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1、自动晾衣架控制系统设计摘 要智能自动晾衣架能够实现晾衣架的自动升降，衣服超重的自动检测及系统故障保护等功能。与传统的手动晾衣架相比，自动晾衣架具有升降更省力，升降速度更快等优势，随着技术的日臻完善，自动晾衣架将成为市场的主导产品。本设计采用单片机AT89C51作为自动晾衣架的检测及控制核心，采用电阻应变片实现超重检测，通过手动按键控制晾衣架的升降，通过发光二极管显示晾衣架的工作状态，同时具有超重声光报警作用，该系统还增加了直流电机的的过流保护功能以及电气隔离功能。软件部分采用模块化设计思想，编制了各个模块的流程图，实现了对晾衣架升降控制，状态显示等功能。本设计具有灵活方便、适用范围广的特点，基
2、本能够满足实践需求。 AUTOMATIC CLOTHES HANGER CONTROL SYSTEM DESIGNABSTRACTIntelligent automatic clothes hanger which is able to realize automatic lift the clothes hanger, automatic detection clothes are overweight or not, systems fault protection function of the clothes hanger. Compared with the traditional
3、manual clothes hanger, it has lifting more easily and more faster. As technology is being perfected, automatic air clothes tree will be the market leading products.This design use the single-chip microcomputer AT89C51 as automatic clothes hanger detection and control core .using resistance strain ga
4、uge realize overweight detection, through manual buttons to control clothes hanger up or down. through the leds to display the clothes hanger working condition.At the same time,it has the overweight sound-light alarm circuit. this system also increased dc motor of the over-current protection functio
5、n.software part adopts modular design thought, compiled the flowchart of each module. realized to dc motor positive & reverse control and state display functions.This design is agile and convenient, widely use .Basicly can satisfy the practice demands.KEY WORDSclothes hangersingle-chip microcomputer
6、lift controlalarm目 录中文摘要I英文摘要II1 绪论11.1 自动晾衣架介绍11.2 晾衣架的历史及现状11.3 晾衣架行业的发展及未来22 整体电路设计42.1 自动晾衣架整体框图42.2 系统的主要部件方案论证与比较42.2.1 处理器的选择与论证52.2.2 驱动电机的选择与论证52.2.3 直流电机驱动电路的选择与论证52.2.4 稳压电源方案选择与论证62.3 系统各模块的最终方案63 基本元器件介绍及各部分电路设计83.1 直流电机的运行原理83.1.1 直流电机的结构83.1.2 直流电机的基本工作原理83.1.3 直流电机的额定值103.2 单片机原理113.
7、2.1 单片机原理概述113.2.2 单片机的应用系统113.2.3 AT89C51简介133.3 其它主要器件介绍173.3.1 NE555介绍173.3.2 集成运放LM358介绍193.3.3 继电器的介绍203.3.4 光耦介绍223.3.5 串行下载口介绍233.4 各部分电路设计253.4.1 电源电路253.4.2 时钟电路273.4.3 复位电路283.4.4 按键电路293.4.5 超重检测电路293.4.6 状态指示电路303.4.7 声光报警电路313.4.8 过流保护电路323.4.9 控制电机正反转电路333.4.10 串口电路344 系统的软件各部分设计与实现364
8、.1 超重检测部分364.2 上升部分364.3 下降部分374.4 过流中断部分385 设计总结39致 谢40参考文献41附 录421 绪论1.1 自动晾衣架介绍目前晾衣架分手动、自动两种。手动较为普及。自动之所以未能普及推广，这是由于整个行业技术上的不成熟以及售后服务的局限毕竟是镶在天花板上，不像小家电一样容易搬移去维修保养。因而目前，还是手动为市场的主导。但自动晾衣架有着手动晾衣架不可比拟的优势如升降更省力，升降速度更快等。随着技术的日臻完善，自动晾衣架将成为市场的主导产品。自动晾衣架是大约10年前出现的一种晾晒衣服的用具。这种产品刚出来时晾杆是用不锈钢圆管做的，款式单一，只是作为一种方
9、便晾晒衣服的工具，但随着时间的推移，生产晾衣架的厂家越来越多，竞争越来越大，厂家各出奇谋，晾衣架的款式越来越多，越来越漂亮，晾衣架如今已不仅仅是一种晾晒的工具了，更演变成一种装饰品，成为阳台一道风景线。晾衣架的各种配件也层出不穷，每一件配件都可以作为装饰品，点缀现代家庭的阳台。1.2 晾衣架的历史及现状自动晾衣架是一中国特色的产品，上世纪八十年代末发源于中国，至今大约20年历史，是一新兴行业。晾衣架是我国较早出现的一种家具，周朝开始实行礼制，贵族阶层对衣冠十分重视，为了适应这种需要，较早就出现了专门用来悬挂衣物的架子。各个朝代的衣架形式各有不同，名称也有所不同。春秋时期，横架的木杆，用以挂衣曰
10、“桁”，又叫“木施”。在宋代，衣架的使用较前代更为普遍，并且有形象的资料，河南禹县宋墓壁画梳妆图中的衣架，它由两根立柱支撑一根横杆，横杆两头长出立柱，两头微向上翘，并做成花朵状。下部用两横木墩以稳定立柱，在上横杆下部的两柱之间，另加一根横杆，以起加固作用。明代衣架整体造型仍保持着传统模式，但用材、制作、装饰很精致。衣架下端以两块墩子木作支撑，里外两面浮雕回纹，前后两个镂雕卷草花抵夹。上部和下部分用木插与立柱和座墩连接，由于底下的横格木具有一定的宽度，故可以摆放鞋履等物。晾衣架从选材、设计、雕刻制作，在明代的时期都达到了很高的艺术水平。明清衣架造型典雅，装饰精美，雕刻细致。明清官员头戴乌纱红缨帽
11、，身着前后缀有补子的马蹄袖长袍，故清代衣架高大，立柱上设有横杆，二端出挑，雕有文饰回纹，墩上有立柱，前后两个镂雕卷草花抵夹。上部和下部分用木插与立柱和座墩连接，两墩安装用小块木料连接。清朝实行“易服”政策，推行穿满人服装，满人体魄剽悍而高大，所穿的服装体积大，份量重。有钱、有地位人的衣服，是由绣凤的绫罗绸缎组成。因此，造就清代衣架的繁华、端庄、巨大，是这一个时期的特征，也是区别其他时代的不同之处。清代衣架又俗称“朝服架”，主要挂置男用官服所用，因此，所有的衣架主梁都如同二条仰首的双龙，傲气地横卧在那里，象征着官运享通，其余的如“福”、“禄”、“寿”及各种装饰性花饰，则进一步强调他们的价值观念。
12、可以看到，早期的封建社会，做工精细、用料讲究的晾衣架只是上层权贵阶层的奢侈家庭用品，而普通的老百姓是享受不到的，他们只能就地取材，竹竿或木棍做晾杆，再加上一个自制的支架，就成了“平民晾衣架”，而且这个晾衣的传统竟然沿用了几千年，直到现在中国不少的农村地区仍在使用这种最朴实、最简单的晾衣方式。 古时的衣架到了现代社会又有了新的演变和发展，随着人类文明和科技的进步，现代的制作工艺及新型合金材料运用的相结合，产生了现代的晾衣架，晾衣架也日益发展成为现代家居生活的必备品。特别最近几年，中国的房地产迎来了前所未有的高速发展局面，紧随其后的建材家居业，自然也水涨船高。晾衣架做为建材类五金产品，随着人民生活
13、水平的提高，也成为了家庭装修中消费者必须考虑购买的家居用品。目前，晾衣架产品的市场消费观念正在发生变化，人们晾晒衣服和生活用品的习惯从最早的原始的固定晾杆，到手拉升降衣架，再到自动晾衣架和最新的数码遥控晾衣架，短短的20年时间内，产品已经发生了翻天覆地的变化。从消费需求看，人们的消费观念也开始向品牌化、高档化、简易化的理性方向迈进。体验试营销手段正悄然进入晾衣架市场。消费者对产品的需求，也从简单的使用需求，上升到对产品的整体设计、功能、色彩、服务等多方面的整合需求。从产品技术看，现代晾衣架晾杆的材质和表面工艺处理也在不断地提高，材质用料上也从铁质到不锈钢，再发展到铝合金及目前采用的最新航空材料
14、铝钛合金，不断地推进发展。1.3 晾衣架行业的发展及未来 晾衣架，发展到今天，已经不仅仅是一个晾衣服的工具。除了实用性很强外，更是一个颇具装饰性的产品。它是阳台一道主要的风景线。除了要买来晾衣服，消费者也许更注重心理上的需求和满足。 目前晾衣架的“功能”已经普遍得到消费者的认可，已经形成一个“行业”。回归产品本身走质量、特色路线：不断改良、创新，引领行业重新重视质量。实用的产品，质量才是永恒的。只有质量被大众接收，行业才可持续健康发展。换言之，只要功能、质量普遍被认可，晾衣架将会成为居民生活一个必需品。而竞争激烈的未来，特色将是吸引顾客的重要要素！ 2 整体电路设计2.1 自动晾衣架整体框图本
15、设计要求设计自动晾衣架的控制系统，能实现晾衣架的自动升降，衣服重量的自动检测及系统的故障保护功能。设计衣物的搭载总重量不超过30kg，晾衣架的升降速度为0.4m/s。电机的额定功率为120W。该设计电路的方框图如图2-1。该电路的输入有超重信号输入电路、手动按键电路、过流检测输入电路；电路的控制核心是AT89C51单片机；输出部分有声光报警电路、状态显示电路、电机控制电路。状态显示声光报警器过流检测电机控制超重传感器AT89C51手动按键 图2-1 整机原理方框图电路工作原理:当系统上电后，电源指示灯点亮；当晾晒衣服时，超重传感器检测衣物是否超过电机所能承载的质量，当超过时声光报警器就会报警，
16、同时电机控制电路使电机不工作；当上升按键被按下，上升指示灯点亮，同时电机控制电路使电机正转；当下降上升按键被按下，下降指示灯点亮，同时电机控制电路使电机反转；如果发生故障使电机处于过流工作时，过流检测就会输出信号使声光报警器报警，同时使电机不工作。2.2 系统的主要部件方案论证与比较题目要求设计一自动晾衣架，根据要求需采用一只电机来控制晾衣架的升降。采用传感器衣物是否超重，当过载或发生故障时通过声光报警器实现报警,另外还需用到键盘及显示，下面对主要部件的选择加以论证。2.2.1 处理器的选择与论证方案一：采用FPGA（现场可编程门列阵）作为系统的处理器。由于FPGA将所有器件集成在一块芯片上，
17、所以外围电路较少，控制板的体积小，稳定性高，扩展性能好；而且FPGA采用并行的输入输出方式，系统处理速度快，再加上FPGA有方便的开发环境和丰富的开发工具等资源可利用，易于调试；但是FPGA的成本偏高，而且由于本设计对输出处理的速度要求不高，所以FPGA高速处理的优势得不到充分体现。方案二：采用单片机AT89C51作为系统的处理器。单片机算术运算功能强，软件编程灵活、自由度大，可用软件编程来实现各种算法和逻辑控制，并且由于其功耗低、体积小、技术熟练和成本低等优点，使其在各个领域应用广泛。基于以上分析，采用单片机AT89C51作为系统的处理器。2.2.2 驱动电机的选择与论证方案一：采用步进电机
18、作为执行单元。步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角。因此，步进电机具有快速启停能力，但步进电机成本比较高且如果控制不当容易产生共振。方案二：采用直流电机作为执行元件。直流电动机具有优良的调速特性，调速平滑、方便，调整范围广，过载能力强，能承受频繁的冲击负载，可实现频繁的快速启动、制动和反转；能满足生产过程自动化系统各种不同的特殊运行要求。直流电机成本低且的电路简单。基于以上分析，采用直流电机作为系统的传动装置。2.2.3 直流电机驱动电
19、路的选择与论证方案一：采用与直流电机相匹配的成品驱动装置。采用该方法实现直流电机驱动，其优点是工作可靠，节省制作和调试的时间，但成本很高。方案二：采用继电器来控制直流电机。采用该方法实现直流电机驱动，电路连接比较简单，工作相对也比较可靠，成本低廉，技术成熟。此外，为提高电路的抗干扰能力，驱动电路与单片机接口可通过光耦元件连接。基于以上分析，考虑到要驱动的电机瞬时电流较大以及电路的复杂程度，采用方案二实现电机驱动。2.2.4 稳压电源方案选择与论证方案一：采用串联反馈式稳压电路，图2-2中VI是整流滤波电路的输出电压，T为调整管，A为比较放大电路，VREF为基准电压，它由稳压管DZ与限流电阻R串
20、联所构成的简单稳压电路获得，R1与R2组成反馈网络，是用来反映输出电压变化的取样环节。图2-2 串联反馈式稳压电路这种稳压电路的主回路是起调整作用的 T与负载串联，故称为串联式稳压电路。输出电压的变化量由反馈网络取样经放大电路（A）放大后去控制调整管T的c-e极间的电压降，从而达到稳定输出电压VO的目的。但该电路复杂，使用不方便。方案二：采用集成三端稳压器图2-3 集成三端稳压器如图所示，集成三端稳压器是一个集成芯片，它有一个电压输入端Vin，一个电压输出端Vout和一个接地端GND，其基准电压由芯片内部电路决定，是一个固定的值。集成三端稳压器的外部结构简单，使用比较方便。基于以上分析，我们采
21、用方案二做为电源方案。2.3 系统各模块的最终方案经过仔细地分析和论证，选定了系统各模块的最终方案如下：电源：采用三端稳压器组成稳压电源：处理器：采用单片机AT89C51组成控制系统；电机：采用直流电机；电机驱动：采用继电器来控制直流电机；超重检测：电阻应变片称重传感器；报警模块：采用声光报警器；键盘：独立式键盘接口查询方式；显示：采用发光二极管。3 基本元器件介绍及各部分电路设计3.1 直流电机的运行原理3.1.1 直流电机的结构图3-1 直流电机的物理模型图其中，固定部分有磁铁，这里称为主磁极；固定部分还有电刷。转动部分有环形铁心和绕在环形铁心上的绕组。(其中2个小圆圈是为了方便的表示该位
22、置上的导体电势或电流的方向而设置的)上图表示一台最简单的两极直流电机模型，从模型上可以看到，直流电机的结构应由定子和转子两大部分组成。直流电机运行时静止不动的部分称为定子，定子的主要作用是产生磁场，由机座、主磁极、换向极、端盖、轴承和电刷装置等组成。运行时转动的部分称为转子，其主要作用是产生电磁转矩和感应电动势，是直流电机进行能量转换的枢纽，所以通常又称为电枢，定子与转子之间有一气隙。在电枢铁心上放置了由两根导体连成的电枢线圈，线圈的首端和末端分别连到两个圆弧形的铜片上，此铜片称为换向片。换向片之间互相绝缘，由换向片构成的整体称为换向器。换向器固定在转轴上，换向片与转轴之间亦互相绝缘。在换向片
23、上放置着一对固定不动的电刷，当电枢旋转时，电枢线圈通过换向片和电刷与外电路接通。 3.1.2 直流电机的基本工作原理1.直流电动机工作原理 由下图可知，当将外部直流电源加于电刷A(正极)和B(负极)上，则线圈abcd中流过电流，在导体ab中，电流由a指向b，在导体cd中，电流由c指向d。导体ab和cd分别处于N、S极磁场中，受到电磁力的作用。用左手定则可知导体ab和cd均受到电磁力的作用，且形成的转矩方向一致，这个转矩称为电磁转矩，为逆时针方向。这样，电枢就顺着逆时针方向旋转。 图3-2 直流电动机工作原理示意图 如图3-2(a)所示。当电枢旋转180，导体cd转到N极下，ab转到S极下，如图
24、3-2(b)所示，由于电流仍从电刷A流入，使cd中的电流变为由d流向c，而ab中的电流由b流向a，从电刷B流出，此时载流导体ab和cd受到电磁力的作用方向同样可由左手定则判定，它们产生的转矩仍然使得转子逆时针转动。由此可见，加于直流电动机的直流电源，借助于换向器和电刷的作用，使直流电动机电枢线圈中流过的电流，方向是交变的，从而使电枢产生的电磁转矩的方向恒定不变，确保直流电动机朝确定的方向连续旋转。这就是直流电动机的基本工作原理。实际的直流电动机，电枢圆周上不是由一个线圈构成而是均匀地嵌放许多线圈，以减少电动机电磁转矩的波动，绕组形式同发电机。相应地换向器由许多换向片组成，使电枢线圈所产生的总的
25、电磁转矩足够大并且比较均匀，电动机的转速也就比较均匀。 2.直流电机的励磁方式 励磁绕组的供电方式称为励磁方式。按励磁方式的不同，直流电机可以分为以下4类。（1）他励直流电机励磁绕组由其他直流电源供电，与电枢绕组之间没有电的联系，如图3-3(a)所示。永磁直流电机也属于他励直流电机，因其励磁磁场与电枢电流无关。图3-3中电流正方向是以电动机为例设定的。（2）并励直流电机励磁绕组与电枢绕组并联。如图3-3(b)所示。励磁电压等于电枢绕组端电压。 以上两类电机的励磁电流只有电机额定电流的1%5%，所以励磁绕组的导线细而匝数多。（3）串励直流电机励磁绕组与电枢绕组串联，如图3-3(c)所示。励磁电流
26、等于电枢电流，所以励磁绕组的导线粗而匝数较少。（4）复励直流电机每个主磁极上套有两套励磁磁绕组，一个与电枢绕组并联，称为并励绕组。一个与电枢绕组串联，称为串励绕组，如图3-3(d)所示。两个绕组产生的磁动势方向相同时称为积复励，两个磁势方向相反时称为差复励，通常采用积复励方式。 直流电机的励磁方式不同，运行特性和适用场合也不同。图3-3 直流电机的励磁方式3.1.3 直流电机的额定值 电机制造厂按照国家标准，根据电机的设计和试验数据而规定的每台电机的主要性能指标称为电机的额定值。额定值一般标在电机的铭牌上或产品说明书上。直流电机的额定值主要有下列几项：1.额定功率额定功率是指电机按照规定的工作
27、方式运行时所能提供的输出功率。对电动机来说，额定功率是指转轴上输出的机械功率。2.额定电压额定电压是电机电枢绕组能够安全工作的最大外加电压，单位为V(伏特)。3.额定电流额定电流是电机按照规定的工作方式运行时，电枢绕组允许流过的最大电流，单位为A(安培)。 4.额定转速额定转速是指电机在额定电压、额定电流和输出额定功率的情况下运行时，电机的旋转速度，单位为r/min(转/分)。额定值一般标在电机的铭牌上，又称为铭牌数据。还有一些额定值，例如额定转矩TN、额定效率hN等，不一定标在铭牌上，可查产品况明书或由铭牌上的数据计算得到。直流电机运行时，如果各个物理量均为额定值，就称电机工作在额定运行状态
28、，亦称为满载运行。在额定运行状态下，电机利用充分，运行可靠，并具有良好的性能。如果电机的电枢电流小于额定电流，称为欠载运行；电机的电枢电流大于额定电流，称为过载运行。欠载运行，电机利用不充分，效率低；过载运行，易引起电机过热损坏。 3.2 单片机原理3.2.1 单片机原理概述单片机是把微型计算机主要部分都集成在一块芯片上的单芯片微型计算机。图3-4中表示单片机的典型结构图。由于单片机的高度集成化，缩短了系统内的信号传送距离，优化了结构配置，大大地提高了系统的可靠性及运行速度，同时它的指令系统又很适合于工业控制的要求，所以单片机在工业过程及设备控制中得到了广泛的应用。图3-4 典型单片机结构图3
29、.2.2 单片机的应用系统单片机在进行实时控制和实时数据处理时，需要与外界交换信息。人们需要通过人机对话，了解系统的工作情况和进行控制。单片机芯片与其它CPU比较，功能虽然要强得多，但由于芯片结构、引脚数目的限制，片内ROM、RAM、I/O口等不能很多，在构成实际的应用系统时需要加以扩展，以适应不同的工作情况。单片机应用系统的构成基本上如图3-5所示。图3-5 单片机的应用系统单片机应用系统根据系统扩展和系统配置的状况，可以分为最小应用系统、最小功耗系统、典型应用系统。本设计是设计一款最小应用系统，最小应用系统是指能维持单片机运行的最简单配置的系统。这种系统成本低廉、结构简单，常用来构成简单的
30、控制系统，如开关量的输入/输出控制、时序控制等。对于片内有ROM/EPROM的芯片来说,最小应用系统即为配有晶体振荡器、复位电路和电源的单个芯片；对与片内没有ROM/EPROM芯片来说，其最小应用系统除了应配置上述的晶振、复位电路和电源外，还应配备EPROM或EEPROM作为程序存储器使用。下图就是一个AT89C51的一个典型最小应用系统。 图3-6 AT89C51最小应用系统3.2.3 AT89C51简介AT89C51含EPROM电可编闪速存储器。有两级或三级程序存储器保密系统，防止EPROM中的程序被非法复制。不用紫外线擦除，提高了编程效率。程序存储器EPROM容量可达20K字节。AT89
31、C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压、高性能8位微处理器，俗称单片机。其可擦除只读存储器可以反复擦除1000次。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。制造工艺为HMOS的51系列单片机都采用40只引脚的双列直插式封装（DIP）方式，其引脚如图3-7所示： 图3-7 单片机的引脚排列40只引脚按其功能来分，可分为如下3类：（1） 电源及时钟引脚：VCC，GND，XTA
32、L1，XTAL2。 （2）控制引脚：/PSEN,ALE,/EA,RESTE(即RST)。 （3）I/O口引脚：P0口，P1口，P2口，P3口，为4个8位I/O口的外部引脚。 1.主要特性： 与MCS-51兼容 4K字节可编程闪烁存储器 寿命：1000写/擦循环 数据保留时间：10年 全静态工作：0Hz-24MHz三级程序存储器锁定128*8位内部RAM32可编程I/O线两个16位定时器/计数器5个中断源可编程串行通道低功耗的闲置和掉电模式片内振荡器和时钟电路2.管脚说明：VCC：电源端，接+5V电源。GND：接地端。P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P1
33、口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上
34、拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。 P3口也可作为AT
35、89C51的一些特殊功能口，如下所示： P3.0 RXD（串行输入口）P3.1 TXD（串行输出口） P3.2 /INT0（外部中断0） P3.3 /INT1（外部中断1） P3.4 T0（记时器0外部输入） P3.5 T1（记时器1外部输入） P3.6 /WR（外部数据存储器写选通） P3.7 /RD（外部数据存储器读选通） P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。 ALE/PROG：ALE引脚输出为地址锁存允许信号，当单片机正常工作时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号。当访问外部存储器时，ALE输出信号的负跳沿用于单片机发出的低8位地址经外部锁存器锁存的锁存控制信号。即使不访
36、问外部存储器，ALE端仍以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。如果想初步判断单片机芯片的好坏，可以用示波器查看ALE端是否有正脉冲信号输出，如果有脉冲信号输出，则单片机基本上是好的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时，ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。/PROG是本引脚的第二功能。在对片内EPROM型单片机（例如8751）编程写入时，此引脚为编程脉冲输入端。/PSEN：外部程序存储器的输出允许控制端
37、。在由外部程序存储器取指期时，此引脚输出脉冲负跳沿作为读外部程序存储器的选通信号。此脚与外部程序存储器的/OE端相连。/PSEN端可以驱动8个LS型TTL负载。如果要检查一个单片机应用系统上电后，CPU能否正常到外部程序存储器读取指令码，可以用示波器查/PSEN端有无脉冲输出。/EA/VPP：/EA功能为内外程序存储器选择控制端。当/EA为高电平时，CPU执行片内程序存储器指令，但当PC中的值超过0FFFH时，即超过片内程序存储器的4KB地址范围时，将自动转向执行片外程序存储器指令。当/EA为低电平时，CPU只执行片外程序存储器指令。不论是否有内部程序存储器。对于8031，由于其无片内ROM，
38、故/EA 必须接低电平，这样只选择外部存储器。/VPP为本引脚第二功能。在对EPROM型单片机内EPROM固化编程时，用于施加较高的编程电压（例如+21V或+12V）。对于89C51，则加在/VPP引脚的编程电压为+12V或+5V。RST/Vpd：该引脚为复位信号输入端，该信号高电平有效，当单片机运行时，在此引脚输入保持大于两个机器周期的高电平后，就可以完成复位操作。单片机正常工作时，此引脚应为0.5V低电平。Vpd为本引脚第二功能。即备电源的输入端。当电源Vcc发生故障时降到某一规定值的低电平时，将+5V电源直接接入RST端，为内部的RAM提供备电源，可保护片内RAM中信息不丢失，从而使单片
39、机在复位后能继续正常运行。XTAL1：接外部晶振和微调电容的一端，在片内它是振荡器倒相放大器的输入，若使用外部晶体振荡器时，该引脚必须接地。 XTAL2：接外部晶振和微调电容的另一端，在片内它是振荡器倒相放大器的输出，若使用外部晶体振荡器时，该引脚接收时钟振荡器的信号，即把此信号直接接到内部时钟发生器的输入端。3.I/O口引脚：（1）P0口（P0.0P0.7）：双向8位三态I/O口，此口为8位地址总线（低8位）及8位数据总线分时复用端口；（2）P1口（P1.0P1.7）：8位准双向I/O口；（3）P2口（P2.0P2.7）：8位准双向I/O口，与地址总线（高8位）复用，在访问外部程序存储器时，
40、它作存储器的高8位地址线；（4）P3口（P3.0P3.7）： 8位准双向I/O口，双功能复用口。4.振荡器特性：XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器可以配置为片内振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。由于输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。5.芯片擦除：整个EPROM阵列和三个锁定位的电擦除可通过正确的控制信号组合，并保持ALE管脚处于低电平10ms 来完成。在芯片擦操作中，代码阵列全被写“1”且在任何非空存储字节被重复编程以前，该操作必须被执行。
41、 此外，AT89C51设有稳态逻辑，可以在低到零频率的条件下静态逻辑，支持两种软件可选的掉电模式。在闲置模式下，CPU停止工作。但RAM，定时器，计数器，串口和中断系统仍在工作。在掉电模式下，保存RAM的内容并且冻结振荡器，禁止所用其他芯片功能，直到下一个硬件复位为止。3.3 其它主要器件介绍3.3.1 NE555介绍NE555是在1971年由Signetics Corporation发布，在当时是唯一非常快速且商业化的Timer IC，在往后的40年来非常普遍被使用，且延伸出许多的应用电路，尽管近年来CMOS技术版本的Timer IC如MOTOROLA的MC1455已被大量的使用，但原规格的
42、NE555依然正常的在市场上供应，尽管新版IC在功能上有部份的改善，但其基本功能并没变化，所以到目前都可直接的代用。 NE555是属于555系列的计时IC的其中的一种型号，555系列IC的接脚功能及运用都是相容的，只是型号不同的因其价格不同其稳定度、省电、可产生的振荡频率也不大相同；而555是一个用途很广且相当普遍的计时IC，只需少数的电阻和电容，便可产生数位电路所需的各种不同频率之脉波讯号。 NE555的特点有：（1）只需简单的电阻器、电容器，即可完成特定的振荡延时作用。其延时范围极广，可由几微秒至几小时之久。 （2）它的操作电源范围极大，可与TTL，CMOS等逻辑闸配合，也就是它的输出准位
43、及输入触发准位，均能与这些逻辑系列的高、低态组合。（3）其输出端的供给电流大，可直接推动多种自动控制的负载。（4） 它的计时精确度高、温度稳定度佳，且价格便宜。NE555引脚功能如下： 图3-8 NE555的引脚图引脚 1 (接地)：地线(或共同接地)，通常被连接到电路共同接地。引脚 2 (触发点)：这个脚位是触发NE555使其启动它的时间周期。触发信号上缘电压须大于2/3 VCC，下缘须低于1/3 VCC 。引脚 3 (输出)：当时间周期开始555的输出脚位，移至比电源电压少1.7伏的高电位。周期的结束输出回到O伏左右的低电位。于高电位时的最大输出电流大约200 mA 。引脚 4 (重置)：
44、一个低逻辑电位送至这个脚位时会重置定时器和使输出回到一个低电位。它通常被接到正电源或忽略不用。 引脚 5 (控制)：这个接脚准许由外部电压改变触发和闸限电压。当计时器在稳定或振荡的运作方式下,这输入能用来改变或调整输出频率。引脚 6 (重置锁定)：重置锁定并使输出呈低态。当这个接脚的电压从1/3 VCC电压以下移至2/3 VCC以上时启动这个动作。 引脚 7 (放电)：这个接脚和主要的输出接脚有相同的电流输出能力，当输出为ON时它为LOW，对地为低阻抗，当输出为OFF时它为HIGH，对地为高阻抗。 引脚 8 (VCC)：这是555个计时器IC的正电源电压端。供应电压的范围是+4.5伏特(最小值
45、)至+18伏特(最大值)。 NE555参数功能特性： 供应电压4.5-18V 供应电流3-6mA 输出电流225mA(max) 上升/下降时间100ns NE555的作用范围很广，但一般多应用于单稳态多谐振荡器及无稳态多谐振荡器。 3.3.2 集成运放LM358介绍集成电路运算放大器是一种高电压增益、高输入电阻和低输出电阻的多级直接耦合放大电路，它的类型很多，电路也不一样，但结构具有共同之处，图3-9表示集成运放的内部电路组成原理框图。图中输入级一般是由BJT、JFET或MOSFET组成的差分放大电路，利用它的对称性可以提高整个电路的共模抑制比和其它方面性能，它的两个输入端构成整个电路的反相输
46、入端和同相输入端。电压放大级的主要作用是提高电压增益，它可由一级或多级放大电路组成。输出级一般由电压跟随器或互补电压跟随器组成，以降低输出电阻，提高带负载能力。偏置电路是为各级提供合适的工作电流。此外还有一些辅助环节，如电平移动电路、过载保护电路以及高频补偿环节。电压发大级差分输入级输出级偏置电路+Vid-Vo图3-9 集成运算放大器内部组成原理图本设计采用的运放型号为LM358集成运放介绍，现重点介绍一下。如图3-10所示，LM358 内部包括有两个独立的、高增益、内部频率补偿的双运算放大器，适合于电源电压范围很宽的单电源使用，也适用于双电源工作模式，在推荐的工作条件下，电源电流与电源电压无关。它的使用范围包括传感放大器、直流增益模块和其他所有可用单电源供电的使用运算放大器的场合。LM358 的封装形式有塑封8引线双列直插式和贴片式。 图3-10 LM358引脚排序图特性: 内部频率补偿 直流电压增益高(约100dB) 单位增益频带宽(约1MHz) 电源电压范围宽：单电源(330V)；双电源(1.5 一15V) 低功耗电流，适合于电池供电 低输入偏流
