牛奶杂质浓度测试仪的硬件设计

本科毕业设计外文翻译 题目： 牛奶杂质浓度测试仪硬件设计 专 业： 测控技术与仪器 班 级： 学 号： 学生姓名： 指导教师： 起迄日期： 设计地点： 2 By GU Xudong Supervised by Engineer PAN Songqi Department of Automation Engineering Nanjing Institute of Technology June, 2007 I 摘 要 牛奶杂质浓度测试仪是通过测试牛奶的冰点温度，和标准冰点温度进行比较，从而判断牛奶杂质浓度是否超标，它并不能测出牛奶中具体含有什么杂质。 本仪器采用 LC 切割型石英晶体温度变送器，把温度信号转化为频率信号，在温度变送器和计数器之间加入 1 个电子闸门，利用单片机内部的定时器产生宽度为 1s 的门控信号。采样数据计数经 8 位计数器 256 分频后送至 AT89C52单片机，为减少硬件用量，结合单片机内部的 16 位计数器和外部 8 位计 数器组成 24 位计数器。 温度误差的补偿用一个 8 位拨码开关来实现，两片 74LS244三态门作为测试采样输入和温度补偿输入的选择端。 仪器设定了 3 个独立式功能键 “ START”、 “STOP”和 “RST” 分别进行开始采样、停止采样和复位操作，由单片机 P1.3、 P1.4 和 P1.5 口控制。数据显示部分段选部分的信号由 74LS164串行输入并行输出， 5 位共阴极数码管动态显示， LED 数码管的位选由单片机的 P2 口控制 。牛奶冰点温度达到时，数码管显示冰点温度，通过一个由单片机直接控制的蜂鸣器鸣叫来进行提示。 关键词： 温度变送器 、计数器、单片机、三态门、数码管 II ABSTRACT Impurity concentration of milk tester milk is tested Freezing temperatures and freezing temperature standards, thus judged whether the impurity concentration of milk utilization, it does not detect milk containing what specific impurities. The equipment used LC-cutting quartz crystal temperature transmitter, temperature signal into a frequency signal. the temperature between the transmitter and counter to an electronic gate. SCM internal timers have a width of the doors control signals. Sample data on eight counts counter after 256 minutes Frequency sent to the AT89C52, in order to minimize the amount of hardware. MCU with internal 16-bit counter and counter external component 8 24 counters. Temperature error compensation using a dial-8 Switch to achieve, 2 74 LS244 doors as a three-state input sampling tests and temperature compensation-input selection. Equipment set three separate function keys START STOP and RST were started sampling, sampling and reset stop operation, exhaust from the microcontroller, P1.4 and P1.5 export control. Some of the data showed that the election of the signal from 74 LS164 serial input parallel output A total of five digital cathode tube dynamic display, LED digital control by the EC MCU P2 export control. Freezing temperatures reach milk, Digital Display freezing temperature, through a direct control of the microcontroller buzzer hoot to suggest. Keywords : Temperature Transmitter, counter, microcontroller, three-state doors, digital control III 目 录 第一章 绪论 . 1 1.1 凝固点与冰点的概念 . 1 1.1.1 凝固点与冰点 . 1 1.1.2 凝固点的变化 . 1 1.1.3 牛奶的凝固点 . 1 1.2 检测牛奶冰点的方法及表示单位 . 2 1.2.1 仪器与方法 . 2 1.2.2 牛奶冰点的测定单位与表示方法 . 2 1.2.3 FPD（牛奶冰点下降）表示法 . 2 1.3 牛奶冰点与掺水掺杂 . 2 1.4 影响牛奶冰点的若干因素 . 3 1.5 生产实践中如何避免生奶中无意掺水 . 4 1.6 本文的结构 . 4 第二章 牛奶杂质浓度测试仪硬件电路设计 . 5 2.1 电路原理图的设计 . 6 2.1.1 温度变送器 . 6 2.1.2 计数器 . 9 2.1.3 补偿电路 . 13 2.1.4 数据选择器 . 14 2.1.5 单片机 . 15 2.1.6 时钟振荡电路 . 18 2.1.7 复位电路 . 18 2.1.8 控制电路 . 19 2.1.9 显示电路 . 20 2.1.10 冰点提示电路 . 22 2.2 电路板的绘制 . 23 2.2.1 Protel 99SE 的使用 . 23 2.2.2 电路图的绘制 . 23 第三章 系统调试 . 26 3.1 MPLAB 微机实验系统 . 26 IV 3.2 硬件的检测与调试 . 26 3.2.1 脱机检查 . 26 3.2.2 联机调试 . 27 3.3.3 软件调试 . 28 第四章 主程序流程图 . 29 4.1 主程序注释 . 29 第五章 结 论 . 31 5.1 论文总结 . 31 5.2 感想 . 31 致 谢 . 32 参 考 文 献 . 33 附录 A： 原理图 . 34 附录 B： PCB 图 . 35 1 第一章 绪论 1.1 凝固点与冰点的概念 1.1.1 凝固点与冰点 经典物理学的定义为：原子、离子或分子按一定空间次序排列，具有规则几何形状的固体称为晶体，例如：冰雪、食盐、石英等；反之则称为非晶体，或称无定形物，例如：玻璃、树脂等。某种纯晶体物质受热变为液体时的温度称为熔点；某种液态晶体物质凝固时的温度称为凝固点；凝固点即该物质的液态与固态可以平衡共存的温度。在一定的压强下，任何晶体的凝固点与其熔点相同。对于非晶体来说，并无固定的凝固点。 水的凝固点也称为冰点。 在一个标准大气压下，空气饱和的纯水与纯冰混合物处于平衡时的温度是水的真冰点，其值为 0.000 。 1.1.2 凝固点的变化 一切纯晶体物质处于一定的压力下，皆有其固定的凝固点。化学上把两种或两种以上物质组成的均匀体系叫做分散系或溶液。当某物质以微小颗粒分散到另一物质中去时，被分散的物质称为分散质或溶质；把接纳分散质或溶质的物质称为分散剂或溶剂。实践证明，当溶质加入纯溶剂后，溶液的凝固点就比纯溶剂低。溶液的凝固点降低幅度与溶液的质量摩尔浓度近似成正比。溶液的浓度越大其凝固点的下降程度就越大。 1.1.3 牛 奶的凝固点 牛奶是由许多物质、数种分散系及其过渡态所组成的混合物。组成牛奶的多级分散体系为 （ 1） 真溶液：无机盐、乳糖和维生素 B 族等呈分子态或离子态分散于乳中，粒子直径常小于 1nm；（ 2） 高分子溶液：白蛋白和球蛋白等呈大分子态分散于乳中，粒子直径约 250nm;（ 3） 胶体溶液或细分散系：如酪蛋白磷肽结合钙形成的胶粒等，粒子直径约 30100nm;（ 4） 粗分散系：如某些蛋白质复合体等固体微粒构成的悬浊液和脂肪球液滴等构成的乳浊液，粒子直径约 5010000nm。 牛奶中水分约占 85.5%88.7%。 牛奶的凝固点习惯上叫冰点。牛奶冰点随水分及其他成分含量变化而变化。正常情况下，生鲜牛奶冰点仅变动于一个狭小的范围内；如牛奶中掺入水或其他杂质，其冰点就会发生明显变化。因此，检测生鲜牛奶冰点可作为其中是否掺水掺杂的一种手段；并且，通过牛奶冰点检测可大致判别其加水量。 2 1.2 检测牛奶冰点的方法及表示单位 1.2.1 仪器与方法 当今流行的检测牛奶冰点的方法是应用冰点测定器（ cryoscopy）。在该测定器的样品管中有一套珠形热敏电阻和搅棒装置。检测时，将少量的牛奶试样放入样品管内，立即置于 -7的冰浴中，样品 的温度由插入其中的热敏电阻来测知，样品经快速冰却与缓慢冷却，直至 -3，振动着的搅拌棒将能量脉波传向样品测试管壁，形成冰晶，从而产生一个“冰冻脉波”；随着被超冷的牛奶样品结成冰，此时释出潜在的熔化热，样品的温度升至冰点平台；过后温度又继续下降。平台的温度就是牛奶的冰点 。 目前，世界上有多家专门研发、制造牛奶与乳品分析检测仪器的企业，如丹麦的福斯（ Foss）公司、荷兰的 Delta Instruments 公司等，在这些厂商出产的各种乳制品成份分析仪都可以加装冰点测定仪。其操作相当准确、简便。 上海近年研制成功 的 CHL-100 型鲜奶冰点测定仪，单机尺寸 40 3024cm，重量 14kg，用 220VAC 电源，功耗 100W ，工作环境温度 1030。每次测试用奶样 2.5mL，检测时间 24min，测 温 范 围 0.0000-1.0000， 测温 分 辨 率 0.0001，冰点测定精密度 4m。该仪器通过校准后可测出牛奶样品的冰点值，并根据设置标准冰点计算出相对含水量。两项数据可在显示器上读出，也可打印出检验结果。 1.2.2 牛奶冰点的测定单位与表示方法 牛奶冰点测试的原始工作由贺特文氏（ Hortvet） 完成，他使用的是装有水银的玻璃温度计。更现代化的工作表明， Hortvet 所用的器具并不精密，但许多早期的资料用 Hortvet 氏装置测定。所以，迄今仍有一些国家和地区应用 Hortve氏刻度来表示牛奶的冰点。牛奶冰点的贺氏（ H）与的换算公式为： =0.96418H+0.00085 1.2.3 FPD（牛奶冰点下降）表示法 因为牛奶的冰点都是负数，且在摄氏千分之几度范围内波动，所以有业内人士提出，为简化起见，在某些场合下，牛奶冰点下降（ Freezing point depression of milk） FPD 的单位用 m表示：取冰点的绝对值乘以 1000 就是 FPD 值。如：-0.508 =508m。 1.3 牛奶冰点与掺水掺杂 牛奶是否被掺水掺杂，可用多项检测指标进行综合评判，常用的方法之一，就是检测其冰点。如果纯真牛奶的冰点设定为 -0.540，据测定，牛奶中每加入 3 1%的水，其冰点约上升 0.0054。如牛奶中加入 10%的水，其冰点约为 -0.540（ 100%-10%） =-0.486。通常认为，用公式（ 1.1）可计算牛奶中 3%以上的加水量： X（ %） =（ T-T） 100/T （ 1.1） 式中， X：原料奶加水量， T：生鲜牛奶真实冰点或参照冰点， T：被检牛奶的冰点。公式（ 1.2）可计算以重量百分率表示的加水量： W（ %） =（ C-D）（ 100-S） /C （ 1.2） 式中， W：生鲜牛奶的掺水量， C：正常牛奶的真实冰点或参照冰点， D：被检牛奶的冰点， S：被检牛奶的总固形物百分数 。 倘若在牛奶中掺入淀粉、豆浆或羧甲基纤维素等物质，可使其冰点上升；若掺入尿素、电解质等可溶性物质，则 使其冰点下降。 1.4 影响牛奶冰点的若干因素 乳汁是动物乳腺组织生理活动的分泌物，其各种成分皆直接或间接来源于血液。据研究，牛奶渗透压或盐类平衡与泌乳母牛的血液渗透压相匹配。母牛的血液渗透压受生理调节，仅局限于很小的范围内，所以它所产牛奶的盐类平衡也被约束于很范围。正常牛奶的冰点比纯水的冰点低 0.520.53左右。 大量测试数据显示，水牛奶与乳用品种黄牛所产的奶冰点十分接近；山羊奶或绵羊奶的冰点比牛奶稍低。不同品种的奶牛所分泌乳汁的冰点仅有千分之几摄氏度的差异。同一个体在同一泌乳期内不同阶段所分泌奶 的冰点基本无差异。同一地区全年各月之间所产奶的冰点几乎无差异 。 在奶牛饲养过程中，如果饮水不正常，则会影响其所产奶的冰点。假如某牛在挤奶前有一段时间被剥夺饮水，其冰点就会异常地升至 -0.500H 或更高。此外，严重背离奶牛饲养标准的低差饲喂，不仅产奶量下降，其所产奶冰点也上升。 牛奶成分中，乳脂肪含量变化，与其冰点升降几乎无关，乳中蛋白质含量对牛奶冰点的影响甚微。牛奶中乳糖和可溶性盐含量增加，则使其冰点下降 。 当奶牛患急性乳腺炎时，其所产奶中乳糖含量减少。为使血乳渗透压平衡，就会在乳汁中稍微多分泌一些盐类 ，这就是为什么急性乳腺炎患牛所产生的奶稍带咸味的原因。 如果生鲜牛奶的测定样品不能保持新鲜，牛奶中的细菌就会将乳糖逐步分解为乳酸，一个分子乳糖可转化为 个分子乳酸，从而使牛奶的冰点下降；这种情况可掩饰牛奶的掺水现象。 我们面临的问题是，用作冰点检测的牛奶样品，既不能添加任何防腐剂， 4 又不能使其中的细菌生长繁殖。因此，务必在严格冷藏的条件下谨慎储运。在测定牛奶冰点时，往往同时检测其可滴定酸度，数项数据可相互印证，以判别是否有掺假行为。检测报告牛奶的正常冰点，要求其酸度在 20T 以内。 1.5 生产实践中如何避免 生奶中无意掺水 在生产实际中，不论是手工挤奶、桶式机器挤奶或是管道式机器挤奶，都应该周密考虑牛奶生产、挤榨、储运、加工过程中的各个环节，制定并认真执行严格的操作规程，谨防额外水分进入原料奶中，以保证牛奶的纯净、优质。 1.6 本文的结构 本文以牛奶杂质浓度测试仪的研发工程项目作为应用背景，对技术进行了研究。全文共分为五章，各章的主要内容如下： 第一章扼要地介绍了牛奶冰点的概念和相关研究背景； 第二章对牛奶冰点温度进行了研究，给出了如何利用单片机各个功能 I/O 进行控制的控制方案，并讨论了牛奶杂质浓度测试仪硬 件电路的设计方法，给出了具体的硬件电路图和电路板电路。 第三章详细地说明了对硬件电路检测和调试的步骤。 第四章给出了主程序的流程图并作了简要说明。 第五章总结了全文的研究工作，给出了存在的问题和进一步研究的方向。 5 第二章 牛奶杂质浓度测试仪硬件电路设计 这次设计的是牛奶杂质浓度测试仪，其本质测试的是牛奶的冰点温度。液体在降温过程中，由液体转化成固体时所维持的温度叫做冰点温度。利用这一点也可 用于喷气燃料油冰点和发动机冷却液冰点的测定 ，来对产品质量进行评定。牛奶的冰点温度一般是 -0.54，如图 2.1，在标 准大气压下牛奶在降温过程中它的温度会急剧下降，但下降到一定温度时温度会出现小幅度的反弹，然后温度基本维持在一定温度，一般持续几十秒到几分钟，这一温度即为牛奶的冰点温度。 牛奶 中掺水，常用的比较准确而经典的方法就是测得其冰点 温度 增高来检出。牛奶中掺水 1，冰点可升高 0.0054 ，牛奶中掺入 淀 粉、豆浆等使其冰点上升，掺入电解质尿素等可溶性有机物，则使其冰点下降 。 图 2.1 牛奶 温度和时间之间的关系曲线图 本次设计利用单片机 AT89C52 作为系统控制和数 据处理的核心，在保证一定的精度条件下，尽量减少了硬件的使用量，例如利用单片机内部的 16 位 T0计数器结合外部的 8 位计数器组成 24 位计数器对数据进行纪录。对于采样时间也没用外部秒发生器，而是利用单片机 T1 定时器中断方式来获取采样时间。这样就很大程度上简化了硬件电路，保证了系统的测试精度，大大缩小了仪器的体积，更加利于携带，实现快速测量。 如图 2.2 为此次设计的结构原理图，利用 LC 切割型石英晶体温度变送器对t/s T/ 0 45-120s 冰点温度 6 牛奶的温度进行采样，单片机 AT89C52 作为电路控制和数据处理的核心，通过共阴极 LED 数码管对温度进行显示 。 图 2.2 牛奶杂质浓度测试仪的硬件设计结构原理图 2.1 电路原理图的设计 2.1.1 温度变送器 温度变送器的核心部分是一个以 LC 切割法制作工艺的石英晶体， 以石英晶体谐振器作为敏感元件的谐振式传感器。石英晶体谐振器是用石英晶体经过适当切割后制成，当被测参量发生变化时，它的固有振动频率随之改变，用基于压电效应的激励和测量方法就可获得与被测参量成一定关系的频率信号。 石英晶体传感器以高分辨力、高准确度、热响应时间小、频率输出、便于远传、便于测量等特点著称，主要用于高准确度、高分辨力的温度测量和作 为量值传递的标准温度计中。 早期的石英晶体温度 -频率传感器采用具有非线性温度频率特性的石英晶体谐振器制作。在发现具有线性温度频率特性的石英晶体切型后，这种温度传感器的谐振器采用 LC 切型的平凸透镜石英晶体块制成，其直径约为数毫米，凸面曲率半径约为 100 毫米以上。 作为频率基准的石英振子的共振频率不能随温度变化，但若改变切割方向，其共振频率就会在很宽的温度范围按直线变化。 本次设计采用的即是这种 LC 切割型石英晶体传感器， 25时频率为 7 16.8MHz，温度每变化 1 度，频率变化 1KHZ，则温度在 0和 -0.54 时，频率分别为则温度为 0时，频率为 0f =16.8 610 -25 1000=16775000 Hz 温度 -0.54时，频率为 1f =16.8 610 -(25+0.54) 1000=16774460 Hz 在设计牛奶杂质浓度测试仪时，其基本原理等同于设计一个频率计。如图2.3 为频率计的工作原理图，输入一个待测 频率 f，待测频率经过电子闸门后就进行计数，电子闸门采用信号发生器产生秒信号，这个秒信号为 1s 宽的门控信号。在电子闸门打开时就可以对待测频率进行计数。应当选取最大计数值比待测频率估计值相对较大的计数器进行计数。计数后需要对计数值进行数据处理，包括计数器计数值和补偿电路的数据的处理，数据的二进制转化为十进制。最后，经过数据处理的数据就可以通过 LED 进行显示出来，显示的数值即为当前待测频率 f 的值。 图 2.3 频率计的工作原理图 石英晶体传感器本 质上是一种特殊的晶体震荡器，所以它典型的测量电路就是晶体震荡电路，如图 2.4 所示。该电路的主要作用是将被测温度转换成频率信号。考虑到测温的精度要求甚高，所以震荡器的元件温度性能要好，石英晶体与电路的线路要短，并要求震荡电路的震荡幅度要大。 f 电子闸门 计数器 数据处理 补偿电路 显示 秒 信号 8 图 2.4 晶体震荡电路 在电路设计时，在温度变送器之后接入一个或门，型号为“ HC32”，其作用相当于一个电子闸门。或门输入端一个接温度变送器，另一个接单片机 P2.6口，输出接计数器输入端。由单片机 P2.6 输出宽度为 1s 的门控信号，门控信号低电平时电子闸门“ HC32”打开，此时就可以对温度变送器送出的频率进行计数了。 定时器 /计数器在计数模式下工作时必须给计数器选送计数器初值，并能在计数器从全“ 1”变为“ 0”时自动产生定时溢出中断请求。因此，我们可以把计数器计满为“ 0”所需要的计数值设定为 C 和计数初值设定为 TC，由此便可以得到如下的计算通式： TC=M-C 式中， M 为计数器模式，该值和计数器工作方式有关。在方式 0 时 M 为213 ；在方式 1 时 M 为 216 ；在方式 2 和方式 3 时 M 为 28 。在定时器模式下，计数器由单片机主脉冲经 12 分频后计数。因此，定时器定时时间 T 的计算公式为： T=（ M-TC） 计数T 若设 TC=0，则定时器定时时间为最大。由于 M 的值和定时器工作方式有关，因此不同工作方式下定时器的最大定时时间也不一样。若设单片机的主脉冲频率 CLK 为 12MHZ，则最大定时时间为： 方式 0 时 maxT =213 1s=8.192ms 方式 1 时 maxT =216 1s=65.536ms 方式 2 时 maxT =28 1s=0.256ms 温度采样过程中，需要用计数器精确记录石英晶体传感器 1s 输出的脉冲 9 值，利用定时器工作在方式 1 时，定时 50ms 产生 1 次 中断，调用 20 中断就可以实现定时 1s 的功能。 2.1.2 计数器 系统测量的精度为 0.01，温度变送器的每个脉冲都要记录，并通过单片机进行处理。温度变送器的频率在 25为 16.8MHz，温度变小时频率也会线性地变小，测试牛奶冰点温度时温度要下降到冰点温度，一般液体的冰点温度在0左右，牛奶的为 -0.54。 AT89C52 单片机内部提供了两个 16 位的可编程的定时器 /计数器，其中一个最为定时器使用。在单片机中，当定时器 /计数器工作在计数方式时，外部输入信号是加到 T0（ P3.4）端。外部输入信号的下降沿将触发 计数，计数器在每个机器周期的 S5P2 期间采样外部输入信号，若一个周期的采样值为“ 1”，下一个周期的采样值为“ 0”，则计数器加“ 1”，故识别一个从“ 1”到“ 0”的跳变需要 2 个机器周期，所以，对外部输入信号最高的计数速率是晶振频率的 1/24。AT89C52 的晶振频率为 12MHz，则 T0 计数器所能计数的最大频率为单片机晶振频率的 1/24 即内部计数器 T0 计数频率为 0.5MHz,而设计采用的温度变送器在 0的频率为 16.775MHZ， -0.54时为 16.77446MHz,所以在单片机外部有必要加两个 4 位二进制计数器 组成 8 位计数器，这样最大计数频率就能达到 MAXf =0.5MHz 82 =128MHz 这样结合单片机内部的 16 位计数器就组成了 24 位的计数器，就最大程度减少了硬件的使用量，也保证了系统的精度。 74LS161 是一个 4 位二进制同步加法计数器芯片，逻辑功能表如表 2.1。 表 2.1 74LS161 功能表 输 入 输 出 工作模式 CP CTp CTt D3 D2 D1 D0 nQ3 nQ2 nQ1 nQ0 L L L L L 异步清零 H L d3 d2 d1 d0 d3 d2 d1 d0 同步预置 H H L 13nQ 12nQ 11nQ 10nQ 保持 H H L 13nQ 12nQ 11nQ 10nQ H H H H 加法计数 加法计数 74LS161 具有如下功能： 1) 异步清零 为低电平（ =0），不管其他输入端（包括 CP）状态如何，各触发器均被清零，计数器的输出 Q3Q2Q1Q0=0000；同样，不清零时应使 为高电平 10 （ =1）。 2) 同步置数 LD 为预置数控制端。在 =1（不处于清零状态）的条件下，只要在 LD为低电平（ LD =0）的同时，加入 CP 脉冲的上升沿，计数器被置数，输入数据d3d2d1d0 被置入各相应的触发器，即计数器输出 Q3Q2Q1Q0 等于数据输入端D3D2D1D0 输入的二进制数（ Q3Q2Q1Q0=d3d2d1d0）。这就可以使计数器从预置数开始进行加法计数。不预置数时应使 LD 为高电平（ LD =1）。 3) 计数 PCT 和 TCT 为计数控制端。在 =1（不清零）和 LD =1（不送数）的条件下，若控制端 PCT 、 TCT 均为高电平（ PCT = TCT =1）时，计数器处于计数状态，此时为一种典型的 4 位二进制加法计数器。当计数器计数到 Q3Q2Q1Q0=1111时，进位输出 CO=1；再输入一个计数脉冲 ，计数器输出从 1111 返回到 0000状态， CO 由 1 变 0，作为进位输出信号。 4) 保持 在 =1（不清零）和 LD =1（不送数）的条件下，当控制端 PCT 与 TCT 中只要有一个为低电平，则计数器处于保持状态，各触发器保持原状态不变，其进位输出在 PCT =0、 TCT =1 时，状态不 变；而在 PCT =1、 TCT =0 时，进位输出CO=0。 在设计时，需要两片 4 位 74LS161 芯片组成 8 位计数器。由于设计只要计数器实现计数和清零两个状态，所以计数控制端 PCT 和 TCT 、置数端 LD 都接高电平，计数允许由电子闸门接 P2.6 进行控制，计数器清零端由 P1.0 控制， 当P1.0 为低电平时，计数器清零。如图 2.5，温度变送器时钟频率送至计数器计数，在两个 74LS161 芯片之间加入一个与非门实现异步级联组成 8 位二进制计数器，作为数据的低 8 位地址； 8 位计数器输出接单片机 AT89C52 的 P3.4 端， P3.4为单片机 16 位内部计数器接口，单片机的内部计数器作为高 16 位地址。这样就组成了 24 位计数器，可以对频率进行计数。 11 图 2.5 74LS161 级联组成 8 位计数器 AT89C52 单片机内部有两个 16 位的定时器 /计数器：定时器 0（ T0）和定时器 1（ T1）。定时 器 /计数器是一种可编程部件，在其工作之前必须将控制字写入工作方式和控制寄存器，用以确定工作方式，这个过程称为定时器 /计数器的初始化。直接与 16 位定时器 /计数器 T0、 T1 有关的特殊功能寄存器有以下几个： TH0、 TL0、 TH1、 TL1、 TMOD、 TCON，另外还有中断控制寄存器 IE、IP。 TH0、 TL0 为 T0 的 16 位计数器的高 8 位和低 8 位， TH1、 TL1 为 T1 的 16位计数器的高 8 位和低 8 位， TCON 为 T0、 T1 的状态和控制寄存器，存放 T0、T1 的运行控制位和溢出中断标志。 通过对 TH0、 TL0HE TH1、 TL1 的初始化来设置 T0、 T1 计数器初值，通过对 TCON 和 TMON 的编程来选择 T0、 T1 的工作方式和控制 T0、 T1 的运行。 特殊功能寄存器 TMOD 为 T0、 T1 的工作方式寄存器，其格式所示： D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 GATE C/T M1 M0 GATE C/T M1 M0 TMOD 的所有位复位后清零。 TMOD 不能位寻址，只能用字节方式设置。各位功能如下。 M1、 M0：工作方式控制位 M1、 M0 可构成如下表所示的 4 种工作方式 P 3 .4D03D14D25D36Q014Q113Q212Q311CO15C T P7C T T10CP2CR9LD17 4 LS 1 6 1D03D14D25D36Q014Q113Q212Q311CO15C T P7C T T10CP2CR9LD17 4 LS 1 6 1V C CP 1 .0温度变送器 12 表 2.2 定时器的方式选择 M1 M0 工作方式 功能说明 0 0 0 为 13 位的定时器 /计数器 0 1 1 为 16 位的定时器 /计数器 1 0 2 为常数自动重新装入的 8 位定时器 /计数器 1 1 3 仅适用于 T0，分为两个 8 位计数器， T1 停止计数 C/T ：定时器 /外部事件 计数方式选择位 如前所述，定时器方式和外部事件计数的方式的差别是计数脉冲源和用途的不同， C/T 实际上是选择计数脉冲源。 C/T =0 为定时方式，在定时方式中，以振荡器输出时钟脉冲的 12 分频信号作为信号，也就是每一个机器周期定时器加“ 1”。若晶振为 12MHZ，则定时器计数频率为 1MHZ，计数的脉冲周期为 1 s。定时器从初值开始加“ 1”计数，直至定时器溢出所需的时间是固定的，所以称为定时方式。 C/T =1 为外部事件计数方式。这种方式采用外部引脚（ T0 为 P3.4， T1 为P3.5）上的输入脉冲作为计数脉冲。对外部输入脉冲计数的目的通常是为了测试脉冲的周期、频率或对输入的脉冲数进行累加。此次设计计数器计数即为这种方式。 GATE：门控位 GATE 为“ 1”时，定时器的计数受外部引脚输入电平的控制，只有 0INT 引脚为“ 1”，且用软件对 TR0 置“ 1”，才能启动定时器； GATE 为“ 0”时，定时器计数不受外部引脚输入电平的控制。只要用软件对 TR0置数就能启动定时器 。 特殊功能寄存器 TCON 的高 4 位为定时器的运行控制位和溢出标志位，低4 位为外部中断的触发方式控制位和锁存外部中断请求源。 TCON 格式如下： D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 TF1 TR1 TF0 TR0 IE1 IT1 IE0 IT0 定时器 T0 运行控制位 TR0 TR0 由软件置位和清零。门控位 GATE 为“ 0”时， T0 的计数仅由 TR0 控制， TR0 为“ 1”时允许 T0 计数；门控位 GATE 为“ 1”时，仅当 TR0 等于“ 1”且 0INT 输入为高电平时 T0 才计数， TR0 为“ 0”或 0INT 输入低电平时都禁止T0 计数。 定时器 T0 溢出标志位 TF0 当 T0 被允许计数后， T0 从初值开始加“ 1”计数，最高位产生溢出时， TF0置“ 1”。 TF0 可以由程序查询和清零。 TF0 也是中断请求源，当 CPU 响应 T0 13 中断时，由硬件清零。 定时器 T1 运行控制位 TR1 TR1 由软件置位和清零。门控位 GATE 为“ 0”时， T1 的计数仅由 TR1 控制， TR1 为“ 1”时允许 T1 计数， TR1 为“ 0”时禁止 T1 计数；门控位 GATE为“ 1”时，仅当 TR1 为“ 1”且 1INT 输入为高电平时 T1 才计数， TR1 为“ 0”或 1INT 输入低电平时都将禁止 T1 计数。 定时器 T1 溢出标志位 TF1 当 T1 被允许计数以后， T1 从初值开始加“ 1”计数，最高位产生溢出时，TF1 置“ 1”。 TF1 可以由程序查询和清零， TF1 也是中断请求源，当 CPU 响应T1 中断时，由硬件清零。 2.1.3 补偿电路 所购买的石英晶体传感器在测量牛奶冰点温度时， 25不一定会达 到16.8MHz 的要求，所以必然会引起一定的误差。因此设计中加入了一个八位手动拨码开关，可以手动地对系统的误差进行补偿，使系统精度得到很大程度的提高，一旦 8 位拨码开关补偿值调整完， 8 位拨码开关的 8 个开关就不能再有变化了。在温度变送器损坏或者老化后，需要更换新的温度变送器，此时必须再一次手动调整 8 位拨码开关，对系统进行补偿。设定温度补偿值时，一般利用标准大气压下纯净的水的冰点温度为 0.000进行补偿，此时查看数码管显示温度，计算出纯净的水的冰点温度和数码管显示温度的差值。下面就可以对数据手动地补偿了。 8 位 拨码开关输出的数据为原码，开关 S1 控制补偿电路数据的符号位，当S1 断开时，单片机最高位接地为“ 0”，输出数据为正，当 S1 按下时，最高位为“ 1”，输出数据为负。补偿电路采用的是二进制数据，其他开关 S2-S8 控制补偿电路的 7 位数据值，所以 8 位拨码开关所能校正的差值范围为 0.128。测量标准大气压下纯净的水的温度，当水变为冰水化合物时，此时水的温度理论上是冰点温度 0.000。假如当前 5 个数码管显示温度为 -00.03时，补偿值为 +0.030 ,此时， 8 位拨码开 关的二进制值为 00011110，所以把 S4、 S5、 S6、S7 闭合，其他开关打开。 计数器 14 补偿电路 图 2.6 补偿电路 2.1.4 数据选择器 三态输出门与一般的门电路不同，它的输出端除出现高电平、低电平两种状态之外，还可以出现第三种状态 高阻状态（或称禁止状态、开路状态）。 三态门最重要的一个用途是可以实现用同一根导线轮流传送几组不同的数据。通常把接受三个或三个以上门的输出信号的线叫做总线，总线是具