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单片机控制系统
电子系统用于最一般意义上的信息传递；这些信息可能是电话交谈、仪器阅读或公司账户，但在每种情况下都是相同的主要信息 涉及的操作类型包括：信息的处理、存储和传输。在传统的电子设计中，这些操作是在功能级别上结合在一起的，例如计数器，w。 无论是电子还是机械，存储电流并根据需要将其增加一倍。使用计数器的电子时钟等系统具有广泛的存储和处理能力。 在整个系统中，因为每个计数器都能够存储和处理数字。
现在基于微处理器的系统通过将处理、存储和传输三种功能分离到系统的不同部分，而脱离了这种传统的方法。这个p 在二十世纪四十年代，冯·诺依曼设计了三种主要功能，而不是专门为微型计算机设计的。几乎所有制造的计算机都是用这个stru设计的。 结构，尽管它们在物理形式上有着巨大的差异，但它们的基本设计基本上是相同的。
在以微处理器为基础的系统中，处理是由以微处理器为基础的系统自身完成的。存储是利用存储器电路，而从系统中输入和输出的信息传输则是利用特定的输入/输出（I/O）电路。要在一个以微处理器为基础的时钟中找出执行具有计数功能的一个特殊的硬件组成部分是不可能的，因为时间存储在存储器中，而在固定的时间间隔下由微处理器控制增值。但是，规定系统运转过程的软件却规定了包含实现计数器计数功能的单元部分。由于系统几乎完全由软件所定义，所以对微处理器结构和其辅助电路这种看起来非常抽象的处理方法使其在应用时非常灵活。这种设计过程主要是软件工程，而且在生产软件时，就会遇到产生于常规工程中相似的构造和维护问题。
图1.1显示出了微型计算机中这三个单元在一个微处理器控制系统中是如何按照机器中的信息通信方式而联接起来的。该系统由微处理器控制，微处理器能够对其自身的存储器和输入/输出单元的信息传输进行管理。外部的连接部分与工程系统中的其余部分（即非计算机部分）有关。
图1.1 微型计算机的三个组成部分
I/O接口
存储器
（ROM,RAM）
微处理器
虽然图中只显示了一个存储部分，但实际上使用了两种不同类型的内存RAM和ROM。在每一种情况下，“内存”这个词都是非常不合适的，因为计算 RS内存在概念上更像是一个文件柜；信息存储在一组编号的“盒子”中，并被所讨论的“盒子”的序列号所引用。
微型计算机使用RAM(随机存取存储器)，可以将数据写入其中，并在需要时再从其中读取数据。这些数据可以按所需的任何顺序从内存中读取，并且 不一定按相同的顺序写入，因此表达式“随机”访问内存。另一种类型的ROM(只读存储器)用于保存固定的信息模式，而这些模式不能。 受到微处理器的影响；当电源被移除时，这些模式不会丢失，并且通常用于保存程序，该程序定义了基于微处理器的系统的行为。罗姆斯 读起来像RAMS，但与RAMS不同，它们不能用来存储可变信息。有些ROM在制造过程中会输入它们的数据模式，而另一些则由用户通过s进行编程。 专用设备，称为可编程ROM。广泛使用的可编程ROM可以通过特殊的紫外线灯擦除，被称为Eproms(可擦除可编程R的缩写)。 只有记忆。其他新型的设备可以被电擦除，而不需要紫外光，这被称为电可擦除可编程只读存储器(EEPROMS)。
微处理器在程序控制下处理数据，控制进出存储器和输入/输出设备的信息流。有些输入输出设备是通用的。 S而另一些则设计用于控制特殊硬件，如磁盘驱动器或控制信息传输到其他计算机。大多数类型的I/O设备在某种程度上是可编程的， 允许不同的操作模式，而有些实际包含特殊用途的微处理器，允许在不直接涉及主微处理的情况下执行相当复杂的操作。
假如应用中不需要太多的程序和数据存储量，微处理器、存储器和输入/输出可全被包含在同一集成电路中。这通常是低成本应用情况，例如用于微波炉和自动洗衣机的控制器。当商品被大量地生产时，这种单一芯片的使用就可节省相当大的成本。当技术进一步发展，更强更强的处理器和更大更大数量的存储器被包含形成单片微型计算机，结果使最终产品的装配成本得以节省。但是在可预见的未来，当需要大量的存储器或输入/输出时，还是有必要继续将许多集成电路相互联结起来，形成微计算机。
微计算机的另一主要工程应用是在过程控制中。这是，由于装置是按特定的应用情况由微机编程实现的，对用户来说微计算机的存在通常就更加明显。在过程控制应用中，由于这种设备以较少的数量生产，将整个系统安装在单个芯片上所获取的利益常比不上所涉及的高设计成本。而且，过程控制器通常更为复杂，所以要将他们做成单独的集成电路就更为困难。可采用两种处理，将控制器做成一种通用的微计算机，正像较强版本的业余计算机那样；或者做成“包裹”式系统，按照像电磁继电器那样的较老式的技术进行设计，来取代控制器。对前一种情况，系统可以用常规的编程语言来编程，正如以后要介绍的语言那样；而另一种情况，可采用特殊用途的语言，例如那种使控制器功能按照继电器相互连接的方法进行描述。两种情况下，序均能存于RAM，这让程序能按应用情况变化时进行相应的变化，但是这使得总系统易受掉电影响而工作不正常，除非使用电池保证供电连续性。另一种选择是将程序在ROM中，这样他们就变成电子“硬件”的一部分并常被称为“固件”。
尽管大规模集成电路的应用使小型和微型计算机的差别变得“模糊”，更复杂的过程控制器需要小型计算机实现他们的过程。各种类型的产品和过程控制器代表了当今微计算机应用的广泛性，而具体的结构取决于对“产品”一词的解释。实际上，计算机的所有工程和科学上的应用都能指定来进行这些种类的某一或某些工作。而在本设计中压力和压力变送器当某一力加到某一面积上，就形成压力，假如这力是1牛顿均匀地加在1平方米的面积上，这压力被定义为1帕斯卡。压力是一种普遍的工艺状态，它也是这个星球上的一个生活条件：我们生活在向上延伸许多英里的大气海洋的底部。空气物质是有重量的，而且这种下压的重量形成大气压。水，是生活的必需品，也是在压力之下提供给我们中的大多数人。在典型的过程工厂中，压力影响沸点温度、凝固点温度、过程效率、消耗和其他重要因数。压力的测量和控制，或者压力的不足—真空，在典型的过程控制中是极为重要的。
工厂的工作设备通常包括简单的压力表、精密记录仪和指示器，以及气动和电子压力变送器。压力变送器作预 测量压力，产生与压力成正比的气动或电信号输出。
在过程工厂中，将控制仪表远远放在过程的附近是不现实的，并且大多数测量是不容易从远处传来的。压力测量是一个例外，但是，如果要离测量点几百英尺外指示或记录某种危险化学品的高压，就会有来自这个压力所载的化学品所引发的危险。为了消除这一问题，开发了一种信号传输系统。这种系统常常可是气动或者电动的。使用这种系统，就可以在某一地点安装大多数的指示、记录和控制仪器。这也是最少数量的操作者有效的运行工厂成为现实。
当使用气动传输系统时，测量信号由测量值的0到100%的变送器转换为气动信号。这个发射机 安装在接近测量点的过程中。发射机输出-气压变送器的气压-通过管道输送到记录或控制仪器。标准输出范围 对于气动变送器来说，是20到100 kPa，这几乎是全球普遍使用的。
当使用电子压力变送器时，压力就被转换成电流或电压形式的电信号。其标准范围对电流来说是4～20mA DC，对电压信号来说是1～5V DC。当今，另一种电信号形式变的越来越常用，就是数字或离散信号。基于计算机或微处理器的仪器或控制系统的应用正推动这类信号的应用不断增加。有时，分析获取描述传感器/变送器特性的参数是很重要的。当量程已知，去获取增益就非常简单。假定电子压力传感器的量程为0～600kPa，增益定义为输出变化除以输入变化。这里，输出的电信号（4～20mA DC），而输入的过程压力（0～600kPa），这样增益就为：
此外我们在本设计中还必须对温度进行测量，温度测量在工业控制中是很重要的，因为它作为系统或产品状态的直接指标，或者作为如反应率、能量流、涡轮机效率和润滑质量等间接指标。现行的温度分度已使用了约200年，最初的仪器是基于气体和液体的热膨胀。现在尽管有许多其他类型的仪器在使用，这些填充式系统仍常用于直接的温度测量。有代表性的温度传感器包括：填充式热系统、玻璃液体温度计、热电偶、电阻温度探测器、热敏电阻、双金属器件、光学和辐射高温计和热敏涂料。
电气系统的优点包括高的精度和灵敏度，能实现开关切换或扫描多个测量点，可在测量元件和控制器之间长距离传输，出现事故时可调换元件，快速响应，以及具有测量高温的能力。其中热电偶和电阻温度探测器则被最广泛的使用。
说明
该AT89C51是一种低功耗，高性能CMOS 8位4K的闪存可编程和可擦除只读存储器（PEROM）字节的微型计算机。该设备是采用Atmel的高密度非易失性内存技术，并与行业标准的MCS - 51指令集和引脚兼容。片上闪存程序存储器可以编程就可以在系统或由传统的非易失性存储器编程。通过将集成在一个芯片上通用的8位闪存的CPU，Atmel的AT89C51是一个强大的微型计算机提供了一个高度灵活和成本有效的解决方案为许多嵌入式控制应用。
功能特点
AT89S51内提供了以下标准特性：4K字节闪存，128字节RAM，32个I / O线，两个16位定时器/计数器，一个五向量两级中断结构，一个全双工串行口，片上振荡器和时钟电路。此外，AT89C51是静态逻辑设计与操作频率下降到零，并支持两种软件可选的节电模式。空闲模式时CPU停止工作，而RAM，定时/计数器，串行口和中断系统继续工作。掉电模式保存RAM的内容，但冻结振荡器关闭，直到下一个硬件复位芯片其它功能。
引脚说明
Vcc：电源电压。
接地：接地。
P0口：
P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P0口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。
P1口：
P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。
P2口：
P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。
P3口：
P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。
RST
复位输入。此管脚上出现两个机器周期的高电平，而振荡器运行将使器件复位。
进修/编
地址锁存使能锁存在访问外部存储器地址的低字节输出脉冲。该引脚也是在flash编程脉冲输入programming.In正常运行的ALE（编）是在1 / 6振荡器频率恒定的速率发射，并可能对外部定时或时钟的用途。请注意，但是，一个ALE脉冲被跳过在每次访问外部数据存储器。
如果需要时，ALE操作可以通过设置位SFR的位置8EH 0。随着位设置，ALE为活跃，只有在执行MOVX或MOVC指令。否则，脚弱拉高。设置的ALE -禁用位微控制器没有影响，如果在外部执行模式。
ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时，ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。
PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。
EA/VPP：当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。
XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。XTAL2：来自反向振荡器的输出。
振荡器特性:XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器可以配置为片内振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。
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