80C51单片机的应用系统实例
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80C51系列单片机可以组成数据采集系 统、各种工业实时控制系统、智能仪器仪 表以及作为嵌入式系统中的微控制器，而 被广泛应用在各个方面。本章仅举两个例 子，说明80C51单片机在实际应用系统中的 应用。
第八章 80C51单片机的应用系统 实例
8.1压力、流速数据采集系统 在石油开采过程中，需要确切地了解油
第八章 80C51单片机的应用系统 实例
第八章 80C51单片机的应用系统 实例
④VF变换电路：由VF变换U5 （AD654）、输入电阻R10、R11及电容C3 组成。输入信号的范围为0~1 V，频率输出 范围在0~100 kHz。频率输出信号输入单片 机的T0端，用定时器/计数器T0来记录脉冲 数，以与传感器感受的压力成比例关系。
SCON,#0D0H
P3.0
;置 P3.0 口为输入状态
RI
;清串行中断标志
ET1
;禁止定时器 T1 中断
TR1
;启动波特率发生器
IP,#10H ;串行通信中断具有最高优先权
ES
;开串行通信中断
EA
;开 CPU 中断
第八章 80C51单片机的应用系统 实例
SPINTI: SPINT:
CLR ORL CLR CLR CLR …
(1) 主程序
主程序的流程见图8--5。由流程图可 以看出，整个程序分为数据采集程序和流 速标定程序两部分。系统上电或复位之后， 经系统初始化，首先判断P3.2(INT0)的状 态:若为1，转入数据采集程序；若为0，则 转入流速标定程序。
第八章 80C51单片机的应用系统 实例
图8-5主程序的流程图
第八章 80C51单片机的应用系统 实例
由于系统处于地下高温的工作环境中， 对于所有芯片的温度要求比较苛刻；再者 受钻头尺寸大小的限制，需要整个系统小 型化；系统一次工作时间可能长达八小时， 仅靠小型电池供电，所以要求整个系统的 功耗极低。
第八章 80C51单片机的应用系统 实例
选用89C51芯片，它的丰富的I/O功能满 足了系统的需要。其特有的低功耗工作方 式用于系统的等待状态可以极大地降低功 耗。
第八章 80C51单片机的应用系统 实例
3) 串行口设置和串行中断服务子程序
串行口设置SM0(SCON.7)=1， SM1(SCON.6)=1 ,9位,波特率可变， SM2(SCON.5)=0，REN=1 允许串行接收。
第八章 80C51单片机的应用系统 实例
MOV SETB CLR CLR SETB ORL SETB SETB
第八章 80C51单片机的应用系统 实例
② 负电压发生电路主要产生一个-5 V的 电压，为仪表放大器U4（INA118）提供负 电源。电路由U7（7660）和电容C5、C6组 成。
③仪表放大器U4（INA118）可将压力传 感器桥路输出的毫伏(mV)级电压放大，以 适应VF变换器U5（AD654）的需要。电阻 R7是调节仪表放大器的放大倍数用的。
井内部的原油压力和流速，这对于有效地 提高油井的产量有十分重要的意义。本系 统可以随油井钻头深入井下，实地采集并 存储第一手的压力和流速数据。返回地面 后，把数据送入计算机内，为分析油井状 况提供准确的原始资料。
第八章 80C51单片机的应用系统 实例
8.1.1 设计目标
本系统使用89C51作为控制芯片，对来自压力 及流速传感器的信号进行采集，并把采集到的数 据存放在数据存储器中。系统可以工作在标定和 实际测量两种工作状态下。标定状态是为了修正 系统误差而在测量前进行一组标准压力和流速数 据的测量。具有可与通用计算机联接的串行通信 接口。在等待状态时，系统工作在低功耗方式。 系统具有工作状态显示系统，可以显示标定、测 量、通信、等待等不同的工作状态。
第八章 80C51单片机的应用系统 实例
1) 数据采集程序
从数据采集的流程看，程序的执行可以 分为4个阶段：等待数据采集、数据采集、 采集结束等待返回及数据回放。
第八章 80C51单片机的应用系统 实例
在等待数据采集阶段，系统处于低功耗的等待 状态，主要是等待油井钻头深入地下，达到预定 部位后再开始采集数据。计时采用定时器T0， IDL方式等待中断，时间约4个小时。时间达到4 个小时后，系统进入数据采集阶段。本阶段共采 集6组数据，每组数据约需10 min。完成6组数据 采集后，系统进入采集结束等待返回阶段，等待 钻头返回地面。到达地面之后，即可将系统与主 机连接。压下S2键，向系统发出中断请求，系统 结束IDE状态，转入数据回放阶段。
第八章 80C51单片机的应用系统 实例
(2) 子程序
1) 压力数据采集子程序
设定定时器T1为定时方式，定时时间为 20 ms。晶振为3.686 411 MHz时,定时时间 常数为 0E804H 。同时设定定时器T0 为 计数方式，所计压力脉冲写入片外RAM中。
第八章 80C51单片机的应用系统 实例
第八章80C51单片机的应用系统实例
8.1 油井压力、流速数据采集系统 8.1.1 设计目标 8.1.2 设计描述 8.1.3 硬件系统组成 8.1.4 软件描述
8.2 单片机控制的家用电加热锅炉电路 8.2.1 工作原理 8.2.2 电路工作过程 8.2.3 软件设计 8.2.4 程序代码
第八章80C51单片机的应用系统实例
;定时器T1中断具有最高优先权 ;启动计数器 ;启动定时器
第八章 80C51单片机的应用系统 实例
SETB
SETB
ORL CLR
CLR CLR MOV MOVX
INC
MOV
MOVX
INC
RET
ET1
EA
PCON,#01H TR0
ET1 EA A,TH0 @DPTR,A
DPTR
A,TL0
@DPTR,A
图8-4 通信接口板电路原理图
第八章 80C51单片机的应用系统 实例
通信接口板电路的用途有二：其一是系 统与主机通信时，利用U9（MAX232）进 行接口电平的转换；其二是按钮S2与单片 机的外部中断0（INT0）相接，既用做工作/ 标定选择开关，也作为通信中断申请开关。
第八章 80C51单片机的应用系统 实例
第八章 80C51单片机的应用系统 实例
这样的采集进行六次，然后系统便停止 工作，处于低功耗状态；待钻头重新回到 地面后，再与计算机联接，把采集到的数 据输入计算机进行进一步的处理。
由于系统在工作前可以进行标定，所以 处理后的数据能比较准确地反映油井内原 油的压力和流速的真实情况。
第八章 80C51单片机的应用系统 实例
第八章 80C51单片机的应用系统 实例
图8-2 主机板电路原理图
第八章 80C51单片机的应用系统 实例
(2) 信号电路板
信号电路板电路原理图如图8-3所示。它 通过插座W1与主机板联接，通过插座W与 压力传感器相联，通过插座W′与流速传感 器相联。其中包含压力信号调理电路、流 速信号调理电路和模拟电源控制电路。
第八章
LIU:
MOV
MOV MOV
MOV
MOV
MOV MHz)
ORL SETB
80C51单片机的应用系统 实例
TMOD,#51H
TMOD,#51H TL1,#00H
TH1,#00H
TL0,#14H
;T0 为定时方式,T1 为计数方式 ;重复设定一次
;清计数器 ;定时时间为100 ms
TH0,#88H
系统总体框图示于图8-1。
第八章 80C51单片机的应用系统 实例
图8-1 系统总体框图
第八章 80C51单片机的应用系统 实例
8.1.3 硬件系统组成
压力、流速数据采集系统由主机板、信号电路 板及通信接口板三部分组成，
(1) 主机板
主机板电路原理图如图8-2所示。其中包含单 片机89C51（U1）、扩展外部数据存储器6264 （U2）、工作状态指示单元、复位电路及晶振等。 为了降低功耗，晶振的频率选得较低，为便于通 信波特率的计算，晶振频率选为3.686 411 MHz。 片外数据存储器6264为8 KB的随机存储器，用于 存放采集的数据。
;时间常数为 8814H(3.686 411
IP,#02H TR1
;定时器T0中断具有最高优先权 ;启动计数器T1
第八章 80C51单片机的应用系统 实例
SETB
TR0
;启动定时器T0
MOV R2,#60 ;延时 6 s=100 ms/次×60次
LIU1: SETB
ET0
;开定时中断
SETB
EA
;开 CPU 中断
第八章 80C51单片机的应用系统 实例
8.1.2 设计描述
为取得特定油井深度下的原油压力及流 速数据，本系统的工作时序必须与钻头进 入油井的时间和所到达的深度相符合。钻 头进入油井后的确定时间内，系统处于等 待状态；
当钻头达到预定的深度以后，系统自动 开启并开始采集第一次数据；随后进入等 待状态，等待下一次的数据采集。
当系统进行标定时，压下按钮S2，接通 系统电源，系统将开始运行标定程序；若 不压下按钮S2接通电源，系统将开始运行 工作程序。
在系统采集完标定数据或井下数据与PC 机通信时，此时系处于休眠状态。压下按 钮S2，唤醒单片机，从而开始数据传送工 作。
第八章 80C51单片机的应用系统 实例
8.1.4 软件的描述
第八章 80C51单片机的应用系统 实例
1）压力信号调理电路：
压力信号调理电路又包含稳电源电路、仪 表放大器、负电压发生电路及VF变换电路 等。
①稳电源电路是为压力传感器桥路提供 恒压源。由稳压管Z（LM136）、电阻R3及 运放U6∶B（LM224）组成。运放U6∶B （LM224）的作用是增强驱动能力。
AJMP ; CLR
CLR
P1.1
第八章 80C51单片机的应用系统 实例
图8-3 信号电路板电路原理图
第八章 80C51单片机的应用系统 实例
(3) 通信接口板电路
通信接口板电路的原理图如图8-4所示。 当系统从井下采集完数据回到地面或进行 标定实验时，该板用插座W1’与主机板上的 W1联接。
第八章 80C51单片机的应用系统 实例
DPTR
;开定时中断 ;开 CPU 中断 ;IDL 方式等待定时中断 ;关闭计数器 ;关定时中断 ;关 CPU中断 ;存压力脉冲值,高位在前
第八章 80C51单片机的应用系统 实例
2) 流速数据采集子程序 设定T0为定时器,定时时间为100 ms/次，采集时
间为6 s=100 ms/次×60次；设定 T1 为计数方 式，所计流量脉冲写入片外RAM中。
YALI: MOV MOV MOV MOV MOV ORL SETB SETB
TMOD,#15H TL0,#00H TH0,#00H TL1,#04H TH1,#0E8H IP,#08H TR0 TR1
;T1 为定时方式,T0 为计数方式 ;清计数器
;时间常数为 0E804H(3.686 411 MHz)
ORL PCON,#01H ;IDL 方式等待定时中断
DJNZ
R2,LIU1
CLR
TR1
;关闭计数器T1
Leabharlann Baidu
第八章
CLR MOV MOVX INC MOV MOVX INC RET
80C51单片机的应用系统 实例
TR0 A,TH1 @DPTR,A DPTR A,TL1 @DPTR,A DPTR
;关闭定时器T0 ;存流量脉冲值,高位在前
第八章 80C51单片机的应用系统 实例
在数据回放阶段，系统首先处于等待串 行口中断，等待主机将数据回收、存盘。 至此就完成了一次数据采集任务。
第八章 80C51单片机的应用系统 实例
2) 标定程序
整个标定程序主要是，为了修正系统误差而测 定的一组标准压力和流速数据，据此计算出实 际传感器的压力和流速系数，作为最后数据处 理的依据。整个标定程序又分压力标定程序和 流速标定程序两部分。标定的过程与数据采集 的过程相似，只是起始的等待时间缩短为20 min， 每组数据的采集间隔为2 min。
第八章 80C51单片机的应用系统
实例
2）流速信号调理电路：由磁电式转速传感器输 出的慢变信号经电容C1隔直之后，先由运放 U6∶A放大，然后经运放U6∶C、U6∶D和相关 的电阻、电容整形输出到单片机的T1端，用定时 器/计数器T1来记录脉冲数，以与传感器转数成比 例关系。
3）模拟电源控制电路：为了降低整个系统的 功耗，模拟电路的电源仅在采集压力信号和流速 信号时才开通，而在其它时间是关闭的。电源开 关由三极管P1（9012）担当，其基极由单片机的 P1.0口线控制。
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8.1压力、流速数据采集系统 在石油开采过程中，需要确切地了解油
第八章 80C51单片机的应用系统 实例
第八章 80C51单片机的应用系统 实例
④VF变换电路：由VF变换U5 （AD654）、输入电阻R10、R11及电容C3 组成。输入信号的范围为0~1 V，频率输出 范围在0~100 kHz。频率输出信号输入单片 机的T0端，用定时器/计数器T0来记录脉冲 数，以与传感器感受的压力成比例关系。
SCON,#0D0H
P3.0
;置 P3.0 口为输入状态
RI
;清串行中断标志
ET1
;禁止定时器 T1 中断
TR1
;启动波特率发生器
IP,#10H ;串行通信中断具有最高优先权
ES
;开串行通信中断
EA
;开 CPU 中断
第八章 80C51单片机的应用系统 实例
SPINTI: SPINT:
CLR ORL CLR CLR CLR …
(1) 主程序
主程序的流程见图8--5。由流程图可 以看出，整个程序分为数据采集程序和流 速标定程序两部分。系统上电或复位之后， 经系统初始化，首先判断P3.2(INT0)的状 态:若为1，转入数据采集程序；若为0，则 转入流速标定程序。
第八章 80C51单片机的应用系统 实例
图8-5主程序的流程图
第八章 80C51单片机的应用系统 实例
由于系统处于地下高温的工作环境中， 对于所有芯片的温度要求比较苛刻；再者 受钻头尺寸大小的限制，需要整个系统小 型化；系统一次工作时间可能长达八小时， 仅靠小型电池供电，所以要求整个系统的 功耗极低。
第八章 80C51单片机的应用系统 实例
选用89C51芯片，它的丰富的I/O功能满 足了系统的需要。其特有的低功耗工作方 式用于系统的等待状态可以极大地降低功 耗。
第八章 80C51单片机的应用系统 实例
3) 串行口设置和串行中断服务子程序
串行口设置SM0(SCON.7)=1， SM1(SCON.6)=1 ,9位,波特率可变， SM2(SCON.5)=0，REN=1 允许串行接收。
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MOV SETB CLR CLR SETB ORL SETB SETB
第八章 80C51单片机的应用系统 实例
② 负电压发生电路主要产生一个-5 V的 电压，为仪表放大器U4（INA118）提供负 电源。电路由U7（7660）和电容C5、C6组 成。
③仪表放大器U4（INA118）可将压力传 感器桥路输出的毫伏(mV)级电压放大，以 适应VF变换器U5（AD654）的需要。电阻 R7是调节仪表放大器的放大倍数用的。
井内部的原油压力和流速，这对于有效地 提高油井的产量有十分重要的意义。本系 统可以随油井钻头深入井下，实地采集并 存储第一手的压力和流速数据。返回地面 后，把数据送入计算机内，为分析油井状 况提供准确的原始资料。
第八章 80C51单片机的应用系统 实例
8.1.1 设计目标
本系统使用89C51作为控制芯片，对来自压力 及流速传感器的信号进行采集，并把采集到的数 据存放在数据存储器中。系统可以工作在标定和 实际测量两种工作状态下。标定状态是为了修正 系统误差而在测量前进行一组标准压力和流速数 据的测量。具有可与通用计算机联接的串行通信 接口。在等待状态时，系统工作在低功耗方式。 系统具有工作状态显示系统，可以显示标定、测 量、通信、等待等不同的工作状态。
第八章 80C51单片机的应用系统 实例
1) 数据采集程序
从数据采集的流程看，程序的执行可以 分为4个阶段：等待数据采集、数据采集、 采集结束等待返回及数据回放。
第八章 80C51单片机的应用系统 实例
在等待数据采集阶段，系统处于低功耗的等待 状态，主要是等待油井钻头深入地下，达到预定 部位后再开始采集数据。计时采用定时器T0， IDL方式等待中断，时间约4个小时。时间达到4 个小时后，系统进入数据采集阶段。本阶段共采 集6组数据，每组数据约需10 min。完成6组数据 采集后，系统进入采集结束等待返回阶段，等待 钻头返回地面。到达地面之后，即可将系统与主 机连接。压下S2键，向系统发出中断请求，系统 结束IDE状态，转入数据回放阶段。
第八章 80C51单片机的应用系统 实例
(2) 子程序
1) 压力数据采集子程序
设定定时器T1为定时方式，定时时间为 20 ms。晶振为3.686 411 MHz时,定时时间 常数为 0E804H 。同时设定定时器T0 为 计数方式，所计压力脉冲写入片外RAM中。
第八章 80C51单片机的应用系统 实例
第八章80C51单片机的应用系统实例
8.1 油井压力、流速数据采集系统 8.1.1 设计目标 8.1.2 设计描述 8.1.3 硬件系统组成 8.1.4 软件描述
8.2 单片机控制的家用电加热锅炉电路 8.2.1 工作原理 8.2.2 电路工作过程 8.2.3 软件设计 8.2.4 程序代码
第八章80C51单片机的应用系统实例
;定时器T1中断具有最高优先权 ;启动计数器 ;启动定时器
第八章 80C51单片机的应用系统 实例
SETB
SETB
ORL CLR
CLR CLR MOV MOVX
INC
MOV
MOVX
INC
RET
ET1
EA
PCON,#01H TR0
ET1 EA A,TH0 @DPTR,A
DPTR
A,TL0
@DPTR,A
图8-4 通信接口板电路原理图
第八章 80C51单片机的应用系统 实例
通信接口板电路的用途有二：其一是系 统与主机通信时，利用U9（MAX232）进 行接口电平的转换；其二是按钮S2与单片 机的外部中断0（INT0）相接，既用做工作/ 标定选择开关，也作为通信中断申请开关。
第八章 80C51单片机的应用系统 实例
第八章 80C51单片机的应用系统 实例
这样的采集进行六次，然后系统便停止 工作，处于低功耗状态；待钻头重新回到 地面后，再与计算机联接，把采集到的数 据输入计算机进行进一步的处理。
由于系统在工作前可以进行标定，所以 处理后的数据能比较准确地反映油井内原 油的压力和流速的真实情况。
第八章 80C51单片机的应用系统 实例
第八章 80C51单片机的应用系统 实例
图8-2 主机板电路原理图
第八章 80C51单片机的应用系统 实例
(2) 信号电路板
信号电路板电路原理图如图8-3所示。它 通过插座W1与主机板联接，通过插座W与 压力传感器相联，通过插座W′与流速传感 器相联。其中包含压力信号调理电路、流 速信号调理电路和模拟电源控制电路。
第八章
LIU:
MOV
MOV MOV
MOV
MOV
MOV MHz)
ORL SETB
80C51单片机的应用系统 实例
TMOD,#51H
TMOD,#51H TL1,#00H
TH1,#00H
TL0,#14H
;T0 为定时方式,T1 为计数方式 ;重复设定一次
;清计数器 ;定时时间为100 ms
TH0,#88H
系统总体框图示于图8-1。
第八章 80C51单片机的应用系统 实例
图8-1 系统总体框图
第八章 80C51单片机的应用系统 实例
8.1.3 硬件系统组成
压力、流速数据采集系统由主机板、信号电路 板及通信接口板三部分组成，
(1) 主机板
主机板电路原理图如图8-2所示。其中包含单 片机89C51（U1）、扩展外部数据存储器6264 （U2）、工作状态指示单元、复位电路及晶振等。 为了降低功耗，晶振的频率选得较低，为便于通 信波特率的计算，晶振频率选为3.686 411 MHz。 片外数据存储器6264为8 KB的随机存储器，用于 存放采集的数据。
;时间常数为 8814H(3.686 411
IP,#02H TR1
;定时器T0中断具有最高优先权 ;启动计数器T1
第八章 80C51单片机的应用系统 实例
SETB
TR0
;启动定时器T0
MOV R2,#60 ;延时 6 s=100 ms/次×60次
LIU1: SETB
ET0
;开定时中断
SETB
EA
;开 CPU 中断
第八章 80C51单片机的应用系统 实例
8.1.2 设计描述
为取得特定油井深度下的原油压力及流 速数据，本系统的工作时序必须与钻头进 入油井的时间和所到达的深度相符合。钻 头进入油井后的确定时间内，系统处于等 待状态；
当钻头达到预定的深度以后，系统自动 开启并开始采集第一次数据；随后进入等 待状态，等待下一次的数据采集。
当系统进行标定时，压下按钮S2，接通 系统电源，系统将开始运行标定程序；若 不压下按钮S2接通电源，系统将开始运行 工作程序。
在系统采集完标定数据或井下数据与PC 机通信时，此时系处于休眠状态。压下按 钮S2，唤醒单片机，从而开始数据传送工 作。
第八章 80C51单片机的应用系统 实例
8.1.4 软件的描述
第八章 80C51单片机的应用系统 实例
1）压力信号调理电路：
压力信号调理电路又包含稳电源电路、仪 表放大器、负电压发生电路及VF变换电路 等。
①稳电源电路是为压力传感器桥路提供 恒压源。由稳压管Z（LM136）、电阻R3及 运放U6∶B（LM224）组成。运放U6∶B （LM224）的作用是增强驱动能力。
AJMP ; CLR
CLR
P1.1
第八章 80C51单片机的应用系统 实例
图8-3 信号电路板电路原理图
第八章 80C51单片机的应用系统 实例
(3) 通信接口板电路
通信接口板电路的原理图如图8-4所示。 当系统从井下采集完数据回到地面或进行 标定实验时，该板用插座W1’与主机板上的 W1联接。
第八章 80C51单片机的应用系统 实例
DPTR
;开定时中断 ;开 CPU 中断 ;IDL 方式等待定时中断 ;关闭计数器 ;关定时中断 ;关 CPU中断 ;存压力脉冲值,高位在前
第八章 80C51单片机的应用系统 实例
2) 流速数据采集子程序 设定T0为定时器,定时时间为100 ms/次，采集时
间为6 s=100 ms/次×60次；设定 T1 为计数方 式，所计流量脉冲写入片外RAM中。
YALI: MOV MOV MOV MOV MOV ORL SETB SETB
TMOD,#15H TL0,#00H TH0,#00H TL1,#04H TH1,#0E8H IP,#08H TR0 TR1
;T1 为定时方式,T0 为计数方式 ;清计数器
;时间常数为 0E804H(3.686 411 MHz)
ORL PCON,#01H ;IDL 方式等待定时中断
DJNZ
R2,LIU1
CLR
TR1
;关闭计数器T1
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第八章
CLR MOV MOVX INC MOV MOVX INC RET
80C51单片机的应用系统 实例
TR0 A,TH1 @DPTR,A DPTR A,TL1 @DPTR,A DPTR
;关闭定时器T0 ;存流量脉冲值,高位在前
第八章 80C51单片机的应用系统 实例
在数据回放阶段，系统首先处于等待串 行口中断，等待主机将数据回收、存盘。 至此就完成了一次数据采集任务。
第八章 80C51单片机的应用系统 实例
2) 标定程序
整个标定程序主要是，为了修正系统误差而测 定的一组标准压力和流速数据，据此计算出实 际传感器的压力和流速系数，作为最后数据处 理的依据。整个标定程序又分压力标定程序和 流速标定程序两部分。标定的过程与数据采集 的过程相似，只是起始的等待时间缩短为20 min， 每组数据的采集间隔为2 min。
第八章 80C51单片机的应用系统
实例
2）流速信号调理电路：由磁电式转速传感器输 出的慢变信号经电容C1隔直之后，先由运放 U6∶A放大，然后经运放U6∶C、U6∶D和相关 的电阻、电容整形输出到单片机的T1端，用定时 器/计数器T1来记录脉冲数，以与传感器转数成比 例关系。
3）模拟电源控制电路：为了降低整个系统的 功耗，模拟电路的电源仅在采集压力信号和流速 信号时才开通，而在其它时间是关闭的。电源开 关由三极管P1（9012）担当，其基极由单片机的 P1.0口线控制。