超声波流量计的设计.doc

《超声波流量计的设计.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《超声波流量计的设计.doc（30页珍藏版）》请在得力文库 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、装订线长 春 大 学 毕业设计（论文）纸 序号（学号）： 021240228长 春 大 学毕 业 设 计（论 文）超声波流量计的设计 姓 名高辉学 院电子信息工程学院专 业电气工程及其自动化专业班 级12402 指导教师李学军（教授）朱海忱2016年6月5日摘要摘要：超声波流量计是随着科学技术不断发展，开始得到广泛应用的一种仪表。超声波流量传感器的测定方法也是多种多样，速度变化发、波速移动法、多普勒效应法、流动听声法等都是比较常见的测量方法。超声波传播时间法是在目前应用比较广泛的超声波传播时间法也叫时差法。本设计首先对超声波流量计做进一步的了解，其次进行了一个整体的介绍，然后分析了各种超声波流

2、量计的工作原理，并讲述了硬件设计的原理及实现的目的。本设计包括单片机最小系统、信号的检测和调节模块、显示模块、时钟模块、等其他辅助模块。本课题选用的STC89s52单片机内部集成了很多模块，不仅简化了电路设计，同时也提高了系统的稳定性。实际情况中环境对信号有一定的影响，本设计采用硬件软件进行双重调节。其中模拟信号经过放大电路进行信号发大，再经过采样保持电路转换信号给A/D转换器实现模拟信号到数字信号的转变。最后由单片机计算。关键字：超声波；流量计；时差法；单片机 ABSTRACT Abstract：Ultrasonic flowmeter is along with the continuou

3、s development of science and technology, is widely applied to the instrument. The determination method of ultrasonic flow sensor is also varied, speed change hair, wave velocity method, doppler effect method and flow of hearing are more common measurement methods. Method of ultrasonic transmission t

4、ime is in the more widely used ultrasonic transit time method also called time difference method. This design first understanding of the ultrasonic flowmeter for further, this paper describes an integral part of the second, and then analyzed the working principle of ultrasonic flowmeter, and tells t

5、he story of the purpose of the principle of hardware design and implementation. This design includes single chip microcomputer minimum system, signal detection and modulation module, display module, clock module, and other auxiliary modules. This topic chosen STC89s52 SCM much internal integration m

6、odule, not only simplifies the circuit design, but also improve the stability of the system. Actual situation in the environment has certain influence to the signal, the design is double adjustment with the hardware and software. The analog signals are amplified circuit for signal hair big, again by

7、 sampling keeping circuit switching signal to A/D converter to realize the change of analog signals to digital signals. The last calculated by the single chip microcomputer.Keywords：ultrasonic,Flow meter ,time-difference method ,singlechip目录摘要iABSTRACTii目录i第1章绪论11.1课题的背景及主要内容11.2国内外的应用现状及趋势11.2.1国内的

8、发展现状11.2.2国外的发展现状21.3课题的研究意义3第2章设计方案论证42.1超声波流量测量原理42.2系统总体方案的设计52.2.1总体方案的设计52.2.2硬件系统框图5第3章硬件设计63.1超声波换能器的选择63.2发射接收电路63.2.1发射电路63.2.2超声波接收电路73.3采样保持电路83.4 A/D转换电路93.5切换控制电路103.6单片机设计123.6.1单片机的选择123.6.2单片机引脚功能133.7与PC机通讯接口163.8 LCD显示电路173.9存储电路183.10蜂鸣器18第4章系统软件设计204.1系统主流程序204.2发射接收部分流程图204.3单片机

9、部分软件设计214.4显示部分流程图22结论23参考文献24致谢25附录26第1章绪论 在数千年前，当时人们面临灌溉和水利等流量计数问题，就开始着手研究流量测量问题。现如今水资源缺少，流量更大，所以就需要更精准更方便的测量。流体物资贸易核算，城市污水废气排放的总量计算；优良的流量计不仅能提高工业生产的效率，产品的质量和对环境的保护更能降低成本。许多工业方面都需要严格的流量检测和控制。由此可知，流量测量的方式和准确性将直接影响经济发展和生产。 根据超声波在流体中的传播特性来测量流量，不需要直接接触液体，不影响流体的流动。超声波流量计不但精度高、测量范围广，而且安装方便操作简单等优势所以被公认为是

10、较好的流量测量仪表。现代超声波流量在许多化工领域中得到了广泛应用。1.1课题的背景及主要内容计量对于现代工业生产来说是非常重要的，它是工业生产的眼睛，流量计算是计量科学的重要组成部分之一，它在经济领域、科学领域、建设领域有着重要的作用。特别是如今能源危机、工业发达的现代，流量计量在国民经济的地位更加凸显。超声波流量计传感器具有不阻碍流体流动的特点，可测的流体种类很多，不论非导电的流体、高粘度的流体，还是奖状流体，只要能传输超声波的流体都可以进行测量。超声波流量计可用来对自来水、工业用水、农业用水等进行测量，还适用于下水道、农业灌溉、河流等流速的测量。本文围绕超声波流量计时差法测量技术的实现，详

11、细地说明和分析了硬件和软件的设计结构和原理，并给出详细的设计思想路线。本文由以下五部分内容组成：（1） 绪论：叙述了国内外超声波流量计的发展历史和现状，简述本文内容。（2） 介绍了超声波流量计的测试原理，系统的设计方案和系统框图。（3） 关于硬件的设计和详细的说明。（4） 关于软件部分的设计和说明。（5） 对本文设计作出总结。1.2国内外的应用现状及趋势1.2.1国内的发展现状 国外的流量计发展比国内较快，大部分的流量仪表都是由工业发达国家生产的，有的综合大型企业专业生产多品种的流量仪表，也有一些小型企业专业生产性能独特品种单一的流量仪表，当然后者的流量计占有的比例较高。 我国在近代流量测量技

12、术开展方面的工作较外国晚，早期我国所需流量计大多数是从国外进口，在20 世纪 30 年代中期的时候国内光华精密机械厂制造出家用水表，而在20 世纪 50 年代初文丘里管差压流量计现世，它是新成仪表厂所开发的。直到20 世纪 60 年代开始拥有了电磁流量计和涡轮流量计等本国产品。现在逐渐形成了一个相当规模从事仪表研究开发、流量测量技术和生产的产业。现如今从事流量仪表生产和研究的国内单位超过了 230 家，有 50 余家单位在中国仪器仪表行业协会和流量仪表专业协会注册登记，它们均是有相当技术或有一定潜力的企业。国内在 1990 年流量仪表总产量估计超过 25 万台。现如今国内科技发展更加迅速显然是

13、一个生产大国。1.2.2国外的发展现状 80 年代中后期，单片机技术得到了广泛的应用，超声波流量计向着智能化、高性能的方向发展。单片机技术能在在超声波流量计中得到应用，促使超声波流量计真正开始进入工业测量领域。近 10 几年来，在微处理器技术和高速数字信号的处理技术的快速进步下，在工艺的研究和新型探头材料，在声道配置和流动力学的研究下，超声波流量测量技术得到了长足的发展，形成了一种迅猛的发展势头。在70 年代中后期，因为许多大规模集成电路技术的迅猛发展，高精度的时间测量可以被轻而易举的实现，再加上锁相环路技术的应用，从而超声波流量计的稳定性有了初步的保证，其中为了消除环境变化对测量精度的影响，

14、出现了许多信号处理方法比如：频差法、锁相频差法。该类方法优点明显不仅测量周期短而且响应速度快，一定程度上几乎完全消除了环境对测量精度的影响保证了流量测量的准确性。因此这几种方法成为测量大管径大流量的主要设计方案，唯一的缺点就是当测量小管径小流量时它的精度得不到保证。与此同时，前苏联科技工作者深入细致的研究了管道内流体的流速分布规律，发现管道内流体流动存在两种不同的状态：紊流状态与层流状态，并明确的解释层流状态和紊流状态下流速分布规律，找到了流量修正系数在其理想状态下的近似计算公式，这一发现为超声波流量计的提高测量精度奠定了坚实有力的理论基础。至此，超声波流量计的应用与研究才蓬勃发展起来。而在8

15、0 年代初期，超声波流量计的设计方法已经不仅仅局限于频差法和时差法，伴随着电子技术和其相关理论的快速发展，超声波流量计的性能越来越好种类越来越多，又出现了相关法及噪声法、多普勒法、射束位移法等其它处理方法。 目前国外使用的流量计有100多种，国内投资生产的也有近50种。伴随着工业生产的自动化发展，管道化的进展，流量仪表使用占比越来越大。根据国外资料表明，在工业部门中使用的流量仪表数量占整个仪表总数的15-30。但是，现如今流量测量技术变得复杂化，以及对科学技术提出更新更高的要求，流量计量技术需要不断更新现况远不能满足生产的需要，还有大量的流量测量技术问题需要进一步研究解决。1.3课题的研究意义

16、 在我国水资源相当匮乏，地理分布也不平衡，随着国民经济的不断发展，由于水资源的缺少，价格也越来越高，因此对水量的计量精度要求也会越来越高，尤其是当对城市供水、大型引水等大流量的计量，因此要求流量计的精度非常高，因为即使很小的测量误差也会产生很大的流量计算误差，而因此所带来的直接经济利益也是一个非常可观的数目。因此就需要制造大流量、高精度、使用方便、价格合理的水流量计。超声测量仪表的优点非常多，首先测量准确度几乎不受被测流体压力、温度、密度、粘度等参数的影响，其次它可制成非接触仪表或者便携式测量仪表，成功的解决了仪表所难以测量的非导电性、强腐蚀性、放射性及易燃易爆介质等的流量测量问题。目前大多数

17、的工业流量测量大流量、大管径比较困难，一般流量计会随着测量管径的增大而增加制造和运输上的困难，能损加大、造价提高、安装困难等等，但是这些困难超声波流量计均可避免。那是因为各类超声波流量计均可在管外安装，不用接触无需拆卸安装十分方便。超声波流量计的造价基本上和被测管道口径大小无关，而其它种类的流量计会随着口径增加，造价也大幅度增加，因此在口径越大时超声波流量计比其它类型流量计的性价比高。大管径流量测量仪表是公认的好仪表，还有一种多普勒法超声波流量计，它可以测双相介质的流量，因此它可用来测量下水道及排污水等脏污流的流量。第 25 页 共 26 页第2章设计方案论证2.1超声波流量测量原理 超声波流

18、量传感器的测定方法是多样的，如传播速度变化发、波速移动法、多普勒效应法、流动听声法等。但目前应用较广的主要是超声波传播时间法。 超声波在流体中传播时，在静止流体和流动流体中的传播速度是不同的，利用这一特点可以求出流体的速度，再根据管道流体的截面积，便可以知道流体的流量。 如果在流体中设置两个超声波传感器，它们既可以发射超声波又可以接收超声波，一个装在上游一个装在下游，管道直径为，如图1所示。如设顺溜方向的传播时间为，逆流方向的传播时为为,流体静止时的超声波传播速度为，流体流动速递为,两超声波水平距离为，则一般来说，流体的流速远小于超声波在流体中的传播速度，因此超声波传播时间差为由于，从上式便可

19、得到流体的流速，即超声波传感器2超声波传感器1 图1 2.2系统总体方案的设计 2.2.1总体方案的设计本次设计中超声波换能器有着至关重要的作用，超声波换能器是整个检测的关键技术之一，换能器性能的好坏直接影响测量的精准度。本人根据课题的要求通过对超声波换能器的研究，基本掌握了课题所需指标，根据实际情况选择合适的换能器。另外，超声波在液体中传播有一定的衰减，必须选择合适的频率。其次，就是硬件部分的电路设计，设计过程需要观察细节不断完善，不仅要完成对信号的采集处理，还要修复和弥补环境引起的误差，所以电路设计是本课题的核心，更是需要突破的重点。超声波在水中传播会有一定的幅值衰减和波形扭曲等信号失真，

20、从失真的波形中提取有用的信息并准确无误的算出信号发送和接收的时间差是精准测量的基本要求，也是能够实现流量测量的基本基础。要实现对信号的处理，我先对接收信号进行放大处理，超声波接收器收到的电压非常小，所以本设计要经过三次放大处理，在经过采样保持器传到A/D转换器，进行模拟信号到数字信号的转变，然后传到单片机进行计算，接收信号经过调节传到单片机需要存储数据，所以在单片机上连接存储芯片方便单片机进行两次数据的运算，计算结果会在液晶显示器显示。2.2.2硬件系统框图 脉冲激励 切换开关显示 单片机蜂鸣器计时模块A/D转换滤波放大第3章硬件设计3.1超声波换能器的选择超声波换能器是超声波流量计的重要组成

21、部分，它对流量的检测精度整个系统的性能和可靠度有直接的影响，超声波换能器的种类有很多，性能各异，因此需要根据实际情况要求合理选择。 频率：超声波的频率越高，声束扩散角越小，能量越集中，分辨能力就越强，所测得的精度就越高，所以超声波频率很大程度上影响着系统性能。既然超声波频率越高精度越高，我们是不是应该选择高频探头呢？不是的，对于同一种材料来说，超声波在传播中的散射衰减系数和吸收衰减系数分别与频率的四次方和二次方成正比，所以，频率越高，超声波衰减越严重，会增加硬件电路设计的难度。 入射角：超声波换能器所安装的位置也会影响信号的传递。当超声波入射时会在管壁及流体界面处发生折射，变成两束纵波在流体中

22、传播，为了提高超声波接受信号的精确性，应该选择入射角大于第一临界面并且小于第二临界角，确保仅一束超声波被探头接受。如果管道是钢管，探头使用有机玻璃作声导，入射角选取28.760。 发射强度：由于环境的影响，流量的检测存在误差，超神波接受换能器收到的信号要求在几十毫伏以上，超声波发射强度越大，接受探头收到的强度越大，误差影响越小，因此，接收换能器可以可靠地工作，必须要有足够的发射能量，使接收探头准确分辨超声波首波，提高测量精度。综合以上因素，在本次设计中，我选用中心频率为1兆赫兹的探头，入射角为45。3.2发射接收电路3.2.1发射电路在本次设计中，超声波发射电路使用的是连续脉冲发射电路，经过脉

23、冲发生、放大电路形成，单片机产生的方波信号经过三极管放大和变压器的升压，满足一定的功率后推动换能器超声波，使用变压器的目的是为了升高脉冲电压并且使振荡器的输出阻抗与负载阻抗相匹配，超声波探头与变压器接成单端激励方式。单片机可以产生40 kHz的方波脉冲，但是单片机所产生的脉冲电压小需要进行发大才能将超声波探头驱动产生超声波发射信号。所以发射驱动就是将单片机产生的信号进行一个发大电路的处理，本次设计使用一个三极管和一个变压器进行信号放大，之后通过超声波换能器将电信号转换成机械信号发射，超声波发射电路如图3-1所示。 图3-1超声波发射电路3.2.2超声波接收电路超声波发射电路发射信号之后，信号经

24、过流体传播到接收探头，中间有杂质、气泡和其他影响减弱信号的强度和稳定性，因此需要对信号进行放大和调节。超声波探头接受信号时非常弱，为毫伏级，所以需要放大的倍数也比较大，为了确保测量的精准度，在信号到达检测电路之前必须使信号稳定可靠，这就需要使用滤波电路。本次设计中的超声波接受电路由OPAMP构成的两级运放放大电路和二阶带通滤波电路组成，第一级放大100倍，第二级放大50倍，共放大5000倍左右，信号调节之后，超声波接收电路会输出中断请求，单片机停止计时时，开始进行数据处理。 超声波接收电路如图3-2所示。 图3-2超声波接收电路 超声波接收一级放大电路如图3-3所示 图3-3超声波一级放大电路

25、 超声波接收二级放大电路如图3-4所示 图3-4超声波二级放大电路 超声波接收滤波电路如图3-5所示 图3-5超声波接收滤波电路3.3采样保持电路采样过程将时间连续的信号变成时间不连续的模拟信号，该过程是通过模拟开关来实现的，模拟开关每隔一定的时间间隔打开一次，一个连续的模拟信号通过这个开关后，就形成一系列的脉冲信号，成为采样信号。在理想数据采集系统中，只要满足采样定理采样频率不小于被采集信号最高频率的两倍，则采样输出信号就可以无失真的重现原输入信号，而在实际应用中通常取。采样保持电路对接收到的超声波信号的第一个峰值进行采样，然后信息保存。这样就可以利用A/D转换器将采样到的信号转化成为数字信

26、号，供控制单元进行增益控制，确保测量的准确性。采样保持电路如图3-6所示。 图3-6采样保持电路3.4 A/D转换电路本文选择ADC0809作为A/D转换器的芯片，ADC0809是最常用的并行A/D芯片之一，其内8位A/D转换模块、8路多路开关和单片机读写控制逻辑模块。ADC0809的外部引脚封装图如图3-7所示，其各个引脚说明如下。l 2-12-8：8位并行数字量输出引脚。l IN-0IN-7：8通道模拟量输入引脚、l VCC：正电源。l GND：电源地。l REF(+)：参考电压正端引脚。l REF（-）：参考电压负端引脚。l START：A/D转换启动信号输入端。l ALE：地址锁存允许

27、信号输入端。l EOC：转换结束信号输出引脚，开始转换时为低电平，当转换结束时为高电平。l OE：输出允许控制端，用以打开三态数据输出锁存器。 l CLK：时钟信号输入引脚。l ADD-A、ADD-B、ADD-C：地址输入引脚，用于选择输入通道07。 图3-7 ADC 0809 3.5切换控制电路切换控制电路如3-8所示。 图3-8切换控制电路切换控制模块主要作用是控制两个超声波换能器的收发顺序，使得两个换能器发射接收交替进行，也就是控制超声波信号的顺逆流传播的交替，从而实现对超声波信号传播时间差的测量。左部芯片共有16个引脚，供电范围-=318V,要求,本课题中的接地，接3.3V电压。芯片中

28、6,9,10,11四个引脚为控制引脚，它可以控制通道的选通和截止，该芯片有X0与X1，Y0于Y1，Z0与Z1三对开关引脚，每一对引脚每次只能有一个引脚导通，另一个引脚截止，但具体是哪三个引脚导通是由控制引脚A,B,C的状态决定的，一共有8种情况。通用引脚X,Y,Z分别对应X0与X1，Y0与Y1，Z0与Z1三对引脚的导通控制，具体选通哪个引脚就要根据实际情况自行控制。逻辑控制真值表如表3.1所示。 表3.1逻辑控制真值表 控制输入 选通 禁止 选择 C B AZ0Y0X00000Z0Y0X10001Z0Y1X00010Z0Y1X10011Z1Y0X00100Z1Y0X00101Z1Y0X1011

29、0Z1Y1X00111Z1Y1X11xxx x 超声波换能器发射声波信号需要一定频率的激励信号，本文使用1 MHz的晶振作为芯片的激励信号。 关于左芯片的工作情况： 信号从左芯片的引脚X1脚输入，激励信号会经过一个JK触发器从而获取到的持续高电平提供连接在11上的信号选通控制引脚，保持与激励信号的同步，保证完整的激励信号的波形被右芯片输入端接收到，从而确保信号处理的精确性，这也是左芯片控制的关键所在也是左芯片的主要作用。左芯片的控制引脚为A，将A接高电平，也就是逻辑上为1，左芯片引脚B,C接地，逻辑上是0，此时组成的控制引脚逻辑组合为A,B,C=1,0,0，由图3.1的真值表可以看到，与其相对

30、应的是X1,YO,ZO选通，因为X1引脚的输入为激励信号，信号经过X1引脚再经过芯片引脚X也会输出相同的激励信号，YZ两引脚接地。 关于右芯片的工作情况： 右芯片的X引脚输入信号是从左芯片的输出引脚X传出的，右芯片的输入信号也是激励信号。硬件系统CPU发出控制通道选择信号传到11引脚，单片机交替输出高低电平，具体控制时序可通过软件编程来人为操控。 当左芯片通道选择信号是低电平时，并联在一起的引脚A,B,C保持同步，所以都是低电平，得到的控制引脚组合为A,B,C=0,0,0，查验真值表可以得到此时引脚XO,YO,ZO是选通的。正如前所述，右芯片的X引脚输入为激励信号，换能器1与右芯片的引脚XO相

31、连，激励信号提供激励传给换能器1，此时换能器1发出声波信号，这时换能器1作为发射换能器，而换能器2为接收换能器。同时，由于XO引脚既与YO引脚相连又与换能器相连，并且YO引脚此刻在选通状态，所以激励信号与换能器1共同作用后的信号就可以作为后面信号处理的发射信号，也就是我们前面定义的换能器发射信号由Y引脚输出。 激励经过换能器1从而发射出声波信号，声波信号被换能器2接收，换能器2经过转换将声波信号变成响应电信号，输出一定的正弦波形，它也是我们后面要进一步处理的模拟接收信号，换能器2连接到引脚x1，而引脚X1又连接ZO，此时引脚ZO正处在选通状态，也就是说此时换能器2产生的接收信号经引脚Z输出，Z

32、输出的信号就是后面信号所要处理的接收信号。发射时间会在单片机记录，接收信号经过信号处理后再由单片机计时芯片计算就可以得到超声信号在一个传播方向上的时间。 另一种情况当通道选择信号是高电平时，查表得此时控制引脚的组合为A,B,C=1, 1, l，参照真值表知此时引脚对应的X1,Y1,Z1选通，X1输出激励信号，此刻换能器2作为发射换能器使用，反之换能器1作为接收换能器使用。过程与上文同样，这种情况下Y1输出发射换能器的发射信号，XO输出接收换能器的接收信号，由于Z1与XO相连，所以导通后Z引脚和Y引脚仍然分别是接收信号和发射信号。这样的处理方便后面的单片机计时芯片的计时，不管哪个换能器是发射换能

33、器哪个换能器是接收换能器，芯片对应的输出信号引脚都只有一种情况，方便单片机计算。同样情况，得到发射和接收信号后，再经过信号处理后再由计时芯片计算，即可得到超声信号在一个方向上的传播时间。 单片机得到两个方向上的传播时间后，再由软件部分计算模块即可得到所需的顺逆传播时间差并且得出相应的流量值。3.6单片机设计3.6.1单片机的选择单片机对于真个系统来说它是控制的核心，所以设计中对单片机的选择更是重中之重。如果选择对了一个合适的单片机不仅可以最大地提高运行速度简化系统的操作，而且其功能可能是最优的，稳定性也比较高，对整个系统来说更便捷。目前，市面上的单片机的种类多种多样，并且他们在功能应用方面也是

34、自有各自的特点。在一般的情况下来讲，在选择单片机时要需要考虑的几个方面有：（1）单片机最基本性能参数指标。例如：执行一条指令的速度、程序存储器的容量，I/O口的引脚数量等。（2）单片机的某些增强的功能。（3）单片机的存储介质。（4）单片机的封装形式。（5）单片机对工作的温度范围的要求。（6）单片机的功耗。（7）单片机在市面上的销售渠道是否畅通、其价格是否便宜。（8）单片机技术的支持网站如何，卖家提供的芯片资料是否足够完善，是否包含了用户手册，设计方案举例，相关范例程序等。（9）单片机的保密性是否很好，单片机的抗干扰的性能如何等。AT89S52具有8k字节Flash，256字节RAM，32位I/

35、O接口，看门狗定时器，两个数据指针，三个16位定时器，一个六向量二级中断结构，全双工串口，片内晶振及时钟电路，功耗低，在系统、在应用可编程,不占用用户的资源。根据本系统设计的实际要求，选择AT89S52单片机做为本设计的单片机使用，它是由ATMEL公司生产的高性能、低功耗的CMOS位单片机。 单片机的引脚功能图如图3-9所示 图3-9 52单片机的引脚功能图3.6.2单片机引脚功能（1）电源引脚 Vcc（40脚）：正电源的引脚，工作电压是5 V。GND（20脚）：接地端。（2）时钟电路的引脚XTAL1和XTAL2 为了产生时钟信号，在89S52单片机的芯片内部设置了一个反相放大器，其中片内反相

36、放大器的输入端就是XTAL1端口，片内振荡器反相放大器的输出端就是XTAL2端。单片机使用的工作方式是自激振荡的方式，XTAL1和XTAL2外接的是12 MHz的石英晶振，使内部振荡器按照石英晶振的频率频率进行振荡，从而就可以产生时钟信号。时钟信号电路如图3-10所示。 图3-10时钟信号电路（3）复位RST（9脚）复位输入。晶振工作时，RST脚持续2个机器周期高电平将使单片机复位。看门狗计时完成后，RST脚输出96个晶振周期的高电平。特殊寄存器AUXR(地址8EH)上的DISRTO位可以使此功能无效。DISRTO默认状态下，复位高电平有效本课题设计的单片机复位电路如图3-11所示。 图3-1

37、1 单片机复位电路图（4）输入输出口（I/O口）引脚P0口是一个8位双向I/O口，它具有内部上拉电阻。作为输出口，每位能驱动8个TTL逻辑电平，对P0端口写“1”时，引脚用作高阻抗输入。当单片机访问数据存储器和外部程序时，P0口也可以被作为低8位地址/数据复用。在这种模式下，P0具有内部上拉电阻。在flash编程时，P0口也用来接收指令字节；在程序校验时，输出指令字节。程序校验时，需要外部上拉电阻。P1，p1输出缓冲器可以驱动4个TTL逻辑电平。对P1端口写“1”时，内部会上拉电阻从而把端口拉高，此时端口可以作为输入口使用。当端口作为输入使用时，被外部拉低的引脚因为内部电阻的原因，将会输出电流

38、（IIL）。此外，P1.0和P1.2分别作定时器/计数器2的外部计数输入（P1.0/T2）和时器/计数器2的触发输入（P1.1/T2EX），在flash编程和校验时，P1口接收低8位地址字节。具体如下表3.2所示。 表3.2P1口功能介绍引脚号第二功能P1.0T2（定时器/计数器T2的外部计数输入），时钟输出P1.1T2EX（定时器/计数器T2的捕捉/重载触发信号和方向控制）P1.5MOSI（在系统编程用）P1.6MISO（在系统编程用）P1.7SCK（在系统编程用） P2口是一个具有8位双向I/O口，其内部有上拉电阻，P2输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。在对P2端口写“1”时，芯片内部上

39、拉电阻将端口拉高，此时端口可以作为输入端口使用。作为输入端口使用时，被外部拉低的引脚因为内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。芯片在访问外部程序存储器或者是用16位地址读取外部数据存储器时，P2口会送出高八位地址。在使用这种应用时，P2口使用内部上拉发送1。当8位地址访问外部的数据存储器时，P2口将输出P2锁存器的内容。在flash编程和校验时，P2口也可以接收高8位地址字节和控制信号。P3口是一个具有8位双向I/O口，其内部上拉电阻，对P3端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入端口使用。作为输入端口使用时，被外部拉低的引脚因为内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。P3口亦可

40、作为AT89S52特殊功能使用，在进行flash编程和校验时，P3口也会接收一些控制信号。P3口的第二功能，如表3.3所示。 表3.3 P3口第二功能表P3引脚兼用功能P3.0串行通讯输入口（RXD）P3.1串行通讯输出口（TXD）P3.2外部中断0请求输入端（ INT0）P3.3外部中断1请求输入端（INT1）P3.4定时器0输入端(T0)P3.5定时器1输入端(T1)P3.6外部数据存储器写选通信号输出端（/WR）P3.7外部数据存储器写选通信号输出端（/RD）（5）其它控制或复用引脚（a）ALE/PROG（30脚）：地址锁存控制信号在访问外部程序存储器时，锁存低8位地址的输出脉冲。在fl

41、ash编程时，此引脚（PROG）也会用作编程输入脉冲。在一般情况下，ALE以晶振会以六分之一的固定频率输出脉冲，因此可用来作为外部定时器或时钟使用。然而，特别强调的是，在芯片每次访问外部数据存储器时，ALE脉冲将会跳过。如果有需要，通过将地址为8EH的SFR的第0位置“1”，ALE操作将无效。这一位置“1”，ALE仅在执行MOVX或MOVC指令时有效。否则，ALE将被微弱拉高。这个ALE使能标志位的设置对微控制器处于外部执行模式下无效。（b）/EA/Vpp（31脚）：访问外部程序存储器控制信号。为了使芯片能读取从0000H到FFFFH的外部程序存储器的指令，EA必须接GND。如果为了执行内部程

42、序指令，EA应该接VCC。在flash编程期间，EA也接收12伏VPP电压。EA是单片机的中断允许控制位，当EA=0时，单片机禁止所有的中断：当EA=1时，单片机使能中断，但是各个中断是否使能还需要看其相应的中断控制位的状态。3.7与PC机通讯接口 一个标准的RS-232接口包括一个25针的D型插座（有公型和母型两类），包括主信道和辅助信道两个通信信道，且主信道的通信速率高于辅助信道，在实际使用中，常常只使用一个主信道，此时，RS-232接口只需要9根连接线，使用一个简化为9针的D型插座，计算机与上位机的串行口通常采用一个25针或9针的D型连接器，它分为公型和母型，在本设计中选用了9针型的D型

43、连接器，如图3-12所示。图3-129针D型连接器要完成正常的串行通信，只需要连接三根线就可以了，即2、3、5三根线，分别是数据输入、数据输出、地线。具体电路如图3-13所示。图3-13 RS芯片接口图表3.4RS-232接口的引脚定义25针接口9针接口名称方向功能说明23TXD输出数据发送引脚32RXD输入数据接收引脚47RTS输出请求数据传送引脚58CTS输入清除数据传送引脚66DSR输出数据通信装置DCE准备75GND信号地81DCD输入数据载波检测引脚204DTR输出数据终端设备DTE准备229RI输入振铃信号引脚 RS-232标准推荐的最大物理传输距离是15m，其逻辑电平“0”为+3+25V,而逻辑