曹馨丹毕论最终!(共47页)

1、摘要 II摘 要工业生产中过程控制是流量测量与仪表应用的一大领域，流量与温度、压力和物位一起统称为过程控制中的四大参数，人们通过这些参数对生产过程进行监视与控制。流量的检测和控制在化工、能源电力(dinl)、冶金、石油等领域应用广泛。流量计在现代农业、水利建设、生物工程、管道输送、航天航空、军事领域等也都有广泛的应用。 在天然气工业蓬勃发展的现在，天然气的计量引起了人们的特别关注，因为在天然气的采集、处理、储存、运输和分配过程中，需要数以百万计的流量计，其中有些(yuxi)流量计涉及到的结算金额数字巨大，对测量和控制准确度和可靠性要求特别高。本文从经济实用的角度出发，采用美国Atmel公司的单

2、片机AT89C51作为主控芯片与数据存储器单元，结合(jih)涡轮流量传感器，AD转换器，四位LED显示，声光报警器等，采用单片机汇编语言编程，设计了一款可对流量进行实时检测，并具有上下限报警功能的涡轮流量计，可实现对管道内天然气的流量的实时检测。本文详细论述了基于单片机的流量检测系统的设计方案，主要解决系统的总体设计，硬件电路的设计以及系统软件的设计。关键词：AT89C51；ADC0809；流量检测；涡轮流量传感器Abstract IIIAbstractProcess control is a big field of the flow measurement and instrumenta

3、tion in industrial production. Flow and temperature, pressure and thing location are together collectively referred to the four big parameters of the process control. Through these parameters ,the production process are monitoring and controlled. The accurate measurement and adjustment for fluid flo

4、w are is to guarantee the safe and economic operation, improve product quality and reduce the material consumption, to improve the economic benefit, and the scientific management foundation in the production process. Flow-meter have also been widely used in modern agriculture and water conservancy o

5、f flow construction, biological engineering, pipes, aerospace, military field. The detection and control of flow is widely applied in the chemical, electrical energy, metallurgy, petroleum and other fields. As the gas industry booming now, natural gas measurement caused the people of particular conc

6、ern.Because it needs millions of flow-meter in collection, treatment, storage, transportation and distribution process of natural gas, and some of these flow meter relates to the huge number of settlement amount , the measurement and control accuracy and reliability requirements are particularly hig

7、h.This article is from the economical and practical point of view, using of the United States Atmel Corporation AT89C51 microcontroller as a master chip and the data memory unit, combined with Vortex flow sensor, AD converter, four LED digital display, sound and light alarm and so on. Dominated by t

8、he assembly language, it describe a design of a turbine flow-meter which has a real-time detection of flow and the alarm function. This flow meter can realize the detection the natural gas in the pipeline. This article discusses the of flow based on SCM, mainly to solve the design of the whole syste

9、m, the hardware circuit design and the design of the system software.Keywords：AT89C51,；ADC0809,；Flow Detecting；Vortex Flow Sensor目录目 录TOC o 1-3 h u HYPERLINK l _Toc28967 摘 要 PAGEREF _Toc28967 I HYPERLINK l _Toc29712 Abstract PAGEREF _Toc29712 II HYPERLINK l _Toc23718 1 绪论(xln) PAGEREF _Toc23718 1 HY

10、PERLINK l _Toc30621 2 系统(xtng)工作原理 PAGEREF _Toc30621 4 HYPERLINK l _Toc28287 2.1 总体设计 PAGEREF _Toc28287 4 HYPERLINK l _Toc8377 2.2 工作(gngzu)原理 PAGEREF _Toc8377 4 HYPERLINK l _Toc15071 2.3 流量计分类 PAGEREF _Toc15071 5 HYPERLINK l _Toc14751 2.4涡轮流量计的结构与原理 PAGEREF _Toc14751 6 HYPERLINK l _Toc30388 2.5涡轮流量

11、计的特点 PAGEREF _Toc30388 7 HYPERLINK l _Toc28838 2.6 元器件的选择 PAGEREF _Toc28838 8 HYPERLINK l _Toc6066 2.6.1 单片机 PAGEREF _Toc6066 8 HYPERLINK l _Toc10905 2.6.2 A/D转换元件 PAGEREF _Toc10905 11 HYPERLINK l _Toc17844 2.6.3 LED数码管 PAGEREF _Toc17844 16 HYPERLINK l _Toc29982 2.6.4通信元件 PAGEREF _Toc29982 18 HYPERL

12、INK l _Toc12316 3 系统硬件电路的设计 PAGEREF _Toc12316 20 HYPERLINK l _Toc287 3.1 传感器的设计与信号的采集 PAGEREF _Toc287 20 HYPERLINK l _Toc12047 3.1.1霍尔效应 PAGEREF _Toc12047 20 HYPERLINK l _Toc3460 3.1.2实体电路 PAGEREF _Toc3460 21 HYPERLINK l _Toc6088 3.3 单片机硬件电路及其外围电路的设计 PAGEREF _Toc6088 21 HYPERLINK l _Toc11462 3.3.1 系

13、统时钟电路 PAGEREF _Toc11462 21 HYPERLINK l _Toc9305 3.3.2 复位电路 PAGEREF _Toc9305 22 HYPERLINK l _Toc25641 3.3.3 单片机与A/D接口 PAGEREF _Toc25641 23 HYPERLINK l _Toc4750 3.3.4单片机与LED显示的接口 PAGEREF _Toc4750 24 HYPERLINK l _Toc22932 3.3.5 报警电路 PAGEREF _Toc22932 25 HYPERLINK l _Toc31441 3.3.6 通信电路 PAGEREF _Toc3144

14、1 26 HYPERLINK l _Toc11620 4 系统软件流程图设计 PAGEREF _Toc11620 27 HYPERLINK l _Toc10043 4.1主程序流程图： PAGEREF _Toc10043 27 HYPERLINK l _Toc18356 4.2子程序流程图 PAGEREF _Toc18356 28 HYPERLINK l _Toc13375 4.2.2显示(xinsh)程序流程图 PAGEREF _Toc13375 29 HYPERLINK l _Toc23781 4.2.3报警(bo jng)程序流程图 PAGEREF _Toc23781 30 HYPERL

15、INK l _Toc20368 4.2.4通信(tng xn)程序流程图 PAGEREF _Toc20368 31 HYPERLINK l _Toc20259 5 抗干扰技术 PAGEREF _Toc20259 33 HYPERLINK l _Toc17734 5.1 干扰的来源 PAGEREF _Toc17734 33 HYPERLINK l _Toc27021 5.2 硬件措施设置看门狗 PAGEREF _Toc27021 33 HYPERLINK l _Toc2391 5.2.1看门狗电路基本原理 PAGEREF _Toc2391 34 HYPERLINK l _Toc25099 5.2

16、.2看门狗电路一般设计方式 PAGEREF _Toc25099 34 HYPERLINK l _Toc19951 结论 1 绪论(xln)1.1 选题的背景(bijng)和意义 流量就是在单位时间内流体通过一定截面积的量。这个量用流体的体积(tj)来表示，称为瞬时体积流量，简称体积流量；用流量的质量来表示称为瞬时质量流量，简称质量流量。这一段时间内流体体积流量或质量流量的累积值称为累积流量。 对在一定通道内流动的流体的流量进行测量统称为流量计量。流量测量的流体是多样化的，如测量对象有气体、液体、混合流体；流体的温度、压力、流量均有较大的差异，要求的测量准确度也各不相同。因此，流量测量的任务就是

17、根据测量目的，被测流体的种类、流动状态、测量场所等测量条件，研究各种相应的测量方法，并保证流量量值的正确传递。流量的测量在热电生产、石油化工、食品卫生等工业领域具有广泛的应用。随着传感器技术，微电子技术、单片机技术的发展，为气体流量的精确测量提供了新的手段。充分利用单片机丰富的硬件资源，配以适当的检测接口电路，可精确测量由涡街流量传感器或电磁流量传感器输出的代表流量大小的脉冲信号，以及气体在当地状态下的压力、温度等模拟电压信号。由软件计算出流量，以简单的硬件结构实现了一个高可靠性、高精度、多功能的气体流量检测系统。工业生产中过程控制是流量测量与仪表应用的一大领域，流量与温度、压力和物位一起统称

18、为过程控制中的四大参数，人们通过这些参数对生产过程进行监视和控制。对流体流量进行正确测量和调节是保证生产过程安全经济运行、提高产品质量、降低物质消耗、提高经济效益、实现科学管理的基础。 通过对本课题的研究，训练综合运用已学课程的基本知识，独立进行单片机应用技术和开发工作，掌握单片机程序设计、调试和应用电路设计、分析及调试检测。对流体流量进行正确测量和调节是保证生产过程安全经济运行、提高产品质量、降低物质消耗、提高经济效益、实现科学管理的基础。流量的检测和控制在化工、能源电力、冶金、石油等领域应用广泛。人们为了控制大气污染，必须对污染大气的烟气以及其他温室气体排放量进行监测；废液和污水的排放，使

19、地表水源和地下水源受到污染，人们必须对废液和污水进行处理，对排放量进行控制。于是数以百万计的烟气排放点和污水排放口都成了流量测量对象。同时在科学试验领域，需要大量的流量控制系统进行仿真与试验。1.2 国内外研究(ynji)现状及发展趋势17世纪托里拆利奠定差压式流量计的理论基础，这是流量测量的里程碑。自那以后，18、19世纪流量测量的许多类型仪表的雏形开始形成，如堰、示踪法、皮托管、文丘里管、容积、涡轮及靶式流量计等。20世纪由于过程(guchng)工业、能量计量、城市公用事业对流量测量的需求急剧增长，才促使仪表迅速发展，微电子技术和计算机技术的飞跃发展极大地推动仪表更新换代，新型流量计如雨后

20、春笋般涌现出来。至今，据称已有上百种流量计投向市场，现场使用中许多棘手的难题可望获得解决。 我国近代流量(liling)测量技术发展比较晚，早起所需的流量仪表均从国外进口。中国流量仪表制造业从上世纪30年代中期以仪表修配开始，到解放前后在上海、天津等沿海地区形成了现代流量仪表的民族工业。到改革开放前，经历了仿制、统一设计、自行研究开发过程，目前已近初具规模，基本上能满足中等水平流量仪表的需要。改革开放以来又经历了技术引进，与国际先进技术企业合资、合作，仪表性能和水平有了很大提高。近年国际主流企业纷纷在中国建立生产基地，既增强了研发能力也增添了竞争因素，现在我国流量计产品已很全面，基本覆盖所有行

21、业，满足各行业产生需要，技术革新较快，但在产品生产工艺上仍然有很大提高的空间。 流量显示仪表的发展经过了机械运算记录图表式，模拟运算机械计数式，简单逻辑运算数显示和微处理器运算及多功能数字显示四个过程。自从单片机出现后，各种各样的智能流量显示仪不断出现，取代了原有的传统的机械式或者纯模拟、数字电路构成的流量显示仪。智能流里显示仪以单片机为核心可以进行各种流最计算、累加、显示等功能。流量显示仪具有使用方便、工作可靠、可进行补偿计算等优点。从上世纪80年代以来，各种智能流量显示仪就不断出现，功能也不断拓展、完善。智能流量显示仪正朝着低功耗、智能化、网络化、多功能方向发展。具体来说，智能流量显示仪可

22、以实现流量及其它信号的采集、流量计算累加及补偿计算、数据示、数据远程传愉及打印等功能。根据用户的不同需要，开发人员可以设计出具有不同功能的智能流量显示仪，软件编程非常灵活。1.3 研究内容(nirng)及需解决的问题本文主要研究的是基于单片机的流量检测系统的设计，实现(shxin)对管道内天然气的流量的检测，并将流量值实时显示在LED数码管上，且如果流量值超过上下限范围，即调用报警系统，实现声光报警。本文详细论述(lnsh)了该设计的具体方案，主要解决系统的总体设计，硬件电路的设计以及系统软件的设计。其中硬件电路设计包括单片机最小系统、流量传感器的设计、放大器的设计、AD转换器接口设计、LED

23、显示接口设计、报警器设计等，软件设计包括主程序、信号采集与AD转换程序、显示程序及报警程序。由于实际应用中传感器输出的信号比较微弱，易受到内部干扰及外部干扰的影响，所以在设计结尾描述了一些抗干扰措施。一个产品的具体设计是复杂与艰巨的，设计的好坏直接影响到工业生产的效率和安全。在设计过程中的遇到的每个难点都得一一克服，而本设计的难点在于如何设计简单易行的流量传感器，各芯片的如何应用与合理搭接，而软件的编写如何简洁无误也是一个难点，在实际设计中不断克服改进，力求方案的可行性。2 系统工作原理2.1 总体设计由流量传感器采集流量信息(xnx)，然后经过AD转换器将连续的模拟信号离散化后传给单片机。单

24、片机在系统软件的控制作用下，对输入的数据进行分析，向外部输出控制信号，实现LED显示。LED数码管显示动态的流量，同时，若流量超过上下限范围，报警电路产生声光报警信号，提醒流量不在正常范围内，需采取相应控制。系统软件主要包括主程序，显示程序等供主程序调用的子程序。主程序实现系统的总体功能，子程序实现相应的具体(jt)功能。系统硬件结构图如图2-1所示。涡轮流量传感器A/D转换器复位电路晶振电路单片机AT89C51数码管显示报警电路通信电路图2-1 系统(xtng)硬件结构图2.2 工作原理被测流体流经涡轮流量传感器时，传感器内的叶轮借助于流体的动能而产生旋转，周期性的改变磁电感应转换系统中的磁

25、阻值，使通过线圈的磁通量周期性的发生变化而产生电脉冲信号。在一定的流量范围下，叶轮转速与流体流量成正比，即电脉冲数量与流量成正比。该脉冲信号经放大器放大后送至二次仪表进行流量和总量的显示或积算。在测量范围内，传感器输出的脉冲总数与流过传感器的体积总量成正比，其比值称为仪表常数，以K (次/L)表示。每台传感器都经过实际标定测得仪表常数值。当测出脉冲信号的频率f 除以仪表常数K便可求得瞬进流量q(L/s)。即q=f/K。流量传感器采集到流量信息，通过变换器，转化为电信号，AD转换器将模拟电信号转化为离散信号，传给单片机。单片机将信号以数字形式在LED数码管上显示。2.3 流量计分类(fn li)

26、流量测量方法和仪表的种类繁多,分类方法也很多。至今为止,可供工业用的流量仪表种类达60种之多。品种如此之多的原因就在于至今还没找到一种对任何流体、任何量程、任何流动状态(zhungti)以及任何使用条件都适用的流量仪表。 这60多种流量仪表(ybio),每种产品都有它特定的适用性,也都有它的局限性。按测量对象划分就有封闭管道和明渠两大类;按测量目的又可分为总量测量和流量测量,其仪表分别称作总量表和流量计。 总量表测量一段时间内流过管道的流量,是以短暂时间内流过的总量除以该时间的商来表示,实际上流量计通常亦备有累积流量装置,做总量表使用,而总量表亦备有流量发讯装置。因此,以严格意义来分流量计和总

27、量表已无实际意义。 按照目前最流行、最广泛的分类法,即分为:容积式流量计、差压式流量计、浮子流量计、涡轮流量计、电磁流量计、流体振荡流量计中的涡街流量计、质量流量计和插入式流量计、探针式流量计，以下分别阐述各种流量计的原理、特点、应用概况及国内外的发展情况。2.3.1涡轮流量计 涡轮流量计, 是速度式流量计中的主要种类, 它采用多叶片的转子(涡轮) 感受流体平均流速, 从而推导出流量或总量的仪表。一般它由传感器和显示仪两部分组成, 也可做成整体式。 涡轮流量计和容积式流量计、科里奥利质量流量计称为流量计中三类重复性、精度最佳的产品, 作为十大类型流量计之一, 其产品己发展为多品种、多系列批量生

28、产的规模。2.3.2涡街流量计 涡街流量计是在流体中安放一根非流线型游涡发生体, 流体在发生体两侧交替地分离释放出两串规则地交错排列的游涡的仪表。涡街流量计按频率检出方式可分为: 应力式、应变式、电容式、热敏式、振动体式、光电式及超声式等。涡街流量计是属于(shy)最年轻的一类流量计, 但其发展迅速, 目前成为通用的一类流量计。2.3.3电磁(dinc)流量计 电磁(dinc)流量计是根据法拉弟电磁感应定律制成的一种测量导电性液体的仪表。电磁流量计有一系列优良特性, 可以解决其它流量计不易应用的问题, 如脏污流、腐蚀流的测量。70、80 年代电磁流量在技术上有重大突破, 使它成为应用广泛的一类

29、流量计, 在流量仪表中其使用量百分数不断上升。2.3.4差压式流量计 差压式流量计是根据安装于管道中流量检测件产生的差压, 已知的流体条件和检测件与管道的几何尺寸来计算流量的仪表。2.3.5浮子流量计 浮予流量计, 又称转予流量计, 是变面积式流量计的一种, 在一根由下向上扩大的垂直锥管中, 圆形横截面的浮子的重力是, 由液体动力承受的, 从而使浮子可在锥管内自由地上升和下降。浮予流量计是仅次于差压式流量计应用范围最宽广的一类流量计, 特别在小、微流量方面有举足轻重的作用。2.3.6容积式流量计 容积式流量计, 又称定排量流量计, 简称PD 流量计, 在流量仪表中是精度最高的一类。它利用机械测

30、量元件把流体连续不断地分割成单个已知的体积部分, 根据测量室逐次重复地充满和排放该体积部分流体的次数来测量流体体积总量。容积式流量计按其测量元件分类, 可分为椭圆齿轮流量计、刮板流量计、双转子流量计、旋转活塞流量计、往复活塞流量计、圆盘流量计、液封转筒式流量计、湿式气量计及膜式气量计等。2.3.7 超声流量计 超声流量计是通过检测流体流动对超声束( 或超声脉冲) 的作用以测量流量的仪表。根据对信号检测的原理超声流量计可分为传播速度差法( 直接时差法、时差法、相位差法和频差法) 、波束偏移法、多普勒法、互相关法、空间滤法及噪声法等。超声流量计和电磁流量计一样, 因仪表流通通道未设置任何阻碍件,

31、均属无阻碍流量计, 是适于解决流量测量困难问题的一类流量计, 特别在大口径流量测量方面有较突出的优点, 近年来它是发展迅速的一类流量计之一。2.4涡轮流量计的结构(jigu)与原理涡轮流量计：气体涡轮流量计是一种(y zhn)速度式流量计，如图2-2所示。它是由涡轮、轴承、前置放大器、显示仪表组成；被测流体冲击涡轮叶片，使涡轮旋转，涡轮的转速随流量(liling)的变化而变化，即流量大，涡轮的转速也大，再经磁电转换装置把涡轮的转速转换为相应频率的电脉冲，经前置放大器放大后，送入显示仪表进行计数和显示，根据单位时间内的脉冲数和累计脉冲数即可求出瞬时流量和累积流量。涡轮变送器的工作原理是当流体沿着

32、管道的轴线方向流动，并冲击涡轮叶片时，便有kQ = f ，其中：Q 是流经变送器的流量（L/s）；f 是电脉冲频率（Hz）；k 是仪表系数（次/升）。管道内流体的力作用在叶片上，推动涡轮旋转。在涡轮旋转的同时，叶片周期性地切割电磁铁产生的磁力线，改变线圈的磁通量。根据电磁感应原理，在线圈内将感应出脉动的电势信号，此脉动信号的频率与被测流体的流量成正比，k 是涡轮变送器的重要特性参数，它是代表每立方米流量有几个脉冲，或者每升流量有几个脉冲，不同的仪表有不同的k。涡轮变送器输出的脉冲信号，经前置放大器放大后，送入显示仪表，就可以实现流量的测量。根据单位时间内的脉冲数和累积脉冲数即可求出瞬时流量和累

33、积流量。 图2-2 涡轮流量(liling)传感器结构图2.5涡轮流量计的特点(tdin)在各种流量计中涡轮流量计、容积式流量计是可以得到最佳重复性的少数仪表。二者相比，涡轮流量计又具有自己的特点，如结构简单、加工零部件少、质量轻、维修方便、成本低的特点。涡轮流量计还具有测量准确度高、测量范围广、压力损失小、惰性小、温度范围广及数字信号输出等优点。像这样的技术参数其他流量计则是难以达到的。因此涡轮流量计在工业上应用最广泛，发展最迅速。除了在石油、化工、电力工业中用来测量水、油品、燃气等管流流量及食品工业中测量牛奶、酒类等流量外，由于其兼有测量准确度高和重复性好的特点，故还可以作为校验其它流量计

34、的标准表。涡轮流量计虽有很多优点，但由于涡轮必须与流体接触并转动，因此对被测流体的洁净度要求高。流体的温度、粘度、密度对仪表指示值也有较大影响。而且由于有转动部件，会带来轴承的磨损，使仪表的使用年限受到影响。因此，必须注意根据被测流体的具体情况恰当的选择(xunz)变送器型式及其附属设备，如附加适当的过滤器等保护设备。应该指出，随着新材料、新工艺的发展，仪表转动部分的耐磨性、变送器的维修性能和寿命正在不断提高；随着对涡轮流量计粘度修正问题研究的不断深入以及测量线路的完善和微的应用，涡轮流量计可以方便和准确得进行各种参数的修正，显示仪表的性能也将更臻完善目前生产的双涡轮流量计，由于变送器内串联两

35、个涡轮，可以互相校核，从而提高了仪表使用的可靠性，受到好评。可以预言，随着涡轮流量计结构和性能的不断完善，以及高性价比，它将在各个领域中越来越广泛的得到应用，在流量测量和标准传递中发挥更大作用。2.6 元器件的选择(xunz)2.6.1 单片机 目前在市场常见的有PHILIPS、SIEMENS、INTEL、ATMEL等公司生产的100多种型号的80C51系列单片机。这类单片机具有集成度高，性能价格比优越(yuyu)的特点，在上业测量控制领域内获得极为广泛的应用。 AT89C51属于MCS-51系列单片机，在MCS-51系列中，各类单片机是相互兼容的，只是引脚功能(gngnng)略有差异。AT8

36、9C51采用INTEL内核技术，结合ATMEL公司闪存技术制造，性能稳定可靠，在程序不太复杂的情况下，无需扩展外部存储器，因此，对于追求可靠性，追求体积轻巧灵便的产品而言，则显得尤为重要。这也是在课题中采用此产品，而没有采用16位或准16位单片视的一个主要原因。 AT89C51是一种带4K宇节闪速可编程可擦除只读存储器(PEROM)的低功耗、高性能CMOS8位微控制器。由于将多功能8位CPU和闪速存储器组合在单个芯片中，AT89C51是一种高效微控制器，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高而价廉的方案。 AT89C51有4个引脚，32个外部双向输入/输出(I/O)端口，同时内含2个外中断口，

37、3个16位可编程定时计数器，2个全双工串行通信口，2个读写口线。其引脚排列图如图2-3所示。AT89C51可以按照常规方法进行编程，也可以在线编程。其将通用的微处理器和Flash存储器结合在一起，特别是可反复擦写的Flash存储器可有效地降低开发成本。图2- 3 AT89C51引脚图AT89C51的40个引脚共分为(fn wi)端口线、电源线和控制线三类。端口线（48=32条）8051共有(n yu)四个并行I/O端口，每个端口都有八条端口线，用于传送数据/地址。由于每个端口的结构各不相同，因此它们在功能和用途上的差别(chbi)颇大。现对它们综述如下：P0.7P0.0：这组引脚共有八条，为P

38、0口所专用，其中P0.7为最高位，P0.0为最低位。这八条引脚共有两种不同的功能，分别使用于两种不同的情况之下。第一种情况是AT89C51不带片外存储器，P0口可以作为通用I/O口使用，P0.7P0.0用于传送CPU的输入/输出数据。这时，输出数据可以得到锁存，不需要外接专用锁存器，输入数据可以得到缓冲，增加了数据输入的可靠性。第二种情况是AT89C51带片外存储器，P0.7P0.0在CPU访问片外存储器时先是用于传送片外存储器的低8位地址，然后传送CPU对片外存储器的读写数据。P1.7P1.0：这八条引脚和P0口的八条引脚类似(li s)，P1.7为最高位，P1.0为最低位。当P1口作为(z

39、uwi)通用I/O使用时，P1.7P1.0 的功能和P0口的第一功能相同，也用于传送(chun sn)用户的输入输出数据。P2.7P2.0：这组引脚的第一功能和上述两组引脚的第一功能相同，即它可以作为通用I/O使用。它的第二功能和P0口引脚的第二功能相配合，用于输出片外存储器的高8位地址，共同选中片外存储器单元，但并不能像P0口那样还可以传送存储器的读写数据。P3.7P3.0：这组引脚的第一功能和其余三个端口的第一功能相同。第二功能作控制用，每个引脚并不完全相同，如表2-1所示。表2-1 P3口各位的第二功能P3口的位第二功能 注释P3.0P3.1P3.2P3.3P3.4P3.5P3.6P3.

40、7RXDTXD T0T1串行数据接收口串行数据发送口外中断0输入外中断1输入计数器0计数输入计数器1计数输入外部RAM写选通信号外部RAM读选通信号电源线（2条）VCC为+5V电源线，VSS为接地线。控制线（6条）ALE/：地址锁存允许/编程线，配合P0口引脚的第二功能使用。在访问片外存储器时，8051CPU在P0.7P0.0引脚线上输出片外存储器低8位地址的同时还在ALE/线上输出一个高电位脉冲，用于把这个片外存储器低8位地址锁存到外部专用地址锁存器。以便空出P0.7P0.0引脚线去传送随后而来的片外存储器读写数据。在不访问片外存储器时，8051自动在ALE/线上输出频率为fOSC/6的脉冲

41、序列。该脉冲序列可用作外部时钟电源或作为定时脉冲源使用。对于(duy)8751，ALE/线还具有第二功能。它可以在对8751片内EPROM编程/校验(xio yn)时传送52ms宽的负脉冲。/VPP：允许访问片外存储器/编程电源线，可以(ky)控制8051使用片内ROM还是使用片外ROM。若=1，则允许使用片内ROM；若=0，则允许使用片外ROM。对8751，/VPP用于在片内EPROM编程/校验时输入21V编程电源。：片外ROM选通线，在执行访问片外ROM的指令MOVC时，8051自动在线上产生一个负脉冲，用于为片外ROM芯片的选通。其他情况下，线均为高电平封锁状态。RST/VPD：复位/备

42、用电源线，可以时8051处于复位（即初始化）工作状态。通常，8051 的复位有自动上电复位和人工按钮复位两种。RST/VPD的第二功能是作为备用电源输入端。当主电源VCC发生故障而降低到规定低电平时，RST/VPD线上的备用电源自动投入使用，以保证片内RAM中信息不丢失。在单片机应用系统中，除单片机本身需要复位以外，外部扩展I/O接口电路等也需要复位，因此需要一个包括上电和按钮复位在内的系统同步复位电路。XTAL1和XTAL2：片内振荡电路输入线，这两个端子用来外接石英晶体和微调电容，即用来连接8051片内OSC的定时反馈回路。石英晶振起振后要能在XTAL2线上输出一个3V左右的正弦波，以便使

43、MCS-51片内的OSC电路按石英晶振相同频率自激振荡。通常，fOSC的输出时钟频率fOSC为0.5MHz16MHz，典型值为12MHz或11.059MHz。电容C01和C02可以帮助起振，典型值为30pf，调节它们可以达到微调fOSC的目的。MCS-51所需的时钟也可以由外部振荡器提供。外部时钟源应是方波发生器，频率应根据所用MCS-51中的具体机型确定。2.6.2 A/D转换元件ADC有两大类：一类在电子线路中使用，不带使能控制端；另一类带有使能控制端，可和微机直接接口。ADC0809是一种8位逐次逼近式A/D转换器，可以和微机直接接口。主要技术指标和特性（1）分辨率： 8位。（2）总的不

44、可调误差： ADC0808为(1/2)LSB,ADC 0809为1LSB。（3）转换时间： 取决于芯片时钟频率，如CLK=500kHz时，TCONV=128s。（4）单一(dny)电源： +5V。（5）模拟(mn)输入电压范围： 单极性05V；双极性5V,10V(需外加一定电路)。（6）具有(jyu)可控三态输出缓存器。（7）启动转换控制为脉冲式(正脉冲)，上升沿使所有内部寄存器清零，下降沿使A/D转换开始。（8）使用时不需进行零点和满刻度调节。内部结构ADC0809由八路模拟开关、地址锁存与译码器、比较器、256电阻阶梯、树状开关、逐次逼近式寄存器SAR、控制电路和三态输出锁存器等组成。 图

45、2-4 ADC0809内部结构(1)八路模拟开关及地址锁存与译码器八路模拟开关用于输入IN0IN7上八路模拟电压。地址锁存和译码器在ALE信号控制下可以锁存ADDA、ADDB和ADDC上地址信息，经译码后控制IN0IN7上哪一路模拟电压送入比较器。例如：当ADDA、ADDB和ADDC上均为低电平0以及ALE为高电平时，地址锁存和译码器输出使IN0上模拟电压送到比较器输入端VIN。(2)256电阻阶梯和树状开关为了简化问题起见，现以二位电阻阶梯和树状开关为例加以说明。其中，四个分压电阻使A、B、C和D四点分压成2.5V、1.5V、0.5V和0V。SAR中高位D1控制左边两只树状电子开关，低位D0

46、控制右边四只树状开关。各开关旁的0和1表示树状开关闭合条件，由D1D0状态决定。例如：D1=1，则上面开关闭合而下面开关断开，D1=0时的情况正好与此相反。树状开关输出电压VST和D1D0关系列出于表2-2。表2-2 VST和D1D0的关系(gun x)D1 D0VST0 00V0 10.5V1 01.5V1 12.5V对于8位A/D转换器，SAR为八位，电阻阶梯(jit)、树状开关和上述情况类似。只是要有28=256个分压电阻，形成256个标准(biozhn)电压供给树状开关使用。VST送给比较器输入端。(3)逐次逼近寄存器和比较器 逐次逼近寄存器(SAR)在A/D转换过程中存放暂态数字量，

47、在A/D转换完成后存放数字量，并可送到“三态输出锁存器”。A/D转移前，SAR为全0。A/D转换开始时，控制电路使SAR最高位为1，并控制树状开关的闭合和断开，由此产生VST送给比较器。比较器对输入模拟电压VIN和VST进行比较。若VINVST，则比较器输出逻辑0而使SAR最高位由1变为0；若VINVST，则比较器输出使SAR最高位保留1。此后，控制电路在保持最高位不变下，依次对次高位、次次高位最低位重复上述过程，就可在SAR中得到A/D转换完成后的数字量。(4)三态输出锁存器和控制电路三态输出锁存器用于锁存A/D转换完成后的数字量。CPU使OE引脚变为高电平就可以从“三态输出锁存器”取走A/

48、D转换后的数字量。控制电路用于控制ADC0809的操作过程。引脚功能ADC0809采用双列直插式封装，共有28条引脚，如图2-5所示，分为四组简述如下： 图2-5 ADC0809引脚图（1）IN0IN78路模拟(mn)输入，通过3根地址译码线ADDA、ADDB、ADDC选通一路(yl)。（2）D7D0A/D转换后的数据输出端，为三态可控输出，故可直接(zhji)和微处理器数据线连接。8位排列顺序是D7为最高位，D0为最低位。（3）ADDA、ADDB、ADDC模拟通道选择地址信号，ADDA为低位，ADDC为高位。地址信号与选中通道对应关系如表2-3所示。表2-3 地址(dzh)信号与选中通道的关

49、系地 址选中通道ADDCADDBADDA000011110011001101010101IN0IN1IN2IN3IN4IN5IN6IN7（4）VR(+)、VR(-)正、负参考电压输入(shr)端，用于提供片内DAC电阻网络的基准电压。在单极性输入时，VR(+)=5V，VR(-)=0V；双极性输入(shr)时，VR(+)、VR(-)分别接正、负极性的参考电压。（5）ALE地址锁存允许信号，高电平有效。当此信号有效时，A、B、C三位地址信号被锁存，译码选通对应模拟通道。在使用时，该信号常和START信号连在一起，以便同时锁存通道地址和启动A/D转换。（6）STARTA/D转换启动信号，正脉冲有效。

50、加于该端的脉冲的上升沿使逐次逼近寄存器清零，下降沿开始A/D转换。如正在进行转换时又接到新的启动脉冲，则原来的转换进程被中止，重新从头开始转换。（7）EOC转换结束信号，高电平有效。该信号在A/D转换过程中为低电平，其余时间为高电平。该信号可作为被CPU查询的状态信号，也可作为对CPU的中断请求信号。在需要对某个模拟量不断采样、转换的情况下，EOC也可作为启动信号反馈接到START端，但在刚加电时需由外电路第一次启动。（8）OE输出允许信号，高电平有效。当微处理器送出该信号时，ADC0808/0809的输出三态门被打开，使转换结果通过数据总线被读走。在中断工作方式下，该信号往往是CPU发出的中

51、断请求响应信号。工作时序与使用(shyng)说明ADC 0808/0809的工作(gngzu)时序如图2-6所示。当通道(tngdo)选择地址有效时，ALE信号一出现，地址便马上被锁存，这时转换启动信号紧随ALE之后(或与ALE同时)出现。START的上升沿将逐次逼近寄存器SAR复位，在该上升沿之后的2s加8个时钟周期内(不定)，EOC信号将变低电平，以指示转换操作正在进行中，直到转换完成后EOC再变高电平。微处理器收到变为高电平的EOC信号后，便立即送出OE信号，打开三态门，读取转换结果。模拟输入通道的选择可以相对于转换开始操作独立地进行(当然，不能在转换过程中进行)，然而通常是把通道选择和

52、启动转换结合起来完成(因为ADC0808/0809的时间特性允许这样做)。这样可以用一条写指令既选择模拟通道又启动转换。在与微机接口时，输入通道的选择可有两种方法，一种是通过地址总线选择，一种是通过数据总线选择。如用EOC信号去产生中断请求，要特别注意EOC的变低相对于启动信号有2s+8个时钟周期的延迟，要设法使它不致产生虚假的中断请求。为此，最好利用EOC上升沿产生中断请求，而不是靠高电平产生中断请求。图2-6 ADC0808/0809工作时序2.6.3 LED数码管LED是发光二极管的简称，LED有七段和八段之分，也有共阴和共阳两种。LED数码显示管原理LED数码管结构简单，价格便宜。八段

53、LED显示管有八只发光二极管组成，编号是a、b、c、d、e、f、g和SP，分别和同名管脚相连。七段LED显示管比八段LED少一只发光二极管SP，其他的和八段LED相同。八段LED数码显示(xinsh)管原理很简单，是通过同名管脚是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。例如：若在共阴LED管的SP、g、f、e、d、c、b、a管脚上分别加上7FH控制电平（即：SP上为0伏，不亮；其余为TTL高电平，全亮），则LED显示管显示字形为“8”。7FH是按SP、g、f、e、d、c、b、a顺序排列后的十六进制编码（0为TTL低电平，1为TTL高电平），常称为字形码。因此，LED上所显示字形不

54、同，相应字形码也不一样。八段共阴能显示的字形及相应字形码如表4所列。该表常放在内存，SGTB为表的起始地址，各地址骗移量为相应字形码对表始址的项数。由于“B”和“8”、“D”和“0”字形相同，故“B”和“D”均以小写字母“b”和“d”显示。LED数码显示管分为共阴和共阳两种。为共阴八段LED管时，所有发光(f un)二极管阴极共连后接到引脚G，G脚为控制端，用于控制LED是否点亮。若G脚接地，则 LED被点亮；若G脚TTL高电平，则它被熄灭。为共阳八段LED数码显示管时，所有发光二极管阳极共连后接到G脚。正常显示时G脚接+5V，各发光二极管是否点亮取决于aSP各引脚上是否是低电平0伏。因此，共

55、阴和共阳所需字形码正好(zhngho)相反，如表2-3所列。 MCS-51对LED的显示接口电路MCS-51对LED管的显示可以分为静态和动态两种。静态显示的特点是各LED管能稳定地同时显示各自字形；动态显示是指各LED轮流一遍一遍显示各自字符，人们因视觉惰性而看到的是各LED似乎在同时显示不同字形。表2-3八段LED数码显示管字型码表地址偏移量共阴字形码共阳字形码所显字符SGTB+0H3FHC0H0+1H06HF9H1+2H5BHA4H2+3H4FHB0H3+4H66H99H4+5H6DH92H5+6H7DH82H6+7H07HF8H7+8H7FH80H8+9H6FH90H9+AH77H88

56、HA+BH7CH83Hb+CH39HC6HC+DH5EHA1Hd+EH79H86HE+FH71H8EHF+10H00HFFH空格+11HF3H0CHP+12H76H89HH+13H80H7FH+14H40HBFH图2-7共阴极(ynj)数码管数码管原理图2.6.4通信(tng xn)元件简介(jin ji)MAX232芯片是美信(MAXIM)公司专为RS-232标准串口设计的单电源电平转换芯片，使用+5v HYPERLINK /doc/4092980.html 单电源供电。概述MAX220MAX249系列线 HYPERLINK /doc/1574227.html 驱动器/接收器，专为EIA/T

57、IA-232E以及V.28/V.24 HYPERLINK /doc/5726081.html 通信接口设计，尤其是无法提供12V电源的应用。这些器件特别适合电池供电系统，这是由于其低功耗关断模式可以将功耗减小到5uW以内。MAX225、MAXX233、MAX235以及MAX245/MAX246/MAX247不需要外部元件，推荐用于 HYPERLINK /doc/6755325.html 印刷电路板面积有限的应用。关键特性对于低电压、集成ESD应用：MAX3222E/MAX3232E/MAX3237E/MAX3241E/MAX3246E：+3.0V至+5.5V、低功耗、最高1Mbps、真正的RS

58、-232收发器，使用4个0.1F外部电容(MAX3246E提供UCSP封装)对于(duy)低成本应用：MAX221E：15kV ESD保护(boh)、+5V、1A、 HYPERLINK /doc/2237312.html 单路RS-232收发器，带AutoShutdown引脚介绍(jisho)第一部分是 HYPERLINK /doc/6069427.html 电荷泵电路。由1、2、3、4、5、6脚和4只电容构成。功能是产生+12v和-12v两个电源，提供给RS-232串口电平的需要。第二部分是 HYPERLINK /doc/6739126.html 数据转换通道。由7、8、9、10、11、12

59、、13、14脚构成两个数据通道。其中13脚(R1IN)、12脚(R1OUT)、11脚(T1IN)、14脚(T1OUT)为第一数据通道。8脚(R2IN)、9脚(R2OUT)、10脚(T2IN)、7脚(T2OUT)为第二数据通道。TTL/CMOS数据从11引脚(T1IN)、10引脚(T2IN)输入转换成RS-232数据从14脚(T1OUT)、7脚(T2OUT)送到电脑DB9插头;DB9插头的RS-232数据从13引脚(R1IN)、8引脚(R2IN)输入转换成TTL/CMOS数据后从12引脚(R1OUT)、9引脚(R2OUT)输出。第三部分是供电。15脚GND、16脚VCC(+5v)。 图2-8 M

60、AX232引脚图和电路图主要(zhyo)特点符合(fh)所有的RS-232C HYPERLINK /doc/6758310.html 技术标准；只需要单一 +5V电源(dinyun)供电；片载电荷泵具有升压、电压极性反转能力，能够产生+10V和-10V电压V+、V-；功耗低，典型供电电流5mA；内部集成2个RS-232C驱动器；高 HYPERLINK /doc/1121546.html 集成度，片外最低只需4个电容即可工作。3 系统硬件电路的设计3.1 传感器的设计(shj)与信号的采集 流量信号通过涡轮流量传感器采集，本设计(shj)应用霍尔效应设计传感器。3.1.1霍尔效应(xioyng)