基于单片机的太阳能采光系统控制器设计.docx

《基于单片机的太阳能采光系统控制器设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于单片机的太阳能采光系统控制器设计.docx（62页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、编号 XXXXXXX 毕业论文 （ 2012 届本科）题 目： 基于单片机的太阳能 采光系统控制器设计 学 院： XXXXXXX学院 专 业： XXXXXXXXX 作者姓名： XX 指导教师： XX 职称： XX 完成日期： 2012 年 6 月 7 日二 一二 年 六 月本科生毕业论文（设计）开题报告论文题目基于单片机的太阳能采光系统控制器设计选题的根据： 1）本选题的理论、实际意义太阳能采光系统控制器的硬件系统以微处理器为核心, 以它来控制微电机的转动, 驱动机械装置实现采光；为了精确定位太阳方位，每隔10分钟以角度传感器测出转动误差,经A/D 转换后送微处理器以实现闭环、反馈控制； 微处

2、理器通过PC获得设置参数及上传信息；实时时钟提供控制器所需的时间信息, 并利用定时中断定时唤醒处于掉电状态的微处理器。微处理器采用ATMEL公司的高性能,低电压的8位CMOS处理器AT89C51为核心,片内有4k的Flash,128字节的RAM；32个可编程的I/O口；具2种省电的休眠模式,特别是在掉电模式下,芯片功耗很小,符合本系统低功耗的要求。采用RS-232接口与上位PC机进行串行通信,从而实现对相关数据的存储、分析和处理，用MAX232S实现RS-232的电平转换。电动机驱动部分由驱动器和电动机两部分组成，用AT89C51来控制步进电动机的转动, 驱动机械装置实现采光。系统的实时时钟采

3、用了PHILIPS公司的低功耗实时时钟芯片PCF8563。该芯片采用IIC通信协议，特别是其具有定时中断功能, 将芯片的中断输出脚与AT89C51的外部中断引脚相连,可用来将微处理器从掉电模式下唤醒, 这对整个系统实现低功耗是必不可少的。反馈控制模块此模块由微型电动机、角度传感器、A/D转换器组成。微型电动机转动带动采光装置,以跟踪太阳方位为精确控制电动机的转动角度；用角度传感器采样,经A/D 转换后组成反馈回路,以调节电动机转动位置。A/D转换器拟采用低通滤波器逐次逼近ADC0809，角度传感器拟采用四块光电池组成测试系统。太阳能采光系统控制器部分,阳光透过外罩射到反射镜上,镜面将阳光反射到

4、室内,控制器根据太阳的移动发出信号驱动机械传动装置的马达使反射镜转动,以最大限度的反射阳光到室内。不仅在晴朗、多云的时候正常工作,而且在阴天、自然光照不理想的情况也能实现最大限度的采光。太阳能利用技术在研究开发、商业化生产、市场开拓方面都获得了长足发展，成为世界快速、稳定发展的新兴产业之一。美国的“光伏建筑计划”、欧洲的“百万屋顶光伏计划”、以及我国已开展的“光明工程”将在建筑领域掀起节能环保生态建材开发的应用热潮。论文的主要内容、基本要求及其主要的研究方法：1） 主要内容： 自然光照明相对人工照明有很大的优势,因而太阳能采光系统控制器的研究具有一定的现实意义。本设计及太阳能采光系统控制器的设

5、计,太阳能采光系统控制器的主要功能是，阳光透过外罩射到反射镜上，镜面将阳光反射到室内，控制器中的微处理器根据太阳的移动发出信号驱动机械传动装置的马达使反射镜转动，以最大限度的反射阳光到室内。不仅在晴朗、多云的时候正常工作，而且在阴天、自然光照不理想的情况也能实现最大程度的采光。反射镜上附有角度传感器，为了精确定位太阳方位，以角度传感器测出转动误差，经A/D转换后送微处理器以控制电机驱动使反射镜转动。该系统主要由微处理器、反馈控制模块（电机驱动，角度传感器，A/D转换器）、电源模块和实时时钟组成。2） 基本要求: 该系统控制器的硬件系统以微处理器为核心, 以它来控制微电机的转动, 驱动机械装置实

6、现采光；为了精确定位太阳方位,每隔10分钟，以角度传感器测出转动误差,经A/D 转换后送微处理器以实现闭环、反馈控制； 微处理器通过PC获得设置参数及上传信息; 实时时钟提供控制器所需的时间信息, 并利用定时中断定时唤醒处于掉电状态的微处理。 3）主要研究方法:采用RS-232接口与上位PC机进行串行通信,从而实现对相关数据的存储、分析和处理，用MAX232S实现RS-232的电平转换。电动机驱动部分由驱动器和电动机两部分组成，用AT89C51来控制步进电动机的转动, 驱动机械装置实现采光。论文进度安排和采取的主要措施：1、2011年10月26日-2011年11月20日：收集查阅资料，了解设计

7、内容、要求、熟悉设计题目，准备报告。2、2011年11月21日-2011年12月20日：根据设计要求与资料的归纳整理，撰写开题报告。3、2011年12月21日-2012年3月10日：设计出主电路与控制电路，完成初稿。5、2012年3月11日-2012年4月30日：修改初稿，完成仿真与分析。6、2012年5月1日-2012年年5月15日：完成毕业设计，对细节进行修改。7、2012年5月16日-2012年5月25日：最后修改定稿。8、2012年5月26日-2012年6月5日：准备答辩。主要措施：通过自己多方面的查阅资料和同学老师分析讨论，在老师的指导下完成主要参考资料和文献：1 郑守深.于洁 太阳

8、能电源. 河南人民出版社，20042 沙占友. 集成化智能传感器原理与应用M. 北京：电子工业出版社，20043 沙占友. 智能传感器系统设计与应用M. 北京：电子工业出版社，20054 单成祥.传感器的理论与设计基础及其应用M. 北京：国防工业出版社， 19995 冯英. 传感器电路原理与应用M. 成都：电子科技大学出版社，第一版，19976 黄继昌.传感器工作原理及应用实例M. 北京：人民邮电出版社，第一版，19987 白英彩. 微型计算机常用芯片手册M. 上海：上海科技出版社，20008 陈进,李俊,太阳能光伏发电系统. 2006.029 彭为. 单片机典型系统设计实例精讲. 北京：电子

9、工业出版社，2006.510 三恒星科技. MCS-51单片机原理与应用实例. 北京:电子工业出版社，2008.111 谢宜仁. 单片机实用技术问答M. 北京：人民邮电出版社，200512 刘必虎. 中小规模集成电路的原理与应用M. 上海：上海科技出版社，200013 张萌. 单片机应用系统开发综合实例M. 北京：清华大学出版社，2007.7指导教师意见：签 名： 年 月 日教研室意见负责人签名：年 月 日学 院 意 见负责人签名：年 月 日目 录摘要ABSTRACT第一章绪论11.1前言11.2设计任务11.3设计要求11.4设计参数21.5理论依据21.6方案设计2第二章 硬件设计42.1

10、. AT89C5142.1.1 AT89C51的主要性能42.1.2 AT89C51引脚介绍42.1.3 AT89C51的极限参数62.1.4时钟电路62.2 A/D转换电路72.2.1 A/D转换电路器件选型72.2.2 A/D转换电路图112.3 实时时钟电路122.3.1 实时时钟器件选型122.3.2 PCF8563与单片机的连接132.4串行输出RS-232电路142.4.1 通信速度和通信距离142.4.2 抗干扰能力142.4.3 器件选型152.4.4 采用MAX232接口的串行通信电路162.5步进电动机驱动电路172.5.1 步进电动机的工作原理172.5.2 步进电动机选

11、型192.5.3 步进电动机驱动器的选型212.5.4 步进电动机驱动电路232.6位移传感器电路232.6.1 光电池的选型232.6.2放大器选型242.6.3传感器电路图262.7电源电路262.7.1 电源电路元器件及设备的选型262.7.2 电源电路图28第三章 软件设计293.1 软件设计分析及软件结构293.2程序流程图293.2.1 主程序流程图293.2.2 A/D转换子程序303.2.3 串行通信子程序流程图313.2.4 步进电动机驱动子程序流程图323.2.5 实时时钟子程序流程图32第四章 设计总结34参考文献35致谢36附录37程序清单37外文原文42中文译文49摘

12、要本设计分八部分，以AT89C51为核心，以及 A/D转换电路、实时时钟电路、串行输出RS-232电路、步进电动机驱动电路、位移传感器电路、电源电路、软件及程序设计。太阳能采光系统控制器部分,阳光透过外罩射到反射镜上,镜面将阳光反射到室内,控制器根据太阳的移动发出信号驱动机械传动装置的马达使反射镜转动,以最大限度的反射阳光到室内。不仅在晴朗、多云的时候正常工作,而且在阴天、自然光照不理想的情况也能实现最大限度的采光。关键词：AT89C51，时钟电路，芯片擦除，A/D转换电路，步进电动机。 Abstract This design points eight part, USES AT89C51

13、as the core, and A/D conversion circuit, real time clock circuit, serial output RS-232 circuit, stepping motor drive circuit, displacement sensor circuit, the power supply circuit, software and program design. Solar lighting system controller part, sunlight through the cover shot the reflector, mirr

14、or reflect the sun to indoor, according to the sun moves controller sends a signal to drive the motor of the mechanical transmission device that mirror turning to the maximum reflected sunlight to the interior. Not only in sunny, cloudy when the normal work, and in the cloudy day, natural light and

15、not the ideal situation also can realize the maximum daylighting.Keywords: AT89C51;clock circuit;chip erased; A/D conversion circuit; stepping motor.53 / 62第一章 绪论1.1前言太阳能是各种可再生能源中最重要的基本能源，生物质能、风能、太阳能、海洋能、水能等都来自太阳能，广义地说，太阳能包含以上各种可再生能源。太阳能作为可再生能源的一种，则是指太阳能的直接转化和利用。通过转换装置把太阳辐射能转换成热能利用的属于太阳能热利用技术，再利用热能进

16、行发电的称为太阳能热发电，也属于这一技术领域；通过转换装置把太阳辐射能转换成电能利用的属于太阳能光发电技术，光电转换装置通常是利用半导体器件的光伏效应原理进行光电转换的，因此又称太阳能光伏技术。太阳能既是一次能源，又是可再生能源。它资源丰富，既可免费使用，又无需运输，对环境无任何污染。20世纪50年代，太阳能利用领域出现了两项重大技术突破：一是1954年美国贝尔实验室研制出6的实用型单晶硅电池；二是1955年以色列Tabor提出选择性吸收表面概念和理论并研制成功选择性太阳吸收涂层。这两项技术的突破，为太阳能利用进入现代发展时期奠定了技术基础。90年代以来联合国召开了一系列有各国领导人参加的高峰

17、会议，讨论和制定世界太阳能战略规划、国际太阳能公约，设立国际太阳能基金等，推动全球太阳能和可再生能源的开发利用。开发利用太阳能和可再生能源成为国际社会的一大主题和共同行动，成为各国制订可持续发展战略的重要内容。自“六五”计划以来，我国政府一直把研究开发太阳能和可再生能源技术列入国家科技攻关计划，大大推动了我国太阳能和可再生能源技术和产业的发展。 20多年来，太阳能利用技术在研究开发、商业化生产、市场开拓方面都获得了长足发展，成为世界快速、稳定发展的新兴产业之一。 1.2设计任务本设计为太阳能采光系统控制器部分,阳光透过外罩射到反射镜上,镜面将阳光反射到室内,控制器根据太阳的移动发出信号驱动机械

18、传动装置的马达使反射镜转动,以最大限度的反射阳光到室内。不仅在晴朗、多云的时候正常工作,而且在阴天、自然光照不理想的情况也能实现最大限度的采光。1.3设计要求1）控制器的硬件系统以微处理器为核心,以它来控制微电动机的转动,驱动机械装置实现采光；2）为了精确定位太阳方位,以角度传感器测出转动误差,经A/D转换后送微处理器以实现闭环、反馈控制；3）微处理器通过PC获得设置参数及上传信息；4）实时时钟提供控制器所需的时间信息；1.4设计参数1）各参数要求为: 转动角度：0+120； 误差不大于0.2； 电动机扭矩：4Nm； 电动机功率：200W；2）上传信息发送周期=1次/1小时；1.5理论依据太阳

19、能采光系统控制器的硬件系统以微处理器为核心, 以它来控制微电动机的转动, 驱动机械装置实现采光；为了精确定位太阳方位，每隔10分钟以角度传感器测出转动误差,经A/D 转换后送微处理器以实现闭环、反馈控制； 微处理器通过PC获得设置参数及上传信息；实时时钟提供控制器所需的时间信息, 并利用定时中断定时唤醒处于掉电状态的微处理器。 图1.1 太阳能采光系统控制器组成框图该系统主要由微处理器、反馈控制模块（电动机驱动，角度传感器，A/D转换器）、电源和实时时钟组成。如上图1.1所示。1.6方案设计微处理器采用ATMEL公司的高性能,低电压的8位CMOS处理器AT89C51为核心,片内有4k的Flas

20、h,128字节的RAM；32个可编程的I/O口；具2种省电的休眠模式,特别是在掉电模式下,芯片功耗很小,符合本系统低功耗的要求。采用RS-232接口与上位PC机进行串行通信,从而实现对相关数据的存储、分析和处理，用MAX232S实现RS-232的电平转换。电动机驱动部分由驱动器和电动机两部分组成，用AT89C51来控制步进电动机的转动, 驱动机械装置实现采光。图1.2 电动机驱动模块微处理器的主要功能1）计算功能：计算每天日出与日落的时间,每十分钟计算太阳所在的角度，计算电动机转动的角度；2）通信功能：通过串口(RS232)与PC进行通信；3）控制功能：读取及写入实时时钟的时间,读取各个通道的

21、A/D转换值,控制电动机转动,进行相关功能处理。系统的实时时钟采用了PHILIPS公司的低功耗实时时钟芯片PCF8563。该芯片采用IIC通信协议，特别是其具有定时中断功能, 将芯片的中断输出脚与AT89C51的外部中断引脚相连,可用来将微处理器从掉电模式下唤醒, 这对整个系统实现低功耗是必不可少的。反馈控制模块此模块由微型电动机、角度传感器、A/D转换器组成。微型电动机转动带动采光装置,以跟踪太阳方位为精确控制电动机的转动角度；用角度传感器采样,经A/D 转换后组成反馈回路,以调节电动机转动位置。A/D转换器拟采用低通滤波器逐次逼近ADC0809，角度传感器拟采用四块光电池组成测试系统。第二

22、章 硬件设计本设计分七部分，以AT89C51为核心，以及 A/D转换电路、实时时钟电路、串行输出RS-232电路、步进电动机驱动电路、位移传感器电路、电源电路。2.1 AT89C51AT89C51是一种低功耗，高性能含有4K字节快闪可编程/擦除只读存贮器的8位微控制器，使用高密度非易失性的存贮技术制造，并且与80C51指令完全兼容，芯片上的E2PROM允许在线或采用非易失性存贮编程器对程序存贮器重复编程。2.1.1 AT89C51的主要性能1) 片内有4K字节可重复编程快闪擦写存贮器（FLASHROM）。从而能缩短擦除或写入数据吞吐的时间，能满足需要高速数据吞吐的场合。编程所需要的所有时序及电

23、压场均无需外部电路提供。2) 存贮器可以重复写入1000次。3) 宽工作电压范围，电压可以由2.7V6V提供。4) 全静态工作，可由0HZ16HZ。5) 程序存贮器具有三级锁存保护。6) 1288B位内部ROM。7) 32条可编程I/O口线。8) 两个16位定时器/计数器。9) 中断结构具有5个中断源和2个优先级。10) 可编程全双工串行通道。2.1.2 AT89C51引脚介绍VCC：供电电压。 GND：接地。 P0口：P0口为一组8位漏级开路双向I/O口，也即地址/数据总线复用口。作为输出口用时，每位能吸收电流的方式驱动8个TTL逻辑门电路。对端口写“1”可作为高阻抗输入端用。P0能够用于外

24、部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FLASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FLASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须外接上拉电阻。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4个TTL逻辑门电路。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高电平，可用作输入口，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逻辑门电路，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻把端口拉到高电平，且作为

25、输入口。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。 图2.1 AT89C51 引脚图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。P

26、3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下所示： 端口管脚 备选功能 P3.0 RXD（串行输入口） P3.1 TXD（串行输出口） P3.2 （外部中断0） P3.3 （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 （外部数据存储器写选通） P3.7 （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。 RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。 ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平

27、时，ALE端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。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。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。 PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的信号将不出现。 EA/VPP：当保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内

28、部程序存储器。注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。XTAL2：来自反向振荡器的输出。I/O口作为输入口时有两种工作方式即所谓的读端口与读引脚，读端口时实际上并不从外部读入数据，而是把端口锁存器的内容读入到内部总线，经过某种运算或变换后再写回到端口锁存器，只有读端口时才真正地把外部的数据读入到内部总线。2.1.3 AT89C51的极限参数 1）工作温度：-55+125 2）储藏温度：-65+15 3）任一引脚对地电压：-

29、1.0V+7.0V 4）最高工作电压：6.6V 5）直流输出电流：15.0mA2.1.4时钟电路AT89C51片内设有一个构成内部振荡器的高增益反相放大器引脚，XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器与作为反馈元件的片外石英晶体或陶瓷谐振器一起构成自激振荡器，如图2.2所示.。图2.2 内部振荡器 图2.3 外部振荡器外接石英晶体（或陶瓷谐振器）及电容C1、C2接放大器的反馈回路中构成并联振荡电路。对外接电容C1、C2虽然没有十分严格的要求，但电容容量的大小会轻微影响振荡频率的高低、振荡器工作的稳定性、起振的难易程序及温度稳定性，如果使用石英晶体，推荐电容使用30pF1

30、0pF，而如使用陶瓷谐振器建议选择40pF+10pF。当然也可以采用外部时钟。采用外部时钟的电路如图2.3所示。这种情况下，外部时钟脉冲接到XTAL1端，即内部时钟发生器的输入端，XTAL2则悬空。2.2 A/D转换电路2.2.1 A/D转换电路器件选型A/D转换器是将模拟量转换成数字量的器件，根据起转换原理，常用的A/D器件有逐次逼近式A/D和双积分A/D两类。逐次逼近式A/D器件速度快，使用方便，但价格高，抗干扰性差。双积分A/D精度高，抗干扰性好，价格低，但速度慢。介于对快速响应的要求这里选择逐次逼近式转换器ADC0809，则相对于其匹配性选择外围芯片触发器74LS74、锁存器74LS3

31、73。1）ADC0809主要性能指标及技术指标ADC0809芯片是CMOS、8位、8通道、逐次比较型A/D转换器. 1）为逐次比较型; 2）为单电源供电; 3）无需外部进行0点和满度调整; 4）可锁存3态输出,输出与TTL兼容; 5）具有锁存控制的8路模拟开关; 6）分辨率:8位; 7）功耗:15mW; 8）转换时间(fCLK=500kHz):128s; 9）转换精度:0.4.2)ADC0809引脚分布 ADC0809芯片为28引脚为双列直插式封装。对ADC0809主要信号引脚的功能说明如下：1)IN7IN08路输入通道的模拟量输入端口。2)ALE地址锁存允许信号。对应ALE上跳沿，A、B、C

32、地址状态送入地址锁存器中。3)START转换启动信号。START上升沿时，复位ADC0809；START下降沿时启动芯片，开始进行A/D转换；在A/D转换期间,START应保持 低电平。本信号有时简写为ST.4)CLK时钟信号。ADC0809的内部没有时钟电路，所需时钟信号由外界提供，因此有时钟信号引脚。通常使用频率为500KHz的时钟信号。图2.4 ADC0809引脚图5)EOC转换结束信号。EOC=0,正在进行转换；EOC=1,转换结束。使用中该状态信号即可作为查询的状态标志，又可作为中断请求信号使用。6)D7D0数据输出线。为三态缓冲输出形式，可以和单片机的数据线直接相连。D0为最低位，

33、D7为最高。7)OE输出允许信号。用于控制三态输出锁存器向单片机输出转换得到的数据。OE=0，输出数据线呈高阻；OE=1，输出转换得到的数据。8)Vref参考电源参考电压用来与输入的模拟信号进行比较，作为逐次逼近的基准。其典型值为+5V(Vref(+)=+5V, Vref(-)=-5V)。9)VCC,GND: Vcc +5V电源,VCC为主电源输入端,GND为接地端.一般REF(+)与VCC连接在一起,REF(-)与GND连接在一起。3)ADC0809的内部逻辑图2.5 ADC0809的内部逻辑结构图图2.5多路开关可选通8个模拟通道，允许8路模拟量分时输入，共用一个A/D转换器进行转换，这是

34、一种经济的多路数据采集方法。地址锁存与译码电路完成对A、B、C 3个地址位进行锁存和译码，其译码输出用于通道选择，其转换结果通过三态输出锁存器存放、输出，因此可以直接与系统数据总线相连，ADD A,ADD B,ADD C:8路模拟开关的3位地址选通输入端,以选择对应的输入通道.其对应关系如下:C B A 选择的通道。0 0 0 IN00 0 1 IN10 1 0 IN20 1 1 IN31 0 0 IN41 0 1 IN51 1 0 IN61 1 1 IN74）74 LS7474LS74为带预置和清除端的两组D型触发器，fmax=33MHz,P=20Mw.CLK1、CLK2为时钟输入端:D1、

35、D2为数据输入端,Q1、Q2、为输出端,CLR1、CLR2为直接复位端（低电平有效）,PR1、PR2为直接致位端（低电平有效）,工作电压为+5V。 图2.6 74LS74引脚图 5）74 LS37374LS373功能E G D Q L H H H L H L L L L X Q L低电平； H高电平； X不定态； Q0建立稳态前Q的电平； G输入端，与8031ALE连高电平：畅通无阻低电平：关门锁存。图中OE使能端，接地。 当G=“1”时，74LS373输出端1Q8Q与输入端1D8D相同； 当G为下降沿时，将输入数据锁存。74LS373是常用的地址锁存器芯片，它实质是一个是带三态缓冲输出的8D

36、触发器，在单片机系统中为了扩展外部存储器。TPd=17ns,PD=120Mw。 图2.7 74LS373外部引脚图74LS373的输出端Q0Q7可直接与总线相连。当三态允许控制端OE为低电平时，Q0Q7为正常逻辑状态，可用来驱动负载或总线。当OE为高电平时，Q0Q7呈高阻态，即不驱动总线，也不为总线的负载，但锁存器内部的逻辑操作不受影响。当锁存器允许端LE为高电平时,Q随数据D而变。当LE为低电平时，Q被锁存在已建立的数据电平。当LE端施密特触发器的输入滞后作用，使交流和直流噪声抗扰度被改善400mV。引出端符号： D0D7 数据输入端 OE 三态允许控制端（低电平有效） LE 锁存器允许端

37、Q0Q7 输出端 VCC接+5V电源2.2.2 A/D转换电路图此模块采用中断方式查询，模拟量经IN0IN3端口进入A/D转换器，经A/D转换器进行模/数转换，转换后数字量进行分类，溢出量进行另行处理，非溢出量存入单片机RAM中，再经单片机计算，转为控制步进电动机所需脉冲。如图2.8 A/D转换电路模。图2.8 A/D转换电路模块2.3 实时时钟电路2.3.1 实时时钟器件选型本设计中，实时时钟起到记录时间的作用，根据性价比及通用性等指标，选择低功耗的实时时钟芯片PCF8563。PCF8563 是PHILIPS 公司推出的一款工业级内含I2C 总线接口功能的具有极低功耗的多功能时钟/日历芯片，

38、PCF8563 的多种报警功能定时器功能时钟输出功能以及中断输出功能，能完成各种复杂的定时服务，甚至可为单片机提供看门狗功能内部时钟电路内部振荡电路，内部低电压检测电路（1.0V） 以及两线制I2C总线通讯方式，不但使外围电及其简洁而且也增加了芯片的可靠性同时每次读写数据后内嵌的字地址寄存器会自动生增量。（1）特性宽电压范围1.05.5V ,复位电压标准值Vlow=0.9V超低功耗典型值为0.25 A, VDD=3.0V,Tamb=25可编程时钟输出频率为32.768KHz, 1024Hz ,32Hz, 1Hz四种报警功能和定时器功能内含复位电路振荡器电容和掉电检测电路开漏中断输出400kHz

39、 I2C 总线(VDD=1.85.5V) 其从地址读0A3H;写0A2H（2）PCF8563 的基本原理PCF8563 有16 个位寄存器：一个可自动增量的地址寄存器，一个内置32.768KHz 的振荡器，带有一个内部集成的电容，一个分频器用于给实时时钟RTC 提供源时钟，一个可编程时钟输出一个定时器，一个报警器，一个掉电检测器和一个400KHz I2C 总线接口。本设计主要用到PCF8563的定时器功能，8位的倒计数器由定时器控制寄存器控制，定时器控制寄存器用于设定定时器的频率，以及设定定时器有效或无效，定时器从软件设置的8位二进制数倒计数，每次到计数结束，定时器设置标志位TF，定时器标志位

40、TF只可以用软件清除，TF用于产生一个中断，每个到计数周期产生一个脉冲作为中断信号。T1/TP控制中断产生的条件，当读定时器时，返回当前到计数的数值。同时PCF8563包含一个片内复位电路，当震荡器停止工作时，复位电路开始工作，在复位状态下，I2C总线初始化，寄存器TF、VL、TD1、TD0、TESTC、AE被置逻辑1，其它的寄存器和地址指针被请0。PCF8563还内嵌一个掉电检测器，当VDD低于VLOW时，位VL被置1，用于指明可能产生不准确的时钟/日历信息，VC标志位只可以用软件清楚，当VDD慢速降低达到VLOW时，标志位VL被设置，这时可能会产生中断。2.3.2 PCF8563与单片机的

41、连接按I2C 总线协议规约PCF8563有唯一的器件地址0A2H ，如图2.9所示为PCF8563 和单片机的连接图。初始化完成后此芯片开始工作，计数器开始计时，当一个小时到时，启动报警功能，将这段时间内信息写入输出缓存器中，外部中断打开，将信息经端口SAD上传到单片机中。该电路有一个备用电源，它的作用是在系统掉电的情况下，它仍能继续保持时钟的工作，等电来之后不用再调节时钟，这样保持了时间的连续性。而两个电容的作用则是为了滤波和退藕。由于芯片内部有一个电容需要接一个外部电容。 图2.9 PCF6563与单片机的连接图2.4串行输出RS-232电路在单片机应用系统中，数据通信主要采用异步串行通信

42、方式。在设计通信接口时，必须根据需要选择标准接口，并考虑传输介质、电平转换等问题。采用标准接口后，能够方便地把单片机、外设、测量仪器等有机的连接起来，从而构成一个测控系统。异步串行通信常用的标准借口有三类：RS-232C（RS-232A，RS232B）、RS-422和RS-485。2.4.1 通信速度和通信距离通常的标准串行接口的电气特性，都有满足可靠传输时的最大通信速度和传输距离指标。但这两个指标之间具有相关性，适当地降低通信速度，可以提高通信距离，反之亦然。例如：采用RS-232C标准进行单向数据传输时，最高数据传输速率为19.2kb/s,最大传送距离为15m。改用RS-422标准时，最大

43、传输速率可达10Mb/s,最大传送距离为300m，适当降低数据传输速率，传送距离可达到1200m2.4.2 抗干扰能力通常选择的标准接口，在保证不超过其使用范围时都有一定的抗干扰能力，以保证可靠的信号传输。但在一些工业测控系统中，通信环境往往十分恶劣，因此在通信介质选择、接口标准选择时要充分注意其抗干扰能力，并采取必要的抗干扰措施。例如在长距离传输时，使用RS-422标准，能有效地抑制共模信号干扰。在高噪声污染环境中，通过使用光纤介质减少噪声干扰，通过光电隔离提高通信系统的安全性都是一些行之有效的办法。RS-232C是目前最常用的串行接口标准，用来实现计算机与计算机、计算机与外设之间的数据通信

44、。RS-232C串行接口总线适用于设备之间的通信距离不大于15m，传输速率最高为19.2kb/s的场合。RS-232C属单端信号传送，存在共地噪声和不能抑制的共模干扰等问题，因此一般用于短距离通信。本系统是PC机与外设的连接，需要其与单片机之间通信。在PC机系统内部都装有异步通信适配器，利用它可以实现异步串行通信。该适配器的核心元件是可编程的Intel250芯片，它使PC机有能力与其他具有标准的RS-232C接口的计算机或设备进行通信。而AT89C51本身具有一个全双工的串行接口，因此只要配以电平转换的驱动电路、隔离电路就可以组成一个简单可行的通信接口。PC机与单片机最简单的连接是零调制三线经济型，这是进行全双工通信所必须的最少线路。由于AT89C51单片机的输入、输出电平为TTL电平，而PC机配置的是RS-232C标准串行接口，二者电气规范不一致，因此要完成PC机与单片机的数据通信，必须进行电平转换。2.4.3 器件选型根据通信速度和通信距离及抗干扰能力本设计选用串行接口芯片MAX232实现AT89C51单片机和PC机的RS-232C接口通信电路。MAX232是一种双组驱动器/接受器，片内含有一个电容性电压发生器以便