摘要：基于89C52單片機(jī)的實(shí)用八路物位測量儀表（以下簡稱測量儀），由ATMEL公司的89C52作為核心芯片，利用P1的八個I/O口作為輸入口完成脈沖量信號采樣，用P3口作為八路輸出控制；用Maxim公司的Max7219構(gòu)成串行顯示來驅(qū)動LED，這種結(jié)構(gòu)最大限度地利用了單片機(jī)硬件資源。同時，串行顯示方式省去了單片機(jī)直接定時對LED的服務(wù)時間，節(jié)約了CPU時間，在實(shí)時性很強(qiáng)的工業(yè)控制系統(tǒng)中，顯得尤為重要。
關(guān)鍵詞：89C52 I/O口 串行顯示 脈沖量
1 總體構(gòu)成
本測量儀的信號采樣通過P0口的八根輸入線可接受八路經(jīng)過整形后的標(biāo)準(zhǔn)TTL電平，因此可測量不同傳感器傳來的脈沖型物位采樣信號，只要在原始信號基礎(chǔ)上加以整形處理即可，每來一個脈沖均被P0口捕捉到并可以通過軟件編制使脈沖計(jì)數(shù)增一，定時讀取計(jì)數(shù)和便可以換算成相應(yīng)的物位情況。通過P3.3~P3.5三條線與串行顯示驅(qū)動器Max7219的連接加以軟件編程可完成八位數(shù)碼管顯示驅(qū)動，利用P1.3~P1.6四條口線接入四個按鍵，完成按鍵操作，利用P2口作為八路輸出控制，可驅(qū)動八路固態(tài)繼電器。具體組成見圖1。
圖1
2 硬件線路設(shè)計(jì)
2.1 資源分配
AT89C52 芯片是基于MCS-51結(jié)構(gòu)的高集成度8位微控制器，其主要特性是具有一個用于多處理器通訊的增強(qiáng)型串口和一個增/減定時器計(jì)數(shù)器，專門適用于控制應(yīng)用。選用89C52的另外一個重要原因就是在芯片上實(shí)現(xiàn)了256字節(jié)的RAM，高端128字節(jié)的地址和特殊功能寄存器（SFR）的地址相同，但可以通過不同尋址方式區(qū)分，因此解決了測量儀的軟件編程所用的RAM空間，不必再另外擴(kuò)展隨機(jī)存儲器，節(jié)約了硬件資源。
2.2 串行顯示設(shè)計(jì)
多位LED顯示時，常將所有位的段選線并聯(lián)在一起，由一個8位I／O口控制，也可采用并行擴(kuò)展口構(gòu)成顯示電路，通常，需要擴(kuò)展器件管腳的較多，價(jià)格較高。在本測量儀中,為了節(jié)約I/O口資源，采用了由Max7219芯片構(gòu)成的串行顯示方式。Max7219是串行輸入，輸出共陰極顯示驅(qū)動電路，可直接與單片機(jī)的3條I/O線接口，特別適用于I/O口線少的系統(tǒng)，并且可以程序控制數(shù)碼管的亮度。在本設(shè)計(jì)中，采用P3.3~P3.4三條線經(jīng)74LS273鎖存后與Max7219相連接，P3.3、P3.4鎖存后分別作為7219串行數(shù)據(jù)輸入信號DIN和時鐘信號CLK，P3.5輸出口鎖存作為LOAD信號。具體硬件線路圖見圖2。
圖2 主要硬件連接圖
2.3 軟件計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)
在物位測量儀表中，當(dāng)傳感器書送來的信號為脈沖量時，通常需要通過專門計(jì)數(shù)器芯片如8254等來完成脈沖的計(jì)數(shù)，CPU將此變化的計(jì)數(shù)信號處理后使傳感器送來的脈沖的個數(shù)與物位信號相對應(yīng)。而在本設(shè)計(jì)中，巧妙利用了89C52的P0口資源，將脈沖量整形后直接送至P0口的8條數(shù)據(jù)線，此時P0口作為數(shù)據(jù)輸入口使用。通過軟件設(shè)計(jì)，每路開辟存貯單元（利用片內(nèi)RAM），當(dāng)P0口有電平跳變時，相應(yīng)的計(jì)數(shù)單元計(jì)數(shù)加1，通過軟件設(shè)置定時器，當(dāng)定時時間到時，讀取存儲單元數(shù)值并清零，這樣就完成了軟件計(jì)數(shù)器的功能，節(jié)約了硬件資源，降低了硬件成本。
3 軟件設(shè)計(jì)
128字節(jié)內(nèi)存分配
本測量儀設(shè)計(jì)的另一大特點(diǎn)就是充分利用了128字節(jié)的片內(nèi)RAM，無外部擴(kuò)展存儲芯片。CPU內(nèi)部地址從15H開始算起，直到0C5H全部被開辟作標(biāo)志或存儲單元。具體分配為：15H~1CH為各路采樣時間， 09H~0FH 為各種標(biāo)志位， 42H~5BH為與各路計(jì)數(shù)有關(guān)的計(jì)數(shù)存儲處理單元，5CH~63H為物位報(bào)警域值對應(yīng)的計(jì)數(shù)存儲單元，64H~6FH和 3cH~3FH位報(bào)警類別等存儲單元。通過合理分配，盡管只有128字節(jié)RAM，可以滿足8路物位測量的數(shù)據(jù)處理要求。
3.2 串行顯示子程序
Max7219驅(qū)動的顯示部分程序放在DISP顯示子程序中，在程序開始完成Max7219的初始化工作，將每次待顯示的數(shù)據(jù)放置于從20H~27H開始的顯示緩沖區(qū)地址中，每路需要送顯時，直接調(diào)用顯示子程序即可。
其中顯示部分程序如下：
DISP: MOV R0,#20H ；R0指向顯示緩沖區(qū)首地址
MOV R1,#01H
MOV R3,#08H
LOOP3: MOV a,@R0
MOV R4,A ；顯示緩沖區(qū)數(shù)據(jù)送R4
MOV A,R1
lCALL WRITE ；數(shù)據(jù)鎖存到273
INC R1
INC R0
DJNZ R3,LOOP3
3.3 采樣處理子程序
調(diào)試過的部分源代碼如下：
LOOP: MOV A,#0FH ;主程序循環(huán)開始
MOV P0,A ;先查詢P0口,讀取射線計(jì)數(shù)
MOV A,P0
XCH A,PQ
XRL A,PQ
MOV B,A
JB B.0,JIA1 ；第1路有計(jì)數(shù)，跳至加1程序
JIA10:JB B.1,JIA2 ；第2路有計(jì)數(shù)，跳至加1程序
JIA20:JB B.2,JIA3 ；…..
JIA30:JB B.3,JIA4
JIA40:JB B.4,JIA5
JIA50:JB B.5,JIA6
JIA60:JB B.6,JIA7
JIA70:JB B.7,JIA8 ；第8路有計(jì)數(shù)，跳至加1程序
LJMP LOOP01 ;接著處理鍵盤的查詢
3.4主程序部分流程圖
主程序流程圖見圖3
圖3 主程序流程圖
4 結(jié)束語
本設(shè)計(jì)的創(chuàng)新點(diǎn)在于充分利用了AT89C52的硬件資源，實(shí)現(xiàn)了軟件計(jì)數(shù)器，能夠?qū)γ}沖量信號所反映的物位信號通過數(shù)碼管來顯示，顯示部分的處理采用Max7219顯示驅(qū)動器，與軟件編程相結(jié)合，大大節(jié)約了硬件資源，減少了通用的單片機(jī)擴(kuò)展芯片，降低了成本。本儀表投入生產(chǎn)后成本比用其它方式組成的系統(tǒng)節(jié)約直接硬件成本每臺約300元，投產(chǎn)后產(chǎn)生年經(jīng)濟(jì)效益約60萬元（按每套儀表利潤0.8萬元計(jì)）。
參考文獻(xiàn)：
1 吳玉平譯 MCS51微控制器系列用戶指南 電子工業(yè)出版社 1995
2 王建萍 Max7219串行LED顯示驅(qū)動器及應(yīng)用，電子技術(shù)應(yīng)用，1996，6
3 劉志壯 洪添勝等 一種智能液位檢測儀的設(shè)計(jì) 微計(jì)算機(jī)信息 2007年第2-1期 P156-157
4 史源平 于京生等 基于工控機(jī)的多路核子秤 微計(jì)算機(jī)信息 2008年第2-1期
作者簡介： 于京生（1959-），漢 ， 山東青島人 ，石家莊學(xué)院電氣信息工程系，副教授 主要從事自動控制方面的研究工作。
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