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1、-基于单片机的结晶器液压振动波形发生器的设计下位机部分毕业设计论文-第 35 页毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。作 者 签 名： 日 期： 指导教师签名： 日期： 使用授权说明本人完全了解 大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提
2、交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。作者签名： 日 期： 学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名： 日期： 年 月 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者
3、完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名：日期： 年 月 日导师签名： 日期： 年 月 日注 意 事 项1.设计（论文）的内容包括：1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作）2）原创性声明3）中文摘要（300字左右）、关键词4）外文摘要、关键词 5）目次页（附件不统一编入）6）论文主体部分：引言（或绪论）、正文、结论7）参考文献8）致谢9）附录（对论文支持
4、必要时）2.论文字数要求：理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万字。3.附件包括：任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）。4.文字、图表要求：1）文字通顺，语言流畅，书写字迹工整，打印字体及大小符合要求，无错别字，不准请他人代写2）工程设计类题目的图纸，要求部分用尺规绘制，部分用计算机绘制，所有图纸应符合国家技术标准规范。图表整洁，布局合理，文字注释必须使用工程字书写，不准用徒手画3）毕业论文须用A4单面打印，论文50页以上的双面打印4）图表应绘制于无格子的页面上5）软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档5.装订顺序1）设
5、计（论文）2）附件：按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）次序装订3）其它基于单片机的结晶器液压振动波形发生器的设计下位机部分摘 要在连铸连轧生产过程中,结晶器按预定波形受控振动是连铸机正常生产的重要保障。目前先进的连铸机结晶器主要采用电液伺服振动装置,它可以方便地实现非正弦波形等多种振动规律、实时显示振动波形、在线修改振动参数,自动化程度高,是连铸生产中提高板坯表面和内在质量的先进技术。如何控制结晶器(Mould)按给定波形规律进行振动是连铸生产过程的关键技术。本文设计的基于单片机的结晶器液压振动波形发生器的目的即控制结晶器按给定波形规律进行振动。该波形发生器以89C51单片机为
6、核心，外接键盘及双缓冲方式D/A转换电路，可产生方波、三角波、锯齿波、正弦波以及非正弦波等多种波形，可通过键盘设定所需波形参数。根据波形发生器所给定的波形可以对结晶器振动进行控制。关键词：:结晶器；液压振动；单片机；波形发生器；D/A转换Based on SCM crystallization hydraulic vibration waveform generator design - Under the crew ofAbstractIn the continuous casting tandem rolling production process, the crystallizer i
7、s controlled the vibration according to the predetermined profile is the conticaster regular production important safeguard. At present the advanced conticaster crystallizer mainly uses the battery solution servo shake-out equipment, it may realize the non-sinusoidal wave form conveniently and so on
8、 many kinds of vibration rules, the real time display vibration profile, the online revision vibration parameter, the automaticity is high, is in the continuous casting production enhances the tube blank surface and the intrinsic quality vanguard technology.How controls crystallizer (Mould) accordin
9、g to assign the profile rule to carry on the vibration is the continuous casting production process key technologies. This article designs is the control crystallizer according to assigns the profile rule based on monolithic integrated circuits crystallizer hydraulic pressure vibration profile gener
10、ator goal to carry on the vibration. This profile generator take the 89C51 monolithic integrated circuit as the core, the external connection keyboard and the double cushion way D/A switching circuit, may have the square-wave, the triangular wave, the saw-tooth wave, the sine wave as well as the non
11、sine wave and so on many kinds of profiles, may need the waveform parameter through the keyboard hypothesis. The profile which assigns according to the profile generator may carry on the control to the crystallizer vibration.Key words: Crystallizer;Hydraulic pressure vibration;Monolithic integrated
12、circuit;Waveform Generator; D/A transformation目 录摘 要IAbstractII第一章 绪论11.1 连铸结晶器的发展背景11.2 本文主要研究的内容及目的11.2.1 研究内容11.2.2 研究目的2第二章 连铸结晶器简介32.1 结晶器的功能及结构32.2 连铸结晶器振动概述32.2.1 结晶器振动规律的发展42.2.2 结晶器的振动方式52.2.3 结晶器振动参数62.2.4 结晶器振动机构7第三章 基于单片机的液压振动波形发生器93.1 方案比较与选择93.1.1 设计思路103.1.2 总体设计框图103.2 硬件设计113.2.1 总体
13、电路设计113.2.2 AT89C51单片机简介123.2.3 行列式键盘与单片机的接口163.2.4 D/A转换器DAC0832163.2.5 单片机串口通信223.3 软件设计233.3.1 波形频率调节算法233.3.2 输出数据到端口程序243.3.3 键盘扫描子程序模块243.3.4 正弦波子程序模块273.3.5 三角波子程序模块283.3.6 锯齿波程序模块303.3.7 方波程序模块313.3.8 主函数Main模块32第四章 结论34参 考 文 献36附录1：设计源程序37附录2：电路原理图45致谢46第一章 绪论1.1 连铸结晶器的发展背景回顾连续铸钢的发展历史，连续浇铸的
14、生产方式首先是从有色金属开始的。铸机采用的是垂直固定的结晶器，拉坯过程中，坯壳极易与结晶器壁发生粘结，从而导致拉不动或拉漏事故。因此浇铸速度很低，铸坯的液相心长度一般不超过结晶器长度。据有关文献记载，于1913年瑞典人皮尔逊（AHPehrson）曾提出结晶器应按照一定的振幅和频率做往复运动的想法，但真正将这一想法付诸实施的却是德国人容汉斯（SJunghans）。容汉斯开发的结晶器振动装置于1933年成功的应用于有色金属黄铜的连铸。1949年容汉斯的合作者美国人艾尔文罗西（IrvingRossi）获得了容汉斯振动结晶器的使用权，并在美国的阿勒德隆钢公司（Allegheng Ludlum Stee
15、l Corporation）的Watervliet厂的一台方坯试验连铸机上采用了振动结晶器。与此同时，容汉斯振动结晶器又被应用于德国曼内斯曼（Mannesmann）公司胡金根厂（Huckiugen）的一台连续铸钢试验连铸机。容汉斯振动结晶器在这两台连铸机上的成功应用，使其在钢连铸中迅速得到了推广。从此，结晶器振动便成了连铸生产的标准操作。可以看出是振动的结晶器使连续铸钢生产实现了工业化。1.2 本文主要研究的内容及目的1.2.1 研究内容本课题主要研究的是基于单片机的结晶器液压振动波形发生器。通过给定的振动波形（频率和振幅可由键盘设定），对结晶器液压振动进行控制，可以通过调节振动频率、振幅和波
16、形偏斜因子来控制波形的变化,使非正弦运动的位移、速度和加速度发生变化,从而能够得到高质量铸坯,并能有效避免粘结的振动波形。1.2.2 研究目的结晶器按预定波形受控振动是连铸机正常生产的保障。目前先进的连铸机结晶器主要采用电液伺服振动装置,它可以方便地实现非正弦波形等多种振动规律、实时显示振动波形、在线修改振动参数,自动化程度高,是连铸生产中提高板坯表面和内在质量的先进技术。如何控制结晶器(Mould)按给定波形规律进行振动是连铸生产过程的关键技术。本文设计的基于单片机的结晶器液压振动波形发生器的目的即控制结晶器按给定波形规律进行振动。第二章 连铸结晶器简介2.1 结晶器的功能及结构结晶器是水冷
17、的铜模，是连铸机非常重要的部件，被称为连铸机的“心脏”。钢水在结晶器内冷却，初步凝固成形，并具有一定厚度的坯壳，这一过程是在坯壳与结晶器壁连续相对运动下完成的。因此结晶器应具有良好的导热性和刚性，不易变形，重量要轻，以减小振动时的惯性力；内表面耐磨性要好，以提高使用寿命。结晶器是连铸设备中最为关键的部件,在相当大的程度上影响着铸坯的质量和连铸生产的稳定性。结晶器铜板的工作环境非常严酷,因而对其物理性能的要求也十分苛刻。首先,结晶器铜板必须具备良好的导热性。这是为了保证钢液在结晶器内迅速凝固成一定厚度、一定强度的坯壳,防止铸坯出结晶器后漏钢。其次,它要有高的屈服强度。由于结晶器铜板要和1470至
18、1600的高温钢水接触,背面又受约30左右的冷却水冷却,在如此巨大的温度梯度下,反复产生的热应力也是极大的。铜板没有足够的强度,就会在表面或冷却水槽底部产生龟裂,甚至导致冷却水与钢水接触,并可能引起爆炸。此外,其要有足够的硬度和耐磨性,尤其是要有较高的软化温度。这是因为铜板表面要直接与铸坯接触而产生磨损,在高温下要求铜板不软化。按结晶器的外形，结晶器可分为直结晶器和弧形结晶器。直结晶器用于立式、立弯式以及直弧形连铸机，而弧形结晶器用在全弧型和椭圆形连铸机上。从结构来看，有管式结晶器和组合式结晶器。2.2 连铸结晶器振动概述结晶器振动是连铸机的核心技术之一,钢水所形成的坯壳与结晶器壁的脱离全靠振
19、动的作用。连铸机结晶器振动的目的是防止拉坯时坯壳与结晶器黏结,同时获得良好的铸坯表面。结晶器向上运动时,减少新生坯壳与铜壁产生黏着,以防止坯壳受到较大的应力,使铸坯表面出现裂纹;而当结晶器向下运动时,借助摩擦,在坯壳上施加一定的压力,愈合结晶器上升时拉出的裂痕,要求向下运动的速度大于拉坯速度,形成负滑脱。结晶器壁与运动坯壳之间存在摩擦力,此摩擦力被认为是撕裂坯壳进而限制浇注速度的基本因素。在初生坯壳与结晶器壁之间存在液体渣膜,此处的摩擦为黏滞摩擦,即摩擦力大小正比于相对运动速度,渣膜黏度,反比于渣膜厚度。在结晶器振动正滑脱期间摩擦力及其引起的对坯壳的拉应力就较大,可能将初生坯壳拉裂,为此开发了
20、采用负滑脱的非正弦振动技术来减小这一摩擦力。坯壳与结晶器内壁之间的摩擦主要是液态摩擦,因此,在结晶器向上运动过程中坯壳所受到拉应力大小随坯壳与结晶器内壁之间的相对速度的增加而增大。当相对速度达到一定数值时,摩擦可能会导致坯壳与结晶器内壁之间的液态润滑膜被撕裂,润滑被破坏,或者坯壳被撕裂这两种后果。这两个后果都可能导致粘模甚至拉漏事故。通过减小振动行程、延长正滑脱时间和减小振动频率这三条途径可达到减小相对速度从而减小摩擦力的目的。2.2.1 结晶器振动规律的发展结晶器由静止变为振动，引起了连铸工作者的广泛关注和兴趣，人们纷纷进行试验研究工作，对粘结性漏钢机理进行了研究，发展了各种结晶器振动规律。
21、最早出现的是矩形速度振动规律，基于“拉裂焊合”理论，其特点是结晶器在下降时与铸坯做同步运动，然后以3倍的拉坯速度上升，即所谓的3:1型振动方式。这种振动方式对铸坯脱模是有效的，早期得到了应用。但其主要缺点是机械加工比较困难，振动机构和拉坯机构之间要有严格的电器连锁，在上升和下降的转折点处速度变化很大，设备冲击大，不利于采用高频振动。但这种波形的采用，使固定的结晶器变为振动的结晶器，使结晶器技术产生一个飞跃。随着负滑动理论的出现，矩形速度规律被梯形速度规律所代替，其特点是结晶器向下运动过程中有较长一段时间其速度稍大于拉坯速度，即“负滑脱运动”，使坯壳中产生压应力，可以使拉裂的坯壳压合，使粘结的坯
22、壳强制脱模，结晶器在上升、下降转折点处速度变化较缓和，提高了设备的平稳性，梯形波的出现使连铸的生产更加顺畅，这种速度波形沿用了很多年，负滑动理论一直沿用至今。随着负滑动理论的不断发展和完善，出现了正弦速度规律，正弦振动速度规律采用偏心轮实现。这种振动规律打破了结晶器和铸坯之间要有一定的速度关系的限制，着重发挥它的脱模作用，用偏心轮代替凸轮，正弦振动仍有一小段负滑动阶段，有利于脱模，速度、加速度变化平缓，采用偏心轮设备简单，易于加工制造、安装和维护，运动精度高，设备运动平稳，冲击小，易于采用较高频率振动。正弦振动目前仍被广泛应用。2.2.2 结晶器的振动方式目前结晶器的振动有正弦波和非正弦波两种
23、方式：正弦波式振动振动的速度与时间的关系为一条正弦曲线或余弦曲线。正弦振动方式的上下振动时间相等，上下振动的最大速度也相同。在整个振动周期中，铸坯与结晶器之间始终存在着相对运动，在结晶器振动过程中，有一小段下振速度大于拉坯速度，因此可以防止和消除坯壳与结晶器内壁间的粘结，并对被拉裂的坯壳起到愈合作用。另外，由于结晶器的运动速度是按正弦规律变化的，其加速度必然按余弦规律变化，所以过度比较平稳，冲击较小。非正弦振动结晶器振动速度随时间变化的规律不是正弦曲线的都称为非正弦振动。随着高速铸机的开发，拉坯速度越来越快，结晶器上振时与铸坯间的相对运动速度加大，特别是高频振动后此速度更大，由于拉速提高后结晶
24、器保护渣用量相对减少，坯壳与结晶器壁之间发生粘结而导致了漏钢的可能性增加，为了解决这一问题，除了使用新型保护渣外，另一个措施就是采用非正弦振动；非正弦振动是结晶器上振动时间大于下振时间，以缩小结晶器上振与铸坯之间的相对运动速度。由此可见非正弦振动具有以下特点:在正滑动时间里结晶器振动速度与拉坯速度之差减小。因此,可减小结晶器施加给铸坯向上作用的摩擦力,作用在弯月面下坯壳的拉应力减小,减少拉裂;在负滑动时间里结晶器振动速度vm与拉坯速度之差较大。因此,作用于坯壳上的压力增大,有利于铸坯脱膜。负滑动时间短,铸坯表面振痕浅;正滑动时间长,可增加保护渣的消耗量,有利于结晶器的润滑。可以通过调节振动频率
25、、振幅和波形偏斜因子来控制波形的变化,使非正弦运动的位移、速度和加速度都发生了变化,从而能够得到高质量铸坯,并能有效避免粘结的振动波形。2.2.3 结晶器振动参数结晶器振动的主要参数包括振幅、频率、波形偏移率和负滑脱时间。 振幅与频率。结晶器振动装置的振幅与频率是互相关联的，一般频率越高，振幅越小。如频率高，结晶器与坯壳之间的相对滑移量大，这样有利于强制脱模，防止粘结和提高铸坯表面质量。如振幅小，结晶器内钢液面波动小，这样容易控制浇注技术，使铸坯表面光滑。还有利于减少坯壳被拉裂的危险。 波形偏斜率。非正弦振动的一个参数是波形偏斜率，用表示，即图1.1中A1与A0（T4）的比值。显然，正弦振动时
26、=0。=100%图1.1正弦振动和非正弦振动曲线1非正弦振动；2正弦振动 负滑脱时间在一个振动周期里，结晶器下振速度大于拉坯速度的时间是负滑脱时间，用tN表示。2.2.4 结晶器振动机构结晶器按一定的运动轨迹振动。连铸机振动机构有短臂四连杆振动机构、四偏心轮振动机构和液压振动机构。【1】将四连杆机构中的部分或全部连杆由刚性杆改为弹簧钢版，消除了振动过程结晶器的水平摆动，结构简单，维修方便。 四偏心轮振动仍属于正弦振动。其优点是：结晶器振动平稳，无摆动和卡阻现象，适合于高频小振幅，但结构复杂。短臂四连杆振动和四偏心轮振动均属于机械振动。薄板坯连铸结晶器振动形式的方向是液压振动。目前,液压和液压伺
27、服振动系统已在许多连铸机上成功地取代了机械振动系统,并取得了良好效果。通常，期望通过液压振动来改善铸坯表面与结晶器铜壁间的接触状态。传统的偏心轮传动是结晶器做机械振动，其波形只能达到近似于正弦波。众所周知，在负脱滑时间内，连铸保护渣不能够流入坯壳和铜板间的缝隙中，难以形成均匀的保护渣膜。为此，一般均想尽量缩短负滑脱时间TN，而在机械振动条件下，难以进一步降低TN值，只有采用液压振动形式，才可通过获取非正弦曲线来将TN减小。与机械振动相比,板坯连铸机的液压振动装置具有一系列优点: 【2】振动力由两点传入结晶器,传力均匀;在高频振动时运动平稳,高频和低频振动时不失真,振动导向准确度高;结构紧凑、简
28、单,传递环节少,与结晶器对中调整方便,维护也方便;采用高可靠性和高抗干扰能力的单片机控制,可长期保证稳定的振动波形;可改变振动曲线,并可在线设定振动波形等,增加了连铸机可浇钢种;改善铸坯表面与结晶器铜壁的接触状态,提高铸坯表面质量并减少黏结漏钢。第三章 基于单片机的液压振动波形发生器波形发生器是一种常用的信号源，广泛的应用于电子电路，自动控制等领域。目前，使用的波形发生器大多是用分立元件组成的。结晶器液压振动波形发生器可由单片机、虚拟仪器、VB等各种编程语言和可编程逻辑器件实现。用单片机构成的波形发生器可以产生正弦波，方波，三角波等波形，而且波形的周期和频率都可以改变。本文介绍一种用MCS-5
29、1单片机构成的波形发生器，其线路简单，结构紧凑，价格低廉，通过键盘可以设定振动波形的频率和振幅等参数。3.1 方案比较与选择结晶器液压振动波形发生器的设计，可由单片机、虚拟仪器、VB等各种编程语言以及可编程逻辑器件实现。本设计主要用单片机构成波形发生器，下面对几种方案进行比较和选择。方案1：采用函数信号发生器ICL8038集成模拟芯片，它是一种可以同时产生方波、三角波、正弦波的专用集成电路。但是这种模块产生的波形都不是纯净的波形，会寄生一些高次谐波分量，采用其他的措施虽可滤除一些，但不能完全滤除掉。方案2：采用AT89C51单片机和DAC0832数模转换器生成波形，通过在函数中对一个数组附值，
30、再经过DAC0832输出，在示波器上就会观察到不同函数值的波形。外接键盘电路，可由键盘进行波形选择，设定波形频率和振幅等参数。由于是软件滤波，所以不会有寄生的高次谐波分量，生成的波形比较纯净。它的特点是线路简单、结构紧凑、价格低廉、性能优越，在低频范围内稳定性好、操作方便、体积小、耗电少。经反复论证及应实际要求，最终选择方案2。3.1.1 设计思路本设计以89C51单片机为核心，通过单片机控制各种外围芯片及电路。波形的产生是通过89C51执行某一波形发生程序，在其数据线上送出一系列按一定规律变化的数据信息，通过D/A转换器和运算放大器转化为电压信号。这次设计主要要完成的波形是正弦波、三角波、锯
31、齿波和方波，通过在函数中对一个数组附值，经过DAC0832输出，在示波器上就会观察到不同函数值的波形。通过函数对数组中的数附值之后不是一次就输出显示出来的，这要对51单片机编写控制字，使其开中断，再用计数器计数，当计数器溢出时便提出中断请求，这时调用中断函数，将数组中一个值送到DAC0832中，这样连续不断的进行送值，输出的就是一完整波形。3.1.2 总体设计框图高精度波形发生器分为上层应用软件和下层软硬件两大部分。其中上层软件提供人机交互界面即操作员控制台，用于选择波形，生成波形数据,以及串口通讯控制和人机通讯；下层硬件为I/O控制器，由CPU，DAC，计数器，定时器等模块组成，主要是用于对
32、上层波形数据的接收，存储，同时可以单独使用，通过CPU向DAC发送所需波形数据。本设计主要做下位机部分，即基于单片机的波形发生器的波形生成部分。该波形发生器能产生正弦波、方波、三角波和锯齿波。总体设计方框图如下：图3.1 总体设计方框图3.2 硬件设计3.2.1 总体电路设计波形发生器的原理是通过89C51单片机执行某一波形发生程序，在其数据线上送出一系列按一定规律变化的数据信息，通过D/A转换器和运算放大器转化为电压信号。单片机P0口外接键盘电路，可通过键盘选择波形类型和设定所需要的波形频率及振幅。波形发生器的原理接线图如图3.1所示：图3.1波形发生器硬件原理图单片机电路功能：形成扫描码、
33、键值识别、键处理、参数设置；形成波形的数字编码，并输出到DA转换电路。89C51的P0口作为扩展IO口，与DAC0832相连接。P0（分时复用）提供16位地址线。P1口接16键的矩阵键盘。D/A转换电路功能：将波形样值的数据转换成模拟电压信号。D/A转换电路采用双极性电压输出，由DAC0832和两块uA741运放组成，单片机向0832送数字编码，产生不同的输出。0832输出波形信号时，其幅度是可调的。生成波形样值编码，经D/A转换得到波形的模拟样值点。假如N个点构成波形的一个周期，则0832输出N个样值点后，样值点形成运动轨迹，即一个周期。重复输出N个点，成为第二个周期。3.2.2 AT89C
34、51单片机简介AT89C51是美国ATMEL公司生产的低电压，高性能CMOS8位单片机，片内含4k bytes的可反复擦写的只读程序存储器（PEROM）和128bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度，非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元。AT89C51提供以下标准功能：4k字节Flash闪速存储器，128字节内部RAM，32个I/O口线，两个16位定时/计数器，一个5向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。同时，AT89C51可降至0Hz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工
35、作模式。空闲方式停止CPU的工作，但允许RAM，定时/计数器，串行口通信及中断系统继续工作。掉电方式保存RAM中的内容，但振荡器停止工作并禁止其他所有部件工作直到下一个硬件复位。AT89C51单片机的引脚结构图有双列直插封装方式和方形封装方式。图3.2是AT89C51单片机引脚图，有些引脚具有两种功能。图3.2AT89C51芯片引脚引脚功能说明：Vcc：电源电压GND：地P0口：P0口是一组8位漏极开路型双向I/O口。作为输出口用时，每位能吸收电流的方式驱动8个TTL逻辑门电路，对端口写“1”可作为高阻抗输入端用。在访问外部数据存储器或程序存储器时，这组口线转换地址（低8位）和数据总线复用，在
36、访问期间激活内部上拉电阻。在Flash编程时，P0口接受指令字节，而在程序校验时，输出指令字节，校验时，要求外接上拉电阻。P1口：P1是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口，对端口写“1”，通过内部上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口。Flash变成和程序校验期间，P1口接收低8位地址。P2口：P2是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/O口，对端口写“1”，通过内部上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口。在访问外部程序存储器或16位地址的外部数据存储器时，P2口送出高8位地址数据。Flash编程或校验时，P2亦接收高位地址和其他控制信号。P3口：P3口是一组带有内部上拉电阻的8位双向I/O
37、口，对端口写“1”，通过内部上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口。P3口除了作为一般的I/O口线外，更重要的是它的第二功能，如表3.1所示：表3.1P3口还接收一些用于Flash闪速存储器编程和程序校验的控制信号。RST：复位输入。当振荡器工作时，RST引脚出现两个机器周期以上高电平将使单片机复位。ALE/：当访问外部程序存储器或数据存储器时，ALE（地址所存允许）输出脉冲用于锁存地址的低8位字节。即使不访问外部存储器，ALE仍以时钟振荡器频率的输出固定的脉冲信号，因此它可对外输出时钟或用于定时目的。更要注意的是，每当访问外部数据存储器时将跳过一个ALE脉冲。对Flash存储器编程期间，该
38、引脚还用于输入编程脉冲（PROM）。：程序存储允许（）输出是外部程序存储器的选通信号，当AT89C51由外部程序存储器取命令（或数据）时，每个机器周期两次有效，即输出两个脉冲。在此期间，当访问外部数据存储器，这两次有效的信号不出现。EA/VPP：外部访问允许。欲使CPU仅访问外部程序存储器（地址为0000HFFFFH），EA端必须保持低电平（接地）。如EA端为高电平（接VCC端），CPU则执行内部程序存储器中的指令。Flash存储编程时，该引脚加上+12V的编程允许电源Vpp，当然这必须是该器件是使用12V编程电压Vpp。XTAL1：振荡器反相放大器及内部时钟发生器的输入端。XTAL2：振荡器
39、的反相放大器的输出端。时钟振荡器：AT89C51中有一个用于构成内部振荡器的高增益反相放大器，引脚XTAL1和XTAL2分别是该放大器的输入端和输出端。这个放大器与作为反馈元件的片外石英晶体或陶瓷谐振器一起构成自激振荡器，振荡电路参见图3.3：图3.3 振荡电路外接石英晶体（或陶瓷谐振器）及电容C1、C2接在放大器的反馈回路中构成并联振荡电路。对外接电容C1、C2虽然没有十分严格的要求，但电容容量的大小会轻微影响振荡频率的高低、振荡器工作的稳定性、起振的难易程度及温度稳定性，如果使用石英晶体，推荐电容使用30pF10pF，而如使用陶瓷谐振器建议选择40pF10pF。复位电路：89C51的复位是
40、由外部的复位电路来实现的，复位结构如图3.4所示：图3.4 复位电路3.2.3 行列式键盘与单片机的接口键盘与单片机的接口有查询方式和中断方式，查询方式比较简单、可靠性比较高。行列式键盘比独立式键盘复杂，但其与单片机的接口同样可以用查询以及中断的方式实现连接。行列式键盘可以用查询的方式和单片机相连，如图3.5所示，单片机的P1口接键盘，P1.0P1.3作为键盘的行扫描输入线，P1.4P1.7作为键盘的列扫描输出线。图3.5 行列式键盘接口单片机通过定时器定时的形式查询按键状态，也可以在程序中随机查询，或者当CPU空闲的时候查询键盘状态来响应用户的键盘输入。3.2.4 D/A转换器DAC0832
41、1. D/A转换器的主要特性（1） 输入数据位数经常用的DAC芯片有8位、10位、12位、16位，在与单片机接口时，将分为8位和大于8位的DAC两种情况考虑。（2） 接口电平由于单片机的接口电平与74系列逻辑电路的电平均为TTL电平，因此应用DAC芯片时，应选用TTL接口电平的芯片。（3） 输出电压范围DAC的输出有电流输出和电压输出之分，对于电流输出的DAC，则需外加电流-电压转换器电路（运算放大器），这时电压的输出范围不仅与DAC的VREF有关，也与电流-电压转换器有关。输出电压范围为05V、010VV、V等。（4） 输出电压极性输出电压极性有单极性和双极性之分，如05V、010V为单极性
42、输出，而V、V为双极性输出。2. DAC0832结构及原理DAC0832数模转换器的内部，具有两级输入数据缓冲器和一个R-2R T型电阻网络，其电路原理框图如图3.6所示。图3.6 DAC0832原理框图如图3.6所示，为寄存器命令。当=1时，寄存器的输出随输入而变化；=0时，数据被所存在寄存器中，不受输入量变化影响。其逻辑表达式为=ILE*由此可见，当ILE=1，=0时，=1，允许数据输入；当=1时，=0，数据被锁存。能否进行D/A转换，除了取决于外，还依赖于。由图可知，当和均为低电平时，=1，此时，允许D/A转换。否则，=0，停止D/A转换。在使用时，可以通过对控制管脚的的不同设置而决定是
43、采用双缓冲方式（两级输入锁存），还是单缓冲方式（只用一级输入锁存，另一级始终直通），或者接成完全直通的形式。3. DAC0832的引脚功能D/A转化电路是一个R2R T型电阻网络，实现8位数字量到模拟量的转换，对各引脚信号说明如图3.7：图3.7 DAC0832引脚图(1) DI7DI0：转换数据输入。(2) ：片选信号（输入），低电平有效。(3) ILE：数据锁存允许信号（输入），高电平有效。(4) ：第1写信号（输入），低电平有效，它和ILE两个信号控制输入寄存器的控制方式。当ILE=1和=0时，为输入寄存器直通方式；当ILE=1和=1时，为输入寄存器锁存方式。(5) ：第2写信号（输入）
44、，低电平有效。(6) ：数据传送控制信号（输入），低电平有效。和两个信号控制DAC寄存器工作方式。当=0和=0时，为DAC寄存器直通方式；当=1和=0时，为DAC寄存器锁存方式。(7) Iout1：电流输出极1。(8) Iout2：电路输出极2，Iout1+Iout2为常数。(9) Rfb：反馈电阻端。0832是电流输出，为了取得电压输出，需在电压输出端接运算放大器，Rfb即为运算放大器的反馈电阻端。(10) Vref：基准电压，其电压可正可负，范围-10V+10V。(11) DGND：数字地。(12) AGND：模拟地。4. DAC0832工作时序D/A转换可分为两个阶段如图3.8所示：图3
45、.8 DAC0832工作时序(1) =0、=0、ILE=1，使输入数据锁存到输入寄存器。(2) =0、=0，数据传送到DAC寄存器并开始转换。5. DAC0832的工作方式DAC0832与单片机连接情况下有三种工作方式：直通方式、单缓冲方式和双缓冲方式。直通方式：=1，输入的数字数据直接进入D/A转换器。单缓冲方式：=1，或者=1，在单缓冲工作方式下，DAC0832的两个8位寄存器中仅有一个处于数据接收状态，另一个则受CPU送来的控制信号控制，数据送来即可完成一次D/A转换。双缓冲方式：对于多路D/A转换接口，要求同步进行D/A转换输出时，必须采用多缓冲同步方式接法。DAC0832在这种接法时
46、，数字量的输入锁存和D/A转换输出是分两步完成的，即CPU首先通过数据总线分时向各路D/A转换器的输入要转换的数字量并锁存在各自的输入寄存器中，然后CPU同时向所有的D/A转换器发出控制信号，将锁存在输入锁存器上的数据输入到DAC寄存器上，实现同步输出。6. DAC0832与单片机的接口电路因为结晶器有两个振动台，两个振动台传来的振动波形要进行同步显示，所以设计时要有两路D/A转换部分，采用双缓冲连接方式。前面介绍了D/A转换器有单极性和双极性电压输出，本设计采用双极性电压输出。一个转换电路包含一片DAC0832数模转换器和两片运放uA741，电路连接图如图3.9所示：图3.9 D/A转换电路
47、在图3.9中，运算放大器ua741（2）的作用是把运算放大器ua741（1）的单向输出电压转变为双向输出。其原理是将ua741（2）的输入端通过电阻R2与参考电源Vref相连。Vref经R2向ua741（2）提供偏流I1，其电流方向向下。因此，运算放大器ua741（2）的输入电流为两支路电流之代数和。由图可得D/A转换器的总输出电压VOUT2=（VOUT1+Vref）=（2VOUT1+ Vref）其中VOUT1是运放ua741（1）的输出电压。由于D/A转换器与89C51接口时，89C51是靠指令输出数字量供数模转换之用，而指令送出的数据在数据总线上的时间是短暂的，所以在DAC和89C51之间，需要有数据寄存器来保持89C51计算机输出的数据，供DAC转换使用。目前生产的DAC芯片分为两类，一