树脂粘度控制论文.doc

毕业设计（论文） 题 目： 树脂粘度控制 学 院： 机电工程学院 专业班级： 机械工程及自动化 指导教师： 职称： 工程师 学生姓名： 学 号： 摘要纤维缠绕成型工艺是指采用连续纤维(带)经过树脂浸胶或采用预浸胶纤维(带)，按照一定的规律缠绕到芯模上，然后再加热或常温下固化，制成一定形状的制品的一种生产工艺。粘度是在流体中流体抗其不可逆位置变化的能力，是对流体内部流动阻力的一种度量。粘度测量在石油、化工、纺织、国防、机械和电力等行业应用非常广泛。它对纤维增强塑料制品的性能影响很大，主要表现在制品的厚度、强度、气密性和剪切强度等。树脂的粘度越高，其流动性越差，原材料外表面上树脂分布就越不均匀；反之，如果树脂的粘度很低，被浸物的浸胶量会过低，这两种情况都将导致制品性能下降。在FRP制品生产(如纤维缠绕、预浸料和挤拉等生产工艺)过程中，树脂粘度的在线测量和控制一直都是较难解决的问题，它涉及到测量方法和控制策略的选择。本文根据实际情况选择性价比高且易操作的单筒式旋转测量法测量粘度，然后把信号送给单片机，采用模糊控制算法简单易行，输出继电器通断时间给执行机构，执行机构采用改变继电器通断时间来调温。关键词：树脂粘度 ，纤维缠绕机 ，模糊控制ABSTRACTFilament winding molding process using a continuous fiber (with) after the resin impregnated or pre-impregnated fibers (with) wrapped around the mandrel in accordance with certain rules, and then heated or room temperature curing, made of a certain shape products a production process. The viscosity of the fluid in the fluid resistance to irreversible changes in position is a measure of the flow resistance of the fluid internal. Viscosity measurement in the petroleum, chemical, textile, defense, machinery and electricity is widely used. Its fiber reinforced plastic products significantly affect the properties, mainly in the products of thickness, strength, tightness and shear strength. The higher the viscosity of the resin, the mobility of the worse, the raw material of the outer surface of resin distribution will be uneven; Conversely, if the low viscosity of the resin, the resin content of the soaked will be too low in both cases will lead to performance degradation products. In the production of FRP products (such as filament winding, prepreg and squeeze pull and other production processes), the online measurement and control of the resin viscosity has always been more difficult to solve the problem, it relates to the measurement methods and control strategies. According to the actual situation, cost-effective and easy to operate monocular rotation measurement method to measure viscosity.Using fuzzy control algorithm is simple,implementing agencies with the thermostat to change the relay off time.Keywords: resin viscosity, fiber winding machine, fuzzy control II西安工程大学本科毕业设计（论文）目 录II第1章 绪论11.1 选题目的意义11.2 纤维缠绕成型工艺11.2.1 纤维缠绕成型工艺的特点及分类21.2.2 缠绕成型制品的应用31.2.3 缠绕机的发展41.3 本文主要研究内容5第2章 控制系统方案的选择62.1 技术难点分析62.2 基本实现方案62.3 检测系统方案82.4 执行机构方案10第3章 硬件选定及元器件设计123.1 硬件选定123.2 89C51单片机163.2.1 89C51单片机的结构163.2.2 89C51单片机的引脚173.3 LED显示器接口电路设计203.4 元器件的设计213.4.1 圆筒213.4.2 连接器21第4章 模糊控制算法224.1 控制算法的确定224.1.1 PID控制算法224.1.2 模糊控制算法234.2 模糊控制的发展与特点234.3 模糊集合与隶属函数254.3.1 模糊集合的基本概念254.3.2 模糊集合的表示方法254.3.3 模糊集合的运算264.4 模糊关系和模糊矩阵264.4.1 模糊关系264.4.2 模糊矩阵274.4.3 模糊推理284.5 模糊控制器的基本原理和结构294.5.1 精确量的模糊化294.5.2 模糊规则形成和推理304.5.3 模糊输出t的反模糊化314.6 模糊控制的实现方法314.7 本系统所选择的控制器参数32第5章 程序设计345.1 主程序设计345.2 控制程序框图35第6章 总结37参考文献致谢诚信声明 第1章 绪论1.1选题目的意义 粘度是指在流体中流体抗其不可逆位置变化的能力，是对流体内部流动阻力的一种度量。粘度测量1在石油、化工、医学等很多行业应用非常广泛,如在医学业，测量血液粘度来诊断病症是最新发展的诊断学，特别是心血管疾病和癌、瘤等疑难杂症的重要诊断手段；在钻井领域，钻井、固井的各个阶段中对钻井液粘度的正确测量和控制不但直接影响钻井效率，而且能决定井的质量。树脂粘度对FRP制品2的性能影响很大，主要表现在制品的厚度、强度、气密性和剪切强度等。树脂的粘度越高，那么其流动性越差，原材料外表面上的树脂分布就越不均匀；反之，如果树脂的粘度很低，被浸物的浸胶量会过低，这两种情况都将导致制品性能下降。比如，在纤维缠绕成型工艺中，树脂的粘度过高纤维层间就会出气泡和积瘤，制品胶量过高等，导致制品的极限应力下降，性能降低，事故的发生率相应提高。因此粘度的测量及控制在工业生产和现实生活中也有很大意义。 目前，国内外也有专门测量流体粘度的仪器，但它们一般仅具有测量粘度的功能，而且大多数不能和计算机相连接并受计算机的控制。如中国、美国一些公司生产的系列粘度计基本上就只有测量功能，而且其价格昂贵。有的仪器虽有控制功能，但它只能设定温度而不是粘度，只针对特定的液体，适应性很差。本论文提出的树脂粘度计算机控制系统集粘度测量和控制于一身，且具有很好的柔性，只要稍加改变系统的参数，便可以应用于其他不同的场合。该系统应用于微机控制缠绕机的浸胶系统3中将大大提高系统的浸胶质量。1.2纤维缠绕成型工艺纤维缠绕成型工艺是指采用连续纤维(带)经过树脂浸胶或采用预浸胶纤维(带)，按照一定的规律缠绕到芯模上，如图1-1所示。然后再加热或常温下固化，制成一定形状的制品的一种生产工艺。其流程如图1-2所示。纤维缠绕4成型的主要设备是缠绕机，辅助设备有浸胶装置、张力装置、加热固化装置及纱架装置等。图1-1 纤维缠绕成型工艺1.2.1纤维缠绕成型工艺的特点及分类 (1)纤维缠绕成型工艺的特点是：制品呈各向异性，强度的方向性比较明显，层间剪切强度低；制品的几何形状有局限性，仅适用于制造特定形体及它们的条件组合体，对负曲率回转体制品及绝大多数非回转体难以缠绕；设备及辅助设备较多，投资较大。与其它成型工艺相比，缠绕成型制得的玻璃钢制品具有的优点是：比强度高，可超过钛合金；制品质量高而稳定，易实现机械化自动化生产：成本较低，通常采用廉价无捻纱作原料，生产效率高。图1-2 纤维缠绕成型工艺流程图 (2)纤维缠绕成型工艺5按树脂基体的状态不同分为干法、湿法和半干法三种。干法 在缠绕前预先将玻璃纤维制成预浸渍带，然后卷在卷盘上待用。使用时使浸渍带加热软化后绕制在芯模上。这种方法可提高缠绕速度，可高达100200m/min，缠绕张力平稳，设备清洁，劳动条件得到改善，易实现自动化缠绕，可严格控制纱带的含胶量和尺寸，制品质量较稳定，但缠绕设备复杂、投资较大。湿法 缠绕成型时将玻璃纤维经集束后进入树脂胶槽浸胶，在张力控制下直接缠绕在芯模上，绕后固化成型。这种方法的设备较简单，对原材料要求不高，但缠绕张力不易控制，在缠绕过程中对缠绕设备如浸胶辊、张力机构、导纱辊等要经常清理，否则，一旦在辊上发生纤维缠绕结，就将影响生产正常进行。半干法 这种方法与湿法相比，增加了烘干工序，与干法相比，缩短了烘干时间，降低了胶纱的烘干程度，使缠绕过程可以在室温下进行，这样既除去了溶剂，又提高了缠绕速度和制成品率。1.2.2缠绕成型制品的应用 由于缠绕成型工艺及其制品有着许多优点，因此纤维缠绕玻璃钢制品在民用工业及军用工业上得到比较广泛的应用。压力容器 有受内压容器(如各种气瓶)和受外压容器(如鱼雷等)两种。目前压力容器应用广泛，如宇航、火箭、飞机、舰艇等运载工具及医疗等方面都有应用。化工管道 用于输送石油、水、天然气、化工流体介质等，它可部分代替不锈钢，具有轻质、高强、防腐、耐久、方便的特点。存储槽车 各种用以运输或存储酸、碱、盐、油介质的储罐、槽车，具有耐腐蚀性好、重量轻、成型方便等优点。军工制品 如火箭发动机外壳、火箭发射管、雷达罩、鱼雷、鱼雷发射管等。纤维缠绕制品在航空航天方面的应用，最重要的制品仍然是火箭发动机壳体，其特点是生产高性能的、精确缠绕的结构，最常用的材料是S玻璃纤维一环氧树脂最新的发展是把纤维缠绕同先进复合材料技术联系起来如硼、碳纤维和芳纶纤维等高模量、高强度增强材料和新型耐热聚合物的复合，通过高精度的微机控制缠绕设备制造的制品将大大扩大纤维复合材料的防腐性能等。总之，纤维缠绕复合材料今后的方向是:提高质量、减轻重量、渐变工艺、降低成本、扩大应用范围。1.2.3缠绕机的发展 40年代后期第一台纤维缠绕机问世，早期的缠绕机都是机械式的，它是由一个电动机拖动主轴和小车组成。主轴转动和小车往复运动的速比关系通过挂轮或变速装置协调，实现一定缠绕角和线形规律的缠绕，改变小车行程长度时调节链条长度。当更换制品时，要计算速比，调换挂轮和链条节数，比较麻烦，新制品生产准备时间过多，机器缺乏灵活性，所以随着缠绕制品几何形状的变化和应用范围的扩大，发展了数字程序控制缠绕机6，70年代又发展了微机控制缠绕机。但对于大量生产定型的制品而言，机械式缠绕机仍是一种经济实用的缠绕机。数字程序控制缠绕机是芯模的角位移量和小车的线位移量都转换为电脉形式的数字量进行控制。主轴带动一个能发出电脉冲的编码器，主轴发出的脉冲按一定比例调节后送给小车的电液伺服马达，使小车移动，改变分频比便可改变小车速度，改变缠绕角。还增加有油缸驱动的伸臂、气动翻转的绕头，在实现小车和伸臂的非线变缠绕角时仍采用凸轮控制。数控缠绕机拨码开关做数据输入，改变参数容易，简化了操作，有一定的灵活性。但非线性缠绕时仍须设计加工木制凸轮，而且拨码开关只能存放少量信息，控系统没有编程运算功能，改变制品时准备工作仍很大，所以还不能满足杂制品缠绕的要求。如图1-3所示为五轴控制四轴联动数控缠绕机。微机控制的纤维缠绕机(MCFW)控制功能是靠事先存放在存贮器里的缠绕应用程序来完成，改变缠绕程序就改变控制逻辑。缠绕程序属于计算机件，故计算机数字控制CNC又称软件数控。改变软件容易，这就大大增加缠绕机的灵活性和适应性，即具有良好的柔性。用微型机的CNC又称为NC，MNC与缠绕机的结合，便出现了微机控制的缠绕机MCFW。图1-3中型五轴控制四轴联动数控缠绕机采用微机控制后，缠绕机的发展方向是扩大缠绕机的功能，使其具有更大的柔性以满足越来越多形状各异的制品缠绕要求；提高制品精度、一致性和其他物理性能；提高机器的工作可靠性，减少停机时间，降低机器成本。扩大缠绕机功能，如增加缠绕机的运动坐标数，可做到微机控制九轴纤维缠绕机，各轴能单独控制或各轴同时运转为主的研究开发用多功能纤绕机。增加计算机的硬件和软件以扩大控制功能。为提高制品精度和一致一般是主机的小车采用齿轮齿条传动代替沿用的链条传动，伸臂则采用丝杆传动，传动齿轮均采用消除间隙的机构，以保证机械系统有较高定度和重复定位精度。1.3本文主要研究内容 本文研究的是实际工程上的一个应用控制系统，强调的是应用，必须考虑到产品的成本和可靠性。这个系统必须经过试验检验，其研究应包括：(1).设计一个检测树脂粘度的测量装置。(2).物理实现控制系统，包括软件和硬件。(3).实现对树脂粘度的一定精度的控制。(4).能对参数进行设定、选取，软件实现对树脂粘度的在线调节控制。第2章 控制系统方案的选择2.1技术难点分析(1).粘度的检测：为实现树脂粘度的及时控制，树脂粘度的检测必须有较高的实时性。因此，在测量方案的选择时应充分考虑这方面的问题，检测装置必须和现有缠绕机(浸胶系统)兼容，不能影响系统的缠绕过程。(2).影响树脂粘度的因素多：影响树脂粘度的因素包括树脂的运动状态，温度，稀释剂的成分和含量，这些因素都对粘度具有比较大的干扰，使粘度产生很大的波动。(3).模糊控制器的设计：模糊控制器中的结构、控制规则和隶属度函数对控制性能有很大的影响，特别是隶属度函数。不同的隶属度函数所得到模糊控制表将会有很大的不同，它只能在实验的过程中逐步完善，因此它必定是一个难点之一。(4).缺乏足够的可供参考的资料：由于在微机控制缠绕过程中对粘度进行现场实时控制的研究在目前还不成熟，还没有完善的理论基础和实践材料，许多需要通过实验来检验。要想在短时间内研究出高质量的控制系统很困难。2.2基本实现方案(1).控制系统采用闭环控制。系统的硬件实现部分如图2-l所示。由粘度测量装置检测到的含胶量与理论值进行比较，根据比较的结果控制执行机构，这样的好处是可以提高控制精度和系统的稳定性。 图2-1控制系统原理图(2).采用模糊控制算法来实现树脂粘度的控制。这种算法比较适合于双输入单输出，影响因素多，难以建立精确数学模型，随机不确定的情况。(3).树脂粘度的检测通过单筒式旋转测量的方法来实现，通过测量圆筒所受的粘性阻力可计算出树脂的粘度，然后将这个量作为输入与系统的设定值进行比较，所得到的偏差量和偏差变化率作为系统控制的依据。 代表力矩，代表筒高，代表筒的角速度，代表内筒半径。树脂粘度的计算公式如（2-1）示： （2-1） (4).核心控制部件选用单片机，采用89C517控制，可使部分硬件功能比较方便地用软件实现，便于系统的升级，提高系统的适应能力，并且能与现有的缠绕机控制系统结合起来。(5).执行机构是温度变化8控制装置。温度变化控制装置是一个通过改变继电器的通断时间(占空比)来控制在电阻上的发热功率的加热器。这种装置的结构比晶闸管要简单的多。 粘度控制的整个过程大概为：同步电机驱动圆筒在树脂中以一定的速度旋转，由于树脂粘性力的作用，力矩通过力臂传递给扭矩传感器，传感器产生电压信号经过放大器放大，计算机读取A/D转换器的输出值，计算机据此算出此时胶槽中树脂相应的粘度值，然后根据所设定的粘度值可求出粘度偏差及其变化率，再通过一定的控制算法求出对应的控制量。控制量经过数字量I/0卡输出到继电器实现工作胶槽中树脂温度的控制，使粘度控制在要求的误差之内。温度变化控制装置其实是一个通过改变继电器9的通断时间来控制在电阻发热功率的加热器。温度升高，导致粘度下降，反之则上升。在浸胶的过程中，胶槽中的树脂并非为静止状态，这样会对测量有很大的扰动，导致测量结果不准确。因此为了使测量有较高的精度，需通过力矩电机驱动从胶槽隔离部分树脂，使其“静止”后，方可测量。其整个系统的结构如图2-2所示。 图2-2 控制系统原理图2.3检测系统方案单筒式旋转测量法 使圆筒在流体中旋转，或圆筒静止而使周围的流体作同心状的旋转流动时，圆筒均将受到基于流体的粘性力矩的作用。若旋转速度条件相同，这个力矩将随流体的粘度变化而变化的，粘度越大力矩越大，因此测定力矩就可知道流体的粘度。 图2-3 单筒旋转法测粘度示意图代表力矩，代表筒高，代表筒的角速度，代表内筒半径。公式推导过程：流体为层流10，先忽略圆筒底面对粘度的影响。圆筒以角速度w旋转，半径r处的流速为v=rw 故速度梯度为 （式中只有等号后第一项会成为产生粘性阻力的剪切速率D）所以，半径与两圆筒液层间的剪切应力为：再根据牛顿定律 知 对上式积分得： 若 公式可化为若考虑底面影响，可以认为，表观上只是圆筒的长度变长了。设两圆筒长度为， 对应的圆筒角速度为， 粘性力矩， 长度变化可有公式（2-2）得： （2-2）当两角速度相等时（=）公式化为 （2-3）： （2-3）这样测出树脂粘度11以后，就可以通过A/D转换器转换成数字信号传给单片机89C51，然后计算机利用模糊控制算法，模糊控制器输入为偏差及偏差变化率，输出为通断时间T。通过一个I/O接口，把继电器通断时间传给执行机构，这样执行机构就可以根据通或断来调整温度的变化，而温度又是影响粘度最重要的因素，所以可以控制粘度。而在内筒直径、内外筒间隙给定后，由实验数据表2-1可知表2-1 考虑底面因素的实验值内筒半径（cm）两筒间间隙（cm）（cm）1.27 0.4 0.8 1.08 1.21.57 0.18 1.6 0.78 1.0 0.97 1.4 1.24 1.42.10 0.08 0.6 0.24 0.8 0.44 1.2 2.4执行机构方案 相对于检测系统而言，执行机构要简单一些，有一些成熟的方案可供借鉴和参考。对于粘度一般来说工艺要求粘度控制的过程中不要改变树脂的化学成分或配比关系来达到改变粘度的目的（包括使用稀释剂）。因此执行机构的方案采用调整树脂温度的方法来控制粘度。当然，调温的方法很多，下面只介绍改变继电器通断时间这种方法：改变继电器通断时间该方案是通过改变继电器的通断状态使电阻丝通电和断电来达到调节电阻丝发热功率从而改变树脂粘度的目的。这种方案有两种形式，如图2-5和图2-6。图2-4 继电器调温电路1 图2-4工作原理如下：计算机输出低电平信号，发光二极管导通，经过光隔离，右侧的二极管也导通，继电器将断开，电阻丝没有导电；若输出高电平信号，那么右侧的三极管截止，继电器将闭合，电阻丝导电发热。方案一与方案二相比较，方案二相对简单些，而且控制比较容易，又比较严格的对应关系。所以选择方案二。 图2-5 继电器调温电路2图2-5工作原理如下：计算机通过开关量I/0卡输出5V左右的高电平，其电流最大输出为15mA，因为电压远大于两个晶体管的导通压降1.4V，且T1和T2组成达林顿管的形式，所以T2都饱和导通，继电器两端产生12V的电压(该12V电压同样由I/0卡提供)，继电器导通，开始加热；输出低电平时，T1和T2都截止，继电器断开停止加热。如图2-6所示为系统总体方案接线图。图2-6系统总体方案的接线图第3章 硬件选定及元器件设计 本章将更具体地说明该系统的硬件整个选定及设计过程以及其间所碰到问题的解决，下面是几个主要部件的选定与设计。3.1 硬件选定传感器的选定 传感器12是实现运行中粘度检测的关键元件。为使用方便，最终选用KR-803动态扭矩传感器。为了获得更精确的测量值，测量时测量的值最好处于传感器满量程的70%左右，故选用的量程要合适，其性能如下所示。扭矩示值误差： 0.5 % F S非线性： 0.25 % F S回差： 0.2 % F S零点温飘： 0.5 % F S /10绝缘阻抗： 500M断裂负载： 200 %储存温度： 20 70总消耗电流： 130mA负额定扭矩：5KHz10Hz正额定扭矩：15KHz10Hz灵敏度： 10.2 mv / V重复性： 0.2% F S零飘（24小时）： 0.5 % F S输出阻抗： 1K 3静态超载： 120 %使用温度： 0 60电源电压： +15V5%,-15V5%频率信号输出： 5KHz15KHz零扭矩：10KHz10Hz信号占空比： （5010）%电机的选择 树脂的粘度在常温下大约为0.6pa.s，经过力学计算其所能产生的力矩为0.08Nm，考虑磨擦等因素并留有一定的裕量，电机采用单相永磁低速同步电机55TDY4，其提供最大转矩0.36Nm，转速60r/min电压220v，电流0.075A。其相关参数如下示： 型号：55TDY4全称：单相永磁同步电机55TDY4额定电压：220V频率：50Hz输入功率：16W输入电流：0.075A同步转速：60r/min最大转矩：360mN.m额定转矩：300mN.m启动转矩：200mN.m负载惯量：600Kg.m2A/D卡的选定本文选用 ADC0809 A/D转换芯片。ADC0809是CMOS工艺，采用逐次逼近法的8位A/D转换芯片，28引脚双列直插式封装片内除A/D转换部分外还有多路模拟开关部分。(1)ADC0809引脚及其功能多路开关有8路模拟量输入端，最多允许8路模拟量分时输入，共用一个A/D转换器进行转换。图3-1所示为ADC0809的引脚图及内部逻辑结构图。它由8路模拟开关、8位A/D转换器、三态输出锁存器以及地址锁存译码器等组成。EOC三态输出锁存器1 282 273 264 255 246 237 228 219 2010 1911 1812 1713 1614 15ADC0809IN3IN4IN5IN6IN7STARTEOCOECLKGNDIN2IN1IN0ADDAADDBADDCALE(MSB)(LSB)ADC0809引脚8路模拟量开关IN0IN7地址锁存与译码ADDAADDBADDCALE8位A/D转换器START CLKOEADC0809内部逻辑结构图3-1 ADC0809结构功能引脚说明如下：IN0IN7 8个输入通道的模拟输入端。D0（）D7（） 8位数字量输出端。START 启动信号，加上正脉冲后，A/D转换开始进行。ALE 地址锁存信号。由低至高电平时，把三位地址信号送入通道号地址锁存器，并经译码器得到地址输出，以选择相应的模拟输入通道。EOC 转换结束信号，是芯片的输出信号。转换开始后，EOC信号变低；转换结束时，EOC返回高电平。这个信号可以作为A/D转化器的状态信号来查询，也可以在直接用作中断请求信号。OE 输出允许控制端（开数字量输出三态门）。CLK 时钟信号。最高允许值为640KHz。和 A/D转换器的参考电压。 电源电压。8位模拟开关地址输入通道的关系如表3-1所示。ADC0809芯片的转换速度在最高是时钟频率下为100左右。在与CPU接口时，要求采用查询方式或中断方式。表3-1 8位模拟开关功能表ADDCADDBADDA输入通道信号000IN0001IN1010IN2111IN7（2）ADC0809与89C51 接口ADC0809与89C51连接可采用查询方式，也可采用中断方式。图3-2为中断方式连接电路图。由于ADC0809片内有三态输出锁存器，因此可直接与89C51接口。这里将ADC0809 作为一个外部扩展并行I/O口，采用线选法寻址。有P2.7和WR联合控制启动转换信号（START）和ALE端，低3位地址线加到ADC0809的ADDA、ADDB和ADDC端，所以，选中ADC0809的IN0通道的地址位7FF8H.启动ADC0809的工作过程是：先送通道号地址到ADDA、ADDB和ADDC；由ALE信号锁存通道号地址后，让START有效；启动A/D转换，即执行一条“MOVXDPTR,A”指令产生WR信号，使ALE和START有效；锁存通道号并启动A/D转换。A/D转换完毕，EOC端发出一正脉冲，申请中断。在中断服务程序中“MOVX A,DPTR”指令产生RD信号，使OE端有效，打开输出锁存器三态门，8位数据便读入到CPU中。ADC0809的时钟取自89C51 的ALE 经二分频后的信号（接CLK端）。当A/D转换完毕，89C51 读取转换后的数字量时，须使用“MOVX A,DPTR”指令。变送器输出和转换后的数字量简单对应关系如表3-2 所示。表3-2 变送器输出和转换后数字量对应关系表变送器输出（V）数字量A/D000H140H288H5FFH图3-2 ADC0809与89C51的接线图3.2 89C51单片机3.2.1 89C51单片机的结构图3-3所示为89C51带闪存（Flash ROM）单片机的基本结构框图。在一块芯片上，集成了一个微型计算机的各个组成部分，即89C51单片机包括：（1）一个8位的80C51微处理器（CPU）。（2）片内256字节数据存储器RAM/SFR，用以存放可以读/写的数据，如运算的中间结果、最终结果以及预显示的数据等。（3）片内4KB程序存储器Flash ROM，用以存放程序、一些原始数据和表格。（4）4个8位并行I/O端口P0P3，每个端口既可以用作输入，也可以用做输出。（5）两个16位的定时器/计数器，每个定时器/计数器都可以设置成计数方式，用以对外部事件进行计数，也可以设置成定时方式，并可以根据计数或定时的结果实现计算机控制。（6）具有5个中断源，两个中断优先级的中断控制系统。（7）一个全双工UART9（通用异步接收发送器）的串行I/O口，用以实现单片机之间或单片机与PC机之间的串行通信。（8）片内振荡器和时钟产生电路，单石英晶体和微调电容需要外接，最高允许振荡频率位24MHz。振荡器和时序OSC程序存储器4KBFlashROM数据存储器256字节RAM/SFR216位定时器/计数器80C51CPU外中断内中断64KB总线扩展控制器可编程I/O口可编程全双工串行口控制P0 P2 P1 P3串行通信地址/数据DBUS外部事件计数输入 图3-3 89C51单片机结构框图以上各个部分通过片内8位数据总线（DBUS）相连接。3.2.2 89C51单片机的引脚图3-4是89C51双列直插封装（DIP）方式的引脚结构图。下面分别叙述这些引脚的功能。（1）电源引脚Vcc和VssVcc(40脚)：电源端，为+5V。Vss(20脚)：接地端。（2）外接晶体引脚XTAL1和XTAL2XTAL2（18脚）：接外部晶体和微调电容的一段。在89C51片内它是振荡电路反相放大器的输出端，振荡电路的频率就是晶体的固有频率。若采用外部时钟电路，则该引脚悬空。要检查89C51的振荡电路是否正常工作，可用示波器查看XTAL2端是否有脉冲信号输出。XTAL1（19脚）：接外部晶体和微调电容的另一端。在片内它是振荡电路反相放大器的输入端。在采用外部时钟时，该引脚输入外部时钟脉冲。（3）控制信号引脚RST、ALE、PSEN和EARST（9脚）：RST是复位信号输入端，高电平有效。当此输入端保持两个机器周期（24个时钟振荡周期）的高电平时，就可以完成复位操作。ddddd的Ddd12345678910111213141516171819204039383736353433323130292827262524232221 P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7RST(RXD)P3.0(TXD)P3.1(INT0)P3.2(INT1)P3.3(T0)P3.4(T1)P3.5(WR)P3.6(RD) P3.7XTAL2XTAL1GNDVccP0.0(AD0)P0.1(AD1)P0.2(AD2)P0.3(AD3)P0.4(AD4)P0.5(AD5)P0.6(AD6)P0.7(AD7)EA/VppALE/PROGPSENP2.7(A15)P2.6(A14)P2.5(A13)P2.4(A12)P2.3(A11)P2.2(A10)P2.1(A9)P2.0(A8)图3-4 89C51的引脚结构图ALE/PROG(30脚)：地址锁存允许信号端。当89C51上电正常工作后，ALE引脚不断向外输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率fosc的1/6。CPU访问片外存储器时，ALE输出信号作为锁存低8位地址的控制信号。ALE端得负载驱动能力为8个LS型TTL（低功耗甚高速TTL）负载。此引脚的第2功能PROG在对片内带有4KB Flash ROM的89C51编程写入（固化程序）时，作为编程脉冲输入端。PSEN（29脚）：程序存储允许输出信号端。当89C51由片外程序存储器取指令(或常数)时，每个机器周期两次PSEN有效（即输出2个脉冲）。但在此期间内，每当访问外部数据存储器时，这两次有效的PSEN信号将不出现。PSEN端同样可驱动8个LS型TTL负载。EA/Vpp（31脚）：外部程序存储器地址允许输入端/固化编程电压输入端。当EA引脚接高电平时，CPU只访问片内Flash ROM并执行内部程序存储器中的指令；但当PC（程序计数器）的值超过0FFFH（对89C51为4KB）时，将自动转去执行片外程序存储器内的程序。当输入信号EA引脚接低电平（接地）时，CPU只访问片外ROM并执行片外程序存储器中的指令，而不管是否有片内程序存储器。当EA端持高电平（接Vcc端）时，CPU则执行内部程序存储器中的程序。在Flash ROM 编程期间，该引脚也用于施加12V的编程允许电源Vpp（如果选用12V编程）。（4）输入/输出端口 P0、P1、P2和P3P0端口（P0.0P0.7,3932脚）：P0口是一个漏极开路的8位准双向I/O端口。作为漏极开路的输出端口，每位能驱动8个LS型TTL负载。当P0口作为输入口使用时，应先向口锁存器（地址80H）写入全1，此时P0口的全部引脚浮空，可作为高阻抗输入。做输入口使用时要先写1，这就是准双向的含义。在CPU访问片外存储器（89C51片外EPROM或RAM）时，P0口分别提供低8位地址和8位数据的复用总线。在此期间，P0口内部上拉电阻有效。P1端口（P1.