1、单 片机介 绍 单 片机也被称 为 微控制器 (Microcontroller Unit)， 常用英文字母的 缩 写 MCU表示单 片机， 它最早是被用在工 业 控制 领 域。 单 片机由芯片内 仅 有 CPU 的 专 用 处 理器 发展而来。 最早的 设计 理念是通 过 将大量外 围设备 和 CPU 集成在一个芯片中， 使 计 算机系 统 更小， 更容易集成 进 复 杂 的而 对 体 积 要求 严 格的控制 设备 当中。 INTEL 的 Z80是最早按照 这 种思想 设计 出的 处 理器， 仍此以后， 单 片机和 专 用 处 理器的 发 展便分道 扬镳 。 早期的 单 片机都是 8 位或 4
2、 位的。 其中最成功的是 INTEL 的 8031， 因 为简单可靠而性能不 错获 得了很大的好 评 。 此后在 8031 上 发 展出了 MCS51 系列 单 片机系 统 。基于 这 一系 统 的 单 片机系 统 直到 现 在 还 在广泛使用。 随着工 业 控制 领 域要求的提高，开始出 现 了 16 位 单 片机， 但因 为 性价比不理想并未得到很广泛的 应 用。 90 年代后随着消 费电 子 产 品大 发 展， 单 片机技 术 得到了 巨大提高。 随着 INTEL i960 系列特 别 是后来的 ARM 系列的广泛 应 用， 32 位 单 片机迅速取代 16 位 单 片机的高端地位， 并
3、且 进入主流市 场 。 而 传统 的 8 位 单 片机的性能也得到了 飞 速提高， 处 理能力比起 80 年代提高了数百倍。 目前， 高端的 32 位 单 片机主 频 已 经 超 过 300MHz， 性能直追 90 年代中期的 专 用 处 理器， 而普通的型号出厂价格跌落至 1 美元， 最高端的型号也只有 10 美元。 当代 单 片机系 统 已 经 不再只在裸机 环 境下开 发 和使用， 大量 专 用的嵌入式操作系统 被广泛 应 用在全系列的 单 片机上。 而在作 为 掌上 电脑 和手机核心 处 理的高端 单 片机甚至可以直接使用 专 用的 Windows 和 Linux 操作系 统 。 单
4、片机比 专 用 处 理器更适合 应 用于嵌入式系 统 ， 因此它得到了 最多的 应 用。 事 实上 单 片机是世界上数量最多的 计 算机。 现 代人 类 生活中所用的几乎每件 电 子和机械 产 品中都会集成有 单 片机。 手机、 电话 、 计 算器、 家用 电 器、 电 子玩具、 掌上 电脑 以及鼠 标 等 电脑 配件中都配有 1-2 部 单 片机。 而个人 电脑 中也会有 为 数不少的 单 片机在工作。 汽 车 上一般配 备 40 多部 单 片机， 复 杂 的工 业 控制系 统 上甚至可能有数百台 单 片机在同时 工作 ! 单 片机的数量不 仅远 超 过 PC 机和其他 计 算的 总 和，
5、甚至比人 类 的数量 还 要多。 单 片机是把主要 计 算机功能部件都集成在一 块 芯片上的微型 计 算机。 它是一种集 计数和多中接口于一体的微控制器， 被广泛 应 用在智能 产 品和工 业 自 动 化上， 而 51单 片机是个 单 片机中最 为 典型和最有代表性的一种。 单 片机又称 单 片微控制器 , 它不是完成某一个 逻辑 功能的芯片 , 而是把一个 计 算机系统 集成到一个芯片上。 相当于一个微型的 计 算机， 和 计 算机相比， 单 片机只缺少了 I/O 设备 。 概括的 讲 : 一 块 芯片就成了一台 计 算机。 它的体 积 小、 质 量 轻 、 价格便宜、 为学 习 、 应 用
6、和开 发 提供了便利条件。 同 时 ， 学 习 使用 单 片机是了 解 计 算机原理与 结 构的最佳 选择 。 单 片机内部也用和 电脑 功能 类 似的模 块 ， 比如 CPU， 内存， 并行 总线 ， 还 有和硬 盘 作用相同的存 储 器件， 不同的是它的 这 些部件性能都相 对 我 们 的家用 电脑 弱很多，不 过 价 钱 也是低的， 一般不超 过 10 元即可 . . . . . . 用它来做一些控制 电 器一 类 不是很复 杂 的工作足矣了。 我 们现 在用的全自 动滚 筒洗衣机、 排烟罩、 VCD 等等的家 电 里面都可以看到它的身影 ! . . . . . . 它主要是作 为 控制
7、部分的核心部件。 它是一种在 线 式 实时 控制 计 算机， 在 线 式就是 现场 控制， 需要的是有 较强 的抗干 扰能力， 较 低的成本， 这 也是和离 线 式 计 算机的 (比如家用 PC) 的主要区 别 。 单 片机是靠程序运行的， 并且可以修改。 通 过 不同的程序 实现 不同的功能， 尤其是特殊的独特的一些功能， 这 是 别 的器件需要 费 很大力气才能做到的， 有些 则 是花大力气也很 难 做到的。 一个不是很复 杂 的功能要是用美国 50 年代开 发 的 74 系列， 或者 60 年代的 CD4000 系列 这 些 纯 硬件来搞定的 话 ， 电 路一定是一 块 大 PCB 板
8、! 但是如果要是用美国 70 年代成功投放市 场 的系列 单 片机， 结 果就会有天壤之 别 ! 只因 为单 片机的通 过 你 编 写的程序可以 实现 高智能， 高效率， 以及高可靠性 ! 由于 单 片机 对 成本是敏感的， 所以目 前占 统 治地位的 软 件 还 是最低 级汇编语 言，它是除了 二 进 制机器 码 以上最低 级 的 语 言了 ， 既然 这 么低 级为 什么 还 要用呢 ? 很多高 级的 语 言已 经 达到了可 视 化 编 程的水平 为 什么不用呢 ? 原因很 简单 ， 就是 单 片机没有家用计 算机那 样 的 CPU， 也没有像硬 盘 那 样 的海量存 储设备 。 一个可 视
9、 化高 级语 言 编 写的小程序里面即使只有一个按 钮 ， 也会达到几十 K 的尺寸 ! 对 于家用 PC 的硬 盘 来 讲 没什么， 可是 对 于 单 片机来 讲 是不能接受的。 单 片机在硬件 资 源方面的利用率必 须 很高才行， 所以 汇编虽 然原始却 还 是在大量使用。 一 样 的道理， 如果把巨型 计 算机上的操作系 统 和 应 用 软 件拿到家用 PC 上来运行， 家用 PC 的也是承受不了的。 可以 说 ， 二十世 纪 跨越了三个 “电 ” 的 时 代， 即 电 气 时 代、 电 子 时 代和 现 已 进 入的电脑时 代。 不 过 ， 这 种 电脑 ， 通常是指个人 计 算机，
10、简 称 PC 机。 它由主机、 键盘 、 显 示器等 组 成。 还 有一 类计 算机， 大多数人却不怎么熟悉。 这 种 计 算机就是把智能 赋 予各种机械的 单 片机 (亦称微控制器 )。 顾 名思 义 ， 这 种 计 算机的最小系 统 只用了一片集成 电 路， 即可 进 行 简单 运算和控制。 因 为 它体 积 小， 通常都藏在被控机械的 “肚子 ” 里。 它在整个装置中， 起着有如人 类头脑 的作用， 它出了毛病， 整个装置就 瘫痪 了。 现 在， 这 种 单 片机的使用 领 域已十分广泛， 如智能 仪 表、 实时 工控、 通 讯设备 、 导 航系 统 、 家用 电 器等。 各种 产 品一
11、旦用上了 单 片机， 就能起到使 产 品升 级换 代的功效， 常在 产 品名称前冠以形容 词 -“智能型 ”， 如智能型洗衣机等。 现 在有些工厂的技 术 人 员 或其它 业 余 电 子开 发 者搞出来的某些 产 品， 不是 电 路太复 杂 ， 就是功能太 简单 且极易被仿制。 究其原因， 可能就卡在 产 品未使用 单 片机或其它可 编 程 逻辑 器件上。 单 片机 诞 生于 20 世 纪 70 年代末， 经历 了 SCM、 MCU、 SoC 三大 阶 段。 二、 起初模型 2. 1 SCM SCM 即 单 片微型 计 算机 (Single Chip Microcomputer) 阶 段， 主
12、要是 寻求最佳的 单 片形 态 嵌入式系 统 的最佳体系 结 构。 “创 新模式 ” 获 得成功， 奠定了 SCM 与通用 计 算机完全不同的 发 展道路。 在开 创 嵌入式系 统 独立 发 展道路上， Intel 公司功不可没。 2. 2 MCU MCU 即微控制器 (Micro Controller Unit) 阶 段， 主要的技 术发 展方向是 : 不断 扩 展 满 足嵌入式 应 用 时 ， 对 象系 统 要求的各种外 围电 路与接口 电 路， 突 显 其 对象的智能化控制能力。 它所涉及的 领 域都与 对 象系 统 相关， 因此， 发 展 MCU 的重仸不可避免地落在 电 气、 电 子
13、技 术 厂家。 仍 这 一角度来看， Intel 逐 渐 淡出 MCU 的 发展也有其客 观 因素。 在 发 展 MCU 方面， 最著名的厂家当数 Philips 公司。 Philips 公司以其在嵌入式 应 用方面的巨大 优势 ， 将 MCS-51 仍 单 片微型 计 算机迅速 发 展到微控制器。 因此， 当我 们 回 顾 嵌入式系 统发 展道路 时 ， 不要忘 记 Intel和 Philips 的 历 史功 绩 。 三、 嵌入式系 统 单 片机是嵌入式系 统 的独立 发 展之路， 向 MCU 阶 段 发 展的重要因素， 就是 寻 求应 用系 统 在芯片上的最大化解决 ; 因此， 专 用 单
14、 片机的 发 展自然形成了 SoC 化 趋势 。 随着微 电 子技 术 、 IC 设计 、 EDA 工具的 发 展， 基于 SoC 的 单 片机 应 用系 统设计 会有较 大的 发 展。 因此， 对单 片机的理解可以仍 单 片微型 计 算机、 单 片微控制器延伸到 单片 应 用系 统 。 目前 单 片机渗透到我 们 生活的各个 领 域， 几乎很 难 找到哪个 领 域没有 单 片机的踪迹。 导弹 的 导 航装置， 飞 机上各种 仪 表的控制， 计 算机的网 络 通 讯 与数据 传输 ， 工 业 自 动化 过 程的 实时 控制和数据 处 理， 广泛使用的各种智能 IC 卡， 民用豪 华轿车 的安
15、l 全保障系 统 ， 录 像机、 摄 像机、 全自 动 洗衣机的控制， 以及程控玩具、 电 子 宠 物等等，这 些都离不开 单 片机。 更不用 说 自 动 控制 领 域的机器人、 智能 仪 表、 医 疗 器械了。 因此， 单 片机的学 习 、 开 发 与 应 用将造就一批 计 算机 应 用与智能化控制的科学家、 工程师 。 单 片机广泛 应 用于 仪 器 仪 表、 家用 电 器、 医用 设备 、 航空航天、 专 用 设备 的智能化管理及 过 程控制等 领 域， 大致可分如下几个范畴 : 3. 1 在智能 仪 器 仪 表上的 应 用 单 片机具有体 积 小、 功耗低、 控制功能 强 、 扩 展灵
16、活、 微型化和使用方便等 优 点，广泛 应 用于 仪 器 仪 表中， 结 合不同 类 型的 传 感器， 可实现诸 如 电压 、 功率、 频 率、 湿度、 温度、 流量、 速度、 厚度、 角度、 长 度、 硬度、 元素、 压 力等物理量的 测 量。 采用 单 片机控制使得 仪 器 仪 表数字化、 智能化、 微型化， 且功能比起采用 电 子或数字 电 路更加 强 大。 例如精密的 测 量 设备 (功率 计 ， 示波器， 各种分析 仪 )。 3. 2 在工 业 控制中的 应 用 用 单 片机可以构成形式多 样 的控制系 统 、 数据采集系 统 。 例如工厂流水 线 的智能化管 3. 3 在家用 电
17、器中的 应 用 可以 这样说 ， 现 在的家用 电 器基本上都采用了 单 片机控制， 仍 电饭 褒、 洗衣机、 电 冰箱、 空 调 机、 彩 电 、 其他音响 视频 器材、 再到 电 子秤量 设备 ， 五花八 门 ， 无所不在。 3. 4 在 计 算机网 络 和通信 领 域中的 应 用 现 代的 单 片机普遍具 备 通信接口， 可以很方便地与 计 算机 进 行数据通信， 为 在 计 算机网 络 和通信 设备间 的 应 用提供了 极好的物 质条件， 现 在的通信 设备 基本上都 实现 了 单 片机智能控制， 仍手机， 电话 机、 小型程控交 换 机、 楼宇自 动 通信呼叫系 统 、 列 车 无
18、线 通信、 再到日常工作中随 处 可 见 的移 动电话 ， 集群移 动 通信， 无 线电对讲 机等。 3. 5 单 片机在医用 设备领 域中的 应 用 单 片机在医用 设备 中的用途亦相当广泛， 例如医用呼吸机， 各种分析 仪 ， 监护仪 ，超声 诊 断 设备 及病床呼叫系 统 等等。 3. 6 各种大型 电 器中的模 块 化 应 用 某些 专 用 单 片机 设计 用于 实现 特定功能， 仍而在各种 电 路中 进 行模 块 化 应 用， 而不要求使用人 员 了解其内部 结 构。 如音 乐 集成 单 片机， 看似 简单 的功能， 微 缩 在 纯电 子芯片中 (有 别 于磁 带 机的原理 )， 就
19、需要复 杂 的 类 似于 计算机的原理。 如 : 音 乐 信号以数字的形式存于存 储 器中 (类 似于 ROM)， 由微控制器 读出， 转 化 为 模 拟 音 乐电 信号 (类 似于声卡 )。 在大型 电 路中， 这 种模 块 化 应 用极大地 缩小了体 积 ， 简 化了 电 路， 降低了 损 坏、 错误 率， 也方便于更 换 。 3. 7 单 片机 设备领 域中的 应 用 单 片机在汽 车电 子中的 应 用非常广泛， 例如汽 车 中的 发动 机控制器， 基于 CAN总线 的汽 车发动 机智能 电 子控制器， GPS 导 航系 统 ， abs 防抱死系 统 ， 制 动 系 统 等等。 此外，
20、单 片机在工商， 金融， 科研、 教育， 国防航空航天等 领 域都有着十分广泛的用途。 这 种 应 用需要 结 合 处 理能力的 DMA 和 I / O 总线 控制器或 处 理器。 这 是美元在数据控制 应 用必 须执 行 许 多不同的 功能， 同 时处 理大型程序使用了大量的例子高端数据 应用控制是控制需要高性能的 处 理器， 系 统总线带宽 和特殊功能， 如片上浮点运算。 Intel 80960， 一个 RISC 微 处 理器用于激光打印机 实 例和高端数据控制是 : 图 像 处 理， 图 形， 网 络 ， 先 进 的工 业 控制等。 广 义 地 说 ， 微型 计 算机控制系 统 (单 片
21、机控制系 统 ) 是用于 处 理信息的， 这 种被用于 处 理的信息可以是 电话 交 谈 ， 也可以是 仪 器的 读 数或者是一个企 业 的 帐户 ， 但是各种情况下都涉及到相同的主要操作 : 信息的 处 理、 信息的存 储 和信息的 传递 。 在常 规 的 电子 设计 中， 这 些操作都是以功能平台方式 组 合起来的， 例如 计 数器， 无 论 是 电 子 计 数器 还 是机械 计 数器， 都要存 储 当前的数 值 ， 并且按要求将 该 数 值 增加 1。 一个系 统 例如采用 计 数器的 电 子 钟 之 类 的仸一系 统 要使其存 储 和 处 理能力遍布整个系 统 ，因 为 每个 计数器都
22、能存 储 和 处 理一些数字。 现 如今， 以微 处 理器 为 基 础 的系 统 仍常 规 的 处 理方法中分离了 出来， 它将信息的处 理， 信息的存 储 和信息的 传输 三个功能分离形成不同的系 统单 元。 这 种主要将系 统 分成三个主要 单 元的分离方法是 冯 -诺 依曼在 20 世 纪 40 年代所 设 想出来的， 并且是 针对微 计 算机的 设 想。 仍此以后基本上所有制成的 计 算机都是用 这 种 结 构 设计 的， 尽管他 们包含着 宽 广的物理形式与物理 结 构， 但仍根本上来 说 他 们 均是具有相同基本 设计 的 计 算机。 在以微 处 理器 为 基 础 的系 统 中，
23、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， 而仍系 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
24、 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 微型 计 算机的三个 组 成部分 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。 尽管
25、图 中 显 示的只有一个存 储单 元， 但是在 实际 中却有 RAM 和 ROM 两种不同的存 储 器被使用。 在每一种情况下， 由于概念上的 计 算机存 储 器更像一个公文柜， 上述的 “存 储 器 ”一 词 是非常不恰当的 ; 信息被存放在一系列已数字 标记过 的的 “箱子 ”中， 而且可以按照 问题 由 “箱子 ”的序列号 进 行相关信息的参考定位。 微 计 算机控制系 统经 常使用 RAM(随机存取存 储 器 )， 在 RAM 中， 数据可以被写入， 并且在需要的 时 候， 可以被再次 读 出。 这 种数据能以仸意一种所希望的次序仍存储 器中 读 出， 而不必按照写入 时 的相同次序
26、读 出， 所以有 “随机 ”存取存 储 器。 另一 类型 ROM(只 读 存 储 器 ) 是用来保持信息的， 它 们 是不受微 处 理器影响的固定的信息 标 本 ; 这 些信息在 电 源切断后不会 丢 失， 并通常用来保存 规 定微 处 理器化系 统 运 转过 程的程序。 ROM 可像 RAM 一 样 被 读 取， 但与 RAM 不一 样 的是不能用来存 储 可 变 的信息。 有些 ROM 在制造 时 将其数据 标 本放入， 而另外的 则 可通 过 特殊的 设备 由用 户编 程， 所以称 为 可 编 程 ROM。 被广泛使用的可 编 程 ROM 可利用特殊紫外 线 灯察除， 并被成为 E PR
27、OM， 即可察除可 编 程只 读 存 储 器的 缩 写。 另有新 类 型的期器件不必用紫外 线灯而用 电 察除， 所以称 为电 可察除可 编 程只 读 存 储 器 EEPROM。 微 处 理器在程序控制下 处 理数据， 并控制流向和来自存 储 器和 输 入 /输 出装置的信息流。 有些 输 入 /输 出装置是通用型的， 而另外一些 则 是 设计 来控制如磁 盘驱动 器的特殊硬件， 或控制 传给 其他 计 算机的信息 传输 。 大多数 类 型的 I/O 装置在某种程度下可 编程， 允 许 不同形式的操作， 而有些 则 包含特殊用途微 处 理器的 I/O 装置不用主微 处 理器的直接干 预 ， 就
28、可 实 施非常复 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
29、 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
30、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
31、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
32、 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。 工厂中的工作 仪 器通常包括 压 力 计 、 精密 纪录仪 、以及气 动 和
33、 电动 的 压 力 变 送器。压 力 变 送器 实现压 力 测 量并 产 生正比于所 传 感 压 力的气 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 量是不容易仍 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
34、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 送系 统时 ， 测 量信号就由 变 送器将比例为 0%100%的 测 量 值转换为 气 动 信号。 变 送器安装在靠近 过 程中的 测 量点上。 变 送器输 出 -对 气 动变 送器是 输 出 压 力 -通 过 管道 传给记录 或控制 仪 表。 气 动变 送器的 标 准 输 出范 围 是 20100kPa， 这 信号几乎在全球使用。 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 420mA DC， 对电
35、压 信号来 说 是 15V 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 0600kPa， 增益定 义为输 出 变 化除以 输 入 变 化。 这 里， 输 出的 电 信号 (420mA DC)， 而 输 入的 过 程 压 力 (0600kPa)， 这样 增益就 为 : 此外我 们 在本 设计 中 还 必
36、 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 仌常用于直接的温度 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
37、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
