1、基于單片機(jī)的輸液滴速控制系統(tǒng)摘 要近年來隨著科技的飛速發(fā)展，單片機(jī)的應(yīng)用正在不斷地走向深入，同時(shí)帶動(dòng)傳統(tǒng)控制檢測日新月益更新。在實(shí)時(shí)檢測和自動(dòng)控制的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，單片機(jī)往往是作為一個(gè)核心部件來使用，僅單片機(jī)方面知識是不夠的，還應(yīng)根據(jù)具體硬件結(jié)構(gòu)，以及針對具體應(yīng)用對象特點(diǎn)的軟件結(jié)合，以作完善。利用單片機(jī)設(shè)計(jì)一個(gè)智能化的液體點(diǎn)滴速度監(jiān)測與控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)由水滴速度測試系統(tǒng)、水速控制系統(tǒng)、顯示裝置、單片機(jī)系統(tǒng)、鍵盤和報(bào)警等系統(tǒng)組成。應(yīng)用水的壓強(qiáng)隨著高度差的變化而變化的原理，利用控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的升降來控制點(diǎn)滴速度。點(diǎn)滴速度可用鍵盤來設(shè)定，同時(shí)在水到達(dá)警戒線 (2-3cm)以下時(shí)能發(fā)出報(bào)警信號。關(guān)鍵

2、詞： 點(diǎn)滴速度 步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 單片機(jī)the design of the liquid inputing system besing on one-chip computer abstractwith the development at full speed of science and technology in recent years, the application of the one-chip computer is being moved towards deepenning constantly, drive tradition is it measure crescent be

3、nefit to upgrade day to control at the same time. in measuring in real time and automatically controlled one-chip computer application system, the one-chip computer often uses as a key part, only one-chip computer respect knowledge is not enough, should also follow the concrete hardware structure ,

4、and direct against and use the software of targets characteristic to combine concretly, in order to do perfectly.the design of an intelligent speed monitoring and control system are controlled with single chip microcomputer.it is composed of a water droplet test system speed control system display,k

5、eyboard and alarm system.application of the principle of the water pressure changes with height.to control the drop speed by lifting control of walking machine.you can use the keyboard to set the bit rate,as the same time,the water reached below the line(2-3cm)can be issued a warning signal.key word

6、s: drip speed step motor chip microcomputer目 錄前 言1第1章 課題研究價(jià)值2第1.1節(jié) 選題背景2第1.2節(jié) 課題的主要內(nèi)容2第1.3節(jié) 研究目的與發(fā)展前景3第2章 系統(tǒng)方案確定4第2.1節(jié) 系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求4第2.2節(jié) 系統(tǒng)設(shè)計(jì)總體方案5第2.3節(jié) 系統(tǒng)原理框圖及原理分析6第2.4節(jié) 系統(tǒng)各模塊方案選擇7第3章 硬件設(shè)計(jì)11第3.1節(jié) 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)11第3.2節(jié) 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)21第3.3節(jié) 主站及通信網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)21第3.4節(jié) 從站電路設(shè)計(jì)28第4章 軟件設(shè)計(jì)33第4.1節(jié) 檢測點(diǎn)滴速度子程序33第4.2節(jié) 儲液檢測子程序34第4.3節(jié) 點(diǎn)滴速度控制

7、子程序34第4.4節(jié) 鍵盤顯示子程序.35第4.5節(jié) 系統(tǒng)主程序設(shè)計(jì).36第5章 系統(tǒng)調(diào)試及結(jié)果38第5.1節(jié) 系統(tǒng)的調(diào)試38第5.2節(jié) 系統(tǒng)結(jié)果38第5.3節(jié) 系統(tǒng)抗干擾措施.39結(jié) 論41附 錄42參考文獻(xiàn).49致 謝.50前 言身為自動(dòng)化專業(yè)的一名學(xué)生，我認(rèn)為科技旨在為人們創(chuàng)造更完美舒適的生活，更完善的科技醫(yī)療保證。工業(yè)自動(dòng)化的發(fā)展，不僅減輕了工作給人們帶來的巨大負(fù)擔(dān)，而且創(chuàng)造了巨大效益。在現(xiàn)實(shí)生活中，自動(dòng)化控制更有他的用武之地，甚至有更為廣闊的發(fā)展空間，而智能醫(yī)療酒神人們利用科技保障健康的美好愿望和迫切需要。在當(dāng)今最為矚目的醫(yī)療器械行業(yè)，一直采用的傳統(tǒng)人工點(diǎn)滴輸液方式，對于輸液速度的測

8、量和控制很不方便，基于此，一種新型的智能測控裝置漸漸發(fā)展起來。本課題擬以單片機(jī)為核心，設(shè)計(jì)一個(gè)液體點(diǎn)滴速度監(jiān)測與控制裝置，能檢測點(diǎn)滴速度，控制點(diǎn)滴速度，并能發(fā)出報(bào)警信號。系統(tǒng)采用主站控制從站的有線監(jiān)控系統(tǒng)方式實(shí)現(xiàn)醫(yī)療輸液過程的控制。設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容是完成控制系統(tǒng)控制裝置的軟、硬件設(shè)計(jì)及調(diào)試。所以在發(fā)展迅猛的科技時(shí)代，單片機(jī)輸液點(diǎn)滴速度控制的發(fā)展在今和未來將成為醫(yī)療設(shè)施發(fā)展的大趨勢。第1章 課題研究價(jià)值 第1.1節(jié) 選題背景近年來隨著科技的迅猛發(fā)展，單片機(jī)的應(yīng)用正在不斷走向深入，同時(shí)帶動(dòng)傳統(tǒng)控制檢測日新月異更新。在實(shí)時(shí)檢測與自動(dòng)控制的單片機(jī)的應(yīng)用系統(tǒng)中，單片機(jī)往往作為一個(gè)核心部件來使用。但是，僅僅

9、掌握單片機(jī)方面的知識是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，還應(yīng)根據(jù)具體的硬件結(jié)構(gòu)，針對具體應(yīng)用對象的特點(diǎn)進(jìn)行軟硬件的結(jié)合，便于完善。尤其在當(dāng)今最為矚目的醫(yī)療器械行業(yè)，一直采用的傳統(tǒng)人工點(diǎn)滴輸液方式，對于輸液速度的測量和控制很不方便，基于此，一種新型的智能測控裝置漸漸發(fā)展起來。在國外，特別是美國，韓國這些醫(yī)療設(shè)施發(fā)達(dá)的國家，點(diǎn)滴測控系統(tǒng)已經(jīng)廣泛應(yīng)用在其醫(yī)療行業(yè)，并且逐漸成熟，成本低，方便使用。在國內(nèi)，目前醫(yī)院普遍使用的是人工監(jiān)控點(diǎn)滴輸液裝置器，將液體容器掛在一定高度，利用勢差將液體輸入病人體內(nèi)，用軟管夾對軟管夾緊和放松控制滴速，醫(yī)護(hù)人員按藥劑特性對滴速進(jìn)行控制，為此研究點(diǎn)控制就顯得尤為重要。第1.2節(jié) 課題的主要內(nèi)容在

10、輸液點(diǎn)滴速度控制系統(tǒng)中，應(yīng)用at89c52單片機(jī)，滴速檢測和液面檢測可用光電傳感器，顯示部分選擇數(shù)碼管顯示。鍵盤直接利用i/o 擴(kuò)展而成。通訊協(xié)議采用串行通信方式。滴速控制采用步進(jìn)電機(jī)提高輸液瓶高度來控制滴速的快慢，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制采用模糊控制，報(bào)警電路同時(shí)采用蜂鳴器和發(fā)光二極管。經(jīng)過參考一些深入的研究和文獻(xiàn)知識，此設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)具有可行性。第1.3節(jié) 研究目的與發(fā)展前景本課題擬以單片機(jī)為核心，設(shè)計(jì)一個(gè)液體點(diǎn)滴速度監(jiān)測與控制裝置，能檢測點(diǎn)滴速度，控制點(diǎn)滴速度，并能發(fā)出報(bào)警信號。系統(tǒng)采用主站控制從站的有線監(jiān)控系統(tǒng)方式實(shí)現(xiàn)醫(yī)療輸液過程的控制。設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容是完成控制系統(tǒng)控制裝置的軟、硬件設(shè)計(jì)及調(diào)試。單片機(jī)

11、輸液點(diǎn)滴速度控制的發(fā)展在今和未來將成為醫(yī)療設(shè)施發(fā)展的趨勢，畢竟，單片機(jī)憑著優(yōu)越的性價(jià)比，與以往的點(diǎn)滴滴速控制系統(tǒng)相比，其單片機(jī)價(jià)格便宜，操作易于實(shí)現(xiàn)，而且對滴速的控制要求精度也較高。再者，單片機(jī)操作多機(jī)控制系統(tǒng)，還可減輕工作人員的壓力，提高醫(yī)護(hù)人員的工作效率。第2章系統(tǒng)方案確定第2.1節(jié)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求本課題擬以單片機(jī)為核心，設(shè)計(jì)一個(gè)液體點(diǎn)滴速度監(jiān)測與控制裝置，能檢測點(diǎn)滴速度，控制點(diǎn)滴速度，并能發(fā)出報(bào)警信號。系統(tǒng)采用主站控制從站的有線監(jiān)控系統(tǒng)方式實(shí)現(xiàn)醫(yī)療輸液過程的控制。設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容是完成控制系統(tǒng)控制裝置的軟、硬件設(shè)計(jì)及調(diào)試。圖2.1 系統(tǒng)裝置圖基本要求：1）在滴斗處檢測滴速，并制作一個(gè)數(shù)顯裝置，

12、能動(dòng)態(tài)顯示點(diǎn)滴速度（滴/min）。2）通過改變控制點(diǎn)滴速度，如圖所示，或通過控制輸軟管夾頭的松緊等其它方式來控制點(diǎn)滴速度。點(diǎn)滴速度可用鍵盤設(shè)定顯示，設(shè)定范圍為20150滴/min，控制誤差范圍設(shè)定值（101）滴。3）調(diào)整時(shí)間3min（從改變設(shè)定值起到點(diǎn)滴速度基本穩(wěn)定，能人工讀出數(shù)據(jù)為止）。4）當(dāng)降到警戒值（23cm）時(shí)，能發(fā)出報(bào)警信號。2、其他部分設(shè)計(jì)制作一個(gè)由主站控制16個(gè)從站的有線監(jiān)控系統(tǒng)。16個(gè)從站中只有一個(gè)從站是按基本要求制作的一套點(diǎn)滴速度監(jiān)控裝置，其它從站為模擬從站（僅要求制作一個(gè)模擬從站）。（1）主站功能：a.具有定點(diǎn)和巡回檢測兩種方式b.可顯示從站傳輸過來的從站號和點(diǎn)滴速度。c.

13、在巡回檢測時(shí)，主站能任意設(shè)定要查詢從站的數(shù)量、從站號和各從站的點(diǎn)滴速度。d.收到從站發(fā)來的報(bào)警信號后，能聲光報(bào)警并能顯示相應(yīng)的從站號；可用手動(dòng)方式解除報(bào)警狀態(tài)。（2）從站功能：a.能輸出從站號、點(diǎn)滴速度和報(bào)警信號；從站號和點(diǎn)滴速度可任意設(shè)定，b.接收主站設(shè)定的點(diǎn)滴速度信息并顯示。c.對異常情況進(jìn)行報(bào)警。（3）主站和從站間的通訊方式不限，通信協(xié)議自定，但應(yīng)盡量減少信號傳輸線的量。第2.2節(jié) 系統(tǒng)設(shè)計(jì)總體方案本系統(tǒng)從站以at89c52單片機(jī)為核心，輔以一些必須的外圍電路，實(shí)現(xiàn)滴速檢測和控制。而用另外一片at89c52單片機(jī)作為主站，采用通訊協(xié)議進(jìn)行傳輸，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)一個(gè)主站控制多個(gè)從站的有線監(jiān)控系統(tǒng)。

14、主機(jī)采用大屏幕液晶顯示器，不但可以顯示當(dāng)前滴速、在聲光報(bào)警后還可顯示相應(yīng)的從機(jī)號，更嵌入時(shí)間顯示模塊，實(shí)現(xiàn)簡單友好的人機(jī)界面，符合實(shí)際要求。主站鍵盤直接采用i/o擴(kuò)展而成，充分考慮到了操作的便捷和簡易性。外圍電路電源均由主機(jī)統(tǒng)一控制管理。監(jiān)測與點(diǎn)滴速度調(diào)節(jié)構(gòu)成從站的主要功能，其主要模塊除單片機(jī)控制部分外，還有滴速檢測、滴速調(diào)節(jié)、異常報(bào)警電路、速度設(shè)定與數(shù)碼顯示等。系統(tǒng)采用光電耦合傳感器來進(jìn)行檢測滴速和液面高度產(chǎn)生中斷進(jìn)行計(jì)數(shù)，采用步進(jìn)電機(jī)升降來進(jìn)行滴速的控制，如果檢測到的滴速在要求誤差范圍內(nèi)過快或者過慢，則驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)來調(diào)節(jié)儲液瓶的高度或者擠壓軟管達(dá)到控制的目的。當(dāng)出現(xiàn)異常情況如儲液低于（23

15、cm）時(shí)或者滴速低于或高于要求控制的范圍（20150滴/min）時(shí)，則驅(qū)動(dòng)聲光報(bào)警電路進(jìn)行報(bào)警。顯示裝置則采用led顯示器，從站鍵盤采用8279擴(kuò)展鍵盤，另外還可加入紅外遙控鍵盤裝置，護(hù)士人員不但對從站控制方便也還為醫(yī)療人員提供方便，此系統(tǒng)暫沒有提供紅外遙控鍵盤裝置設(shè)計(jì)，如讀者有興趣，可自行設(shè)計(jì)。電機(jī)采用模糊控制算法，提高控制精度，驅(qū)動(dòng)電路由相關(guān)的驅(qū)動(dòng)芯片組成1。第2.3節(jié) 系統(tǒng)原理框圖及原理分析利用步進(jìn)機(jī)和壓強(qiáng)的原理來控制水滴的速度，有公式可以知道由于液面高度的不同而使壓強(qiáng)不同，從而改變液滴的速度。這樣的系統(tǒng)比控制輸液軟管的松緊更好控制，而且比較容易實(shí)現(xiàn)。1.8m的高度足以實(shí)現(xiàn)速度從2015

16、0(滴min)的調(diào)節(jié)。首先大概測出對應(yīng)高度所對應(yīng)的水滴速度，并記下來存在單片機(jī)內(nèi)，需要使用時(shí)就直接調(diào)出來。在滴斗處用紅外系統(tǒng)來測量水滴的速度，再在儲液瓶到瓶口3cm處裝一個(gè)對射式紅外傳感器來監(jiān)控水位。當(dāng)在鍵盤上按人某個(gè)點(diǎn)滴速度時(shí)，從單片機(jī)內(nèi)調(diào)出相對應(yīng)的某一個(gè)高度，然后控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)行粗調(diào)，再利用紅外系統(tǒng)進(jìn)行反饋來細(xì)調(diào)，直到紅外反饋和所按的速度一樣為止。調(diào)好以后由于液面的下降和一些其他的因素，又會(huì)產(chǎn)生一些速度的變化，或者本身水滴的速度又不是均勻的，所以調(diào)好以后速度有可能自身就會(huì)發(fā)生變化。可以利用紅外監(jiān)控，智能化的調(diào)整高度來控制速度，即利用單片機(jī)隨時(shí)自我調(diào)整。鍵盤設(shè)置速度顯示模塊at89c5

17、2單片機(jī)點(diǎn)滴速度檢測模塊給主站發(fā)送程序聲光報(bào)警裝置電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置步行電機(jī)圖2.2 系統(tǒng)原理框圖第2.4節(jié) 系統(tǒng)各模塊方案選擇2.4.1點(diǎn)滴速度檢測和液面檢測方案的論證與比較方案一：采用金屬電極檢測點(diǎn)滴速度信號以及儲液瓶液面信號。用藥液的導(dǎo)電特性實(shí)現(xiàn)液滴速度及儲液瓶液面信號的檢測，當(dāng)有液滴下落時(shí)，金屬電極接通，此時(shí)產(chǎn)生一個(gè)高信號脈沖，無液滴下落時(shí)，金屬電極斷開，由此產(chǎn)生一個(gè)高低信號脈沖，通過對高低脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，檢測液滴速度（滴min），同理，液面也可以采用金屬電極檢測。通常電極采用不銹鋼等耐腐蝕材料制成。 方案二：采用光電傳感器檢測點(diǎn)滴速度以及儲液瓶液面信號。發(fā)光二極管發(fā)射的平行光束穿過滴管投射

18、到光敏三極管的感光面上，在沒有液滴滴落時(shí)，光敏三極管接收到的光照度最大，產(chǎn)生的光電流也最大，當(dāng)有液滴滴落時(shí)，由于液滴的形狀特性，使平行光束發(fā)散，投射到光敏三極管上的光照度將減弱，從而使光敏三極管產(chǎn)生的光電流減小，形成低信號脈沖。液位檢測的基本原理與液滴檢測相同。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)可發(fā)現(xiàn)對射式紅外傳感器能比較靈敏地測出水滴。利用測量相鄰點(diǎn)滴下落的時(shí)間間隔即可確定點(diǎn)滴速度。由此方案所選定的裝置也可用于判斷液位是否到達(dá)警戒線。2.4.2滴速控制方案的論證與比較. 13方案一：改變輸液瓶高度控制點(diǎn)滴速度。在輸液管截面積確定的條件下，利用儲液瓶高度不同所引起的液體壓強(qiáng)差的改變，實(shí)現(xiàn)對點(diǎn)滴速度的控制，當(dāng)液滴速低于要

19、求時(shí)，提高液瓶的高度增大壓強(qiáng)減小滴速，反之則可提高液滴速度。方案二：改變輸液軟管截面積控制點(diǎn)滴速度。在輸液瓶高度確定的條件下，通過改變輸液管導(dǎo)通截面積實(shí)現(xiàn)點(diǎn)滴速度的控制，當(dāng)?shù)嗡俑哂谝髸r(shí)，擠壓軟管則可達(dá)到調(diào)速要求，反之，則可提高滴速。如圖2.2所示。凸輪軸心軟管固定板圖2.3 擠壓軟管滴速控制裝置方案三：拉緊軟管控制點(diǎn)滴速度。如圖2.4所示，可以拉緊軟管或者放松軟管來控制滴速軟管固定點(diǎn)電動(dòng)機(jī)圖2.3 拉緊壓軟管滴速控制裝置方案一中的高度控制可利用小型電機(jī)實(shí)現(xiàn)，具有結(jié)構(gòu)簡單、控制精度高等特點(diǎn)。方案二因?yàn)檩斠很浌艿慕孛娣e較小且形變后恢復(fù)速度較慢，難以實(shí)現(xiàn)點(diǎn)滴速度的精確控制。方案三中，雖容易實(shí)現(xiàn)，由

20、于作用時(shí)間長的話，對軟管有損傷，可能引起漏液，且和方案二一樣存在輸液軟管的截面積較小且形變后恢復(fù)速度較慢，此三種方案都有優(yōu)、缺點(diǎn)，但權(quán)衡之下還是方案一更好一些。因此在本系統(tǒng)采用方案一。2.4.3電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制電路電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制電路應(yīng)選取電路結(jié)構(gòu)簡單、功耗小、元器件價(jià)格便宜的方案。同時(shí)還要實(shí)現(xiàn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)、轉(zhuǎn)停的雙重控制功能，以使其控制的儲液瓶能方便地實(shí)現(xiàn)上升、下降。方案一：采用模糊控制。其優(yōu)點(diǎn)是不需要精確知道被控對象的數(shù)學(xué)模型，而且適用于具有較大滯后特性的被控對象。缺點(diǎn)是靜態(tài)誤差不容易控制。方案二：采用pi控制。其優(yōu)點(diǎn)是理論和技術(shù)都很成熟，在單片機(jī)上較易實(shí)現(xiàn)，可以達(dá)到較小的靜態(tài)誤差2。方案三：采用

21、模糊控制與pi 控制結(jié)合的算法。本系統(tǒng)采用方案三。2.4.4鍵盤、顯示及聲光報(bào)警方案選擇方案一：采用矩陣式鍵盤，采用矩陣行列掃描方案，優(yōu)點(diǎn)是當(dāng)有按鍵較多時(shí)可降低占用單片機(jī)的i/o接口數(shù)目，缺點(diǎn)為電路復(fù)雜且會(huì)加大編程難度。方案二：采用獨(dú)立式按鍵電路，每個(gè)按鍵單獨(dú)占有一根i/o接口線，每個(gè)i/o接口的工作狀態(tài)互不影響，此類鍵盤采用端口直接掃描方式。缺點(diǎn)是當(dāng)按鍵較多時(shí)占用單片機(jī)的i/o接口數(shù)目較多，優(yōu)點(diǎn)為電路設(shè)計(jì)簡單，且編程及其簡單。綜合考慮以上兩種方案，由于所需鍵盤按鍵數(shù)目較多故采用方案一。2.4.5主從站協(xié)議部分. 15方案一：采用并行總線方式。多機(jī)通信時(shí)，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。方案二：采用rs232 串行

22、通信。通信技術(shù)成熟，僅需要txd，rxd兩條通信線，波特率可調(diào)，通信速度快。缺點(diǎn)是ttl信號容易受干擾，不利于長距離傳輸數(shù)據(jù)。方案三：采用rs485 串行通信方式。本方案具有方案二的優(yōu)點(diǎn)，并且抗干擾能力強(qiáng)，可實(shí)現(xiàn)較長距離通信。方案四：采用總線通信協(xié)議。優(yōu)點(diǎn)是易于實(shí)現(xiàn)多機(jī)通信并且通信線路簡單，僅需要sda，scl 兩條通信線。但是不適合較長距離的信號傳輸由于主從機(jī)通信距離較短，從最佳性價(jià)比出發(fā)，選擇方案二3。第3章 硬件設(shè)計(jì)第3.1節(jié) 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)主站采用單片機(jī)at89c52，串行通訊采用rs232串行通訊接口芯片實(shí)現(xiàn)主、從通訊，鍵盤控制輸入設(shè)定從站滴速，接入數(shù)碼管顯示從站滴速，當(dāng)從站滴速或液

23、面出現(xiàn)不正常情況時(shí)，驅(qū)動(dòng)聲光報(bào)警發(fā)出聲光報(bào)警。從站也是主要以at89c52單片機(jī)為核心，在輔設(shè)一些外圍電路，從站可以顯示并輸入設(shè)定滴速進(jìn)行運(yùn)行，出現(xiàn)異常情況發(fā)出聲光報(bào)警，另外當(dāng)主、從站通過通訊接口可相互傳輸和接收信號。顯示器鍵盤聲光報(bào)警器at89c52rs232串行通信串口芯片從站1從站16圖3.1 主站系統(tǒng)框圖顯示器鍵盤聲光報(bào)警電路at89c52電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路電機(jī)儲液瓶速度檢測電路液面檢測電路rs232串行通訊接口芯片主站圖3.2 從站系統(tǒng)框圖3.1.1單片機(jī)的概述. 1單片機(jī)，也稱單片微型計(jì)算機(jī)，是微型計(jì)算機(jī)家族中的一員，它以獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和超群的優(yōu)點(diǎn)，深得各個(gè)領(lǐng)域的青睞，應(yīng)用十分之泛，近年來發(fā)

24、展極其迅速。世界上的各個(gè)半導(dǎo)體廠商都抓住這個(gè)機(jī)會(huì)，推出自己的產(chǎn)品，一時(shí)間單片機(jī)如雨后春筍般蓬勃發(fā)展和流行起來。在近30年的時(shí)間里，電子計(jì)算機(jī)的發(fā)展經(jīng)歷了從電子管、晶體管、中小大體集成電路到大規(guī)模集成電路四個(gè)階段，尤其是隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)的飛躍發(fā)展，20世紀(jì)70年代初誕生的單片機(jī)微型計(jì)算機(jī)，使得計(jì)算機(jī)應(yīng)用日益廣泛。而單片機(jī)的問世，更進(jìn)一步推動(dòng)了計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展，使計(jì)算機(jī)應(yīng)用滲透到各行各業(yè)，達(dá)到了前所未有的普及程度。單片機(jī)的特點(diǎn)：（1）重量輕、耗電少、價(jià)格低、電源單一。（2）抗干擾能力強(qiáng)、可靠性高。芯片本身是按工業(yè)測控環(huán)境設(shè)計(jì)的，其抗工業(yè)噪聲干擾優(yōu)于一般的通用cpu；程序指令及常數(shù)、表格固

25、化在rom中，不易被破壞；許多信號通道均在一塊芯片內(nèi)。（3）集成度限制，片內(nèi)存儲器容量較小。一般rom小于8kb，ram小于256個(gè)字節(jié)，但可在外部擴(kuò)展，通常rom、ram可分別擴(kuò)展至64kb。（4）面向控制，控制功能強(qiáng)，運(yùn)行速度快。其結(jié)構(gòu)組成與指令系統(tǒng)都著重滿足工控要求。指令系統(tǒng)中均有極其豐富的條件轉(zhuǎn)移指令，i/o口的邏輯操作及位處理功能。一般來說，單片機(jī)的邏輯控制功能及運(yùn)行速度均高于同一檔次的其它微處理器。（5）開發(fā)應(yīng)用方便，研制周期短。片內(nèi)具有計(jì)算機(jī)正常運(yùn)行所必須的部件，芯片外部有許多供擴(kuò)展用的三總線以及并行、串行輸入/輸出管腳，很容易構(gòu)成各規(guī)模的計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。3.1.2單片機(jī)的應(yīng)用單

26、片機(jī)具有體積小、使用靈活、成本低、易于產(chǎn)品化、抗干擾能力強(qiáng)、可在各種惡劣的條件下工作等特點(diǎn)。特別是它強(qiáng)大的面向控制的能力、使它在工業(yè)控制、智能儀表、外設(shè)控制、家用電器、機(jī)器人、軍事裝置等方面得到廣泛應(yīng)用。（1）單片機(jī)在智能儀表中的應(yīng)用在各類儀器儀表中，引入單片機(jī)使得儀器儀表數(shù)字化、智能化、微型化功能大大提高，例如精密數(shù)字溫度計(jì)、智能電度表、微機(jī)多功能ph測試等等。（2）單片機(jī)在工業(yè)測控中的應(yīng)用。用單片機(jī)可以構(gòu)成各種工業(yè)測控系統(tǒng)、自適應(yīng)控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等，例如mcs-51單片機(jī)控制電鍍生產(chǎn)線、溫度人工氣候控制、報(bào)警系統(tǒng)控制、ibm-pc/xt和單片機(jī)組成的二級計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)等。（3）單片機(jī)

27、在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與通信技術(shù)中的應(yīng)用at89c52系列單片機(jī)具有通信接口，為單片機(jī)在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與通信設(shè)備中的應(yīng)用提供了良好的條件，例如at89c52系列單片機(jī)控制的串行自動(dòng)呼叫應(yīng)答系統(tǒng)、列車無線通信系統(tǒng)、at89c52單片機(jī)無線遙控系統(tǒng)等。（4）單片機(jī)在日常生活及家電中的應(yīng)用單片機(jī)越來越廣泛應(yīng)用于日常生活的智能電器產(chǎn)品以及家電中。例如電子秤、銀行計(jì)息電腦、電腦縫紉機(jī)、心率監(jiān)護(hù)控制、彩色電視機(jī)、電冰箱控制、洗衣機(jī)控制等等。（5）單片機(jī)與internet隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，internet已經(jīng)成為信息社會(huì)的重要組成部分，internet技術(shù)已經(jīng)深入到日常生活中和工作中。internet技術(shù)得以迅速發(fā)展，

28、其主要推動(dòng)力之一是標(biāo)準(zhǔn)成熟的pc工業(yè)。無論是pc機(jī)的硬件平臺，還是軟件操作系統(tǒng)，都要求高度標(biāo)準(zhǔn)化，上網(wǎng)方式也大同小異。而對于各類家用電器和智能裝置，情況就不同了，它們的心臟多是單片機(jī)，但由于單片機(jī)芯片品種繁多，其結(jié)構(gòu)和指令系統(tǒng)也各不相同，因此，它不能像pc機(jī)那樣通過標(biāo)準(zhǔn)的硬件接口和接口軟件直接接到internet，如果能夠?qū)⒏黝愔悄苎b置或家用電器與internet連接起來，一方面可充分利用internet資源，另一方面還可獲得一些電子設(shè)備信息。由此可見，單片機(jī)與internet的緊密結(jié)合將為單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的發(fā)展開創(chuàng)另一片天地。機(jī)電一體化是機(jī)械工業(yè)發(fā)展的方向。它是通過機(jī)械技術(shù)與微電子技術(shù)、信息技

29、術(shù)緊密結(jié)合而成的一個(gè)新的學(xué)科領(lǐng)域。這種結(jié)合形成一種技術(shù)趨勢，涌現(xiàn)了嶄新的產(chǎn)品及先進(jìn)的制造技術(shù)，因而使整個(gè)機(jī)械、儀表、控制的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)發(fā)生根本變化。機(jī)電一體化產(chǎn)品是指機(jī)械微電子技術(shù)、機(jī)電轉(zhuǎn)換技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)與計(jì)算機(jī)于一體，具有智能化特征的機(jī)電產(chǎn)品。采用單片機(jī)作為機(jī)電產(chǎn)品的控制器，可充分發(fā)揮其體積小、功能強(qiáng)、可靠性高、價(jià)格低、安裝靈活方便等優(yōu)點(diǎn)，提高產(chǎn)品的自動(dòng)化、智能化水平4。3.1.3 at89c52單片機(jī)介紹at89c52是一個(gè)低電壓，高性能cmos 8位單片機(jī)，片內(nèi)含8k bytes的可反復(fù)擦寫的flash只讀程序存儲器和256 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲器（ram），器件采用atmel公

30、司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)mcs-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器和flash存儲單元，at89c52單片機(jī)在電子行業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用.一、功能特性1、兼容mcs51指令系統(tǒng)2、8kb可反復(fù)擦寫(大于1000次）flash rom；3、32個(gè)雙向i/o口；4、256x8bit內(nèi)部ram；5、3個(gè)16位可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器中斷；6、時(shí)鐘頻率0-24mhz；7、2個(gè)串行中斷，可編程uart串行通道；8、2個(gè)外部中斷源，共8個(gè)中斷源；9、2個(gè)讀寫中斷口線，3級加密位；10、低功耗空閑和掉電模式，軟件設(shè)置睡眠和喚醒功能；11、有pdip、pqfp、tqfp及plcc等幾種封裝形式，

31、以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求。二、引腳at89c52為8位通用微處理器，采用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的c51內(nèi)核，在內(nèi)部功能及管腳排布上與通用的8xc52 相同，其主要用于會(huì)聚調(diào)整時(shí)的功能控制。功能包括對會(huì)聚主ic 內(nèi)部寄存器、數(shù)據(jù)ram及外部接口等功能部件的初始化，會(huì)聚調(diào)整控制，會(huì)聚測試圖控制，紅外遙控信號ir的接收解碼及與主板cpu通信等。主要管腳有：xtal1（19 腳）和xtal2（18 腳）為振蕩器輸入輸出端口，外接12mhz 晶振。rst/vpd（9 腳）為復(fù)位輸入端口，外接電阻電容組成的復(fù)位電路。vcc（40 腳）和vss（20 腳）為供電端口，分別接+5v電源的正負(fù)端。p0-p3 為可編程通用i/o

32、腳，其功能用途由軟件定義。 圖3.3 at89c52引腳p0 口：p0 口是一組8 位漏極開路型雙向i/o 口， 也即地址/數(shù)據(jù)總線復(fù)用口。作為輸出口用時(shí)，每位能吸收電流的方式驅(qū)動(dòng)8 個(gè)ttl邏輯門電路，對端口p0 寫“1”時(shí)，可作為高阻抗輸入端用。在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器或程序存儲器時(shí)，這組口線分時(shí)轉(zhuǎn)換地址（低8 位）和數(shù)據(jù)總線復(fù)用，在訪問期間激活內(nèi)部上拉電阻。在flash編程時(shí)，p0 口接收指令字節(jié)，而在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)，校驗(yàn)時(shí)，要求外接上拉電阻。p1 口：p1 是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向i/o 口， p1 的輸出緩沖級可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4 個(gè)ttl 邏輯門電路。對端口寫“

33、1”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口。作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流(iil)。與at89c51 不同之處是，p1.0 和p1.1 還可分別作為定時(shí)/計(jì)數(shù)器2 的外部計(jì)數(shù)輸入（p1.0/t2）和輸入（p1.1/t2ex），p2 口：p2 是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向i/o 口，p2 的輸出緩沖級可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4 個(gè)ttl 邏輯門電路。對端口p2 寫“1”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口，作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流(iil)。在訪問外部程序存儲器

34、或16 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器（例如執(zhí)行movx dptr 指令）時(shí)，p2 口送出高8 位地址數(shù)據(jù)。在訪問8 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器（如執(zhí)行movx ri 指令）時(shí)，p2 口輸出p2鎖存器的內(nèi)容。flash編程或校驗(yàn)時(shí)，p2亦接收高位地址和一些控制信號。p3 口：p3 口是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向i/o 口。p3 口輸出緩沖級可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4 個(gè)ttl 邏輯門電路。對p3 口寫入“1”時(shí)，它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可作為輸入端口。此時(shí)，被外部拉低的p3 口將用上拉電阻輸出電流（iil）。p3 口除了作為一般的i/o 口線外，更重要的用途是它的第二功能p3 口還接收一些用于fla

35、sh閃速存儲器編程和程序校驗(yàn)的控制信號。rst：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器工作時(shí)，rst引腳出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期以上高電平將使單片機(jī)復(fù)位。ale/prog：當(dāng)訪問外部程序存儲器或數(shù)據(jù)存儲器時(shí)，ale（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低8 位字節(jié)。一般情況下，ale 仍以時(shí)鐘振蕩頻率的1/6 輸出固定的脈沖信號，因此它可對外輸出時(shí)鐘或用于定時(shí)目的。要注意的是：每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時(shí)將跳過一個(gè)ale 脈沖。對flash存儲器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖（prog）。如有必要，可通過對特殊功能寄存器（sfr）區(qū)中的8eh 單元的d0 位置位，可禁止ale 操作。該位置位后，只有一條movx 和mov

36、c指令才能將ale 激活。此外，該引腳會(huì)被微弱拉高，單片機(jī)執(zhí)行外部程序時(shí)，應(yīng)設(shè)置ale 禁止位無效。psen：程序儲存允許（psen）輸出是外部程序存儲器的讀選通信號，當(dāng)at89c52 由外部程序存儲器取指令（或數(shù)據(jù)）時(shí)，每個(gè)機(jī)器周期兩次psen 有效，即輸出兩個(gè)脈沖。在此期間，當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器，將跳過兩次psen信號。ea/vpp：外部訪問允許。欲使cpu 僅訪問外部程序存儲器（地址為0000hffffh），ea 端必須保持低電平（接地）。需注意的是：如果加密位lb1 被編程，復(fù)位時(shí)內(nèi)部會(huì)鎖存ea端狀態(tài)。如ea端為高電平（接vcc端），cpu 則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲器中的指令。flash存儲

37、器編程時(shí)，該引腳加上+12v 的編程允許電源vpp，當(dāng)然這必須是該器件是使用12v編程電壓vpp。xtal1：振蕩器反相放大器的及內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端。xtal2：振蕩器反相放大器的輸出端5。三、片上資源1、定時(shí)器2基本特性：定時(shí)器2 是一個(gè)16 位定時(shí)/計(jì)數(shù)器。它既可當(dāng)定時(shí)器使用，也可作為外部事件計(jì)數(shù)器使用，其工作方式由特殊功能寄存器t2con（如表3）的c/t2 位選擇。定時(shí)器2 有三種工作方式：捕獲方式，自動(dòng)重裝載（向上或向下計(jì)數(shù)）方式和波特率發(fā)生器方式，工作方式由t2con 的控制位來選擇。定時(shí)器2 由兩個(gè)8 位寄存器th2 和tl2 組成，在定時(shí)器工作方式中，每個(gè)機(jī)器周期tl2 寄

38、存器的值加1，由于一個(gè)機(jī)器周期由12 個(gè)振蕩時(shí)鐘構(gòu)成，因此，計(jì)數(shù)速率為振蕩頻率的1/12。在計(jì)數(shù)工作方式時(shí)，當(dāng)t2 引腳上外部輸入信號產(chǎn)生由1 至0 的下降沿時(shí)，寄存器的值加1，在這種工作方式下，每個(gè)機(jī)器周期的5sp2 期間，對外部輸入進(jìn)行采樣。若在第一個(gè)機(jī)器周期中采到的值為1，而在下一個(gè)機(jī)器周期中采到的值為0，則在緊跟著的下一個(gè)周期的s3p1 期間寄存器加1。由于識別1 至0 的跳變需要2 個(gè)機(jī)器周期（24 個(gè)振蕩周期），因此，最高計(jì)數(shù)速率為振蕩頻率的1/24。為確保采樣的正確性，要求輸入的電平在變化前至少保持一個(gè)完整周期的時(shí)間，以保證輸入信號至少被采樣一次。捕獲方式：在捕獲方式下，通過t2

39、con 控制位exen2 來選擇兩種方式。如果exen2=0，定時(shí)器2 是一個(gè)16 位定時(shí)器或計(jì)數(shù)器，計(jì)數(shù)溢出時(shí)，對t2con 的溢出標(biāo)志tf2 置位，同時(shí)激活中斷。如果exen2=1，定時(shí)器2 完成相同的操作，而當(dāng)t2ex 引腳外部輸入信號發(fā)生1 至0 負(fù)跳變時(shí)，也出現(xiàn)th2 和tl2 中的值分別被捕獲到rcap2h 和rcap2l 中。另外，t2ex 引腳信號的跳變使得t2con 中的exf2 置位，與tf2 相仿，exf2 也會(huì)激活中斷。當(dāng)定時(shí)器2工作于16位自動(dòng)重裝載方式時(shí)，能對其編程為向上或向下計(jì)數(shù)方式，這個(gè)功能可通過特殊功能寄存器t2con的dcen 位（允許向下計(jì)數(shù)）來選擇的。復(fù)

40、位時(shí)，dcen 位置“0”，定時(shí)器2 默認(rèn)設(shè)置為向上計(jì)數(shù)。當(dāng)dcen置位時(shí)，定時(shí)器2 既可向上計(jì)數(shù)也可向下計(jì)數(shù)，這取決于t2ex 引腳的值，當(dāng)dcen=0 時(shí)，定時(shí)器2 自動(dòng)設(shè)置為向上計(jì)數(shù)，在這種方式下，t2con 中的exen2 控制位有兩種選擇，若exen2=0，定時(shí)器2 為向上計(jì)數(shù)至0ffffh 溢出，置位tf2 激活中斷，同時(shí)把16 位計(jì)數(shù)寄存器rcap2h 和rcap2l重裝載， 若exen2=1，定時(shí)器2 的16 位重裝載由溢出或外部輸入端t2ex 從1 至0 的下降沿觸發(fā)。這個(gè)脈沖使exf2 置位，如果中斷允許，同樣產(chǎn)生中斷。定時(shí)器2 的中斷入口地址是：002bh 0032h 。

41、當(dāng)dcen=1 時(shí)，允許定時(shí)器2 向上或向下計(jì)數(shù)。這種方式下，t2ex引腳控制計(jì)數(shù)器方向。t2ex引腳為邏輯“1”時(shí)，定時(shí)器向上計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)0ffffh 向上溢出時(shí)，置位tf2，同時(shí)把16 位計(jì)數(shù)寄存器rcap2h 和rcap2l 重裝載到th2 和tl2 中。 t2ex 引腳為邏輯“0”時(shí)，定時(shí)器2向下計(jì)數(shù)，當(dāng)th2 和tl2 中的數(shù)值等于rcap2h 和rcap2l中的值時(shí)，計(jì)數(shù)溢出，置位tf2，同時(shí)將0ffffh 數(shù)值重新裝入定時(shí)寄存器中。當(dāng)定時(shí)/計(jì)數(shù)器2 向上溢出或向下溢出時(shí)，置位exf2位。波特率發(fā)生器：當(dāng)t2con中的tclk 和rclk 置位時(shí)，定時(shí)/計(jì)數(shù)器2 作為波特率發(fā)生器使

42、用。如果定時(shí)/計(jì)數(shù)器2作為發(fā)送器或接收器，其發(fā)送和接收的波特率可以是不同的，定時(shí)器1 用于其它功能。若rclk 和tclk 置位，則定時(shí)器2工作于波特率發(fā)生器方式。波特率發(fā)生器的方式與自動(dòng)重裝載方式相仿，在此方式下，th2 翻轉(zhuǎn)使定時(shí)器2 的寄存器用rcap2h 和rcap2l 中的16位數(shù)值重新裝載，該數(shù)值由軟件設(shè)置。在方式1 和方式3 中，波特率由定時(shí)器2 的溢出速率根據(jù)下式確定：方式1和3的波特率=定時(shí)器的溢出率/16。定時(shí)器既能工作于定時(shí)方式也能工作于計(jì)數(shù)方式，在大多數(shù)的應(yīng)用中，是工作在定時(shí)方式（c/t2=0）。定時(shí)器2 作為波特率發(fā)生器時(shí)，與作為定時(shí)器的操作是不同的，通常作為定時(shí)器時(shí)

43、，在每個(gè)機(jī)器周期（1/12 振蕩頻率）寄存器的值加1，而作為波特率發(fā)生器使用時(shí)，在每個(gè)狀態(tài)時(shí)間（1/2 振蕩頻率）寄存器的值加1。定時(shí)器2 作為波特率發(fā)生器使用的電路。t2con 中的rclk 或tclk=1 時(shí)，波特率工作方式才有效。在波特率發(fā)生器工作方式中，th2 翻轉(zhuǎn)不能使tf2 置位，故而不產(chǎn)生中斷。但若exen2 置位，且t2ex 端產(chǎn)生由1 至0 的負(fù)跳變，則會(huì)使exf2 置位，此時(shí)并不能將（rcap2h，rcap2l）的內(nèi)容重新裝入th2 和tl2 中。所以，當(dāng)定時(shí)器2 作為波特率發(fā)生器使用時(shí)，t2ex 可作為附加的外部中斷源來使用。需要注意的是，當(dāng)定時(shí)器2 工作于波特率器時(shí)，作

44、為定時(shí)器運(yùn)行（tr2=1）時(shí)，并不能訪問th2 和tl2。因?yàn)榇藭r(shí)每個(gè)狀態(tài)時(shí)間定時(shí)器都會(huì)加1，對其讀寫將得到一個(gè)不確定的數(shù)值。然而，對rcap2 則可讀而不可寫，因?yàn)閷懭氩僮鲗⑹侵匦卵b載，寫入操作可能令寫和/或重裝載出錯(cuò)。在訪問定時(shí)器2或rcap2寄存器之前，應(yīng)將定時(shí)器關(guān)閉（清除tr2）。可編程時(shí)鐘輸出：定時(shí)器2 可通過編程從p1.0 輸出一個(gè)占空比為50%的時(shí)鐘信號，如圖8 所示。p1.0 引腳除了是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的i/o 口外，還可以通過編程使其作為定時(shí)/計(jì)數(shù)器2 的外部時(shí)鐘輸入和輸出占空比50%的時(shí)鐘脈沖。當(dāng)時(shí)鐘振蕩頻率為16mhz 時(shí)，輸出時(shí)鐘頻率范圍為61hz4mhz。當(dāng)設(shè)置定時(shí)/計(jì)數(shù)器2

45、 為時(shí)鐘發(fā)生器時(shí)，c/t2（t2con .1）=0，t2oe （t2mod.1） =1，必須由tr2（t2con.2）啟動(dòng)或停止定時(shí)器。時(shí)鐘輸出頻率取決于振蕩頻率和定時(shí)器2 捕獲寄存器（rcap2h，rcap2l）的重新裝載值。在時(shí)鐘輸出方式下，定時(shí)器2 的翻轉(zhuǎn)不會(huì)產(chǎn)生中斷，這個(gè)特性與作為波特率發(fā)生器使用時(shí)相仿。定時(shí)器2 作為波特率發(fā)生器使用時(shí)，還可作為時(shí)鐘發(fā)生器使用，但需要注意的是波特率和時(shí)鐘輸出頻率不能分開確定，這是因?yàn)樗鼈兺褂胷cap2l和rcap2l。uart串口:at89c52的uart 工作方式與at89c51 工作方式相同。時(shí)鐘振蕩器:at89c52 中有一個(gè)用于構(gòu)成內(nèi)部振蕩器

46、的高增益反相放大器，引腳xtal1 和xtal2 分別是該放大器的輸入端和輸出端。這個(gè)放大器與作為反饋元件的片外石英晶體或陶瓷諧振器一起構(gòu)成自激振蕩器。外接石英晶體（或陶瓷諧振器）及電容c1、c2 接在放大器的反饋回路中構(gòu)成并聯(lián)振蕩電路。對外接電容c1、c2 雖然沒有十分嚴(yán)格的要求，但電容容量的大小會(huì)輕微影響振蕩頻率的高低、振蕩器工作的穩(wěn)定性、起振的難易程序及溫度穩(wěn)定性，如果使用石英晶體，我們推薦電容使用30pf10pf，而如使用陶瓷諧振器建議選擇40pf10pf。用戶也可以采用外部時(shí)鐘。采用外部時(shí)鐘的電路如圖10 右圖所示。這種情況下，外部時(shí)鐘脈沖接到xtal1 端，即內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端

47、，xtal2 則懸空。由于外部時(shí)鐘信號是通過一個(gè)2 分頻觸發(fā)器后作為內(nèi)部時(shí)鐘信號的，所以對外部時(shí)鐘信號的占空比沒有特殊要求，但最小高電平持續(xù)時(shí)間和最大的低電平持續(xù)時(shí)間應(yīng)符合產(chǎn)品技術(shù)條件的要求6。3.1.3多單片機(jī)控制系統(tǒng)的概述隨著人類社會(huì)的不斷進(jìn)步，工程科學(xué)技術(shù)在推動(dòng)人類文明的進(jìn)步中一直起著發(fā)動(dòng)機(jī)的作用。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷更新，單片機(jī)控制系統(tǒng)在各個(gè)領(lǐng)域中的應(yīng)用日趨廣泛，不但使得更多的單片機(jī)控制系統(tǒng)投入生產(chǎn)設(shè)備，大大的提高了勞動(dòng)生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，改善勞動(dòng)條件。在工業(yè)控制領(lǐng)域，多機(jī)控制系統(tǒng)很多，如大型檢測監(jiān)控系統(tǒng)、機(jī)器人控制系統(tǒng)、水利工程、橋梁工程等。單個(gè)單片機(jī)在這些應(yīng)用場合往往只負(fù)責(zé)一小部分系

48、統(tǒng)和控制和檢測，對于整個(gè)系統(tǒng)的檢測和各個(gè)子系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制則由功能更為強(qiáng)大的單片機(jī)的或者工業(yè)pc機(jī)來完成。單片機(jī)雖然有著強(qiáng)勁的功能，但在要求快速響應(yīng)、實(shí)時(shí)性強(qiáng)、控制量多的場合（如電梯群控系統(tǒng)等），單個(gè)單片機(jī)是很難勝任的，雖然此時(shí)可以選用高性能處理器，但綜合考慮其性價(jià)比，多單片機(jī)控制系統(tǒng)更為突出。多單片機(jī)控制系統(tǒng)就是指由多個(gè)單片機(jī)或者pc機(jī)與多個(gè)單片機(jī)構(gòu)成的更為復(fù)雜的控制系統(tǒng)，其間構(gòu)成多為分布式等，多個(gè)單片機(jī)通過網(wǎng)絡(luò)協(xié)議連接成主從式或者對等式等。在性能更為強(qiáng)大的基礎(chǔ)上能完成的任務(wù)更復(fù)雜、應(yīng)用場合更多、人機(jī)界面更完善，在此等應(yīng)用場合，多單片機(jī)控制系統(tǒng)顯示出了優(yōu)越性。單片機(jī)以高可靠性、高性價(jià)比、小小體

49、積等而廣泛應(yīng)用工業(yè)控制、數(shù)據(jù)采集、智能化儀表等實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)中。但其內(nèi)存小，指令系統(tǒng)簡單，在人機(jī)交換數(shù)據(jù)管理等方面有一定的局限性。因此利用pc機(jī)與單片機(jī)混合控制系統(tǒng)就能將一系列的參數(shù)有機(jī)的結(jié)合起來。pc機(jī)與單片機(jī)構(gòu)成的控制系統(tǒng)是典型的多機(jī)控制系統(tǒng)，它可分兩類：一類是pc機(jī)與單個(gè)單片機(jī)構(gòu)成的雙機(jī)控制系統(tǒng)；另一類是pc機(jī)與多個(gè)單片機(jī)構(gòu)成分布式控制系統(tǒng)。在工業(yè)控制系統(tǒng)中，一般較為復(fù)雜一點(diǎn)的應(yīng)用系統(tǒng)多采用pc機(jī)作為上位機(jī)，其價(jià)格不但昂貴而且對于小型系統(tǒng)也不適合，因此基于此種問題，我們不妨采用單片機(jī)作為上位機(jī)，簡易鍵盤輸入，led數(shù)碼管作顯示，plc作控制單元。這樣不但可以將單片機(jī)的優(yōu)點(diǎn)不互補(bǔ)，而且其體積

50、小，成本低，使用方便，作為多機(jī)控制的另一個(gè)領(lǐng)域。現(xiàn)場總線在工業(yè)控制甚至民用領(lǐng)域中應(yīng)用最為廣泛，可靠而簡單的連接降低了分布線的成本，靈活而功能強(qiáng)大的協(xié)議又為系統(tǒng)模塊設(shè)計(jì)提供了保證。目前，將現(xiàn)場總線與以單片機(jī)為核心的多個(gè)物理層模塊連接應(yīng)用構(gòu)成多機(jī)控制系統(tǒng)也倍受人們歡迎7。第3.2節(jié) 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)主站采用當(dāng)前主流單片機(jī)at89c52，串行通訊采用rs232串行通訊接口芯片實(shí)現(xiàn)主、從通訊，鍵盤控制輸入設(shè)定從站滴速，接入顯示器顯示從站滴速，當(dāng)從站滴速或液面出現(xiàn)不正常情況時(shí)，驅(qū)動(dòng)聲光報(bào)警發(fā)出聲光報(bào)警。從站也是主要以at89c52單片機(jī)為核心，在輔設(shè)一些外圍電路，從站可以顯示并輸入設(shè)定滴速進(jìn)行運(yùn)行，出現(xiàn)異常

51、情況發(fā)出聲光報(bào)警，另外當(dāng)主、從站通過通訊接口可相互傳輸和接收信號。第3.3節(jié) 主站及通信網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)3.3.1主站硬件電路設(shè)計(jì)1、i/o擴(kuò)展鍵盤為了充分利用從站單片機(jī)的cpu，提高cpu的使用效率。在本設(shè)計(jì)中，鍵盤采用中斷控制方式，即只有在按下某一個(gè)特定的按鍵（本設(shè)計(jì)中為“設(shè)定”鍵）時(shí)，才向單片機(jī)發(fā)送一個(gè)中斷信號，使單片機(jī)產(chǎn)生中斷，從而使單片機(jī)轉(zhuǎn)向處理鍵盤中斷子程序，對鍵盤進(jìn)行動(dòng)態(tài)掃描，接受外界輸入的鍵值（包括數(shù)字鍵和“確定”鍵），當(dāng)按下“確定”時(shí)，系統(tǒng)便退出鍵盤中斷子程序，轉(zhuǎn)向主程序進(jìn)行滴速的檢測與控制。也就是說在未按“設(shè)定”鍵以前，按數(shù)字鍵和“確定”是無效的。在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，通常應(yīng)具有人

52、機(jī)對話功能，能隨時(shí)發(fā)出各種控制命令和數(shù)據(jù)輸入以及報(bào)告應(yīng)用系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)與運(yùn)行結(jié)果。鍵盤可以分為獨(dú)立式和矩陣式，每一類按其編碼法又都分為編碼及非編碼兩種類型8。獨(dú)立式鍵盤是指直接利用i/o口線構(gòu)成的單個(gè)按鍵電路。每個(gè)獨(dú)立式按鍵占有一根i/o口線，每根i/o口線的工作狀態(tài)不會(huì)影響其他i/o口線工作。獨(dú)立式鍵盤接口電路配置靈活，軟件結(jié)構(gòu)簡單，但每一個(gè)按鍵必須占一根i/o線，在鍵數(shù)較多時(shí)，i/o線浪費(fèi)較大，因此，在本系統(tǒng)中，為了減少i/o口線的占有用，采用矩陣式鍵盤。在矩陣式鍵盤中，每條水平線和垂直線在交叉處不直接連通，而是用一個(gè)按鍵加以連接，但其結(jié)構(gòu)要復(fù)雜一些，識別也要復(fù)雜一些。接線如圖3.5所示。

53、由于本系統(tǒng)中采用動(dòng)態(tài)顯示方式驅(qū)動(dòng)3個(gè)七段數(shù)碼管，來顯示點(diǎn)滴的速度。數(shù)碼管采用共陰極，由于at89c52單片機(jī)每個(gè)i/o的拉電流只有12ma。所以在位碼和段碼都加上了反向驅(qū)動(dòng)器。鍵盤采用按鍵開關(guān)經(jīng)上拉電阻分別接p1.0、p1.1、p1.2口上，起到確定、上調(diào)和下調(diào)作用。每按上調(diào)和下調(diào)鍵，設(shè)定速度值增1減1。單片機(jī)xtal2、xtal1接12mhz晶振，提供系統(tǒng)時(shí)鐘基值。另reset接上電復(fù)位按鍵。態(tài)就可得知是否有鍵被按下。圖3.4i/o擴(kuò)展鍵盤接線圖2、聲光報(bào)警電路設(shè)計(jì)要求系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)發(fā)出聲光報(bào)警信號，可選擇一只蜂鳴器來實(shí)現(xiàn)這一功能。壓電式蜂鳴器工作時(shí)約需10ma的驅(qū)動(dòng)電流，由于單片機(jī)輸出信號

54、不能直接驅(qū)動(dòng)蜂鳴器，因此外接驅(qū)動(dòng)電路，電路設(shè)計(jì)如圖8所示。蜂鳴器作為三極管vt3的集電極負(fù)載，當(dāng)vt3導(dǎo)通時(shí)，蜂鳴器發(fā)出鳴叫聲；vt3截止時(shí)，蜂鳴器不發(fā)聲，r是限流電阻。vt3的基極接到單片機(jī)的p2.7管腳上，p3.7作為輸出口使用。當(dāng)p2.70時(shí)，vt3、vt2導(dǎo)通時(shí)，使蜂鳴器和led1的兩個(gè)管腳間獲得將近5v的直流電壓，蜂鳴器和故障燈中有電流通過，而產(chǎn)生蜂鳴和故障燈點(diǎn)亮；當(dāng)p2.71時(shí)，vt截止，故障燈和蜂鳴器的兩管腳間的直流電壓接近0v，故不工作，而正常燈兩管腳間有接近5v電壓而工作。圖3.5 聲光報(bào)警電路3、led顯示電路設(shè)計(jì)8279是一種通用可編程鍵盤、顯示器接口，它能完成鍵盤輸入和

55、顯示控制兩種功能。鍵盤部分采用掃描工作方式，可與64個(gè)按鍵的矩陣鍵盤連接，能對鍵盤不斷掃描，自動(dòng)去抖動(dòng)，自動(dòng)識別按下的鍵并給出鍵碼，能對多個(gè)鍵同時(shí)按下實(shí)行保護(hù)。顯示部分按掃描方式工作，它為顯示器提供多路復(fù)用信號，最多能顯示16個(gè)字符或數(shù)字。8279引腳圖如圖3.7所示；引腳定義如表所示。圖3.6 8279引腳圖表3.18279引腳定義管腳符號狀態(tài)功能126d0d7三態(tài)數(shù)據(jù)總線3clk輸入系統(tǒng)時(shí)鐘9reset輸入復(fù)位信號22輸入片選信號21a0輸入數(shù)據(jù)選擇10輸入讀信號11輸入寫信號3235sl0sl3輸出掃描線4irq輸出中斷請求信號38、39、1、2、5、6、7、8rl0rl7輸入回復(fù)線36shift輸入