80C51单片微机应用系统实例课件

80C51單片微機應用系統實例

9．1水錶、電能表數據採集系統

數據採集系統設計的主要內容通常包含硬體(連同單片微機在內的全部電子線路)、軟體(包括監控管理程式及各功能模組應用軟體)及結構工藝等三大部分。由於對象提供的數據形式“五花八門”

，若是模擬量，則要通過A/D轉換器得到數據；若是脈衝量，則需通過I/O引腳對其計數後再通過計算得到數據。而對於流量、功率等參數，則往往需通過感測器或專用模組輸出脈衝或數據。

1.水錶數據採集系統

該系統包括脈衝式水錶、水錶數據採集器、掌上電腦、水錶數據集中器、遠程抄表終端、後臺電腦管理軟體等。水錶數據採集器採集居民樓單元內居民的用水量。具有採集24戶居民水錶數據的能力。 水錶表計是對水的流量進行計量。表計中指針軸隨著水流而轉動，其各個指針軸轉一圈分別代表用水量為0.01度、0.1度、1度等等。在相應指計軸處安裝一個霍爾元件(或幹簧管)，就可實現指針軸轉一圈輸出一個脈衝，單片微機通過對脈衝個數的記錄，就可以計算出實際用水量。水錶數據採集器可以同時記錄24戶或32戶居民水錶的脈衝數，進而記錄各用戶的用水量，通過通信介面把水錶數據上傳至管理部門。

居民水錶數據採集系統分為居民樓單元級、社區管理級及自來水公司等三級，其結構示意如圖圖9–1所示。在每一個單元按裝水錶數據採集器，用於採集該單元內用戶水錶的數據。圖9–2水錶數據採集器原理框圖中包含了單片微機和各功能部件。 採用RS485匯流排方式實現社區內水錶數據採集器的網路通信。 在水錶數據採集器內部同時還配置了RS-232介面，可實現與掌上機的通信，以便進行現場參數設置和水錶數據抄錄。 水錶數據採集器主程序流程框圖示於圖9-3。

在社區物業管理部門安裝電腦終端或水錶數據集中器，用於對社區內所有居民水錶計量數據進行統計，列印，以便進行水費的收繳管理。還可進一步通過公用電話網或無線短消息平臺向自來水公司發送用戶用水數據資訊。

水錶數據集中器的記憶體擴展原理見圖9–4所示。單片微機採用臺灣華幫公司的78E58單片微機，其內部包含32KFlash記憶體，與80C52相容，但增加了一個特別的可位尋址的4位I/O口(端口4)和兩個外部中斷。因數據量比較大，故擴展了128KB的數據記憶體628128。由於628128具有17根地址線，所以除了採用78E58的16根地址線A0～A15與628128相連，另外應用P1口的一根I/O口線P1.0與628128的A16相連，作為“體選”，當P1.0=0時，尋扯628128中的64K數據記憶體，當P1.0=1時，尋址628128的另一半64K數據記憶體。 水錶數據集中器與掌上電腦或PC機通信和擴展RS-485匯流排的原理圖示於圖9–5。MAX232實現CMOS(TTL)邏輯與RS-232邏輯轉換，是PC機與單片微機通信介面晶片，一般與單片微機串行口的發送/接收端相連。AD485晶片則用於實現RS485匯流排聯網，由於78E58內部只有一個串行口，所以採用78E58的P1.1和P1.3來虛擬485串行通信，用P1.2來控制RS485數據傳輸方向。

2.電能表數據採集系統本系統分為三級結構，見圖9-6。

(1)採集終端：對多達20戶居民電能表的用電量進行採集，實現單元集抄系統功能；

(2)臺區集中器：通過電力線載波方式，將多達2000戶居民用戶電能表數據集中傳送到社區配電房的集中器上實現臺區集抄系統功能;(3)局端工作站：通過掌上機或電話通訊終端或GSM網把電能表數據上傳到電力局的上端電腦，實現集抄系統功能。

經過改裝後的脈衝電能表或全電子電能表把用戶的用電量轉化為電脈衝送入採集終端，採集終端將通過計數和計算後得出的數據經由局域網通道送到集中器，集中器再通過城域網通道將數據送至供電管理中心。電能表數據採集終端由單片微機、脈衝信號採集處理電路、低壓電力載波通訊電路等部分構成。用戶表選用全電子式單相電能表或帶脈衝輸出的感應式電能表，各用戶表的脈衝信號輸出經過電路整形，再送入單片微機進行即時處理，顯示各用戶電能表的上月電量，和本月當前抄見電量等數據。一個數據採集終端最多可以採集處理22個用戶電能表的脈衝信號。 電能表數據採集終端通過RS-485匯流排收發器(如MAX485)與集中器進行半雙工非同步串行數據通信。

由於採集終端要處理和保存大量的數據，僅僅依靠CPU內部的RAM是不夠的，所以需要外加記憶體。為了簡化設計，提高系統的可靠性，而且考慮需要有在掉電時也不丟失數據的能力，所以在電能表數據採集終端中使用了串行E2PROM。

9．2無匯流排單片微機應用系統

1﹒AT89C2051Flash單片微機

AT89C1051/2051/4051單片微機和MCS-51相容，片內有1K/2K/4K位元組閃速記憶體。具有15根I/O口線，一個16位定時器/計數器，三個中斷源；P1口可吸收20mA電流並能直接驅動LED顯示器，其中P1.2～P1.7提供內部上拉電阻，P1.0和P1.1要求外部加上拉電阻；P3.0～P3.5、P3.7是帶有內部上拉電阻的7個雙向I/O引腳。晶片為20引腳的DIP封裝。

2﹒應用AT89C2051的交通燈智能管理系統

設計一個智能交通燈管理系統。要求如下： 假設十字路口有兩組交通燈，每一組各有紅、黃、綠三種顏色的指示燈，分別管理通道A和通道B。A為主通道。

如果兩個車道都有車，則輪流放行，其中A道綠燈30s。B道綠燈15s。

通道放行管理：如果某個通道無車，而另一車道有車，那麼有車的通道放行。如果無車的通道有車了，則有車的通道立刻恢復正常的交通燈進行管理。

如果兩個通道都沒有車，那麼兩個通道交通燈狀態保持不變。

如有緊急車輛通過，應立即禁止普通車輛通行（即A、B車道均亮紅燈），緊急車輛通過後，恢復原來的信號燈狀態，且原先的計時時間累計。要求採取中斷方式，用按鍵中斷模擬有緊急車輛通過。

在從綠燈切換為紅燈時，應有5s的黃燈點亮時間。

智能交通燈管理系統的硬體設計如圖9–7所示。應用P1.0～P1.5共6根I/O口線控制A車道和B車道6個指示燈，P3.0輸入A車道是否有車資訊，P3.1輸入B車道是否有車資訊，P3.2輸入是否有緊急車輛資訊。定時器/計數器作為通行時間定時器。

基本軟體程式如下：;P1.0=0，A車道紅燈點亮;P1.1=0，A車道綠燈點亮;P1.2=0，A車道黃燈點亮;P1.3=0，B車道紅燈點亮;P1.4=0，B車道綠燈點亮;P1.5=0，B車道黃燈點亮;P3.0=0，A車道有車;P3.1=0，B車道有車;P3.2=0，有緊急車通過 s_okBIT20H.0 ORG 0000H SJMP MAIN

ORG 000BH AJMP SECOND ORG 0030HMAIN：MOV SP,#60H；設堆疊指針

CLR EA ；關中斷 MOV TMOD,#01H ；設T0為方式1

MOV TL0,#0B0H ；設T0時間常數(100ms) MOV TH0,#3CH SETB ET0 ；允許定時器/計數器T0中斷

SETB PT0 ；T0中斷為高優先順序

SETB EA ；開中斷

SETB TR0 ；啟動定時器/計數器T0 MOV R0，#10 ；100ms計數次數

TEST：MOV P3,#0FFH ；設P3口為輸入方式

MOV A,P3 ；讀A、B車道的狀態

JB ACC.2,EMERG_CAR ；有緊急車輛通過， ；轉EMERG_CAR JB ACC.0,CAR_0 ；A道有車，轉CAR_0

JB ACC.1,CAR_1 ；B道有車，轉CAR_1

SJMP TEST ；無車，則繼續等待NORMAI:ACALLA_GREEN ；A道通行30s ACALL YELLOW ；黃燈5sACALL A_RED ；B道通行15sAJMP TEST

;緊急車處理副程式;;;;;;;;;;;;;;;;;;EMERG_CAR：MOV A,#00001001B；A道、B道紅燈亮

MOV P1，A AJMP TEST

CAR_0：JB ACC.1,NORMAL ；A、B道均有車 ACALL A_GREEN ；A道有車,立即放行

AJMP TEST CAR_1：ACALL A_RED ；B道有車,立即放行

AJMP TEST;秒計數副程式;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;SECOND:CLR EA CLR S_OK DEC R0 MOV A,R0 JZ SECOND_1 SJMP SECOND_2SECOND_1: MOVR0,#10 SETB S_OKSECOND_2: MOVTH0,#3CH MOV TL0,#0BFH SETB EA RETI;A車道綠燈，B車道紅燈A_GREEN: MOV A,#00001010B;A車道綠燈亮，B車道紅燈亮

MOV P1,A MOV R1,#30 ;亮燈時間為30sTLP：JNB S_OK,TLP ;判1s定時是否完成

CLR S_OK DJNZ R1，TLP ;判30s定時是否完成

RET;A車道黃燈5s，B車道黃燈5sYELLOW: MOVA,#00100100b MOV P1,A ;A、B車道黃燈亮

MOV R1,#05 ;黃燈亮5sTLP1：JNB S_OK,TLP1 ;1s定時是否完成

CLR S_OK DJNZ R1,TLP1 ;5s定時是否完成

RET ;A車道紅燈，B車道綠燈

A_RED: MOV A,#00010001B MOV P1,A ；B車道綠燈亮，A車道紅燈亮

MOV R1#15 ；亮燈時間為15s TLP2：JNB S_OK,TLP2 ；1s定時是否完成

CLR S_OK DJNZ R1,TLP2 ；15s定時是否