3．1  流量部分硬件构成与工作原理
本系统主要由水泵、流量传感器、电动阀门和MCS-51单片机控制系统以及液体管线和控制线、监视线等组成。
系统结构框图如下所示：
图3.1    系统结构框图
流量是指单位时间内通过管道某一截面的物料数量。本控制系统的任务是对通过某一管道截
面的物料数量即降粘剂流量进行控制。本系统采用单片机控制，通过流量计采集流量信息，传给单片机。单片机通过预先设定值和系统软件进行分析，发出相应的控制信号，驱动调节阀动作，从而确定降粘剂的配比与耗量，实现生产过程自动化。
系统的工作原理是流量传感器采集到流量信息，通过变换器，转化为电信号，AD转换器将模拟电信号转化为离散信号，传给单片机。单片机软件系统根据事先的设定值对采集的信息进行处理，输出离散的控制信号。DA转换器将离散的控制信号转化为模拟电量。通过模拟电量来控制阀门的动作，从而调节流量，实现流量的精确控制。
系统硬件结构图如下图所示：
                        图3.2    硬件框图
3．2 软件总体结构设计
该控制系统的程序主要分为三部分：主程序、流量控制程序和各种中断子程序。主程序完成系统的地址分配、系统初始化和各子程序的调用。流量控制程序通过PID控制算法，实现系统的数字化控制。各子程序完成相应的各功能。
软件设计是本控制系统设计的核心，在完成了系统硬件的搭接之后，剩下来的主要任务接是系统软件的设计。该控制系统的软件设计可以分为三部分：一、主程序部分。该部分完成存储器分区、数据定义和系统的初始化等，以及调用各个子程序，完成主要的控制功能；二、流量控制程序。通过PID控制算法，编写出相应的流量控制子程序，实现对流量的控制，达到预期的控制要求；三、各子程序。各个子程序完成具体的实现方法，主要包括：设定值输入、数码管显示、步进电机控制、AD转换中断、T0定时器中断、采样中断等。由此我们可以得出系统的总体设计框图，如下图所示。
软件流程图如下：
                    图3.3    主程序流程图
（1）内部结构
8155共由七部分电路组成，它们主要是双向数据总线缓冲器、地址锁存器、地址译码器和读写控制器、RAM存储器、I/O寄存器、命令寄存器和状态寄存器以及定时器/计数器等。现对各部分电路分述如下：
①双向数据总线缓冲器：该缓冲器是8位的，用于传送CPU对RAM存储器的读写数据。
②地址锁存器：共有8位，用于锁存CPU送来的RAM单元地址和端口地址。
③地址译码器和读写控制器：地址译码器的三位地址由地址锁存器输出端送来，译码后可以选中命令/状态寄存器、定时器/计数器和A、B、C三个I/O寄存器中某个工作。读写控制器接收和线上信息，实现对CPU和8155间所传信息的控制。
④RAM存储器：容量为256字节，主要用于存放实时数据。存储器存储单元地址由地址锁存器输出端送来。
⑤I/O寄存器：分为A、B和C三个端口。A口和B口的I/O寄存器为8位，即可以存放外设的输出数据又可以存放外设的输入数据；C口的I/O寄存器只有6位，用于存放I/O数据或命令/状态信息。8155在某一瞬间只能选中某个I/O寄存器工作，这由CPU送给8155的命令字决定。
⑥命令寄存器和状态寄存器：皆为8位寄存器。命令寄存器存放CPU送来的命令字，状态寄存器存放8155的状态字。
⑦定时器/计数器；这是一个二位制14位的减1计数器，计数器初值由CPU通过程序送来。定时器/计数器由T/IN输入线上脉冲减1，每当计满溢出时可在线上输出一个脉冲。
（2）引脚功能
8155共有40条引脚，采用双列直插式封装。
①AD7—AD0：AD7—AD0为地址/数据总线，常可和 MCS-51的P0口相接，用于分时地传送地址/数据信息。
②I/O总线（22条）：PA7—PA0为通用I/O线，用于传送A口上的外设数据，数据传送方向由8155命令字决定（见图7-21）。PB7—PB0为通用I/O线，用于传送B口上的外设数据，数据传送方向也由8155命令字决定。PC5—PC0为I/O数据/控制线，共有6条，在通用I/O方式下，用作传送I/O数据；在选通I/O方式下，用作传送命令/状态信息。
③控制总线（8条）：RESET；8155总清输入线，在RESET线上输入一个大于600ns宽的正脉冲时，8155立即处于总清状态，A、B、C三口也定义为输入方式。
和IO/：为8155片选输入线，若=0，则CPU选中本8155工作；否则，本8155不工作。IO/为I/O端口或RAM存储器的选通信号线：若IO/=0，则CPU选中8155的RAM存储器工作；若IO/=1，则CPU选中8155片内某一寄存器工作。
和流程图转换为ns图：是8155的读/写命令输入线，为写命令线，当=0和=1时，8155处于读出数据状态；当=1和=0时，8155处于写入数据状态。
ALE：为允许地址输入线 ，高电平有效。若ALE=1，则8155允许AD7—AD0上地址锁存到“地址锁存器”；否则，8155的地址锁存器处于封锁状态。8155的ALE常和MCS-51的同名端相连。
T/IN和：T/IN是计数器输入线，其上脉冲用于对8155片内14位计数器减1。为计数器输出线，当14位计数器从计满回零时就可以在该线上输出脉冲波形，输出脉冲的形状和计数器工作方式有关。
④电源线（2条）：Vcc为+5V电源输入线，Vss为接地线。
2．CPU对8155I/O口的控制
8155A、B、C三口的数据传送是由命令字和状态字控制的。
（1）8155端口地址
8155内部有7个寄存器，需要三位地址来加以区分。表4列出了端口地址分配。
             
表4  8155端口地址分配
IO/
A7
A6
A5
A4
A3
A2
A1
A0
所选端口
0
1
×
×
×
×
×
×
×
×
命令/状态寄存器
0
1
×
×
×
×
×
×
×
×
A口
0
1
×
×
×
×
×
×
×
×
B口
0
1
×
×
×
×
×
×
×
×
C口
0
1
×
×
×
×
×
×
×
×
计数器低8位
0
1
×
×
×
×
×
×
×
×
计数器高8位
0
×
×
×
×
×
×
×
×
×
RAM单元
注：×表示0或1。
（2）8155命令字
8155命令字共有8位，用于设定8155的工作方式以及实现对中断和定时器/计数器的控制。各位定义如图7-21所示。图中，D7和D6是计数器方式控制位，D5和D4A口和B口的中断控制位，D3和D2是C口的四种方式控制位，D1和D0分别是A口和B口的输入/输出方式控制位。例如：若D0=0，则PA7—PA0被定义为输入方式；若D0=1，则PA7—PA0定义为输出方式。
D6：为定时器中断标志位。若定时器正在计数或开始计数前，则D6=0；若定时器已计满，则D6=1，并在硬件复位或对它读出后又恢复为0。
D5和D2：分别为B口和A口的中断允许标志位，用于控制8155B口或A口的中断请求。例如：只有D5=1状态时，B口的中断才被允许。
D4和D1：分别为B口和A口的缓冲器状态标志位，用于表示8155B口和A口缓冲器的工作状态。例如：若D4=0，则B口缓冲器空；若D4=1，则B口缓冲器满。
D3和D0：分别为B口和A口的中断请求标志位，用于表示8155B口和A口是否有了中断请求。例如：若D3=0，则表示B口无中断请求；若D3=1，则表示B口有中断请求。
状态字存放在8155状态寄存器中，状态寄存器的端口地址为A2A1A0=000B（见表7-3），CPU通过一条MOVX  A，@Ri或MOVX  A，@DPTR指令便可读取8155状态字，用于判断8155所处工作状态。但应注意：8155命令寄存器和状态寄存器是共用一个端口地址的，这由对该端口进行读还是写来区分。
（4）8155定时器长度字
定时器长度字有16位，分高字节和低字节。定时器长度字用于设定定时器的工作方式和定时器的定时初始值。     
3． 8155工作方式
（1）存储器方式
8155的存储器方式用于对片内256字节RAM单元进行读写，若IO/=0和=0，则8155立即处于本工作方式。此时，CPU可以通过AD7—AD0上地址选择RAM存储器中任一单元读写。
（2）I/O方式
8155的I/O方式又可分为通用I/O和选通I/O两种工作方式，如表4所列。在I/O方式下，8155可选择对片内任一寄存器读写，端口地址由A2A1A0三位决定（见表1）。
表4  C口在四种I/O工作方式下各位定义
C口
通用I/O方式
选通I/O方式
ALT1
ALT2
ALT3
ALT4
PC0
输入
输出
A INTR（A口中断）
A INTR（A口中断）
PC1
输入
输出
A BF（A口缓冲器满）
A BF（A口缓冲器满）
PC2
输入
输出
（A口选通）
（A口选通）
PC3
输入
输出
输出
B INTR（B口中断）
PC4
输入
输出
输出
B BF（B口缓冲器满）
PC5
输入
输出
输出
（B口选通）

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