1、基于單片機的汕井流量檢測系統的設計摘要本文是對油井流量檢測方面的研究，結合了石油油田的實際生產情況， 對油井流量進行實時檢測和累計流量統計。本系統利用單片機進行數據處理和 控制，是基于單片機的流量智能記錄顯示儀。用8279實現鍵盤、顯示功能，將 流量傳感器信號經過信號處理電路傳給單片機進行處理，進行顯示，由此來完 成對流量的在線監測和累計流量的統計。關鍵詞流量檢測；單片機；傳感器the design of the well flow detection system based on single chip microcomputerabstract this paper is the stu

2、dy of oil flow detection, combined with the actual production of oil fields, oil wells flow real-time detection and accumulated traffic statistics. the system uses microcontroller for data processing and control, is based on scm intelligent traffic display instrument recording. by 8279 to achieve a

3、keyboard, display, flow sensor signal transmitted via the signal processing circuit microcontroller for processing, display, thereby to complete the on-line monitoring traffic flow and cumulative statistics.key words flow detection ;single chip microcomputer;sensor目錄第1章緒論11.1題目研究背景及意義11.2系統設計的原則11.3

4、系統結構及配置說明21) 系統要求22) 本章小結3第2章總體方案42.1智能油井流量顯示過程概述42.2智能流量測控技術42.2. 1 測量原理41. 智能控制42.3 方案論證52.4方案設計5第3章硬件設計73. 1 主芯片at89c51的介紹73.1.1引腳定義及功能：73.1.2存儲器介紹93.1.3輸入輸出端口的功能111.4 掉電模式123.1.5片內flash閃速存儲器的編程133.1.6單片機最小系統138279 芯片153.2.18279鍵盤、顯示器接口183.3渦輪傳感器193.3.1渦輪傳感器的功能、用途203.3.2渦輪傳感器適用的范圍203. 3.3渦輪傳感器的工作

5、原理203. 3.4渦輪傳感器的工作條件203.5前向通道的設計213.5. 1放大整形電路223.5.2模擬量輸入通道：233.6報警電路設計24第4章軟件設計254. 1 系統流程圖254.2 本章小結28麗29參考文獻30附錄h程序清單31第1章緒論1.1題目研宄背景及意義上世紀八十年代后期掀起的信息技術的浪潮，非常大地推動了當時社會各 行各業技術革新的快速發展。隨著石油各方面科技的發展，石油產業現在正在 向著更加智能化和更加信息化的目標過渡著，“控制管理一體化”、“企業e化” 是實現石油企業降低成本提高管理水平的一個很重要的改革課題。目前在油田生產系統中己經慢慢使用智能儀表來計量油井的

6、產油量以及累 計產油量，因此油田系統所用的計量儀表精確度的高低就直接關系著企業的經 濟效益。但是，在小口徑和低流速的液體流量測量方面，目前還是在有很大的 缺陷的。一些現場因素，例如管徑大小、液體粘度這些，都或多或少將影響最 終的測量精度。所以選擇一套性能可靠、實用性強的智能油井流量檢測系統是 非常非常有必要的。在目前國內的一些油田所采用的油井產量測量方法有翻斗量汕孔板測氣、 玻璃管量油孔板測氣、三相分離密度法和兩相分離計量方法等。但是現在隨著 科學技術的進步，油田系統現在非常需要自動化程度高、功能強大的油井測量 和計量設備來提高生產率和油田系統的管理水平。1.2系統設計的原則木文的設計對于需要

7、實現快速并且準確的實時顯示和預警的石油檢測系統 有著非常重要的意義。流量檢測通常由一次儀表和二次儀表兩大部分組成，流 量顯示部分現在隨著科學技術的迅速發展，由之前的機械逐漸發展到了現在的 電子表頭，目前市場上的電子表頭種類非常的多，比如由單片機開發出來的電 子表頭，目前就具非常你多的功能，軟件調節非線性誤差的智能流量顯示儀， 是一次流量測量儀表相配套的二次儀表，所以由單片機幵發的智能系統具有如 下特點：應用了微處理的技術，因此穩定性、精確度和準確度都非常的高。可以實現瞬時流量和累計流量的實時顯示；也可以存儲相應的流量數據；設備耗電量非常的低。它的技術性能如下：1. 輸入信號：流量測量儀表的頻率

8、輸入。與流量傳感器相接，經檢測、放大的被測介質的流量，信號頻率為（tlooo） hz的脈沖信號。傳感器連接電纜 高度小于1000米，要求導線電容小于0. 1 u f電感小于lomh智能流量顯示放在 計量間里，每個計量間可容納30個；2. 輸出信號：數碼管顯示；3. 準確度：無修正時3%左右，修正后0.1%;4. 環境溫度：（-1568廣c; 5.相對濕度：75%;6. 抗干擾：10kw17kw電機轉動顯示不變化；7. 電源：（45）v直流電；8. 總耗電:<4. omwo本課題是用儀表測量技術來對油井系統的流量進行實時的測量的監控。而 且綜合自動化以計算機的智能監控為主，常規控制為輔的設

9、計思想進行總體的 設計和系統的配置，從而使得在整個系統屮計算機的作用達到了一個新的水平。 并且從經濟性和安全性這兩個不同的角度都實現了系統的各部分的功能。并且 操作方便而且實時性好，人機接口功能強。1.3系統結構及配置說明計算機：對整個監控系統的運行狀態進行實時監控和控制。即控制閥門、 記錄實時流量數據和保存歷史流量數據以及數據表格打印和報警。輸入/輸出設備：鼠標、鍵盤、磁盤、打印機。是微機與外部進行聯系和交 換信息的設備。傳感器：液位傳感器，流量傳感器等。經過放大整形電路將數據傳輸給微 處理器。技術人員：進行人機通訊，設置實驗參數。1.4系統要求時效性和可靠性：必須提高印刷電路板和元器件和的

10、質量和可靠性，對輸 入/輸出通道和供電電源都要采取抗干擾措施。自診斷：當系統處于正常運行狀態時時，需要定時的對各模塊進行自我診 斷，并且要對外界所出現的一些異常做出快速而準確的應變處理，另外對于那 些無法解決的情況，要能夠及時切換備用裝置迅速投入地工作，或著及時報警 提醒人工干預。分布式：系統上的各個節點都可以安裝與木節點應用的有關控制和執行程 序以及數據庫。對系統來說，節點功能的資源相對獨立并且有利于之間共享， 另外為了方便分期投運，為以后擴充提供了較大的方便。完全滿足了三個特征 即模塊性、并行性以及自治性。1.5本章小結本章在廣泛調研研究的基礎上，說明了設計的研究背景，介紹了流量監測 技術

11、在國內外發展現狀及技術發展趨勢，并概括描述了設計的原則、系統要求, 系統技術指標等涉及的主要內容。第2章總體方案2.1智能油井流量顯示過程概述智能油井流量顯示的大致過程為：流量傳感器先檢測流量信號并將采集到 的石油流量信號經過放大電路傳輸給微處理器進行處理，數據經過at89c51微 處理器的數據處理和運算后再把信號通過8279來實現實時及累計流量顯示、鍵 盤控制和報警這些具體的功能。2.2智能流量測控技術2. 2. 1測量原理容積液體流量計中，一定量的液體填充，連續流動到出u的空間料斗的體 積，液體流動的量是連續的計量料斗。相當于計量料斗空間量是在一個固定的 外殼和在可動構件之間形成的可動構件

12、的內部被旋轉，由于液體的壓力，并ii 因此發送的液體在吸入口的體積，數量并且這種動作正比于流的體積。智能液體流量計活塞式線性計量泵為“斗量”，而其附加的驅動力施加。 的驅動力與流量變化的系統的控制下，自動調整，和微電腦智能電路可以根據 需求和供應液體，使液流量計。因此，該流量計可以測量更準確地流動，可以 有效地消除流體的粘度的影響，以進行測量，而如需要的壓力損失被設置，它 可以在一個寬的數值范圍被設置，包括零和負。1. 2.2智能控制在滿足上述測量原理的液體流量測控系統中，智能控制器不但能完成電壓 到頻率信號之間的相互轉換，吋也能對步進電脈沖進行分配，而且還具冇以 下的一些功能：生成液體流量變

13、化規律并進行記錄；生成當前液體流量變化規律并記憶，獲得專家經驗或知識；操作者可以選擇輸入參數來確定供液規律。如果內存容量不夠的話還可以進行擴充。存儲的給定的事實數據，包括數 據，經驗和知識，并獲得實時狀態參數控制對象的數據庫。生成規則“if then” 的形式存儲在規則庫。參考機械規則將在不狀態下的規則庫匹配的數據庫規 則。過程方法庫提供兩種類型的功能程序，功能程序輸出，并在法律符號序列 數據的變化而變化;用于多個元的節0序列信息的其他功能相組合，以獲得數字 信息的新序列。一般規則集包含的控制規則和所述序列的子集的元規則的子集 的組合，前者是用來實現規律性的給定的控制，它支持數字信息符號序列的

14、不 同組合。當用戶通過匹配的一般控制規則選擇參考機，在前庫函數程序過程的方法 將通過電路給出的法則產生脈沖信號即適當運行，自由度;當一個符號序列組成 規則它被選擇，功能性程序將運行后，這樣的df電路將產生一個新的脈沖序列 控制規則。2.3方案論證本系統的鍵盤和顯示部分經過考慮我選擇芯片的是8279,它是一個可編程 的鍵盤和顯示接口芯片。8279既有按鍵處理功能又具有自動顯示的功能，因此 它在單片機系統中的應用是很廣泛的。8279它的內部有鍵盤fifo傳感器，兩重 功能的8x8=64b ram,鍵盤控制可控制8x8=64個按鍵或8x8陣列方式的傳感器。 該芯片能夠進行自動消抖和雙鍵鎖定保護。顯示

15、kam容量為16x8,所以該顯示 器最大可以顯示16位led數碼顯示。8279與89c51數據總線直接聯接，不用占用 cpu的時間，并且能自動完成掃描和顯示，編程非常的方便能夠大大減輕cpu的 工作量。2.4方案設計木次設計是通過微計算機的監控來實現木系統的自動控制的，釆用微機監 控的油井流量顯示儀具有自動化程度高、操作方便、控制靈活、檢測精度高及 所占空間少這些優點，因此可以完全實現自動化控制。在木次設計中，系統要實現包括自動完成被測油表的標定和穩壓場的建立 和測量過程中穩壓場的穩定，也可以根據要求進行人工設定和修改流量；智能 流量檢測系統可以顯示實時的壓力、液位、瞬時流量、累計流量等，并且

16、能夠 輸出打印，對壓力、液位超限這些故障能及時發出報警以便進行及時處理。微機流量監控系統的構成，是木設計的核心問題。木文采用了 at89c51單 片機和外圍擴展電路構成了微機監控系統，它能自動控制測量過程，可以通過 人機通訊給定指定的測量參數，并且可以顯示和打印所測量出的結果。另外木 系統的設計需要模擬量和數字量之間能進行相互轉換。通過相應的傳感器和a/d 模擬量輸入模塊可以完成對穩壓器中的液位、輸入流量、氣壓、被檢管線中的 流量等參數檢測，當然這些檢測精度必然與傳感器精度相關。通過pid控制模 塊和d/a模擬量輸出模塊調節流量，還可以通過d/a模塊用p或pi算法控制同 步倒相閥，調節被檢測管

17、道線路的液體流量。通過開關量輸出模塊，對換相器 的切換，計時開始和停止，液位測量以及閥門進行控制。在測量方法的選取方面，采用定時檢測液位（即測體積）或定液位，測時間兩種方法進行。第一種測液位的方法用液位傳感器完成，第二種方法是由液 位檢測開關完成，時間的檢測由微計算機內部進行計數，精確度能夠到達0. 001s 以上。測量過程中，微機同樣也可以完成對閥門開和對換相器切換的時間的控制， 被檢測管道線路流量，以及所有檢測到的參數，都將被送入微計算機進行處理， 由微計算機對數據進行處理并打印測量結果。對各種異常的情況，例如液位偏 低或者液位超限，微機都將通過報警裝置發出示警，并可以采取相應的措施切 斷

18、故障源。同時，微機還可以顯示管道線路的液位、壓力、流量溫度數值和測 量時間等。上述內容為本次設計的大致方案，由此可以看出智能油井流量檢測系統的 操作過程比較簡單，通過鍵盤操作即可向微機輸入啟動、停止以及各種參數的 測試，很適合開發及研宄。圖2-1系統原理框圖第3章硬件設計3. 1主芯片at89c51的介紹at89c51是一種可編程可擦除的帶有4k字節的只讀存儲（fpekomfalsh programmable and erasable read only memory）的高性能低電壓的 cmos8 位 微處理器。該器件采用atmel的非易失，高密度的存儲器制造技術制造，與工 業標準mcs-51

19、的指令集以及輸出管腳之間相互兼容。因為將閃爍存儲器以及多 功能8位cpu組合在了單個芯片之中，所以atmel的at89s51是一種非常高效 的微控制器，這樣就為很多嵌入式控制的系統提供了一種靈活性高且價廉的方 案。本系統中所用到的at89c51芯片是一種與工業標準的mcs-51產品以及指令 集之間互相兼容的低功耗，高性能的8位coms微處理器芯片。at89c51單片機一共只有四個8位并行i/o 口，但是這些1/0 口是不能夠完 完完全全地提供給用戶使用，所以at89c51 一般都要進行i/o 口的擴展。at89c51引腳圖如圖3-1:234567891011121314151617181920

20、p10vccp11poop12p01p13p02pi4p03p15p04pi6p05p17p06resetp07p30/rxdea7vpp31alpp32/intopsenp33/int1p27p34zt0p26p35/t1p25p36p24p37/rdp23x2p22xip2!gndp20at89c5i圖3-1 at89c51引腳圖393837363534333231302928272625242322214()3.1.1引腳定義及功能：主電源引腳vcc和gnd，vcc （40引腳）接+5v電源，gnd （20引腳）接地。 時鐘電路引腳xtal1和xtal2。xtal1 (19)：接外部晶體

21、的一端，在片內它是作為內部振蕩器t2的相放大 器的輸入端。在運用外部時鐘進行工作時，19引腳接地。xtal2 (18)：在振蕩器的閃部進行工作時，第18引腳接到品振的另一端， 在利用振蕩器的外部時鐘進行工作時，該引腳為外部信號的輸入端。控制信號的引腳，rst/vpd ale/prog psen 及 ea/vffrst/vpdc9)：該引腳用于單片機的掉電保護和上電復位。在這個引腳和vcc 它們之間有一個20 nf的電容并且可以通過10kq的下位電阻進行接地，就可 達到上電復位功能，若此在單片機需要在工作時復位，那么此引腳就需要另加 兩個機器周期持續時間(即24個時鐘周期)的高電平。在gnd掉電

22、周期的時候，該引腳可接入備用電源以保存內部ram的信息。 當vcc下降到低于規定的電壓并且vdd接入備用電源的時候，vpd就可以向內部 ram 供電。ale/prog (30)： ale是地址鎖存允許信號，在雙向片外存儲器時，ale用 于鎖存出現在p0 口的低8位地址信號。在不做外部ram讀/寫操作的時候，ale 可以用作定時。對于eprom型單片機，在eprom進行編程的時候，此引腳可以 用于輸入編程脈沖。psen (29)：在訪問外部程序鎖存器時，該引腳輸出負脈沖作為程序存儲器 的讀選通信號。cpu在向外程序存儲器讀取指令期i'ttsen信號在每個機器周 期兩f有效。在訪問外部數據

23、存儲器時，psen信號將不在出現。fa/vpp (31)：在8031中此引腳必須接地或接低電平。對于a部有程序存儲器的機型，el應接高電平，當et為高電平時，單片機 訪問該片內程序存儲器(低4kb地址)，若超出4kb地址時，單片機自動轉去執 行外部程序存儲器中的程序。對于片內有wprom的單片機，在對eprom編程時，此引腳用于接編程電源。輸入/輸出引腳p0, pl，p2, p3。po.opo. 7 (3932)：稱為p0 口，在訪問外部存儲器時，為地址數據復用 門，它分時提供8位地址線和8位的雙向數據線，在eprom編程時，從p0門輸 入指令字節，在檢驗程序時，剛輸出指令字節，p0 口驅動8

24、個ttl電路。p1.0p1.7 (p8)：稱為pl 口，對eprom編程和進行程序驗證時，p1 口接 低8位地址，在8052/8032中p1. 0相當于定時器的外部控制端，p0 口可以驅動 4個ttl電路。p2.0p2. 7 (2廣28): p2 口，它是從系統擴展時作高八位地址線用。不擴展 外部存儲器時，p門也可以作為用戶1/0門線使用，p2門也是準雙向門。p2門 可驅動4個tttl電路。p3.0p3.7 (1017):稱為p3 口，p3 口為雙功能口。該口每一位均可獨立地定義為第一 i/o功能或第二i/o功能。作為第一功能使用時操作同p1 口。 p3 口的第二功能如下：p3.0為rxd 串

25、行門輸入。p3. 1為hd 串行口輸出。p3.2為10外部中斷0輸入端。p3. 3為int1外部中斷1輸入端。p3. 4為to是定時器0外部輸入端。p3. 5為t1是定時器1外部輸入端。p3. 6為to一是外部數據存儲器寫選控制輸入。p3. 7為jd一是外部數據存儲器讀取控制輸出。3.1.2存儲器介紹在at89c51單片機的內部集成有一定容量的數據存儲器和程序存儲器，8031 型號的單片機則沒有集成程序存儲器。在硬件結構上，at89c51擁有4個存儲器：對于程序存儲器，最大尋址范圍 為64k字節，片內片外統一尋址，內部數據存儲器的存儲空間為256字節或384 字節。對于片外數據存儲器的最大尋址

26、范圍為64k字節。1 程序存儲器的介紹它的作用主要是用來存放表格常數以及存放用戶程序，奮內部程序存儲器 的單片機在正常工作的狀態下，ea引腳接高電平，程序從0000h單元開始執行, 當程序計數器的值超過了它本身的容量時候，單片機就會自動轉向片外程序， 存儲器將會繼續執行片外程序的調試，調試程序將會放在與內部程序存儲器地 址重合的外部存儲器之中。對于那些內部沒有程序存儲器的機型，ea引腳將會 始終接到低電平，單片機在工作的吋候它就會去直接執行那些存放在外部程序 存儲器中的那些程序。在程序存儲器中，有七個具有特殊功能的單元，艽中0000h單元為程序計 數器的起始地址。系統復位后程序計數器指針自動指

27、向這一單元，用戶須在 0000h單元中存放一條絕對跳轉指令，從跳轉地址開始存放用戶的程序，艽中6 個特殊單元分別對應于6個中斷源的中斷服務程序入u地址。這些入口地址處須存入絕對跳轉指令，中斷服務子程序從這些轉移地址存 放。2 內部數據存放器內部數據存放器分為3個不同的模塊：由oohffh共128個單元組成低128 字節的ram塊。128個字節的多用寄存器其它單元沒有定義。在片內ram中，ooltlfh為4個工作寄存器區，每個區有8位寄存器。at89c51單片機對工作寄存器和數據存儲器統一編址，程序到底使用哪個寄 存器區，由程序狀態字psw中的rso, rs1即psw中第3, 4位來確定。cpu

28、通過 修改rso, rs1即可以任選擇一個區作為工作寄存器區。從而使單片機具有快速 保護現場的功能，這種處理方式有利于提高中斷的響應速度和程序的運行效率, 如果不需要全部使用4組工作寄存器，則余下的那些工作寄存器區可作為一般 的數據ram。通過堆棧指針sp,可以在ram屮設置堆棧但是堆棧范圍只能僅限 于內部的ram。3 寄存器at89c51共有21個專用寄存器，其屮的5個是8032/8052特別專用的，5 個雙字節寄存器，pc寄存器不屬于內部數據存儲器，除了 pc寄存器外，剩下的 22個寄存器都屬于內部數據存儲器，總共占26個字節。程序計數器pc，它是用來安裝放下一條需要執行的指令的地址，它是

29、 一個十六位的專用寄存器，尋址范圍為64k。累加器acc，它是目前最常用的專用寄存器，大部分的單操作數指令 的操作數和雙操作數指令屮的一個操作部分都取自于累加器acc,算術運算的運 算結果存放在acc或者存放在b寄存器中，在指令系統中a是作為累加器acc 的助記符。b寄存器，b寄存器用于乘除指令屮的兩個操作數，其中的一個取自 于a,另一個則取自于b，最后的運算結果則放在ab寄存器之中，然而對于除 法指令，被除數取自于a，除數取自于b，商存放在a中，余數存放在b中，如 不需要做乘除運算，b寄存器可做ram屮的一個單元使用。程序狀態字psw，t2映了程序的狀態psw中各位狀況如下表：表3-1狀態p

30、sw各位狀況表accyf0rsirsoovpcy為進位標志，它可以由硬件或軟件置位復位，在進行位處理的吋候，cy 作為位累加器使用。f0是用戶定義的狀態標志，f0可以用軟件置位或者復位， 也可以靠軟件測試后的狀態來控制程序的執行順序。rsi rs0工作寄存器區選擇控制位后，使用軟件可對rsi rs0做不同的置位。 以確認工作寄存器r0-r7的工作區。0v是溢出標志，在執行算術運算指令時，由硬件置位或復位。在使用add 和subb指令對帶符號數做加減運算吋。若運算結果超出了 0的寄存器a所能表 示的帶符號數的范圍(_128+127)時0v=l,否則為0。在執行除法指令時，如 除法為0，0v=l否

31、則ov=0。堆棧指針sp，堆棧指針是一個8位專用寄存器，用于指示棧頂在內部 ram中的位置系統復位后，sp為07h堆棧的實際位置從08h開始。由于08it1fh 單元為工作寄存器區的廣3區在需要使用堆棧時，最好將其設置在1fh以上， sp的一方而可由軟件來直接設置，另一方而在執行亞棧，彈出子程序調用，子 程序返回和中斷返回等指令時，sp的指令將隨之自動改變。數據指針dptr, dptr是一個16位的專用寄存器，用于保存16位地 址，在訪問外部數據存儲器及訪問程序存儲器時，將dptr作為地址寄存器使用。端口寄存器，對于i/o接口，mcs51設置了四個寄存器，分別為p0, pl, p2, p3,

32、p0p3作為專用寄存器使用，不設端門操作指令，都使用統一的 mov指令，p(tp3還可以作為專用寄存器用直接尋址方式參與其它操作。串行數據緩沖器sbwf，sbwf用于存放要發送或已接的數據。定時器/計數器，51系列中有2個16位的定時器/計數器to和t1。其它控制寄存器mcs51單片機還設有用于中斷系統，定時器/計數 器串行口和供電方式控制寄存器。在at89c51單片機的片內ram和專用寄存器屮，有一部分的地址空間可以 按位找到。對于可以按位尋址的地址空間又稱為位尋址空間，位尋址空間稱兩 部分，一部分在內部ram的20h2fh這16個單元共128位，它們的位地址為 001廣7f11,另一部分位

33、尋址空間在特殊功能寄存器中，凡是字節地址能被8整除 的，特殊功能寄存器都有尋址。位尋址用于位操作指令，在其它指令中，位地 址變為字節地址。當內部存儲器容量不夠時，須用擴展的辦法增加外部存儲器， 外部程序存儲器一般常使用eprom型芯片。由于存儲器共需要不超過8k的容量, 因此選用2764作為程序存儲器。3.1.3輸入輸出端口的功能輸出端口，所有端口都是雙向的，每個端口都包含一個鎖存器，一個輸出 驅動和一個輸入緩沖器。mux為模擬開關，mux受cpu控制，當控制信號為0時， 輸出級與鎖存器接通，在此時，與輸出為0,輸出級中的上拉fet截止，輸出級 是漏極開始狀態下，若驅動nmos或其它拉電流負載

34、時，需外接上拉電阻，p0 門輸出級可以驅動8個tcl負載。端門屮的兩個三態緩沖器它們的作用是直接讀取端門引腳的數據，當端門 輸入一條需要執行的指令時，讀脈沖就會打開一個三態緩沖器，將端口上的數 據經過緩沖器傳送到a部總線。緩沖器它并不是直接地去讀取端口引腳上的數 據，而是讀取鎖存器q端地數據，q端與引腳處的數據是一致地。結構上這樣是 為丫適應“讀一修改一寫”這一類指令的需要，對于“讀一修改一寫”指令不 去直接接引腳上地數據，而讀取鎖存器q端地數據，是為y讀取引腳的數據。作為一般的i/o 口使用時，po 口是準雙向口，即在輸入數據的時候應該先 把先端口置“1”。這個時候鎖存器的q端為“0”，這樣

35、就會讓輸出級的兩個fft 都截止，引腳處于懸浮狀態時則可以作為高阻輸入，在輸出數據的時候，因為 是漏級開路輸出，所以就必須外接上拉電阻，這樣才會有高電平的輸出，p0 口 作為地址或數據總線使用的時候，它就不能夠再作為i/o 口繼續使用了。當p0門作為地址或者數據總線使用時，一般可以分為兩種情況：第一種情 況是從p0 口輸出數據或者地址，這個時候的控制信號應該為高電平，轉換開關 把t2輸出端與下拉fet連通，同時與門打開。輸出的數據信號或地址信號即通 過與門去驅動上拉電阻fet,同時又通過t2相器去驅動下拉電阻fet;第二種 情況是從p0 口輸入數據，這時信號級放應輸入緩沖器進入內部總線。p0

36、口即可作為通用i/o 口使用，又可作為地址或者數據總線使用，在一般 情況下p0均被地址或者數據總線占用。在輸出驅動部分，p1 口不同于p0 口，它接有由fet構成的內部上拉電阻， 當p1 口某一位輸出高電平時，它可以提供上拉電流負載，不必象p0 口那樣外 接上拉電阻。在p1 口某一位用作輸入時，也必須先向對應的鎖存器寫“1”，使 工作場效應截止由于片內負載電阻為2040kv，因而不會對輸入的數據有影響。p2 口比p1 口多了一個輸出轉換控制開關mvx，當mvx倒向左側時，p2 口作 為通用i/o使用是準雙向口，mvx倒向右側時p2 口用于輸出高8位地址。在接 有外部數據存儲器而未接外部程序存儲

37、器時，若接有外部數據存儲器容量為256 字節，使用mvx類指令即可送出8位地址，故p2 口仍可作為通用i/o 口使用。 若外接數據存儲器容量較大，需由pop2送出16位地址時，在讀寫周期a p2門 引腳將保持地址信息，在輸出地址時不需要p2鎖存器鎖存鎖存器的內容也不會 在輸送地址的過程中改變，故訪問外部數據存儲器結束后，p2鎖存器中的內容 又會重新出現。在引腳上，若不需要頻繁訪m外部數據存儲器時，p2門仍可在 一定限度內作為一般的i/o使用。p3 口是一個多用途端口，在p3 口作為一般i/o 口使用時，工作原理與p1p2 口類似。除作為一般i/o 口外，p3 口的各個口線還是冇第二功能，是引腳

38、部分 說明，當p3 口的第一位用于第二功能時，讀位的鎖存器應接1,第二功能信號 正常通過與非門，送到引腳輸出。而在輸入時，端門引腳輸入信號通過緩沖器 送到第二功能端，不論是作為通用輸入口或作為專用輸入口，其對應的輸出鎖 存器和第二功能端都應置1，在p3門的引腳信號輸入通道屮有兩個緩沖端，通 用輸入信號仍取自三次緩沖器的輸出端。3.1.4掉電模式在掉電模式i,振蕩器停止工作，進入掉電模式的指令是最后一條被執行的指令，片內ram和特殊功能寄存器的內容在終止掉電模式前被凍結。推出掉 電模式的唯一方法是硬件復位。復位后將重新定義全部特殊功能寄存器，但ram屮的內容，在vex恢復到 正常工作電平前，復位

39、應無效，且必須保持一定時間讓振蕩器重啟動并穩定工 作。3.1.5片內flash閃速存儲器的編程在89c51單片機它的內部具有4k的flash的eprom,并且它在出廠的時候 它就己經處在了擦除狀態，所以用戶就可以隨時對它進行編程操作。低電壓 (vex)或者是高電壓(+12v)是編程接口可以允許的編程信號，低電壓的編程 模式它所對應的是用戶在線編程系統，另外高電壓的編程模式它可以與通用 epkom編程器之間互相兼容。89c51芯片的存儲器陣列所采用的是字節寫入的方 式來進行編程，每向里面寫進一個字節就需要寫一個非空字符在整個芯片的 epkom程序存儲器中，所以就必須用片擦除的方式去把整個存儲器當

40、中所存儲的內容清除掉1。at89c51的編程方法如卜：1. 首先先在數據線上加入那些需要寫入的數據字節；2. 然后仔仔在地址線上面加上那些需要進行的編程單元的地址信號；3. 激活和它們之間對應的控制信號；4. 用高電壓編程方式的時候，就需要把ea非/vpp端加上+12v的編程電壓;5. 每對它寫入一個程序加密位或者對它寫入一個字節，當加上y個 ale/prog編程就結束了。每個字節的寫入周期都是由自身來進行定時的，這個 時間大約為1. 5ms左右。3. 1.6單片機3小系統單片機的最小系統它指的是利用盡可能少的元件所組成的單片機并且可以 進行正常工作的系統.對51系列的這些單片機來說，單片機的

41、最小系統基本都 包括了單片機、品振電路、復位電路這些部分。1. 時鐘電路：在我們打算設計時鐘電路時，我們必須需要先去了解一些 at89c51單片機上面的時鐘管腳。xtal1是芯片內部振蕩電路的輸入端；xtal2 是芯片內部振蕩電路的輸出端。xtal1和xtal2它們兩個都是獨立的輸入/ 輸出反相放大器，它們可以由使用石英品振的片內振蕩器來配置，同樣也可以 由器件直接由外部時鐘驅動。圖3-2單片機的最小系統屮采用的是內時鐘模式， 即采用利用芯片內部的振蕩電路，在xtal1, xtal2的引腳外接上定時元件， n部振蕩器就可以產生激振蕩。晶振的頻率一般來說可以在1.2 mhz到12mhz 之間任意

42、選擇，有的時候可以達到24mhz及以上，但是頻率越高就意味著功耗也就越大。在本文中米用的11.0592m的石英晶振。用兩個電容和晶振并聯，其 中這兩個電容的大小能夠對振蕩頻率有些微小影響，這樣的話就可以起到頻率 微調作用。當選用石英晶振的時候，這兩個電容的大小可以在2040pf之間 選擇；如果采用是陶瓷諧振器件的時候，那么電容的容量就需要增大一些，一 般在3050pf之間選擇就可以了。一般情況下選取33pf的陶瓷電容就可以 丫。檢測晶振是否起振的方法可以用示波器可以觀察xtal2輸出的是否是一條 十分漂亮的正弦波，另外也可以使用萬用表測量擋進行檢測，這個時候測量 xtal2和地之間的電壓的話，

43、就可以看到2v左右一點的電壓。下而給出一個 51單片機的最小系統電路圖，如1圖圖3-2:c3sw-pbclc21yi12mhz1234567(1) 91011121314151617181920p10pllp12pl 3p14p15p16p17resetp3ozrxdp31p32z1ntop33/intip34/t0p35/tip36p37/rdx2xigndvcce3938373635343332313029282726252423222140n7 6 543210 u 2 2 2 2 2 2 2 2ppppppppgndat89c51圖3-2 單片機最小系統2. 復位電路：在單片機系統中，

44、復位電路是非常關鍵的，當程序運行不正 常或者程序停止運行吋，這吋就需要進行復位。當mcs-51系列單片機的復位 引腳出現了 2個或者兩個以上的機器周期的高電平時，單片機就會立即執行復 位操作。如果復位引腳rst出現了持續高電平，那么單片機就處于循環復位狀 態。通常來說復位操作冇兩種基本的形式：即開關復位或者是上電后自動復位。 上電的瞬間，由于電容兩端電壓是不能突然產生變化的，這個時候電容的負極 和reset連接在一起，電壓就全部加在丫電阻上，當reset的輸入為高電平 吋芯片會復位。之后+5v的電源就會給電容進行充電，電阻上的電壓就會慢慢 的減小，知道最后電壓為0,芯片就恢復正常工作。并聯在電

45、容的兩端是復位按 鍵，如果復位按鍵沒有被按k那么電路就會實現上電復位，當芯片能夠正常工 作后，可以通過按下復位鍵使得rst引腳出現高電平，這樣的話也就達到了手 動進行復位的效果了。通常來講，要是單片機進行有效的復位，只需要讓rst 引腳上能夠保持高電平10ms以上就可以了。圖3-2屮用的復位電阻和復位電容 都是經典值，但是在進行實際制作的時候可以選擇其他的數值，例如可以選擇 同一數量級的電阻和電容來進行代替，這樣也是可以的。3.2 8279 芯片8279是一個可規劃鍵盤與顯示器界面1c。在鍵盤方面，它最多可以掃描到 64個按鍵（8*8矩陣），若再加上shift和cntl輸入線，則最多可以有25

46、6 個按鍵碼；在顯示器方面可以掃描到16個七段顯示器，若再配合兩顆bcd至 七段解碼器/驅動器1c,則可以控制到32個七段顯示器。可編程鍵盤/顯示接口 8279的引腳功能：8279芯片的供電采用的是正負5v電源供電，40引腳腳的封裝，它們引腳 的各個功能如下：clk：時鐘輸入線，可以產生由內部計時的時鐘脈沖；reset：是復位輸入線，8279芯片在復位之后被置為字符顯示在左端輸入, 二鍵閉鎖的觸點回彈型式，只有，當reset信號處于高電平的時候xl*有效；cs是片選輸入線，只有當出現低電平時j有效，當單片機在cs端口為低電 平時就可以對其進行讀或者寫的操作；wr：寫信號輸入線，當管腳為低電平的

47、時候有效，將緩立器的數據讀出，將 數據從外部數據總線寫入8279的緩沖器；db0db7:雙向數據總線，用來傳輸8279和微處理器之間的數據和命令；a0是緩沖器低位地址，當a0引腳處于高電位時，表示數據總線上為狀態或 者表示數據總線上為命令，當a0引腳處于低電平的時候，則表示數據總線上為 數據；rd：讀信號輸入線，當管腳為低電平有效，將緩沖器數據讀出后，數據將 會被送到外部總線；sl0sl3:掃描線，它作用用來是掃描顯示數字、按鍵開關或者是掃描傳 感器陣列，它們都可以被編程或者能夠被譯碼；irq：為中斷請求輸出線，當管腳處于高電平的時候有效，在鍵盤工作方式 下，在fifo或者傳感器ram當中有數

48、據的時候，此中斷線就會變成高電平，在 fifo或者傳感器ram每一次讀出的時候，中斷線就會下降成為低電平，如果在 ram中還存在有信息的話，那么此線又會重新變成高電平。在傳感器工作方式下 就和鍵盤工作方式下有很大不同，只要探測到了傳感器信號發生變化時，中斷 線就會馬上變為高電平；shift：換位功能，當有開關閉合的時候就它會被拉為低電平，然而如果沒 有按下shift開關時，那么shift的輸入端就會一直保持高電平狀態，在鍵盤 掃描的方式中，只耍按鍵一閉合，換位輸入狀態和按鍵位置就會一起被存貯起來2scntl/stb：當cntl或者stb開關閉合的時候就會將它拉到低電平，不然的 話它就會一直保持

49、著高電平，在鍵盤輸入方式下，它被用作控制輸入端，當按 鍵被按卜*的時候，換位輸入狀態和按鍵位置就會一起被存貯起來。0uta3outao及0utb3outbo:用于顯示輸出b門和a門，這兩個門都是 4x16切換的數字顯示。另外這兩個端口既可以被單獨的控制，也可看作是一個 8位端門；bd：用于顯示空格，這個輸出端的信號主要是用在在用顯示空格命令控制時顯示 空格或者在數字進行轉換吋它就會顯示空格；vcc：正5伏輸入電源線；vss：接地線。8279的功能:8279可按功能可以將它分為：控制模塊和鍵盤模塊、cpu接門功能模塊 以及顯示模塊。3. 控制模塊主要包括掃描計數器、定吋與控制、控制和定時寄存器這

50、幾 部分，它的功能主要是控制顯示模塊和鍵盤模塊的正常工作。intel8279的方框圖如圖3-3所示：outa outbbdslo-3rlo-7 shift cntl7stb圖3-3 intel8279的方框圖控制和定時寄存器:它主要用來存放cpu的編程指令，cpu對8279進行編程以便能夠確定鍵盤工作方式，顯示器工作方式以及在其它工作條件時，能夠優 先地把命令控制數據送到到數據總線上而，之后使cs=o,ao=1, wr=o,把命令鍵存 在控制和定時寄存器屮的時候wr正好在上升沿，隨后經過譯碼操作，建立合適的 功能。定時和控制：它有非常基礎的定時計數器，其中一個計數器它是一個前置定 時器,其屮程

51、序可以預置分頻系數，能夠讓a部的頻率達到lookllz，這樣就能給 出10. 3ms反跳時間以及5. 1ms的鍵盤掃描時間，剩下的那些計數器則將這個基 本頻率進行分頻以后，提供適當的顯示器掃描次數、行掃描、按鍵掃描以及鍵盤 陣列掃描。掃描計數器：掃描計數器本身存在兩種不同的工作方式，在進行編碼工作方 式的時候，計數器它能夠提供一種二進制的計數，它通過管腳sl0-sl3輸出后經 過了外部譯碼之后它才能提供給顯示器和鍵盤的掃描作用，另一種方式是在進 行譯碼工作方式的時候，掃描計數器它會對最低二位進行譯碼操作，然后會由 sl0-sl3輸出“4”選“1”的譯碼信號，以此作為鍵盤和顯示器的譯碼掃描。4.

52、 鍵盤功能塊主要包括：、fifo/傳感器ram狀態，8x8 fifo傳感器ram, 返回緩沖器以及鍵盤反跳及控制3。返回緩沖器與鍵盤反跳及控制：返回緩沖器對八條返回線進行緩沖緩沖，在 鍵盤工作方式下，為了以找出該行鍵中閉合的鍵就會逐個檢測這幾條線，假如反 跳電路測知到丫某鍵閉合，那么它將會等待10. 3ms左右的時間，然后它就會再次 檢測此鍵是不是還是閉合的，如果這個鍵仍然處于閉合狀態,那么這個鍵它在矩 陣中的shtft和cxtl的狀態以及行列地址都會一起被送到ftforam 中3，f0 ram的數據格式如下：d7 d6 d5 d4 d3 d2 di d0 cntl shtft scan re

53、t urn在數據格式中，次高位為shift狀態,最高位cntl, d5-d3和d2-d0他們分 別來自掃描計數器和返回計數器，掃描線計數器的值反映出被按卜的行值而回 掃線計數器的值則反映出被按下鍵的列的值，假如在傳感器的陣列當中，當返冋 線上的數據直接進入到了傳感器ram當屮，那就對應于在陣列屮正在被掃屮的 那一行，那么這樣的話每一個幵關的位置就能夠用來直接反映一個傳感器ram的 位置。fifo/傳感器ram:當一個8x8的ram在通選方式或者鍵盤方式卜，它就是 一個先入先出(fifo)的存貯器，每一個新的信息都要按順序依次地寫入，寫入過 后然后又按照之前寫入的順序依次讀出信總，當存貯器能夠作

54、為傳感器ram吋是 在傳感器陣列掃描方式下，在這個時候ram各行存儲著傳感器陣列當屮相應行的 一些狀態。ram和顯不寄存器：8279芯片的內部一共有8*16的顯不ram,通過兩 個四位端口 out ao-3, out b0-3以及顯示器來刷新進行顯示，顯示器可以是8段 數碼管，也可以是白熾燈，顯示ram可以是8*16的形式，當然它也可以構成兩個 4m6的ram形式，顯示ram它可以由cpu來進行讀寫，顯示地址寄存器將指示被 讀寫的ram字節地址。顯示地址寄存器：保存當前cpu讀或寫的那個ram地址，以及正顯示著的那 兩個4位半字節的地址，cpu命令能編程讀寫地址，讀寫地址也可置為每次進行 讀或

55、寫之后地址會自動地進行加“1”的工作方式，顯示ram可直接由cpu讀出 只有在設置了正確的工作方式之后才能做到，半字節a以及b它們的地址自動由 8279進行更新，以便能夠適應由cpu送入的數據，a半字節和b半字節它們都可 以獨立地送入，當然也可單獨作為一個字送入，那要隨cpu所設置的工作方式來 決定到底是怎樣送入。(4) i/o接口功能塊8279與cpu系統總線接口和i/o控制部分用rd, cs，a0，以及wr四條線 控制8279與cpu之間的數據交換是通過數據緩沖器與i/o控制來實現的，數據 緩沖器是數據交換的雙向通道3。8279的操作:8279芯片它可以適應不同的顯示器和鍵盤的不同工作方式

56、，這是因為8279 它的內部各個功能模塊的工作是可以被操控的，用戶可以用向8279芯片寫命令 字的方法對8279的工作方式等進行編程，從而就能夠達到自己滿意的要求。向 8279寫命令字的條件是必須要同吋使a0=l, cs=o , wr=o,并ii是在wr的上升沿 時把命令打入8279。對cpu來說,8279芯片它只有兩個口地址，一個用于讀寫數據(而另一個則用 于讀寫命令和狀態,但是能夠應用于編程的命令字卻冇很多很多種,讓命令字代 碼屮的高3位(d7,d6, d5,)進行編碼這樣就能夠在8279屮區別那些不同的命令字 符，命令字的真正的內容不是在高三位而是在低五位中。3. 2. 1 8279塞盤、顯示器接口8279芯片它是一個專用鍵盤和顯示控制芯片，它能夠能對顯示器進行自動 地掃描，并且它也能夠能識別出鍵盤上按下的鍵號，這樣的話就能夠最大化地 提高cpu地工作效率，8279與89c51之間的接門是非常方便的，i；前由它的 構成的標準鍵盤與顯示接門應用在單片機的一些應用