畢業(yè)論文基于單片機(jī)控制的智能供熱監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)19585

1、摘摘 要要 本系統(tǒng)介紹了由單片機(jī)控制的智能供熱監(jiān)控系統(tǒng)。采用 atm89c51 系列單片機(jī) 作為 cpu，設(shè)置 ad590 溫度傳感器、壓差傳感器、渦輪流量計(jì)等傳感器元件對供 回水、補(bǔ)水、供熱蒸汽的溫度、壓力檢測；對回水、補(bǔ)水的流量檢測，通過測量 電路、a/d 轉(zhuǎn)換后把數(shù)據(jù)傳送到 cpu，cup 根據(jù)已經(jīng)設(shè)置好的溫度范圍進(jìn)行比較判 斷，并發(fā)回命令調(diào)整供回水的壓力以及流量，最終達(dá)到自動(dòng)控制溫度的目的，這 對于保證供熱品質(zhì)和節(jié)省能源都有著非常重要的意義。此外，本系統(tǒng)還安裝了鍵 盤，顯示以及打印機(jī)，方便了數(shù)據(jù)的讀取、切換和統(tǒng)計(jì)，使管理層對供熱過程和 供熱品質(zhì)有最直觀的了解。 本設(shè)計(jì)應(yīng)用前景廣闊，可應(yīng)

2、用于城市或者小區(qū)的集中供熱方便快捷，節(jié)約能 源而且安全可靠。 關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：智能控制 集中供熱 監(jiān)控 信號(hào)采集 abstract this paper present the general design and control conception of an intelligent heating control system in detail. atm89c51 as the central intelligent unit in this system, which controls the temperature of each water-piping ways in-or-o

3、ut and surrounding the pressure of the out filter nets, the volume of offer-heat cycle water and so on. the temperature is changed by the pressure and volumes change ,so using this system first can make sure consumers temperature is not enough, another hand it also can resources. the system also has

4、 the keyboard, display unit and typewriter, which can give an obvious understanding to workers. this system would develop and apply expansive, we can apply it to the central heating of a community. it has the merits of secure, tidy and convenient. this control system is a successful example, which c

5、ombine theory automation with practice. keywords：intelligent control, central heating, monitor system, collect signal 目目 錄錄 第一章第一章 緒緒 論論.- 1 - 1.1 我國集中供熱的現(xiàn)狀.- 2 - 1.1.1 熱源.- 2 - 1.1.2 熱用戶 .- 3 - 1.1.3 熱網(wǎng) .- 3 - 1.2 我國集中供熱系統(tǒng)的發(fā)展趨勢.- 4 - 第二章第二章 方案論證方案論證.- 7 - 2.1 cpu 的選擇 .- 7 - 2.2 控制方案.- 8 - 2.2.1 數(shù)字控

6、制系統(tǒng)（ddc 系統(tǒng)）.- 8 - 2.2.2 分布式控制系統(tǒng)（dcs 系統(tǒng)）.- 9 - 2.2.3 操作指導(dǎo)控制系統(tǒng) .- 9 - 2.2.4 計(jì)算機(jī)監(jiān)督控制系統(tǒng)（scc 系統(tǒng)）.- 10 - 2.2.5 確定方案 .- 11 - 2.2.6 補(bǔ)水前饋與熱量計(jì)算 .- 13 - 第三章第三章 硬件設(shè)計(jì)硬件設(shè)計(jì).- 15 - 3.1 cup.- 15 - 3.2 溫度檢測 .- 26 - 3.2.1 溫度傳感器 ad590 的特性和結(jié)構(gòu).- 26 - 3.2.2 ad590 的主特性參數(shù)如下：.- 27 - 3.2.3 ad590 的工作原理：.- 27 - 3.3 a/d 轉(zhuǎn)換 .- 29

7、 - 3.3.1 max-1230 的主要特點(diǎn).- 29 - 3.3.2的內(nèi)部結(jié)構(gòu) .- 30 - 3.3.3 max-1230 的引腳排列.- 31 - 3.3.4 max-1230 的工作過程.- 32 - 3.4 流量檢測 .- 35 - 3.4.1 渦輪流量計(jì) .- 35 - 3.4.2 渦輪流量計(jì)的工作原理 .- 36 - 3.4.3 渦輪流量計(jì)檢測原理和方法 .- 36 - 3.5 壓力檢測.- 38 - 3.5.1 特點(diǎn)： .- 38 - 3.5.2 工作原理.- 39 - 3.6 語音報(bào)警系統(tǒng).- 41 - 3.6.1 isd 的引腳.- 42 - 3.6.2 尋址方法.- 4

8、3 - 3.6.3 硬件結(jié)構(gòu).- 44 - 3.7 與上位機(jī)的通訊 .- 45 - 3.7.1 電氣特性 .- 45 - 3.7.2 電平轉(zhuǎn)換.- 46 - 3.8 鍵盤顯示.- 47 - 3.8.1 8279 的引腳說明.- 48 - 3.8.2 8279 的工作方式.- 50 - 3.8.3 8279 的控制命令.- 50 - 3.8.4 8279 數(shù)據(jù)的輸入輸出.- 52 - 3.9 帶看門狗和電源監(jiān)控功能的復(fù)位芯片 ipm813l .- 53 - 第四章系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)第四章系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì).- 56 - 4.1 主程序： .- 56 - 4.2 中斷程序.- 57 - 4.3 數(shù)字濾波子程序

9、 filter .- 59 - 4.4 pid 計(jì)算程序 .- 60 - 致致 謝謝.- 61 - 參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn).- 62 - 附錄附錄 1 1：單片機(jī)控制的智能供熱監(jiān)控系統(tǒng)原理圖單片機(jī)控制的智能供熱監(jiān)控系統(tǒng)原理圖 .- 13 - 附錄附錄 2 2：單片機(jī)控制的智能供熱監(jiān)控系統(tǒng)程序清單單片機(jī)控制的智能供熱監(jiān)控系統(tǒng)程序清單 .14 第一章第一章 緒緒 論論 供熱業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)中不可缺少的部分，作為重要的城市基礎(chǔ)設(shè)施，其任務(wù)是 合理有效地組織、制備熱能，并經(jīng)濟(jì)可靠地把熱能送到熱用戶。城鎮(zhèn)供熱方式大 體分為火爐采暖、分散鍋爐房供暖、區(qū)域鍋爐房供暖、城市集中供熱等幾種。其 中，集中供熱特別是熱電聯(lián)產(chǎn)

10、供熱，對于節(jié)約一次能源，改善環(huán)境污染，提高人 民生活水平有著重要的意義。隨著城市大氣污染問題的日益嚴(yán)重，以及傳統(tǒng)已出 現(xiàn)枯竭苗頭，集中供熱在越來越多的國家受到了廣泛的重視，并迅速發(fā)展。在世 界上，北歐四國，如芬蘭、瑞典、挪威和丹麥，因?yàn)槠涞乩憝h(huán)境的影響，發(fā)展集 中供熱系統(tǒng)比較早，目前已經(jīng)發(fā)展的比較完善。其供熱的規(guī)模及供熱質(zhì)量都比較 好。此外，受地理環(huán)境影響，俄羅斯是世界上集中供熱最發(fā)達(dá)的國家之一。 我國的集中供熱是在解放后才開始的，由于各方面的原因，發(fā)展緩慢，都八 十年代初，我國的集中供熱比例仍然很小，尤其是城市的民用供熱比例更為偏低。 據(jù)東北、西北和華北三個(gè)北方寒冷地區(qū)統(tǒng)計(jì)，城市民用供熱系統(tǒng)

11、中實(shí)行集中供熱 的僅占 2%，分散鍋爐房供熱占 48%，家庭小爐灶占 50%，即使是集中供熱發(fā)展較 好的北京市，集中供熱的比重也只占 8.2%。但自改革開放以來，隨著國家經(jīng)濟(jì)的 快速發(fā)展，人民的生活水平大幅度提高，集中供熱作為一項(xiàng)節(jié)能及改善城市環(huán)境 的市政工程，得到了迅猛的發(fā)展，尤其是進(jìn)入 90 年代以來，人們對于冬季供暖的 要求及質(zhì)量提出了更高的要求。我國各地方的集中供熱規(guī)模越來越大，供熱網(wǎng)的 覆蓋面積越來越廣，目前，全國已有近 300 個(gè)城市敷設(shè)了城市供熱管網(wǎng)， “三北” 地區(qū)集中供熱普及率達(dá)到 30%左右，熱網(wǎng)結(jié)構(gòu)也逐步從小規(guī)模的樹支狀熱網(wǎng)向大 規(guī)模的多源聯(lián)合運(yùn)行的環(huán)狀網(wǎng)發(fā)展。因此，保證

12、供暖的質(zhì)量及熱網(wǎng)的安全運(yùn)行是 十分重要的。但在供熱規(guī)模擴(kuò)大的同時(shí)也出現(xiàn)了很多問題，其中之一是隨著熱網(wǎng) 的擴(kuò)大，先前小規(guī)模熱網(wǎng)運(yùn)行的經(jīng)驗(yàn)已不實(shí)用，只能沿用以前的理論與方法，因 此對它的運(yùn)行管理也越來越困難。加之我國熱網(wǎng)運(yùn)行調(diào)節(jié)技術(shù)手段少，經(jīng)驗(yàn)成分 過多，使得現(xiàn)在的運(yùn)行管理和調(diào)節(jié)技術(shù)手段少，迫切需要一種新的技術(shù)方案來指 導(dǎo)、調(diào)節(jié)熱網(wǎng)運(yùn)行。使之無論從技術(shù)上還是管理上都能達(dá)到一個(gè)更高的水平。 1.11.1 我國集中供熱的現(xiàn)狀我國集中供熱的現(xiàn)狀 我國集中供熱發(fā)展到今天，經(jīng)歷了從無到有、從小到大、從弱到強(qiáng)、艱苦奮 斗、競爭發(fā)展的歷程。如前所述,集中供熱系統(tǒng)就是將大量的熱用戶用熱力網(wǎng)連接 起來，由統(tǒng)一的熱源

13、提供所需熱量的供熱系統(tǒng)。該系統(tǒng)一般有三個(gè)部分組成：熱 源、熱力網(wǎng)和熱用戶。大型集中供熱網(wǎng)一般均為間接式供熱網(wǎng)，作為熱能輸送的 管網(wǎng)可分為一次網(wǎng)和二次網(wǎng)兩個(gè)部分。下面從以上幾個(gè)部分出發(fā)對我國集中供熱 系統(tǒng)的現(xiàn)狀進(jìn)行介紹。 1.1.11.1.1 熱源熱源 我國傳統(tǒng)的集中供熱主要采取熱電聯(lián)產(chǎn)、區(qū)域聯(lián)合供熱和小區(qū)鍋爐房供暖等 幾種方式。從我國北方采暖地區(qū)大城市來看，以分散鍋爐房供暖比重最大，據(jù)對 29 個(gè)大中城市統(tǒng)計(jì)顯示，目前，分散鍋爐房供熱占我國總供暖面積的 84%，其中， 90%以上的鍋爐房的容量一般只維持在 7mw 以下的水平，其效率低下，除塵設(shè)備落 后（或從未安裝除塵設(shè)備） ，這樣一來，不僅造

14、成了能源的大量浪費(fèi)，而且還嚴(yán)重 污染了環(huán)境。就全國而言，目前我國供熱系統(tǒng)的能效只有 30%左右，而我國是一 個(gè)能源缺乏的國家，能源需求增長率大大超過能源生產(chǎn)的增長率。因此，如何在 現(xiàn)有基礎(chǔ)上提高熱源的利用率，降低能源的浪費(fèi)。減少城市污染等諸多方面的問 題，已經(jīng)成為現(xiàn)今城市集中供熱系統(tǒng)急需解決的問題。八十年代后，熱電聯(lián)產(chǎn)、 熱交換站以及相配套的尖峰鍋爐房等集中供熱系統(tǒng)在許多城市相繼建成。特別是 熱電聯(lián)產(chǎn)作為綜合、合理利用能源的一個(gè)重要途徑，逐漸受到重視，也得到了較 快的發(fā)展。目前。許多城市的大型熱源已不止一個(gè)，如：北京、沈陽等集中供熱 系統(tǒng)較發(fā)達(dá)的城市已經(jīng)在實(shí)踐初級的多熱源并網(wǎng)運(yùn)行；另外，其他地

15、區(qū)，如：赤 峰、鄭州、牡丹江、煙臺(tái)等市由于熱負(fù)荷的擴(kuò)大，也在近遠(yuǎn)期規(guī)劃了多熱源的格 局。但這些系統(tǒng)大多是單獨(dú)承擔(dān)一個(gè)區(qū)域的集中供熱，單獨(dú)運(yùn)行，互不連接。有 的城市雖然也把管網(wǎng)聯(lián)在一起，但在供熱時(shí)又都用閥門斷開，分別運(yùn)行。這樣， 就各個(gè)熱源失去了互補(bǔ)性，同時(shí)在供熱初期和末期又都不能滿負(fù)荷工作，使其無 法發(fā)揮全部的供熱能力。不但造成了能源和設(shè)備的浪費(fèi)，而且多個(gè)熱源同時(shí)在低 負(fù)荷下運(yùn)行，也加重了城市的污染。 1.1.21.1.2 熱用戶熱用戶 我國的供熱系統(tǒng)型式落后，缺乏控制與節(jié)能手段，大部分用戶室內(nèi)無法進(jìn)行 溫度調(diào)節(jié)和無熱量設(shè)備，普遍在低負(fù)荷、低效率下運(yùn)行，實(shí)際供暖面積只有設(shè)備 能力的 40%左右

16、，采暖能耗為相近氣候條件國家的 3-5 倍左右，能源浪費(fèi)十分嚴(yán) 重。同時(shí)，我國室內(nèi)熱環(huán)境差，發(fā)達(dá)國家室內(nèi)溫度是 22 攝氏度，而我國只有 16 攝氏度；供熱品質(zhì)也很差，室溫冷熱不均，室內(nèi)沒有控溫設(shè)備，用戶無法調(diào)節(jié)室 溫。采暖收費(fèi)制度也不合理，按面積收費(fèi)使用戶無節(jié)能意識(shí)，熱能浪費(fèi)嚴(yán)重，原 有的室內(nèi)供暖系統(tǒng)的設(shè)計(jì)多為上供下回單管順流式，不具備對欠費(fèi)的用戶采取強(qiáng) 制措施的手段，使得供熱企業(yè)收費(fèi)難。隨著我國供熱體制的市場經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)變，供暖 在不遠(yuǎn)的將來將不再作為 一項(xiàng)福利來實(shí)施，而是成為一個(gè)商品。 1.1.31.1.3 熱網(wǎng)熱網(wǎng) 我國大型熱網(wǎng)普遍采用間連供熱方式。通常一個(gè)城市有幾個(gè)區(qū)域供熱網(wǎng)，一 個(gè)區(qū)域供

17、熱網(wǎng)有幾十到上百個(gè)換熱站。供熱電廠提供的高溫過熱蒸汽經(jīng)電廠換熱 站汽-水換熱器形成供暖熱水由二次管網(wǎng)送至用戶。 在我國現(xiàn)有按供熱面積供熱體制下，用戶不能主動(dòng)調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度，因此總供熱量僅僅和 室外溫度有關(guān)，其總供熱量就可預(yù)先知道并且有熱源廠管理控制，熱源廠只要根據(jù)相應(yīng)的室 外溫度控制一次網(wǎng)系統(tǒng)供回水溫度。一般供熱公司基本按定流量或分階段變流量的質(zhì)調(diào)節(jié)方 案運(yùn)行，即熱網(wǎng)流量在整個(gè)供暖期內(nèi)基本保持不變，平時(shí)只根據(jù)室外溫度高低來調(diào)節(jié)熱網(wǎng)的 供水溫度。因此，只要保證流量按供熱面積均勻分配并保證適合的供水溫度就可以滿足供暖 的需要。其特點(diǎn)為： 1）調(diào)節(jié)主動(dòng)權(quán)在供熱公司； 2）調(diào)節(jié)原則就是按供熱面積均勻分配

18、流量。這種運(yùn)行調(diào)節(jié)方法簡單，且能保 證供熱要求，因此被許多供熱公司所應(yīng)用。但其所具有的按照供熱面積收費(fèi) 的許多弊端是無法避免的。 1.21.2 我國集中供熱系統(tǒng)的發(fā)展趨勢我國集中供熱系統(tǒng)的發(fā)展趨勢 從上述對我國集中供暖的當(dāng)前情況的總結(jié)和分析可知，隨著形式的不斷發(fā)展，我 國與供暖有關(guān)的相關(guān)的體制和條件發(fā)生了很大的變化： 1、隨著我國各項(xiàng)體制改革的不斷進(jìn)行，供暖事業(yè)按面積收費(fèi)的弊端日益突出， 必將阻礙供暖事業(yè)的發(fā)展； 2、我國節(jié)能和環(huán)境保護(hù)問題日益嚴(yán)重，而供暖的能量消耗在我國經(jīng)濟(jì)占有很 大的比重，并且會(huì)對環(huán)境產(chǎn)生較大的影響； 3、我國用戶生活水平近年來有了很大的提高，對供暖的舒適度有了更一步的 要

19、求。 因此，原有傳統(tǒng)供暖方式的缺陷日益突出，尋求集中供暖的進(jìn)一步發(fā)展以滿 足我國當(dāng)前多方面的要求勢在必行。 在集中供熱發(fā)展最早的是西歐的丹麥、瑞典、芬蘭和原蘇聯(lián)等國家，從上個(gè) 世紀(jì)八十年代開始，就不斷采取措施和相應(yīng)的技術(shù)有效提高供熱系統(tǒng)的節(jié)能和優(yōu) 化，二十多年來，歐洲國家在集中供熱的政策規(guī)范及技術(shù)在實(shí)踐中不斷補(bǔ)充完善， 代表了當(dāng)今世界的先進(jìn)水平，提供了比較成熟的技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)來借鑒。但由于我國 的國情不同，我國的供暖系統(tǒng)有著自身特點(diǎn)： 1、我國的供熱熱源結(jié)構(gòu)以及供熱負(fù)荷與歐洲國家存在很大的差異，從而決定 了我國供熱系統(tǒng)的總體格局； 2、經(jīng)過多年的發(fā)展，我國供暖已具有相當(dāng)?shù)囊?guī)模，而我國已形成的供暖系

20、統(tǒng) 的結(jié)構(gòu)與發(fā)達(dá)國家有著很大的差異，我國在建立新型供暖系統(tǒng)的同時(shí)，對 原有系統(tǒng)如何進(jìn)行改造有著非常的意義； 3、我們應(yīng)當(dāng)建立與我國當(dāng)前生產(chǎn)力發(fā)展相適應(yīng)的供熱系統(tǒng)，也就是既要能滿 足目前不斷發(fā)展的供熱需求，同時(shí)又要與我國的經(jīng)濟(jì)實(shí)力和經(jīng)濟(jì)體制改革 相適應(yīng)； 4、我國目前的普及率還不是很高，熱網(wǎng)以采暖為主，生活熱水所占比例不大。 集中供暖有存在諸多節(jié)能和成本優(yōu)勢，當(dāng)前，我國供暖面臨著巨大的發(fā)展 前景。如何建立起既經(jīng)濟(jì)又符合供暖發(fā)展趨勢的供暖格局和供暖系統(tǒng)至關(guān) 重要。 通過對我國供暖現(xiàn)狀的 總結(jié)和分析，結(jié)合發(fā)達(dá)國家的供暖模式，適合我國供 暖發(fā)展需要的主要趨勢為： 1、實(shí)現(xiàn)分戶調(diào)節(jié)和熱量計(jì)量收費(fèi)。熱用戶

21、的耗能量決定供暖負(fù)荷的大小，因 此，促進(jìn)用戶自覺節(jié)能，可大大減少我國供暖系統(tǒng)的能源浪費(fèi)，而促使用 戶自覺節(jié)能的唯一有效手段，就是對使用熱量進(jìn)行計(jì)量，并根據(jù)計(jì)量結(jié)果 來收費(fèi)。世界各國的經(jīng)驗(yàn)表明，把“大鍋飯”式的采暖包費(fèi)制，改為按實(shí) 際使用熱量向用戶收費(fèi)，可節(jié)能 20%至 30%。這種明顯的節(jié)能效果自 70 年 代末起就已經(jīng)在西歐各國的節(jié)能措施中得到證明，而且近年來某些東歐國 家的努力也說明了這一點(diǎn)。而另一方面，解決目前日趨嚴(yán)重的供熱公司收 費(fèi)難問題的最根本有效的管理方法就是采用根據(jù)用戶的實(shí)際使用熱量來收 費(fèi)?？梢哉f，對熱量進(jìn)行計(jì)量并據(jù)此來收費(fèi)是集中供熱領(lǐng)域行之有效的不 可或缺的管理手段。 2、多

22、熱網(wǎng)逐漸聯(lián)網(wǎng)，形成多熱源聯(lián)合供熱系統(tǒng)。近幾年多熱源環(huán)網(wǎng)聯(lián)合供熱 系統(tǒng)經(jīng)過實(shí)際運(yùn)行已取得了非常明顯的效果，并充分顯露出其諸多優(yōu)點(diǎn)： 、提高了整個(gè)供熱系統(tǒng)運(yùn)行可靠性與安全性。當(dāng)熱網(wǎng)中某一或某些熱源 出現(xiàn)事故時(shí)，各熱源可相互替代，相互補(bǔ)充。、可靈活調(diào)整供熱量，達(dá) 到良好的節(jié)能效果。系統(tǒng)中多熱源可根據(jù)供熱負(fù)荷的具體情況，制定出更 為合理的供熱方案，并可隨時(shí)使全系統(tǒng)的供熱工況（供熱量、供回水溫度 和水力工況）優(yōu)化，從而實(shí)現(xiàn)較理想的節(jié)能措施。、系統(tǒng)的水力穩(wěn)定性 好。采用環(huán)狀網(wǎng)連接，熱網(wǎng)比摩阻較小，各換熱站的資用壓頭大，增強(qiáng)了 系統(tǒng)的水力穩(wěn)定性。、優(yōu)化水力工況，平衡供熱效果。、供熱系統(tǒng)熱 源的可擴(kuò)充性強(qiáng)。發(fā)

23、達(dá)國家已開發(fā)形成了多熱源(如:垃圾焚燒廠、熱源廠、 鍋爐房等)供熱格局，我國在不遠(yuǎn)的將來，隨著多種技術(shù)的不斷成熟，必 將發(fā)展出更多可利用的熱源，如：地?zé)?、太陽能以及垃圾焚燒所產(chǎn)生的附 熱等，多熱源聯(lián)合供熱系統(tǒng)為更多新熱源的加入提供了必要的基礎(chǔ)。 3、建立相應(yīng)的系統(tǒng)智能協(xié)調(diào)機(jī)制。和傳統(tǒng)供熱方案不同，在新的供熱系統(tǒng)下， 用戶可根據(jù)自身的需要來控制供熱溫度。當(dāng)眾多用戶調(diào)節(jié)自己的流量后， 整個(gè)熱網(wǎng)的流量和供熱量也將隨之變化，此時(shí)熱網(wǎng)的總供熱量隨機(jī)變化增 大；同時(shí)，多熱源聯(lián)合供熱的結(jié)構(gòu)需要確定如何使得處于同一供熱網(wǎng)中的 多熱源相互配合適應(yīng)供熱負(fù)荷的不斷變化，從而降低運(yùn)行費(fèi)用、提高經(jīng)濟(jì) 效益和節(jié)能效果。

24、第二章第二章 方案論證方案論證 2.12.1 cpucpu 的選擇的選擇 atmel89 系列單片機(jī)（簡稱 89 系列單片機(jī)）是 atmel 公司的 8 位 flash 單片 機(jī)系列。89 系列單片機(jī)是以 8031 為核心構(gòu)成的，它和 8051 系列單片機(jī)是兼容的， 其最大特點(diǎn)是內(nèi)部含有 flash 存儲(chǔ)器。其功能如下： （1） 內(nèi)部含有 flash 存儲(chǔ)器 由于內(nèi)部含有 flash 存儲(chǔ)器，因此在系統(tǒng)的開發(fā)過程中可以十分容易的進(jìn)行 程序的修改，大大地縮短了系統(tǒng)的開發(fā)周期。同時(shí)，在系統(tǒng)工作過程中，能有效 地保存一些數(shù)據(jù)信息，即使外界電源損壞也不影響信息的保存。 （2） 和 8051 系列單片機(jī)

25、兼容 89 系列單片機(jī)的端子和 8051 系列是一樣的，因此，當(dāng) 89 系列單片機(jī)取代 8051 單片機(jī)時(shí)，可以直接進(jìn)行代換。 （3） 靜態(tài)時(shí)鐘方式 89 系列單片機(jī)采用靜態(tài)時(shí)鐘方式，可以節(jié)省電能。 （4） 錯(cuò)誤編程亦無廢品產(chǎn)生 一般的 otp 產(chǎn)品，一旦錯(cuò)誤編程就成了廢品。而 89 系列單片機(jī)內(nèi)部采用了 flash 存儲(chǔ)器，所以，錯(cuò)誤編程之后仍可以重新編程，直到正確為止，因此不存 在廢品。 （5） 可反復(fù)進(jìn)行系統(tǒng)實(shí)驗(yàn) 用 89 系列單片機(jī)設(shè)計(jì)的系統(tǒng)，可以反復(fù)進(jìn)行系統(tǒng)試驗(yàn)。每次試驗(yàn)可以編入不 同的程序，這樣可以保證用戶的系統(tǒng)設(shè)計(jì)到最優(yōu)。而且隨著用戶的需求和發(fā)展， 還可以進(jìn)行修改，使系統(tǒng)能不斷追

26、隨用戶的最新要求。 因此，綜上所述在本設(shè)計(jì)中采用 atmel89c51 單片機(jī)作為系統(tǒng)的智能控制器。 2.22.2 控制方案控制方案 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)大致可分為直接數(shù)字控制系統(tǒng)，分布控制系統(tǒng)，操作指導(dǎo)控 制系統(tǒng)，監(jiān)督控制系統(tǒng)。 2.2.12.2.1 數(shù)字控制系統(tǒng)（數(shù)字控制系統(tǒng)（ddcddc 系統(tǒng)）系統(tǒng)） 直接數(shù)字控制系統(tǒng) ddc（direct digital contral）是單片機(jī)在工業(yè)控制中 應(yīng)用最普通的一種方式。在這種方式中，單片機(jī)作為系統(tǒng)的一個(gè)組成部分或環(huán)節(jié)， 直接參與控制過程。一臺(tái)單片機(jī)可以對多個(gè)被控參數(shù)進(jìn)行巡回檢測，并把檢測結(jié) 果和給定值進(jìn)行比較，再按事先約定的控制規(guī)律進(jìn)行運(yùn)算處理，

27、然后通過 d/a 和 反多路開關(guān)控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作，從而產(chǎn)生過程始終處于最佳狀態(tài)。ddc 系統(tǒng)是閉 環(huán)系統(tǒng)。 ddc 系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是靈活性大。在常規(guī)模擬調(diào)節(jié)器控制系統(tǒng)中，控制器一旦被選 定，其控制方法也就確定了，要改變控制方法就必須改變硬件，這往往難度較大。 而在 ddc 系統(tǒng)中由于微機(jī)代替了常規(guī)模擬調(diào)節(jié)器，因此要改變控制方法，只要改 變程序就可以實(shí)現(xiàn)了，無須對硬件線路做任何改動(dòng)。另外，計(jì)算機(jī)計(jì)算能力強(qiáng)， 可以有效地實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜的控制用來改善控制質(zhì)量，提高經(jīng)濟(jì)效益，當(dāng)控制回路較 多時(shí)，采用 ddc 系統(tǒng)比采用常規(guī)控制器控制系統(tǒng)要經(jīng)濟(jì)合算，因?yàn)橐慌_(tái)微機(jī)可代 替多個(gè)模擬調(diào)節(jié)器。 2.2.22.2.2 分

28、布式控制系統(tǒng)（分布式控制系統(tǒng)（dcsdcs 系統(tǒng)）系統(tǒng)） 分布式控制系統(tǒng) dcs（distributed contral systems）簡稱 dcs 系統(tǒng)，它實(shí) 際上是一個(gè)分級結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，是有一臺(tái)或數(shù)臺(tái)主計(jì)算機(jī)和若干單片機(jī)構(gòu)成 的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，所以也叫主從結(jié)構(gòu)或樹形結(jié)構(gòu)，單片機(jī)絕大部分時(shí)間都是在并行 工作的只是必要時(shí)才與主機(jī)通訊。該系統(tǒng)代替了原來的中小型計(jì)算機(jī)集中控制系 統(tǒng)，它具有以下特點(diǎn)： 1、可靠性高 分布式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)地理上和功能上分散的控制，使每臺(tái)危機(jī)的任 務(wù)相應(yīng)減少，功能更明確，組成也更簡單，因此可靠性提高了。 2、速度快 分布式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)各級并行工作，很多采樣和控

29、制功能都分散到各個(gè)子 環(huán)節(jié)中，僅在必要時(shí)才通過高速數(shù)據(jù)通道與監(jiān)督計(jì)算機(jī)進(jìn)行信息交換，因此減少 了數(shù)據(jù)集中串行處理時(shí)間，也減少了信息傳遞的次數(shù)，所以速度提高了。 3、結(jié)構(gòu)靈活，易于擴(kuò)展 分布式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)采用的是模塊化結(jié)構(gòu)，即把任務(wù)相同的部分作成一個(gè) 模塊，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)靈活，可大可小，便于操作、組裝和調(diào)度，容易擴(kuò)展。 4、設(shè)計(jì)、開發(fā)、維護(hù)簡便 由于系統(tǒng)采用模塊式結(jié)構(gòu)，且具有自診斷和錯(cuò)誤檢測系統(tǒng)，所以設(shè)計(jì)、開發(fā) 及維護(hù)都很方便，并且能實(shí)現(xiàn)高級復(fù)雜規(guī)律控制。 2.2.32.2.3 操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)操作指導(dǎo)控制系統(tǒng) 在操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)中，計(jì)算機(jī)的輸出不直接作用于生產(chǎn)對象，屬于開環(huán)控 制結(jié)構(gòu)。計(jì)算機(jī)根據(jù)數(shù)

30、學(xué)模型、控制算法對檢測到的生產(chǎn)過程參數(shù)進(jìn)行處理，計(jì) 算出各控制量應(yīng)有的較合適或最優(yōu)的數(shù)值，供操作員參考，這時(shí)計(jì)算機(jī)就起到了 操作指導(dǎo)的作用。 該系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，控制靈活和安全可靠。缺點(diǎn)是要由人工進(jìn)行操作， 操作速度受到人為的限制，并且不能控制多個(gè)回路。該系統(tǒng)常用在計(jì)算機(jī)控制系 統(tǒng)設(shè)計(jì)與調(diào)試階段，進(jìn)行數(shù)據(jù)檢測、處理及試驗(yàn)新的控制程序等。 2.2.42.2.4 計(jì)算機(jī)監(jiān)督控制系統(tǒng)（計(jì)算機(jī)監(jiān)督控制系統(tǒng)（sccscc 系統(tǒng)）系統(tǒng)） scc（superbisory computer control）系統(tǒng)比 ddc 系統(tǒng)更接近生產(chǎn)變化的實(shí) 際情況，因?yàn)樵?dcc 系統(tǒng)匯總計(jì)算機(jī)只是代替模擬調(diào)節(jié)器進(jìn)行

31、控制，系統(tǒng)不能進(jìn) 行在最佳狀態(tài)，而 scc 系統(tǒng)不僅可以進(jìn)行給定值控制,并且還可以進(jìn)行順序控制、 最優(yōu)控制以及自適應(yīng)控制等，它是操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)和 ddc 系統(tǒng)的綜合與發(fā)展。 scc 系統(tǒng)有兩種形式：一種是 scc+模擬調(diào)節(jié)器控制系統(tǒng)；另種是 scc+dcc 控 制系統(tǒng)。 1、cc+模擬調(diào)節(jié)器控制系統(tǒng) scc 級微機(jī)的作用是收集檢測信號(hào)及執(zhí)行管理命令，然后按照一定的數(shù)學(xué)模型 計(jì)算后，給定值與檢測到的被控參數(shù)進(jìn)行比較，其偏差經(jīng)模擬調(diào)節(jié)器計(jì)算后輸出 控制量給執(zhí)行機(jī)構(gòu)，以使工作保持在最優(yōu)狀態(tài)，從而達(dá)到調(diào)節(jié)產(chǎn)生過程的目的。 當(dāng) scc 微機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，可由模擬調(diào)節(jié)器獨(dú)立完成操作。該系統(tǒng)形式適合于老企

32、業(yè)的技術(shù)改造，既用上了原有的模擬調(diào)節(jié)器，有實(shí)現(xiàn)了最佳給定值控制。 2、scc+ddc 控制系統(tǒng) 這是兩級計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，一級為監(jiān)督級、計(jì)算機(jī)的作用與 scc+模擬調(diào)節(jié)器 控制系統(tǒng)的 scc 計(jì)算機(jī)一樣，進(jìn)行分析、計(jì)算，并且給出最佳給定值；另一級是 直接數(shù)字控制 ddc 級，用來將給定值與測量值進(jìn)行比較，其偏差有 ddc 計(jì)算機(jī)進(jìn) 行數(shù)字控制運(yùn)算，然后經(jīng) d/a 轉(zhuǎn)換器和多路開關(guān)分別控制各個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)以及對生 產(chǎn)過程進(jìn)行調(diào)節(jié)。當(dāng) ddc 級危機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，可有 scc 級微機(jī)完成 ddc 的控制功 能，提高了系統(tǒng)的可靠性。 scc+ddc 控制系統(tǒng)與 scc+模擬調(diào)節(jié)器控制系統(tǒng)相比有許多優(yōu)點(diǎn)，其控

33、制規(guī)律 可以改變，使用更加靈活，而且一臺(tái) ddc 可以控制多個(gè)回路，使系統(tǒng)比較簡單。 總之，雖然 scc 系統(tǒng)比 ddc 系統(tǒng)有很多優(yōu)越性，但由于生產(chǎn)過程的復(fù)雜性，有時(shí) 很難建立數(shù)學(xué)模型，所以 scc 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)起來比較困難 2.2.52.2.5 確定方案確定方案 比較以上各種控制系統(tǒng)，在考慮到本設(shè)計(jì)的目標(biāo)是要使供熱公司對用戶實(shí)現(xiàn) 高質(zhì)量的供熱服務(wù)，也就要求該控制系統(tǒng)可靠性高，速度快，結(jié)構(gòu)靈活，易于擴(kuò) 展而且要便于維修。綜合以上要求，我選用分布式控制系統(tǒng)作為該設(shè)計(jì)的方案。 整個(gè)系統(tǒng)可以分布式結(jié)構(gòu)，上位管理機(jī)最多可與 255 個(gè)供熱站控制裝置連接， 每一控制又可接 255 個(gè)溫度巡測儀。 供熱一般

34、要保證用戶室溫為 182。由于各用戶建筑面積、暖氣片性能及保 溫質(zhì)量各不相同，很難確定一組典型的室內(nèi)溫度作為直接被控量，而供、回水的 平均溫度從整體上反映了各個(gè)用戶暖氣片的平均溫度，因此本系統(tǒng)采用控制供、 回水平均溫度的方法來見解控制用戶室溫?？刂圃砜驁D見下圖 圖中 t0 表示室外大氣溫度 5min 內(nèi)的平均值，ts 表示供、回水的溫度的設(shè)定 值，t1 表示供水溫度測量值，t2 表示回水溫度測量值。 供、回水溫度與室外大氣溫度應(yīng)是一個(gè)反向變化的量，當(dāng)大氣溫度降低時(shí)， 應(yīng)增加供熱量，反之則減少供熱量。其近似關(guān)系式為： ts = 18+ k（18-t0） 上式中 k 為供熱系數(shù)。由于用戶的熱交換

35、關(guān)系比較復(fù)雜，系統(tǒng)循環(huán)水泵的開 啟臺(tái)數(shù)又是一個(gè)變值，因此供熱系數(shù) k 應(yīng)根據(jù)具體情況作適當(dāng)調(diào)整。 供、回水的壓力是熱網(wǎng)安全運(yùn)行的重要參數(shù)。供回水壓力過高可能造成熱水 管道及用戶暖氣片破裂：循環(huán)熱水的流失會(huì)使水壓力過低，有可能形成熱水汽化， 引起熱交換器的振動(dòng)。 為此，采用自動(dòng)補(bǔ)水的控制方案?？刂七壿嫗椋?（p1 595 kpa 且 p2 305 kpa） 或（p1 605 kpa 且 p2 605 kpa 或 p2 305 kpa 停止補(bǔ)水 595kpap1605kpa 且 295kpap2305kpa 保持原狀態(tài) 式中，p1 表示供水壓力，p2 表示回水壓力。 由于補(bǔ)水溫度較低，有時(shí)補(bǔ)水動(dòng)作

36、還相當(dāng)頻繁，所以補(bǔ)水成為影響供、回水 溫度的主擾動(dòng)。為了及時(shí)克服補(bǔ)水造成的供水溫度降低，提高調(diào)節(jié)品質(zhì)，本系統(tǒng) 采取了以補(bǔ)水為前饋量的靜態(tài)熱量前饋措施，以熱量平衡為基本出發(fā)點(diǎn)，保持補(bǔ) 水時(shí)供水溫度不變。 2.2.62.2.6 補(bǔ)水前饋與熱量計(jì)算補(bǔ)水前饋與熱量計(jì)算 系統(tǒng)不補(bǔ)水時(shí)，供水流量 m1 等于回水流量 m2，此時(shí)瞬時(shí)供熱量為： q1 =供水量 回水熱量 =cpm2（t1-t2） 當(dāng)系統(tǒng)處于補(bǔ)水狀態(tài)時(shí)，供水流量 m1 等于回水流量 m2 與補(bǔ)水流量 m3 之和， 此時(shí)瞬時(shí)供、供熱量為： q1 =供水量 回水熱量 補(bǔ)水熱量 =cpm2（t1-t2）+m3（t1-t3） 上式中，t1 為供水溫度(

37、)，t2 問回水溫度()，t3 為補(bǔ)水溫度()，cp 為水的定壓質(zhì)量比熱。因?yàn)?p 和 t 都不太高，為簡化計(jì)算，取 cp=4.1868（mj/t） ，流量單位為 t/h,熱量單位為 mj。 比較以上兩式可以看出，如果要保持補(bǔ)水前后供熱溫度 t1 不變，需要在開啟 補(bǔ)水泵的同時(shí)，加大蒸汽投放量，多提供：q3=q1-q2=cpm3(t1-t3)的熱量。 新增熱量占原供熱量的比例為： q3/q1 = m3(t1 t3) / m2 (t1 t2) 供水熱量是由供熱蒸汽提供的，蒸汽熱量與蒸汽流量基本上成正比關(guān)系，所 以下式成立： q / q = q3 / q1 式中，q 為蒸汽流量增量，與熱水新增熱量

38、 q3 為對應(yīng)；q 為原蒸汽流量， 與原熱水熱量 q1 對應(yīng)。 共熱蒸汽采用對數(shù)閥進(jìn)行調(diào)節(jié)。假設(shè)調(diào)節(jié)閥為理想流量特性，以補(bǔ)水為前饋 量，保持供水溫度不變時(shí)，閥門相對開度的增量為： 1/l =（1/lnr）ln(1=q3/q1) 式中，1/l 表示閥門相對開度，r 表示閥門理想可調(diào)比。 考慮到系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行情況的復(fù)雜性，閥門實(shí)際相對開度的增量比上式計(jì)算略 小為宜。 系統(tǒng)的瞬時(shí)供熱量，分補(bǔ)水和不補(bǔ)水兩種情況，分別按 q1 式和 q2 式計(jì)算。 對瞬時(shí)供熱量進(jìn)行累計(jì)，就得出供熱總量。 第三章第三章 硬件設(shè)計(jì)硬件設(shè)計(jì) 3.13.1 cupcup at89c51 單片機(jī)是美國 atmel 公司生產(chǎn)的低電壓

39、、高性能的 8 位 cmos 單片機(jī)。 其片內(nèi)含 4k 字節(jié)的可反復(fù)擦寫的只讀存儲(chǔ)器（eprom） ，128 字節(jié)的隨機(jī)存取數(shù)據(jù) 存儲(chǔ)器（ram） 。器件采用 atmel 公司高密度、非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)生產(chǎn)、并兼容 標(biāo)準(zhǔn) mcs-51 指令系統(tǒng)，片內(nèi)置有通用的 8 位 cpu 和 flash 存儲(chǔ)單元?？伸`活運(yùn)用 于各種控制領(lǐng)域，且其性價(jià)比較高。 at89c51 芯片引腳圖 at89c51at89c51 單片機(jī)的主要性能參數(shù)：單片機(jī)的主要性能參數(shù)： 與 mcs-51 系列產(chǎn)品指令系統(tǒng)完全兼容； 4k 字節(jié)的可重復(fù)擦寫的 flash 存儲(chǔ)器； 存儲(chǔ)器可循環(huán)寫入/擦寫 10000 次； 全靜態(tài)操作

40、：0hz-16mhz； 三級加密程序存儲(chǔ)器； 內(nèi)部有 128 字節(jié)的 ram； 32 個(gè)可編程的 i/o 口線； 2 個(gè) 16 位的定時(shí)/計(jì)數(shù)器； 可編程串行 urat 通道； 空閑狀態(tài)維持低功耗和掉電狀態(tài)保存存儲(chǔ)內(nèi)容； 功能特性概述：功能特性概述： at89c51 單片機(jī)提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能：4k 字節(jié)的 flash 存儲(chǔ)器、128 字節(jié)的內(nèi)部 ram、32 個(gè) i/o 口線、2 個(gè) 16 位的定時(shí)/計(jì)數(shù)器、1 個(gè)全雙工串行通信口、片內(nèi)振 蕩器和時(shí)鐘電路。同時(shí)，at89c51 單片機(jī)可降置 0hz 的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩 種軟件可選的節(jié)電模式。空閑方式停止 cpu 的工作，但允許 ram、定時(shí)

41、/計(jì)數(shù)器、 串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存 ram 中的內(nèi)容，但振蕩器停止工 作并禁止其他所有的工作，直到下一個(gè)硬件復(fù)位。 89c51 的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 引腳說明：引腳說明： vcc:電源引腳； gnd:地； p0 口（p0.0-p0.7）：是一組 8 位的開漏雙向 i/o 口，即地址/數(shù)據(jù)總線復(fù) 用口。作為輸出口使用時(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 斷口寫“1”可作為高阻抗輸入端來使用。 在訪問外部的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器或程序存儲(chǔ)器時(shí)，這組線分時(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 口接受指令字節(jié)；在程序校

42、驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)。在校 驗(yàn)時(shí)，要求外接上拉電阻。 p1 口（p1.0-p1.7）: 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。向端口寫入 1 的時(shí)候， p1 口被內(nèi)部上拉為高電平，此時(shí)可用做輸入口，當(dāng)作為輸入腳的時(shí)候，外部拉低 的 p1 口會(huì)因?yàn)閮?nèi)部上拉而輸出電流。 在 flash 編程和程序校驗(yàn)期間，p1 口接受低 8 位地址。 p2 口（p2.0-p2.7）:是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 i/o 口。當(dāng)向 p2 口寫入 1 時(shí)，p2 口被內(nèi)部上拉為高電平，可作為輸入口。當(dāng)作為輸入引腳 的時(shí) 候，被外部拉底

43、的 p2 口會(huì)因?yàn)閮?nèi)部上拉而輸出電流。 在訪問片外程序存儲(chǔ)器和外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)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(chǔ)器（例如執(zhí)行 movx ri 指令）時(shí)，p2 口上的內(nèi)容（也即特殊功能寄存器 sfr 區(qū)中 r2 寄存器的內(nèi)容） ， 在整個(gè)訪問期間不變。 在 flash 編程和程序校驗(yàn)期間，p2 口接受高位地址和其他控制信號(hào)。 p3 口（p3.0-p3.7）：是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 i/o 口。p3 口的 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。向端口寫入 1 的時(shí) 候，p3 口被內(nèi)部上拉為高

44、電平，此時(shí)可用做輸入口，當(dāng)作為輸入腳的時(shí)候，外部 拉低的 p3 口會(huì)因?yàn)閮?nèi)部上拉而輸出電流。 p3 口除了做一般的 i/o 口線使用外，更為重要的是它的第二功能，如下表所 示： 端 口 引 腳第 二 功 能 p3.0rxd（串行輸入口） p3.1txd（串行輸出后） p3.2（外中斷 0）0int p3.3（外中斷 1）1int p3.4t0（定時(shí)/計(jì)數(shù)器 0） p3.5t1（定時(shí)/計(jì)數(shù)器 1） p3.6（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通）wr p3.7（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通）rd p3 口還可接受一些用于 flash 存儲(chǔ)器編程和程序校驗(yàn)的控制信號(hào)。 rst:復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器工作時(shí)，rst 引腳出現(xiàn)

45、2 個(gè)機(jī)器周期以上的高電平， 使單片機(jī)復(fù)位。 ale/prog 非：當(dāng)訪問片外程序存儲(chǔ)器時(shí)，ale 輸出脈沖用于鎖存地址的低 8 位。即使單片機(jī)不訪問片外存儲(chǔ)器，ale 也仍以時(shí)鐘振蕩頻率的 1/6 輸出固定的 正脈沖信號(hào)，因此可對外輸出時(shí)鐘或定時(shí)作用。并且，當(dāng)單片機(jī)每訪問一次片外 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)都將跳過一個(gè) ale 脈沖。對 flash 存儲(chǔ)器編程時(shí)，該引腳還用于編 程脈沖（prog 非） 。 psen 非：程序存儲(chǔ)器允許輸出是片外程序存儲(chǔ)器的讀選信號(hào)，當(dāng) at89c51 由 外部程序存儲(chǔ)器指令（或數(shù)據(jù)）時(shí)，每個(gè)機(jī)器周期 2 個(gè) psen 非有效，即輸出 2 個(gè) 脈沖。在此期間，當(dāng)訪問片外數(shù)據(jù)

46、存儲(chǔ)器時(shí)，這 2 次有效的 psen 非信號(hào)不出現(xiàn)。 ea 非/vpp :外部訪問允許。當(dāng) cpu 僅訪問片外程序存儲(chǔ)器時(shí)（地址為 0000h-ffffh） ，ea 非端必須得保持低電平（接地） 。需要注意的是：當(dāng)加密位 lbi 被編程時(shí)，復(fù)位后單片機(jī)會(huì)內(nèi)部鎖存 ea 非端狀態(tài)。 若 ea 非端為高電平（接 vcc 時(shí)） ，cpu 執(zhí)行內(nèi)部程序存儲(chǔ)器中的指令。 當(dāng) flash 存儲(chǔ)器編程時(shí)，該引腳加上+12v 的編程允許電源 vpp。當(dāng)然前提是 該器件使用+12v 的編程電壓 vpp。 時(shí)鐘振蕩器 ：at89c51 單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)用于構(gòu)成內(nèi)部振蕩器的高增益反 向放大器，引腳 xtal1 和

47、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振蕩器一起構(gòu)成自激振蕩器，振蕩電路如 圖。 外接石英晶體（或陶瓷振蕩器）及電容 c1、c2 在防地器的反饋賄賂中構(gòu)成并 聯(lián)振蕩電路，雖然對電容 c1、c2 并沒有十分嚴(yán)格的要求，但電容容量的大小會(huì)輕 微的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。 若使用石英晶體，則電容容量最好為+30pf-10pf，而若使用陶瓷振蕩器，則電 容容量最好是+40pf-10pf。 用戶也可以采用外部時(shí)鐘方式，其電路如下圖所示。在這種時(shí)鐘脈沖接到 xtal1 端，即內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端，xtal2

48、管腳則懸空。 石英晶體 ：c1，c2=30pf10pf 陶瓷諧振器：c1，c2=40pf10pf 空閑節(jié)電模式：at89c51 有兩種可用軟件編程的節(jié)電模式，它們是空閑模式 和接電模式。這兩種方式是控制專用寄存器 pcon（即電源中指寄存器）中的 pd（pcon.1）和 idl（pcon.0）位來實(shí)現(xiàn)的。pd 是掉電模式，當(dāng) pd=1 時(shí)，激活掉 電工作模式，單片機(jī)進(jìn)入掉電工作狀態(tài)。idl 是空閑等待方式，當(dāng) idl=1 時(shí)，激 活空閑工作模式，單片機(jī)進(jìn)入睡眠狀態(tài)。若要同時(shí)進(jìn)入兩種工作模式，即 pd 和 idl 同時(shí)為 1,則先激活掉電模式。 在空閑工作模式狀態(tài)，cpu 保持睡眠狀態(tài)而所有片內(nèi)

49、的外設(shè)保持激活狀態(tài)，這 種方式由軟件產(chǎn)生。此時(shí)，片內(nèi) ram 和所有特殊功能寄存器的內(nèi)容保持不變?？?閑模式可由任何允許的中斷請求或者硬件復(fù)位終止。 終止空閑工作模式的方法有兩種：其一是任何一條被允許的中斷的事件被激 活，idl 被硬件清除，即可中斷空閑工作模式，程序會(huì)先響應(yīng)中斷，進(jìn)入中斷服 務(wù)程序，執(zhí)行完中斷服務(wù)程序并緊隨 reti 指令后，下一條要執(zhí)行的程序就是使單 片機(jī)進(jìn)入空閑模式指令后面的那一條。 c2 c1 0.01uf 1 xtal1 xtal2 xtal1 xtal2 +5v 其二是通過硬件復(fù)位也可將空閑工作模式終止。需要注意的是，當(dāng)有硬件復(fù) 位來重置空閑工作模式時(shí)，cpu 通常

50、是從激活空閑模式那條指令的下一條指令開 始繼續(xù)執(zhí)行程序的，要完成內(nèi)部復(fù)位操作，硬件復(fù)位脈沖要保持兩個(gè)機(jī)器周期有 效，在這種情況下，內(nèi)部禁止 cpu 訪問片內(nèi) ram，而允許訪問其它端口，為了避 免可能對端口產(chǎn)生意外寫入，即或空閑模式的那條指令后一條指令不應(yīng)是一條對 端口或外部存儲(chǔ)器的寫入命令。 掉電模式：在掉電模式下，振蕩器停止工作，進(jìn)入掉電模式的指令是后一 條被執(zhí)行的指令，片內(nèi) ram 和特殊功能寄存器 sfr 的內(nèi)容在終止掉電模式前被凍 結(jié)。推出掉電模式的唯一方法是硬件復(fù)位，復(fù)位后將重新定義全部特殊功能寄存 器但不是 ram 中的內(nèi)容，在 ram 恢復(fù)到正常電平前，復(fù)位是無效的，并且必須保

51、 持一定時(shí)間使振蕩器重新啟動(dòng)并穩(wěn)定工作。 程序存儲(chǔ)器的加密：at89c51 可使用對芯片上的 3 個(gè)加密位 lb1,lb2,lb3 進(jìn) 行編程（p）或不編程（u）來得到如下表瑣事的功能 程序加密 lb1lb2lb3 保 護(hù) 類 型 1uuu沒有程序保護(hù)功能 2puu禁止從外部程序存儲(chǔ)器中執(zhí)行 movc 指令讀取內(nèi)部程序存 儲(chǔ)器的內(nèi)容 3ppp除上表功能外，還禁止程序校驗(yàn) 4ppp除以上功能外，同時(shí)禁止外部執(zhí)行 注：表中的 u-表示未編輯，p-表示編輯 當(dāng)加密位 lb1 被編程時(shí)，在復(fù)位期間，ea 非端的邏輯電平被采樣并保存，如 果單片機(jī)上電后一直沒有復(fù)位，則所存儲(chǔ)的初值是一個(gè)隨機(jī)數(shù)，并且這個(gè)隨

52、機(jī)數(shù) 會(huì)一直到真正復(fù)位為止，為單片機(jī)能正常工作，被鎖存的 ea 非電平值必須與該引 腳當(dāng)前的邏輯電平一致。此外，加密的位只能通過整片的方式擦除。 flash 閃速存儲(chǔ)器的編程：at89c51 單片機(jī)內(nèi)部有 4k 字節(jié)的 flash 的 eprom，這個(gè) flash 陣列出廠時(shí)已經(jīng)處于擦除狀態(tài)（即所有存儲(chǔ)單元的內(nèi)容均為 ffh） ，用戶隨時(shí)可對其編程。編程接口可接受高電壓（+12v）或者低電壓（vcc） 的允許編程信號(hào)，低電壓變成模式適合于用戶在線編程系統(tǒng)，而高電壓變成模式 可與通用 eprom 編程器兼容。 at89c51 單片機(jī)中，有些屬于低電壓編程方式，而有些則是高電壓編程方式， 用戶可從

53、芯片上的型號(hào)讀取芯片內(nèi)的字節(jié)獲得該信息。 vpp =12vvpp =5v 芯片頂面標(biāo)識(shí) at89c51 xxxx yyww at89c51 xxxx-5 yyww 簽名字節(jié) （030h）=1eh （031h）=51h （032h）=ffh （030h）=1eh （031h）=51h （032h）=05h at89c51 的存儲(chǔ)器陣列是采用字節(jié)寫入方式編程的，每次寫入一個(gè)字節(jié)，要對 整個(gè)芯片 eprom 程序存儲(chǔ)器寫入一個(gè)非空字節(jié)，必須用片擦除的方式將整個(gè)存儲(chǔ) 器的內(nèi)容清除。 編程前，須按設(shè)置好地址，數(shù)據(jù)及控制信號(hào)，編程單元的地址加在 p1 口和 p2 口的 p2.0p2.3（11 位地址范圍為

54、 0000h0fffh） ，數(shù)據(jù) p0 口輸入，引腳 p2.6、p2.7 和 p3.6,p3.7 的電平設(shè)置見上表，psen 非端低電平，rst 保持高電平， ea 非/vpp 引腳是編程電源的輸入端，按要求加上編程電源，ale/prog 引腳輸入 編程脈沖（負(fù)脈沖） 。編程時(shí)，可采用 4-20mhz 的時(shí)鐘振蕩器。 at89c51 編程方法如下： 1. 在地址線上加上要編程單元的地址信號(hào)； 2. 在數(shù)據(jù)線上加上要寫入的數(shù)據(jù)字節(jié)； 3. 激活相應(yīng)的控制信號(hào)； 4. 在高電壓編程方式時(shí)，將 ea 非/vpp 端加上+12v 編程電壓； 5. 每對 flash 存儲(chǔ)陣列寫入一個(gè)字節(jié)或每寫入一個(gè)程序

55、加密位，加上一個(gè) ale/prog 編程結(jié)束。每個(gè)字節(jié)寫入周期是自身定時(shí)的，通常約為 1.5ms。 數(shù)據(jù)查詢：at89c51 單片機(jī)用數(shù)據(jù)查詢方式來檢測一個(gè)寫周期是否結(jié)束，在一 個(gè)寫周期中，如需要讀取最后寫入的哪個(gè)字節(jié)，則讀出的數(shù)據(jù)的最高位（p0.7） 是原來寫入字節(jié)最高碼的反碼，寫周期完成后，可在任意時(shí)刻進(jìn)行數(shù)據(jù)查詢。 ready/busy：字節(jié)編程的進(jìn)度可通過“rdy/bsy”輸出信號(hào)監(jiān)測，編程期間， ale 變成高電平“h”后 p3.4 (rdy/bsy)端電平被拉低，表示正在編程狀態(tài)（忙狀 態(tài)） 。編程結(jié)束后，p3.4 變?yōu)楦唠娖綔?zhǔn)備就緒狀態(tài)。 程序校驗(yàn)：如果加密位 lb1,lb2 沒

56、有進(jìn)行編程，則代碼數(shù)據(jù)可通過地址和數(shù) 據(jù)線讀回原編寫的數(shù)據(jù)，用下圖的電路，程序存儲(chǔ)器的地址由 p1 口和 p2 口的 p2.0-p2.3 輸入，數(shù)據(jù)由 p0 口讀出，p2.6、p2.7、p3.6 和,p3.7 的控制信號(hào)見表 3.1.4。psen 非端保持低電平，ale,ea 非和 rst 保持高電平，檢驗(yàn)時(shí)，p0 口必須 接上 10k 左右的上拉電阻。 flash 存儲(chǔ)器編程真值表 方式rstpsenale/prog/ ea vpp p2.6p2.7p3.6p3.7 寫代碼數(shù)據(jù)hlh/12vlhhh 讀代碼數(shù)據(jù)hlhhllhh bit-1hlh/12vhhhh bit-2hlh/12vhhl

57、l 寫 加 密bit-3hlh/12vhlhl 片檫除hlh/12vhlll 讀簽名字節(jié)hlhhllll 編程電路： 校驗(yàn)電路： 芯片擦除：利用控制信號(hào)的正確組合并保持 ale/prog 引腳 10ms 的低電平脈 沖寬度即可將 eprom 陣列（4k 字節(jié)）和 3 個(gè)加密位整片擦除，代碼陣列在片擦除 操作中將任何非空單元寫如“1” ，這個(gè)步驟需要在編程之前進(jìn)行。 讀片內(nèi)簽名字節(jié)：at89c51 單片機(jī)片內(nèi)有 3 個(gè)簽名字節(jié)，地址為 030h，031h 和 032h。用于聲明該器件的廠商，型號(hào)和編碼電壓。讀簽名字節(jié)的過程和單元 030h，031h 和 032h 校驗(yàn)相仿，只須將 p3.6,p3

58、.7 保持低電平，返回值意義如下： （030h）1eh 聲明產(chǎn)品由 atmel 公司制造。 p1 p2.0-p2.3 p2.6 p2.7 p3.6 p3.7 gnd p0 ale ea xtal1 vcc rst xtal2 psen at89c51 a0-a7 a8-a11 3-24mhz +5v pgm data prog vih/vpp v1h addr 0000h/0fffh see flash programming modes table p1 p2.0-p2.3 p2.6 p2.7 p3.6 p3.7 gnd p0 ale ea xtal1 vcc rst xtal2 psen

59、at89c51 a0-a7 a8-a11 3-24mhz +5v pgm data vih v1h addr 0000h/0fffh see flash programming modes table use 10k pulluops （031h）51h 聲明為 at89c51 單片機(jī) （032h）ffh 聲明 12v 編程電壓 （032h）聲明為 5v 編程電壓 編程接口： 符號(hào)參數(shù)最小值最大值單位 vpp（t ） 編程電壓11.512.5v i pp（t） 編程電流31.0ma 1/tclc l 時(shí)鐘頻率324mhz tavgl建立地址到 prog48tclcl tghaxprog 變低后

60、地址保存不變48tclcl tdvgl建立數(shù)據(jù)到 prog 變低48tclcl tghoxprog 變低后數(shù)據(jù)保持不變48tclcl tehshenable 變高到vpp48tclcl tshgl加vpp到 prog10s tghsl（ t） prog 后保持vpp10s tglghprog 寬度1110s tavov地址到數(shù)據(jù)有效48tclcl telovenable 低到數(shù)據(jù)有效48tclcl tehozenable 后數(shù)據(jù)浮空048tclcl tghblprog 變到 busy 變低1.0s twc字節(jié)寫入周期2.0ms 采用控制信號(hào)的正確組合可對 flash 閃速存儲(chǔ)陣列中的每一代碼字