孫 媛

(北京物資學(xué)院， 北京 101149 )

引言

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，人們對(duì)計(jì)算機(jī)的要求越來越高。在計(jì)算機(jī)的大家族中，單片微型計(jì)算機(jī)發(fā)展十分迅速，滲透到電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域的各個(gè)方面，進(jìn)入智能控制領(lǐng)域，因此開創(chuàng)了控制新局面。

在工業(yè)控制領(lǐng)域，人們對(duì)計(jì)算機(jī)提出了控制要求。首先,能夠面向控制對(duì)象，便于進(jìn)行控制變量的輸入/輸出，其次,體積盡量小，能夠嵌入控制系統(tǒng)內(nèi)部，能適應(yīng)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)較為惡劣的工作環(huán)境，并且具有豐富的用于控制的指令系統(tǒng)和I/O接口等。單片機(jī)系統(tǒng)能很好地滿足這些控制要求，成為工業(yè)測(cè)控系統(tǒng)中最為理想的控制系統(tǒng)[1]。

燃?xì)鈭?bào)警器的氣體探測(cè)器準(zhǔn)確性高，遇到燃?xì)庑孤┑揭欢舛葧r(shí)，可以顯示燃?xì)庑孤┝?，自?dòng)切斷燃?xì)忾y，發(fā)出聲光報(bào)警，啟動(dòng)排風(fēng)扇，這樣可以有效防止因燃?xì)膺^量泄露造成人員和財(cái)產(chǎn)的傷害。當(dāng)燃?xì)庑孤r(shí)，能夠完成以上功能，燃?xì)鈭?bào)警器通常會(huì)有以下功能模塊：LED顯示模塊、聲光報(bào)警模塊、排氣扇模塊、鍵盤模塊、通信模塊等。

1 燃?xì)鈭?bào)警器的功能

燃?xì)鈭?bào)警器根據(jù)傳感器探頭采集數(shù)據(jù),主要有兩方面功能。

(1)燃?xì)庑孤毒榈奶幚怼０惭b在樓宇公寓各防區(qū)的燃?xì)庑孤└袘?yīng)器(探頭)，在有燃?xì)庑孤┌l(fā)生時(shí)產(chǎn)生輸出脈沖，該脈沖經(jīng)過波形整形為矩形波之后經(jīng)過燃?xì)饪刂破髋袛嗵幚?，顯示泄漏燃?xì)饬?，同時(shí)伴有聲光報(bào)警，報(bào)警器自動(dòng)關(guān)閉燃?xì)忾y，啟動(dòng)排風(fēng)扇，同時(shí)發(fā)送信息給用戶或中央監(jiān)控室。

(2)燃?xì)獗砗挠昧康淖x取。安裝在樓宇公寓中的燃?xì)獗沓擞糜诔Ｒ?guī)的顯示功能之外，每個(gè)表都配備了脈沖輸出功能。隨著用戶對(duì)燃?xì)獾南M(fèi)，按照單位計(jì)量比例輸出相應(yīng)的脈沖信號(hào)。脈沖信號(hào)經(jīng)過波形整形處理為矩形波后作為計(jì)數(shù)脈沖，燃?xì)鈭?bào)警器通過實(shí)時(shí)采樣計(jì)數(shù)脈沖獲得表的消耗量。

2 燃?xì)鈭?bào)警器總體設(shè)計(jì)

根據(jù)應(yīng)用系統(tǒng)所要實(shí)現(xiàn)的功能，規(guī)劃出由硬件和軟件實(shí)現(xiàn)的功能部分。根據(jù)燃?xì)鈭?bào)警器的主要功能，規(guī)劃對(duì)整體功能的設(shè)計(jì)。燃?xì)鈭?bào)警器的功能框圖如圖1所示。

圖1 燃?xì)鈭?bào)警器的功能框圖

燃?xì)鈭?bào)警器主要由單片機(jī)擴(kuò)展了兩組信號(hào)輸入：燃?xì)庑孤┟}沖采集、燃?xì)庀牧坎杉?；通信接口電路：可以及時(shí)發(fā)送信息給用戶或中控室；鍵盤：用戶可以設(shè)置基本功能；LCD顯示器：顯示泄漏量和消耗量；E2PROM 24C16：掉電保護(hù)信息和基本信息的存儲(chǔ)等。

(1)由于燃?xì)獗硐牧亢腿細(xì)庑孤┝枯敵龆际敲}沖量，所以燃?xì)饪刂破髦苯訉?duì)燃?xì)獗硐牧亢腿細(xì)?探頭)泄漏量脈沖輸出信號(hào)進(jìn)行采集，從而避免了在燃?xì)饪刂破髦靼迳鲜褂肁/D轉(zhuǎn)換接口。利用單片機(jī)89C52的P1口作為燃?xì)獗砻}沖和報(bào)警脈沖信號(hào)的共同輸入通道，燃?xì)獗砻}沖和燃?xì)庑孤┟}沖信號(hào)分別通過斯密特觸發(fā)器波形整形和74LS244緩沖器進(jìn)入CPU。這里分別用P3.4(定時(shí)器T0的外部輸入)和P3.5(定時(shí)器T1的外部輸入)口線作為分時(shí)有效使能端。

(2)采用虛擬串行總線技術(shù)。LCD液晶顯示器和8K E2PROM 24C16用單片機(jī)I/O口線擴(kuò)展了串行接口器件，采用了虛擬串行總線技術(shù)。用24C16存放有關(guān)初始化信息、燃?xì)獗淼南牧亢腿細(xì)庑孤┝恳约爸匾某跏蓟畔?。LCD液晶顯示模塊，內(nèi)置顯示RAM和驅(qū)動(dòng)控制器，通過串行方法與單片機(jī)AT89C52相連。

(3)通過單片機(jī)的P0口線串行擴(kuò)展了簡(jiǎn)易鍵盤，實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互。P0口作為普通的I/O使用時(shí)，輸出是漏極開路電路，故需要外接上拉電阻5～10 KΩ左右才能正常工作。

(4)通過無線轉(zhuǎn)換完成電平轉(zhuǎn)換與無線通信網(wǎng)絡(luò)連接。

3 單片機(jī)的存儲(chǔ)分配

51系列單片機(jī)的存儲(chǔ)器在物理結(jié)構(gòu)上分為程序存儲(chǔ)器空間和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器空間，共有4個(gè)存儲(chǔ)空間：片內(nèi)程序存儲(chǔ)器和片外程序存儲(chǔ)器空間，片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器空間[2]。4個(gè)存儲(chǔ)空間與其物理地址的對(duì)應(yīng)關(guān)系如圖2所示。

圖2 MSC-51單片機(jī)的存儲(chǔ)器分配

AT89C52(簡(jiǎn)稱89C52)是美國(guó)ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓、高性能CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含8k bytes的可反復(fù)擦寫的Flash只讀程序存儲(chǔ)器和256 bytes 的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(RAM)。

(1)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(RAM)。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器片內(nèi)為256個(gè)字節(jié)，片外最多可外擴(kuò)64K字節(jié)。

(2)程序存儲(chǔ)器(Flash)。程序存儲(chǔ)器用來存儲(chǔ)程序。89C52片內(nèi)有8K字節(jié)的Flash存儲(chǔ)器，如果片內(nèi)的程序存儲(chǔ)器的容量不夠，片外最多可外擴(kuò)程序存儲(chǔ)器64K字節(jié)。

(3)特殊功能寄存器(SFR)。特殊功能寄存器共有21個(gè)，用于CPU對(duì)片內(nèi)各種功能部件進(jìn)行管理、控制和監(jiān)視。這些特殊功能寄存器映射在片內(nèi)RAM區(qū)80H-FFH的地址區(qū)間內(nèi)。

程序是給微處理器處理問題的一系列命令，是由機(jī)器碼組成的代碼串，設(shè)計(jì)人員編寫的程序就存放在程序存儲(chǔ)器中，俗稱只讀程序存儲(chǔ)器(ROM)。相應(yīng)的數(shù)據(jù)放到數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中[3]。

4 燃?xì)鈭?bào)警器數(shù)據(jù)空間的分配

4.1 燃?xì)鈭?bào)警器數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間的分配

根據(jù)89C52單片機(jī)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間，數(shù)據(jù)區(qū)域如果不擴(kuò)展片外RAM，則片內(nèi)RAM能夠利用的空間只有：

高128字節(jié)的80H～FFH的間接存儲(chǔ)空間

低128字節(jié)中20H～2FH的位存儲(chǔ)區(qū)，30H～7FH字節(jié)存儲(chǔ)區(qū)

根據(jù)可以利用的片內(nèi)RAM，燃?xì)鈭?bào)警器的存儲(chǔ)空間分配如下：

4.1.1高128字節(jié)間接存儲(chǔ)地址分配

高128B數(shù)據(jù)區(qū)和特殊功能寄存器區(qū)的地址空間是重疊的，高128B的直接尋址寄存器被用作特殊功能寄存器區(qū)，只有間接尋址的寄存器能夠用來存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。在燃?xì)鈭?bào)警器中，80H—FFH間接存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)分配見表1。

表1 80H～0FFH間接存儲(chǔ)地址的分配

匯編語言定義如下：

；某個(gè)間址寄存器定義

ALARM1_CYCLE EQU 90H

ALARM2_CYCLE EQU 91H

ALARM3_CYCLE EQU 92H

ALARM4_CYCLE EQU 93H

ALARM5_CYCLE EQU 94H

ALARM6_CYCLE EQU 95H

ALARM7_CYCLE EQU 96H

ALARM8_CYCLE EQU 97H

4.1.2 20H～2FH位寄存器地址分配

在片內(nèi)寄存器低128B根據(jù)不同的尋址方式又分為00H～FH為工作寄存器區(qū)，20H～2FH為位尋址區(qū)，燃?xì)鈭?bào)警器進(jìn)行位操作的數(shù)據(jù)存到20H～2FH位寄存器區(qū)，分配見表2。

表2 20H～2FH位寄存器分配

匯編語言定義如下：

；某位位寄存器定義

ALARM_ON EQU 20H

A0ON BIT ALARM_ON_F.0

A1ON BIT ALARM_ON_F.1

A2ON BIT ALARM_ON_F.2

A3ON BIT ALARM_ON_F.3

A4ON BIT ALARM_ON_F.4

A5ON BIT ALARM_ON_F.5

A6ON BIT ALARM_ON_F.6

A7ON BIT ALARM_ON_F.7

4.1.3 30H～7FH通用寄存器地址分配

通用寄存器在燃?xì)鈭?bào)警器中定義見表3。

表3 30H～7FH通用寄存器分配

4.2 燃?xì)鈭?bào)警器程序存儲(chǔ)器的分配

整個(gè)程序存儲(chǔ)器分為片內(nèi)和片外兩部分，尋址范圍分別為64 KB，燃?xì)鈭?bào)警器只用到了片內(nèi)程序存儲(chǔ)器。程序存儲(chǔ)器中除了存儲(chǔ)運(yùn)行程序之外還將常用表格固化到程序存儲(chǔ)器中[4]。

4.3 燃?xì)鈭?bào)警器存儲(chǔ)空間的擴(kuò)展

電可擦除可編程的只讀存儲(chǔ)器E2PROM 24C16(ELECTRICALLY ERASABLE PROGRAMMABLE READ-ONLY MEMORY)具有如下特點(diǎn)：在線改寫數(shù)據(jù)和自動(dòng)擦除功能；斷電時(shí)，數(shù)據(jù)不會(huì)丟失；輸入輸出口與TTL兼容；片內(nèi)編程電壓發(fā)生器，可以產(chǎn)生擦除和寫入操作時(shí)所需的電壓；片內(nèi)控制和定時(shí)發(fā)生器可控制擦除和寫入操作；具有整體編程允許和截止功能，以增強(qiáng)數(shù)據(jù)的保護(hù)能力；具有二線串行接口，可以在I2C上做從器件使用[5]。

5 結(jié)束語

燃?xì)鈭?bào)警器數(shù)據(jù)采集監(jiān)控系統(tǒng)采用AT89C52設(shè)計(jì)，通過項(xiàng)目更好理解燃?xì)鈭?bào)警器存儲(chǔ)分配的原理和開發(fā)過程。基于單片機(jī)設(shè)計(jì)的燃?xì)鈭?bào)警器，在面向控制方面，具有功能完善、穩(wěn)定可靠、體積小、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，被樓宇和住宅等地方采用，已達(dá)到良好的效果。