乳粉干燥微机控制系统设计毕业设计(编辑修改稿)

乳粉干燥微机控制系统设计毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

单片机内有定时 /计数器 T0 和 T1。 它们是 16 位的计数器，即可用于定时，也可用来对片外脉冲计数， T1 还可作为串行口的选择波特率发生器，这些功能都可通过软件来设定或修改。 五、以时钟控制为核心的控制器 单片机执行指令时，首先按 PC 所提供的地址从程序存储器中取出指令码，对该指令码进行译码，产生一系列的定时控制的微操作，送到单片机各部分，控制整个单片机的运行。 控制器的一切工作都是以一个方波信号作基准时钟，这方波信号作基准时钟的产生如图 所示。 图 A 为内部方式，图 B 为外部方 式。 A 图 B 图 18 图 8031 时钟信号的产生 程序存储器扩展 一、程序存储器扩展性能 它的扩展特性决定了在其应用系统扩展中程序存储器扩展用的最多，扩展方法也最容易简便。 ⑴程序存储器有单独的地址编码（ 0000H— FFFFH）虽然与数据存储器地址重叠，但不会被占用，使用单独的控制信号和命令，程序存储器的指令、数据读取控制 不用数据存储器的 RD控制和 MOVX 命令，而是由 PSEN 控制，读取数据用 MOVC 查表指令。 ⑵由于大规模集成电路的发展，程序存储器使用的芯片数量越来越少，因此地址选择多半采用线选法。 ⑶程序存储器与数据存储器共用地址总线和数据总线。 二、程序存储器 EPROM 的扩展 程序存储器一般采用只读存储器，因为这种存储器在电源关断后，仍能保存程序，在系统上电后， CPU 可取出这些指令予以重新执行。 三、程序存储器扩展芯片 程序存储器 扩展时，除必须有 EPROM 芯片，还必须有锁存器芯片。 地址锁存 程序存储器扩展时，地址锁存信号为 ALE，地址锁存器可使用带三态缓冲输出的 8D 锁存器 74LS373。 它是透明的带有三态门的 8D 锁存器。 当三态门的使能信号线 E 为低电平时，三态门处于导通状态，允许 Q 端输出；当 E 端为高电平时，输出三态门断开，输出端对外电路呈高阻状态。 因此 74LS373 用作地址锁存器时，首先应使三态门的使能信号 E 为低电平。 这时，当 G 输入端为高电平时，锁存器输出（ 1Q― 8Q）状态和输入端（ 1D― 8D）的数据锁入 1Q― 8Q中。 EPROM 程 序存储器 在本次设计中，根据实际情况，选择一片 2764 作为外接程序存储器。 19 图 2764 引脚图 2764 是 28 线双列直插式三态输出、输入，输出有 TTL 兼容，有维持工作方式，其引脚如图所示，有 OE 和 CE 两个控制端，单一 +5V 电源，当 OE 和 CE同时为 1 时输出有效。 外接程序存储器的地址线 A8― A12 由 P2 口提供。 A0― A7 由 P0 口提供，且通过地址锁存器 74LS373。 地址锁存器的锁存信号为 ALE，指令数由 P0 口读入，程序存储器的取指信号为 PSEN。 数据存储器扩展 数据存储器与程序存储器地址重叠编号（ 0000H～ FFFFH），使用的不同的控制信号和指令，但它与 I/O 及外围设备实行统一编址，任何扩展的 I/O 口以及外围设备均占用数据存储器地址，由于数据存储器与程序存储器地址完全重叠，故两者的地址总线和数据总线可完全并联使用 . 在 8031 单片机应用系统中，最常用的静态数据存 储器 RAM 芯片有 6116 和6264 两种。 本设计选用 6264。 其管脚如图 所示： 20 图 6264 管脚图 静态数据存储器与动态 RAM 相比，静态 RAM 无须考虑保持数据而设置的刷新电路，故扩展电路较简单。 但由于静态 RAM 是通过有源电路来保持存储器中的数据。 因此，消耗功率多，价格也昂贵。 6264 是 Intel 公司的产品， 8K 8 位的静态存储芯片 ，其中 62 是系列号，64 是序号，和存储容量有关。 数据存储扩展电路与程序存储扩 展电路相似，所用的地址线、数字线完全相同，使写控制线用 WR 、 RD与其它 I/O 端口芯片进行统一编址。 RAM 的掉电保护在系统中应用都是易失的，一旦电源掉电，内部的所有信息均破坏，这是不允许的。 因此，希望一旦电源掉电，在掉电的瞬间，系统能自动保护 RAM 中有用的信息和系统运行状态。 当电源恢复时，能自动恢复掉电前的工作方式。 掉电保护还可以在掉电瞬间表示系统工作状态的数据送入没有掉电保护的RAM，芯片中加以保护，当电源恢复瞬间，将状 态数据送回原来的地方。 电源恢复后继续原来的工作状态。 本系统所应用的是锂电池供电的掉电保护。 因为工作的需要，不必掉电监测，只要电源切断就启动保护电路。 温度传感器的选择及其硬件接口 数字式温度传感器 DS1820 是美国 DALLAS 半导体公司推出的单线数字化测温集成电路。 它具有独特的单线接口方式，即与微处理器接口时仅需占用 1个 I/O 端口；支持多节点，使分布式温度传感器设计大为简化；测温时无需任何外部元件，可以通过数据线直接供电，具有超低功耗工作方式。 测温范围为55~+125℃，测温精度为 ℃ ,可直接 将温度转换值以 9 位数字码的方式串行 21 输出，将温度转化为数字编码只需 200ms。 因为每一个 DS1820 有唯一的系列号，因此多个 DS1820 可以存在于同一条单线总线上。 该温度传感器特别适合与各种微处理器接口组成自动温度测控系统，可以克服模拟传感器与微处理器接口时需要 A/D 转换器和较复杂的外围电路的弊端，可广泛用于工业控制、消费类电子产品、电子测温计、医疗仪器等各种温度测控系统中，可提高产品的可靠性、降低成本、缩小体积。 一 .引脚排列 引脚说明 GND 地 DQ 数字输入输出 VDD 可选的 VDD NC 空引脚 DNC 不连接 详细的引脚说明 引脚 PR35 符号 说明 1 GND 地 2 DQ 单线运用的数据输入 /输出引脚 3 VDD 可选 VDD引脚 二 .DS1820 的结构原理 （ 1） DS1820 的结构 22 DS1820 由 3 部分组成：即 64 位光刻 ROM、温度传感器、永久型温度报警触发器 TH 和 TL，结构图见下图。 该方框图表示 DS1820 有三个主要的数据部件： 64 位激光 ROM、温度灵敏元件和非易失性温度告警触发器 TH 和 TL。 器件从单线的通信线取得其电源，在信号线为高电平的时间周期内，把能量贮存在内部 的电容器中，在单信号线为低电平的时间期内断开此电源，直到信号线变为高电平重新接上寄生电容电源为止。 作为另一种可供选择的方法 DS1820 也可用外部 5V 电源供电。 与 DS1820 的通信经过一个单线接口。 在单线接口情况下，在 ROM 操作未定建立之前不能使用存贮器和控制操作。 主机必须首先提供五种 ROM 操作命令之一： 1） Read ROM(读 ROM)， 2） Match ROM(符合 ROM),3)Search ROM(搜索 ROM),4)Skip ROM(跳过 ROM),或 5 Alarm Search(告警搜索 )。 这 些命令对每一器件的 64 位激光 ROM 部分进行操作。 如果在单线上有许多器件，那么可以挑选出一个特定的器件，并给总线上的主机指示存在多少器件及其类型。 在成功地执行了 ROM 操作序列之后，可使用存贮器和控制操作，然后主机可以提供六种存贮器和控制操作命令之一。 一个控制操作命令指示 DS1820 完成温度测量。 该测量的结果将放入DS1820 的高速暂存贮器，通过发出读暂存存储器内容的存储器操作命令可以读出此结果。 每一温度告警触发器 TH 和 TL 构成一个字节的 EEPROM。 如果不对 DS1820 施加告警搜索命令，这 些寄存器可用作通用用户存储器。 使用存储器操作命令可以写 TH 和 TL。 对这些寄存器的读访问通过便笺存储器，所有数据均以最低有效位在前的方式被读写。 （ 2）寄生电源 当 I/O 或 VDD 引脚为高电平时，这个电路便取得电源。 只要符合指定的定时和电压要求， I/O 将提供足够的功率。 寄生电源的优点是双重的： 利用此引脚远程温度检测无需本地电源， 缺少正常电源条件下也可以读 ROM。 向 DS1820 供电的另外一种方法是通过使用连接到 VDD 引脚的外部电源。 这种方法的优点是在 I/O 线上不要求强的上拉。 总线上主机不需向上 连接便在温度 23 变换期间使线保持高电平。 这就允许在变换时间内其它数据在单线上传送。 此外，在单线总线上可以放置任何数目的 DS1820。 而且如果它们都使用外部电源那么通过发出跳过 ROM 命令和接着发出变换温度命令，可以同时完成温度变换。 注意只要外部电源处于工作状态 GND 引脚不可悬空。 在总线上主机不知道总线上 DS1820 是寄生电源供电还是外部 VDD 供电的情况下，在 DS1820 内采取了措施来通知采用的供电方案。 总线上主机通过发出跳过 ROM 的操作约定，然后发出读电源命令，可以决定是否有需要强上拉的DS1820 在总线上。 在此命令发出后，主机接着发出读时间片。 如果是寄生供电，DS1820 将在单线总线上送回“ 0” ；如果由 VDD 引脚供电，它将送回“ 1”。 如果主机接收到一个“ 0”， 它知道它必须在温度变换期间在 I/O 线上供一个强的上拉。 （ 3） DS1820 的测量原理 DS1820 通过使用在板 onboard 温度测量专利技术来测量温度。 温度测量电路的方框图见 下图 DS1820 通过门开通期间内低温度系数振荡器经历的时钟周期个数计数来测量温度，而门开通期由高温度系数振荡器决定。 计数器被预置在与 55℃ 相对应的 1 个基数值，如果计数器在高温度系数振荡器输出的门周期结束前计数到零，表示测量的温度值高于 55℃ ，被预置在 55℃ 的温度寄存器得值就增加 1℃ ，然后重复这个过程，直到高温度系数振荡器的门周期结束为止。 这时温度寄存器中的值就是被测的温度值，这个值以 16 位形式存放在便笺式存储器中，其中高位字节为符号扩展位，如果是正温度范围，则可只取低位字节，温度值可由主机通过发存储器命令而读出。 斜率累加器是用于补偿温度振荡器的抛物线特性。 温度读数以 16 位符号扩展的二进制补码读数形式提供。 下表说明输出数据对测量温度的关系。 数 据在单线接口上串行发送， DS1820，可以以 的增量值，在 至 +125 的范围内测量温度。 对于应用华氏温度的场合，必须使用查找表或变换系数。 注意在 DS1820 中温度是以 1/2℃ LSB 形式表示时，产生以下 9 位格式： 24 MSB（最高有效位） （最低有效位） LSB =25℃ 最高有效（符号）位被复制到存储器内两字节的温度存储器中较高 MSB 的所有位，这种“符号扩展”产生了下表所示的 16 位温度读数。 温度 /数据关系 三 .DS1820 与单片机的硬件接 口及编程 因为 DS1820 是单线接口式器件，因此它与单片机的硬件接口十分简单，只需占用单片机的一个双向 I/O 口，其接口电路见下图（以单独电源供电，占用 8031的 口为例）。 简单的硬件接口是以相对复杂的接口编程为代价的。 DS1820 的温度转换过程是在主机的控制下，通过单线接口接收主机发出的各种协议（时序），完成各种功能，其工作流程图见附录。 主机控制 DS1820 完成任何操作之前，必须先对其进行初始化，只有当DS1820 应答准备好后，主机才可发操作命令。 3 个基本接口程序是： DS1820 初始化程序； 写 DS1820 子程序；读 DS1820 子程序（见附录）。 执行机构的选择及其驱动电路 执行机构的选择 方案 1：直流伺服电动机控制系统 采用直流伺服电动机的驱动控制系统有其本身的一些优点： 25 首先，直流伺服电动机有着宽广的调速范围，它的转速随着控制电压的改变能在很宽广的范围内进行连续的调节。 其次，直流伺服电动机的机械特性和调节特性均为线性：机械特性是指控制电压一定时，转速随转矩的变化关系；调节特性是指电机转矩一定时，转速随控制电压的变化关系。 线性的机械特性和调节特性有利于提高自动控制系统的动态精 度。 最后，直流伺服电动机电机的机电时间常数很小，并且它有较大的堵转转矩和较小的转动惯量。 这样，电机的转速便能随着控制电压的改变而迅速变化。 另外，直流伺服电动机没有“自转”现象：它的控制电压为零时能立即自行停转。 除此之外，采用直流伺服电动机的驱动控制系统也存在一些电机本身设计所带来的缺点，具体如下： 1. 传统的直流伺服电动机大多采用电刷，以机械的方法进行换向，因而存在相对的机械摩擦，会产生机械噪声，从而使电刷的寿命缩短。 2. 由于电刷的机械换向会产生电火花，会对伺服控制系统产生电磁干扰，使控制系统发生 误动作，造成控制失灵。 3. 直流伺服电动机的制造成本较高，维修困难，使它的应用范围受到极大的限制。 方案 2：步进电。