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,自動(dòng)測(cè)試技術(shù),西安電子科技大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院,測(cè)控工程與儀器系賀華,第2章,自動(dòng)測(cè)試技術(shù),智能儀器基本系統(tǒng)的設(shè)計(jì),引言,單片機(jī)是現(xiàn)代自動(dòng)化測(cè)控儀器儀表的核心部件，用單片機(jī)組成的儀器儀表不但可以用軟件實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)儀器儀表中許多硬件測(cè)量電路的功能，而且還可以用軟件對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行進(jìn)一步的整理、運(yùn)算、加工或推演，獲得傳統(tǒng)儀器難于測(cè)量或者根本無法測(cè)量到的數(shù)據(jù)和深層結(jié)果。從這個(gè)意義上，人們將用微處理器或單片機(jī)構(gòu)成的儀器統(tǒng)稱為“智能儀器”。,智能儀器工作過程,1、微處理器接收來自鍵盤或GPIB接口命令，解釋并執(zhí)行這些命令；2、微處理器通過接口發(fā)出各種控制信息給測(cè)試電路，以規(guī)定功能、啟動(dòng)測(cè)量、改變工作方式等，3、當(dāng)測(cè)試電路完成一次測(cè)量后，微處理器讀取測(cè)量數(shù)據(jù)，進(jìn)行必要的加工、計(jì)算、變換等處理，最后以各種方式輸出。,早期智能儀器常用的微處理器有M6800，Z80等。近年來逐漸為Intel的51系列和96系列單片機(jī)、Motorola的M6805系列和M68HC11系列，16系列和32系列等單片機(jī)所取代。智能儀器的設(shè)計(jì)步驟：在用單片機(jī)進(jìn)行儀器設(shè)計(jì)時(shí)，先要按儀器的功能要求選擇單片機(jī)的品種和型號(hào)并確定其工作模式，然后設(shè)計(jì)儀器主機(jī)的系統(tǒng)電路，各種功能接口電路、監(jiān)控程序和各種儀器功能程序，最后進(jìn)行系統(tǒng)的安裝調(diào)試。,本章我們以8031，8751（包括80c31、80c55等高性能低功耗兼容芯片），8098和M68HC11四種單片機(jī)為例來討論單片機(jī)儀器基本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法。介紹幾種接口集成電路在智能儀器設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。討論儀器鍵盤、顯示器的接口設(shè)計(jì)及有聲儀器語音電路的接口原理和方法。,2.1儀器中單片機(jī)的工作模式與端口特性2.2存貯系統(tǒng)的擴(kuò)展設(shè)計(jì)2.3儀用鍵盤系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.4數(shù)據(jù)顯示系統(tǒng)設(shè)計(jì),自動(dòng)測(cè)試技術(shù),第2章智能儀器基本系統(tǒng)的設(shè)計(jì),2.1儀器中單片機(jī)的工作模式與端口特性,在進(jìn)行單片機(jī)儀器設(shè)計(jì)時(shí)，首先要按儀器系統(tǒng)的規(guī)模和性能要求選擇所需要的單片機(jī)芯片的品種和型號(hào)，并設(shè)置好相應(yīng)的單片機(jī)工作模式。單片機(jī)的端口引角多數(shù)是多功能的，一個(gè)端口可以擁有1種、2種甚至3種功能，可分別稱為該引腳的第1功能、第2功能等等。因此在使用時(shí)首先要注意單片機(jī)各端口的功能以及在不同工作模式下的使用特點(diǎn)。,一、單片模式和擴(kuò)展模式,在儀器儀表中設(shè)備的規(guī)模不同，單片機(jī)的工作模式也是不同的。儀器中的單片機(jī)既可以按單片模式操作，也可以按擴(kuò)展模式操作。,1、單片模式儀器系統(tǒng)的規(guī)模較小、單片機(jī)的片內(nèi)存貯器和部件功能已經(jīng)夠用不需要外接的擴(kuò)展部件，因而只用簡(jiǎn)單的I/O操作就構(gòu)成一個(gè)獨(dú)立的功能（儀器）系統(tǒng)，這種操作方式稱為單片模式。這時(shí)單片機(jī)的絕大部分端口常工作與它們的第1功能狀態(tài)，單片機(jī)對(duì)片外數(shù)據(jù)的讀寫只體現(xiàn)于對(duì)有關(guān)端口的簡(jiǎn)單I/O操作。因此在進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，我們只要注意與所用端口相關(guān)的片內(nèi)寄存器的設(shè)置、各端口的具體I/O操作方法以及端口的負(fù)載能力就可以了。單片模式下的系統(tǒng)電路比較簡(jiǎn)單。,2、擴(kuò)展模式當(dāng)儀器系統(tǒng)的規(guī)模較大、除了使用片內(nèi)存儲(chǔ)器和功能部件外還需要外接擴(kuò)展存儲(chǔ)器或?qū)ぶ菲渌δ懿考拍軡M足系統(tǒng)要求時(shí)，可以使單片機(jī)選擇在擴(kuò)展模式下工作。在這種情況下，為了實(shí)現(xiàn)對(duì)外部數(shù)據(jù)的尋址讀寫，單片機(jī)的有些端口要按系統(tǒng)總線使用。例如8031的P2口在擴(kuò)展模式下常按它的第2功能用作高8位地址總線，P3中的P3.6、P3.7也按它們的第2功能用作讀寫控制總線等等。因此，在擴(kuò)展模式下的單片機(jī)系統(tǒng)電路要按實(shí)際需要進(jìn)行專門總線擴(kuò)展設(shè)計(jì)和地址空間的分配設(shè)計(jì)。,不管選擇哪一種工作模式，儀器基本系統(tǒng)中的不同I/O電路或功能部件總是通過接口電路與單片機(jī)端口引腳連接在一起的。為此，我們首先要熟悉各種儀用單片機(jī)引腳端口的使用特點(diǎn)。,二、單片機(jī)概覽,單片機(jī)是一種集成在電路芯片，是采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器CPU隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM、只讀存儲(chǔ)器ROM、多種I/O口和中斷系統(tǒng)、定時(shí)器/計(jì)時(shí)器等功能（可能還包括顯示驅(qū)動(dòng)電路、脈寬調(diào)制電路、模擬多路轉(zhuǎn)換器、A/D轉(zhuǎn)換器等電路）集成到一塊硅片上構(gòu)成的一個(gè)小而完善的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。,單片機(jī)介紹早期的單片機(jī)都是8位或4位的。其中最成功的是INTEL的8031，因?yàn)楹?jiǎn)單可靠而性能不錯(cuò)獲得了很大的好評(píng)。此后在8031上發(fā)展出了MCS51系列單片機(jī)系統(tǒng)?；谶@一系統(tǒng)的單片機(jī)系統(tǒng)直到現(xiàn)在還在廣泛使用。隨著工業(yè)控制領(lǐng)域要求的提高，開始出現(xiàn)了16位單片機(jī)，但因?yàn)樾詢r(jià)比不理想并未得到很廣泛的應(yīng)用。90年代后隨著消費(fèi)電子產(chǎn)品大發(fā)展，單片機(jī)技術(shù)得到了巨大提高。隨著INTELi960系列特別是后來的ARM系列的廣泛應(yīng)用，32位單片機(jī)迅速取代16位單片機(jī)的高端地位，并且進(jìn)入主流市場(chǎng)。而傳統(tǒng)的8位單片機(jī)的性能也得到了飛速提高，處理能力比起80年代提高了數(shù)百倍。,目前，高端的32位單片機(jī)主頻已經(jīng)超過300MHz，性能直追90年代中期的專用處理器，而普通的型號(hào)出廠價(jià)格跌落至1美元，最高端[1]的型號(hào)也只有10美元。當(dāng)代單片機(jī)系統(tǒng)已經(jīng)不再只在裸機(jī)環(huán)境下開發(fā)和使用，大量專用的嵌入式操作系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用在全系列的單片機(jī)上。而在作為掌上電腦和手機(jī)核心處理的高端單片機(jī)甚至可以直接使用專用的Windows和Linux操作系統(tǒng)。,單片機(jī)比專用處理器更適合應(yīng)用于嵌入式系統(tǒng)，因此它得到了最多的應(yīng)用。事實(shí)上單片機(jī)是世界上數(shù)量最多的計(jì)算機(jī)?，F(xiàn)代人類生活中所用的幾乎每件電子和機(jī)械產(chǎn)品中都會(huì)集成有單片機(jī)。手機(jī)、電話、計(jì)算器、家用電器、電子玩具、掌上電腦以及鼠標(biāo)等電腦配件中都配有1-2部單片機(jī)。而個(gè)人電腦中也會(huì)有為數(shù)不少的單片機(jī)在工作。汽車上一般配備40多部單片機(jī)，復(fù)雜的工業(yè)控制系統(tǒng)上甚至可能有數(shù)百臺(tái)單片機(jī)在同時(shí)工作！單片機(jī)的數(shù)量不僅遠(yuǎn)超過PC機(jī)和其他計(jì)算的總和，甚至比人類的數(shù)量還要多。,單片機(jī)又稱單片微控制器,它不是完成某一個(gè)邏輯功能的芯片,而是把一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)集成到一個(gè)芯片上。相當(dāng)于一個(gè)微型的計(jì)算機(jī)，和計(jì)算機(jī)相比，單片機(jī)只缺少了I/O設(shè)備。概括的講：一塊芯片就成了一臺(tái)計(jì)算機(jī)。它的體積小、質(zhì)量輕、價(jià)格便宜、為學(xué)習(xí)、應(yīng)用和開發(fā)提供了便利條件。同時(shí)，學(xué)習(xí)使用單片機(jī)是了解計(jì)算機(jī)原理與結(jié)構(gòu)的最佳選擇。,單片機(jī)內(nèi)部也用和電腦功能類似的模塊，比如CPU，內(nèi)存，并行總線，還有和硬盤作用相同的存儲(chǔ)器件，不同的是它的這些部件性能都相對(duì)我們的家用電腦弱很多，不過價(jià)錢也是低的，一般不超過10元即可......用它來做一些控制電器一類不是很復(fù)雜的工作足矣了。我們現(xiàn)在用的全自動(dòng)滾筒洗衣機(jī)、排煙罩、VCD等等的家電里面都可以看到它的身影！......它主要是作為控制部分的核心部件。它是一種在線式實(shí)時(shí)控制計(jì)算機(jī)，在線式就是現(xiàn)場(chǎng)控制，需要的是有較強(qiáng)的抗干擾能力，較低的成本，這也是和離線式計(jì)算機(jī)的（比如家用PC）的主要區(qū)別。,單片機(jī)是靠程序運(yùn)行的，并且可以修改。通過不同的程序?qū)崿F(xiàn)不同的功能，尤其是特殊的獨(dú)特的一些功能，這是別的器件需要費(fèi)很大力氣才能做到的，有些則是花大力氣也很難做到的。一個(gè)不是很復(fù)雜的功能要是用美國(guó)50年代開發(fā)的74系列，或者60年代的CD4000系列這些純硬件來搞定的話，電路一定是一塊大PCB板！但是如果要是用美國(guó)70年代成功投放市場(chǎng)的系列單片機(jī)，結(jié)果就會(huì)有天壤之別！只因?yàn)閱纹瑱C(jī)的通過你編寫的程序可以實(shí)現(xiàn)高智能，高效率，以及高可靠性！,由于單片機(jī)對(duì)成本是敏感的，所以目前占統(tǒng)治地位的軟件還是最低級(jí)匯編語言，它是除了二進(jìn)制機(jī)器碼以上最低級(jí)的語言了，既然這么低級(jí)為什么還要用呢？很多高級(jí)的語言已經(jīng)達(dá)到了可視化編程的水平為什么不用呢？原因很簡(jiǎn)單，就是單片機(jī)沒有家用計(jì)算機(jī)那樣的CPU，也沒有像硬盤那樣的海量存儲(chǔ)設(shè)備。一個(gè)可視化高級(jí)語言編寫的小程序里面即使只有一個(gè)按鈕，也會(huì)達(dá)到幾十K的尺寸！對(duì)于家用PC的硬盤來講沒什么，可是對(duì)于單片機(jī)來講是不能接受的。單片機(jī)在硬件資源方面的利用率必須很高才行，所以匯編雖然原始卻還是在大量使用。一樣的道理，如果把巨型計(jì)算機(jī)上的操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件拿到家用PC上來運(yùn)行，家用PC的也是承受不了的。,可以說，二十世紀(jì)跨越了三個(gè)“電”的時(shí)代，即電氣時(shí)代、電子時(shí)代和現(xiàn)已進(jìn)入的電腦時(shí)代。不過，這種電腦，通常是指?jìng)€(gè)人計(jì)算機(jī)，簡(jiǎn)稱PC機(jī)。它由主機(jī)、鍵盤、顯示器等組成。還有一類計(jì)算機(jī)，大多數(shù)人卻不怎么熟悉。這種計(jì)算機(jī)就是把智能賦予各種機(jī)械的單片機(jī)（亦稱微控制器）。顧名思義，這種計(jì)算機(jī)的最小系統(tǒng)只用了一片集成電路，即可進(jìn)行簡(jiǎn)單運(yùn)算和控制。因?yàn)樗w積小，通常都藏在被控機(jī)械的“肚子”里。它在整個(gè)裝置中，起著有如人類頭腦的作用，它出了毛病，整個(gè)裝置就癱瘓了。,現(xiàn)在，這種單片機(jī)的使用領(lǐng)域已十分廣泛，如智能儀表、實(shí)時(shí)工控、通訊設(shè)備、導(dǎo)航系統(tǒng)、家用電器等。各種產(chǎn)品一旦用上了單片機(jī)，就能起到使產(chǎn)品升級(jí)換代的功效，常在產(chǎn)品名稱前冠以形容詞——“智能型”，如智能型洗衣機(jī)等。現(xiàn)在有些工廠的技術(shù)人員或其它業(yè)余電子開發(fā)者搞出來的某些產(chǎn)品，不是電路太復(fù)雜，就是功能太簡(jiǎn)單且極易被仿制。究其原因，可能就卡在產(chǎn)品未使用單片機(jī)或其它可編程邏輯器件上。,單片機(jī)誕生于20世紀(jì)70年代末，經(jīng)歷了SCM、MCU、SoC三大階段。單片機(jī)的基本結(jié)構(gòu)單片機(jī)由運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器、輸入輸出設(shè)備構(gòu)成。起初模型1.SCM即單片微型計(jì)算機(jī)（SingleChipMicrocomputer）階段，主要是尋求最佳的單片形態(tài)嵌入式系統(tǒng)的最佳體系結(jié)構(gòu)。“創(chuàng)新模式”獲得成功，奠定了SCM與通用計(jì)算機(jī)完全不同的發(fā)展道路。在開創(chuàng)嵌入式系統(tǒng)獨(dú)立發(fā)展道路上，Intel公司功不可沒。,2.MCU即微控制器（MicroControllerUnit）階段，主要的技術(shù)發(fā)展方向是：不斷擴(kuò)展?jié)M足嵌入式應(yīng)用時(shí)，對(duì)象系統(tǒng)要求的各種外圍電路與接口電路，突顯其對(duì)象的智能化控制能力。它所涉及的領(lǐng)域都與對(duì)象系統(tǒng)相關(guān)，因此，發(fā)展MCU的重任不可避免地落在電氣、電子技術(shù)廠家。從這一角度來看，Intel逐漸淡出MCU的發(fā)展也有其客觀因素。在發(fā)展MCU方面，最著名的廠家當(dāng)數(shù)Philips公司。Philips公司以其在嵌入式應(yīng)用方面的巨大優(yōu)勢(shì)，將MCS-51從單片微型計(jì)算機(jī)迅速發(fā)展到微控制器。因此，當(dāng)我們回顧嵌入式系統(tǒng)發(fā)展道路時(shí)，不要忘記Intel和Philips的歷史功績(jī)。,3.嵌入式系統(tǒng)單片機(jī)是嵌入式系統(tǒng)的獨(dú)立發(fā)展之路，向MCU階段發(fā)展的重要因素，就是尋求應(yīng)用系統(tǒng)在芯片上的最大化解決；因此，專用單片機(jī)的發(fā)展自然形成了SoC（SystemonaChip）化趨勢(shì)。隨著微電子技術(shù)、IC設(shè)計(jì)、EDA工具的發(fā)展，基于SoC的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)會(huì)有較大的發(fā)展。因此，對(duì)單片機(jī)的理解可以從單片微型計(jì)算機(jī)、單片微控制器延伸到單片應(yīng)用系統(tǒng)。,單片機(jī)發(fā)展史1971年intel公司研制出世界上第一個(gè)4位的微處理器；Intel公司的霍夫研制成功世界上第一塊4位微處理器芯片Intel4004，標(biāo)志著第一代微處理器問世，微處理器和微機(jī)時(shí)代從此開始。因發(fā)明微處理器，霍夫被英國(guó)《經(jīng)濟(jì)學(xué)家》雜志列為“二戰(zhàn)以來最有影響力的7位科學(xué)家”之一。1971年11月，Intel推出MCS-4微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)（包括4001ROM芯片、4002RAM芯片、4003移位寄存器芯片和4004微處理器）其中4004（下圖）包含2300個(gè)晶體管，尺寸規(guī)格為3mm4mm，計(jì)算性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過當(dāng)年的ENIAC，最初售價(jià)為200美元。,1972年4月，霍夫等人開發(fā)出第一個(gè)8位微處理器Intel8008。由于8008采用的是P溝道MOS微處理器，因此仍屬第一代微處理器。1973年intel公司研制出8位的微處理器8080；1973年8月，霍夫等人研制出8位微處理器Intel8080，以N溝道MOS電路取代了P溝道，第二代微處理器就此誕生。主頻2MHz的8080芯片運(yùn)算速度比8008快10倍，可存取64KB存儲(chǔ)器，使用了基于6微米技術(shù)的6000個(gè)晶體管，處理速度為0.64MIPS（MillionInstructionsPerSecond）。1975年4月，MITS發(fā)布第一個(gè)通用型Altair8800，售價(jià)375美元，帶有1KB存儲(chǔ)器。這是世界上第一臺(tái)微型計(jì)算機(jī)。,1976年intel公司研制出MCS-48系列8位的單片機(jī)，這也是單片機(jī)的問世。Zilog公司于1976年開發(fā)的Z80微處理器，廣泛用于微型計(jì)算機(jī)和工業(yè)自動(dòng)控制設(shè)備。當(dāng)時(shí)，Zilog、Motorola和Intel在微處理器領(lǐng)域三足鼎立。20世紀(jì)80年代初，Intel公司在MCS-48系列單片機(jī)的基礎(chǔ)上，推出了MCS-51系列8位高檔單片機(jī)。MCS-51系列單片機(jī)無論是片內(nèi)RAM容量，I/O口功能，系統(tǒng)擴(kuò)展方面都有了很大的提高。,單片機(jī)的應(yīng)用目前單片機(jī)滲透到我們生活的各個(gè)領(lǐng)域，幾乎很難找到哪個(gè)領(lǐng)域沒有單片機(jī)的蹤跡。導(dǎo)彈的導(dǎo)航裝置，飛機(jī)上各種儀表的控制，計(jì)算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)通訊與數(shù)據(jù)傳輸，工業(yè)自動(dòng)化過程的實(shí)時(shí)控制和數(shù)據(jù)處理，廣泛使用的各種智能IC卡，民用豪華轎車的安全保障系統(tǒng)，錄像機(jī)、攝像機(jī)、全自動(dòng)洗衣機(jī)的控制，以及程控玩具、電子寵物等等，這些都離不開單片機(jī)。更不用說自動(dòng)控制領(lǐng)域的機(jī)器人、智能儀表、醫(yī)療器械以及各種智能機(jī)械了。因此，單片機(jī)的學(xué)習(xí)、開發(fā)與應(yīng)用將造就一批計(jì)算機(jī)應(yīng)用與智能化控制的科學(xué)家、工程師。單片機(jī)廣泛應(yīng)用于儀器儀表、家用電器、醫(yī)用設(shè)備、航空航天、專用設(shè)備的智能化管理及過程控制等領(lǐng)域，大致可分如下幾個(gè)范疇：,1.在智能儀器儀表上的應(yīng)用單片機(jī)具有體積小、功耗低、控制功能強(qiáng)、擴(kuò)展靈活、微型化和使用方便等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于儀器儀表中，結(jié)合不同類型的傳感器，可實(shí)現(xiàn)諸如電壓、功率、頻率、濕度、溫度、流量、速度、厚度、角度、長(zhǎng)度、硬度、元素、壓力等物理量的測(cè)量。采用單片機(jī)控制使得儀器儀表數(shù)字化、智能化、微型化，且功能比起采用電子或數(shù)字電路更加強(qiáng)大。例如精密的測(cè)量設(shè)備（功率計(jì)，示波器，各種分析儀）。,2.在工業(yè)控制中的應(yīng)用用單片機(jī)可以構(gòu)成形式多樣的控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。例如工廠流水線的智能化管理，電梯智能化控制、各種報(bào)警系統(tǒng)，與計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成二級(jí)控制系統(tǒng)等。3.在家用電器中的應(yīng)用可以這樣說，現(xiàn)在的家用電器基本上都采用了單片機(jī)控制，從電飯煲、洗衣機(jī)、電冰箱、空調(diào)機(jī)、彩電、其他音響視頻器材、再到電子秤量設(shè)備，五花八門，無所不在。,4.在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和通信領(lǐng)域中的應(yīng)用現(xiàn)代的單片機(jī)普遍具備通信接口，可以很方便地與計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，為在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和通信設(shè)備間的應(yīng)用提供了極好的物質(zhì)條件，現(xiàn)在的通信設(shè)備基本上都實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)智能控制，從手機(jī)，電話機(jī)、小型程控交換機(jī)、樓宇自動(dòng)通信呼叫系統(tǒng)、列車無線通信、再到日常工作中隨處可見的移動(dòng)電話，集群移動(dòng)通信，無線電對(duì)講機(jī)等。,5.單片機(jī)在醫(yī)用設(shè)備領(lǐng)域中的應(yīng)用單片機(jī)在醫(yī)用設(shè)備中的用途亦相當(dāng)廣泛，例如醫(yī)用呼吸機(jī)，各種分析儀，監(jiān)護(hù)儀，超聲診斷設(shè)備及病床呼叫系統(tǒng)等等。,6.在各種大型電器中的模塊化應(yīng)用某些專用單片機(jī)設(shè)計(jì)用于實(shí)現(xiàn)特定功能，從而在各種電路中進(jìn)行模塊化應(yīng)用，而不要求使用人員了解其內(nèi)部結(jié)構(gòu)。如音樂集成單片機(jī)，看似簡(jiǎn)單的功能，微縮在純電子芯片中（有別于磁帶機(jī)的原理），就需要復(fù)雜的類似于計(jì)算機(jī)的原理。如：音樂信號(hào)以數(shù)字的形式存于存儲(chǔ)器中（類似于ROM），由微控制器讀出，轉(zhuǎn)化為模擬音樂電信號(hào)（類似于聲卡）。在大型電路中，這種模塊化應(yīng)用極大地縮小了體積，簡(jiǎn)化了電路，降低了損壞、錯(cuò)誤率，也方便于更換。,7.單片機(jī)在汽車設(shè)備領(lǐng)域中的應(yīng)用單片機(jī)在汽車電子中的應(yīng)用非常廣泛，例如汽車中的發(fā)動(dòng)機(jī)控制器，基于CAN總線的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)智能電子控制器，GPS導(dǎo)航系統(tǒng)，abs防抱死系統(tǒng)，制動(dòng)系統(tǒng)等等。此外，單片機(jī)在工商，金融，科研、教育，國(guó)防航空航天等領(lǐng)域都有著十分廣泛的用途。,三、51系列單片機(jī)的端口特性,IntelMcs-51系列單片機(jī)是我國(guó)當(dāng)前應(yīng)用最廣泛的一種單片機(jī)機(jī)種。該系列的標(biāo)準(zhǔn)芯片有三個(gè)主要品種：8051、8751和8031。他們的指令系統(tǒng)，封裝系統(tǒng)是完全兼容的，僅在內(nèi)部結(jié)構(gòu)和使用方法上存在一些差異。3種芯片有一個(gè)相同的8位微處理器，都擁有128個(gè)字節(jié)的RAM，21個(gè)特殊功能寄存器，4個(gè)8位并存I/O口，一個(gè)全雙工串行口和兩個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器。,8051片內(nèi)擁有4KB的ROM，由于片內(nèi)ROM需要由芯片制造廠家專門的工藝進(jìn)行編程，使用十分不便，我國(guó)很少采用。8751芯片改用4KB片內(nèi)EPROM，用戶能按自己的要求對(duì)它進(jìn)行編程，使用十分方便，因此不但可用來設(shè)計(jì)單片模式儀器系統(tǒng)，也多用在擴(kuò)展模式的儀器系統(tǒng)中，缺點(diǎn)是芯片的價(jià)格較貴。8031芯片無片內(nèi)EPROM，要外接EPROM器件來構(gòu)成它的程序存貯器，這種方法雖然在硬件聯(lián)接上比較麻煩一些，但使用靈活，芯片價(jià)格也十分低廉，因此在單片機(jī)儀器設(shè)計(jì)中采用最多，不過它只能在擴(kuò)展模式下工作。,1、51系列單片機(jī)的封裝引腳用單片機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，總是首先關(guān)心它的封裝引腳及其功能。圖2-1（a）畫出了8031（80c31）和8751的封裝引腳排列，現(xiàn)將各引腳的主要功能簡(jiǎn)要介紹如下：,18，19（XTAL1，XTAL2）分別為片內(nèi)時(shí)鐘電路的輸入端和輸出端。用來構(gòu)成自激式或外接式時(shí)鐘電路，如圖2-1（b）所示。時(shí)鐘頻率可設(shè)計(jì)為（1～12）MHz，相應(yīng)補(bǔ)償電容取值可為C1＝C2=（5～30）pF，在儀器設(shè)計(jì)中可選用6MHz晶振，C1,C2可取22pF。9(RST/Vpp)作復(fù)位輸入端用時(shí)，此端高電位有效，復(fù)位正脈沖的持續(xù)時(shí)間應(yīng)大于10ms。為了確保上電時(shí)系統(tǒng)有能力自動(dòng)復(fù)位，可選用圖2-1(c)所示的復(fù)位電路。在對(duì)8751片內(nèi)EPROM實(shí)施編程操作時(shí)，9腳應(yīng)接入＋5V的編程電壓。,1～8（P1.0～P1.7）8位準(zhǔn)雙向I/O口，簡(jiǎn)稱P1口。P1口的每一位都可獨(dú)立地用作輸入段或輸出端。21～28（P2.0～P2.7）稱P2口，也是準(zhǔn)雙向I/O口。它的第2功能作高8位地址總線，輸出A15～A8的信息。39～32（P0.0～P0.7）8位三態(tài)雙向I/O口。在擴(kuò)展模式下用數(shù)據(jù)/地址總線，可以時(shí)分的輸出8位數(shù)據(jù)（D0～D7）和低8位地址（A0～A7）的信息。,30（ALE/PROG）地址鎖存信號(hào)和編程脈沖輸入端。當(dāng)P0口輸出低8位地址信息時(shí)，該端同時(shí)輸出ALE正脈沖。用它可以將P0口輸出的低8位地址打入到片外地址鎖存器中。在對(duì)8751片內(nèi)EPROM進(jìn)行編程時(shí)，要按規(guī)定在該端引入一個(gè)負(fù)向的編碼脈沖。,10～17（P3.0～P3.7）8位準(zhǔn)雙向口I/O口，他也是雙工的。作第一功能使用時(shí)，操作方法與P1口相同。P3口每一位的第2功能具體定義如表2－1所示。,29（PSEN）程序存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)輸出端。用于讀取片外存儲(chǔ)器的內(nèi)容。31（EA）程序存儲(chǔ)器編碼方式設(shè)置端。對(duì)擁有片內(nèi)EPROM或ROM的8751和8051單片機(jī)來講，EA＝1（接高電位），片內(nèi)EPROM存儲(chǔ)器被編址到0000H～0FFFH空間。而片外擴(kuò)張EPROM被編址到1000H～FFFFH空間，且要用PSEN作選通信號(hào)。當(dāng)EA=0(接地)時(shí)，單片機(jī)只允許尋址片外EPROM并從0000H開始編址。在這種情況下即便片內(nèi)還有EPROM或ROM也不能在被訪問了。對(duì)8031單片機(jī)，由于它沒有片內(nèi)程序存儲(chǔ)器，因此EA端必須接地。,2、51系列機(jī)端口特性(1)P0口是三態(tài)雙向的，負(fù)載能力為8個(gè)LSTTL負(fù)載。P1、P2、P3三個(gè)端口也是雙向的。與P0口不同的是這些端口在作輸入口用時(shí)，必須先在端口鎖存器中寫入1，因此只能稱它們?yōu)椤皽?zhǔn)雙向口”。他們的負(fù)載能力都為4個(gè)LSTTL電路。(2)在單片機(jī)復(fù)位時(shí)，P0～P3的所有端口鎖存器都被寫入了1，因此復(fù)位后各端口的輸入狀態(tài)都為FFH。,(3)P1口的8位中每一個(gè)端口都可以按位獨(dú)立地進(jìn)行I/O讀寫。也可以按字節(jié)進(jìn)行I/O操作。按位操作時(shí)，P1.7～P1.0每個(gè)端口的位地址分別為97H～90H。按字節(jié)操作時(shí)P1口的字節(jié)地址為90H。在非復(fù)位且P1端口鎖存器狀態(tài)未知的情況下將P1作輸入口使用時(shí)必須先寫1到端口鎖存器（MOV，90H，#0FFH），然后才能進(jìn)行對(duì)P1口輸入數(shù)據(jù)的讀取。(4)P3口按操作指令的不同，第一功能用作I/O口，與P1功能相同，既可以按位進(jìn)行單獨(dú)操作，也可以按字節(jié)進(jìn)行I/O操作。按字節(jié)操作時(shí)，P3口的字節(jié)地址為B0H，按位操作時(shí)，P3.7～P3.0的位地址分別為B7H～B0H。P3的第二種功能按表2-1所列功能用作某一指定操作的信號(hào)線。,(5)P2口按第1功能用作I/O口用，可以按字節(jié)操作，字節(jié)地址為A0H；也可以按位操作，P2.7～P2.0各位的位地址分別為A7H～A0H。P2口的第2功能用作擴(kuò)展系統(tǒng)的高8位地址總線。對(duì)8031單片機(jī)，它片內(nèi)無EPROM，只能工作于擴(kuò)展模式，因此它的P2只能用作高8位地址口。(6)P0在單片模式系統(tǒng)中用作I/O口?？梢园醋止?jié)操作，也可以按位操作。字節(jié)地址為80H，P0.7～P0.0各位的位地址分別為87H～80H。在擴(kuò)展系統(tǒng)中，它只能用作時(shí)分的低8位地址/數(shù)據(jù)雙功口AD7～AD0。,第二章1結(jié)束同學(xué)們?cè)僖?