煤炭安全參數(shù)檢測(基于單片機(jī))

1、蘭州工業(yè)高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目 煤礦安全參數(shù)檢測裝置 系 別 電氣工程系 專 業(yè) 電氣自動(dòng)化技術(shù) 班 級(jí) 電自08-1 姓 名 趙 寶 學(xué) 號(hào) 200802101149 指導(dǎo)教師（職稱）秦 雯 日 期 2011-02-20 摘 要瓦斯爆炸已成為中國礦難的主要原因之一。本設(shè)計(jì)基于單片機(jī)8031控制，以傳感器技術(shù)和通信技術(shù)作為系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)瓦斯等氣體濃度值的實(shí)時(shí)采集及傳送，是一套完備的煤礦安全檢測系統(tǒng)。該系統(tǒng)硬件電路可靠性強(qiáng)，靈敏度高，大大提高了煤礦內(nèi)工作的安全系數(shù)。關(guān)鍵詞 瓦斯檢測；二氧化碳檢測；溫度檢測；單片機(jī)；A/D轉(zhuǎn)換器AbstractGas explosion has b

2、ecome China's coal mines, one of the main reasons. This design based on single chip microcomputer 8031 control to sensor technology and communication technology as the foundation, realize the system design of gas gas, such as the real-time data acquisition and transfer of chroma value, is a set

3、of complete coal mine safety detection system. The system hardware circuit reliability, high sensitivity, greatly improving the work within the safety factor of the coal mine.Keywords gas detection. Gas sensors, The temperature sensor, Microcontroller, A/D converter, Gas measurement目 錄第一章 緒論11.1課題背景

4、11.2煤炭生產(chǎn)的現(xiàn)狀11.3煤炭安全生產(chǎn)的發(fā)展趨勢(shì)2第二章 方案論證32.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)可行性分析32.2 控制部分的選擇32.3溫度傳感器的選擇32.4瓦斯傳感器的選擇42.5二氧化碳傳感器的選擇42.6 A/D轉(zhuǎn)換器的選擇52.7外擴(kuò)存儲(chǔ)器的選擇52.8外擴(kuò)I/O接口的選用62.9 鍵盤及顯示器的選擇62.9.1鍵盤的選擇62.9.2顯示器的選擇62.10聲光報(bào)警7第三章 硬件電路設(shè)計(jì)83.1設(shè)計(jì)思路83.2 8031單片機(jī)的介紹83.2.1 8031單片機(jī)的基本結(jié)構(gòu)及管腳說明83.2.2 MCS51的中斷源和中斷標(biāo)志93.3外部存儲(chǔ)器ROM（2764）介紹113.3.1外部存儲(chǔ)器ROM（2

5、764）的內(nèi)部結(jié)構(gòu)113.3.2 8031和2764的連接133.4 Intel 8155143.4.1Intel8155的介紹143.4.2 8031與8155的連接153.5 顯示和鍵盤163.5.1 LED簡介163.5.2鍵盤接口原理173.5.3鍵盤、顯示接口電路183.6 ADC0809簡介193.6.1 ADC0809的內(nèi)部結(jié)構(gòu)193.6.2 MCS51對(duì)ADC0809的接口203.7 AD590簡介213.7.1AD590簡介223.7.2 AD590的應(yīng)用電路223.8 GMM221型CO2傳感器233.9瓦斯傳感器電路設(shè)計(jì)243.9.1瓦斯傳感器的介紹243.9.2瓦斯傳感

6、器測量電路設(shè)計(jì)243.10指示功能的電路243. 11報(bào)警電路253. 12 電源電路設(shè)計(jì)25第四章 軟件設(shè)計(jì)2741主程序274.2顯示子程序294.3鍵盤掃描子程序30第五章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的問題及解決方法345.1 硬件方面問題345.2軟件方面問題34設(shè)計(jì)總結(jié)35致 謝36參考文獻(xiàn)37 煤炭安全參數(shù)檢測裝置第一章 緒論 1.1課題背景我國煤炭資源豐富，是優(yōu)勢(shì)礦產(chǎn)，是煤炭作為我國主體能源的重要物資基礎(chǔ)。但是，煤炭資源現(xiàn)狀不容樂觀，勘探程度低、經(jīng)濟(jì)可采儲(chǔ)量和人均占有量少，資源浪費(fèi)嚴(yán)重，生態(tài)環(huán)境和水資源嚴(yán)重制約著煤炭資源的開發(fā)，必須科學(xué)地、客觀地認(rèn)識(shí)我國煤炭資源優(yōu)勢(shì)和資源現(xiàn)狀。隨著我國經(jīng)濟(jì)持續(xù)高

7、速增長，包括煤炭在內(nèi)的能源需求增長明顯加快，呈現(xiàn)出供不應(yīng)求的局面。煤炭行業(yè)面臨巨大發(fā)展機(jī)遇，其發(fā)展具有諸多有利因素：宏觀經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展為煤炭需求持續(xù)增長提供了堅(jiān)實(shí)的支撐；煤炭行業(yè)在能源供應(yīng)中不可動(dòng)搖的主導(dǎo)地位鞏固了其作為支柱產(chǎn)業(yè)發(fā)展的地位。1.2煤炭生產(chǎn)的現(xiàn)狀瓦斯是在成煤過程中形成并大量儲(chǔ)存于煤層之中的氣體。瓦斯是一種無色無味的氣體，主要成分是甲烷，在超濃度時(shí)能引起人窒息死亡。在地下采礦的時(shí)候，井內(nèi)常常會(huì)泄露一定量的甲烷、一氧化碳、二氧化碳等氣體，后一種含量少，且易溶于水，經(jīng)煤礦開采時(shí)的噴水處理后變成酸，但前兩種氣體含量多，且?guī)缀醪蝗苡谒?，屬于易燃易爆氣體。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，井下作業(yè)的安

8、全程度越來越高，但是仍然有許多采礦企業(yè)的機(jī)械化程度低，對(duì)現(xiàn)場采礦的工作人員的生命安全造成潛在的威脅，特別是針對(duì)瓦斯氣體的檢測和報(bào)警仍舊存在著隱患，每年煤礦瓦斯爆炸事故依然很多。針對(duì)煤礦安全生產(chǎn)中的共性、關(guān)鍵性和前瞻性的技術(shù)問題，以煤礦事故因素瓦斯、粉塵、水災(zāi)等為重點(diǎn)研究對(duì)象，加強(qiáng)科技攻關(guān)，提高對(duì)煤礦主要災(zāi)害的識(shí)別能力、監(jiān)測預(yù)警能力、防治與控制能力是當(dāng)前煤礦生產(chǎn)的首要任務(wù)。煤礦安全裝備是防治煤礦事故的重要手段，在防治災(zāi)害事故中發(fā)揮了重要作用，但目前仍有許多裝備存在適應(yīng)性不強(qiáng)、可靠性差的問題。煤礦安全監(jiān)測的參數(shù)有很多，其中瓦斯是個(gè)很重要的參數(shù)，如果濃度過大，容易造成爆炸危險(xiǎn)，后果不堪設(shè)想。在煤礦井

9、下開采過程中，高瓦斯或突出礦井廣泛采用由真空泵和管路組成的抽排系統(tǒng)抽出采掘工作面煤層中的瓦斯。近幾年來大多數(shù)煤礦選用2BE1系列真空泵，該泵是用常溫的清水作為工作介質(zhì)、抽吸不含顆粒的氣體。井下抽排系統(tǒng)只是單向?qū)ν咚钩榕?，?dāng)泵的轉(zhuǎn)速一定時(shí)，排放流量固定，在剛開始排放啟動(dòng)時(shí)瓦斯?jié)舛群芨叨鴮?dǎo)致出口瓦斯量在允許的范圍內(nèi)。根據(jù)煤礦抽放現(xiàn)場的調(diào)研及與現(xiàn)場技術(shù)人員的交流，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)行的井下抽排系統(tǒng)存在一些問題：啟動(dòng)抽排時(shí)通常會(huì)造成排放管道中的瓦斯超限。由于在停泵期間，工作而積蓄了大量瓦斯，當(dāng)抽排泵剛啟動(dòng)時(shí)，大量瓦斯經(jīng)抽排泵排入管道中，此時(shí)會(huì)引起排放管道中瓦斯超限，造成安全隱患。在系統(tǒng)的啟動(dòng)和運(yùn)行過程中，不能自動(dòng)

10、的根據(jù)被排瓦斯?jié)舛燃皶r(shí)調(diào)節(jié)排放流量，以保證出口處的瓦斯?jié)舛炔怀?。近幾年來大多?shù)煤礦選用2BE1系列真空泵，根據(jù)抽排泵的工作原理及工作環(huán)境，由于煤礦井下供水管路經(jīng)常斷水，抽排泵無水后，泵內(nèi)的瓦斯排不出去，此時(shí)泵運(yùn)行，會(huì)引起泵內(nèi)瓦斯爆炸。因此水環(huán)式真空泵抽吸瓦斯時(shí)必須安裝可靠的斷水保護(hù)裝置。而現(xiàn)行系統(tǒng)中缺乏必要的斷水保護(hù)功能。4.調(diào)節(jié)輸出流量的旁通閥設(shè)置存在安全隱患，在停泵及泵故障狀態(tài)時(shí)，抽進(jìn)管道氣壓較高，會(huì)使瓦斯從旁通閥溢出，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的工作環(huán)境造成了安全隱患。 1.3煤炭安全生產(chǎn)的發(fā)展趨勢(shì)在可預(yù)見的將來，全世界煤炭仍將保持增長趨勢(shì)，煤炭在能源結(jié)構(gòu)中仍將占重要地位；結(jié)構(gòu)調(diào)整是主要產(chǎn)煤國家煤炭工

11、業(yè)發(fā)展的普遍規(guī)律，以保持競爭優(yōu)勢(shì)；跨國礦業(yè)集團(tuán)經(jīng)營發(fā)展戰(zhàn)略為我國煤炭工業(yè)發(fā)展提供重要借鑒，企業(yè)并購和擴(kuò)張的目的是追求效益，而不是規(guī)模。 最近幾年我國煤礦安全形勢(shì)趨于穩(wěn)定好轉(zhuǎn)，但形勢(shì)依然嚴(yán)峻，必須進(jìn)一步強(qiáng)化以下煤礦安全生產(chǎn)措施：(1)必須從國家宏觀調(diào)控入手，適當(dāng)限制第二產(chǎn)業(yè)增長速度，大力發(fā)展第三產(chǎn)業(yè)，減緩能源需求壓力，為煤礦安全創(chuàng)造更加有利的宏觀環(huán)境；(2)調(diào)整煤炭產(chǎn)業(yè)布局和結(jié)構(gòu)、大幅度限制百萬噸死亡率高的省區(qū)和礦區(qū)煤炭產(chǎn)量、大幅度增加安全生產(chǎn)條件好的重點(diǎn)產(chǎn)煤省區(qū)煤炭產(chǎn)量、是大幅度減壓事故和死亡人數(shù)的根本途徑；(3)安全文化和安全責(zé)任是政府和企業(yè)安全生產(chǎn)戰(zhàn)略的重要支柱，從企業(yè)高層領(lǐng)導(dǎo)到每個(gè)員工都

12、重視安全，強(qiáng)化安全生產(chǎn)責(zé)任意識(shí)，是保證安全生產(chǎn)的前提；(4)推行煤礦安全質(zhì)量閉環(huán)管理體系，不斷排除事故隱患，建設(shè)安全型礦井，提高煤礦安全生產(chǎn)保障能力；(5)加強(qiáng)煤礦管理人員和礦工安全培訓(xùn)，提高全體員工素質(zhì)，從根本上構(gòu)建安全生產(chǎn)長效機(jī)制，實(shí)現(xiàn)零死亡。第二章 方案論證2.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)可行性分析本設(shè)計(jì)要求：用單片機(jī)，電子技術(shù)，傳感器，微機(jī)控制技術(shù)等知識(shí)設(shè)計(jì)一個(gè)簡單的煤礦安全參數(shù)檢測裝置。以單片機(jī)8031為控制核心，完成對(duì)瓦斯?jié)舛?、溫度、二氧化碳濃度等參?shù)的檢測。 （1）瓦斯?jié)舛葯z測；（2）二氧化碳濃度檢測；（3）溫度檢測；（4）中央處理器（單片機(jī)）；（5）能夠完成對(duì)檢測參數(shù)的設(shè)置（6）能夠顯示檢測參數(shù)

13、由此可以得到系統(tǒng)的硬件框圖如圖2-1所示。溫度檢測CO2檢測 單片機(jī)A/D轉(zhuǎn)換瓦斯檢測外擴(kuò)I/O功能指示外擴(kuò)ROM 聲光報(bào)警顯示鍵盤圖2-1 硬件框圖2.2 控制部分的選擇方案一：采用簡單模擬電路及邏輯電路組合成控制系統(tǒng)?？梢跃拖到y(tǒng)的各個(gè)部分在系統(tǒng)工作時(shí)的狀態(tài)畫出時(shí)序圖，轉(zhuǎn)化為真值表進(jìn)行邏輯運(yùn)算，設(shè)計(jì)出邏輯電路來控制系統(tǒng)的運(yùn)行。此方案由純硬件實(shí)現(xiàn)，設(shè)計(jì)復(fù)雜，系統(tǒng)龐大，焊點(diǎn)過多，易出錯(cuò)，多級(jí)門電路的串聯(lián)造成的時(shí)延對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定產(chǎn)生不利的影響，而且難以對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行復(fù)雜的處理。 方案二： 選取8031單片機(jī); 包含128 字節(jié)和256 字節(jié)RAM， 32 條I/O ， 口線 3 條16 位， 定時(shí)/計(jì)數(shù)

14、器 6 輸入4， 優(yōu)先級(jí)嵌套中斷結(jié)構(gòu) 1 個(gè)，串行I/O 口， 可用于多機(jī)通信 I/O 擴(kuò)展或全雙工UART， 以及片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路。 綜合上述兩種方案，控制部分應(yīng)選用8031單片機(jī)。2.3溫度傳感器的選擇傳統(tǒng)的模擬溫度傳感器，如熱電偶、熱敏電阻和RTDS對(duì)溫度的監(jiān)控，在一些溫度范圍內(nèi)線性不好，需要進(jìn)行冷端補(bǔ)償或引線補(bǔ)償；熱慣性大，響應(yīng)時(shí)間慢。集成模擬溫度傳感器與之相比，具有靈敏度高、線性度好、響應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)，而且它還將驅(qū)動(dòng)電路、信號(hào)處理電路以及必要的邏輯控制電路集成在單片IC上，有實(shí)際尺寸小、使用方便等優(yōu)點(diǎn)。常見的模擬溫度傳感器有LM3911、LM335、LM45、AD22103電壓輸

15、出型、AD590電流輸出型。這里主要介紹該類器件的幾個(gè)典型。 方案一：AD590溫度傳感器 AD590是美國模擬器件公司的電流輸出型溫度傳感器，供電電壓范圍為330V，輸出電流223A（-50）423A（+150），靈敏度為1A/。當(dāng)在電路中串接采樣電阻R時(shí)，R兩端的電壓可作為輸出電壓。注意R的阻值不能取得太大，以保證AD590端電壓不低于3V。AD590輸出電流信號(hào)傳輸距離可達(dá)到1km以上。作為一種高阻電流源，最高可達(dá)20M，所以它不必考慮選擇開關(guān)或CMOS多路轉(zhuǎn)換器所引入的附加電阻造成的誤差。適用于多點(diǎn)溫度測量和遠(yuǎn)距離溫度測量的控制。方案二：LM135/235/335溫度傳感器 LM135

16、/235/335系列是美國國家半導(dǎo)體公司（NS）生產(chǎn)的一種高精度易校正的集成溫度傳感器，工作特性類似于齊納穩(wěn)壓管。該系列器件靈敏度為10mV/K，具有小于1的動(dòng)態(tài)阻抗，工作電流范圍從400A到5mA，精度為1，LM135的溫度范圍為-55+150，LM235的溫度范圍為-40+125，LM335為-40+100。封裝形式有TO-46、TO-92、SO-8。該系列器件廣泛應(yīng)用于溫度測量、溫差測量以及溫度補(bǔ)償系統(tǒng)中。經(jīng)過上述傳感器的比較，AD590溫度傳感器靈敏度高，適用于多點(diǎn)溫度測量和遠(yuǎn)距離溫度測量的控制，因此本設(shè)計(jì)溫度采集部分采用AD590溫度傳感器。2.4瓦斯傳感器的選擇瓦斯傳感器是一種將瓦

17、斯體積分?jǐn)?shù)轉(zhuǎn)化成對(duì)應(yīng)電信號(hào)的轉(zhuǎn)換器。探測頭通過瓦斯傳感器對(duì)瓦斯樣品進(jìn)行調(diào)理，通常包括濾除雜質(zhì)和干擾氣體、干燥或制冷處理儀表顯示部分。方案一：GJC4型瓦斯傳感器GJC4型瓦斯傳感器是新一代智能型甲烷傳感器,采用標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)輸出，可與斷電儀及各種監(jiān)控系統(tǒng)配套使用，連續(xù)監(jiān)測易燃工作環(huán)境中的甲烷濃度。具有通訊距離遠(yuǎn)、接點(diǎn)輸出功率大、就地顯示、聲光報(bào)警、紅外遙控調(diào)校、安裝使用方便等特點(diǎn)。GJC4型瓦斯傳感器的測量范圍為（04）%，輸出信號(hào)為(200-1000)HZ，響應(yīng)時(shí)間20s?？膳c斷電儀及各種監(jiān)控系統(tǒng)配套使用。方案二：MJC4/3.0L瓦斯傳感器MJC4/3.0L型催化元件根據(jù)催化燃燒效應(yīng)的原理工作，

18、由檢測元件和補(bǔ)償元件配對(duì)組成電橋的兩個(gè)臂，遇可燃性氣體時(shí)檢測元件電阻升高，橋路輸出電壓變化，該電壓變量隨氣體濃度增大而成正比例增大，補(bǔ)償元件起濕度補(bǔ)償作用。特點(diǎn)：輸出電壓呈線性、響應(yīng)速度快、具有良好的重復(fù)性、選擇性、元件工作穩(wěn)定、可靠 。用于工業(yè)現(xiàn)場的天然氣、液化氣、煤氣、烷類等可燃性氣體及汽油、醇、酮、苯等有機(jī)溶劑蒸汽的濃度檢測。綜合上述兩種傳感器的精確度，穩(wěn)定性，可靠性和響應(yīng)速度進(jìn)行比較，得出本設(shè)計(jì)適合采用MJC4/3.0L瓦斯傳感器。2.5二氧化碳傳感器的選擇方案一：GRG5H礦用紅外二氧化碳傳感器GRG5H 礦用紅外二氧化碳傳感器（以下簡稱傳感器）用于檢測煤礦井下空氣中的二氧化碳含量。

19、它是一種智能型檢測儀表，具有自動(dòng)調(diào)零、自動(dòng)調(diào)靈敏度等功能,且所有功能均可通過遙控器來實(shí)現(xiàn),具有精度高、穩(wěn)定可靠、使用方便等特點(diǎn), 并能與KJ70N等煤礦監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)配套使用。 使用環(huán)境溫度：040 ，平均相對(duì)濕度不大于95%（+25） ，測量范圍：05%CO2，輸出頻率模擬量信號(hào)。特有的非分散紅外探測技術(shù)，穩(wěn)定性大大提高。 可用遙控器完成所有功能,實(shí)現(xiàn)不開蓋調(diào)節(jié)。 高性能的紅外傳感器和智能化的補(bǔ)償方法，延長傳感器的使用壽命。 方案二：二氧化碳傳感器(紅外式CO2傳感器）GMM221 GMM221測量范圍： 0-10%，0-20%， 響應(yīng)時(shí)間15s，輸出信號(hào): 0-20mA、4-20mA，供電電

20、源: 11-20VDC 或18-30VDC。適用范圍廣。GRG5H 礦用紅外二氧化碳傳感器具有自動(dòng)調(diào)零、自動(dòng)調(diào)靈敏度等功能,且所有功能均可通過遙控器來實(shí)現(xiàn),具有精度高、穩(wěn)定可靠、使用方便等特點(diǎn),但其響應(yīng)速度較慢，工作環(huán)境溫度范圍較小，因此需采用二氧化碳傳感器(紅外式CO2傳感器）GMM221。2.6 A/D轉(zhuǎn)換器的選擇在儀器儀表系統(tǒng)中，常常需要將檢測到的連續(xù)變化的模擬量如：溫度、壓力等轉(zhuǎn)變成離散的數(shù)字量，才能輸入到計(jì)算機(jī)中進(jìn)行處理。這些模擬量通過傳感器轉(zhuǎn)變成電信號(hào)（一般為電壓信號(hào)），經(jīng)過放大器放大后，就需要經(jīng)過一定的處理變成數(shù)字量。實(shí)現(xiàn)模擬量到數(shù)字量轉(zhuǎn)變的設(shè)備通常成為模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）,簡稱

21、A/D。方案一：A/D574A轉(zhuǎn)換器AD574A是一種高性能的12位逐次逼進(jìn)式A/D轉(zhuǎn)換器，它同ADC0809一樣是常用的A/D轉(zhuǎn)換器。轉(zhuǎn)換時(shí)間為25s，線性誤差為±1/2LSB，內(nèi)部有時(shí)鐘脈沖源和基準(zhǔn)電壓源，單通道單極性或雙極性電壓輸入，采用28腳雙立直插式封裝。AD574A由12位A/D轉(zhuǎn)換器，控制邏輯，三態(tài)輸出鎖存緩沖器，10V基準(zhǔn)電壓源四部分構(gòu)成。方案二：A/D0809轉(zhuǎn)換器ADC0809 是8 位逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器。它由一個(gè)8路模擬開關(guān)、一個(gè)地址鎖存譯碼器、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

22、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)OE 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)。經(jīng)過上述比較雖然說A/D574A轉(zhuǎn)換器的性能比A/D0809轉(zhuǎn)換器的性能好，可是對(duì)于我們的設(shè)計(jì)來說不需要那么高的控制精度，選用A/D0809轉(zhuǎn)換器已經(jīng)足夠可，它的性能也是達(dá)到本設(shè)計(jì)要求的，由他可以在經(jīng)濟(jì)上和資源上可以達(dá)到節(jié)省。2.7外擴(kuò)存儲(chǔ)器的選擇8031是MCS-51系列單片機(jī)中一款片內(nèi)不含程序存儲(chǔ)器的產(chǎn)品，因此，在使用8031單片機(jī)時(shí)，必須擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器。方案一：隨機(jī)存取存儲(chǔ)器隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（Random Access Memory，RAM）可以多次寫入和讀出，每次寫入后，

23、原來的內(nèi)容自動(dòng)消失，被新寫入的內(nèi)容代替；對(duì)RAM進(jìn)行讀操作，不會(huì)改變RAM存儲(chǔ)單元的內(nèi)容；當(dāng)電源掉電時(shí)，RAM里的內(nèi)容隨即消失。方案二：只讀存儲(chǔ)器只讀存儲(chǔ)器（Read Only Memory，ROM），ROM一般用來存儲(chǔ)程序和常數(shù)。ROM是采用特殊方式寫入的，一旦寫入，在使用過程中不能隨機(jī)地修改，只能從其中讀出信息。與RAM不同，當(dāng)電源掉電時(shí)，ROM 仍能保持內(nèi)容不變。在讀取該存儲(chǔ)單元內(nèi)容方面，ROM和RAM相似。只讀存儲(chǔ)器有掩膜ROM、PROM、EPROM、E2PROM（也稱EEPROM）、Flash ROM等。它們的區(qū)別在于寫入信息和擦除存儲(chǔ)信息的方式不同。單片機(jī)的程序存儲(chǔ)器通常采用只讀存

24、儲(chǔ)器，使用較多的是EPROM和E2PROM。(1)Intel 2764 EPROM（Erasable PROM，可擦洗PROM）可以多次復(fù)用，每次編程前只要先進(jìn)行一次擦洗即可。因此，EPRONM在微型機(jī)中的應(yīng)用非常廣泛，尤其可以滿足試驗(yàn)和研究工作的需要。(2) E2PROM芯片 Intel 2815 E2PROM為電擦除可編程的ROM，可以和EPROM芯片一樣用于擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器。由于這種芯片在應(yīng)用系統(tǒng)中可以在線改寫，并且在斷電狀態(tài)下保持?jǐn)?shù)據(jù)不變，也可以用于擴(kuò)展外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，用來存儲(chǔ)參數(shù)，在智能儀器儀表、控制裝置、開發(fā)裝置中被廣泛應(yīng)用。通過比較，在我們的設(shè)計(jì)中采用Intel 2764 EPRO

25、M可以滿足試驗(yàn)和研究工作的需要。2.8外擴(kuò)I/O接口的選用在單片機(jī)控制系統(tǒng)中，經(jīng)常需要利用I/O接口芯片來擴(kuò)張CPU的并行I/O端口。方案一：采用81558155是Intel公司研制的通用I/O接口芯片。MCS51和8155相連不僅可為外設(shè)提供兩個(gè)8位I/O端口（A口和B口）和一個(gè)6位I/O端口(C口)，而且也可為CPU提供一個(gè)256字節(jié)的RAM存儲(chǔ)器和一個(gè)14位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器。因此，8155廣泛用于MCS51系統(tǒng)中。方案二：采用82558255是Intel公司生產(chǎn)的通用為可編程并行I/O接口芯片，主要為Intel 8080/8085而設(shè)計(jì),也可用于MCS-51, 其各口功能可由軟件選擇，使用

26、靈活，通用性強(qiáng)。8255是一種8位并行I/O接口芯片，8255有3個(gè)8位的并行口：PA、PB、PC，3種工作方式。其中，PC口具有按位進(jìn)行操作功能。綜上比較我們采用8155作為擴(kuò)展I/O接口電路。2.9 鍵盤及顯示器的選擇2.9.1鍵盤的選擇鍵盤是由若干個(gè)按鍵組成的開關(guān)矩陣，它是一種廉價(jià)的輸入設(shè)備。一個(gè)鍵盤，通常包括有數(shù)字鍵(09)，字母鍵(AZ)以及一些功能鍵。操作人員可以通過鍵盤向計(jì)算機(jī)輸入數(shù)據(jù)，地址、指令或其它控制命令，實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話。鍵盤按其結(jié)構(gòu)形式可分為兩類：1.編碼鍵盤，即鍵盤上閉合鍵的識(shí)別由專用的硬件來實(shí)現(xiàn)；2.非編碼鍵盤，即鍵盤上閉合鍵的識(shí)別由軟件來識(shí)別。單片機(jī)系統(tǒng)中普遍使用非編

27、碼鍵盤，鍵盤接口應(yīng)具備以下功能：(1) 鍵掃描功能，即檢測是否有健按下；(2) 產(chǎn)生相應(yīng)的鍵代碼(鍵值)；(3) 消除按鍵抖動(dòng)及多鍵按下。2.9.2顯示器的選擇顯示器件簡介模擬指針表：結(jié)構(gòu)簡單，缺點(diǎn)：精度差，不直觀的數(shù)碼顯示器。輝光數(shù)碼管：每個(gè)字型對(duì)應(yīng)一個(gè)管，造價(jià)高，控制與應(yīng)用復(fù)雜，被淘汰。八段LED，LCD顯示器：可顯示數(shù)字和部分字母，耗電省、效率高、發(fā)光控制簡單、造價(jià)低。對(duì)上述三種顯示器進(jìn)行比較可以看到八段LED適合我們的設(shè)計(jì)。2.10聲光報(bào)警在我們的設(shè)計(jì)中為了實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)，對(duì)于重要的參數(shù)和系統(tǒng)部位，都要設(shè)計(jì)緊急狀態(tài)報(bào)警系統(tǒng)，以便提醒操作人員注意或采取安全措施，使生產(chǎn)繼續(xù)進(jìn)行或保證人身及設(shè)

28、備安全的前提下，終止生產(chǎn)。光報(bào)警通常采用發(fā)光二極管和蜂鳴器實(shí)現(xiàn)。第三章 硬件電路設(shè)計(jì)3.1設(shè)計(jì)思路 溫度檢測CO2檢測 80310809瓦斯檢測外擴(kuò)I/O 8155功能指示ROM2764 聲光報(bào)警顯示鍵盤 圖3-1 硬件框圖本論文用單片機(jī)，電子技術(shù)，傳感器，微機(jī)控制技術(shù)等知識(shí)設(shè)計(jì)一個(gè)簡單的煤礦安全參數(shù)檢測裝置。以單片機(jī)8031為控制核心，完成對(duì)瓦斯?jié)舛取囟?、二氧化碳濃度等參?shù)的檢測。如圖3-1所示，在本設(shè)計(jì)中我采用了以8031單片機(jī)為核心，ADC0809A/D轉(zhuǎn)換器把溫度傳感器AD590，瓦斯?jié)舛葌鞲衅鱉JC4/3.0L，二氧化碳傳感器GMM221的相關(guān)傳入單片機(jī)8031。由于8031單片機(jī)

29、的外擴(kuò)不夠我采用了ROM2764進(jìn)行擴(kuò)展，再通過8155對(duì)鍵盤和顯示進(jìn)行連接。3.2 8031單片機(jī)的介紹3.2.1 8031單片機(jī)的基本結(jié)構(gòu)及管腳說明8031單片機(jī)通常有兩種封裝：一種是雙列直插式封裝，一種是方形封裝。本系統(tǒng)8031單片機(jī)采用雙列直插式40引腳封裝結(jié)構(gòu)，其引腳功能共可分為端口線、電源線和控制線三類。芯片結(jié)構(gòu)如下圖3-2所示。一.端口線（32條）8031共有四個(gè)并行I/O端口，每個(gè)端口都有8條端口線，用于傳送數(shù)據(jù)/地址。（1）P0口：P08位輸入輸出線，其最高為P0.7最低位為P0.0。其功能八位輸入輸出線可作為八位的地址線使用，也可作為八位數(shù)據(jù)總線使用。此時(shí)要分時(shí)操作先選送低

30、八位地址，利用ALE信號(hào)的下降沿將地址鎖存，然后作為八位雙向數(shù)據(jù)總線使用，用來傳送8位數(shù)據(jù)。另外，8031在不帶外存儲(chǔ)器的情況下，可作I/O口使用，此時(shí)為準(zhǔn)雙向輸入/輸出口。（2）P1口：P1口8條引腳和P0口的8 條引腳類似，最高位為P1.7,最低位為P1.0.當(dāng)P1口作為通用I/O口使用時(shí)，P1.7P1.0的功能和P0口的第一功能相同，也用于傳送用戶的輸入輸出數(shù)。（3）P2口：P2口這組引腳的第一功能和上述兩組引腳的第一功能相同，即它可以作為通用I/O口使用。它的第二功能和P0口引腳第二功能相配合，用于輸出片外存儲(chǔ)器的高8位地址，共同選中片外存儲(chǔ)器單元，但不能像P0口那樣還可以傳送存儲(chǔ)器的

31、讀寫數(shù)據(jù)。（4）P3口：這組引腳的第一功能和其余三個(gè)端口的第一功能相同，它的第二功能如下： 圖3-2 MCS51封裝和引腳分配P3.0 (RXD) 作為串行數(shù)據(jù)輸出口P3.1 (TXD) 作為數(shù)據(jù)發(fā)送口P3.2 (INT0) 作為外中斷0輸入P3.3 (INT0) 作為外中斷1輸入P3.4 (T0) 作為計(jì)數(shù)器0計(jì)數(shù)輸入P3.5 (T1) 作為計(jì)數(shù)器1計(jì)數(shù)輸入P3.6 (WR) 作為外部RAM寫選通信號(hào)P3.7 (RD) 作為外部RAM讀選通信號(hào)二電源線（2條）VCC為主電源，接+5V電源線；VSS為接地線三控制線（6條）（1）RST/VPD：復(fù)位/備用電源線。當(dāng)作為RST使用時(shí)為系統(tǒng)復(fù)位輸入

32、端，此時(shí)輸入兩個(gè)機(jī)器周期的高電平，即可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)復(fù)位。當(dāng)作為VPD使用時(shí)，當(dāng)VCC電壓降到允許限度以下時(shí)，后備電源從此引腳自動(dòng)加電，保證片內(nèi)RAM中的信息不被丟失。（2）PSEN：片外ROM選通線。在執(zhí)行訪問片外ROM的指令MOVC時(shí)，8031自動(dòng)在PSEN上產(chǎn)生一個(gè)負(fù)脈沖，用于為片外ROM的選通，其它情況下PSEN均為高電平封鎖狀態(tài)。（3）ALE/PROG：地址鎖存允許/編程線。 當(dāng)作為ALE使用時(shí)，為訪問外部程序存儲(chǔ)器的低8位地址封鎖信號(hào)，輸出正脈沖，利用其下降沿實(shí)現(xiàn)地址鎖存，以便空出P0.7P0.0引線去傳送隨后而來的片外存儲(chǔ)器讀寫數(shù)據(jù)。當(dāng)不訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，ALE仍以振蕩器1/6頻率周期

33、性的出現(xiàn)，此時(shí)可作為輸出時(shí)鐘信號(hào)使用，對(duì)于在片外EPROM編程時(shí)，從此引腳輸出編程脈沖信號(hào)。（4）EA/VPP:允許訪問片外存儲(chǔ)器/編程電源線，可以控制8031使用片內(nèi)ROM還是使用片外ROM。由于8031無片內(nèi)ROM，所以當(dāng)EA=0時(shí)允許使用片外ROM。（5）XTAL1和XTAL2:片內(nèi)震蕩電路輸入線，這兩個(gè)端子用來外接石英晶體和微調(diào)電容。3.2.2 MCS51的中斷源和中斷標(biāo)志一、中斷源8031的五級(jí)中斷分為兩個(gè)外部中斷、兩個(gè)定時(shí)器溢出中斷和一個(gè)串行口中斷。1.外部中斷源 8031有INT0和INT1兩條外部中斷請(qǐng)求輸入線，用于輸入兩個(gè)外部中斷源的中斷請(qǐng)求信號(hào)，并允許外部中斷源以低電平或負(fù)

34、邊沿兩種觸發(fā)方式輸入中斷請(qǐng)求信號(hào)。8031究竟工作于哪種中斷觸發(fā)方式可由用戶通過對(duì)定時(shí)器控制寄存器TCON中IT0和IT1位狀態(tài)的設(shè)定來選取如圖3-3所示。8031在每個(gè)機(jī)器周期的S5P2時(shí)對(duì)INT0/INT1線上的中斷請(qǐng)求信號(hào)進(jìn)行一次檢測，檢測方式和中斷觸發(fā)方式的選取有關(guān)。若8031設(shè)定為電平觸發(fā)方式（IT0=0或IT1=1），則CPU需要兩次檢測INT0/INT1線上的點(diǎn)評(píng)方能確定其中斷請(qǐng)求有效；若設(shè)定為邊沿觸發(fā)方式（IT0=1或IT1=0），則CPU需要兩次檢測INT0/INT1上的中斷請(qǐng)求才有效。因此，8031檢測INT0/INT1上負(fù)邊沿中斷請(qǐng)求的時(shí)刻不一定恰好是其上中斷請(qǐng)求信號(hào)發(fā)生

35、負(fù)跳變的時(shí)刻， 但兩者之間最多不會(huì)相差一個(gè)機(jī)器周期時(shí)間。 圖3-3 定時(shí)器控制寄存器TCON各位定義2.定時(shí)器溢出中斷源 定時(shí)器溢出中斷源由8031內(nèi)部定時(shí)器中斷源產(chǎn)生，故它們屬于內(nèi)部中斷。8031內(nèi)部有兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，由內(nèi)部定時(shí)脈沖（主脈沖經(jīng)12分頻后）或T0/T1引腳上輸入端外部定時(shí)脈沖計(jì)數(shù)。定時(shí)器T0/T1在定時(shí)脈沖作用下從全“1”變?yōu)槿?”時(shí)可以自動(dòng)向CPU提出溢出中斷請(qǐng)求，以表明定時(shí)器T0或T1的定時(shí)時(shí)間已到。定時(shí)器T0/T1的定時(shí)時(shí)間可由用戶通過程序設(shè)定，以便CPU在定時(shí)器溢出中斷服務(wù)程序內(nèi)進(jìn)行計(jì)時(shí)。例如，若定時(shí)器T0定時(shí)時(shí)間設(shè)定為10ms，則CPU每響應(yīng)一次T0輸出中

36、斷請(qǐng)求就可在中斷服務(wù)程序中使1/100s單元加1，100次中斷后1/10s的能源清零的同時(shí)使秒單元加1，以后則重復(fù)上述過程。定時(shí)器溢出中斷常用于需要進(jìn)行定時(shí)控制的場合。3.串行口中斷源 串行口中斷源由8031內(nèi)部串行口中斷源產(chǎn)生，故也是一種內(nèi)部中斷源。串行口中斷分為串行口發(fā)送中斷和串行口接受中斷兩種。在串行口進(jìn)行發(fā)送/接收數(shù)據(jù)時(shí)，每當(dāng)串行口發(fā)送/接收完一組穿行數(shù)據(jù)時(shí)，串行口電路自動(dòng)使串行口控制寄存器SCON中的RI或T1中斷標(biāo)志位職位如圖34所示，并自動(dòng)向CPU發(fā)出串行口中斷請(qǐng)求，CPU響應(yīng)串行口中斷后便立即轉(zhuǎn)入串行口中斷服務(wù)程序的執(zhí)行。因此，只要在串行口中斷服務(wù)程序中安排一段對(duì)SCON中的R

37、I和TI中斷標(biāo)志位狀態(tài)的判斷程序，便可區(qū)分串行口發(fā)生了接收中斷請(qǐng)求還是發(fā)送中斷請(qǐng)求。二、中斷標(biāo)志8031在每個(gè)機(jī)器周期的S5P2時(shí)檢測（或接收）外部（或內(nèi)部）中斷源發(fā)來的中斷請(qǐng)求信號(hào)后先使相應(yīng)中斷標(biāo)志置位，然后便在下個(gè)機(jī)器周期檢測這些中斷標(biāo)志位狀態(tài)，以決定是否響應(yīng)該中斷。8031中斷標(biāo)志位集中安排在定時(shí)器控制寄存器TCON和串行口控制寄存器SCON中。圖3-4 串行口控制寄存器SCON定義1.定時(shí)器控制寄存器TCON 定時(shí)器控制寄存器各位定義如圖310所示。各位含義如下：（1）IT0和IT1：IT0為INT0中斷觸發(fā)標(biāo)志位，位地址是88H。IT0狀態(tài)可由可由用戶通過程序設(shè)定：若使IT0=0，則

38、INT0上中斷請(qǐng)求信號(hào)的中斷觸發(fā)方式為電平觸發(fā)（即低電平引起中斷）；若IT0=1，則INT0設(shè)定為負(fù)邊沿中斷觸發(fā)方式（即由負(fù)邊沿引起中斷）。IT1的功能和IT0相同，區(qū)別僅在于被設(shè)定的中斷觸發(fā)方式不是INT0而是INT0，位地址為8AH。（2）IE0和IE1：IE0為外部中斷INT0中斷請(qǐng)求標(biāo)志位，位地址是89H。當(dāng)CPU在每個(gè)機(jī)器周期的S5P2是檢測到INT0上的中斷請(qǐng)求有效時(shí)，IE0由硬件自動(dòng)置位；當(dāng)CPU響應(yīng)INT0上的中斷請(qǐng)求后進(jìn)入相應(yīng)中斷服務(wù)程序時(shí)，IE0被自動(dòng)復(fù)位。IE1為外部中斷INT1的中斷請(qǐng)求標(biāo)志位，位地址為8BH，其作用和IE0相同。（3）TR0和TR1:TR0為定時(shí)器T0

39、的啟停控制位、位地址為8CH。TR0狀態(tài)可由用戶通過程序設(shè)定：若使TR0=1，則定時(shí)器T0立即開始計(jì)數(shù)；若TR0=0，則定時(shí)器T0停止計(jì)數(shù)。TR1為定時(shí)器T1的啟?？刂莆?，位地址為8EH，其作用和TR0相同。（4）TF0和TF1：TF0為定時(shí)器T0的溢出中斷標(biāo)志位，位地址為8DH。當(dāng)定時(shí)器T0產(chǎn)生溢出中斷（全“1”變?yōu)槿?”）時(shí)，TF0由硬件自動(dòng)置位；當(dāng)定時(shí)器T0的溢出中斷為CPU響應(yīng)后，TF0被硬件復(fù)位。3.3外部存儲(chǔ)器ROM（2764）介紹3.3.1外部存儲(chǔ)器ROM（2764）的內(nèi)部結(jié)構(gòu)一、內(nèi)部結(jié)構(gòu) 2764的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3-5所示。由圖3-5可見，2764采用雙譯碼編程方式，A12A0

40、上的地址信號(hào)經(jīng)X和Y譯碼后，在X選擇線和Y選擇線上產(chǎn)生選擇信號(hào)，選中存儲(chǔ)陣列中相應(yīng)地址的存儲(chǔ)單元工作，并在控制電路的控制下對(duì)所選中的存儲(chǔ)單元進(jìn)行讀操作（或編程寫操作），從存儲(chǔ)單元讀出的8位二進(jìn)制信息經(jīng)輸出緩沖器輸出到數(shù)據(jù)緩沖線O7O0上。在變成方式下，O7O0上的變成信息在控制電路的控制下寫入存儲(chǔ)陣列的相應(yīng)存儲(chǔ)單元。 圖3-5 2764內(nèi)部結(jié)構(gòu) 圖3-6 2764管腳圖二、引腳功能（28條） 2764和27128都是28引腳的UVEPROM，27128的存儲(chǔ)容量為16KB正好是2764的二倍，故27128的地址線應(yīng)比2764多一條，圖3-6為它們的引腳分配圖。圖中，2764的26引腳標(biāo)為NC表

41、示輪空不用；27128的26引腳標(biāo)為A13，用于傳送27128的最高位地址碼。其它引腳功能分述如下：1.地址輸入線A12A0. 2764的存儲(chǔ)容量為8KB，故按照地址線條數(shù)和存儲(chǔ)容量的關(guān)系（213=8192），共需13條地址線，編號(hào)為A12A0。2764的地址線應(yīng)和MCS51單片機(jī)的P2口和P0口相接，用于傳送單片機(jī)送來的地址編碼信號(hào)，其中A12為最高位。2.數(shù)據(jù)線O7O0。O7O0是雙向數(shù)據(jù)總線，O7為最高位。在正常工作時(shí)，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(shí)用于傳送需要寫入的程序代碼（及程序的機(jī)器碼）。3.控制線（3條）。 片選輸入線CE：該輸入線用于控制本芯片是

42、否工作。若給CE上加一個(gè)高電平，則本片不工作；若給CE上加一個(gè)低電平，則選中本片共作。編程輸入線PGM：該輸入線用于控制2764處于正常工作狀態(tài)還是編程 工作狀態(tài)。若給它輸入一個(gè)TTL高電平（即VIH）,則2764處于正常工作狀態(tài)；若給PGM輸入一個(gè)50ms寬的負(fù)脈沖，則2764配合VPP引腳上的21V高壓可以處于編程狀態(tài)。允許輸入線OE。OE也是一條由用戶控制的輸入線，若給OE線上輸入一個(gè)TTL高電平，則數(shù)據(jù)線O7O0處于高阻狀態(tài)；若給OE線上輸入一個(gè)TTL低電平，則O7O0處于讀出狀態(tài)。4.其它引腳線（4條）。 VCC為+5V±10%電源輸入線，GND為直流地線。VPP為編程電源

43、輸入線，當(dāng)它接+5V時(shí)，2764處于正常工作狀態(tài)；當(dāng)VPP接21V電壓時(shí)，2764處于編程/校驗(yàn)工作狀態(tài)。NC為2764的空線。三、擦除特性 2764存儲(chǔ)陣列中的存儲(chǔ)信息可以采用紫外光擦除，擦除后存儲(chǔ)的代碼為全“1”。2764擦除時(shí)應(yīng)先取下芯片中央小窗口上的貼紙，然后用光源波長為2537埃和強(qiáng)度為1200的紫外光照射，照射時(shí)間為1520min.這實(shí)際上就是使FAMOS管浮柵中的電子獲得高能量，從而形成光電流從浮置柵流入基片，2764中斷信息擦除也不是很容易的，把2764放在陽光下暴曬大約需要一星期才會(huì)擦干凈，在普通熒光燈下需要三年才會(huì)擦除。四、工作方式和編程 2764可以分為正常和編程兩種工作

44、方式。正常工作方式是指2764在它所應(yīng)用系統(tǒng)中的工作方式，常分為讀出和維持兩種工作狀態(tài)；編程方式是指給2764寫入程序時(shí)的工作方式，又可分為編程、禁止編程和校驗(yàn)三種工作狀態(tài)?？傊?764共有兩種工作方式和五種工作狀態(tài)，究竟處在哪一種方式和狀態(tài)下工作是由2764上的控制和電源線上的信號(hào)決定的。3.3.2 8031和2764的連接一、8031對(duì)片外ROM的讀操作如果片外ROM的2050H單元有一個(gè)常數(shù)X且累加器A中為0，現(xiàn)欲把X讀出并送入CPU的累加器A，則指令為：MOVC A, A+DPTR ;A(A+DPTR)=X8031執(zhí)行上述指令的具體步驟為:1.8031CPU先把累加器A中的0和DPT

45、R中的2050H相加后送回DPTR，然后把DPH中的20H送到P2.7P2.0上，把DPL中的50H送到P0.7P0.0上；2.一旦P0口上片外存儲(chǔ)器低8位地址50H穩(wěn)定，8031在ALE線上發(fā)出正脈沖的下降沿就把50H鎖存到地址鎖存器74LS373中；3.由于CPU執(zhí)行的是MOVC指令，故8031自動(dòng)使PSEN變?yōu)榈碗娖揭约癛D和WR保持高電平，以至于1#芯片可以進(jìn)行讀操作且2#芯片被封鎖；4.1#芯片按照CPU送來的2050H地址，從中讀出X并被送到8031的P0口，8031CPU先打開P0口的輸入門后再把它送到了累加器A.至此，這條指令的執(zhí)行宣告結(jié)束。二、8031和2764的連接8031

46、和2764的連接如圖3-7所示。圖3-7 8031和2764的連接由于2764存儲(chǔ)容量為8KB，故8031片內(nèi)地址線為P2.4P2.0和P0.7P0.0（P2.4P2.0直接與2764的A12A8相接，P0.7P0.0經(jīng)74LS373輸出后接到2764的A7A0）,共13條。片選地址線共、三條，其中P2.5直接與2764的CE相接，P2.7和P2.6懸空（或作其它芯片的片選線）。PSEN與2764的OE相接，以便8031執(zhí)行MOVC指令時(shí)產(chǎn)生低電平而選中2764工作。根據(jù)基本地址范圍的定義，即為參加譯碼的片選先P2.7和P2.6上以低電平“0”計(jì)算時(shí)的地址范圍，2764基本地址范圍應(yīng)為0000

47、H1FFFH。重疊地址范圍定義為未參加譯碼的片選地址和片內(nèi)地址從全“0”變到全“1”時(shí)的地址范圍，故2764重疊地址范圍為：0000H1FFFH 8KB 8000H9FFFH 8KB4000H5FFFH 8KB C000HDFFFH 8KB顯然，2764共有32KB重疊地址范圍，它們?cè)谡麄€(gè)64KB區(qū)域中是不連續(xù)的，使用該硬件電路時(shí)，應(yīng)注意把程序和常數(shù)放在基本地址范圍內(nèi)。3.4 Intel 81558155是Intel公司研制的通用I/O接口芯片。MCS51和8155相連不僅可為外設(shè)提供兩個(gè)8位I/O端口（A口和B口）和一個(gè)6位I/O端口（C口），也可為CPU提供一個(gè)256字節(jié)的RAM和一個(gè)14

48、位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器。因此，8155廣泛應(yīng)用于MCS51系統(tǒng)中。3.4.1Intel8155的介紹一、內(nèi)部結(jié)構(gòu)和引腳功能1.內(nèi)部結(jié)構(gòu) 8155內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3-8所示。8155共由7部分電路組成，它們是：雙向數(shù)據(jù)總線緩沖器、地址鎖存器、地址譯碼器和讀寫控制器、RAM、I/O寄存器、命令寄存器和狀態(tài)寄存器/計(jì)數(shù)器。現(xiàn)對(duì)各部份電路分述如下。圖3-8 8155內(nèi)部結(jié)構(gòu)雙向數(shù)據(jù)總線緩沖器：該緩沖器是8位的，用于傳送CPU對(duì)RAM存儲(chǔ)器的讀寫數(shù)據(jù)。地址鎖存器：共有8位，用于鎖存CPU送來的RAM單元地址和端口地址。地址譯碼器和讀寫控制器：地址譯碼器的3位地址由地址鎖存器輸出端送來，譯碼后可以選中命令/狀態(tài)寄存

49、器、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器和A、B、C三個(gè)I/O寄存器中的某一個(gè)工作。讀寫控制器接受RD和WR線上信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)CPU和8155間所傳信息的控制。RAM：容量為256字節(jié)，主要用于存放實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。存儲(chǔ)器單元地址由地址鎖存器輸出端送來。I/O寄存器：分為A、B和C三個(gè)端口。A口和B口的I/O寄存器為8位，既可以存放外設(shè)的輸出數(shù)據(jù)，也可以存放外設(shè)的輸入數(shù)據(jù)；C口的I/O寄存器只有6位，用于存放I/O數(shù)據(jù)或命令/狀態(tài)信息。8155在某一瞬時(shí)只能選中某個(gè)I/O寄存器工作，這由CPU送給8155的命令字決定。命令寄存器和狀態(tài)寄存器：皆為八位寄存器。命令寄存器存放CPU送來的命令字，狀態(tài)寄存器存放8155的狀態(tài)字。定

50、時(shí)器/計(jì)數(shù)器：這是一個(gè)二進(jìn)制14位的減1計(jì)數(shù)器，計(jì)數(shù)器初值由CPU通過程序送來。定時(shí)器/計(jì)數(shù)器由T/IN輸入線上的脈沖減1，每當(dāng)記滿溢出（回零）時(shí)可在T/OUT線上輸出一個(gè)終止脈沖。2.引腳功能 8155共有40條引腳線，采用雙列直插式封裝。AD7AD0（8條）：AD7AD0為地址/數(shù)據(jù)總線，常可與MCS51的P0口相接，用于分時(shí)傳送地址/數(shù)據(jù)信息。I/O總線（22條）PA7PA0為通用I/O線，用于傳送A口上的外設(shè)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)傳送方向由8155命令字中D0的狀態(tài)決定（見圖721）。PB7PB0為通用I/O線，用于傳送B口上的外設(shè)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)傳送方向也由命令字中D1的狀態(tài)決定。PC5PC0為I/O

51、數(shù)據(jù)/控制線，共有6條，在通用I/O方式下，用作傳送命令/狀態(tài)信息?？刂瓶偩€（8條）：RESET，是8155總清輸入線，在RESET上輸入一個(gè)大于600ns寬的正脈沖時(shí)，8155立即處于總清狀態(tài)，A、B、C三口也定義為輸入方式。CE和IO/M：CE為8155片選輸入線，若CE=0，則CPU選中本8155工作；否則，本8155不工作。IO/M為I/O端口或RAM的選通輸入線：若IO/M=0，則CPU選中8155的RAM工作；若IO/M=1，則CPU選中8155片內(nèi)某一I/O寄存器工作。RD和WR：RD是8155的讀/寫命令輸入線，WR為寫命令線，當(dāng)RD=0且WR=1時(shí)，8155處于讀出數(shù)據(jù)狀態(tài)；

52、當(dāng)RD=0時(shí)，8155處于寫入數(shù)據(jù)狀態(tài)。ALE：為允許地址輸入線，高電平有效。若ALE=1，則8155允許AD7AD0上地址鎖存到“地址鎖存器”；否則，8155的地址鎖存器處于封鎖狀態(tài)。8155的ALE常與MCS51的同名端相連。T/IN和T/OUT：T/IN是計(jì)數(shù)器輸入線，其上脈沖用于對(duì)8155片內(nèi)14位計(jì)數(shù)器減1.T/OUT為計(jì)數(shù)器輸出線，當(dāng)14位計(jì)數(shù)器記滿回零時(shí)就可以在該引線上輸出脈沖波形，輸出脈沖的波形和技術(shù)其工作方式有關(guān)。電源線（2條）：VCC為+5V電源輸入線，VSS為接地線。3.4.2 8031與8155的連接 圖3-9 8031與8155的連接圖一、 8031與8155的連接方

53、法8031與8155的連接方法如圖3-9所示。二、8155提供的RAM和I/O端口地址8155提供的RAM和I/O端口地址如表3-1所示。表3-1 8155端口地址RAM字節(jié)地址 P2.7=0P2.0=07E00H7EFFH命令/狀態(tài)口7F00HPA口7F01HPB口7F02HPC口7F03H定時(shí)器低8位7F04H定時(shí)期高8位7F05H三、 8155的基本操作程序段對(duì)8155中的RAM進(jìn)行操作,程序段如下：a 寫數(shù)據(jù)： MOV DPTR，#7E5FH MOV A，#32H MOVX DPTR，Ab 讀數(shù)據(jù)： MOV DPTR，#7E98H MOVX A ，DPTR3.5 顯示和鍵盤3.5.1 LED簡介LED（Light-Emitting Diode,發(fā)光二極管）有七段和八段之分，也有共陰和共陽兩種。一、LED數(shù)碼顯示管顯示原理八段LED顯示管由八只發(fā)光二極管組成，編號(hào)是a、b、c、d、e、f、g和SP，分別與同名管腳相連。七段LED顯示管比八段LED少一只發(fā)光二極管SP，其它與八段LED相同。八段LED數(shù)碼顯示管是通過同名管腳上所加電平的高低來控制發(fā)光二極管是