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01212318-畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)外文翻譯
微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)
廣義地說，微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)（單片機(jī)控制系統(tǒng)）是用于處理信息的，這種被用于處理的信息可以是電話交談，也可以是儀器的讀數(shù)或者是一個(gè)企業(yè)的帳戶，但是各種情況下都涉及到相同的主要操作：信息的處理、信息的存儲和信息的傳遞。在常規(guī)的電子設(shè)計(jì)中，這些操作都是以功能平臺方式組合起來的，例如計(jì)數(shù)器，無論是電子計(jì)數(shù)器還是機(jī)械計(jì)數(shù)器，都要存儲當(dāng)前的數(shù)值，并且按要求將該數(shù)值增加1。一個(gè)系統(tǒng)例如采用計(jì)數(shù)器的電子鐘之類的任一系統(tǒng)要使其存儲和處理能力遍布整個(gè)系統(tǒng)，因?yàn)槊總�(gè)計(jì)數(shù)器都能存儲和處理一些數(shù)字。
現(xiàn)如今，以微處理器為基礎(chǔ)的系統(tǒng)從常規(guī)的處理方法中分離了出來，它將信息的處理，信息的存儲和信息的傳輸三個(gè)功能分離形成不同的系統(tǒng)單元。這種主要將系統(tǒng)分成三個(gè)主要單元的分離方法是馮-諾依曼在20世紀(jì)40年代所設(shè)想出來的，并且是針對微計(jì)算機(jī)的設(shè)想。從此以后基本上所有制成的計(jì)算機(jī)都是用這種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的，盡管他們包含著寬廣的物理形式與物理結(jié)構(gòu)，但從根本上來說他們均是具有相同基本設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)。
在以微處理器為基礎(chǔ)的系統(tǒng)中，處理是由以微處理器為基礎(chǔ)的系統(tǒng)自身完成的。存儲是利用存儲器電路，而從系統(tǒng)中輸入和輸出的信息傳輸則是利用特定的輸入/輸出（I/O）電路。要在一個(gè)以微處理器為基礎(chǔ)的時(shí)鐘中找出執(zhí)行具有計(jì)數(shù)功能的一個(gè)特殊的硬件組成部分是不可能的，因?yàn)闀r(shí)間存儲在存儲器中，而在固定的時(shí)間間隔下由微處理器控制增值。但是，規(guī)定系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)過程的軟件卻規(guī)定了包含實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)功能的單元部分。由于系統(tǒng)幾乎完全由軟件所定義，所以對微處理器結(jié)構(gòu)和其輔助電路這種看起來非常抽象的處理方法使其在應(yīng)用時(shí)非常靈活。這種設(shè)計(jì)過程主要是軟件工程，而且在生產(chǎn)軟件時(shí)，就會遇到產(chǎn)生于常規(guī)
工程中相似的構(gòu)造和維護(hù)問題。
圖1.1微型計(jì)算機(jī)的三個(gè)組成部分
圖1.1顯示出了微型計(jì)算機(jī)中這三個(gè)單元在一個(gè)微處理器控制系統(tǒng)中是如何按照機(jī)器中的信息通信方式而聯(lián)接起來的。該系統(tǒng)由微處理器控制，微處理器能夠?qū)ζ渥陨淼拇鎯ζ骱洼斎?輸出單元的信息傳輸進(jìn)行管理。外部的連接部分與工程系統(tǒng)中的其余部分（即非計(jì)算機(jī)部分）有關(guān)。
盡管圖中顯示的只有一個(gè)存儲單元，但是在實(shí)際中卻有RAM和ROM兩種不同的存儲器被使用。在每一種情況下，由于概念上的計(jì)算機(jī)存儲器更像一個(gè)公文柜，上述的“存儲器”一詞是非常不恰當(dāng)?shù)�；信息被存放在一系列已�?shù)字標(biāo)記過的的“箱子”中，而且可以按照問題由“箱子”的序列號進(jìn)行相關(guān)信息的參考定位。
微計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)經(jīng)常使用RAM（隨機(jī)存取存儲器），在RAM中，數(shù)據(jù)可以被寫入，并且在需要的時(shí)候，可以被再次讀出。這種數(shù)據(jù)能以任意一種所希望的次序從存儲器中讀出，而不必按照寫入時(shí)的相同次序讀出，所以有“隨機(jī)”存取存儲器。另一類型ROM（只讀存儲器）是用來保持信息的，它們是不受微處理器影響的固定的信息標(biāo)本；這些信息在電源切斷后不會丟失，并通常用來保存規(guī)定微處理器化系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)過程的程序。ROM可像RAM一樣被讀取，但與RAM不一樣的是不能用來存儲可變的信息。有些ROM在制造時(shí)將其數(shù)據(jù)標(biāo)本放入，而另外的則可通過特殊的設(shè)備由用戶編程，所以稱為可編程ROM。被廣泛使用的可編程ROM可利用特殊紫外線燈察除，并被成為EPROM，即可察除可編程只讀存儲器的縮寫。另有新類型的期器件不必用紫外線燈而用電察除，所以稱為電可察除可編程只讀存儲器EEPROM。
微處理器在程序控制下處理數(shù)據(jù)，并控制流向和來自存儲器和輸入/輸出裝置的信息流。有些輸入/輸出裝置是通用型的，而另外一些則是設(shè)計(jì)來控制如磁盤驅(qū)動器的特殊硬件，或控制傳給其他計(jì)算機(jī)的信息傳輸。大多數(shù)類型的I/O裝置在某種程度下可編程，允許不同形式的操作，而有些則包含特殊用途微處理器的I/O裝置不用主微處理器的直接干預(yù)，就可實(shí)施非常復(fù)雜的操作。
假如應(yīng)用中不需要太多的程序和數(shù)據(jù)存儲量，微處理器、存儲器和輸入/輸出可全被包含在同一集成電路中。這通常是低成本應(yīng)用情況，例如用于微波爐和自動洗衣機(jī)的控制器。當(dāng)商品被大量地生產(chǎn)時(shí)，這種單一芯片的使用就可節(jié)省相當(dāng)大的成本。當(dāng)技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展，更強(qiáng)更強(qiáng)的處理器和更大更大數(shù)量的存儲器被包含形成單片微型計(jì)算機(jī)，結(jié)果使最終產(chǎn)品的裝配成本得以節(jié)省。但是在可預(yù)見的未來，當(dāng)需要大量的存儲器或輸入/輸出時(shí)，還是有必要繼續(xù)將許多集成電路相互聯(lián)結(jié)起來，形成微計(jì)算機(jī)。
微計(jì)算機(jī)的另一主要工程應(yīng)用是在過程控制中。這是，由于裝置是按特定的應(yīng)用情況由微機(jī)編程實(shí)現(xiàn)的，對用戶來說微計(jì)算機(jī)的存在通常就更加明顯。在過程控制應(yīng)用中，由于這種設(shè)備以較少的數(shù)量生產(chǎn)，將整個(gè)系統(tǒng)安裝在單個(gè)芯片上所獲取的利益常比不上所涉及的高設(shè)計(jì)成本。而且，過程控制器通常更為復(fù)雜，
所以要將他們做成單獨(dú)的集成電路就更為困難�？刹捎脙煞N處理，將控制器做成一種通用的微計(jì)算機(jī)，正像較強(qiáng)版本的業(yè)余計(jì)算機(jī)那樣；或者做成“包裹”式系統(tǒng)，按照像電磁繼電器那樣的較老式的技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，來取代控制器。對前一種情況，系統(tǒng)可以用常規(guī)的編程語言來編程，正如以后要介紹的語言那樣；而另一種情況，可采用特殊用途的語言，例如那種使控制器功能按照繼電器相互連接的方法進(jìn)行描述。兩種情況下，序均能存于RAM，這讓程序能按應(yīng)用情況變化時(shí)進(jìn)行相應(yīng)的變化，但是這使得總系統(tǒng)易受掉電影響而工作不正常，除非使用電池保證供電連續(xù)性。另一種選擇是將程序在ROM中，這樣他們就變成電子“硬件”的一部分并常被稱為“固件”。
盡管大規(guī)模集成電路的應(yīng)用使小型和微型計(jì)算機(jī)的差別變得“模糊”，更復(fù)雜的過程控制器需要小型計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)他們的過程。各種類型的產(chǎn)品和過程控制器代表了當(dāng)今微計(jì)算機(jī)應(yīng)用的廣泛性，而具體的結(jié)構(gòu)取決于對“產(chǎn)品”一詞的解釋。實(shí)際上，計(jì)算機(jī)的所有工程和科學(xué)上的應(yīng)用都能指定來進(jìn)行這些種類的某一或某些工作。而在本設(shè)計(jì)中壓力和壓力變送器當(dāng)某一力加到某一面積上，就形成壓力，假如這力是1牛頓均勻地加在1平方米的面積上，這壓力被定義為1帕斯卡。壓力是一種普遍的工藝狀態(tài)，它也是這個(gè)星球上的一個(gè)生活條件：我們生活在向上延伸許多英里的大氣海洋的底部。空氣物質(zhì)是有重量的，而且這種下壓的重量形成大氣壓。水，是生活的必需品，也是在壓力之下提供給我們中的大多數(shù)人。在典型的過程工廠中，壓力影響沸點(diǎn)溫度、凝固點(diǎn)溫度、過程效率、消耗和其他重要因數(shù)。壓力的測量和控制，或者壓力的不足—真空，在典型的過程控制中是極為重要的。
工廠中的工作儀器通常包括壓力計(jì)、精密紀(jì)錄儀、以及氣動和電動的壓力變送器。壓力變送器實(shí)現(xiàn)壓力測量并產(chǎn)生正比于所傳感壓力的氣動或電信號輸出。
在過程工廠中，將控制儀表遠(yuǎn)遠(yuǎn)放在過程的附近是不現(xiàn)實(shí)的，并且大多數(shù)測量是不容易從遠(yuǎn)處傳來的。壓力測量是一個(gè)例外，但是，如果要離測量點(diǎn)幾百英尺外指示或記錄某種危險(xiǎn)化學(xué)品的高壓，就會有來自這個(gè)壓力所載的化學(xué)品所引發(fā)的危險(xiǎn)。為了消除這一問題，開發(fā)了一種信號傳輸系統(tǒng)。這種系統(tǒng)常�？墒菤鈩踊蛘唠妱拥摹Ｊ褂眠@種系統(tǒng)，就可以在某一地點(diǎn)安裝大多數(shù)的指示、記錄和控制儀器。這也是最少數(shù)量的操作者有效的運(yùn)行工廠成為現(xiàn)實(shí)。
當(dāng)使用氣動傳送系統(tǒng)時(shí)，測量信號就由變送器將比例為0%～100%的測量值轉(zhuǎn)換為氣動信號。變送器安裝在靠近過程中的測量點(diǎn)上。變送器輸出—對氣動變
送器是輸出壓力—通過管道傳給記錄或控制儀表。氣動變送器的標(biāo)準(zhǔn)輸出范圍是20～100kPa，這信號幾乎在全球使用。
當(dāng)使用電子壓力變送器時(shí)，壓力就被轉(zhuǎn)換成電流或電壓形式的電信號。其標(biāo)準(zhǔn)范圍對電流來說是4～20mADC，對電壓信號來說是1～5VDC。當(dāng)今，另一種電信號形式變的越來越常用，就是數(shù)字或離散信號�；谟�(jì)算機(jī)或微處理器的儀器或控制系統(tǒng)的應(yīng)用正推動這類信號的應(yīng)用不斷增加。有時(shí)，分析獲取描述傳感器/變送器特性的參數(shù)是很重要的。當(dāng)量程已知，去獲取增益就非常簡單。假定電子壓力傳感器的量程為0～600kPa，增益定義為輸出變化除以輸入變化。這里，輸出的電信號（4～20mADC），而輸入的過程壓力（0～600kPa），這樣增益就為：
Kr?20mA?4mA16mAmA??0.027600kPa?0kPa600kPakPa
此外我們在本設(shè)計(jì)中還必須對溫度進(jìn)行測量，溫度測量在工業(yè)控制中是很重要的，因?yàn)樗鳛橄到y(tǒng)或產(chǎn)品狀態(tài)的直接指標(biāo)，或者作為如反應(yīng)率、能量流、渦輪機(jī)效率和潤滑質(zhì)量等間接指標(biāo)�，F(xiàn)行的溫度分度已使用了約200年，最初的儀器是基于氣體和液體的熱膨脹。現(xiàn)在盡管有許多其他類型的儀器在使用，這些填充式系統(tǒng)仍常用于直接的溫度測量。有代表性的溫度傳感器包括：填充式熱系統(tǒng)、玻璃液體溫度計(jì)、熱電偶、電阻溫度探測器、熱敏電阻、雙金屬器件、光學(xué)和輻射高溫計(jì)和熱敏涂料。
電氣系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)包括高的精度和靈敏度，能實(shí)現(xiàn)開關(guān)切換或掃描多個(gè)測量點(diǎn)，可在測量元件和控制器之間長距離傳輸，出現(xiàn)事故時(shí)可調(diào)換元件，快速響應(yīng)，以及具有測量高溫的能力。其中熱電偶和電阻溫度探測器則被最廣泛的使用。
說明
該AT89C51是一種低功耗，高性能CMOS8位4K的閃存可編程和可擦除只讀存儲器（PEROM）字節(jié)的微型計(jì)算機(jī)。該設(shè)備是采用Atmel的高密度非易失性內(nèi)存技術(shù)，并與行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和引腳兼容。片上閃存程序存儲器可以編程就可以在系統(tǒng)或由傳統(tǒng)的非易失性存儲器編程。通過將集成在一個(gè)芯片上通用的8位閃存的CPU，Atmel的AT89C51是一個(gè)強(qiáng)大的微型計(jì)算機(jī)提供了一個(gè)高度靈活和成本有效的解決方案為許多嵌入式控制應(yīng)用。
功能特點(diǎn)
AT89S51內(nèi)提供了以下標(biāo)準(zhǔn)特性：4K字節(jié)閃存，128字節(jié)RAM，32個(gè)I/O線，兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，一個(gè)五向量兩級中斷結(jié)構(gòu)，一個(gè)全雙工串行口，片上
振蕩器和時(shí)鐘電路。此外，AT89C51是靜態(tài)邏輯設(shè)計(jì)與操作頻率下降到零，并支持兩種軟件可選的節(jié)電模式�？臻e模式時(shí)CPU停止工作，而RAM，定時(shí)/計(jì)數(shù)器，串行口和中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電模式保存RAM的內(nèi)容，但凍結(jié)振蕩器關(guān)閉，直到下一個(gè)硬件復(fù)位芯片其它功能。
引腳說明
Vcc：電源電壓。
接地：接地。
P0口：
P0口為一個(gè)8位漏級開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當(dāng)P0口的管腳第一次寫1時(shí)，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時(shí)，P0口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，P0輸出原碼，此時(shí)P0外部必須被拉高。
P1口：
P1口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口作為第八位地址接收。
P2口：
P2口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個(gè)TTL門電流，當(dāng)P2口被寫“1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當(dāng)用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行存取時(shí)，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行讀寫時(shí)，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號和控制信號。
P3口：
P3口管腳是8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個(gè)TTL門電流。當(dāng)P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。
RST：復(fù)位輸入。此管腳上出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期的高電平，而振蕩器運(yùn)行將使器件復(fù)位。進(jìn)修/編地址鎖存使能鎖存在訪問外部存儲器地址的低字節(jié)輸出脈沖。該
引腳也是在flash編程脈沖輸入programming.In正常運(yùn)行的ALE（編）是在1/6振蕩器頻率恒定的速率發(fā)射，并可能對外部定時(shí)或時(shí)鐘的用途。請注意，但是，一個(gè)ALE脈沖被跳過在每次訪問外部數(shù)據(jù)存儲器。
如果需要時(shí)，ALE操作可以通過設(shè)置位SFR的位置8EH0。隨著位設(shè)置，ALE為活躍，只有在執(zhí)行MOVX或MOVC指令。否則，腳弱拉高。設(shè)置的ALE-禁用位微控制器沒有影響，如果在外部執(zhí)行模式。
ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時(shí)，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲器時(shí)，將跳過一個(gè)ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時(shí)，ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無效。
PSEN：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次/PSEN有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時(shí)，這兩次有效的/PSEN信號將不出現(xiàn)。
EA/VPP：當(dāng)/EA保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲器（0000H-FFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲器。注意加密方式1時(shí)，/EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)/EA端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）。
XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。
XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。
振蕩器特性:XTAL1和XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時(shí)鐘源驅(qū)動器件，XTAL2應(yīng)不接。有余輸入至內(nèi)部時(shí)鐘信號要通過一個(gè)二分頻觸發(fā)器，因此對外部時(shí)鐘信號的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。
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