單片機(jī)溫度控制系統(tǒng).

1、設(shè)計(jì)題目：單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求1. 利用單片機(jī)對(duì)溫度進(jìn)行采集與控制。2. 利用A/D轉(zhuǎn)換芯片AD0809進(jìn)行信號(hào)的轉(zhuǎn)換。3. 轉(zhuǎn)換后的信號(hào)通過單片機(jī)的處理對(duì)可控硅進(jìn)行控制。4. 利用可控硅的通斷對(duì)加熱路進(jìn)行控制從而達(dá)到對(duì)溫度的控 制。5. 外部數(shù)碼顯示器采用動(dòng)態(tài)顯示方法，由單片機(jī)通過 I/O 口 提供位碼和段碼實(shí)現(xiàn)四個(gè)數(shù)碼顯示器循環(huán)顯示。6. 根據(jù)控制原理設(shè)計(jì)溫度測(cè)量及顯示系統(tǒng)硬件電路圖。7. 根據(jù)控制要求合理編寫控制軟件程序。摘要在工業(yè)生產(chǎn)中，電流、電壓、溫度、壓力、流量、流速和開關(guān)量 都是常用的主要被控參數(shù)。其中，溫度控制也越來越重要。在工業(yè)生 產(chǎn)的很多領(lǐng)域中，人們都需要對(duì)各類加熱爐

2、、熱處理爐、反應(yīng)爐和鍋 爐中的溫度進(jìn)行檢測(cè)和控制。 采用單片機(jī)對(duì)溫度進(jìn)行控制不僅具有控 制方便、 簡單和靈活性大等優(yōu)點(diǎn)， 而且可以大幅度提高被控溫度的技 術(shù)指標(biāo)，從而能夠大大的提高產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量。因此，單片機(jī)對(duì)溫 度的控制問題是一個(gè)工業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常會(huì)遇到的控制問題。單片機(jī)是一種集 CPU、RAM 、ROM、I/O 接口和中斷系統(tǒng)等部 分于一體的器件， 只需要外加電源和晶振就可實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)字信息的處理 和控制。因此，單片機(jī)廣泛用于現(xiàn)代工業(yè)控制中。本論文側(cè)重介紹 “單片機(jī)溫度控制系統(tǒng) ”的軟件設(shè)計(jì)及相關(guān)內(nèi)容。 論文的主要內(nèi)容包括：采樣、濾波、鍵盤、 LED 顯示和報(bào)警系統(tǒng)， 加熱控制系統(tǒng)， 單片機(jī) M

3、CS-51 的開發(fā)以及系統(tǒng)應(yīng)用軟件開發(fā)等。 作 為控制系統(tǒng)中的一個(gè)典型實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)， 單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)綜合運(yùn)用了 微機(jī)原理、自動(dòng)控制原理、模擬電子技術(shù)、數(shù)字控制技術(shù)、鍵盤顯示 技術(shù)等諸多方面的知識(shí)，是對(duì)所學(xué)知識(shí)的一次綜合測(cè)試。關(guān) 鍵 詞： MCS-51 8051 溫度控制 可控硅ABSTRACWith scientific constant progress, in industrial production, electric current, voltage, temperature, pressure are mainly commonly used. especially in the

4、heat treatment industry, the accurate test and controlling of temperature is very important. In a lot of fields, for example: In metallurgical industry, chemical production, powerfood processing, family andengineering, machine manufactures,heat-treatmentindustry heat etc. people need to heating furn

5、ace,and boiler temperaturefurnace and all kinds of response stove intelligent control finally and realize the interactive function.measure and control,through software design,to reach theThis thesis introduces the design and debugging of “ the temperature control system by microcomputer ”. As a typi

6、cal experimental system, it uses much control knowledge and comprehensively tests student s ability in control system.The content of this thesis mainly includes: introduces, filtering ware, keyboard, man-computer dialogue supported by LED indication, heat control method, the development of micro-com

7、puter MCS-51 and systemic applied software.Key words ：MCS-51, 8051, temperature control, silicon controlled摘要 I一緒論 1（一）概述 1（二）課題分析 1（三）設(shè)計(jì)思路 2二MCS-51單片機(jī)的基本知識(shí) 5（一）MCS-51單片機(jī)的結(jié)構(gòu) 5（二）8051存儲(chǔ)器配置 5（三）定時(shí)器及其應(yīng)用 12三采樣與濾波 16（一）采樣161. ADC0809 的主要功能 162. 逐次逼近式轉(zhuǎn)換原理 17（二）數(shù)字濾波 17（三）可控硅.181. 可控硅的結(jié)構(gòu)182. 可控硅的基本特性 18四系統(tǒng)程

8、序設(shè)計(jì)20（一）電路設(shè)計(jì) 20（二）鍵盤掃描及顯示程序 20（三）TO中斷服務(wù)程序 30（四）子程序1. 采樣子程序 SAMP 2. 數(shù)字濾波子程序 FILTER結(jié) 論參考文獻(xiàn) 32_32 33 3536、緒 論一）概述隨著現(xiàn)代工業(yè)的逐步發(fā)展，在工業(yè)生產(chǎn)中，溫度、壓力、流量和 液位是四種最常見的過程變量。 其中，溫度是一個(gè)非常重要的過程變 量。例如：在冶金工業(yè)、化工工業(yè)、電力工業(yè)、機(jī)械加工和食品加工 等許多領(lǐng)域，都需要對(duì)各種加熱爐、熱處理爐、反應(yīng)爐和鍋爐的溫度 進(jìn)行控制。然而，用常規(guī)的控制方法，潛力是有限的，難以滿足較高 的性能要求。 采用單片機(jī)來對(duì)它們進(jìn)行控制不僅具有控制方便、 簡單 和靈活

9、性大的優(yōu)點(diǎn)， 而且可以大幅度提高被測(cè)溫度的技術(shù)指標(biāo)， 從而 能夠大大提高產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量。 因此，單片機(jī)對(duì)溫度的控制問題是 一個(gè)工業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常會(huì)遇到的控制問題。（二） 課題分析單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)， 是利用單片機(jī)作為系統(tǒng)的主控制器， 測(cè)量 電路中的溫度反饋信號(hào)經(jīng) A/D 變換后，送入單片機(jī)中進(jìn)行處理，經(jīng) 過一定的算法后， 單片機(jī)的輸出用來控制可控硅的通斷， 控制加熱爐 的輸出功率，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的控制。本單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)的具體指標(biāo)要求是， 對(duì)加熱器加熱溫度調(diào) 整范圍為600C 1000C，溫度控制精度小于3C,系統(tǒng)的超調(diào)量須 小于 15%。軟件設(shè)計(jì)須能進(jìn)行人機(jī)對(duì)話， 考慮到本系統(tǒng)控制對(duì)象為電

10、爐，是一個(gè)大延遲環(huán)節(jié)，且溫度調(diào)節(jié)范圍較寬，所以本系統(tǒng)對(duì)過渡過 程時(shí)間不予要求。單片機(jī)是一種集 CPU、RAM 、ROM、I/O 接口和中斷系統(tǒng)于 體的器件，只需要外加電源和晶振就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)字信號(hào)的處理和控 制。本設(shè)計(jì)運(yùn)用 MCS-51 系列單片集中的 8051 單片機(jī)為主控制器， 對(duì)加熱爐的溫度進(jìn)行智能化控制， 最終通過軟件設(shè)計(jì)來實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話 功能，實(shí)現(xiàn)對(duì)加熱爐的溫度控制。本論文主要介紹單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)，內(nèi)容主要包括：采樣、濾 波、鍵盤顯示、加熱控制系統(tǒng)，單片機(jī) MCS-51 的開發(fā)及系統(tǒng)應(yīng)用軟 件的開發(fā)等。全文共分四章。第一章緒論介紹課題背景、目的、意義 及設(shè)計(jì)的總體思路。第二章介紹主控

11、電路核心部分 MCS-51 單片機(jī) 8051的基本結(jié)構(gòu)和配置。第三章介紹 A/D 采樣技術(shù)和數(shù)字濾波技術(shù)。 第四章主要是系統(tǒng)軟件編程。（三） 設(shè)計(jì)思路根據(jù)系統(tǒng)具體指標(biāo)要求，可以對(duì)每一個(gè)具體部分進(jìn)行分析設(shè)計(jì)。 整個(gè)控制系統(tǒng)分為硬件電路設(shè)計(jì)和軟件程序設(shè)計(jì)兩部分。硬件電路。 分析硬件電路主要包括：加熱及控制電路部分，數(shù)據(jù)采集和模/數(shù)（A/D ）轉(zhuǎn)換處理部分，鍵盤和顯示器部分，單片機(jī)與各部分的接口 處理部分。這些可用一個(gè)方框圖來表示，顯然，這是一個(gè)典型的單反 饋控制系統(tǒng)。單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)框圖整個(gè)系統(tǒng)也可劃分為控制電路 部分、 加熱電路部分和測(cè)量電路三部分。 控制電路是由單片機(jī)來處理 給定信號(hào)和反饋信

12、號(hào)， 發(fā)出相應(yīng)的指令來控制可控硅， 是系統(tǒng)的核心。 8051 對(duì)溫度的控制是通過可控硅調(diào)功能電路實(shí)現(xiàn)的。 在給定的周期 T 內(nèi)， 8051 只要改變可控硅管的接通時(shí)間便可改變加熱絲的功率，從 而達(dá)到調(diào)節(jié)溫度的目的。 而可控硅的接通時(shí)間可以通過可控硅極上觸發(fā)脈沖控制。該觸發(fā)脈沖受過零同步脈沖同步后經(jīng)光耦合管和驅(qū)動(dòng)管 輸出送到可控硅的控制極上。 過零同步脈沖是一種 50HZ 交流電壓過 零時(shí)刻的脈沖， 可使可控硅在交流電壓正弦波過零時(shí)觸發(fā)導(dǎo)通。 該脈 沖一方面作為可控硅的觸發(fā)同步脈沖加到控制電路中， 另一方面還作 為計(jì)數(shù)脈沖加到8051的T0和T1端。加熱電路用來實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的升溫加熱達(dá)到預(yù)定的溫度

13、。 當(dāng)溫度沒 有達(dá)到要求，控制電路利用雙向可控硅的通斷特性來決定加熱電路的 通電與斷電。測(cè)量電路功能為將測(cè)量到的信號(hào)經(jīng)過處理變成數(shù)字信號(hào)送入單 片機(jī)中進(jìn)行處理。主要由溫度檢測(cè)和變送器組成。 溫度檢測(cè)元件和變送器的類型選擇和被控溫度及精度等級(jí)有關(guān)。 鎳絡(luò) /鎳鋁熱電偶（-200C+ 1000C）適用于0C 1000C的溫度測(cè)量 范圍，相應(yīng)輸出電壓為 0mV 4 1 .32mV。變送器由毫伏變送器和電流 /電壓變送器組成：毫伏變送器用于 把熱點(diǎn)偶輸出的 0mV41.32mV 變換成 0 mA10 mA 范圍內(nèi)的電 流；電流/電壓變送器用于把毫伏變送器輸出的 0 mA 10 mA電流變 換成 0 V

14、5V 范圍內(nèi)的電壓。 為了提高測(cè)量精度，變送器可以進(jìn)行 零點(diǎn)漂移。本次設(shè)計(jì)的溫度控制范圍為 600 C1000C之間，溫度誤差要求 在3C左右，系統(tǒng)超調(diào)量不超過15%，采用8位轉(zhuǎn)換器ADC0809就 可以使溫度誤差保持在i2.34C以內(nèi)，滿足設(shè)計(jì)要求。除上述電路，8051還要有8155、2732、和ADC0809等芯片接口電路 其中 8155 用于鍵盤 /LED 顯示器接口， 2732 可以作為 8051 的外部 ROM 存儲(chǔ)器， ADC0809 為溫度測(cè)量電路的輸入接口，用于把連續(xù)變 化的信號(hào)進(jìn)行離散化。 最終再通過控制電路中的鍵盤顯示器電路實(shí)現(xiàn) 人機(jī)對(duì)話功能。軟件設(shè)計(jì)主要由溫度控制的算法和

15、溫度控制程序組成。軟件設(shè)計(jì)主要為控制器部分，即溫度控制系統(tǒng)，采用 PID 算法， 其原理是先求出實(shí)測(cè)爐溫對(duì)所需爐溫的偏差值， 而后對(duì)偏差值處理而 獲得控制信號(hào)去調(diào)節(jié)加熱爐的加熱功率，以實(shí)現(xiàn)對(duì)爐溫的控制。 PID 基本可滿足系統(tǒng)要求。程序設(shè)計(jì)是本次設(shè)計(jì)的核心部分。 整個(gè)程序包括管理程序和控制 程序兩部分。管理程序是對(duì)顯示 LED 進(jìn)行動(dòng)態(tài)刷新，控制指示燈， 處理鍵盤的掃描和響應(yīng)，進(jìn)行掉電保護(hù)，執(zhí)行中斷服務(wù)程序等?？刂?程序是用來對(duì)被控進(jìn)行采樣， 數(shù)據(jù)處理， 根據(jù)控制算法進(jìn)行計(jì)算和輸 出等MCS-51單片機(jī)的基本知識(shí)（一）MCS-51單片機(jī)的結(jié)構(gòu)MWsptmp2ROM/EPROM筑迴2鍛GMDRA

16、MiiJiFKAMJE(+5V)通追。鏢PSEHALE 陽RST楷譯碼眈措1 111 iH !1 1Mi f 1“翟序地址京棄簿C=jj=PG謹(jǐn)憎務(wù)-iJL ar% 卡DPTWH1XT 盤 L|XTAL,Pio=r . t A（二）8051存儲(chǔ)器配置8051存儲(chǔ)器可以分為程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 2大類。MCS-51單片機(jī)的程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器是相互分離的，分開編址，而且存儲(chǔ)器有片內(nèi)、片外存儲(chǔ)器之分。（1）程序存儲(chǔ)器一個(gè)微處理器能夠聰明地執(zhí)行某種任務(wù)， 除了它們強(qiáng)大的硬件外，還需要它們運(yùn)行的軟件，其實(shí)微處理器并不聰明，它們只是完全按照人們預(yù)先編寫的程序而執(zhí)行之。 那么設(shè)計(jì)人員編寫的程序就存 放在微處

17、理器的程序存儲(chǔ)器中，俗稱只讀程序存儲(chǔ)器（ ROM。程序 相當(dāng)于給微處理器處理問題的一系列命令。 其實(shí)程序和數(shù)據(jù)一樣，都 是由機(jī)器碼組成的代碼串。只是程序代碼則存放于程序存儲(chǔ)器中MCS-51具有64kB程序存儲(chǔ)器尋址空間，它是用于存放用戶 程序、數(shù)據(jù)和表格等信息。對(duì)于內(nèi)部無ROM勺8031單片機(jī)，它的程序存儲(chǔ)器必須外接，空間地址為 64kB,此時(shí)單片機(jī)的下端必須接地。 強(qiáng)制CPU從外部程序存儲(chǔ)器讀取程序。對(duì)于內(nèi)部有 ROM勺8051等單 片機(jī)，正常運(yùn)行時(shí)，二i則需接高電平，使CPU先從內(nèi)部的程序存儲(chǔ)中 讀取程序，當(dāng)PC值超過內(nèi)部ROM勺容量時(shí)，才會(huì)轉(zhuǎn)向外部的程序存 儲(chǔ)器讀取程序。8051片內(nèi)有4

18、kB的程序存儲(chǔ)單元，其地址為0000H 0FFFH單片機(jī)啟動(dòng)復(fù)位后，程序計(jì)數(shù)器的內(nèi)容為0000H,所以系統(tǒng)將從0000H 單元開始執(zhí)行程序。但在程序存儲(chǔ)中有些特殊的單元， 這在使用中應(yīng) 加以注意：其中一組特殊是0000H-0002H單元，系統(tǒng)復(fù)位后，PC為 0000H,單片機(jī)從0000H單元開始執(zhí)行程序，如果程序不是從 0000H 單元開始，則應(yīng)在這三個(gè)單元中存放一條無條件轉(zhuǎn)移指令，讓CPL直接去執(zhí)行用戶指定的程序。8051內(nèi)部RAM共有256個(gè)單元，這256個(gè)單元共分為兩部分。其一 是地址從00H-7FH單元（共128個(gè)字節(jié)）為用戶數(shù)據(jù)RAM從80H- FFH 地址單元（也是128個(gè)字節(jié)）為

19、特殊寄存器（SFR單元。從圖1中 可清楚地看出它們的結(jié)構(gòu)分布。在00H-仆H共32個(gè)單元中被均勻地分為四塊，每塊包含八個(gè)8位寄存器，均以R0-R7來命名，我們常稱這些寄存器為通用寄存器。這四塊中的寄存器都稱為 R0-R7,那么在程序中怎么區(qū)分和 使用它們呢？聰明的INTEL工程師們又安排了一個(gè)寄存器一一程序 狀態(tài)字寄存器(PSW來管理它們，CPU只要定義這個(gè)寄存的PSW的 第3和第4位(RS0和 RS1，即可選中這四組通用寄存器。對(duì)應(yīng)的 編碼關(guān)系如圖2所示。內(nèi)部RAM勺20H 2FH單元為位尋址區(qū)，既可作為一般單元用字 節(jié)尋址，也可對(duì)它們的位進(jìn)行尋址。位尋址區(qū)共有 16個(gè)字節(jié)，128 個(gè)位，位

20、地址為OOH-7FHo位地址分配如表1所示，CPU能直接尋址 這些位，執(zhí)行例如置“1”、清“0”、求“反”、轉(zhuǎn)移，傳送和邏輯 等操作。我們常稱MCS-51具有布爾處理功能，布爾處理的存儲(chǔ)空間 指的就是這些為尋址區(qū)(2) 程序計(jì)數(shù)器PC(program Coun ter)表2-1特殊功能寄存器標(biāo)識(shí)符號(hào)地址寄存器名稱ACC0E0H累加器B0F0HB寄存器PSW0D0H程序狀態(tài)字SP81H堆棧指針DPTR82H83H數(shù)據(jù)指針(16位)含DPL和 DPH程序計(jì)數(shù)器在物理 上是獨(dú)立的，它不屬于特殊內(nèi) 部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器塊中。PC是 一一 個(gè)16位的計(jì)數(shù)器，用于存放 一條要執(zhí)行的指令地址，尋址 范圍為64kB,

21、 PC有自動(dòng)加1 功能，即完成了一條指令的執(zhí) 行后，其內(nèi)容自動(dòng)加1。PC 本身并沒有地址，因而不可尋址，用戶無法對(duì)它進(jìn)行讀寫， 但是可以通過轉(zhuǎn)移、調(diào)用、返 回等指令改變其內(nèi)容，以控制 程序按我們的要求去執(zhí)行。(3) 累加器ACC(Accumulator)累加器A是一個(gè)最 常用的專用寄存器，大部分單 操作指令的一個(gè)操作數(shù)取自 累加器，很多雙操作數(shù)指令中 的一個(gè)操作數(shù)也取自累加器。 加、減、乘、除法運(yùn)算的指令， 運(yùn)算結(jié)果都存放于累加器A 或AB累加器對(duì)中。大部分的 數(shù)據(jù)操作都會(huì)通過累加器A 進(jìn)行，它形象于一個(gè)交通要 道，在程序比較復(fù)雜的運(yùn)算 中，累加器成了制約軟件效率 的“瓶頸”，它的功能較多，

22、地位也十分重要。以至于后來IE0A8H中斷允許控制寄存器IP0B8H中斷優(yōu)先控制寄存器P080HI/O 口 0寄存器P190HI/O 口 1寄存器P20A0HI/O 口 2寄存器P30B0HI/O 口 3寄存器PCON87H電源控制及波特率選擇寄存器SCON98H串行口控制寄存器SBUF99H串行數(shù)據(jù)緩沖寄存器TCON88H定時(shí)控制寄存器TMOD89H定時(shí)器方式選擇奇存器TLO8AH定時(shí)器0低8位THO8CH定時(shí)器0高8位TL18BH定時(shí)器1低8位TH18DH定時(shí)器1高8位寄存器以累加器的功能，目的是解決累累加器結(jié)構(gòu)，或者使用寄存器加器的“交通堵塞”問題。提高單片機(jī)發(fā)展的單片機(jī)，有的集成了多

23、的軟件效率。列來代替累加器，即賦予更多DPTR主要是用來保存16位地址，當(dāng)對(duì)64kB外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器尋址時(shí)，可作為間址寄存器使用，此時(shí)，使用如下兩條指令：MOVXA, DPTRMOVXDPTR, A在訪問程序存儲(chǔ)器時(shí)，DPTF可用來作基址寄存器，采用基 址+變址尋址方式訪問程序存儲(chǔ)器，這條指令常用于讀取程序存儲(chǔ)器 內(nèi)的表格數(shù)據(jù)。MOVCA, A+DPTR（4）堆棧指針 SP（Stack Pointer）堆棧是一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)， 它是一個(gè) 8 位寄存器， 它指示堆棧頂部在內(nèi)部RAM中的位置。系統(tǒng)復(fù)位后，SP的初始值為07H使得堆棧 實(shí)際上是從08H開始的。但我們從RAM的結(jié)構(gòu)分布中可知，08H-仆H

24、隸屬 13 工作寄存器區(qū)，若編程時(shí)需要用到這些數(shù)據(jù)單元，必須對(duì) 堆棧指針SP進(jìn)行初始化，原則上設(shè)在任何一個(gè)區(qū)域均可，但一般設(shè) 在30H-仆H之間較為適宜。數(shù)據(jù)的寫入堆棧我們稱為入棧（PUSH有些文獻(xiàn)也稱作插入運(yùn) 算或壓入），從堆棧中取出數(shù)據(jù)稱為出棧（POP也稱為刪除運(yùn)算或 彈出），堆棧的最主要特征是“后進(jìn)先出”規(guī)則，也即最先入棧的數(shù) 據(jù)放在堆棧的最底部，而最后入棧的數(shù)據(jù)放在棧的頂部，因此，最后 入棧的數(shù)據(jù)出棧時(shí)則是最先的。這和我們往一個(gè)箱里存放書本一樣， 需將最先放入箱底部的書取出， 必須先取走最上層的書籍。 這個(gè)道理 非常相似。那么堆棧有何用途呢？堆棧的設(shè)立是為了中斷操作和子程序的 調(diào)用而用

25、于保存數(shù)據(jù)的， 即常說的斷點(diǎn)保護(hù)和現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)。 微處理器無 論是在轉(zhuǎn)入子程序和中斷服務(wù)程序的執(zhí)行， 執(zhí)行完后， 還是要回到主 程序中來， 在轉(zhuǎn)入子程序和中斷服務(wù)程序前， 必須先將現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)進(jìn) 行保存起來，否則返回時(shí)，CPU并不知道原來的程序執(zhí)行到哪一步， 原來的中間結(jié)果如何？所以在轉(zhuǎn)入執(zhí)行其它子程序前， 先將需要保存 的數(shù)據(jù)壓入堆棧中保存。以備返回時(shí)，再復(fù)原當(dāng)時(shí)的數(shù)據(jù)。供主程序 繼續(xù)執(zhí)行。轉(zhuǎn)入中斷服務(wù)程序或子程序時(shí)，需要保存的數(shù)據(jù)可能有若干個(gè)， 都需要一一地保留。 如果微處理器進(jìn)行多重子程序或中斷服務(wù)程序嵌 套，那么需保存的數(shù)據(jù)就更多，這要求堆棧還需要有相當(dāng)?shù)娜萘?。?則會(huì)造成堆棧溢出， 丟失應(yīng)

26、備份的數(shù)據(jù)。輕者使運(yùn)算和執(zhí)行結(jié)果錯(cuò)誤， 重則使整個(gè)程序紊亂。MCS-51的堆棧是在RAM中開辟的，即堆棧要占據(jù)一定的 RAM 存儲(chǔ)單元。同時(shí)MCS-51的堆?？梢杂捎脩粼O(shè)置，SP的初始值不同， 堆棧的位置則不一定，不同的設(shè)計(jì)人員，使用的堆棧區(qū)則不同，不同 的應(yīng)用要求，堆棧要求的容量也有所不同。堆棧的操作只有兩種，即 進(jìn)棧和出棧， 但不管是向堆棧寫入數(shù)據(jù)還是從堆棧中讀出數(shù)據(jù)， 都是 對(duì)棧頂單元進(jìn)行的，SP就是即時(shí)指示出棧頂?shù)奈恢茫吹刂罚?。?子程序調(diào)用和中斷服務(wù)程序響應(yīng)的開始和結(jié)束期間，CPU都是根據(jù)SP 指示的地址與相應(yīng)的RAM存儲(chǔ)單元交換數(shù)據(jù)。堆棧的操作有兩種方法： 其一是自動(dòng)方式， 即在

27、中斷服務(wù)程 序響應(yīng)或子程序調(diào)用時(shí)， 返回地址自動(dòng)進(jìn)棧。 當(dāng)需要返回執(zhí)行主程序 時(shí)，返回的地址自動(dòng)交給 PC以保證程序從斷點(diǎn)處繼續(xù)執(zhí)行，這種 方式是不需要編程人員干預(yù)的。 第二種方式是人工指令方式， 使用專 有的堆棧操作指令進(jìn)行進(jìn)出棧操作，也只有兩條指令：進(jìn)棧為 PUSH 指令，在中斷服務(wù)程序或子程序調(diào)用時(shí)作為現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)。出棧操作 POP 指令，用于子程序完成時(shí)，為主程序恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)。(5) I/O 口專用寄存器 (P0、P1、P2、P3)I/O 口寄存器P0 P1、P2和P3分別是MCS-51單片機(jī)的四 組I/O 口鎖存器。MCS-51單片機(jī)并沒有專門的I/O 口操作指令，而 是把I/O 口也當(dāng)作一

28、般的寄存器來使用，數(shù)據(jù)傳送都統(tǒng)一使用MOV旨 令來進(jìn)行， 這樣的好處在于， 四組 I/O 口還可以當(dāng)作寄存器直接尋址 方式參與其他操作。(6) 定時(shí)/ 計(jì)數(shù)器(TL0、TH0 TL1 和 TH1)MCS-51單片機(jī)中有兩個(gè)16位的定時(shí)/計(jì)數(shù)器T0和T1,它們 由四個(gè) 8 位寄存器組成的，兩個(gè) 16 位定時(shí) /計(jì)數(shù)器卻是完全獨(dú)立的。 我們可以單獨(dú)對(duì)這四個(gè)寄存器進(jìn)行尋址，但不能把T0和T1當(dāng)作16位寄存來使用。(7) 定時(shí)/計(jì)數(shù)器方式選擇寄存器 (TMOD)TMO寄存器是一個(gè)專用寄存器，用于控制兩個(gè)定時(shí)計(jì)數(shù)器的工作方式，TMO可以用字節(jié)傳送指令設(shè)置其內(nèi)容，但不能位尋址, 各位的定義如下，更詳細(xì)的內(nèi)

29、容，我們將在 MCS-51定時(shí)器和中斷 系統(tǒng)章節(jié)中敘述。(三) 定時(shí)器及其應(yīng)用8051 單片機(jī)內(nèi)部定時(shí)器 T0， T1 的結(jié)構(gòu)與 CPU 的關(guān)系如圖 6.1 所示。 16位定時(shí)器 T0 由 8位特殊功能寄存器 TH0 和 TL 0 構(gòu)成， 16位定時(shí) 器 T1 由 8 位特殊功能寄存器 TH1 和 TL1 構(gòu)成。定時(shí)器方式寄存器 TMOD 用于設(shè)置定時(shí)器的工作方式，定時(shí)器控制寄存器 TCON 用于 啟動(dòng)和停止定時(shí)器的計(jì)數(shù)，并控制定時(shí)器的狀態(tài)。TO和T1實(shí)際上都 是 16 位加 1 計(jì)數(shù)器，可由編程來設(shè)置它工作狀態(tài)。當(dāng) TO 或 T1 設(shè)置為定時(shí)工作方式時(shí)，定時(shí)器對(duì) 8O51 片內(nèi)振蕩器 輸出經(jīng)

30、 12分頻后的脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，即每個(gè)機(jī)器周期使 TO 或 T1 的數(shù) 值加 1 直到計(jì)滿溢出， 當(dāng) 8O51 采用 12MHz 晶振時(shí)，一個(gè)機(jī)器周期為 1卩s,計(jì)數(shù)頻率為1MHz。當(dāng) TO 或 T1 設(shè)置為計(jì)數(shù)工作方式時(shí)，計(jì)數(shù)器對(duì)來自輸入引腳 TO(P3.4)和T1 (P3.5)的外部信號(hào)計(jì)數(shù)。在每一個(gè)機(jī)器周期的 S5P2 周期采樣引腳輸入電平,若前一個(gè)機(jī)器周期采樣值為 1, 后一個(gè)機(jī) 器周期采樣值為0,則計(jì)數(shù)器加1。新的計(jì)數(shù)值是在檢測(cè)到輸入引腳 發(fā)生1到0的負(fù)跳變后，于下一個(gè)機(jī)器周期的 S3P1期間裝入計(jì)數(shù)器 中,由于它需要兩個(gè)機(jī)器周期 (24個(gè)時(shí)鐘周期 )來識(shí)別一個(gè) 1 到 0跳變, 所以計(jì)

31、數(shù)頻率最高為fosc的1/24。計(jì)數(shù)器對(duì)外部脈沖信號(hào)的占空比沒 有特別的要求, 但必須保證輸入的高電平和低電平信號(hào)至少應(yīng)維持一 個(gè)完整的機(jī)器周期。8051單片機(jī)的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T0和T1可由軟件對(duì)TMOD的M1 ,M0位進(jìn)行四種工作模式設(shè)置，即模式 0,模式1,模式2和模式3。 在模式0、模式1和模式2時(shí)，T0與T1的工作模式相同； 在模式 3時(shí)，兩個(gè)定時(shí)器的工作模式不同。下面簡單介紹一下模式0的應(yīng)用模式0是選擇定時(shí)器的高8位和低5位組成的一個(gè)13位定時(shí)器/計(jì)數(shù) 器，圖6.4是T0在模式T0時(shí)的邏輯電路結(jié)構(gòu)。圖2-2 T0時(shí)的邏輯電路結(jié)構(gòu)中斷在這種模式下，16位寄存器只用了 13位。其中，TL

32、0的咼3位未用,TH0占8位。當(dāng)TL0的低5位溢出時(shí)，向TH0進(jìn)位。當(dāng)TH0溢出時(shí), 向中斷標(biāo)志位TF0進(jìn)位，并申請(qǐng)中斷。 因此，可通過查詢TF0是 否置位或考察中斷是否發(fā)生來判斷定時(shí)器/計(jì)數(shù)器0的操作完成與否。在圖6.4中，當(dāng)C/T=0時(shí)，控制開關(guān)接通振蕩器12分頻輸出端，T0對(duì)機(jī)器周期計(jì)數(shù)。即定時(shí)器工作方式。定時(shí)時(shí)間由下式?jīng)Q定：T= （1213 T0初值）X振蕩周期X 12如果晶振頻率為12MHz，則時(shí)鐘周期為1/12卩s,當(dāng)初值為0時(shí)，最 長的定時(shí)時(shí)間為 TMAX二(1213 0)x 1/12X 12卩 s=8.192mso當(dāng)C/T=1控制開關(guān)與引腳T0 （P3.4）接通，計(jì)數(shù)器T0對(duì)來

33、自外 部引腳T0的輸入脈沖計(jì)數(shù)，當(dāng)外部信號(hào)電平發(fā)生由 1到0跳變時(shí)， 計(jì)數(shù)器加 1 ，這時(shí)， T0 成為外部事件計(jì)數(shù)器。當(dāng) GATE=0 時(shí)，封鎖或門輸出恒為 1，使外部中斷輸入引腳 INT0 信 號(hào)失效，同時(shí)又打開與門，由 TR0 控制定時(shí)器 T0 的開啟和關(guān)斷。若 TR0=1 ，接通控制開關(guān)，啟動(dòng)定時(shí)器 T0 工作，計(jì)數(shù)器被控制為允許 計(jì)數(shù)。若TR0=0,則斷開控制開關(guān)，停止計(jì)數(shù)。當(dāng)GATE=1時(shí)，與門的輸出由INTO的輸入電平和TR0位的狀態(tài) 來確定。若TR0=1，則打開與門，外部信號(hào)電平通過INT0引腳直接 開啟或關(guān)斷定時(shí)器 T0。 當(dāng) INT0 為高電平時(shí)，允許計(jì)數(shù)，否則停止 計(jì)數(shù)。

34、這種工作方式可用來測(cè)量外部信號(hào)的脈沖寬度等。同理，上述說明同樣適合于定時(shí)器 T1。8051 的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器是可編程的， 因此在利用定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器進(jìn)行定時(shí)或計(jì)數(shù)之前。需通過軟件對(duì)其進(jìn)行初始化。即： 確定工作模式；對(duì) TMOD 寄存器賦值。設(shè)置定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器初值；初值按下列原則計(jì)算：設(shè)計(jì)數(shù)器的最大值為 M （在不同的工作模式中： M 可以為 213， 216 和 28） 初值為 X：計(jì)數(shù)方式時(shí)： X=M- 計(jì)數(shù)模值定時(shí)方式時(shí)：因?yàn)椋∕-X ）振蕩周期X 12=定時(shí)值 所以X=M-定時(shí)值/振蕩周期X 12是否設(shè)置中斷，則需對(duì)中斷允許寄存器 IE置初值。三采樣與濾波（一）采樣1. ADC0809

35、的主要功能ADC0809是帶有8位A/D轉(zhuǎn)換器、8路多路開關(guān)以及微處理機(jī) 兼容的控制邏輯的CMO組件。它是逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器，可以和 單片機(jī)直接接口。（1）ADC0809的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)moHBIN4nr?ALE圖3-1 ADC8090的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)由上圖可知，ADC080軸一個(gè)8路模擬開關(guān)、一個(gè)地址鎖存 與譯碼器、一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器和一個(gè)三態(tài)輸出鎖存器組成。多路開關(guān)可 選通8個(gè)模擬通道，允許8路模擬量分時(shí)輸入，共用A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行 轉(zhuǎn)換。三態(tài)輸出鎖器用于鎖存 A/D轉(zhuǎn)換完的數(shù)字量，當(dāng)0E端為高電 平時(shí)，才可以從三態(tài)輸出鎖存器取走轉(zhuǎn)換完的數(shù)據(jù)。(2) ADC0809應(yīng)用說明 ADC0809內(nèi)部

36、帶有輸出鎖存器，可以與 AT89S5憚片機(jī)直接相連。 初始化時(shí)，使ST和0E信號(hào)全為低電平。 送要轉(zhuǎn)換的哪一通道的地址到 A，B, C端口上。 在ST端給出一個(gè)至少有100ns寬的正脈沖信號(hào)。 是否轉(zhuǎn)換完畢，我們根據(jù)EOC言號(hào)來判斷。 當(dāng)EOC變?yōu)楦唠娖綍r(shí)，這時(shí)給0E為高電平，轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)就輸出給 單片機(jī)了。2. 逐次逼近式轉(zhuǎn)換原理常規(guī)模數(shù)轉(zhuǎn)換電路中，采用并行(Flash )式轉(zhuǎn)換法的并行式ADC的 轉(zhuǎn)換速度最快，其轉(zhuǎn)換時(shí)間tc和比特?cái)?shù)n無關(guān)，但不足之處是其器件 內(nèi)部單元數(shù)m隨著比特?cái)?shù)n的增加呈指數(shù)增長，即m= 2n- 1(1)逐次逼近比較式ADC的器件內(nèi)部單元數(shù)m隨著比特?cái)?shù)n的增加呈 線性增長

37、，但不足之處是其轉(zhuǎn)換時(shí)間tc隨著比特?cái)?shù)n的增加呈線性增 長，即卩tc= k1 n(2)其中，k1為比例系數(shù)。(二) 數(shù)字濾波數(shù)字濾波：用數(shù)字處理方式選擇信號(hào)頻率。數(shù)字濾波是用計(jì)算機(jī)軟件或數(shù)字電路來實(shí)現(xiàn)的。設(shè)計(jì)數(shù)字濾波器，就是按預(yù)期的選頻要求，構(gòu)造其脈沖響應(yīng)函數(shù)優(yōu)點(diǎn)：精度高，若使用16位數(shù)字系統(tǒng)，精度可達(dá) ：；靈活性強(qiáng)，只要改變程序參數(shù)即可改變?yōu)V波器的性能；時(shí)分兩用，一臺(tái)計(jì)算機(jī)可 同時(shí)處理多路信號(hào)；處理功能強(qiáng)，可處理幾赫茲頻率的信號(hào)；可靠性 強(qiáng)，不受周圍環(huán)境溫度的影響等。分類：直接卷積濾波遞歸濾波（三）可控硅1.可控硅的結(jié)構(gòu)不管可控硅的外形如何，它們的管芯都是由P型硅和N型硅組成 的四層P1N1

38、P2N2吉構(gòu)。見圖1。它有三個(gè) 卩“結(jié)（J1、J2、J3），從 J1結(jié)構(gòu)的P1層引出陽極A,從N2層引出陰級(jí)K,從P2層引出控制 極G,所以它是一種四層三端的半導(dǎo)體器件。圖3-2、可控硅結(jié)構(gòu)示意圖和符號(hào)圖2.可控硅的基本特性（1）反向特性當(dāng)控制極開路，陽極加上反向電壓時(shí)（見下圖），J2結(jié)正偏，但J1、J2結(jié)反偏。此時(shí)只能流過很小的反向飽和電流，當(dāng)電壓進(jìn)一步提高到J1結(jié)的雪崩擊穿電壓后，接差J3結(jié)也擊穿，電流迅速增加，圖3 的特性開始彎曲，如特性 OF段所示，彎曲處的電壓URC叫“反向轉(zhuǎn) 折電壓”。此時(shí)，可控硅會(huì)發(fā)生永久性反向擊穿。圖3-3、反向特性(2)正向特性 當(dāng)控制極開路，陽極上加上正向電

39、壓時(shí)(見下圖)， J1、J3結(jié)正偏, 但J2結(jié)反偏，這與普通PN結(jié)的反向特性相似，也只能流過很小電流， 這叫正向阻斷狀態(tài)，當(dāng)電壓增加，圖 3的特性發(fā)生了彎曲，如特性0A段所示，彎曲處的是UBC叫：正向轉(zhuǎn)折電壓圖3-4、正向特性四、系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)（一）電路設(shè)計(jì)溫度控制模塊原理框圖如圖4-1所示，溫度傳感器經(jīng)模擬開關(guān)由單片機(jī)控制順序選通到放大電路和 A/D轉(zhuǎn)換器ADC0809。單片機(jī)采 集數(shù)據(jù)后，經(jīng)校零、濾波、參比端補(bǔ)償（熱電偶）和線性化處理后轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的溫度數(shù)字量，存入內(nèi)部RAM。模塊每隔2.16秒（有濾波） 或0.72秒（無濾波）完成一次上述操作，自動(dòng)刷新內(nèi)部 RAM。上位 機(jī)可以通過RS485

40、接口取得這些溫度數(shù)據(jù)。單片機(jī)把采集來的溫度根據(jù)控溫相應(yīng)的控0A0B0C結(jié)果決定校零 通道進(jìn)行控溫。輸入電路和模擬開關(guān)放大電路和斷偶指示基準(zhǔn)源如果用于P00P10P03P13P20P27RDT1WRINT1INT08051P04P07TXDP06RXD單片機(jī)電源監(jiān)視 看門狗EEPROM、D0D7D8(STB)撥碼開關(guān)隔離485D7D0VrefOESTEOCVR開關(guān)量輸入輸出口DI0DI2INTT+機(jī)則根據(jù)的邏輯參數(shù)設(shè)置進(jìn)行邏輯運(yùn)算，結(jié)果輸出到輸出口參數(shù)設(shè)置，進(jìn)行 溫運(yùn)算，由運(yùn)算 PWM的占空比 開關(guān)量輸出口報(bào)警輸出，單片 該開關(guān)量輸出圖 4-1 溫度控制模塊電路原理框圖（二）鍵盤掃描及顯示程序

41、A 鍵盤掃描子程序KEYBUF EQU 30HORG 00HSTART: MOV KEYBUF,#2WAIT:MOV P3,#0FFH CLR P3.4 MOV A,P3 ANL A,#0FH XRL A,#0FH JZ NOKEY1 LCALL DELY10MS MOV A,P3 ANL A,#0FH XRL A,#0FH JZ NOKEY1 MOV A,P3 ANL A,#0FHCJNE A,#0EH,NK1MOV KEYBUF,#0LJMP DK1NK1:CJNE A,#0DH,NK2MOV KEYBUF,#1LJMP DK1NK2:CJNE A,#0BH,NK3MOV KEYBUF,#

42、2LJMP DK1NK3:CJNE A,#07H,NK4MOV KEYBUF,#3LJMP DK1NK4: NOPDK1:MOV A,KEYBUFMOV DPTR,#TABLEMOVC A,A+DPTRMOV P0,ADK1A: MOV A,P3ANL A,#0FHXRL A,#0FHJNZ DK1ALJMP DK2MOV P3,#0FFHCLR P3.5MOV A,P3ANL A,#0FHXRL A,#0FHJZ NOKEY2LCALL DELY10MSMOV A,P3ANL A,#0FHXRL A,#0FHJZ NOKEY2MOV A,P3 ANL A,#0FHCJNE A,#0EH,NK

43、5MOV KEYBUF,#4LJMP DK2NK5:CJNE A,#0DH,NK6MOV KEYBUF,#5LJMP DK2NK6:CJNE A,#0BH,NK7MOV KEYBUF,#6NK7: CJNE A,#07H,NK8MOV KEYBUF,#7LJMP DK2NK8: NOPDK2:MOV A,KEYBUFMOV DPTR,#TABLEMOVC A,A+DPTRMOV P0,ADK2A: MOV A,P3ANL A,#0FHXRL A,#0FHJNZ DK2ANOKEY2:MOV P3,#0FFHCLR P3.6MOV A,P3ANL A,#0FHXRL A,#0FHJZ NOKEY

44、3LCALL DELY10MSMOV A,P3ANL A,#0FHXRL A,#0FHJZ NOKEY3MOV A,P3ANL A,#0FHCJNE A,#0EH,NK9 MOV KEYBUF,#8 LJMP DK3NK9:CJNE A,#0DH,NK10MOV KEYBUF,#9 LJMP DK3NK10: CJNE A,#0BH,NK11MOV KEYBUF,#10LJMP DK3NK11: CJNE A,#07H,NK12 MOV KEYBUF,#11 LJMP DK3NK12: NOPDK3:MOV A,KEYBUFMOV DPTR,#TABLEMOVC A,A+DPTRMOV P0,

45、ADK3A: MOV A,P3ANL A,#0FHXRL A,#0FHJNZ DK3ANOKEY3:MOV P3,#0FFHCLR P3.7MOV A,P3ANL A,#0FHXRL A,#0FHJZ NOKEY4LCALL DELY10MSMOV A,P3ANL A,#0FHXRL A,#0FHJZ NOKEY4MOV A,P3ANL A,#0FHCJNE A,#0EH,NK13MOV KEYBUF,#12LJMP DK4NK13: CJNE A,#0DH,NK14 MOV KEYBUF,#13 LJMP DK4NK14: CJNE A,#0BH,NK15MOV KEYBUF,#14LJMP

46、 DK4NK15: CJNE A,#07H,NK16 MOV KEYBUF,#15 LJMP DK4NK16: NOPDK4:MOV A,KEYBUFMOV DPTR,#TABLEMOVC A,A+DPTRMOV P0,ADK4A: MOV A,P3ANL A,#0FHXRL A,#0FHJNZ DK4ANOKEY4:LJMP WAITDEL Y10MS:MOV R6,#10D1:MOV R7,#248DJNZ R7,$DJNZ R6,D1RETTABLE:DB 3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,07HDB 7FH,6FH,77H,7CH,39H,5EH,79H,71HE

47、NDB顯示子程序DISP: ANL 2FH,#10HMOV A,21HANL A,#0FHORL A,2FHMOV 2FH,AMOV A,21HANL A,#0F0HSWAP AMOV 2EH,AANL 2DH,#10HMOV A,22HANL A,#0FHORL A,2DHMOV 2DH,AMOV A,22HANL A,#0F0HSWAP AMOV 2CH,AANL 2BH,#10HMOV A,23HANL A,#0FHORL A,2BHMOV 2BH,AMOV A,23HANL A,#0F0HSWAP AMOV 2AH,AMOV R0,#2FHMOV R3,#06HMOV A,#01HLOOP1:MOV B,AMOV p2,aMOV DPTR,#TABLEMOV A,R0MOVC A,A+DPTRMOV p0,AMOV R2,#80HDJNZ R2,$DEC R0MOV A,BRL ADJNZ R3,LOOP1RETTABLE:DB 0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H,92HDB 82H,0F8H,80H,90H,00,00,00,00,00,00DB 40H,79H,24H,30H,19H,12H,02H,78HDB 00H,10H,00,00,00,00,00,00NOPNOP（三）T0中斷服務(wù)程序IT0 : PUSH ACCCLR CM