数据，在不作总线扩展用时，P0口和P2口可以作为普通I/O口使用。P0口作为低8位地址总线和8位数据总线用时，内部控制信号使MUX开关倒向上端，从而使地址/数据信号通过输出驱动器输出。当向外部存贮器读写时，P0口就用作低8位地址和数据总线用。这时P0

17、口是一个真正的双向口.P2口还可以作为高8位地址总线用，同样通过Mux开关的倒换来完成。P2在外部存贮器读写时(地址大于FFH)作高8位地址线用。P3口的每一位都有各自的第二功能，见表2。通道位第二功能注 释P3.0RXD串行输入口P3.1TXD串行输出口P3.2INT0外部中断0输入P3.3INT1外部中断1输入P3.4T0计数器0计数输入P3.5T1计数器1计数输入P3.6WR外部数据RAM写选通信号P3.7RD外部数据RAM读选通信号表2：通道P3的第二功能四个接口的负载能力也不相同。P1、P2、P3口都能驱动三个LSTTLl，并且不需外加电阻就能直接驱动MOS电路。P0口在驱动TTL电

18、路时能带八个略TTL门，但驱动MOS电路时若作为地址/数据总线，可以直接驱动，而作为I/O口时，格外接上拉电阻(电阻接vcc)，才能驱动MOS电路.(3) 发光二级管的基本原理说明发光二极管（LED）是用半导体材料制作的正向偏置的PN结二极管.其发光机理是当在PN结两端注入正向电流时,注入的非平衡载流子（电子空穴对）在扩散过程中复合发光,这种发射过程主要对应光的自发发射过程.发光二极管具有可靠性较高,室温下连续工作时间长、光功率电流线性度好等显著优点,而且由于此项技术已经发展得比较成熟,所以其价格非常便宜.因此在一些简易的光纤传感器的设计中,如果LED能够胜任,选用它作为光源即可大大降低整个传

19、感器的成本.然而LED的发光机理决定了它存在着很多的不足,如输出功率小、发射角大、谱线宽、响应速度低等.因此,在一些需要功率高、调制速率快、单色性好的光源的传感器设计中,就不得不以提高成本为代价,选用其它更高性能的光源.(4) 8255特性一个并行输入/输出的LSI芯片，多功能的I/O器件，可作为CPU总线与外围的接口。具有24个可编程设置的I/O口，即使3组8位的I/O口为PA口，PB口和PC口。它们又可分为两组12位的I/O口，A组包括A口及C口(高4位,PC4PC7)，B组包括B口及C口(低4位,PC0PC3)。A组可设置为基本的I/O口，闪控(STROBE)的I/O闪控式，双向I/O3

20、种模式；B组只能设置为基本I/O或闪控式I/O两种模式，而这些操作模式完全由控制寄存器的控制字决定。(5) 8255引脚功能RESET：复位输入线，当该输入端外于高电平时，所有内部寄存器（包括控制寄存器）均被清除，所有I/O口均被置成输入方式。 CS：芯片选择信号线，当这个输入引脚为低电平时,即/CS=0时,表示芯片被选中，允许8255与CPU进行通讯；/CS=1时，8255无法与CPU做数据传输。 RD：读信号线，当这个输入引脚为低电平时，即/RD=0且/CS=0时，允许8255通过数据总线向CPU发送数据或状态信息，即CPU从8255读取信息或数据。 WR：写入信号，当这个输入引脚为低电平

21、时，即/WR=0且/CS=0时，允许CPU将数据或控制字写入8255。 D0D7：三态双向数据总线，8255与CPU数据传送的通道，当CPU 执行输入输出指令时，通过它实现8位数据的读/写操作，控制字和状态信息也通过数据总线传送。 PA0PA7：端口A输入输出线，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。 PB0PB7:端口B输入输出线，一个8位的I/O锁存器， 一个8位的输入输出缓冲器。 PC0PC7:端口C输入输出线，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。端口C可以通过工作方式设定而分成2个4位的端口， 每个4位的端口包含一个4位的锁存器，分别与端

22、口A和端口B配合使用，可作为控制信号输出或状态信号输入端口。A0，A1：地址选择线，用来选择8255的PA口，PB口，PC口和控制寄存器。当A0=0，A1=0时，PA口被选择；当A0=0，A1=1时，PB口被选择；当A0=1，A1=0时，PC口被选择；当A0=1，A1=1时，控制寄存器被选择。七、设计体会微机综合设计是对我们大学所学知识的总结和运用，对我们的综合能力有很大的帮助和提高。 随着科学技术发展的日新日异，单片机已经成为当今计算机应用中空前活跃的领域，在生活中可以说得是无处不在。因此作为二十一世纪的大学来说掌握单片机的开发技术是十分重要的。因为课程所学的都是理论知识，而从理论到实践是需要一定过程的，微机综合设计就是一次很好的锻炼机会对于我们这些以后可能从事控制行业的人来说有着举足轻重的作用。时间过得很快，两周的微机综合设计就这样结束了。之前我对自己没什么信心，总