農(nóng)用飛機智能作業(yè)記錄儀設(shè)計

1、信息工程學院 X:wenkufile_temp32021-1030b8aca2c9-ae33-4fce-a4c0-f0b26c149895353a3955c69c6547d8d0be37fb41c367.pdf農(nóng)用飛機智能作業(yè)記錄儀設(shè)計【摘要】本設(shè)計采用8031單片機為核心，設(shè)計出了用于農(nóng)業(yè)飛機作業(yè)計量的智能儀器。涉及了智能儀器的結(jié)構(gòu)原理、指令系統(tǒng)及基本配置等內(nèi)容，包括：8031單片機的組成原理、ROM及RAM應(yīng)用系統(tǒng)的擴展，8255芯片與單片機的接口技術(shù)，8255與顯示器、鍵盤接口原理等。本次設(shè)計的智能儀器具有能實現(xiàn)統(tǒng)計飛行時間，發(fā)動機工作時的飛行面積，電子鐘的顯示等。具有較完善的可程控能力

2、；面板控制采用靈活的功能鍵和數(shù)字鍵；面板顯示十進制數(shù)；具有數(shù)據(jù)處理能力，提高了儀器的精確度，并擴展了測量或控制能力；具有一定的可編程自動化能力，包括指令和數(shù)據(jù)存儲、自校等功能。【關(guān)鍵詞】智能儀器 單片機 存儲器 芯片第 1 頁 共 67 頁The design of the recorder agricultural aircraft intelligent assignmentsAbstract This design uses 8031 microcontroller as the core, designed for intelligent instrument of agricultu

3、ral aircraft operating measurement. To the structure and principle of intelligent instrument, instruction system and the basic configuration of the content, including: 8031 microcontroller principle, ROM and RAM application system, and the single chip microcomputer interface technology 8255, 8255 wi

4、th the display, keyboard interface principle etc.The design of the intelligent instrument can realize the statistical work of the engine flight time, flight area, electronic clock display. It has the perfect programmable ability; the control panel with the function keys and number keys of the flexib

5、le panel display; the decimal number; a data processing capability, improves the accuracy of the instrument, and extends the measurement or control ability; have certain ability of programmable automation, including instructions and data storage, self calibration function.Key words Intellectual inst

6、rument One-chip computer Memory Chip第 1 頁 共 67 頁目 錄第1章 引 言1第2章 農(nóng)用飛機作業(yè)記錄儀技術(shù)要求2第3章 方案論證43.1設(shè)計依據(jù)43.2電路的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計43.3專用的工作程序設(shè)計考慮43.4農(nóng)用飛機智能計量儀鍵盤設(shè)置及操作面板設(shè)計說明53.5技術(shù)關(guān)鍵及設(shè)計思想6第4章 硬件設(shè)計74.1電源設(shè)計74.2專用微機74.3單片機的復位狀態(tài)及復位電路114.4定時器/計數(shù)器124.5中斷系統(tǒng)154.6其他芯片164.7顯示設(shè)備20第5章 軟件設(shè)計225.1軟件設(shè)計的總體思想225.2地址分配225.4電子鐘程序框圖335.5其他程序框圖355

7、.6應(yīng)用系統(tǒng)的調(diào)試36結(jié)束語38參考文獻39附錄I：源程序清單40第 1 頁 共 67 頁第1章 引 言隨著全球信息產(chǎn)業(yè)技術(shù)的持續(xù)高速增長，信息技術(shù)各個領(lǐng)域不斷突破，信息化社會已然形成。在現(xiàn)代信息技術(shù)中，電子計算機是一種對信息加工處理的機器，它具有記憶、判斷和運算能力，能仿效人類的思維活動，代替人的腦力勞動，并對生產(chǎn)過程實施某種控制等等。隨著計算機技術(shù)的發(fā)展和微型化，70年代初誕生了一代新型的電子計算機微型電子計算機。它利用大規(guī)模集成地電路技術(shù)把計算機的中央處理器單元即計算機的運算器和控制器集成在一個芯片上就被稱為微處理器。人們又把微處理器配以一定容量的ROM和RAM以及I/O設(shè)備和I/O接口

8、、定時器等電路集成在一塊芯片上，這就構(gòu)成了單片微型計算機，簡稱單片機。隨著電子技術(shù)的各個領(lǐng)域的迅速發(fā)展，特別是隨大規(guī)模集成電路產(chǎn)生而出現(xiàn)的微型計算機，給人類生活帶來了根本的改變。如果說微型計算機的出現(xiàn)使現(xiàn)代科學研究得到了質(zhì)的飛躍，那么可以毫不夸張的說，單片機技術(shù)的出現(xiàn)則是給現(xiàn)代工業(yè)測控領(lǐng)域帶來了一次性的技術(shù)革命。目前單片機的推廣和應(yīng)用引起了各行各業(yè)的廣泛關(guān)注，它的特點是功能強、體積小、價格低、穩(wěn)定型可靠等優(yōu)點。目前，在計算機外圍設(shè)備、通訊智能儀器、過程控制、家用電器等方面獲得廣泛應(yīng)用。目前，儀器儀表正朝著高參數(shù)、高精度、高分辨率和多功能、智能化發(fā)展快速前進的強有力的手段?？梢哉f先進儀器儀表的標

9、志就是與單片機或微機的聯(lián)用。而且單片機技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用水平已逐步成為一個國家的工業(yè)發(fā)展水平的標志之一。農(nóng)用飛機播種自動智能計量儀就是利用單片機控制，準確的計量農(nóng)用飛機播種時間及面積的一種新型儀器。長期以來，在農(nóng)用飛機作業(yè)過程中，由于對其工作的諸多參數(shù)，如飛行時間、發(fā)動機工作時間等只能進行認為地估算，然后，通過計算核算出作業(yè)面積。這就難免不準確，而在地方用戶與機場之間產(chǎn)生矛盾。農(nóng)用飛機作業(yè)智能儀正是為了有效解決這個問題而設(shè)計的。該智能儀可以對農(nóng)用飛機工作過程中的各種時間及面積參數(shù)進行自動記錄、計算、存儲、顯示、打印，具有操作簡便、反應(yīng)速度快、計時準確、適應(yīng)性強等特點。第 1 頁 共 63 頁第2

10、章 農(nóng)用飛機作業(yè)記錄儀技術(shù)要求1 該紀錄儀應(yīng)具有顯示和打印兩種功能因某種原因使一種功能實效時，不影響另一種功能的正常發(fā)揮。2 每架次作業(yè)后顯示和打印內(nèi)容要求架次的概念：從發(fā)動機開始工作到停止工作為一個架次。其中，一個架次可能有幾個起落顯示內(nèi)容:需要時可顯示1）架次順序號2）飛行起止時刻（北京時間）3）飛行時間（小時，分，秒，且時間為絕對時間）3）飛行時間（小時，分，秒，且時間為絕對時間）4）噴灑時間（小時，分，秒，且時間為絕對時間）打印內(nèi)容：1）架次序號2）飛機起止時刻（北京時間）3）飛行時間（小時，分，秒，且時間為絕對時間）4）噴灑時間（小時，分，秒，且時間為絕對時間）3 累計顯示和打印內(nèi)容

11、要求顯示內(nèi)容：1)總架次2)飛行總時間打印內(nèi)容：1)年月日2)總架次3）發(fā)動機工作總時間4）飛行總時間5）發(fā)動機地面工作總時間6）作業(yè)面積理論（公頃數(shù)、保留小數(shù)點后一位）4 播種幅寬可任意選擇5 本紀錄儀沒有無效架次起落時間清除鍵。在去掉起落時間時，該無效架次的順序及發(fā)動機工作時間應(yīng)保留6 故障顯示顯示部分或打印部分出現(xiàn)故障時，應(yīng)分別該出警告信號。工作正常綠燈亮，有故障時紅燈亮。第3章 方案論證3.1設(shè)計依據(jù)根據(jù)國家民航總局科教司科教處，專業(yè)司農(nóng)業(yè)出1989年10月14日及1989年11月13日審定的農(nóng)業(yè)飛機作業(yè)量紀錄儀主要技術(shù)要求進行計量儀的電路設(shè)計的。3.2電路的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計方案1：該計量

12、儀采用MCS-51單片機中的8031芯片為核心，配置相應(yīng)的外部程序存儲器和外部數(shù)據(jù)存儲器，構(gòu)成專用微型計算機。其專用微型計算機系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖如下：信號輸入接口傳感器626480312764顯示器8255 I/O接口鍵盤電源圖3-1系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖該系統(tǒng)是一個專用微型計算機為核心，配置輸入輸出端口及其它外部設(shè)備（顯示器、打印機、輸入鍵盤、傳感器等）其它控制電路而構(gòu)成的專用微型計算機系統(tǒng)。該系統(tǒng)是一個專用微型計算機為核心，配置輸入輸出端口及其它外部設(shè)備（顯示器、打印機、輸入鍵盤、傳感器等）其它控制電路而構(gòu)成的專用微型計算機系統(tǒng)。該系統(tǒng)是一個專用微型計算機為核心，配置輸入輸出端口及其它外部設(shè)備（顯

13、示器、打印機、輸入鍵盤、傳感器等）其它控制電路而構(gòu)成的專用微型計算機系統(tǒng)。3.3專用的工作程序設(shè)計考慮為配合硬件電路完成規(guī)定的計劃，其工作程序包括以下主要部分：1、由于專用微機首先應(yīng)是一個時間的計測裝置，因而軟件應(yīng)保證微機的計時及校時功能，因而應(yīng)編制計時程序及校時程序。2、由于操作人員通過鍵盤進行各種工作狀態(tài)下的常數(shù)設(shè)定及對只能儀器發(fā)出各種工作命令，因而需設(shè)置鍵盤掃描及鍵處理程序，以實現(xiàn)操作人員對機器工作狀態(tài)的干預。3、實現(xiàn)對各種作業(yè)參數(shù)的計測，微機應(yīng)循環(huán)檢查傳感器所處的工作狀態(tài)。并根據(jù)傳感器的狀態(tài)，進行不同的處理。因而應(yīng)設(shè)計出傳感器的狀態(tài)及處理程序。4、由于采集的只是原始數(shù)據(jù)，不能直接用于顯

14、示輸出和打印輸出，為將其原始數(shù)據(jù)變換為能用于顯示及打印輸出的數(shù)據(jù)，需設(shè)置數(shù)據(jù)運算及數(shù)據(jù)處理程序。5、為時輸入的數(shù)據(jù)和計測的結(jié)果通過顯示輸出及打印輸出。因而應(yīng)設(shè)置顯示及控制打印程序。6、設(shè)置打印字符的代碼字庫。7、設(shè)置各命令鍵的執(zhí)行程序。3.4農(nóng)用飛機智能計量儀鍵盤設(shè)置及操作面板設(shè)計說明1 程序運行狀態(tài)指示：綠燈顯示程序運行狀態(tài)亮時表示正常，滅時表示故障。2 電源指示：儀器正常供電時，電源指示燈亮。3 功能及時間、記錄參數(shù)的顯示。秒分時幅寬架次16LCD平時顯示北京時間 時、分、秒當輸入相應(yīng)的參數(shù)時可顯示：發(fā)動機工作時間飛行時間 播撒時間 播撒面積78LCD輸入幅寬顯示及參數(shù)代碼910顯示架次序

15、號圖3-2功能及時間、記錄參數(shù)的顯示4 八個功能鍵：分別為架次、校時、參數(shù)、幅寬、顯示、鍵操作過程：每日使用前可先校時鍵，其功能是校準月、日、時、分、秒，北京時間，按一次時109LCD顯示“XX”再按、出現(xiàn)月份值；按2次，使87LCD顯示“XX”一任意值，再按、出現(xiàn)日值，按3次，再按、鍵使56LCD顯示值，按4次，再按、使34LCD顯示分值，按5次，再按、，使12LCD顯示秒值。按幅寬鍵，再按、，可在78LCD上顯示播撒的幅寬值，同理可在910LCD上顯示架次值。3.5技術(shù)關(guān)鍵及設(shè)計思想該項目的技術(shù)關(guān)鍵是提高只能儀器的穩(wěn)定性和可靠性,設(shè)計思想和所采用的技術(shù)措施如下：采用8031單片機組成的系統(tǒng)

16、，EPROM采用低功耗片子，以減輕電源負擔。電路盡可能采用工業(yè)品級的芯片，提高工作可靠性。主機電源采用單片開關(guān)集成穩(wěn)壓器和大容量可充電電池并聯(lián)供電。優(yōu)化設(shè)計主機硬件電路，盡量減少元件。第4章 硬件設(shè)計本設(shè)計以MCS51單片機系列中的8031為核心，用CTC計時，通過可編程接口8255連接顯示設(shè)備及輸入設(shè)備。其他元器件還包括，數(shù)據(jù)存儲器使用8位8K的6264；程序存儲器選用8位8K的EPROM2764。4.1電源設(shè)計整機電源的質(zhì)量直接影響到智能儀器的性能，由于該智能儀器是一個單片機的微機系統(tǒng)，所以供電為5V，而飛機內(nèi)的電源為27V左右。因此要將27V變?yōu)?V，從效率和體積考慮，本系統(tǒng)可以運用集成

17、開關(guān)型電源模塊。直流交流直流變換方案。另外，為了保證飛機著陸后（機內(nèi)電源關(guān)閉），系統(tǒng)仍然工作，又可以采用可充電電池供電。具體框圖如下：圖4-1可充電電池框圖4.2專用微機專用微機以MCS51單片機系列中的8031為核心，它主要由8個部件組成，分別是：a）1個8位的中央處理器。b）128字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲器（RAM）。c）32條I/O線（4個8位口，P0,P1,P2,P3）。d）2個定時器/計數(shù)器。e）1個具有5個中斷源，2個優(yōu)先級的中斷嵌套結(jié)構(gòu)。f）用于多處理機通訊，I/O擴展的串行口。g）特殊功能寄存器。h）一個片內(nèi)振蕩器和時鐘電路。其總體結(jié)構(gòu)框圖為：圖4-2 51單片機內(nèi)部總體結(jié)構(gòu)框圖4.2.

18、1 中央處理器中央處理器是單片機內(nèi)部的核心部件，他決定了單片機的主要功能特性。它主要由運算部件和控制部件構(gòu)成。1運算部件：包括算術(shù)、邏輯部件ALU、布爾處理器、累加器Acc、寄存器B、暫存器TMP1、和TMP2、程序狀態(tài)字寄存器PSW以及十進制調(diào)整電路等。運算部件的功能是實現(xiàn)數(shù)據(jù)的算術(shù)邏輯運算、位變量處理和數(shù)據(jù)傳送操作。2控制部件：控制部件是單片機的神經(jīng)中樞，它包括時鐘電路、復位電路、指令寄存器、譯碼器以及信息傳送控制部件。它以主振頻率為基準發(fā)出CPU的時序，對指令進行譯碼，然后發(fā)出各種控制信號，完成一系列定時控制的微操作，用來控制單片機各部分的運行。其中有一些控制信號線能簡化應(yīng)用系統(tǒng)外圍控制

19、邏輯，如控制地址鎖存的地址鎖存信號ALE，控制片外程序存儲器運行的片內(nèi)外存儲器選擇信號EA，以及片外取址信號PSEN。4.2.2 振蕩電路、時鐘電路和CPU時序振蕩電路和單片機內(nèi)部的時鐘電路一起構(gòu)成了單片機的時鐘方式，根據(jù)硬件電路的不同，連接方式分為內(nèi)部時鐘方式和外部時鐘方式。同時，振蕩周期和時鐘周期又決定了CPU的時序。1 振蕩電路與時鐘電路MCS51單片機芯片內(nèi)部有一個用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器，引腳XTAL1和XTAL2分別是此放大器的輸入端和輸出端。這個放大器與作為反饋元件的片外晶體或陶瓷諧振器一起構(gòu)成一個自激振蕩器。這種接法也就是MCS51單片機的內(nèi)部時鐘方式。圖4-3 HMO

20、S型MCS51單片機片內(nèi)振蕩器圖4-4 片內(nèi)振蕩器的等效電路和外接元件其中外接晶體以及電容C1和C2構(gòu)成并聯(lián)諧振電路，接在放大器的反饋回路中，這時內(nèi)部振蕩器便自激振蕩。外接晶體時，C1和C2值常選擇為30pF左右；外接陶瓷諧振器時，C1和C2的典型值約為47pF。我們也可以采用外部振蕩器，這也就是MCS51單片機的外部時鐘方式。其中引腳XTAL2就是內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入端。因此，對于HMOS型的芯片只需將外部振蕩器的信號接至引腳XTAL2，而把內(nèi)部反相放大器的輸入端XTAL1引腳接地。通常接的外部信號一般為頻率低于12MHz的方波信號。另外，由于XTAL2端的邏輯電平不是TTL的，故最好接上一

21、個上拉電阻。2 CPU時序一條指令可以分解為若干基本的微操作，而這些微操作所對應(yīng)的脈沖信號，在時間上有嚴格的先后次序，即時序。1）振蕩周期：是指為單片機提供定時信號的振蕩源的周期。2）時鐘周期：又稱狀態(tài)周期或S周期。因為時鐘發(fā)生器就是上述的2分頻觸發(fā)器，所以它是振蕩周期的兩倍，時鐘周期被分為2個節(jié)拍，P1和P2節(jié)拍。在每個時鐘的前半周期，P1信號有效，這時通常完成算術(shù)邏輯操作；在每個時鐘的后半周期，P2信號有效，內(nèi)部寄存器與寄存器間的傳輸一般在此狀態(tài)發(fā)生。3）機器周期：一個機器周期由6個狀態(tài)（12個振蕩脈沖）組成，即6個時鐘周期，12個振蕩周期。每個節(jié)拍持續(xù)一個振蕩周期，每個狀態(tài)持續(xù)2個振蕩周

22、期。可以用機器周期把一條指令劃分為若干個階段，每個機器周期完成某些規(guī)定操作。4）指令周期：是執(zhí)行一條指令所占用的全部時間，一個指令周期通常含有14個機器周期。若外接晶振為12MHz時，MCS51單片機的四個周期具體值為：振蕩周期1/12µs時鐘周期1/6µs機器周期1µs指令周期14µs在MCS51的指令系統(tǒng)中，指令長度為13字節(jié)，除MUL（乘法）和DIV（除法）指令外，單字節(jié)和雙字節(jié)指令都可能是單周期和雙周期的，3字節(jié)指令都是雙周期的，乘法指令為4周期指令。所以用12MHz的晶振，則指令執(zhí)行時間分別為1µs，2µs和4µs

23、?？梢砸訶TAL2（18腳）端出現(xiàn)的振蕩器信號和芯片ALE（30腳）端的信號作為參考。ALE信號為MCS51單片機擴展系統(tǒng)的外部存儲器地址低8位的鎖存信號，在訪問程序存儲器的機器周期內(nèi)ALE信號2次有效。在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器的機器周期內(nèi)，ALE信號一次有效。因此ALE的頻率是不穩(wěn)定的。所以，把ALE引腳作為時鐘輸出時，在CPU執(zhí)行MOVX指令時，會丟失一個周期。3 時鐘信號的輸出在系統(tǒng)中，單片機管腳的時鐘輸出有兩個途徑：一個是上面提到的ALE引腳的輸出；另一個就是振蕩晶體引腳信號經(jīng)放大后輸出。如圖：圖4-5 時鐘信號的輸出4.3單片機的復位狀態(tài)及復位電路4.3.1 復位狀態(tài)單片機的復位都是靠外

24、部電路實現(xiàn)的，在時鐘電路工作后，只要在單片機的RST引腳上出現(xiàn)24個時鐘振蕩脈沖以上的高電平，單片機便實現(xiàn)初始化狀態(tài)復位。為了保證應(yīng)用系統(tǒng)可靠的復位，在設(shè)計復位電路時，通常使RST引腳保持10ms以上的高電平。只要RST保持高電平，則MCS51單片機就循環(huán)復位；當RST從高電平變?yōu)榈碗娖揭院螅琈CS51單片機就從0000H地址開始執(zhí)行程序。在復位有效期間，ALE、PSEN引腳輸出高電平。復位以后單片機的初始復位狀態(tài)如下表。表4-1 復位以后單片機的初始復位狀態(tài)專用寄存器復位狀態(tài)專用寄存器復位狀態(tài)PC0000HTMOD00HAcc00HTCON00HB00HTH000HPSW00HTL000HS

25、P07HTH100HDPTR0000HTL100HP0P3FFHSCON00HIPXXX 0000BSBUFXXXX XXXXBIE0XX0 0000BPCON0XXX 0000B復位后，P0口P3口輸出高電平，且使這些準雙向口皆處于輸入狀態(tài)，并且將07H寫入棧指針SP（即設(shè)定堆棧底為07H），同時，將程序計數(shù)器PC和其余的特殊功能寄存器清零（不定的位除外）。但復位不影響單片機內(nèi)部的RAM狀態(tài)。4.3.2 復位電路HMOS型MCS51單片機內(nèi)部復位結(jié)構(gòu)如圖：圖4-6 單片機內(nèi)部復位原理圖復位引腳RST、VPD通過一個斯密特觸發(fā)器與內(nèi)部復位電路相連。MCS51單片機通常都采用上電自動復位和開關(guān)復

26、位二種方式。復位電路的核心就是必須保證RST引腳上出現(xiàn)10ms穩(wěn)定的高電平。因此，無論簡單還是復雜的復位電路，都是為了保證這個10ms以上的穩(wěn)定的高電平。圖4-7 兩種復位電路在通電瞬間，在RC電路充電過程中，RST端出現(xiàn)正脈沖，從而使單片機復位。在實際應(yīng)用系統(tǒng)中，為了保證復位電路可靠的工作，常將RC電路接斯密特電路后再接入單片機復位端和外圍電路復位端。這特別適合于應(yīng)用現(xiàn)場干擾大、電壓波動大的工作環(huán)境。并且，當系統(tǒng)有多個復位端時，能保證可靠地同步復位。4.4定時器/計數(shù)器MCS51單片機內(nèi)部設(shè)置兩個16位可編程的定時器/計數(shù)器T0和T1，它們具有計數(shù)器方式和定時器方式兩種工作方式以及4種工作模

27、式。其控制字均在相應(yīng)的特殊功能寄存器中，通過對控制寄存器的編程，用戶可以方便的選擇適當?shù)墓ぷ髂Ｊ?。對每個定時器/計數(shù)器（T0和T1），在特殊功能寄存器TMOD中都有一控制位，它選擇T0或T1為定時器還是計數(shù)器。MCS51單片機的微處理器和T0及T1的關(guān)系，如圖：圖4-8單片機內(nèi)部定時/計數(shù)器原理框圖定時/計數(shù)器T0由TH0、TL0構(gòu)成，T1由TH1、TL1構(gòu)成。TMOD用于控制和確定各定時器/計數(shù)器的功能和工作模式。TCON用于控制定時器/計數(shù)器T0、T1的啟動和停止計數(shù)，同時包含定時/計數(shù)器的狀態(tài)。他們屬于特殊功能寄存器。這些寄存器的內(nèi)容靠軟件設(shè)置。系統(tǒng)復位時，寄存器的所有位都被清零。4.4

28、.1 工作方式控制寄存器TMODTMOD用于控制定時器/計數(shù)器的工作模式，其格式如下所示：D7D6D5D4D3D2D1D0GATEC/TM1M0GATEC/TM1M0低4位為定時器T0的方式控制字段，高4位為定時器T1的方式控制字段。1）工作方式選擇位M1M0定時器的工作方式由M1M0二位狀態(tài)確定，對應(yīng)關(guān)系如下：M1M0功能說明00方式 0，為 13位的定時器/計數(shù)器01方式 1，為 16位的定時器/計數(shù)器（本設(shè)計采用）10方式 2，為常數(shù)自動重新裝入的 8位定時器/計數(shù)器11僅適用于 T0，分為兩個 8位計數(shù)器，對 T1停止計數(shù)方式1：當M1M0為01時，定時器/計數(shù)器工作于模式1，這時定時

29、器/計數(shù)器的等效電路如下圖。圖4-9 定時器/計數(shù)器的等效電路圖模式1為16位的計數(shù)器，由THX作為高8位和TLX作為低8位構(gòu)成（X=0,1）TLX溢出向THX進位，THX計數(shù)器溢出置位TCON中的溢出標志位TFX（X=0,1）2）定時器和外部計數(shù)方式選擇位C/TC/T=0為定時器方式，采用晶振脈沖的12分頻信號作為計數(shù)器的計數(shù)信號，亦即對機器周期進行計數(shù)。C/T=1為計數(shù)器方式，采用外部引腳（T0為P3.4，T1為P3.5）的輸入脈沖作為計數(shù)脈沖。當T0（或T1）輸入發(fā)生高到低的負跳變時，計數(shù)器加1，最高計數(shù)器頻率為晶振頻率的十四分之一。3）門控位GATEGATE為1時，定時器/計數(shù)器的計數(shù)

30、受外部引腳輸入電平的控制（INT0控制T0運行，INT1控制T1運行）；GATE為0時定時器/計數(shù)器的運行不受外部輸入引腳的控制。4.4.2 定時器/計數(shù)器控制寄存器TCON字節(jié)地址為88H，位地址為88H8FH，TCON的格式如下：D7D6D5D4D3D0TF1TR1TF0TR01）TCON的低4位與外部中斷有關(guān)。2）TR0為定時器T0的運行控制位該位由軟件置位和復位。當GATE（TMOD.3）為0時，TR0為1時允許T0計數(shù)，TR0為0時停止T0計數(shù)。當GATE（TMOD.3）為1時，僅當TR01且INT0（P3.2）輸入為高電平時才允許T0計數(shù)。TR0為0或INT0輸入低時都禁止T0計數(shù)

31、。3）TF0為定時器T0的溢出標志位當T0被允許計數(shù)以后，T0從初值開始加1計數(shù)，最高位產(chǎn)生溢出時置“1”TF0，并向CPU請求中斷。當CPU響應(yīng)時，由硬件清“0”TF0。TF0也可以由程序查詢或清“0”。4）TR1為定時器T1的運行控制位該位由軟件置位和復位。當GATE（TMOD.7）為0時，TR1為1時允許T1計數(shù)，TR1為0時禁止T1計數(shù)。當GATE（TMOD.7）為1時，TR1為1且INT1輸入高電平時，才允許T1計數(shù)。TR1為0且INT1輸入低電平時禁止T1計數(shù)。5）TF1為T1的溢出標志位當T1被允許計數(shù)后，T1從初值開始加1計數(shù)，最高位產(chǎn)生溢出時，置“1”TF1，并向CPU請求中

32、斷，當CPU響應(yīng)時，由硬件清“0”TF1，TF1也可以由程序查詢或清“0”。4.5中斷系統(tǒng)中斷系統(tǒng)是為使處理機具有對外界異步事件的處理能力而設(shè)置的。當中央處理機CPU正在處理某件事的時候外界發(fā)生了緊急事件請求，要求CPU暫停當前的工作，轉(zhuǎn)而去處理這個緊急事件。處理完以后，再回到原來被中斷的地方，繼續(xù)原來的工作，這樣的過程稱為中斷。實現(xiàn)這種功能的部件稱為中斷系統(tǒng)，請示CPU中斷的請求源稱為中斷源。每個中斷源有一個優(yōu)先級別。CPU總是先響應(yīng)級別最高的中斷請求。8031單片機提供5個中斷源，其中兩個為外部中斷源，由INT0、INT1（P3.2、P3.3）輸入；I/O設(shè)備中斷請求信號，或掉電故障等異常

33、事件中斷請求信號都可以作為中斷源連INT0、INT1。兩個為片內(nèi)的定時器/計數(shù)器溢出時產(chǎn)生的中斷請求（用TF0、TF1做標志）；另外一個為片內(nèi)串行口產(chǎn)生的中斷請求（TI或RI）。這些中斷請求源分別由MCS51的特殊功能寄存器TCON和SCON的相應(yīng)位鎖存。MCS51單片機CPU對中斷源的開放或屏蔽，每一個中斷源是否被允許中斷，是由內(nèi)部的中斷允許寄存器IE控制的。D7D4D3D2D1D0IEEA/ESET1EX1ET0EX0位地址AFHACHABHAAHA9HA8H1) EA為CPU的中斷開放標志，EA1，CPU開放中斷，EA0，CPU屏蔽所有的中斷申請。2) ES為串行口中斷允許位，ES1，允

34、許串行口中斷，ES0，禁止串行口中斷。3) ET1為定時/計數(shù)器T1的溢出中斷允許位，ET11，允許T1中斷，ET10，禁止T1中斷。4) EX1為外部中斷1中斷允許位，EX11,允許外部中斷1中斷，EX10，禁止外部中斷1中斷。5) ET0為T0的溢出中斷允許位，ET01允許T0中斷，ET00禁止T0中斷。6) EX0為外部中斷0中斷允許位，EX01允許中斷，EX00禁止中斷。MCS51有兩個中斷優(yōu)先級，對于每一個中斷請求源可編程為高優(yōu)先級中斷或低優(yōu)先級中斷，可實現(xiàn)二級優(yōu)先級嵌套。低優(yōu)先級中斷可被高優(yōu)先級中斷所中斷，反之不能。任何一種中斷，一旦得到響應(yīng)，不會再被它的同級中斷所中斷。MCS51

35、的片內(nèi)有一個優(yōu)先級寄存器IP，用程序改變其內(nèi)容，即可進行各種中斷源中斷級別的設(shè)置。D4D3D2D1D0IP/PSPT1PX1PT0PX0位地址BCHBBHBAHB9HB8H1) PS：串行口中斷優(yōu)先級控制位。PS=1，串行口中斷定義為高優(yōu)先級中斷；PS=0，定義為低優(yōu)先級中斷。2) PT1：定時器T1中斷優(yōu)先級控制位。PT1=1，定時器T1中斷定義為高優(yōu)先級中斷；PT1=0，定時器T1中斷定義為低優(yōu)先級中斷。3)PX1：外部中斷1中斷優(yōu)先級控制位。PX1=1，外部中斷1定義為高優(yōu)先級中斷；PX1=0，外部中斷1定義為低優(yōu)先級中斷。4)PT0：定時器T0中斷優(yōu)先級控制位。PT0=1，定時器T0定

36、義為高優(yōu)先級中斷；PT0=0，定時器T0定義為低優(yōu)先級中斷。5) PX0：外部中斷0中斷優(yōu)先級控制位。PX0=1，外部中斷0定義為高優(yōu)先級中斷；PX0=0，外部中斷0定義為低優(yōu)先級中斷。4.6其他芯片4.6.1 INTEL2764INTEL2764是一種5V的8KbEPROM存儲器芯片，采用HMOS工藝制造，標準存取時間為250ns。其中27是系列號，64和存儲容量有關(guān)。圖4-10 2764存儲器芯片引腳圖引腳功能：1）地址輸入線A12A0,2764的存儲容量為8Kb故按照地址線條數(shù)存儲容量的關(guān)系，共需13條地址線，編號為A12A0。2764的地址線和MCS51的P2和P0相接，用于傳送單片機

37、送來的地址編碼信號，其中A12為最高位。2）數(shù)據(jù)線O7O0，雙向數(shù)據(jù)線。07為最高位，在正常工作時，O7O0用于傳送從2764中讀出的數(shù)據(jù)或程序代碼，在編程方式時，用于傳送需要寫入的編程代碼。3）控制線3條：片選輸入線CE，該輸入線用于控制本芯片是否工作。給CE加上一個低電平，則選本片工作。允許輸入線OE，是用戶控制的輸入線，給OE線輸入一個高TTL高電平，則數(shù)據(jù)線O7O0處于高阻狀態(tài)，若加一個TTL低電平，則O7O0處于讀出狀態(tài)。編程輸入線PGM，該輸入線用于控制2764處于正常工作狀態(tài)或編程/校驗狀態(tài)。當輸入TTL高電平，則2764處于正常工作狀態(tài)。當輸入一個50ms寬的負脈沖，則2764

38、引腳Vpp上的21V高電壓，可以處于編程狀態(tài)。4）其他引腳4條：Vcc，5V電源輸入線。GND，直流地線。Vpp，編程電源輸入線。NC，空線。表4-2工作方式選擇表工作狀態(tài)CE(20)OE(22)PGM(27)Vpp(1)Vcc(8)輸入端O7-O0讀出VILVILVIHVccVcc輸出維持VIHXXVccVcc高阻編程VILVIHVILVppVcc輸入編程校驗VILVILVIHVppVcc輸出禁止編程VIHXXVppVcc高阻4.6.2 INTEL62646264（靜態(tài)RAM），它是一種5V的8KbRAM存儲芯片，采用CMOS工藝，其標準存取時間為200ns，它有28個引腳。引腳功能：1）地

39、址線A12A0為輸入地址線，用于傳送CPU送來的地址，編碼信號高電平表示“1”，低電平表示“0”。2）數(shù)據(jù)線D7D0，雙向數(shù)據(jù)線。D7為高位，D0為低位。正常工作時D7D0用來傳送6264的讀寫數(shù)據(jù)。3）控制線4條：允許輸出線OE：該輸出線用于控制從6264中讀出的數(shù)據(jù)是否送到數(shù)據(jù)線D7D0上，若OE為低電平，則讀出的數(shù)據(jù)可以直接送到數(shù)據(jù)總線D7D0，否則，讀出的數(shù)據(jù)只能達到6264的內(nèi)總線。片選輸入線CS1和CS2：若CS1=1和CS1=0，則本芯片被選中工作，否則，本芯片6264不被選中工作。讀寫命令字WE：若WE為高電平，則6264建立讀出工作狀態(tài)；若WE為低電平，則6264處于寫入狀態(tài)

40、。4）電源線2條：Vcc為5V電源線。允許10范圍波動。GND接地線。圖4-11 6264（靜態(tài)RAM）存儲芯片引腳圖工作方式：6264共有五種工作方式，其中讀出和寫入方式是有效方式。表4-3 6264五種工作方式工作方式CS1CS2WEOE功能禁止0100不允許WE和OE同時為低電平讀出0110從6264中讀出數(shù)據(jù)到D7D0寫入0101把D7D0數(shù)據(jù)寫入6264選通0111輸入高阻未選通11輸出高阻4.6.3 74LS373通常，74LS373是帶三態(tài)緩沖輸出的D鎖存器，它可以用作地址鎖存器與8031相接。圖4-12 74LS373鎖存器從圖中可以看出：當三態(tài)門的使能信號OE低電平時，三態(tài)門

41、處于導通狀態(tài)，允許1Q8Q輸出OUT18，當OE端為高電平時，輸出三態(tài)門斷開，輸出線OUT18處于浮空狀態(tài)。G稱為數(shù)據(jù)打入線，當74LS373用作地址鎖存器時，首先應(yīng)使三態(tài)門的使能OE為低電平，這時，當G輸入端為高電平時，鎖存器輸出（1Q8Q）狀態(tài)相同，當G端從高電平反回到低電平（下降沿）時，輸入端（1D8D）的數(shù)據(jù)鎖入1Q8Q的八位鎖存器中。它是帶有清除端的D觸發(fā)器，只有清除端為高電平時，才具有鎖存功能，鎖存控制端為CLK，在上升沿鎖存，在做地址鎖存器時，他們的鎖存控制端G和STB可直接與單片機的鎖存控制信號端ALE相連，在ALE下降沿令行地址鎖存。4.6.4 74LS1388031為了選中

42、唯一的某一存儲單元，必須進行兩種選擇：一是必須選出該存儲芯片，二是必須選出該存儲單元。因此，有線選法和全地址譯碼法兩種選擇方法來完成此功能。但對于此課題來說，它需要接多個I/O接口芯片或RAM。因此我們在此采用全地址譯碼法，即74LS138譯碼器。圖4-13 74LS138譯碼器其邏輯符號如下表：表4-4 邏輯符號表G1G2AG2BCBAY7Y6Y5Y4Y3Y2Y1Y01000001111111010000111111101100010111110111000111111011110010011101111100101110111111001101011111110011101111111其他

43、狀態(tài)111111114.6.5 8255引腳功能：1)RESET：復位輸入線，當該輸入端外于高電平時，所有內(nèi)部寄存器（包括控制寄存器）均被清除，所有I/O口均被置成輸入方式。2)CS:片選信號線，當這個輸入引腳為低電平時，表示芯片被選中，允許8255與CPU進行通訊。3)RD:讀信號線，當這個輸入引腳為低電平時，允許8255通過數(shù)據(jù)總線向CPU發(fā)送數(shù)據(jù)或狀態(tài)信息，即CPU從8255讀取信息或數(shù)據(jù)。4)WR:寫入信號，當這個輸入引腳為低電平時，允許CPU將數(shù)據(jù)或控制字寫入8255。5)D0D7:三態(tài)雙向數(shù)據(jù)總線，8255與CPU數(shù)據(jù)傳送的通道，當CPU執(zhí)行輸入輸出指令時，通過它實現(xiàn)位數(shù)據(jù)的讀/寫

44、操作，控制字和狀態(tài)信息也通過數(shù)據(jù)總線傳送。6)PA0PA7:端口A輸入輸出線，一個位的數(shù)據(jù)輸出鎖存器/緩沖器，一個位的數(shù)據(jù)輸入鎖存器。7)PB0PB7:端口B輸入輸出線，一個位的I/O鎖存器，一個位的輸入輸出緩沖器。8)PC0PC7:端口C輸入輸出線，一個位的數(shù)據(jù)輸出鎖存器/緩沖器，一個位的數(shù)據(jù)輸入緩沖器。端口C可以通過工作方式設(shè)定而分成個位的端口，每個位的端口包含一個位的鎖存器，分別與端口A和端口B配合使用，可作為控制信號輸出或狀態(tài)信號輸入端口。9)A1、A0:端口地址總線，8255中有端口A、B、C和一個內(nèi)部控制字寄存器，共個端口，由A0、A1輸入地址信號來尋址。4.7顯示設(shè)備可用LED顯

45、示器用來顯示輸入的數(shù)據(jù)及計算結(jié)果。但在實際應(yīng)用中反映在強光下看不清楚，因此該記錄儀采用LCD液晶顯示器。它是一種介于液體和固體之間的熱力學的中間穩(wěn)定相，驅(qū)動方式是交流電壓驅(qū)動。圖4-14 1602字符型液晶顯示器實物圖圖4-15 1602LCD實驗演示圖第5章 軟件設(shè)計5.1軟件設(shè)計的總體思想根據(jù)設(shè)計要求及本智能儀器所需要完成的功能，可知，其軟件必須包含以下五部分，主要有：1主程序2顯示子程序3打印子程序4數(shù)據(jù)處理程序5電子鐘子程序而這次軟件設(shè)計的主要任務(wù)是電子鐘程序本機的顯示器LED在不要求顯示架次，幅寬等所要求的內(nèi)容時，平時都顯示北京時間的時，分，秒。這就要求有一段比較準確的計時程序。為此

46、，我們用CTC進行計時。且每10ms進行中斷一次，進行時，分，秒處理。同時，它自身帶有循環(huán)顯示程序，可將記得的時間存在顯示緩沖器中，然后，送去顯示或打印。另外，在電子鐘計時程序中，我們還插入了一段查詢程序，即每一秒對傳感器送來的信號進行一次查詢。若其中某一個傳感器信號電平為高，則對相應(yīng)單元加一。從而我們可以得到相應(yīng)的三個絕對時間。即飛行絕對時間，發(fā)動機工作總時間和播撒總時間，由于每秒查詢一次，累加一次，因此，最后所得到的時間顯示方式為秒。5.2地址分配5.2.1 資源配置MCS-51的存儲器可分為以下幾類：1.程序存儲器2.數(shù)據(jù)存儲器3.特殊功能寄存器MCS-51單片機的存儲器、特殊功能寄存器

47、（SFR）及位地址空間的結(jié)構(gòu)如圖所示:圖5-1 MCS-51的存儲器一、程序存儲器結(jié)構(gòu)和運行操作程序存儲器的結(jié)構(gòu)如圖（A）所示。程序存儲器用于存放編號的程序和表格，它以程序計數(shù)器PC作地址指針，由于MCS-51單片機的程序計數(shù)器為16位，因此，可尋址的地址空間為64K字節(jié)。對于片內(nèi)無ROM的單片機8031構(gòu)成應(yīng)用系統(tǒng)時，必須使EA非為0,程序存儲器只能外部擴展。二、數(shù)據(jù)存儲器的結(jié)構(gòu)和運行操作RAM分為片內(nèi)RAM和片外RAM。片外RAM的容量較大，通常用來存放批量大的數(shù)據(jù)；片內(nèi)RAM容量較小，應(yīng)盡量重復使用，比如數(shù)據(jù)暫存區(qū)與顯示、打印緩沖區(qū)重疊。MCS-51單片機內(nèi)部有128個字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲器，

48、內(nèi)部編址為00H-7FH。這128個單元的功能并不完全相同，分配時應(yīng)注意發(fā)揮各自的特點，做到物盡其用。00-0FH這32個字節(jié)可以作為工作寄存器組，在工作寄存器的8個單元中，RO和R1具有指針功能，是編程的重要角色，應(yīng)充分發(fā)揮起作用。系統(tǒng)上電復位時，置PSW=00H,SP=07H,則RS1(PSW,4),RS0(PSW,3)位均為0，CPU自動選擇工作寄存器組0作為當前工作寄存器，而工作寄存器組1為堆棧，并向工作寄存器2、3延伸。例如，此時當CPU執(zhí)行諸如MOVR1,#2FH指令時，R1既是指01H單元。若在中斷服務(wù)程序中，也要使用R1寄存器且不將原來的數(shù)據(jù)沖掉，則可在主程序中線將堆?？臻g設(shè)置

49、在其它位置，然后再進入中斷服務(wù)程序后選擇工作寄存器組1、2或3，這時若在執(zhí)行諸如MOVR1,#00H就不會沖掉R1(01H單元)中原來的內(nèi)容，應(yīng)為這是R1的地址已改變?yōu)?9H、11H或19H。在中斷服務(wù)程序結(jié)束時，可重新選擇工作寄存器組0，而安排定時器溢出中斷、外部中斷。串行口中斷使工作寄存器組1、2或3，這是應(yīng)用程序的結(jié)構(gòu)如下：ORG0000HAJMPMAINORG0003HLJMPINT0ORG000BHMAIN：MOVSP,#60H；設(shè)置堆棧區(qū)INT0:PUSHPSW；保護PSWSETBRS0；選擇工作寄存器組1CLRRS1MOVR1,#00H；(09H)=00HPHSHPSW；恢復PS

50、W且選擇工作寄存器組RETI；中斷返回CTC0:PUSHPSW；保護PSWCLRRS0；選擇工作寄存組2SETBRS1；MONR1,#01H；(11H)=01HPUSHPSW；恢復PSW且選擇工作寄存器組0RETI；中斷返回20H-2FH這16個字節(jié)具有位尋址功能，可用來存放各種軟件標志、邏輯變量、位輸入信息、位輸出信息副本、狀態(tài)變量、邏輯運算的中間結(jié)果等。當這些項目全部安排好后，保留一兩個字節(jié)備用，剩下的單元可改作其他用途。其結(jié)構(gòu)如圖所示2FH 7F 7E 7D 7C 7B 7A 79 782EH 77 76 75 74 73 72 71 702DH 6F 6E 6D 6C 6B 6A 69

51、 682CH 67 66 65 64 63 62 61 602BH 5F 5E 5D 5C 5B 5A 59 582AH 57 56 55 54 53 52 51 5029H 4F 4E 4D 4C 4B 4A 49 4828H 47 46 45 44 43 42 41 4027H 3F 3E 3D 3C 3B 3A 39 3826H 37 36 35 34 33 32 31 3025H 2F 2E 2D 2C 2B 2A 29 2824H 27 26 25 24 23 22 21 2023H 1F 1E 1D 1C 1B 1A 19 1822H 17 16 15 14 13 12 11 10

52、21H 0F 0E 0D 0C 0B 0A 09 0820H 07 06 05 04 03 02 01 0030H-7FH為一般通用寄存器，只能存入整個字節(jié)信息，通常用來存放各種參數(shù)、指針、中間結(jié)果，或用作數(shù)據(jù)緩沖區(qū)。此外，也常將堆棧安放在片內(nèi)RAM的高端，如60-7FH；設(shè)置堆棧區(qū)時應(yīng)事先估算出子程序和中斷嵌套的級數(shù)以及程序堆棧操作指令使用情況，其大小應(yīng)留有余量。當系統(tǒng)中擴展了RAM,應(yīng)把使用頻率最高的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)安排在片內(nèi)RAM中，以提高處理速度。如果將系統(tǒng)的各種開銷安排后所剩單元很少，這往往不是好兆頭，應(yīng)該留有足夠的余地，以便將來擴充。EPROM/ROM,RAM資源規(guī)劃好后，應(yīng)列出一張資源的詳細分配清單，作為編程依據(jù)。三、特殊功能寄存器（SFR）及其操作特殊功能寄存器是用來對片內(nèi)各功能模塊進行管理、控制、監(jiān)視的控