（1.江西科技師范大學(xué),南昌 330013；2.南昌理工學(xué)院,南昌 330044）

（1.江西科技師范大學(xué),南昌 330013；2.南昌理工學(xué)院,南昌 330044）

隨著計(jì)算機(jī)控制的廣泛應(yīng)用，在一些計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，可以用單片機(jī)作為自動(dòng)控制系統(tǒng)中的反饋控制，對(duì)控制的檢測(cè)，數(shù)據(jù)采集，信號(hào)處理等，在這里我們簡(jiǎn)單的以AT89S52為例探討了MCS51單片機(jī)在自動(dòng)系統(tǒng)中的應(yīng)用特點(diǎn)，單片機(jī)控制系統(tǒng)的組成等。

自動(dòng)控制系統(tǒng)；計(jì)算機(jī)控制；MSC51單片機(jī)；應(yīng)用

1 單片機(jī)在自動(dòng)化控制系統(tǒng)中的作用

1.1 常用的數(shù)字控制器

圖1 常用數(shù)字控制器的系統(tǒng)框圖

在自動(dòng)控制系統(tǒng)中，廣泛應(yīng)用PID控制器，在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，我們用計(jì)算機(jī)編程來生產(chǎn)數(shù)字控制器，用來控制的計(jì)算機(jī)通常也稱為工控機(jī)。

1.2 工控機(jī)的作用

工控機(jī)全程為工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，通常也稱為工業(yè)計(jì)算機(jī)IPC（Industrial Personal Computer）。工控機(jī)在過程控制、數(shù)據(jù)采集、信息檢測(cè)等方面都有被廣泛應(yīng)用。工控機(jī)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)工業(yè)生產(chǎn)中的各類信號(hào)的采集、信號(hào)的處理和系統(tǒng)的控制等一系列操作。其典型特點(diǎn)就是能夠?qū)I(yè)上的生產(chǎn)活動(dòng)進(jìn)行有效的監(jiān)督和管理。

工控機(jī)的典型組成通常由以下幾部分：電源、加固型機(jī)箱、主機(jī)板、硬盤、光驅(qū)、輸入/輸出模塊、顯示板、顯示器、鍵盤、鼠標(biāo)、打印機(jī)等。

圖2 IPC硬件組成結(jié)構(gòu)圖

工控機(jī)在工業(yè)自動(dòng)控制中主要作用：對(duì)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備進(jìn)行控制；IPC讀取各種測(cè)量的參數(shù)；再將處理后的結(jié)果進(jìn)行輸出；通過執(zhí)行機(jī)構(gòu)來控制生產(chǎn)過程。

一個(gè)完整的工業(yè)控制系統(tǒng)除了作為工控核心的IPC外，一定的輸入輸出接口部件是必須的。至于配備何種接口部件，則需要視系統(tǒng)功能而定。典型的有：AI,AO,DI,DO等。工控機(jī)就是通過I/0通道把自動(dòng)控制需要處理和控制的信號(hào)和生產(chǎn)對(duì)象聯(lián)系起來的，工控機(jī)出來的開關(guān)量信號(hào)。在很多計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中往往可以用單片機(jī)系統(tǒng)來代替工控機(jī)。

2 單片機(jī)在自動(dòng)化控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)

2.1 單片機(jī)的優(yōu)點(diǎn)

單片機(jī)的優(yōu)點(diǎn)：集成度高，外部電路易于設(shè)計(jì)；有一定的數(shù)據(jù)處理能力，能提供有效的控制；性價(jià)比高；容易產(chǎn)品化。

2.2 AT89S52單片機(jī)的介紹

AT89S52單片機(jī)是51系列單片機(jī)中的一種增強(qiáng)型，他繼承了原有的51系列單片機(jī)的特點(diǎn)，并且有采用Flash技術(shù)，并在內(nèi)部組件上面稍有增加，如多了一個(gè)定時(shí)計(jì)算器和S51相比，另外在功耗、性能方面也有所改善。主要特性如下：

（1）具有8K的快速閃存，同時(shí)支持在線編程，具有8位字長(zhǎng)的CPU，能同時(shí)處理8位數(shù)據(jù)。

（2）具有256B的片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，為用戶提供了更多的數(shù)據(jù)存取單元，可以定義更多的特殊功能寄存器，4個(gè)并行的I/O口；

（3）和AT89S51相比，增加DPTR1從而構(gòu)成了雙數(shù)據(jù)指針，并且允許電壓在4.0V～5.5V電壓波動(dòng)，且具有電源管理功能。

（4）具有兩級(jí)的中斷優(yōu)先級(jí)，8個(gè)中斷源、6個(gè)中斷矢量，有1個(gè)全雙工的UART串行通信口；

（5）提供了3級(jí)程序鎖定位；

（6）1個(gè)看門狗定時(shí)器WDT；

（7）整個(gè)單片機(jī)的時(shí)鐘信號(hào)的頻率最高可達(dá)30MHz；

（8）與MCS-51單片機(jī)產(chǎn)品完全兼容。

AT89S52最大的特點(diǎn)就是具備了ISP在線編程技術(shù)，可以在不斷電的情況修改程序，方便對(duì)系統(tǒng)的升級(jí)和維護(hù)。

3 單片機(jī)控制系統(tǒng)的構(gòu)成

圖3 單片機(jī)控制系統(tǒng)

單片機(jī)可以通過74LS164等芯片進(jìn)行串行接口到并行接口的擴(kuò)展，或通過ULN2003等芯片進(jìn)行并口的擴(kuò)展。如果在實(shí)際應(yīng)用時(shí)覺得單片機(jī)內(nèi)部的程序或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的容量不夠，同樣可以進(jìn)行相應(yīng)的擴(kuò)展。但是由于該單片機(jī)具有多大8K的程序存儲(chǔ)器容量，一般情況下不需要進(jìn)行擴(kuò)展。另外關(guān)于很多設(shè)計(jì)人員關(guān)心的模擬信號(hào)采樣和數(shù)字信號(hào)輸出的問題，當(dāng)然該款單片機(jī)只能是通過外接A/D或D/A轉(zhuǎn)換器來實(shí)現(xiàn)。如果在某一具體的工控系統(tǒng)中，在已經(jīng)確定要經(jīng)常性的進(jìn)行模擬信號(hào)的采集的話，則可以采用諸如ATmega128等內(nèi)部資源豐富的單片機(jī)。

4 總結(jié)

在由AT89S52構(gòu)成的系統(tǒng)中，硬件電路簡(jiǎn)單，方便開發(fā)者調(diào)試硬件電路，有利于系統(tǒng)的維護(hù)，ISP在線編程技術(shù)也方便調(diào)試、維護(hù)程序；但是由于它的數(shù)據(jù)處理能力較弱和工作頻率較低以及人機(jī)對(duì)話模式簡(jiǎn)單，因此在它的應(yīng)用也收到一定的局限。

MCS51單片機(jī)能對(duì)簡(jiǎn)單的邏輯控制和模擬量控制，成本低，硬件電路較復(fù)雜，帶負(fù)載的能力較差，系統(tǒng)的維護(hù)性能好，因此MCS51單片機(jī)適用于家用電氣、智能儀器、單機(jī)簡(jiǎn)單的自動(dòng)控制系統(tǒng)中。

[1]張燕紅編著.計(jì)算機(jī)控制技術(shù)[M].南京：東南大學(xué)出版社,2014.

論MCS51單片機(jī)在自動(dòng)系統(tǒng)中的應(yīng)用

張 林1,2