基于单片机的流量计设计

第一章绪论11本题的来及研究象石油化工是国国民经济的支柱产业之一，其所实现的利润占全国国有及国有控股业总利润的右。油井产的计量是油田生产管理中的一项重要工作，油井产量进行准确、及时的计量，对掌握油藏况，制定生产方案，具有重的指导意义。目前国内各油田采用的油井产量量方法主要有玻璃管量油孔测气、翻斗量油孔板测气、两相分离密度法和相分离计量方法等。随着技的进步，油田越来越需要功能强、自动化程度的油井计量设备以提高劳动产率和油田的管理水平。除此以外为了使高粘度的石油得到开，就得在开过程中直接加入降粘剂，如果少了，石油抽不上来，加多了又造成经济浪费由此引出了这个恒流量的控系统。综上所述，论是在石油的开采过程中注入降粘剂，还是在油的计量及运输过程中对于流量都要求一定的精确计量和控制。因此本课题就是针对这一具体实要求，通过对当前一些相关领域的分析和研究设计出了一种基于AT89C51单片机的制系统。本系统的研对象就是液体如石油、水等的流量，通过对流的检测，完成对流量的制。流量有瞬时流量和累积流量两种单位。瞬流量指单位时间内通过管道截面的流体的数量；累积流量指一段时间内的流量。瞬时流量可以用体积量、质量流量和重量流量三种方法来表示，而两种表示方法最为常用。除上述瞬时流量之外，生产过程中有时还需要测某段时间之内流体通过的累总量，称为累积流量，也常被称为总流量。质总量以M表示，体积流量以Qv表示流量是要的过程参之一流是衡量设备的效率和济性的重要标；流量是生产操作和控制的依据，流量的测与控制是实现工业生产过程动化的一项重要任务。12研目的、义及研内容研究内容本课题的主要研究内容是对流量进检测主要由流量感器采集流信息，然后经过AD转换器将续的模拟信号离散化后传给单片机单片机在软件系统的控制根据预先的设置和预期的控制要求,通过步电机来精确制阀门的开度实现对量的精确控制中硬件电路的搭接是本设计的重，控制系统软件的设计是本课题的核心。硬件路部分，采用AT89C51片机，外扩EPROM存储器，成单片机控制统的主体部分。通电磁流量传器转换器进行输入过控制步进电机动阀门来控输出。一些其他的能，如设定值输入，数码管显示则通过扩展I/O接口芯片8155来完成相应功能。系统软件设计部分，分别对拨码盘设定输入，步进电机控制，AD转换控制，数码管显示等程序进行了设计，且设计了主程序和流量控制PID序。研究目的及义于石油是重要的能源论上从节约能源的角度，还是从经济角度来看,对于流量精确控制都是十分必要生的经济效益也是十分显的。在自来水的监测与流量控制中，应用高度的流量计量与控制仪表也必须的，所带来的经济效益是十分巨大且显而见的。开展石油化过程流程模拟、先进控制与过程优化技术的研与应用具有十分重要的实意义，是当前国内外石油化工界广泛关注的个话题。自动化技术可以提计量准确度、数据可靠性和及时性，为优化生运行、核算经济效益、强化产调度和有效监控生产过程，进一步降低泵站业噪声污染，改善职工工作件，减轻劳动强度，避免职业伤害，延长设备用寿命以及企业节能降耗工起到积极作用。13流计概述在现代工业产过程自动化中，流量是重要的过程参数之一流量是衡量设备的效率经济性的重要指标；流量是生产操作和控制的据，因为在大多数工业生产，常用测量和控制流量来确定物料的配比与耗，实现生产过程自动化和最控制。同时为了进行经济核算，也必须知道如个班组流过的介质总量所流的测量与控是实现工业生产过程自化的一项重任务。所谓流量是单位时间内通过某一截面的物料数量，即瞬时量。131流量计分类在流体工业有大量的物料（流体）需要通过管道来传送，石油生产企业中的石油输和控制、污水处理企业中的污水传送和检测化工企业中各种气体的传输控制。为了提高产品质量，降低生产成本，控污气污水的排放以保护环境对管道中流体的测量和控制实现自动化就成为产过程中必不可少的一项任。工业上常用流量计种类很多，如按照其测量原理来分类，致有四类：差压式流量，速度式流量计，容积式流量计及其它类型流计如基于电磁感应原理的电流量计和超声波流量计等。差压式流量主要利用管内流体通过节流装置时，其流量与流装置前后的压差有一的关系，只要设法测出这一压差值，就可求得量之犬小。属于这一类流量的有标准节流装置及转子流量计等。节流装置发展较早，技术成熟而较完，又因为应用广泛，国际和国内都有这方面的准；转子流量计又名浮子流计，它是工业上最常用的一种流量仪表，它具压力损失小，可以用来测量体或气体的流量，而且适宜在的小管径上测量。但转子流量计因为其构上的特点决定了它只能安装在垂直流动的锥管子上使用，而流体介质的向应该是自下而上的。速度式流量主要利用管内流体的速度来推动叶轮旋转，叶的转速和流体的瞬时流成正比，一段时间内的转数与该时间段的累积流量成正比。属于这类流量的有叶轮式水表和涡沦流量计等。家用自来水就是典型的叶轮式流量计，轮式自来水表比较简单价廉，但精确度不高。沦流量计的基本原理是涡轮流体流动的作用力推动之下不断转动，涡轮转的角速度，也就是讯号的频数，它基本上与流体介质的体积流量值成正比测量这一频率数就可确定流的瞬时流量和累积流量值。涡轮流量计具有较的精度，但由于它具有轴承分，所以影响了仪表的使用范围和寿命，同时必须严格要求流体纯净。容积式流量主要利用流体连续通过一定容积之后进行流量计的原理。属于这类流计有椭圆齿轮流量计和腰轮（罗茨）流量计等椭圆齿轮流量计和腰轮流量原理相近，通过测量腰轮或齿轮的转数就可知累计总容积，这种仪表精确较高，但只适应小流量的测量。其它类型的量计有电磁式流量计和超声波流量计等。电磁流量计利用导体在磁场运动切割磁力线时，就会产主感应电动势，其向又右手定则确定其大小有磁应强度B导体在磁场内的长度L导体的运动速度V三者的乘积决定，就是法拉第定律。根据此原理可以测导电流体流量。但是由于感应电势很，一般为毫伏数量级，故对抗干扰要求很高，流体必须具有导电性对大管径流量面磁式流量计较前面所述的量计具有较优势，它可以制成径3M的流量计。超声波流量是一种较新的测量方法用超声波在流中的传播速与流体流动速有关，据此可以实现流量测量。这种方法也不造成压力损失，并且适合于管径、非导电性、强腐蚀性的液体或气体流量测量。分析比较以几种流量计的优缺点，前三种中虽然有的测量度较高，但是都有一定压力损失，因为这些方法对流动或多或少有些力，而且只适用于小管径的量测量；而电磁式和超声式流量计则可维持管畅通无阻，或者说压力损失不足道，而且对于大管径流量测量具有绝对的势；从电磁式和超声式来比，超声式对于大管径的流量测量更具有优势，抗干扰能力比电磁式要强。132电磁流计简介一、概述电磁流量计根据法拉第电磁感应定律研制成功的一种流量，重要用于测量导电液体积流量世纪30年便有了比较系统的电磁流量计的理论，20世纪50年开始进入工应用领域世纪7080年代磁流量计技术了突破性的展，成为使用广泛的一类仪表，应用领域涉及业、农业、医学等多个领域介质范围也从电率很低的蒸馏水到电导率很高的液态金属，并有成熟的高温高压及高腐蚀性的设计方法流量计已基实现小型化、智能化、一化，并已有0.2级精度的品化电磁流计出现。电磁流量计用的原理与常见的差压式流量计不同，后者需在管道中设置一定的检元件，因此也易造成堵塞，且会带来一定的压损失。而电磁流量计以电磁应定律为基础，通过安装在管道两侧的磁铁，流动的液体当作切割磁力线导体，由产生的感应电动势测知管道内液体的速和流量。由电磁流量的测量过程，不难看出它有以下主要优点：1）属于非接触性仪表，测量管段是光滑管，管内没有任何阻碍流体流动的节流元件不会引起额外的压力损失，节能效果好，可用测量各种粘度的液体，特别于测量含固体颗粒的液固混合流，如纸浆、泥、污水等。此外除电极外没其他组件与液体直接接触，因此它还适于测量蚀性大的液体，由此形成了特的应用领域。流量计测量程不受被测介质的温度、粘度、密度等因素的响，因此只需一次经标定后就可用于测量其他导电液体的流量。电磁场的产是极快的过程此电磁流量计反应速度快无械惯性，可以测量瞬流量，还可测水平或垂直管道中两个轴向的流。流量计输出与被测介质的流速有关，量程范围宽。应用口径范大，小口径、微小口径常用于医药卫生等有卫要求的场所，中小口常用于高要求或难测场合，如造纸工业测量纸液，大口径多用于给排水工。同时电磁流计也有以下一些不足之处：不能测较高温度流；不能测气体蒸汽以及含大量气泡的液体易受外界电磁干扰造成输出精度影响；结构复杂，本较高。二、电磁流计的结构在结构上电流量传感器由传感器和转换器两部分组成。测量管上下有励磁线圈，通励磁电流后产生磁场穿过测量，一对电极装在测量管壁与液体相接触，引出感应电动势送到转换器励磁电流则由转换器提供。换器将传感器送来的流量信号进行放大，并转成与流量信号成正比的标准号输出，最终完成显示、记录和调节控制等功。电磁流量传器主要由测量管组件、磁路系统等部分组成。1．测量管组件测量管位于感器中心，它的材料及制造应满足下列要求：必须由不导材料制成，以使磁力线能进入被测介质；一般还应由阻抗材料构成，如玻璃钢或不锈钢，以减小涡流带俩的损耗。在使用金属测量管（如不锈钢）时，整根测量管的内侧应有绝缘层或衬垫绝缘管，以避免流体中的电流被管壁短路。2．磁路系统磁路系统的用是要产生一个磁场，而产生的磁场波形由选的励磁方式决定。励磁式的不同直接影响到仪表的抗干扰性，常用的直流励磁、正弦交流励磁、电流方波励磁三种。直流励磁利用永磁体或者直流电源励产生恒定磁，简单可靠，受交流磁场扰小。但其显著缺点是直流感应电动势在两个极表面形成固定的正负极性引起被测介质电解，电极间电阻增大，感生的量产生的电动势减小。所以种方式只适合于非电解质的导电液体（如液态属）的测量。正弦交流励利用正弦交流电电磁流量传感中的励磁绕组供电，产生交正弦磁场，能避免直流励磁所带来的电极极化题，缺点是会带来一系列的干扰和噪声，如串模干扰和共模干扰。创模干扰：相位上比流量信号滞后90°的干扰信，途径之一是导电液体和外电路成的闭合回路在交变磁场作用下产生的感应电势；其二是被测导电流体形流柱，在垂直于磁力线的轴向截面上产生涡电。共模干扰：率相位与流量信号一致的干扰信号，产生的主原因之一是绝缘电阻和布电容产生分压；之二是杂散电流在地线上产压降。实际应用中采用降低电源频率、严格电磁屏蔽、线路补偿使用独立地线等方法，小这些干扰的影响。（3恒电流方波励磁励磁电流大小恒克服了直流励磁带来的电极化问题，但路较为复杂。电磁流量转器的作用是通过内部的线性放大器将传感器输的毫伏级电压信号放大并装换成标准电流、电压或频率输出，实现流的显示、记录、积算等功能此外，针对相应的励磁方式，内部电路中还应括抗干扰电路。三、电磁流计的选用和安装（一）选用电磁流量计选用应综合使用场合、被测介质、测量要求等素来考虑。一般的化工冶金、污水处理等行业可以选用通用型电磁流计，有爆炸性危险的场则应选用防爆型，医药卫生等行业则可选用卫型。对于测量精的选择也应视具体情况而定，应在经济允许范内追求精度等级高的流计例如一些高精度的电磁流量误差可以达（～1﹪，可用于昂贵质的精确测量，而一些低精度流量计成本较为廉，用于对控制调节等一般求的场合。被测介质的蚀性、磨蚀性、流速、流量等因素也会影响电流量计的选择，实际应中应因情况而合理选择，具体可查询相关手册（二）传感的安装传感器的安应注意以下问题：避免安装在围有强腐蚀性气体的场所；避免安装在周围有动机、变压器等可能来电磁干扰的场合；如果测量对象是两相或多流体，应避免可能会使流体分离的场所避免安装在可能被雨浸没的场所免阳光直射。水平安装时电极轴应处于水平，防止流体夹带气泡可能引的电极短时间绝缘；直安装时流动方向应向上，可使较轻颗粒上浮开传感电极区。传感器应采接地措施以减小干扰的影响。在一般情况下，通过将参比电极或金管将管中流体接地，将传感器的接地片与地线连。如果是非导电的管道或没有参比电极，可以将流体通过接地环接地。本控制系统用常见的电磁流量计作为传感器。14控阀概述控制阀是自控制系统中非常重要的一个环节，犹如人的手脚。控制阀调节流体流，克服干扰来保证被控变量达到给定的工艺指。控制阀的阀分由阀的内件和阀体组成，阀的内件包括阀芯阀杆、填料函和上阀盖。上阀盖和填料函用于对阀杆密封和对阀杆进导向，防止工艺介质沿控制门的阀杆这个可动部件向外泄漏，它是阀体不分割的一部分。常规的上阀结构形式一般有四种：普通型、散热片型、长型和波纹管密封型。材一般有铸铁、铸钢和不锈钢，填料函一般为聚氟乙烯或柔性石墨。典型的控制的阀盖由与阀体相同的材料或等效的材料制成阀盖承受与阀体相同的度和腐蚀性影响，阀杆密封在经过几百次的循动作之后，就会磨损在工程应中流体压力也会导致密封磨损填的选择也是个问题，填料选择不，控制阀的摩擦力增大而导致控制阀死区增大者很容易使阀杆密封失效。因此，选择制阀，除了阀体结构、材质、执行机构、口径算外，还应根据控制流的压力、温度、压差、流体的性质，合理选择阀盖的结构形式和填料函，防止流体沿着控制阀阀杆泄漏出来，即应充分虑阀杆密封的性能和使用寿。这在工程设计中显得非常重要。在强腐蚀、挥发和有毒有害的工艺流体中，控制阀一般不用普通型、散热片型、颈型上阀盖及密封结构形式，因为此种结构形的密封性能和使用寿命极为限。在强腐蚀、易挥发和有毒有害的工艺条件，一旦阀杆密封被破坏，强蚀、易挥发和有毒有害的工艺介质从控制阀阀中泄漏出来，会对周边环境人身安全带来严重的后果。采用波纹管封型形式是解决上述问题的一个途径。波纹管般由不锈钢做成。这种殊的阀盖结构保护控制阀的填料函避免和流体触，一旦波纹管破裂，在波管上面的填料函结构会防止波纹管破裂失效时生的严重后果。在工程实际，波纹管密封形式的选择应充分考虑波纹管密的压力的额定值会随温度的高而降低，流体中不能有固体的颗粒存在，及纹管材料的最长循环动作寿等。在不锈钢不耐某些工艺介质腐蚀的强腐蚀场所，如工艺介质为湿氯气，湿氯气中含有的微量盐酸会使不锈钢波纹管快被腐蚀，则控制阀阀杆不采用波纹管密封的形式。本控制系统用由步进电机带动的控制阀。第二章功能原说明21控系统的本功能该控制系统基本功能有如下几点：1．流量显示功能复位显示功：平均流量显内容折算成立方米累积流量显内容为立方米累积流量数的保护不受停电的影响显示精度均留到小数点后两位2．对水泵的工作状态进行监视a水泵工作正常，则显示平均流量和累流量的值b当水泵停止工作时显示部分示的内容和复位时相同3．对电动阀门有较好的控制功能在软件设计中考虑到对电机控制时避免频繁启动，因为频动会影响阀门的密封效和使用寿命，流量控制是一个动态的调节过程每次采样后和以前的上次采值取平均值，用这个值和拨码开关值进行比较这样基本上流量控制精度在2﹪～5﹪之间。22系工作原(1)总体设计通过AD转换器为单片机与外输入的接口将外部的模量输入单片机。单片机系统软件的控制作用下，对输入的数据进行分，向外部输出控制信号，步电机是具体的执行机构。同时，系统还设有拨盘输入和数码管显示。拨码作为系统的设定值输入，数码管显示动态的流和累积的流量。系统软件主包括主程序，流量控制程序和供主程序调用的个小的子程序。主程序实现统的总体功能，子程序实现相应的具体功能。量控制程序实现对流量的控。（2）工作原理系统的工作理是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，传给单机。单片机软件系统根据事先的设值对采集的信息进行处理，输出离散的控制信DA转器将离散的控制信转化为模拟电量。通过模拟电量来控制阀门的作，从而调节流量，实现流的精确控制。系统原理框如下：图2.1

系统原理框其中，电磁量计作为流量传感器，采集流量信息，经放大放大后送到AD转换器AD转换器将连续的模拟量转化为单片机接受的离散的字量单vv片机收到流信号后，在控制系统软件的作用下，发出相应执行命令给执行机构——步电机。步进电机带动阀门动作，对流体流量进控制。．3电磁流量计量原理电磁流量计根据法拉第电磁感应定律研制成功的一种流量，重要用于测量导电液体积流量世纪30年便有了比较系统的电磁流量计的理论，20世纪50年开始进入工应用领域世纪7080年代磁流量计技术了突破性的展，成为使用广泛的一类仪表，应用领域涉及业、农业、医学等多个领域介质范围也从电率很低的蒸馏水到电导率很高的液态金属，并有成熟的高温高压及高腐蚀性的设计方法流量计已基实现小型化、智能化、一化，并已有0.2级精度的品化电磁流计出现。电磁流量计用的原理与常见的差压式流量计不同，后者需在管道中设置一定的检元件，因此也易造成堵塞，且会带来一定的压损失。而电磁流量计以电磁应定律为基础，通过安装在管道两侧的磁铁，流动的液体当作切割磁力线导体，由产生的感应电动势测知管道内液体的速和流量。由法拉第电感应定律，当导体在磁场中运动切割磁力线时在它的两端将产生感应动势e其方向由右手定则确定大小则与磁感应强度B切割磁力线的有效度L、垂直磁场方向的速度v成正比，即e=BLSvB、L、v三者之间互相垂直。电磁流量计，在一段不导磁测量管两侧安装上一对电磁铁产生一个均匀分布的磁，磁感应强度B，则管内以速度v动的导电性液体就相当于割磁力线的体，如果沿管道截面与磁场垂直方向上在外管两测安装一对电极，那么流切割线的长度就是两个电极间的距离，也就是道内径D（m则电极中的应电动势为e=BDv由于体积流qv有如下关系vq=v4则4Be=qD

v由此可见，积流量q与成正比，而磁感应强度B恒定值时，在v测量电极上可以得到与流量成正比的电动势。24PID制算法介将偏差的比（P积分（和微分（）通过线性合构成控制量，用这一控制量被控对象进行控制，这样的控制器称控制器。PID控制器是控系统中技术比较成，而且应用广泛的一种控制器。它的结构简，参数容易调整，不一定需要系统的确切数学型，因此在工业的各个领域都有应用。kkkkkkkkPID控器最先出现模拟控制系统中，传统模拟控器是通过硬件（电子元、气动和液压元件）来实现它的功能。随着计机的出现，把它移植到计算控制系统中来将原来硬件实现的功能用软件来代替称作数字PID制器，所形成的一整套算法则称为数字PID算法。数字PID控制与模拟制器相比，具有非常强的灵活性，可以根据试和经验在线调整参数，因此以得到很好的控制性能。由于计算机出现，计算机进入了控制领域。人们将模拟PID控制规律引入到计算机来。对PID控制规律进行适当的变换，可以用软件来实现PID控制，即数PID控制。数字PID制算法可以分为位置式控制算法和量式控制算法。我们采用位式PID算法，故这里主要介绍位置式算法。由于计算机制是一种采样控制，它只能根据采样时刻的偏值计算控制量，而不能模拟控制那样连续输出控制量，进行连续控制由于这一特点，原式中的积项和微分项不能直接使用，必须进行离散化处。离散化处理的方法为以T作为采样周期k为采样序号则离散采样时对应着连续时间t，用和的形式代替分，用增量的形式替微分，可如下近似变换：t（k=0，1，2）

t

e(t)dt

e(jT)=Tejjjde(t)ekek=TT上式中，为表示方便,将类似于ekT）简化成e。k将上式代入式，就可以得到离散的表达式为u=K[ek+kp

T

j

+

TdT

（e-e）]+u（2——1）kk-10或u=Ke+Kkpk

1

ej(e-eDk

k-1

)+u

0

（2——2）j式中k——采样序号，，1，2，……；uk——第k采样时刻的计算机输出值ek——第k采样时刻输入的偏差值；ek-1——k-1次采样时刻输入的偏差值；K1——积系数，K1=KpTT1KD——微系数，KD=KpT；u0——开始行PID控制时的原始初值。如果采样周取得足够小，则式（2—1或式（2—）的近似计算可获足够精确的果，离散控制过程与连续控制过程十分接近。式（2—1和式（2—2）表示的控制算法是直接按模拟式所出的PID制规律定义行计算的，所以它给出了全部控制量的大小，此被称为全量式或位置式PID控制算法。这种算法的点是：由于全量输出，所以每次输出均与过去态有关，计算时要对行累加，工量大；并且，因为计算机输的uk应的是执行机构的实际置如果计算机出现故障输出的uk将大幅度变化会引起执行机构的大幅变化，有可能因此造成严重的生产事故，这在产实际中是不能允许的。应增量式PID控制算法可以免这种现象生。在计算机控系统中，PID控制规律是计算机软件实现的，因此它的灵活性很大一些原来在模拟无法实现的题，在引入计算机后，只要通过软件处就可以得到解决。于是，产生了一系列围绕此的的改进算法，满足不同控应用系统的需求。第三章总体计31硬构成与作原理本系统主要水泵流传感器电阀门和MCS-51单片机控制系统以及液体管线和制线、监视线等组成。系统结构框如下所示：图3.1

系统结构框流量是指单时间内通过管道某一截面的物料数量。本控制统的任务是对通过某一道截面的物料数量即降粘剂流量进行控制。本统采用单片机控制，通过流计采集流量信息，传给单片机。单片机通过预设定值和系统软件进行分析发出相应的控制信号，驱动调节阀动作，从而定降粘剂的配比与耗量，实生产过程自动化。系统的工作理是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，传给单机。单片机软件系统根据事先的设值对采集的信息进行处理，输出离散的控制信DA转器将离散的控制信转化为模拟电量。通过模拟电量来控制阀门的作，从而调节流量，实现流的精确控制。系统硬件结图如下图所示：图3.2硬件框图32软件总结构设计该控制系统程序主要分为三部分：主程序、流量控制程序各种中断子程序。主程完成系统的地址分配、系统初始化和各子程序调用。流量控制程序通过PID控制算法实现系统的数字化控制子程序完成应的各功能。软件设计是控制系统设计的核心，在完成了系统硬件的搭之后，剩下来的主要任接是系统软件的设计。该控制系统的软件设计以分为三部分：一、主程序分。该部分完成存储器分区、数据定义和系统初始化等，以及调用各个子序，完成主要的控制功能；二、流量控制程序通过PID控制算法编写出相应流量控制子程序实现对流量的控制达到预期的控要求；三、各子程。各个子程序完成具体的实现方法，主要包括设定值输入、数码管显示、进电机控制、AD转换中断、时器中断、采样中断等。由此我0们可以得出统的总体设计框图，如下图所示。软件流程图下：图3.3

主程序流程第四章硬件路设41硬总体设思想系统的总体计思想是流量传感器采集到流量信息，通过变器，转化为电信号AD转换器将模拟电信号转化为离散信号，传单片机。单片机软件系统根据事先设定值对采集的信息进行处理，输出离散的控信号DA转换器将离散的控信号转化为模拟电量。通过模拟电量来控制阀的动作，从而调节流量，实流量的精确控制。42片简介421AT89C51单片机及引功能介AT89C51属于MCS-51系列单片机。在MCS-51系列中各类单片机是互兼容的，只引脚功能略有差异。在器件引脚的封装上MCS-51系列机通常有两种封装种是双列直式封装为HMOS型器件所用一种是形封装，大多数在型器件中使用。其中，引脚1引脚2方形封装为引脚2和引脚3）的二功能仅用于8052/8032，NC为空引脚。如下图示。AT89C51有条引脚，共分为端口线、电源线和控线三类。1．端口线（×8=32条）8051共有四个并行口，每个端口都有八条端口线，用于传送数据地址。由于个端口的结构各不相同，因此它们在功能和用上的差别颇大。现对它们综如下：①P—P：这组引脚共有八条，为P口专用，其中P为最高位，P0.70.000.70.0为最低位这八条引脚共有两不同的功能分别使用于种不同的情之下。第一种情况AT89C51不带片外存储器P口可以作为通用I/O口用，P—00.7P用于传送的入/输出数据。这时输出数据可以得到锁存，不需要0.0接专用锁存，输入数据可以得到缓冲，增加了数据输入的靠性。第二种情况是AT89C51片外存储器，—P在CPU访问片外存储器时先是用于传0.70.0片外存储器低8位地址，然后传送CPU对片外存储的读写数据。

01234561.75C90T123456(WR)7(RD)XTAL2XTAL1GND

Ucc(AD0)P0.0(AD1)P0.1(AD2)P0.2(AD3)P0.3(AD4)P0.4(AD5)P0.5(AD6)P0.6(AD7)P0.7(A9)P2.1(A8)P2.0

图4.1AT89C51引脚图WRWR其中，8751P口有第三种功，即它们可以用来8751片0编程或进行程后的读出校验。这时，P—P用于传送EPROM编程机器码0.70.0或读出校验。②P—P：这八条引脚和P的八条引脚类似P为最高位P为最低1.71.001.71.0位。当P口作为通用I/O使用时P—P的功能和口的第一功能相同也11.71.0用于传送用的输入输出数据。8751的还有第二功，既它在8751编程/校验时用于输入片内EPROM1的低8位地。③P—P这组引脚的第一功能和上述两组引的第一功能相同即它可2.72.0以作为通用I/O使用。它的第二功能和P口引脚的第二功相配合，用于出0片外存储器高8位地址同选中片外存储器单元但不能像口那样还可以传送存器的读写数据。8751的P—P还具有第二功能可以配合P—P传送片内EPROM122.72.01.71.0位地址中的八位地址。④P—P这组引脚的第一功能和其余三个端的第一功能相同第二功3.73.0能作控制用每个引脚并不完全相同，如表1所示。表1P3口各位的第二功能P3口的位

第二功能

注释P3.0RDXP3.1TDXP3.2INT

串行数据接口串行数据发口外中断0输入P3.3

INT1

外中断1输入P3.4TP3.5TP3.6

01

计数器0计数输入计数器1计数输入外部RAM写通信号P3.7

外部RAM读通信号2．电源线（条）VCC为+5V电源线，VSS为地线。3．控制线（条）①ALE/：地址锁存允许编程线，配合P0口引脚的第二功能使用。在访问片外储器时，8051CPU在P—P引脚线上出片外存储器低8位地0.70.0址的同时还ALE/PROG线上输出一个高电脉冲用于把这个片外存器低8位地址锁存到外部专用址锁存器。以空出P—P引脚线去传送随后而0.70.0来的片外存器读写数据在不访问片外存储器8051自在线上输出频率/6的脉冲序列。该冲序列可用外部时钟电源或作为定OSC脉冲源使用对于8751，PROG线还具有第二功能。它可以在内EPROM编程/校验时传送宽的负脉冲。②EA/V许访问片外存储/编程电源线以控制8051使片内ROMPP还是使用片ROM。EA=1，则允许使片内ROM；EA=0，则允许使用片外ROM。对8751，用于在片内EPROM编程/校验时输入编程电源。PP③PSEN片外ROM选通线在执行访问片ROM的指令MOVC时8051自动在PSEN线上产生一个负脉，用于为片外ROM芯的选通。其情况下，PSEN线均为高电平封锁状态。④RST/V：复位/备电源线，可时8051于复位（即初始化）工作状PD态。通常，8051的位有自动上复位和人工按钮复位两。RST/V的第二功能是作为备用电输入端主电源V发生故障而降低到PDCC规定低电平RST/V线上的备用电源动投入使用，保证片内RAM中信息PD不丢失。在单片机应系统中，除单片机本身需要复位以外，外部扩接口电路等也需要位此需要一个包括上电按钮复位在内系统同步复电路。⑤XTALXTAL片内振荡电路输入线，这两个端子用来外石英晶体和12微调电容，用来连接8051片内OSC的定时反馈回路。石英晶振起后要能在XTAL线上输出一个3V左右的弦波，以便使2MCS-51片内的路按石英晶相同频率自激振荡。通常，f的输出时OSC频率f为0.5MHz—16MHz，型值为12MHz11.059MHz。电容C和C可以OSC0102帮助起振，型值为30pf，调节们可以达到微f的目的。OSCMCS-51所需的时钟也可以由外振荡器提供时钟源应是方波生器，频率应根据用MCS-51中的具体型确定。422ADC0809介绍ADC有两大类：类在电子线路中使，不带使能制端；另一类带有使能控制端，和微机直接接口。ADC0809是种8位逐次逼式A/D转器，可以和微机接接口。ADC0809的姐妹芯片是ADC0808，可以相互代换。1．内部结构ADC0809由八路模拟开关、地址存与译码器、较器256电阻阶梯、树状开关、逐逼近式寄存器SAR、控制电路和三态输出锁存器等组成。（1）八路模拟开关及地址锁存与译码器八路模拟开用于输入IN—IN上八路模拟电压址锁存译码器在ALE07信号控制下以锁存ADDA、ADDBADDC上地址信息，经译码后控制—IN07上哪一路模电压送入比较器。例如：当ADDA、ADDB和ADDC均为低电平0以及为高电平时地址锁存和译器输出使IN0模拟电压送到比较器入端V。IN（2）256阻阶梯和树状开关为了简化问起见，现以二位电阻阶梯和树状开关为例加以明。其中，四个分压电使ABC和D四点分压成1.5V0.5V和0VSAR中高D制左边两只状电子开关，低位D制右边四只状开关。各开关旁的10和示树状开关闭合条件由D态决定。例如：=1，则上面开关闭101而下面开关开，D=0时的情况正好与相反。树状开关输出电压V和DD1ST10关系列出于2。表2V和DD关系ST10DDV10ST000V010.5V101.5V112.5V对于8位A/D转换器，SAR八位，电阻阶梯、树状开关和上述情况类。只是要有2=256个分压电阻形成个标准电压供树状开关使用送给ST比较器输入。（3）逐次逼近寄存器和比较器SAR在换过程中存放暂态数字量，在转换完成后存放数字，并可送到“态输出锁存器A/D转移，SAR为全0。A/D换开始时，制电路使高位为1，并控制树状关的闭合和断开由此产生V送给比较器比较器对输入模拟电ST压V和V进行比较若V<V则比器输出逻辑而使SAR最高位由1变INSTINST0；若≥V，比较器输出使SAR最位保留1此后控制电路在保持最INST位不变下，次对次高位、次次高位……最低位重复上述过，就可在SAR中得到A/D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器用于锁存A/D转换完成后的数字量使OE引脚变为高电平就可以“三态输出锁存器”取走A/D转换后的字量。控制电路用控制ADC0809的操作过程。2．引脚功能0A0AADC0809采用双列直插式封装，有条引脚，图4.2所示，现分为四组简述如下11

IN-0IN-1IN-2IN-398IN-5IN-6IN-7ref(-)ref(+)

2-22-32-42-52-62-7EOCADD-AALEENABLESTART

2211811172222961图4.2ADC0809引脚图（1）IN—IN8条）07IN—IN为八路模拟电压输入，用于输入被转换的模拟电压。07（2）地址输入和控制（4条）ALE为址锁存允许入线，高电平有效。当线为高电平，ADDA、ADDB和ADDC条地址线上地址信号以锁存，经码后控制八路模拟开关作。ADDA、ADDB和地址输入线用于选择IN—IN哪一路模拟电07送给比较器行A/D转换。ADDA、ADDB和ADDC对IN—IN的择如表3所列。07表3被选模拟量路数和地址的关系被选模拟电路ADDCADDBADDA数IN0IN1IN2IN3IN4IN5IN6IN7

000001（3）数字量输出及控制线（11）START动脉冲线上正脉冲由CPU送来应大于100ns，上升沿清零SAR下降沿动ADC工作EOC为转结束输出线该线上高电平表示A/D转换已结束，数字量已锁入三态输出锁存器-1—2-8为字量输出线，2

-1

为最高位。“输出允许线，高电平时能使2

-1

—2

-8

引脚上输出转换后的数量。（4）电源线及其他（5条）CLOCK时钟输入线为ADC0809提逐次比较所需640KHZ时脉冲序列。V为+5V电输入线，GND地线。V（+）和V（-）为参考电压输入线，用CCREFREF于给电阻阶网络供给标准电压。V（+）常和Vcc相连，（-）常地。REFREF423I/O扩展接口芯片Intel8155是司研制的通I/O接口芯片。MCS-51连不仅可为外设提供个8位I/O端口（A和B口）和一个位I/O端口（口且也可为CPU提供一个256字节的RAM存储器和一个位定时器数器。因此，8155泛应用于MCS-51系统中。1．内部结构和引脚功能（1）内部结构8155共由部分电路组成们主要是双向数总线缓冲器地址锁存器地址译码器读写控制器RAM存储器I/O存器命令寄存器和状态寄存以及定时器/计数器。现对各部电路分述如下：双向数据总缓冲器：该缓冲器是8的，用于传存储器的读写数据地址锁存器共8位用于锁存CPU送来的RAM单元地址和端地址。③地址译码和读写控制器：地址译码器的三位地址由地址存器输出端送来，译码可以选中命令状态寄器、定时器/计数器A、BC个I/O寄存器中某工作。读写控制器接收RD和WR线上信息，实对间所传信息控制。RAM存储：容量为256字节，要用于存放实数据。存储器存储元地址由地锁存器输出端送来。I/O寄存器：分为AB和C三个端口A和B口的I/O寄存器为8位即可以存放设的输出数据又可以存放外设的输入数据；C口寄器只有6位，用存放I/O数据或令/状态信息。8155在一瞬间只能选中某I/O寄存器作，这由CPU送给8155命令字决定。命令寄存器状态寄存器：皆为8位寄存器。命令寄器存放CPU送来的命令字，态寄存器存放的状态字。定时器/计数器是一个二位制14位的减1计数器数器初值由通过程序送。定时器/计数器由T/IN输入线上脉冲1，每当计满溢出时可在T/OUT上输出一个脉。（2）引脚功能8155共有40条引脚，采用双列直插式封装。①AD—ADAD—AD地址/数据总，常可和MCS-51的P相接，用于70700分时地传送址/数据信。②I/O总（22条—PA为通用I/O线用于传A口上的外设数据，70数据传送方由8155命字决定（见图7-21—PB通用I/O，用于70传送B口上外设数据，数据传送方向也由8155命令字决定。PC—为I/O50数据/控制线，共有6条，在通用方式下，用作传送I/O数据；在选通I/O方式下，用传送命令/状态信息③控制总线8条RESET；8155清输入线，RESET线上输入一个大于宽的正脉冲，8155立处于总清状，A、B、C三口也定义为输入方式。CEM：为8155片选入线，若CE=0，则CPU选中本8155工作；否则，不工作M为I/O端口或RAM存储器的选通号线：若IO/M=0则CPU中8155的RAM存储器工作若IO/M=1则CPU选中8155片内某一寄器工作。和WR是8155的读/写令输入线，WR为命令线，当RD=0和WR时，8155处于读出数状态；当和=0时，处于写入数据状态。ALE：为允许地址输入线高电平有效。ALE=1，则8155许AD7—AD0上地址锁存“地址锁存器则，8155的地址锁存器处于封锁状态。8155的ALE常和MCS-51的同名端相连。T/IN和/OUT：T/IN是计数器输入线，其脉冲用于对8155片14位计数器减。/OUT为数器输出线当14计数器从计回零时就可以在该线上输出冲波形，输出脉冲的形状和计数器工作方式有。④电源线（2条Vcc为5V电源输入线，Vss为接地线。2．CPU对8155I/O口的控制8155A、BC三口的数传送是由命令字和状态控制的。（1）8155口地址8155内部7个寄存器，需要三位地址来加以区分表4列了端口地址CEMCEM分配。表48155端口地址分配IO/AAAAAAAA7654321001××××××××01××××××××01××××××××01××××××××01××××××××01××××××××0×××××××××

所选端口命令/状态寄存器口口口计数器低8位计数器高8位RAM单元注：×表示0或1。（2）8155令字8155命令字共有8位用于设定8155的工作方式以及实现对中断和定时器/计数器的控制。各位定义如图7-21所示。图中DD是计数器方式制76位，D和DA和B口的中断控制位，DD是的四种方式控位D54321D别是A口B口的输入/输出方式控位。例如：若D=0，则PA—定0070义为输入方；若D=1，则PA—义为输出方。070D为定时器中标志位。若定时器正在计数或开始计数前，则D=0；若66定时器已计，则D=1，并在硬件复位对它读出后恢复为0。6DD：分别B口和A的中断允许志位，用于控制8155B或口52的中断请求例如：只有D=1状时，B口的中断才被许。5D：分别为B和A口缓冲器状态志位，用于表示口和A41口缓冲器的作状态。例如：若=0，则B口缓冲器；若=1，则B口缓冲44器满。DD：分别B口和A的中断请求志位，用于表示8155B和口30是否有了中请求。例如：若D=0，表示B口无中断请；若=1，则表示33B口有中断求。状态字存放8155状态寄存器中，状态寄存器的端口地址为AAA=000B210（见表7-3通一条MOVXAMOVXA指令便读取8155i状态字，用判断8155所处工作状态。但应注意8155命令寄存器和状态存器是共用个端口地址的，这由对该端口进行读还是写来分。（4）8155时器长度字定时器长度有16位分高字节低字节定时器长度字用于设定定器的工作方式定时器的定时初始值。3．8155作方式（1）存储器方式8155的存器方式用于对片内字节RAM单元进行读写M=0和ASTBASTBBSTBASTBASTBBSTBCE

=0，则8155即处于本工方式。此时，可通过AD—AD地址选70择RAM存储中任一单元读写。（2）I/O式8155的I/O方式又可分为通和选通I/O两种作方式4所列。在I/O方式，8155选择对片内一寄存器读写，端口地由A位决210定（见表1表4C口在四种I/O工作方式各位定义C口

通用I/O方式

选通I/O方式PCPCPCPCPCPC

0

ALTALTALTALT1234输入输出AINTR（A口中断）AINTR（A口中断）输入输出A（A口缓冲器满）BFA口缓冲器）输入输出（A口选通）（A口选通）输入输出输出BINTR（B口中断）输入输出输出BBFB口缓冲器）输入输出输出（B口选通）①通用I/O式：在本方式下，、B、三口用作输入输出，由命令字决定其中AB两口输入/输出由DD决定口各位由DD态决定例如：1032若把02H命令字送到命令寄存器8155A口和C口位设定为输入方式，B口设为输出方式。②选通I/O式由命令字中DD状态设定口和B口都可独立工作这32种方式。此A口和B用作数据口C口用作A口和B的联络控制C口各位联络线定义是在设计时规定的，其分配和命名表所列。选通I/O式又可分为选通数据输入选通I/O数输出两种方式：A选通I/O据输入口和B口可设定为本工作方式命令字中D=00和DD（或11BA口设定为本工作方式若命令字中D=0和DD=11B，32132则B口设定本工作方式。选通I/O数输入的工作过和8255A的情况类似，现以A为例分述如下：·当“输入设备”输入一个数据并把它到A口时，该设备还向8155的ASTB(A选通)线上发送一个低电平选通信号。·8155收到ASTB上负脉冲信号后做两件事一是从PA—PA把输入的70数据锁存到A口寄存器；二是通过A口缓冲器满发器Q的置位而使A缓ABF冲器满输出ABF变为高电平，以通知“输入设备”8155已从A口收到了它的输入数据·8155在ASTB上升沿检测到Q和A口中断允触发器Q（由命令字DABFIEA

4设定）都为1状态时使AINTR中断输出线变为高电平而向CPU请求中断。·CPU响应中断后进入相应中断服务程序执行。当行到从口寄存器读取输入数据，RD上升沿一面撤消INTR线中断请求，一方面使Q

ABF触发器复位使出线变为低电，通知输入备可以输入下一个数据在输入设备入下一个数据后，8155重上述过程。B选通I/O据输出口和B口可设定为本工作方式命令字中D=10和DD（或11BA口设定为本工作方式若命令字中D=1和DD=11B，32132则B口设定本工作方式。选通I/O数的输出过程也时情况类似。现以A口为分述如下；·8031通过MOVX，A或MOVX@DPTR，A令可以把输出数据送到A口i寄存器，收到后使Q触发器置位而使ABF线变高电平，以通知输设ABF备输出时局到达PA—PA。70·“出设备”收到ABF线高电平后做两件事：一是从D—接收输70出数据；二使ASTB线变为低电平，以通知8155输出设备已收到输出数据。C8155利ASTB上升沿测Q和Q（由命令字D位定）触发器都为ABFIEA41状态就使AINTR线变为高电平，以便向8031提出中断求。D8031CPU响应INT0线上中断请求后可在断服务程序中把下一个输出数据送到A口寄存器，行下一个数据的输出。43硬电路及口设计431MCS-51片机与码拨盘的接口计1BCD码盘拨盘种类很，作为人机接口使用的最方便的拨盘是十进制入，BCD输出的BCD拨盘拨盘为四片码拨盘拼接的4位进制输入拨盘。每片拨盘具0～9十个位置每位置都有相的数字显示代表拨盘输入十进制数。此，每片拨盘可代表一位十进制数。需要几位进制数可选择几片BCD码拨拼接。BCD码拨盘面有5个接点，其中A为输入制线，另外4根是BCD码输出信号线。盘拨到不同位置时，输入控制线A分别与4根BCD码输出线中的某根或某几接通。其接通的输出线状态好与拨盘知识的十进制数相一致。表5BCD码拨盘的输输出状态表。拨盘输入

控制端A

输出状态84210100001100012100103100114101005101016100110710111811000911001*：输出状态为1时表示该输出与A相遇。2BCD码盘与单片机的接口a．单片BCD码拨盘与单片的接口单片BCD拨盘可以与任何一个4位I/O或扩展I/O口连入码端接+5V了使输出端在不与控制端A相连时有确定的电常将8，2，1输出端过电阻拉低。图4.3是AT89C51通过P～P与单片BCD码拨1.01.3的接口电路5.1K+5VP1.3P1.2AT89C5P1.1P1.0821A

84A

81A

842AP1.7P1.6P1.5P1.4图4.3AT89C51与拨盘的接口电路控制端A接+5V，当拨盘拨至某输入十进制数时，相应，4，2，1有效端输出高电（如拨至“”时，4，2端为有效端）无效端为低电平。这时拨盘输出的BCD码为正逻辑（原码9-24示。如果控端A接地84，2，1输出端通过电阻上拉至高电平时，拨盘输出的码为负逻辑（反码3多片BCD码拨盘与单片的接口在应用系统，要输入多位十进制数时，应将多片码拨盘拼接。如果按照图9-34的法，位十进制拨盘需占4×NI/O口，为了减少I/O口线占用数拨盘的输出分别通过4个与非门与单机的I/O口相连，而每片拨盘控制端A再接+5V或地，是分别与I/O口线相连，用来控制选择多片拨中的任意一片。这时，位十进拨盘，用N片BCD拨盘拼成时只需占用4+N根I/O线。图3通P1与4片BCD码拨盘相连的4位码输入电路4片拨盘的BCD输出相同端入同一个4个与非门。四个与非门输出，4，2，1端别接入P1.3，P1.2，P1.1P1.0。其余P1.6P1.5，P1.4分与千、百、、个位码拨盘的控制端相连。当选中某位，该位的控制置0，其他个控制端置1。例如选中千时，P1.7置0，P1.4～P1.6置1，此时四个与非门所有其它位连接的输端均为1态四个与非门输出的状态完全取决于千位数拨盘输出状。由于该位的控制端置，因此，拨盘置之数输出CD反码，通过与非门出为该千位数BCD码。432步进电控制接步进电机是种将电脉冲转换成相应角位移或线位移的电磁械装置，也是一种能把出机械位移增量和输入数字脉冲对应的驱动器。步进电机具有快速启停能，只要电机的负荷不超过它所能提供的动态转，就能通过输入脉冲来控制在一瞬间启动和停止。步进电机的步距角和转只和输入的脉冲频率有关，环境温度、气压、冲击和振动无关，也不受电电压的波动和负载变化的影，它每转一周都有固定的步数，步进精确和步误差不会长期积累。因此，进电机在需要精确定位场合应用广泛。（一）步进机的工作原理电机定子上匀分布有六个磁极，相邻两磁极间夹角为60°，磁极上有三相控制绕分别对应于AB和C三相源转子外侧均匀分布有40个齿，每个齿的齿为9。定子的每个极弧上也有5个齿，定子转子的齿宽和距都相同每个定子磁极极距为60°每个磁极所的齿距数不整数。为了弄清步电机的工作原理，将定子和转子展开成平面图图中，定子A极上的齿转子上的齿是齐的极和C极上的齿分别和转子齿错1/3齿距（即°使B相绕组通，电机就会B极轴向产生磁场，转子受到反应转矩作用而转动直B极上齿和转子上对齐为止但极和C极上的齿又分别转子上对应齿错新的1/3齿（即3°时，若断开B极控制绕组中电流接通C控制绕组，和转子间产的反应转矩使转子继续动，驱使C上齿和转子上齿对齐同理，极通电驱使A极上齿和转子上齿对齐。由此见，错齿是促使步进电机旋转的根本原因。根据上述原若按ABCA顺序轮循环通电则步进马达就会沿顺时方向以每个脉°的规律转起来；若把通电顺改为ABCA，则步进马达就沿逆时针方一每个脉冲3°的规律转动这就是所谓的相单三拍通方式。对于三相六通电方式即按AABBBCCCAA顺序循环通电步距角将减少一半，每个脉只转过1.5°。（二）步进机控制系统上述分析表：步进电机是否旋转是由控制绕组中输入脉冲有无来控制的，每步转的角度和方向是由三相控制绕组中的通电方式定的。因此，步进电机的控是要求单片机软件产生按上述规律变化的时序冲，然后通过接口和驱动放电路来驱动步进电机控制绕组工作。步进电机制系统由硬件电路和软件程两部分组成。（1）步进电机控制电路89C51对三相步进电机的控制电如图4.4所示。由于的P1口负载只能驱动三标准的LSTTL输入门需要通过驱动器去驱动达林顿合功率放大，使步进电机绕组的静态电流达到2A。按上述顺序电，步进电机正转；按相反顺序通电，步进电反转。VA

B

433电磁流计电路电磁流量计路如图和图4.6示，它是利法拉第法则检测管内流动流体的流量。励线圈中流过的电流通常采用矩形波，电极间生的流量信号与激励波形相，而电平为404mV左右。该电压信号放大并采样变换为4～20mV输出信号。测流体的性质，通常与流体的共同电位C对比，流信号特别是A、B两极间的直流成分相重叠。输出阻抗跟样变换为4～20mV的输出信号检测流体的性质，通常与流体的共同电位C对，图4.4AT89C51与步电机接口电路流量信号特是A极间的直流成相重叠阻抗跟流的电导率有关最大为3M。因此输入部件的构件要求能把交流放大，并且阻抗。图4.5示了电磁流量初级输入放大电路CC为了消除因A、561A输入偏置电和失调电流流过R、R、R产生的直流偏压。该直流偏22356压含有由温引起变化约300mV电压。当注意A差动放大倍数为倍，3A输出可简单认为已饱和，因此用CC除直流电压。356图4.6示第二级的采样和保持电路常4066型模拟开关在输入输端间的电压为、85℃时规定为因此输入输端间开路时的电位差，应抑制在二极正向电压0.6V以下为了提高A的保持特性输入级使用结45型场效应管运算放大器。

KK

VD1VD2

KK

KKK

KK

KK

K

VD3VD4K

图4.5

电磁流量计级输入放大电路434MCS-51LED接口在单片机系中，LED键盘是两种很重要外设。键盘用输入数据、代码和命令；LED来显示控制程和运算结果。LED（Light—EmittingDiode）是发光极管的简称有七段和八段之分，也有阴和共阳两种。1．LED数显示管原理LED数码管构简单，价格宜。八段显示管有八发光二极管组成，编号是a、、c、、e、、g和SP分别和同名脚相连。七段LED显示管比八段LED一只发光二极管SP，其他的和段LED相同。八段LED码显示管原理很简，是通过同管脚是所加电平高低来制发光二极管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、、a管脚上别加上7FH控制电平（：SP上为0伏，不亮；其余为TTL高电，全亮显示管显示字为“8按SP、gf、e、d、c、b、顺序排列后的十进制编码（为TTL低电平1为TTL高电平常称为字形。因此，LED上所显示字形不同，应字形码也一图4.6

第二级的采和保持电路样段共阴显示的字形及应字形码如表所列表常放在内SGTB为表的起始址地址移量为相应字形码对表始址项数B“D”和“”字形相同，故“B”和“D”均以小写字母“b”和d”显示。LED数码示管分为共阴和共阳两种。为共八段LED时，所有发光二极管阴极共后接到引脚GG脚为控端用于控制LED是否点亮若G脚接地，则LED被点亮；若G脚TTL高平，则它被熄灭。为共阳八段LED数码显示管时，所有发二极管阳极共连后接到G脚。正常显示时G接+5V发光二极管是点亮取决于—SP各引脚上是否是低电平0伏。因，共阴和共阳所需字形码正好相反，如表5所。2．MCS-51LED的显示接口电路MCS-51对管的显示可以分为静态和动态两种显示的特是各管能稳定地时显示各自字形；动态显示是指各流一遍一遍显示各自符，人们因觉惰性而看到的是各LED似在同时显示不字形。表5八段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+AH77H88HA+BH7CH83Hb+CH39HC6HC+DH5EHA1Hd+EH79H86HE+FH71H8EHF+10H00HFFH

空格+11HF3H0CHP+12H76H89HH+13H80H7FH·+14H40HBFH—（1）静态显示在单片机应系统中，常采用MC14495芯片作LED的静态显示接口它可以和LED示器直接连接。芯片由4位锁存器、地址译码器和笔段ROM阵列及带有限流电阻的驱动电路（输出电流为10mA）等三部分电路组成图中ABCD二进制（或BCD码输入端；LE为锁存控制端，LE为低电平时以输入数据。LE为高电平时锁存输入数据h+I为输入数据大于等于10指示位，若输入数据大于或于10则h+I输高电平，否则输出为低电平；VCR为输入于15指示位，若输入数据等于，则输出高电平，否则为阻状态。MC14495芯片的作用是输入被显符的二进制码或码把它自动转换成相应形码，送给LED显。图7-31为用MC14495芯片的4位静态LED显示器口电路。图中P—P用于输出欲显示字符的二进制码（或1.71.4码=0于控制二—译码器工作和P经译码器输出后控MC144951.21.11.0中哪一位接P—P上代码。1.71.4（2）动态显示为了减少硬开锁，提高系统可靠性和降低成本，单片机控系统通常采用动态扫描示。图4.7示出了89C51过8155对六只共阳的接口电路图中，B口所有LED的a、bcd、f、gSP引线相连，各LED控制端G和8155C相连，故B口为字形口和C口为字位口，因为CPU以通过C口控制各LED是点亮参见表可以很容看出的端口址分配如下：8000H

命令/状态口HA口HB口（字形口）8003HC口（字位口）HH

定时器低8位口定时器高8位口8000H—FFFFH8155I/O重叠地址区8000H—00FFH8155RAM基本地址8000H—7FFFH8155RAM重叠地址动态显示采软件法把欲显示十六进制（或BCD码转换为相字形码，故它通常需在建立一个显示冲区。显示冲区内包含的存储单元数常和系统LED示器个数相等。显示缓冲区的起始地址重要，它决定了显示缓冲区RAM中的位置。显示缓冲区每个存储单元用于存放相应显示欲显示的字形码地址偏移量，故以根据这个地址偏移量通过查字形码表来出所需显示字符的字形码，便送到字形口显示。当显示器位较少时，采用静态显示的方法是适合的。当位较多时，用静态显示所的I/O太多，一般采用动态显示方法。PA3PA0

3H2H5

bcefgspPC5

LED9

LED8

LED7

LED6

LED5

LED4

LED3

LED2

LED1PC0

3H图4.7LED接口电路435MCS-51和的接图4.8ADC0809与单片机的口MCS-51ADC口必须弄清和处理好三个问题：①要给线送一个100ns宽的动正脉冲；②取EOC线上的状态息，因为它是A/D转换的束标志③要给“态输出锁存器配一个端口地址，也就是给线上送一个地址译码输出信号。MCS-51和ADC接口通常可以采查询和中断两方式。采用查询法送数据时，MCS-51应对线查询它的态：若它为低平，表示A/D转换正在进行，则MCS-51当继续查询若查询到变为高电平，则就给OE一个高电平，以便2-1—2-6上提取A/D转换后的数字量。采用中断方传送数据时EOC作为CPU中断请求输入。CPU应中断后，在中断服务程序中OE线变为高电平，以提取A/D转后的数字量。第章系软件设计系统软件设是该设计的核心，也是设计的重点和难点部分控制系统软件设计的好直接影响到该控制系统的控制功能，因此，要做好本设计，一个好的系统件是关键。该控制系统程序主要分为三部分：主程序、流量控制程序各种中断子程序。主程完成系统的地址分配、系统初始化和各子程序调用。流量控制程序通过PID控制算法实现系统的数字化控制子程序完成应的各功能。51主序设计主程序部分主要完成存储器分配、系统初始化和系统整体制等，并通过调用各子序段，实现软件的总体设计功能。图5.1

主程序流程初始化：系初始化程序的功能是对8155和89C51进行初始化，使D/A输出为，步进电机于停机状态，将RAM中的志位和工作单元置为初始状态提示符CPUREADY写缓冲器更显示器子程的功能是将显示缓冲器内容，分别化为段数据，输出到8。显示器～12的显示数据缓冲器分为73H～7FH单元当系统处于停机状态时显器0～4显示参数显器5～7显示参数址，所以73H～77H为数据缓冲，78H～7AH作为地址缓冲器，在运行状态～77H作为瞬时流量缓冲器～7FH作为累计流量冲器。初始化程序流程如图所示。图5.2主程序及存器分配见附录。52流量控子程序

初始化流程在流量测试基础上，把流量设定值和实际测试得到的瞬时量进行比较计算出误差采用数字PID节算法，计输出到的量增量式PID控制算的计算公式为Ui式中：ei为次实际测得流量和设定值之差；ei-eiei(2)=-；P比例系数；I积分系数；D微分系数；输出控制变表达式为：Ui+Ui程序的入口数：偏差ek、ek-1、ek-2测量值y、定值r。这5个参数均为3节的浮点数，分别将它们放在RAM元中。低字节存放浮点数阶数和符号其中符号存放在最高位，阶数以补码的形式存在另7中。尾数以原码的式存放在另2个字节中。本程序占用源：A，B，R0～R7，，F0。程序如下：PID1：MOVR0，#52HMOVR1，#49HLCALLFSUBMOVR1，#46HLCALLFSTRMOVR1，#4CHMOVR2，#06HLCALLLPDMMOVR0，#46HMOVR1，#4CHLCALLFMULMOVR1，#4FHLCALLFSTRMOVR1，#4FHMOVR2，#09HLCALLLPDMMOVR0，#43HMOVR1，#4FHLCALLFMULMOVR1，#4FHLCALLFSTRMOVR0，#4CHMOVR1，#4FHLCALLFADDMOVR1，#4CHLCALLFSTRMOVR1，#4FHMOVR2，#0CHLCALLLPDMMOVR0，#40HMOVR1，#4FHLCALLFMULMOVR1，#4FHLCALLFSTRMOVR1，#4FHMOVR0，#4CHLCALLFADDMOVR1，#4CHLCALLFSTRMOV40H，43HMOV41H，44HMOV42H，45HMOV43H，46HMOV44H，47HMOV45H，48HMOVA，4CHMOVC，A。7MOVF0，CJBA。6PIDJ12ANLA，#3FHMOVR7，APIDJ13：CLRCMOVA，4EHRLCAMOV4EH，AMOVA，4DHRLCAMOV4DH，ADJNZR7，PIDJ13AJMPPIDJ14PIDJ12：CPLAINCAANLA，#3FHMOVR7，APIDJ15：CLRCMOVA，4DHRRCAMOV4DH，AMOVA，4EHRRCAMOV4EH，ADJNZR7，PIDJ15PIDJ14：JBF0，POUT1POUT0：CLRACJNZA，4EH，POUT00CJNZA，4DH，POUT00RETPOUT00：MOVA，55HCJNZA，#00H，POUT01MOVA，#08HPOUT01：DECAMOV55H，AADDA，#3DHMOVCA，@A+PCMOVP1，AMOVR7，#08HDL0：DJNZR7，DL0DEC4EHCLRACJNZA，4EH，POUT00CJNZA，4DH，POUT02RETPOUT02：DEC4DHAJMPPOUT00POUT1：CLRACJNZA，4EH，POUT10CJNZA，4DH，POUT10RETPOUT10：MOVA，55HCJNZA，#07H，POUT11MOVA，#0FFHPOUT11：INCAMOV55H，AADDA，#14HMOVCA，@A+PCMOVP1，AMOVR7，#80HDL1：DJNZR7，DL1DEC4EHCLRACJNZA，4EH，POUT10CJNZA，4DH，POUT12RETPOUT12：DEC4DHAJMPPOUT10MDATA：DB01H，05H，04H，，02H，，08H，09HLPDM：MOVR7，#03HLPDM0：MOVA，R2MOVCA，@A+PCMOV@R1，AINCR