畢業(yè)論文--基于單片機(jī)的某液體點(diǎn)滴數(shù)的在線測試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1、<p>　　本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）</p><p>　　論文（設(shè)計(jì)）題目：基于單片機(jī)的某液體點(diǎn)滴數(shù)的在線</p><p><b>　　測試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)</b></p><p>　　學(xué) 院：＿＿＿＿ ＿</p><p><b>　　專 業(yè)：＿</b></p><

2、p>　　班 級：＿＿＿＿＿＿＿</p><p>　　學(xué) 號(hào)：＿＿＿＿＿＿＿</p><p>　　學(xué)生姓名：＿＿＿＿＿＿＿＿</p><p>　　指導(dǎo)教師：＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿</p><p><b>　　年 月</b></p><p><b>　　目 錄&

3、lt;/b></p><p><b>　　摘 要III</b></p><p>　　AbstractIV</p><p><b>　　第一章 前 言1</b></p><p>　　1.1 本設(shè)計(jì)的目的和意義1</p><p>　　1.2 設(shè)計(jì)的國內(nèi)外現(xiàn)狀和發(fā)

4、展趨勢1</p><p>　　1.3 本設(shè)計(jì)應(yīng)解決的主要問題2</p><p>　　第二章 方案的設(shè)計(jì)及論證3</p><p>　　2.1 單片機(jī)的選擇3</p><p>　　2.1.1 8031和8051的區(qū)別3</p><p>　　2.2 液滴檢測方案的比較與選擇3</p><p&g

5、t;　　2.3 點(diǎn)滴速度控制方案的比較與選擇3</p><p>　　2.4 儲(chǔ)液瓶液位的檢測方案的比較與選擇4</p><p>　　2.5鍵盤方案的選擇5</p><p>　　2.6 顯示方案的選擇5</p><p>　　2.7 報(bào)警電路方案的確定5</p><p>　　2.8 總體方案框圖5</p&

6、gt;<p>　　第三張 硬件的設(shè)計(jì)7</p><p>　　3.1 8031單片機(jī)簡介7</p><p>　　3.1.1 8031單片機(jī)的組成及結(jié)構(gòu)7</p><p>　　3.1.2 8031單片機(jī)的引腳定義及功能7</p><p>　　3.2存儲(chǔ)器的擴(kuò)展10</p><p>　　3.2.1 存

7、儲(chǔ)器的尋址10</p><p>　　3.2.2 程序存儲(chǔ)器的擴(kuò)展10</p><p>　　3.2.3 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的擴(kuò)展12</p><p>　　3.3 并行I/O口的擴(kuò)展14</p><p>　　3.4 顯示器接口的設(shè)計(jì)17</p><p>　　3.4.1 LED顯示器簡介17</p>&l

8、t;p>　　3.4.2 動(dòng)態(tài)顯示接口17</p><p>　　3.5 鍵盤接口19</p><p>　　3.5.1 鍵盤工作原理19</p><p>　　3.5.2 矩陣式鍵盤20</p><p>　　3.6 液滴點(diǎn)滴速度檢測電路的設(shè)計(jì)22</p><p>　　3.7 液面檢測電路的設(shè)計(jì)23&

9、lt;/p><p>　　3.8 報(bào)警電路的設(shè)計(jì)24</p><p>　　3.8.1 發(fā)光二極管的選擇24</p><p>　　3.8.2 蜂鳴器的選擇24</p><p>　　3.8.3 報(bào)警電路25</p><p>　　3.9 步進(jìn)電機(jī)的選擇26</p><p>　　3.10 步進(jìn)電

10、機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)28</p><p>　　3.11 系統(tǒng)的掉電保護(hù)31</p><p>　　3.12 系統(tǒng)的精度論證32</p><p>　　第四章 軟件的設(shè)計(jì)33</p><p>　　4.1 主程序的設(shè)計(jì)33</p><p>　　4.2 測速程序的設(shè)計(jì)34</p><p>　　

11、4.3 顯示子程序的設(shè)計(jì)36</p><p>　　4.4 調(diào)速程序的設(shè)計(jì)39</p><p>　　4.5 鍵盤中斷程序的設(shè)計(jì)43</p><p>　　4.6 延時(shí)子程序的設(shè)計(jì)46</p><p>　　4.7 報(bào)警程序的設(shè)計(jì)46</p><p><b>　　第五章 結(jié)論47</b><

12、;/p><p>　　參 考 文 獻(xiàn)48</p><p><b>　　致 謝49</b></p><p>　　基于單片機(jī)的某液體點(diǎn)滴數(shù)的在線測試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　本次設(shè)計(jì)的系統(tǒng)，是以8031單片機(jī)為核心以鍵盤及

13、紅外傳感器為輸入系統(tǒng)，以數(shù)碼管、報(bào)警電路及步進(jìn)電機(jī)為輸出系統(tǒng)的智能化的液體點(diǎn)滴速度的控制及監(jiān)測系統(tǒng)。它可以實(shí)現(xiàn)對液體點(diǎn)滴速度的實(shí)時(shí)顯示，并對儲(chǔ)液瓶中剩余液體進(jìn)行監(jiān)視。系統(tǒng)檢測精度高、點(diǎn)滴速度調(diào)節(jié)響應(yīng)快。本文介紹了系統(tǒng)的硬件組成、工作原理和軟件的設(shè)計(jì)。</p><p>　　本系統(tǒng)包括液體點(diǎn)滴速度的測速模塊、液體點(diǎn)滴速度的控制模塊、液體液位檢測模塊、鍵盤輸入模塊、顯示模塊和聲光報(bào)警模塊六個(gè)部分。應(yīng)用壓強(qiáng)隨著液體高度變

14、化而變化的原理，利用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制儲(chǔ)液瓶升降來實(shí)現(xiàn)對點(diǎn)滴速度的控制。點(diǎn)滴速度可用鍵盤來設(shè)定，設(shè)定范圍為20~150(滴/分)，控制誤差范圍在110%滴。液體的實(shí)際點(diǎn)滴速度和通過鍵盤設(shè)定的點(diǎn)滴速度可以通過LED顯示器顯示出來。同時(shí)在液體到達(dá)警戒線以下時(shí)能發(fā)出報(bào)警信號(hào)。</p><p>　　關(guān)鍵詞：單片機(jī)、液滴數(shù)檢測、紅外傳感器、步進(jìn)電機(jī)</p><p>　　The Design Based

15、On MCU Of A Liquid Drop Speed Test Online System</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　This system uses a MCU as a core , a keyboard and infrared detecter as the input system ,a LED disp

16、lay circuit, a warning circuit and a stepper motor as the output system to realize the auto controlling of the liquid drop speed . It can display the real-time drop speed of the liquid , and scout the remaining liquid in

17、 bottle . The system has a high precision and high sensitivity to test and control the speed . This paper introduced the hardware , software and the principle of the system .</p><p>　　This system is composed

18、 by six parts —— a liquid drop speed test module , a liquid drop speed control module , a the liquid level test module , a keyboard module , a display module and a sound and light alarm module . Use the theory that the p

19、ressure is changed by the change of the level of liquid to use the stepper motor to control the liquids bottle rise or fall to realize the controling of the liquid drop speed . The drop speed of liquid can be ascertained

20、 by the keyboard at the range of 20 </p><p>　　Keywords: MCU , testing of liquid drop, infrared sensor,stepper motor</p><p><b>　　+第一章 前 言</b></p><p>　　1.1 本設(shè)計(jì)的目的和意義</

21、p><p>　　在節(jié)約型社會(huì)的現(xiàn)代化生產(chǎn)、生活中，對投入生產(chǎn)、生活的資料有著越來越精確的要求。如靜脈輸液是臨床醫(yī)學(xué)中一個(gè)重要的治療手段。根據(jù)不同病人的病情和體質(zhì)的差異，需要不同是輸液速度及流量，目前對輸液速度的控制普遍采用手工方法，由護(hù)士根據(jù)經(jīng)驗(yàn)調(diào)節(jié)使得點(diǎn)滴速度不夠準(zhǔn)確。此外在輸液過程中，需要及時(shí)監(jiān)視剩余的藥液，若藥液輸完，未能及時(shí)更新或結(jié)束輸液，則會(huì)發(fā)生醫(yī)療事故。同時(shí)有些病人，如非典病人，不便與外界過多接觸，對這些

22、病人進(jìn)行輸液的最佳管理方式為遠(yuǎn)程控制。又如化工生產(chǎn)線上某些少量液體原料的投入是通過液體點(diǎn)滴速度來控制的，顯而易見，點(diǎn)滴速度的快慢將直接影響最終產(chǎn)品的品質(zhì)。</p><p>　　由以上可以看出，在某些場合控制液體的點(diǎn)滴速度是及其重要的，本設(shè)計(jì)的目的也就在于能夠準(zhǔn)確的監(jiān)控液體的點(diǎn)滴速度，給相關(guān)人員提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，從而提高生活、生產(chǎn)質(zhì)量。</p><p>　　1.2 設(shè)計(jì)的國內(nèi)外現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢&

23、lt;/p><p>　　基于單片機(jī)原理的液體點(diǎn)滴速度在線測試系統(tǒng)這個(gè)課題，之前已經(jīng)有人做過類似的設(shè)計(jì)，如《基于模糊控制算法的智能液體點(diǎn)滴速度監(jiān)控系統(tǒng)》。這些系統(tǒng)水滴速度測試系統(tǒng)、水速控制系統(tǒng)、顯示裝置、單片機(jī)系統(tǒng)、鍵盤和報(bào)警等系統(tǒng)組成。應(yīng)用水的壓強(qiáng)隨著高度差的變化而變化的原理，利用控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的升降來控制點(diǎn)滴速度——主要是通過控制儲(chǔ)液灌的高度來實(shí)現(xiàn)對液體點(diǎn)滴速度的控制，點(diǎn)滴速度可用鍵盤來設(shè)定?；緦?shí)現(xiàn)了控制點(diǎn)滴速度

24、誤差在滴左右和超過誤差范圍時(shí)自動(dòng)報(bào)警的功能。</p><p>　　目前這種系統(tǒng)正向?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)距離，多點(diǎn)位，集中分時(shí)顯示各點(diǎn)位液體點(diǎn)滴速度情況的方向發(fā)展。</p><p>　　1.3 本設(shè)計(jì)應(yīng)解決的主要問題</p><p>　　本次設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)的系統(tǒng)是基于單片機(jī)的液體點(diǎn)滴速度的在線測試系統(tǒng)，要求運(yùn)用單片機(jī)知識(shí)設(shè)計(jì)出經(jīng)濟(jì)適用的液體點(diǎn)滴速度控制系統(tǒng)。系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確地設(shè)定某液體的點(diǎn)滴

25、速度且能夠通過電子傳感器檢測該液體的點(diǎn)滴速度并能夠?qū)崟r(shí)控制和顯示液體的點(diǎn)滴速度，實(shí)現(xiàn)參數(shù)掉電保護(hù)，測量和控制誤差范圍為1±10℅，并要求具有當(dāng)液位超低于警戒值時(shí)的自動(dòng)報(bào)警的功能。</p><p>　　第二章 方案的設(shè)計(jì)及論證</p><p>　　2.1 單片機(jī)的選擇</p><p>　　2.1.1 8031和8051的區(qū)別</p><p

26、>　　8031和8051是MCS-51系列單片機(jī)的典型產(chǎn)品。它們的區(qū)別在于8051是ROM型單片機(jī)，內(nèi)部有4K ROM ，而8031內(nèi)部沒有ROM。</p><p>　　由于4K的ROM難以滿足本次設(shè)計(jì)的要求，仍然需要擴(kuò)展外部程序存儲(chǔ)器，編程時(shí)同時(shí)使用內(nèi)部和外部存儲(chǔ)器需要對引腳進(jìn)行控制，給編程帶來不必要的麻煩。所以本設(shè)計(jì)采用8031單片機(jī)。</p><p>　　2.2 液滴檢測方案的

27、比較與選擇</p><p>　　方案一：采用可見光發(fā)光二極管與光敏三極管傳感電路。</p><p>　　方案二：采用電感式傳感器測量點(diǎn)滴速度。在輸液器的漏斗外圍繞線圈作為敏感元件，當(dāng)液滴滴下時(shí)電感量發(fā)生變化，通過LC振蕩電路后輸出變化的頻率，經(jīng)過F/V轉(zhuǎn)換電路及電壓比較后輸出電平信號(hào)來檢測點(diǎn)滴速度。</p><p>　　方案三：使用紅外發(fā)光二極管和接收管組合（紅外光

28、電傳感器）測量點(diǎn)滴速度。紅外發(fā)光二極管發(fā)出的光亮強(qiáng)度一定，當(dāng)有液滴滴下時(shí)，由于液滴的遮擋、反射和散射作用，接收管接收到的光的強(qiáng)度發(fā)生變化，輸出變化的電壓信號(hào)，此電壓信號(hào)經(jīng)過放大和整形后被轉(zhuǎn)化為舉行波，送給單片機(jī)計(jì)數(shù)來測量點(diǎn)滴速度。</p><p>　　對于方案一，由于系統(tǒng)外界光源對光敏三極管的工作有很大干擾，一旦外界光亮度改變，就會(huì)影響對液滴的檢測。雖然采用超強(qiáng)亮度發(fā)光管可以減少干擾，但功率損耗大，而方案二的電路

29、又較為復(fù)雜，相比較下方案三具有傳感器體積小、靈敏度高，外圍電路簡單，性能穩(wěn)定可靠等優(yōu)點(diǎn)，所以采用方案三。</p><p>　　2.3 點(diǎn)滴速度控制方案的比較與選擇</p><p>　　方案一：對滴速夾松緊的控制</p><p>　　對滴速夾松緊的控制就是通過對滴速夾松緊的調(diào)節(jié)，改變塑料滴管的形狀以控制液體的滴速。這樣的方法雖然直觀，但存在很多缺點(diǎn)。首先由于對管壁施加

30、壓力改變其形狀，所施加的壓力與液體滴速的關(guān)系難以確定，這給滴速控制帶來了難度。其次由于滴管是由塑料制成，存在范性變形，在長時(shí)間受壓后滴速夾并不能使滴管完全恢復(fù)原形，控制裝置無法保證理想的控制效果?？偨Y(jié)上述原因，不采用此控制方法。</p><p>　　方案二：對儲(chǔ)液瓶高度的控制</p><p>　　對儲(chǔ)液瓶高度的控制就是通過改變儲(chǔ)液瓶的高度，老控制點(diǎn)滴速度，由于高度的改變與點(diǎn)滴速度基本成線性

31、關(guān)系[1]，這易于對點(diǎn)滴速度進(jìn)行控制。而儲(chǔ)液瓶的高度可通過電機(jī)實(shí)現(xiàn)精確的控制。故我選用此方案來控制點(diǎn)滴速度。</p><p>　　對儲(chǔ)液瓶高度的控制方法有兩種：一種是采用單片機(jī)和D/A轉(zhuǎn)換構(gòu)成系統(tǒng),控制普通電動(dòng)機(jī)。由于普通電動(dòng)機(jī)精確度較差，很難達(dá)到精確控制的目的。另一種是用單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)?？刂菩盘?hào)為數(shù)字信號(hào),不在需要數(shù)/模轉(zhuǎn)換;具有快速啟/停能力,可在一剎那間實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)或停止，定位準(zhǔn)確,精度高,可操作性強(qiáng)。&l

32、t;/p><p>　　綜合考慮題目要求,一方面調(diào)節(jié)的步長盡可能的小,定位要好;另一方面如果停止信號(hào)到來,滑輪能夠快速停止,并且力矩足夠大,確保吊瓶不下滑。所以采用第二中方法，用單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)來控制儲(chǔ)液瓶的高度。</p><p>　　2.4 儲(chǔ)液瓶液位的檢測方案的比較與選擇</p><p>　　方案一：采用超聲波脈沖回波方法檢測液位。測出超聲波從發(fā)射聲波到接收聲波所需

33、要的時(shí)間，根據(jù)超聲波的聲速及發(fā)射傳感器與液面之間的距離計(jì)算出液位的高度。由于短距離內(nèi)超聲波存在忙區(qū)影響精度，且超聲波檢測裝置安裝復(fù)雜，因此不采用此方案。</p><p>　　方案二：采用紅外對管檢測液位，此方法和液滴的檢測方法原理相同。正常情況下，發(fā)射管和接收管之間有液體，由于液體的遮擋、反射和散射作用，接受管接收到的光的強(qiáng)度相對教若。當(dāng)液面降到紅外對管的安裝位置以下時(shí)，接收管接收到的光強(qiáng)度教強(qiáng)，由于前后光強(qiáng)度的

34、不同，產(chǎn)生高低電平，從而發(fā)出報(bào)警信號(hào)。此方法裝置安裝簡單，可以簡化系統(tǒng)設(shè)計(jì)，所以采用此方案檢測液位。</p><p>　　2.5鍵盤方案的選擇</p><p>　　方案一：采用矩陣式鍵盤,此類鍵盤采用矩陣式行列掃描方式，優(yōu)點(diǎn)是當(dāng)按鍵較多時(shí)可降低占用單片機(jī)的I/O口數(shù)目,缺點(diǎn)為電路復(fù)雜且會(huì)加大編程難度。</p><p>　　方案二：采用獨(dú)立式按鍵電路,每個(gè)按鍵單獨(dú)占

35、有一根I/O接口線，每個(gè)I/O口的工作狀態(tài)互不影響，此類鍵盤采用端口直接掃描方式，缺點(diǎn)為當(dāng)按鍵較多時(shí)占用單片機(jī)的I/O口數(shù)目較多，優(yōu)點(diǎn)為電路設(shè)計(jì)簡單，且編程極其容易。</p><p>　　綜合考慮兩種方案及題目要求，方案一需要7個(gè)I/O口。方案二需要11個(gè)I/O口，由于系統(tǒng)I/O口資源足有限,。采用方案一。</p><p>　　2.6 顯示方案的選擇</p><p>

36、;　　方案一：采用液晶顯示器（LCD）。一個(gè)LCD液晶顯示器可以同時(shí)顯示多個(gè)字符，有的型號(hào)還能顯示復(fù)雜圖形，且清晰度叫高。其功耗比LED發(fā)光二極管低大約3個(gè)數(shù)量級，但是壽命比LED發(fā)光二極管少大約2個(gè)數(shù)量級。LCD本身不能直接發(fā)光，需要依靠外界光反射才能顯示字符，所以在黑暗條件下需要加背光。此外LCD需要交流驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜。</p><p>　　方案二：采用發(fā)光二極管顯示器（LED）。一個(gè)LED顯示器只能顯示一個(gè)字

37、符或者字段，功耗比LCD高，但壽命長、響應(yīng)速度快、本身可以發(fā)光、在黑暗條件下可以直接使用、采用直流驅(qū)動(dòng)，結(jié)構(gòu)簡單。</p><p>　　由于本設(shè)計(jì)所顯示的字符僅僅為數(shù)字，不顯示復(fù)雜字符，所以采用方案二。</p><p>　　2.7 報(bào)警電路方案的確定</p><p>　　本設(shè)計(jì)采用聲光報(bào)警。當(dāng)單片機(jī)接受到報(bào)警信號(hào)時(shí)，驅(qū)動(dòng)LED發(fā)光二極管發(fā)出紅色報(bào)警燈光，同時(shí)驅(qū)動(dòng)蜂鳴

38、器發(fā)出警報(bào)聲音。</p><p>　　2.8 總體方案框圖</p><p>　　根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)的要求，本系統(tǒng)包括液體點(diǎn)滴速度的測速模塊、液體點(diǎn)滴速度的控制模塊、液體液位檢測模塊、鍵盤輸入模塊、顯示模塊和報(bào)警模塊六個(gè)部分。系統(tǒng)的總體方案框圖如圖2-1所示</p><p>　　圖2-1總體方案框圖</p><p>　　由紅外測速模塊檢測出液體的實(shí)際

39、點(diǎn)滴速度，由鍵盤輸入控制者要求的點(diǎn)滴速度，由顯示模塊顯示出鍵盤輸入的值和實(shí)際點(diǎn)滴速度的值，由速度調(diào)控模塊根據(jù)鍵盤輸入的值調(diào)節(jié)實(shí)際點(diǎn)滴速度，由液面檢測模塊檢測液位是否低于設(shè)定的液位，根據(jù)液面檢測模塊發(fā)出的信號(hào)通過單片機(jī)控制報(bào)警系統(tǒng)報(bào)警。</p><p><b>　　第三張 硬件的設(shè)計(jì)</b></p><p>　　3.1 8031單片機(jī)簡介</p><

40、p>　　3.1.1 8031單片機(jī)的組成及結(jié)構(gòu)</p><p>　　1. 中央處理器（CPU）</p><p>　　中央處理器是單片機(jī)的核心部分，是單片機(jī)的大腦和心臟，主要完成運(yùn)算和控制功能。8031的CPU是一個(gè)字長為8位的中央處理單元，即他對數(shù)據(jù)的處理是按字節(jié)為單位進(jìn)行的。</p><p>　　2. 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器</p><p>

41、　　8031共有2個(gè)16位的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，可以實(shí)現(xiàn)定時(shí)和計(jì)數(shù)功能。</p><p><b>　　3. 并行I/O口</b></p><p>　　8031有4個(gè)8位的I/O口，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的并行輸入、輸出。</p><p><b>　　4. 串行口</b></p><p>　　8031有1個(gè)全雙工的

42、可編程串行口，以實(shí)現(xiàn)單片機(jī)和其他設(shè)備之間的串行數(shù)據(jù)傳送。</p><p><b>　　5. 時(shí)鐘電路</b></p><p>　　8031內(nèi)部有時(shí)鐘電路，但晶振和微調(diào)電容需要外接。時(shí)鐘電路為單片機(jī)產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖序列。</p><p><b>　　6. 中斷系統(tǒng)</b></p><p>　　8031的中

43、斷系統(tǒng)功能較強(qiáng)，可以滿足一般控制系統(tǒng)的需要。它共有5個(gè)中斷源：2個(gè)外部中斷源，即2個(gè)定時(shí)/計(jì)數(shù)中斷，1個(gè)串行口中斷。</p><p>　　3.1.2 8031單片機(jī)的引腳定義及功能</p><p>　　8031單片機(jī)采用40腳雙列之插封裝式，如圖3-1所示。</p><p>　　圖3-1 8031引腳圖</p><p>　　8031單片機(jī)是

44、高性能單片機(jī)，因?yàn)槭艿揭_數(shù)目的限制，所以有不少引腳具有第二功能。引腳的名稱和功能如下：</p><p>　　1. 主電源引腳Vss和Vcc</p><p>　　Vss（20腳）：接地引腳</p><p>　　Vcc（40腳）：主電源，接+5V</p><p>　　2. 時(shí)鐘電路引腳XTAL1和XTAL2</p><p&g

45、t;　　XTAL1（19腳）：接外部晶體的一端。在片內(nèi)它是振蕩電路反相放大器的輸入端。在采用外部時(shí)鐘時(shí)，對于HMOS單片機(jī)，該引腳接地；對于CHMOS單片機(jī)，此引腳作為驅(qū)動(dòng)器。</p><p>　　XTAL2（18腳）：接外部晶體的另一端。在片內(nèi)它是一個(gè)振蕩電路反相放大電路的輸出端，振蕩電路的頻率是晶體振蕩頻率。若采用外部時(shí)鐘電路，對于CHMOS單片機(jī)，該引腳輸入外部時(shí)鐘脈沖；對于CHMOS單片機(jī)，此引腳應(yīng)懸浮。

46、</p><p>　　3. 控制信號(hào)引腳RST、、、</p><p>　　RST（9腳）：單片機(jī)剛接上電源時(shí)，其內(nèi)部各寄存器處于隨機(jī)狀態(tài)，在該引腳輸入24個(gè)時(shí)鐘周期寬度以上的高電平將使單片機(jī)復(fù)位（RESET）。</p><p>　?。?0腳）：訪問片外存儲(chǔ)器時(shí)，ALE作鎖存擴(kuò)展地址低位字節(jié)的控制信號(hào)（稱允許鎖存地址）。平時(shí)不訪問片外存儲(chǔ)器時(shí)，該端以1/6的時(shí)鐘振蕩頻

47、率固定輸出正脈沖，共定時(shí)或者其他需要使用；在訪問片外存儲(chǔ)器時(shí)會(huì)丟失一個(gè)脈沖。ALE端的負(fù)載驅(qū)動(dòng)能力為定時(shí)或者其他需要使用。</p><p>　　（29腳）：在訪問片外程序存儲(chǔ)器時(shí)，此端輸出負(fù)脈沖作為存儲(chǔ)器讀選信號(hào)。CPU在向片外存儲(chǔ)器取指令期間，信號(hào)在12個(gè)時(shí)鐘周期中兩次生效。不過在訪問片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的信號(hào)不出現(xiàn)。端可以驅(qū)動(dòng)8個(gè)低功耗高速TTL負(fù)載。</p><p>　?。?

48、1腳）：當(dāng)端輸入高電平時(shí)，CPU從片內(nèi)程序存儲(chǔ)器地址0000H單元開始執(zhí)行程序。當(dāng)?shù)刂烦?K時(shí)，將自動(dòng)執(zhí)行片外程序存儲(chǔ)器的程序。當(dāng)輸入低電平時(shí)，CPU僅訪問片外程序存儲(chǔ)器。</p><p>　　4. 輸入/輸出引腳（P0、P1、P2和P3端口引腳）</p><p>　　P0、P1、P2和P3是4個(gè)寄存器，也稱為4個(gè)端口，是8031單片機(jī)與外界聯(lián)系的4個(gè)8位雙向并行I/O口。由于數(shù)據(jù)在傳輸

49、過程中，CPU需要對接口電路中輸入/輸出數(shù)據(jù)的寄存器進(jìn)行讀寫操作，所以在單片機(jī)中對這些寄存器像存儲(chǔ)單元一樣進(jìn)行編址。通常把接口電路中這些已經(jīng)編址并能進(jìn)行讀寫操作的寄存器稱為端口，或者簡稱為口。</p><p>　?。?932腳）：P0口是一個(gè)8位漏極開路型雙向I/O端口。在訪問片外存儲(chǔ)器時(shí)，它分時(shí)提供低8位地址和8位雙向數(shù)據(jù)，故這些I/O口線有地址線/數(shù)據(jù)線之稱，簡寫為。</p><p>

50、　?。?8腳）：P1是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O端口。</p><p>　?。?128腳）：P2是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O端口。在訪問片外存儲(chǔ)器時(shí)，它輸出高8位地址，即。</p><p>　?。?017腳）：P3是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O端口。在整個(gè)系統(tǒng)中，這8個(gè)引腳還具有專門的第二功能，如表3-1所示。</p><p>　　表3-1 3

51、口各位的第二功能</p><p><b>　　3.2存儲(chǔ)器的擴(kuò)展</b></p><p>　　因?yàn)?031內(nèi)部沒有ROM，而RAM只有256B，所以需要擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。</p><p>　　3.2.1 存儲(chǔ)器的尋址</p><p>　　存儲(chǔ)器尋址是通過對地址線進(jìn)行適當(dāng)連接，使存儲(chǔ)器中任一單元都對應(yīng)惟一的尋址地

52、址。存儲(chǔ)器尋址分兩步，即存儲(chǔ)器芯片的尋址和芯片內(nèi)部存儲(chǔ)單元的尋址。在存儲(chǔ)器尋址問題中，對于芯片內(nèi)部存儲(chǔ)單元的選擇方法很簡單，就是把存儲(chǔ)器芯片的地址線和相應(yīng)的系統(tǒng)地址線按位相接。</p><p>　　3.2.2 程序存儲(chǔ)器的擴(kuò)展</p><p>　　程序存儲(chǔ)器擴(kuò)展時(shí)，一般擴(kuò)展容量都大于256B，因此，除了由 P0提供低8位地址線之外，還需要由P2口提供若干地址線。程序存儲(chǔ)器所需要的地址線數(shù)決

53、定于其容量的大小，當(dāng)程序存儲(chǔ)器為2KB時(shí)地址線為11根，4KB時(shí)為12根，依次類推。</p><p>　　1. 27128簡介</p><p>　　本設(shè)計(jì)擴(kuò)展的的存儲(chǔ)器容量大小為16KB，因?yàn)?，所以地址線為14根，芯片為EPROM芯片27128。27128的引腳圖如圖3-2所示。</p><p>　　圖3-2 27128的引腳圖</p><p&

54、gt;　　A0A13為27128的14根地址線，分別和8031的P0.0P0.7和P2.0P2.5相連。當(dāng)8031發(fā)出低14位地址信息時(shí)，分別選中27128片內(nèi)16KB存儲(chǔ)器中各單元。</p><p>　　27128的引腳為片選信號(hào)輸入端，低電平有效，表示選中該芯片。當(dāng)外部程序存儲(chǔ)器采用單片電路時(shí)，其片選端可以直接接地。，本設(shè)計(jì)中將片選信號(hào)端接8031單片機(jī)的P2.6 引腳。</p><p&g

55、t;　　27128的引腳為輸出使能端，與單片機(jī)的端相連。當(dāng)有效時(shí)，把27128中的指令或者數(shù)據(jù)通過P0口線讀入8031單片機(jī)中。</p><p>　　Vcc引腳為27128的電源引腳，接+5V電源。</p><p>　　GND引腳為27128的接地端。</p><p>　　2. 74LS373簡介</p><p>　　因?yàn)?031單片機(jī)的P0

56、口為地址線和數(shù)據(jù)線共用的I/O口，所以在進(jìn)行程序存儲(chǔ)器的擴(kuò)展時(shí)，需要用到地址鎖存器74LS373。74LS373的引腳圖如圖3-3所示。</p><p>　　圖3-3 74LS373的引腳圖</p><p>　　D0D7為數(shù)據(jù)輸入端，使用時(shí)分別和8031的P0.0P0.7相連。</p><p>　　Q0Q7為輸出端，使用時(shí)和27128的A0A7相連。</p&g

57、t;<p>　　為三態(tài)允許控制端，當(dāng)為低電平時(shí)，O0O7為正常邏輯狀態(tài)，可以用來驅(qū)動(dòng)負(fù)載，當(dāng)為高電平時(shí)，O0O7為高阻狀態(tài)，不能驅(qū)動(dòng)負(fù)載。</p><p>　　G鎖存允許端，使用時(shí)和8031的ALE引腳相連，每當(dāng)ALE下跳變時(shí)，74LS373鎖存低8位地址線A0A7，并輸出供系統(tǒng)使用。</p><p>　　Vcc引腳為74LS373的電源引腳，接+5V電源。</p>

58、;<p>　　GND引腳為74LS373的接地端。</p><p>　　3.2.3 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的擴(kuò)展</p><p>　　8031的擴(kuò)展系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器最大可以擴(kuò)展64K，由于面向控制，實(shí)際需要擴(kuò)展容量不大。常用芯片有6116、6264等。</p><p>　　數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器空間地址同程序存儲(chǔ)器一樣，由P2提供高8位地址，P0口分時(shí)提供低8位地址和8位雙

59、向數(shù)據(jù)線。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的讀和寫由（P3.7）和（P3.6）信號(hào)控制，而程序存儲(chǔ)器由讀選通信號(hào)控制。所以兩者雖然共處同一地址空間，但由于控制信號(hào)不同，故不會(huì)發(fā)生總線沖突。</p><p>　　1. 6116簡介</p><p>　　本設(shè)計(jì)擴(kuò)展的的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器容量大小為2KB，因?yàn)椋缘刂肪€為10根，芯片為RAM芯片6116。6116的引腳圖如圖3-4所示。</p><p&

60、gt;　　圖3-4 6116的引腳圖</p><p>　　A0A10為地址輸入端口</p><p>　　D0D7為數(shù)據(jù)線端口</p><p><b>　　為片選信號(hào)端口</b></p><p><b>　　輸出使能端口</b></p><p><b>　　為寫使能端

61、口</b></p><p>　　6116與8031組成擴(kuò)展系統(tǒng)時(shí)，與8031單片機(jī)的（P3.6）腳相連，與8031單片機(jī)的（P3.7）腳相連，8031單片機(jī)的P2.7相連，D0D7與8031的P0口相連。和擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器時(shí)一樣，因?yàn)?031單片機(jī)的P0口為地址線和數(shù)據(jù)線共用的I/O口，所以在進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的擴(kuò)展時(shí)，也需要用到地址鎖存器74LS37。A0A7與74LS373的Q0Q7相連。</p&

62、gt;<p>　　根據(jù)以上所述程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器綜合擴(kuò)展電路如圖3-5所示</p><p>　　圖3-5程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器綜合擴(kuò)展電路</p><p>　　3.3 并行I/O口的擴(kuò)展</p><p>　　1. 8031單片機(jī)共有4個(gè)8位并行I/O口，但這些I/O口并不能全部供給用戶使用，通常只有P1口和部分P2、P3口可以供給用戶使用。本設(shè)計(jì)

63、中，這些I/O口不能滿足使用要求，因此需要對I/O口進(jìn)行擴(kuò)展。</p><p>　　8031單片機(jī)中，擴(kuò)展的I/O口的尋址方法和存儲(chǔ)器的尋址方法相同，所有擴(kuò)展的I/O口或者相當(dāng)于I/O外設(shè)以及通過擴(kuò)展I/O口連接的外設(shè)均與片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器統(tǒng)一編址，所以對片外I/O口的輸入輸出指令就是訪問片外RAM的指令。</p><p>　　并行I/O口的擴(kuò)展有簡單I/O口的擴(kuò)展和可編程接口電路擴(kuò)展兩種。簡

64、單I/O口的擴(kuò)展，具有電路簡單、成本低廉、配置靈活的優(yōu)點(diǎn)，但擴(kuò)展的I/O口數(shù)有限，不能滿足本設(shè)計(jì)對I/O口數(shù)的需求。因此采用可編程接口電路擴(kuò)展的方法擴(kuò)展I/O口，選擇的擴(kuò)展芯片為8255。 </p><p>　　2. 8255的引腳圖，如圖3-6所示</p><p>　　圖3-6 8255的引腳圖</p><p>　　PA0 PA7為A口，PB0 PB7為B口，P

65、C0 PC7為C口。用于8255與外設(shè)之間傳送數(shù)據(jù)。</p><p>　　D0 D7用于傳送CPU與8255之間的命令與數(shù)據(jù)。</p><p>　?。鹤x信號(hào)，低電平有效。當(dāng)這個(gè)引腳輸入為低電平時(shí)，控制8255送出數(shù)據(jù)或者狀態(tài)信息到CPU，即CPU對8255進(jìn)行讀操作。</p><p>　?。簩懶盘?hào)，低電平有效。當(dāng)這個(gè)引腳輸入為低電平時(shí)，控制把CPU輸出的數(shù)據(jù)或者命令

66、寫到8255，既CPU對8255進(jìn)行寫操作。</p><p>　　RESET：復(fù)位信號(hào)，高電平有效。當(dāng)此引腳為高電平時(shí)，所有8255內(nèi)部寄存器都清零。所有通道都設(shè)置為輸入方式。24條I/O引腳為高阻狀態(tài)。</p><p>　?。浩x信號(hào)線，低電平有效。當(dāng)此引腳為低電平時(shí)，8255被CPU選中。</p><p>　　A0和A1：這是兩個(gè)輸入信號(hào)端，通常一一對應(yīng)接到地址

67、總線低兩位。當(dāng)有效時(shí)，這兩位的組合00、01、10、11分別用來選擇A、B、C口和控制寄存器。所以，一片8255共有4個(gè)地址單元。</p><p>　　3. 8255的工作方式</p><p>　　8255有三種工作方式，即方式0、方式1、方式2。</p><p>　　方式0（基本輸入/輸出方式）：這種方式不需要任何選通信號(hào)。A口、B口以及C口的高4位和低4位都可

68、以被設(shè)定為輸入或者輸出。作為輸出口時(shí)，輸出的數(shù)據(jù)被鎖存，B口和C口作為輸入口時(shí)，其輸入的數(shù)據(jù)不鎖存。</p><p>　　方式1（選通輸入/輸出方式）：在這種工作方式下，A、B、C三個(gè)口將分為兩組。A組包括A口和C口的高4位，A口可以通過編程設(shè)定為輸入或者輸出口，C口的高4位則作為輸入/輸出操作的控制和同步信號(hào)；B組包括B口和C口的低4位，B口可以通過編程設(shè)定為輸入或者輸出口，C口的低4位則作為輸入/輸出操作的控

69、制和同步信號(hào)。A口和B口的輸出數(shù)據(jù)都被鎖存。</p><p>　　方式2（雙向數(shù)據(jù)傳送方式）：在這種方式下，A 口為8位雙向數(shù)據(jù)口，C口的PC3 PC7用來作為輸入/輸出的控制同步信號(hào)；應(yīng)該注意的是，只有A口允許作為雙向數(shù)據(jù)口使用，這時(shí)B口和PC0 PC2則可以通過編程設(shè)置為方式0或者方式1工作。</p><p>　　4. 8031單片機(jī)與8255的接口邏輯簡單，其接口電路如圖3-7所示

70、。</p><p>　　圖中，8255的片選信號(hào)及口地址選擇線A0和A1分別由8031的P2.0、P0.0和P0.1經(jīng)過地址鎖存器74LS373后提供。故本片8255的A、B、C口及控制寄存器的地址分別為0000H、0002H、0001H和0003H。8255的D0 D7分別和8031的P0.0 P0.7相連。8255的復(fù)位端RESET和8031的復(fù)位端RESET相連，都接到8031單片機(jī)的復(fù)位電路上。另外，80

71、31的、分別和8031單片機(jī)的、一一對應(yīng)相連。</p><p>　　圖3-7 8031與8255的接口電路</p><p>　　3.4 顯示器接口的設(shè)計(jì)</p><p>　　為了便于操作人員觀察和監(jiān)視液體點(diǎn)滴速度的情況，需要顯示器作為單片機(jī)的輸出設(shè)備，用來顯示鍵盤的輸入值和液體點(diǎn)滴速度的實(shí)際值。由前面是系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)所述，本設(shè)計(jì)采用LED顯示器。</p>

72、<p>　　3.4.1 LED顯示器簡介</p><p>　　LED顯示器是由發(fā)光二極管顯示字段的顯示器件，也可以稱為數(shù)碼管。其外形結(jié)構(gòu)如圖3-8(a)所示。它由8個(gè)發(fā)光二極管組成，通過不同的組合可以顯示09、AF及小數(shù)點(diǎn)“.”等字符。</p><p>　　(a) (b) (c)</p

73、><p>　　圖3-8 “8”字形數(shù)碼管</p><p>　　數(shù)碼管通常有共陰極圖3-8(b)和共陽極圖3-8(c)兩種接法，一般共陽極數(shù)碼管必須外接電阻，共陰極不一定需要外接電阻。共陰極數(shù)碼管的發(fā)光二極管陰極必須接低電平，當(dāng)某發(fā)光二極管的陽極為高電平時(shí)，此二極管被點(diǎn)亮；共陽極數(shù)碼管的發(fā)光二極管是陽極接到高電平，對于需要點(diǎn)亮的發(fā)光二極管使陰極接低電平即可。顯然，要顯示某字形就應(yīng)該使此字形的相應(yīng)

74、字段電亮，實(shí)際就是送一個(gè)用不同電平組合代表的數(shù)據(jù)至數(shù)碼管。這種裝入數(shù)碼管中顯示字形的數(shù)據(jù)稱字形碼。</p><p>　　3.4.2 動(dòng)態(tài)顯示接口</p><p>　　顯示接口有靜態(tài)顯示接口和動(dòng)態(tài)顯示接口兩種。數(shù)碼管工作在靜態(tài)顯示方式下，共陰極或者共陽極點(diǎn)連接在一起接地或者接高電平。每位的段選線與一個(gè)8位并行口相連。只要在該位的段選線上保持段選碼電平，該位就能保持相應(yīng)的顯示字符。因?yàn)椴捎渺o態(tài)

75、顯示時(shí)，若段選線直接用并行I/O口端，占用的I/O的資源過多，若采用串行口，速度又比較慢。所以本設(shè)計(jì)采用采用動(dòng)態(tài)顯示接口。</p><p>　　圖3-9是單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中的一種動(dòng)態(tài)顯示示意圖。</p><p>　　圖3-9 掃描式顯示電路</p><p>　　圖3-9中，8255是單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)擴(kuò)展的I/O口，其中A口用做字形驅(qū)動(dòng)，B口用做位選掃描輸出，其余口用做其

76、他用途。</p><p>　　74LS241是8路正相驅(qū)動(dòng)芯片做字形驅(qū)動(dòng)。7406是6路反相驅(qū)動(dòng)芯片做位選驅(qū)動(dòng)。數(shù)碼管是8段共陰極的數(shù)碼管，所以發(fā)光時(shí)字形驅(qū)動(dòng)輸出“1”有效，位選驅(qū)動(dòng)輸出“0”有效。對于8255來講，字形碼輸出“1”有效，位選掃描電平也是為“1”有效。工作時(shí)，B口的6路位選信號(hào)每次僅有一路輸出是“1”電平，同時(shí)A口輸出與選通的數(shù)碼管相應(yīng)的字形碼信號(hào)，即B口掃描輸出位選信號(hào)，A口輸出字形信號(hào)。<

77、;/p><p>　　在動(dòng)態(tài)顯示工作方式下，數(shù)碼管的公共段（位選驅(qū)動(dòng)端）是分時(shí)輪流被選通的。使各個(gè)數(shù)碼管輪流被導(dǎo)通，即各數(shù)碼管是由脈沖電流導(dǎo)通的。當(dāng)所有數(shù)碼管依次顯示一便后，軟件控制循環(huán)，使每位顯示器分時(shí)點(diǎn)亮。這種方式不但能提高數(shù)碼管的發(fā)光率，并且由于各個(gè)數(shù)碼管的字段線是并聯(lián)使用的，因而大大簡化了硬件線路。</p><p>　　各個(gè)數(shù)碼管雖然是分時(shí)輪流導(dǎo)通，但由于數(shù)碼管具有余輝特性及人眼具有視覺

78、暫留作用，所以適當(dāng)選取循環(huán)掃描頻率時(shí)，看上去所有數(shù)碼管是同時(shí)點(diǎn)亮的，察覺不出有閃爍現(xiàn)象。不過對于這種方式數(shù)碼管不宜太多，一般在8個(gè)以內(nèi)，否則每個(gè)數(shù)碼管所分配到的實(shí)際導(dǎo)通時(shí)間太短，使亮度不足。</p><p><b>　　3.5 鍵盤接口</b></p><p>　　3.5.1 鍵盤工作原理</p><p>　　單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，復(fù)位按鍵有專

79、門的復(fù)位電路以外，其他的按鍵或者鍵盤都是以開關(guān)狀態(tài)來設(shè)置控制功能或者輸入數(shù)據(jù)的。</p><p><b>　　1. 鍵輸入原理</b></p><p>　　當(dāng)按下所設(shè)置的功能鍵或者數(shù)字鍵時(shí)，計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)應(yīng)完成該鍵所設(shè)定的功能。鍵信息輸入是與軟件結(jié)構(gòu)密切相關(guān)的過程。對于一組鍵或者鍵盤，需要通過接口電路與CPU相連。CPU可以采用查詢方式或者中斷方式了解有無鍵輸入并檢查

80、是哪個(gè)鍵按下。</p><p>　　2. 鍵輸入接口與軟件應(yīng)解決的問題</p><p>　　鍵輸入接口與軟件應(yīng)可靠而快速的實(shí)現(xiàn)鍵信息輸入與執(zhí)行鍵功能任務(wù)。為此，應(yīng)解決下列問題。</p><p>　　（1）鍵開關(guān)狀態(tài)的可靠輸入</p><p>　　目前，無論是按鍵還是鍵盤大部分都是利用機(jī)械觸點(diǎn)的合、斷作用。由于彈性作用的影響，機(jī)械觸點(diǎn)在閉合及斷

81、開的瞬間均有抖動(dòng)過程，從而使電壓信號(hào)也出現(xiàn)抖動(dòng)，抖動(dòng)的時(shí)間長短與開關(guān)的機(jī)械特性有關(guān)，一般為510ms。</p><p>　　按鍵的穩(wěn)定閉合時(shí)間由操作人員的按鍵動(dòng)作所決定，一般為十分之幾秒至幾秒時(shí)間。為了保證CPU對鍵的一次閉合僅作一次鍵輸入處理，必須去除抖動(dòng)影響。</p><p>　　通常去除抖動(dòng)影響的方法有硬件和軟件兩種。 硬件上是采用在鍵輸出端加R-S觸發(fā)器或者單穩(wěn)態(tài)電路構(gòu)成去抖電路。

82、軟件上采取的措施是：在檢測到有鍵按下時(shí)，執(zhí)行一個(gè)10ms左右的延時(shí)程序，再確認(rèn)該鍵電平是否仍保持閉合狀態(tài)電平，若仍然保持閉合狀態(tài)電平，則確認(rèn)為該鍵處于閉合狀態(tài)，從而去除了抖動(dòng)的影響。</p><p>　?。?） 對按鍵進(jìn)行編碼以給定鍵值或者直接給出鍵號(hào)</p><p>　　任何一組按鍵或者鍵盤都要通過I/O口線查詢按鍵的開關(guān)狀態(tài)。根據(jù)不同的鍵盤結(jié)構(gòu)，采用不同的編碼方法。但最后都要轉(zhuǎn)化成為與

83、累加器中數(shù)值相對應(yīng)的鍵值，以實(shí)現(xiàn)按鍵功能程序的執(zhí)行。因此，一個(gè)完善的鍵盤控制程序應(yīng)能完成以下任務(wù)：</p><p>　?、?監(jiān)測有無鍵按下</p><p>　　② 有鍵按下后，在無硬件去除抖動(dòng)電路的情況下，應(yīng)用軟件延時(shí)的方法除去抖動(dòng)影響。</p><p>　?、?有可靠的邏輯處理辦法，如n鍵瑣定，即只處理一個(gè)鍵，其間任何按下又松開的鍵不產(chǎn)生影響，不管一次按鍵持

84、續(xù)多長時(shí)間，僅執(zhí)行一次鍵功能程序。</p><p>　?、?輸出特定的鍵號(hào)，以滿足散轉(zhuǎn)指令的要求。</p><p>　　3.5.2 矩陣式鍵盤</p><p><b>　　1. 工作原理</b></p><p>　　矩陣式鍵盤由行線、列線及位于行列線交點(diǎn)上的按鍵等部分組成。當(dāng)應(yīng)用系統(tǒng)需要的按鍵數(shù)量比較多時(shí)可以采用矩陣

85、式鍵盤。</p><p>　　圖3-10為一44矩陣式鍵盤的示意圖。該鍵盤需要四根行線和四根列線工八根I/O口線，由于采用矩陣結(jié)構(gòu)，與獨(dú)立式按鍵不同，一根I/O線已經(jīng)不能確定哪個(gè)鍵被按下，需要通過連接到按鍵上的兩根線的狀態(tài)來確定按鍵的狀態(tài)，同時(shí)鍵的兩端均接到I/O口線上，不能一端接I/O口線一端接地，因此必須采用行線與列線信號(hào)狀態(tài)分別處理綜合考慮才能判斷鍵閉合的位置。</p><p>　　

86、圖3-10 矩陣式鍵盤的示意圖</p><p>　　2. 矩陣式鍵盤的工作方式</p><p>　　在實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)中，鍵盤只是系統(tǒng)的一部分，鍵的識(shí)別也只是CPU的工作內(nèi)容的一部分。系統(tǒng)在工作中采取何種方式對鍵盤進(jìn)行識(shí)別，讀取鍵狀態(tài)就是鍵盤的工作方式。鍵盤的工作方式主要有掃描方式和中斷方式兩種。</p><p>　　（1） 掃描方式。鍵盤的掃描方式又可以分為編程掃描

87、和定時(shí)掃描。編程掃描是指在特定的程序位置段上安排鍵盤掃描程序讀取鍵盤狀態(tài)。定時(shí)掃描是指利用單片機(jī)內(nèi)部或者擴(kuò)展的定時(shí)器產(chǎn)生定時(shí)中斷，在中斷中進(jìn)行鍵盤掃描的工作方式。</p><p>　?。?）中斷方式。中斷方式是指，當(dāng)無鍵按下時(shí)，CPU處理其他工作而不必進(jìn)行鍵的掃描，當(dāng)有鍵按下時(shí)，通過硬件電路向CPU申請鍵盤中斷，在鍵盤中斷服務(wù)程序中完成鍵盤處理。該方法可以提高CPU的工作效率。</p><p&

88、gt;　　3. 鍵識(shí)別的方法</p><p>　　鍵識(shí)別方法是指當(dāng)鍵被按下時(shí)，如何確定是哪個(gè)鍵被按下。常用的識(shí)別方法有掃描法和線反轉(zhuǎn)法。</p><p>　?。?） 掃描法。掃描法實(shí)際上是先使鍵盤的列（行）線全輸出低電平，然后判斷行（列）線狀態(tài)，若行（列）線全為高電平，表示無鍵被按下；若行線不全為高電平表示有鍵被按下，然后依次使列線為低電平，再判斷行線狀態(tài)，當(dāng)行線全為高電平時(shí)，表示被按下

89、的鍵不在本列；當(dāng)行線不全為高電平時(shí)，表示被按下的鍵在本列，把此時(shí)的行線狀態(tài)與列線狀態(tài)和在一起即為被按下的鍵的位置。</p><p>　?。?）線反轉(zhuǎn)法。掃描法對鍵的識(shí)別采用逐行（列）掃描的方法獲得鍵的位置，當(dāng)被按下的鍵在最后一行時(shí)需要掃描N次（N為行數(shù)），當(dāng)N比較大時(shí)鍵盤的工作速度較慢，而線反轉(zhuǎn)法則不論鍵盤有多少行和多少列只需要經(jīng)過兩步即可獲得鍵的位置。線反轉(zhuǎn)法的第一步是將列線置低電平，行線置高電平，然后讀行線狀

90、態(tài)；第二步是將行線置低電平，列線置高電平，然后讀列線狀態(tài)，若有鍵按下則兩次所讀狀態(tài)的結(jié)果即為鍵所在的位置。</p><p>　　4. 本系統(tǒng)鍵盤的工作方式為中斷方式，鍵識(shí)別方法為線反轉(zhuǎn)法。具體鍵盤形式如圖3-11所示。PC1 PC7為鍵盤線接到8255芯片上的引腳名稱，為8031的中斷1引腳。按鈕S1為“開始”按鈕與8031的外部中斷1引腳相連，0到9為10個(gè)阿拉伯?dāng)?shù)字，10號(hào)鍵為“確定”鍵。工作時(shí)，先按一下開始

91、按鈕S1,向單片機(jī)發(fā)出中斷信號(hào)，時(shí)單片機(jī)調(diào)用鍵盤掃描程序，然后依次輸入液體點(diǎn)滴速度的百位值、十位值和個(gè)位值，最后按下“確定”鍵，表示輸入完成中斷返回。</p><p>　　圖3-11 本系統(tǒng)的鍵盤形式</p><p>　　3.6 液滴點(diǎn)滴速度檢測電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　根據(jù)總體方案的設(shè)計(jì)所述，本系統(tǒng)使用紅外發(fā)光二極管和接收管組合（紅外光電傳感器）測量點(diǎn)滴

92、速度。電路圖如圖3-12所示。</p><p>　　圖3-12 液滴點(diǎn)滴速度檢測電路</p><p>　　LM358為運(yùn)算放大器，飽和工作區(qū)的輸出電壓為0V和3.5 V。電阻R3和R4為紅外發(fā)光二極管和接收管的限流電阻，阻值分別取1k和100k，R5為可調(diào)電阻，用來控制運(yùn)算放大器LM358的正向電壓。</p><p>　　紅外發(fā)光二極管發(fā)出的光亮強(qiáng)度一定，當(dāng)沒有液滴

93、滴下時(shí)，接收管接收到的光強(qiáng)度大，基極光電流大，集電極輸出的電壓小，運(yùn)算放大器LM358的，輸出高電平；當(dāng)有液滴滴下時(shí)，由于液滴的遮擋、反射和散射作用，接收管接收到的光的強(qiáng)度變小，基極光電流小，集電極輸出的電壓大，運(yùn)算放大器LM358的，輸出低電平。單片機(jī)根據(jù)高低電平變化引起的脈沖，計(jì)數(shù)液體的點(diǎn)滴數(shù)，然后經(jīng)過計(jì)算得出點(diǎn)滴速度。</p><p>　　3.7 液面檢測電路的設(shè)計(jì)</p><p>

94、;　　電路圖和滴速度檢測電路相似，所不同的是輸出端多了一個(gè)反向器7406。這是由于單片機(jī)的中斷信號(hào)為低電平有效，在正常情況下，液面高于警戒值時(shí)應(yīng)當(dāng)向單片機(jī)輸入高電平。如圖3-13所示。</p><p>　　圖3-13 液面檢測電路圖</p><p>　　工作原理也相似，正常情況下，液體的液面高于警戒液面，由于液體的遮擋、反射和散射作用，接收管接收到的光的強(qiáng)度變小，基極光電流小，集電極輸出的

95、電壓大，運(yùn)算放大器LM358的，輸出低電平，經(jīng)過反向器7406后向單片機(jī)提供高電平；當(dāng)液體的液面低于警戒液面時(shí)，接收管接收到的光強(qiáng)度大，基極光電流大，集電極輸出的電壓小，運(yùn)算放大器LM358的，輸出高電平，經(jīng)過反向器7406后向單片機(jī)輸入低電平，觸發(fā)中斷，產(chǎn)生報(bào)警。</p><p>　　3.8 報(bào)警電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　本設(shè)計(jì)采用聲光報(bào)警。當(dāng)單片機(jī)接受到報(bào)警信號(hào)時(shí)，驅(qū)動(dòng)LED發(fā)

96、光二極管發(fā)出紅色報(bào)警燈光，同時(shí)驅(qū)動(dòng)蜂鳴器發(fā)出警報(bào)聲音。</p><p>　　3.8.1 發(fā)光二極管的選擇</p><p>　　發(fā)光二極管具有體積小、工作電壓低、工作電流小、發(fā)光均勻穩(wěn)定、響應(yīng)速度快及壽命長等優(yōu)點(diǎn)，因而它是一種優(yōu)良的發(fā)光指示器件，被廣泛的使用在家用電器、各種電子儀器及電子設(shè)備上。</p><p>　　為了符合人們對報(bào)警燈光顏色的習(xí)慣（紅色）和使人們能

97、從盡量大的范圍內(nèi)看到報(bào)警燈光，本系統(tǒng)采用加色散射式封裝的BT系列發(fā)光二極管的BT312-X型號(hào)發(fā)光二極管，其參數(shù)如表3-2</p><p>　　表3-2 BT312-X型號(hào)發(fā)光二極管參數(shù)</p><p>　　3.8.2 蜂鳴器的選擇</p><p>　　蜂鳴器又稱音響器、訊響器，是一種小型化的電聲器件，按工作原理分為壓電式和電磁式兩大類。按音源的類型可歸納為有源和

98、無源兩大類。"有源"的蜂鳴器內(nèi)部裝有集成電路，它不需要外加任何音頻驅(qū)動(dòng)電路，只要接通直流電源就能直接發(fā)出聲響。  "無源"的蜂鳴器則相當(dāng)于一個(gè)微型揚(yáng)聲器，只有加音頻驅(qū)動(dòng)信號(hào)才能發(fā)出聲響。  </p><p>　　蜂鳴器(尤其是微型電磁式蜂鳴器)具有體積小、重量輕、聲壓電平高、耗能少、壽命長以及使用方便等特點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于儀器儀表、報(bào)警器、微型通

99、信器、玩具、家用電器及各種小型電子裝置中。</p><p>　　本系統(tǒng)使用的是YYS12系列蜂鳴器中發(fā)音為報(bào)警聲的型號(hào)為15348的蜂鳴器。</p><p>　　YYS12系列音樂聲蜂鳴器為微型電磁式有源蜂鳴器，只要接通直流電源，便會(huì)發(fā)出清晰、響亮、節(jié)奏分明的各種音樂聲及聲響。其主要技術(shù)特性參數(shù)見表3-3所示。</p><p>　　表3-3 YYS12系列音樂聲蜂

100、鳴器主要技術(shù)特性參數(shù)</p><p>　　3.8.3 報(bào)警電路</p><p>　　因?yàn)樗x的發(fā)光二極管和蜂鳴器的工作電壓均小于5V，所以可以由單片機(jī)直接驅(qū)動(dòng)。報(bào)警電路如圖3-14所示。蜂鳴器接8031單片機(jī)的P1.0口，發(fā)光二極管接8031單片機(jī)的P1.1口。R12和R13為蜂鳴器和發(fā)光二極管的限流電阻。當(dāng)P1.1輸出高電平時(shí)，發(fā)光二極管發(fā)出報(bào)警燈光；當(dāng)P1.0輸出高電平時(shí)，蜂鳴器發(fā)出報(bào)

101、警聲音。</p><p>　　1. R12阻值的計(jì)算 </p><p>　　選單片機(jī)高電平為4.5V，根據(jù)所選蜂鳴器，取其工作電壓為3V，工作電流為45mA。</p><p>　　所以，取R12=40 </p><p>　　2. R13阻值的計(jì)算</p><p>　　根據(jù)所選的發(fā)光二極管，其工作電壓為2.5V，工作

102、電流為20mA。</p><p><b>　　所以</b></p><p>　　圖3-14 報(bào)警電路</p><p>　　3.9 步進(jìn)電機(jī)的選擇</p><p>　　設(shè)計(jì)步進(jìn)電機(jī)的帶輪半徑r為2.5cm，假設(shè)儲(chǔ)液瓶總重量m為2.5kg，則儲(chǔ)液瓶對電機(jī)形成的轉(zhuǎn)距 </p><p>　　根據(jù)所選電機(jī)的

103、最大靜轉(zhuǎn)距的原則，初選步進(jìn)電機(jī)型號(hào)為55BF003，其技術(shù)性能參數(shù)見表3-4</p><p>　　為了使盡量使電機(jī)工作穩(wěn)定，選擇步進(jìn)電機(jī)的工作方式為三相六拍控制方式，步距角為。</p><p>　　根據(jù)軟件設(shè)計(jì)時(shí)要求的1min中內(nèi)調(diào)整完1m的高度，得</p><p>　　步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速=0.67rad/s，</p><p><b>

104、　　脈沖當(dāng)量 </b></p><p><b>　　儲(chǔ)液瓶的運(yùn)行速度</b></p><p>　　則電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)系統(tǒng)的總動(dòng)能</p><p><b>　　</b></p><p>　　表3-4 55BF003的技術(shù)性能參數(shù)</p><p>　　設(shè)等效到電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)

105、動(dòng)慣量為，則由</p><p><b>　　得</b></p><p>　　所以根據(jù)電機(jī)啟動(dòng)時(shí)的加速轉(zhuǎn)距公式：</p><p>　?。ㄊ街蠺為加速時(shí)間，取T=1s）得</p><p><b>　　假設(shè)摩擦轉(zhuǎn)距</b></p><p><b>　　則啟動(dòng)時(shí)的負(fù)載轉(zhuǎn)距&

106、lt;/b></p><p><b>　　最高啟動(dòng)頻率</b></p><p>　　由資料[3]圖3-1得啟動(dòng)轉(zhuǎn)距</p><p>　　所以小于步進(jìn)電機(jī)的啟動(dòng)頻率，，即所選步進(jìn)電機(jī)滿足使用要求。</p><p>　　3.10 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　由資料[3]確定步進(jìn)電

107、機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路如圖3-15所示。</p><p>　　圖3-15 進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路圖</p><p>　　G0101為光隔離器，起到將數(shù)字電路與模擬電路隔離的作用，減少模擬信號(hào)對數(shù)字信號(hào)的干擾。7407是一個(gè)集電極開路元件，當(dāng)輸入7407的信號(hào)為“0”時(shí)，相當(dāng)于此芯片接地，流過R9的電流不會(huì)流向光隔離器，當(dāng)輸入7407的信號(hào)為“1”時(shí)，相當(dāng)于此芯片處斷路，流過R9的電流會(huì)流向光隔離器，驅(qū)動(dòng)光

108、隔離器工作。FH6A為復(fù)合管，起到功率放大作用。</p><p>　　1. 復(fù)合管T的確定</p><p>　　由表2-4得 55BF003的相電流為，取，即留過復(fù)合管集電極的電流為3.5A，所以所選復(fù)合管的最大輸入電流應(yīng)大于3.5A。選用復(fù)合管FH6A，其性能參數(shù)見表3-5所示。</p><p>　　表3-5 FH6A的性能參數(shù)</p><p

109、><b>　　2. 確定和</b></p><p>　　由，=500得，復(fù)合管的基極電流</p><p>　　設(shè)，則T的等效輸入電阻</p><p>　　光耦合器的光敏三極管的輸出等效電路圖見圖3-16所示。</p><p><b>　　從等效電路得：</b></p><p

110、>　　圖3-16 光耦合器輸出等效電路</p><p>　　選GO101型光耦合器，由資料[3]表3-19得，其輸入電流(最大電流為50mA)，電流傳輸比，則有</p><p><b>　　解上述方程組得：，</b></p><p><b>　　3. 確定</b></p><p>　　前面已經(jīng)

111、選定光耦合器輸入電流，由資料[3]表3-19得，GO101光耦合器輸入正向壓降為1.3V。所以</p><p><b>　　4. 確定</b></p><p>　　為提供給驅(qū)動(dòng)門足夠的輸入電流（5mA）,所以取</p><p><b>　　5. 選擇</b></p><p>　　由于55BF003的

112、相電流為3A，工作電壓為27V，所以要求二極管的正向整流電流大于3A，最高反向電壓大于27V，由此選擇二極管的型號(hào)為2CZ57B，其性能參數(shù)如b表3-6所示。</p><p>　　表3-6 2CZ57B的性能參數(shù)</p><p>　　3.11 系統(tǒng)的掉電保護(hù)</p><p>　　因?yàn)楸鞠到y(tǒng)為醫(yī)用系統(tǒng)，所以為了病人的安全，工作時(shí)不能掉電。設(shè)計(jì)掉電保護(hù)的目的在于，一旦

113、系統(tǒng)掉電可以立即啟用備用電源來維持系統(tǒng)的正常工作。系統(tǒng)的掉電保護(hù)電路如圖3-17所示。</p><p>　　圖3-17 系統(tǒng)的掉電保護(hù)電路</p><p>　　二極管IN4148的正向壓降為0.7V，由于系統(tǒng)正常工作時(shí)所有芯片由同一+5V電源供電，所以當(dāng)系統(tǒng)電源的電壓低于4.3V時(shí)，IN4148導(dǎo)通，備用電源向系統(tǒng)提供工作電壓，維持其正常工作。發(fā)光二極管的作用是指示備用電源的電壓是否滿足工

114、作要求。由于穩(wěn)壓二極管的穩(wěn)壓電壓為3.5V，所以當(dāng)備用電源的電壓低于3.5V時(shí)，運(yùn)算放大器輸出低電壓，發(fā)光二極管發(fā)光，表示備用電源電壓過低，應(yīng)當(dāng)更換電池。</p><p>　　3.12 系統(tǒng)的精度論證</p><p>　　根據(jù)資料[1]得液體的點(diǎn)滴速度v(滴/分)和儲(chǔ)液瓶的高度h（m）的關(guān)系式為，由此關(guān)系式知，儲(chǔ)液瓶高度每變化約6.7mm，液體的點(diǎn)滴速度變化1滴/分鐘，由于本系統(tǒng)中步進(jìn)電機(jī)