基于單片機的糧庫溫濕度控制系統的設計(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 在 20pF～ 60pF 之間選擇。引腳 XTAL1和 XTAL2 分別是此放大器的輸入端和輸出端。把放大器與作為反饋元件的晶體振蕩器或陶瓷諧振器連接，就構成了內部自激振蕩器并產生振蕩時鐘脈沖。圖 24（ b）為外部時鐘方式，由于 XTAL2 端邏輯電平不是 TTL 電平，所以接一個上拉電阻。外部振蕩方式就是把外部已有的時鐘信號引入單片機內。 本設計采用內部振 蕩方式，外接晶體以及電容 C1和 C2構成并聯諧振電路，接在 8051 芯片的 XTAL1 和 XTAL2 端一起構成測控主電路的時鐘。對外接電容 C1 和C2的值雖然沒有嚴格要求，但電容的大小多少會影響振蕩器的頻率的高低、振蕩器的穩定性、起振的快速性。外接晶體時，選 C1和 C2的值為 30pF，為了提高溫度的穩定性，通常晶體可以在 ～ 12MHz 之間選擇 。 （ a） 內部時鐘方式 （ b） 外部時鐘方式 圖 24 8051的時鐘電路 復位電路 單片機的復位都是靠外部復位電路來實現的，在時鐘 電路工作后，只要在單片機 RESET 引腳上出現 24 個時鐘振蕩脈沖以上的高電平，單片機就能實現復位。為15 了可靠復位，在設計復位電路時，一般使 RESET 引腳保持 10ms 以上的高電平，單片機便可以可靠復位。 本設計使用了上電復位電路，如圖 25 所示，這種上電復位利用電容器充電來實現。當加電時，電容充電，電路有電流流過，構成回路，在電阻上產生壓降， RESET引腳為高電平 ； 當電容充滿電后，電路相當于斷開， RESET 的電位與地相同，復位結束。 圖 25 上電復位電路 8051 的基本系統 單片 機的基本系統也稱為最小系統，這種系統選擇的單片機內部資源已能滿足系統的硬件需求，不需要外接存儲器或 I/O 接口等擴展部件。這種單片機內含有用戶的程序存儲器。圖 26 為最小系統框圖。 圖 26 最小系統框圖 16 8051 的定時 /計數器和中斷系統 8051 的定時 /計數器 8051 內部設有兩個 16 位可編程的定時器 /計數器，即定時器 /計數器 1 和 0，分別用 T0、 T1 表示。它由兩個特殊功能寄存器 TMOD 和 TCON 及 T0、 T1 組成。其中 TMOD 為模式控制寄存器，主要用來設置定時器 /計數器 的操作模式 ； TCON 為控制寄存器，主要用來控制定時器的啟動與停止。 8051 定時器 /計數器結構如圖 27 所示。定時 /計數器 T0 由 TH0、 TL0 構成， T1由 TH TL1 構成。兩個 16 位的定時器 /計數器 T0 和 T1 均可以分成 2 個獨立的 8位計數器即 TH0、 TL0、 TH TL1，它們用于存定時或計數的初值。 定時器 /計數器是一種可編程部件，在定時器 /計數器開始工作之前， CPU 必須將一些命令（稱為控制字）寫入定時 /計數器。將控制字寫入定時 /計數器的過程叫定時器 /計數器初始化。 圖 27 8051定時器 /計數器結構圖 8051 的中斷系統 中斷是指中央處理器 CPU 正在執行程序，處理某事件的時候，外部發生了某一事件，請求 CPU 馬上處理。 CPU 暫時中斷當前的工作，轉入處理所發生的事件（如控制相應裝置工作，使溫濕度達到規定要求），處理后再返回原來被中斷的地方，繼續原來的工作。這樣的過程稱為中斷。實現這種中斷的裝置稱中斷系統。 8051 單片機的中斷系統 可分為 3 類：外部中斷，定時中斷和串行口中斷。中斷17 系統的 基本特點是：有 5 個固定的可屏蔽中斷源， 3 個在片內， 2 個在片外，它們在程序存儲器中各有固定的中 斷入口地址，由此進入中斷服務程序 ； 5 個中斷源有兩級中斷優先級，可形成中斷嵌套 ； 2 個特殊功能寄存器用于中斷控制和條件設置的編程 。結合圖 28 分別介紹中斷系統的五個中斷源： INT0 ： 外部中斷 0，由 端口線引入，低電平或下跳沿引起。 INT1 ：外部中斷 1，由 端口線引入，低電平或下跳沿引起。 T0：定時器 /計數器 0 中斷，由 T0 計滿回零引起。 T1：定時器 /計數器 l 中斷，由 T1 計滿回零引起。 TI/RI：串行 I/O 中斷，串行端口完成一幀字符發送 /接收后引起 。 圖 28 8051的終端中斷系統 在中斷請求被響應前，中斷請求標志分別由特殊功能寄存器 TCON 和 SCON 的相應位鎖存。 （ 1） TCON 中的中斷標志 TCON 為定時器 /計數器的控制寄存器，除了可以用于控制定時 /計數器 T0 和T1 的溢出和中斷外，還可以控制外部中斷 INT0 和 INT1 的觸發方式和鎖存外部中斷請求標志。 TF1— T1 溢出中斷標志。 T1 被啟動計 數后，從初值開始加 1 計數，直到計滿溢出后，由硬件使 TF1=1，向 CPU 請求中斷，此標志一直保持到 CPU 響應中斷后，才由硬件自動清 “ 0”。 TF0— T0 中斷標志。功能類似于 TF1 IE1— INT1 外部中斷 1 標志。 IE1=1 表明外部中斷 1 向 CPU 申請中斷。 18 IT1— 外部中斷 1 觸發方式控制位。 IE0— INT0 外部中斷 0 標志。功能類似于 IE1。 IT0— 外部中斷 0 觸發方式控制位。功能類似于 IT1。 （ 2） SCON 中的中斷標 志 SCON 是串行口控制器，其低 2 位 TI 和 RI 鎖存串口的發送中斷和接受中斷標志。 TI— 串行發送中斷標志。 CPU 將一個字節數據寫入發送緩沖器 SBUF 后啟動發送，每發送完一個串行楨，硬件置位 TI。但 CPU 相應中斷后并不能自動清除，標志必須由軟件清除。 RI— 串行接受中斷標志。在串行口允許接受時，每接受完一個串行楨，硬件置位 RI。同樣， CPU 響應中斷后不會自動清除 RI，標志必須由軟件清除。 中斷優先級寄存器 IP，中斷優先級中由中斷優先級寄存器 IP 來高置的， IP 中某位設為 1，相應的中斷就是高優先級，否則就是低優先 級。中斷優先原則如下： ① 低級不打斷高級 ② 高級不 理 睬低級 ③ 同級不能打斷 ④ 同級、同時中斷，事先約定。 19 第三章 MCS51 系列單片機的基本擴展 單片機內部的 ROM、 RAM 的容量、 I/O 接口等資源往往有限，在實際應用中通常不夠用，因此需要對單片機的資源進行擴展。 首先需要擴展的是程序存儲器和數據存儲器。單片機內部雖然有一定數量的存儲器，但常常不能滿足實際需要，因此要求從外部進行擴展。 其次需要擴展的是輸入 /輸出接口。單片機的主要用途是控制，因此它必須與外部設備 打交道。單片機雖然設置了 4 個并行 I/O 口，用來與外圍設備連接，但當外圍設備較多時， I/O 口就顯得不夠用，因此需要擴展輸入輸出接口。 地址鎖存器 在基本擴展電路中，都用到地址鎖存器。這是因為 P0 口輸出的低 8 位地址必須用地址鎖存器進行鎖存。本設計選用 74LS373，引腳如圖 31。 圖 31 地址鎖存器 74LS373 引腳圖 74LS373 是帶有三態門的 8D 鎖存器當三態門的使能信號線 OE 為低電平時，三態門處于導通狀態，允許 Q0～ Q7輸 出到 18OUT? ，當 OE 為高電平時，輸出三態門斷開，輸出線 18OUT? 處于浮空狀態。當 G 輸入端為高電平時，鎖存器輸出（ Q0～ Q7）狀態和輸入端（ D0～ D7）狀態相同 ； 當 G 端從高電平返回到低電平時（下降沿）時，輸入端 D0D7 的數據鎖入 Q0～ Q7 的 8 位鎖存器中。當 74LS373 作為地址鎖存器時，它們的鎖存控制端 G 可直接與單片機的鎖存信號 ALE 相連，在 ALE 下降沿進行地址鎖存。 20 程序存儲器的擴展 程序存儲器芯片選取 27128 是 16K*8 位紫外線擦除電可編程只讀存儲器，單一 +5V 電源供電，工作電流為 100mA，維持電流為 40mA，讀出時間最大為 250ns， 27128 為 28 腳雙列直插式封裝，圖 32 為 27128 引腳圖，表 31 為 27128 的引腳功能。 圖 32 27128引腳圖 表 31 27128 的引腳功能 A0～ A13 地址線 O0～ O7 數據線 數據輸出選通線 片選線 編程脈沖輸入 編程電源 21 32K EPROM 擴展電路 本設計需要擴展 32K 的程序存儲器，選用 2 片 16K*8 位 EPROM 器件 27128（ A）和 27128（ B） ，當 為低電平時，選中 27128（ A） ，高電平時經反相器選中 27128（ B） 。 圖 33 為 2 片 27128 與 8051 連接的電路圖。 27128 的 14 根地址線 A0～ A13 可選中 27128EPROM 中任意單元。 27128 的地址范圍是 0000H～ 3FFFH。 圖 33 2片 27128與 8051連接電路圖 數據存儲器的擴展 數據存儲器芯片選取 8051 單片機內部有 128 個字節 RAM。 CPU 對內部 RAM 有豐富的操作指令，在實際應用中，僅靠片內 RAM 往往不夠，必須擴展外部數據存儲器。 62256 容量為 32K，單一 +5V 供電，工作電流為 8mA，維持電流 ，讀出時間最大為 250ms， 28 線雙列直插式封裝。 A0～ A14：地址輸入線 ； D0～ D7： 數據線 ； CE ：片選信號輸入線，低電平有效，且 CE 為低電平時才選中該片 ； 22 OE ：讀選通信號輸入線，低電平有效 ； WR ：寫允許信號輸入線，低電平有效 ； Vcc：工作電源 +5V； 該設計采用的 SRAM 芯片為 62256，其結構圖如 34 所示。 圖 34 擴展芯片 62256引腳結構圖 32K 靜態 RAM 擴展電路 62256 是 32K 容量的，故用到了 15 根地址線。 SRAM 芯片 62256 與 8051 的接口電路如圖 35 所示。 圖 35 8051與 62256連接電路圖 23 8051 與 32K EPROM 和 32K SRAM 連接結構圖 8051 與 2 片 EPROM 27128 提供 32K 字節的片外程序存儲器，用一片靜態 RAM 62256 提供 32K 字節的片外數據存儲器?？傮w結構圖如圖 36 所示。 圖中的 62256 CE 接 8051 的 ， 輸出常為 0 時，才能選通 62256，所以它的地址 為 0000H～ 7FFFH。 圖 36 8051與外部存儲器擴展總體結構圖 24 8051 I/O 口的擴展 8051 單片機共有 4 個 8 位并行 I/O 口，這些 I/O 口一般是不能完全提供給用戶使用的，提供給用戶使用的 I/O 口只有 P1 口和 P3 口的部分口線，因此需要進行 I/O口的擴展。 8051 單片機的外部數據存儲器 RAM 和 I/O 是統一編址的，用戶可以把外部 64K 字節的數據存儲器 RAM 空間的一部分作為擴展 I/O 接口的地址空間，每一個接口芯片中的一個功能寄存器口地址就相當于一個 RAM 存儲單元， CPU 可以象訪問外部存儲 器 RAM 那樣訪問外部接口芯片，對其功能寄存器進行讀、寫操作。8255 就是其中的一種，本設計用其來擴展鍵盤和顯示器。 8255A 芯片的介紹 8255A 是 Intel 公司生產的可編程并行接口芯片 ， 它具有 3 個 8 位的并行 I/O 口，分別為 PA 口、 PB 口、 PC 口，其中 PC 口又分為高 4 位和低 4 位口，它們都可以通過軟件編程來改變其 I/O 口輸入輸出方式。 8255A 在單片機應用系統中被廣泛用作可編程外部 I/O 擴展接口 。 用 8255A 連接外部設備時，通常不用再附加外部電路，給使用者帶來很大方便。 8255A 的內部結構和 引腳圖如圖 37 所示。 圖 37（ a） 8255A結構框圖 圖 37（ b） 8255A引腳圖 8255A 可編程并行接口由以下 4 個邏輯結構組成。 （ 1）數據總線驅動器 這是雙向三態的 8 位驅動口，用于和單片機的數據總線相連，以實現單片機與25 8255 之間的數據傳送。 （ 2） 3 個并行 I/O 端口 A 口：具有一個 8 位數據輸出鎖存 /緩沖存儲器和一個