可編程多功能電子定時器設(shè)計

1、引 言20世紀(jì)末，電子技術(shù)獲得了飛速的開展，在其推動下，現(xiàn)代電子產(chǎn)品幾乎滲透了社會的各個領(lǐng)域，有力地推動了社會生產(chǎn)力的開展和社會信息化程度的提高，同時也使現(xiàn)代電子產(chǎn)品性能進(jìn)一步提高，產(chǎn)品更新?lián)Q代的節(jié)奏也越來越快。 目前，單片機(jī)正朝著高性能和多品種方向開展趨勢將是進(jìn)一步向著CMOS化、低功耗、小體積、大容量、高性能、低價格和外圍電路內(nèi)裝化等幾個方面開展。下面是單片機(jī)的主要開展趨勢。單片機(jī)應(yīng)用的重要意義還在于它從根本上改變了傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)設(shè)計思想和設(shè)計方法。從前必須由模擬電路或數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)的大局部功能，現(xiàn)在已能用單片機(jī)通過軟件方法來實(shí)現(xiàn)了。這種軟件代替硬件的控制技術(shù)也稱為微控制技術(shù)，是傳統(tǒng)控制技術(shù)

2、的一次革命。由于單片機(jī)技術(shù)在各個領(lǐng)域正得到越來越廣泛的應(yīng)用，世界上許多集成電路生產(chǎn)廠家相繼推出了各種類型的單片機(jī)。在單片機(jī)家族的眾多成員中，MCS5l系列單片機(jī)以其優(yōu)越的性能、成熟的技術(shù)及高可靠性和高性能價格比，迅速占領(lǐng)了工業(yè)測控和自動化工程應(yīng)用的主要市場，成為國內(nèi)單片機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域中的主流。目前。可用于MCS-51系列單片機(jī)開發(fā)的硬件越來越多，與其配套的各類開發(fā)系統(tǒng)、各種軟件也日趨完善。因此，可以極方便地利用現(xiàn)有資源，開發(fā)出用于不同目的的各類應(yīng)用系統(tǒng)。本設(shè)計對可變成多功能電子定時器組成、結(jié)構(gòu)和工作原理作了詳細(xì)地介紹，并給出了各個組成局部的原理電路圖，并對它們作了具體的介紹。第一章 單片機(jī)的概述1

3、.1 單片機(jī)開展歷史 單片機(jī)的開展過程如果將8位單片機(jī)的推出作為起點(diǎn)，那么單片機(jī)的開展歷史大致可分為以下幾個階段： 1第一階段1976-1978單片機(jī)的控制階段。以Intel公司的MCS48為代表。MCS48的推出是在工控領(lǐng)域的控制，參與這一控制的公司還有Motorola、Zilog等，都取得了滿意的效果。這就是SCM的誕生年代，單機(jī)片一詞即由此而來。 2第二階段1978-1982單片機(jī)的完善階段。Intel公司在MCS-48根底上推出了完善的、典型的單片機(jī)系列MCS-51。它在以下幾個方面奠定了典型的通用總線型單片機(jī)體系結(jié)構(gòu)。 完善的外部總線。MCS-51設(shè)置了經(jīng)典的8位單片機(jī)的總線結(jié)構(gòu)，包

4、括8位數(shù)據(jù)總線、16位地址總線、控制總線及具有很多機(jī)通信功能的串行通信接口。 CPU外圍功能單元的集中管理模式。 表達(dá)工控特性的位地址空間及位操作方式。 指令系統(tǒng)趨于豐富和完善，并且增加了許多突出控制功能的指令。 3第三階段1982-19908位單片機(jī)的穩(wěn)固開展及16位單片機(jī)的推出階段，也是單片機(jī)向微控制器開展的階段。Intel公司推出的MCS96系列單片機(jī)，將一些用于測控系統(tǒng)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器、程序運(yùn)行監(jiān)視器、脈寬調(diào)制器等納入片中，表達(dá)了單片機(jī)的微控制器特征。隨著MCS-51系列的廣應(yīng)用，許多電氣廠商競相使用80C51為內(nèi)核，將許多測控系統(tǒng)中使用的電路技術(shù)、接口技術(shù)、多通道A/D轉(zhuǎn)換部件、可靠性技

5、術(shù)等應(yīng)用到單片機(jī)中，增強(qiáng)了外圍電路路功能，強(qiáng)化了智能控制的特征。 4第四階段1990：微控制器的全面開展階段。隨著單片機(jī)在各個領(lǐng)域全面深入地開展和應(yīng)用，出現(xiàn)了高速、大尋址范圍、強(qiáng)運(yùn)算能力的8位/16位/32位通用型單片機(jī)，以及小型廉價的專用型單片機(jī)。 單片機(jī)的開展趨勢目前，單片機(jī)正朝著高性能和多品種方向開展，趨勢將是進(jìn)一步向著CMOS化、低功耗、小體積、大容量、高性能、低價格和外圍電路內(nèi)裝化等幾個方面開展。下面是單片機(jī)的主要開展趨勢。由于CHMOS技術(shù)的進(jìn)步 ，大大地促進(jìn)了單片機(jī)的CMOS化。CMOS芯片除了低功耗特性之外，還具有功耗的可控性，使單片機(jī)可以工作在功耗精細(xì)管理狀態(tài)。這也是今后以8

6、0C51取代8051為標(biāo)準(zhǔn)MCU芯片的原因。因?yàn)閱纹瑱C(jī)芯片多數(shù)是采用CMOS金屬柵氧化物半導(dǎo)體工藝生產(chǎn)。CMOS電路的特點(diǎn)是低功耗、高密度、低速度、低價格。采用雙極型半導(dǎo)體工藝的TTL電路速度快，但功耗和芯片面積較大。隨著技術(shù)和工藝水平的提高，又出現(xiàn)了HMOS高密度、高速度MOS和CHMOS工藝。CHMOS和HMOS工藝的結(jié)合。目前生產(chǎn)的CHMOS電路已到達(dá)LSTTL的速度，傳輸延遲時間小于2ns，它的綜合優(yōu)勢已在于TTL電路。因而，在單片機(jī)領(lǐng)域CMOS正在逐漸取代TTL電路。 單片機(jī)的功耗已從毫安級降至1微安以下；使用電壓在3到6V之間，完全適應(yīng)電池工作。低功耗化的效應(yīng)不僅是功耗低，而且?guī)?/p>

7、了產(chǎn)品的高可靠性、高抗干擾能力以及產(chǎn)品的便攜化。 幾乎所有的單片機(jī)都有WAIT、STOP等省電運(yùn)行方式。允許使用的電壓范圍越來越寬，一般在3到6V范圍內(nèi)工作。低電壓供電的單片機(jī)電源下限已可達(dá)1到2V。目前0.8V供電的單片機(jī)已經(jīng)問世。 為提高單片機(jī)的抗電磁干擾能力，使產(chǎn)品能適應(yīng)惡劣的工作環(huán)境，滿足電磁兼容性方面更高標(biāo)準(zhǔn)的要求，各單片廠家在單片機(jī)內(nèi)部電路中都采用了新的技術(shù)措施。 以往單片機(jī)內(nèi)的ROM為1KB4KB，RAM為64128B。但在需要復(fù)雜控制的場合，該存儲容量是不夠的，必須進(jìn)行外接擴(kuò)充。為了適應(yīng)這種領(lǐng)域的要求，須運(yùn)用新的工藝，使片內(nèi)存儲器大容量化。目前，單片機(jī)內(nèi)ROM最大可達(dá)64KB，

8、RAM最大為2KB。 高性能化主要是指進(jìn)一步改良CPU的性能，加快指令運(yùn)算的速度和提高系統(tǒng)控制的可靠性。采用精簡指令集RISC結(jié)構(gòu)和流水線技術(shù)，可以大幅度提高運(yùn)行速度。現(xiàn)指令速度最高者已達(dá)100MIPSMillion InstructionPerSeconds，即兆指令每秒，并加強(qiáng)了位處理功能、中斷和定時控制功能。這類單片機(jī)的運(yùn)算速度比標(biāo)準(zhǔn)的單片機(jī)高出10倍以上。由于這類單片機(jī)有極高的指令速度，就可以用軟件模擬其I/O功能，由此引入了虛擬外設(shè)的新概念。 小容量、低價格化與上述相反，以4位、8位機(jī)為中心的小容量、低價格化也是開展動向之一。這類單片機(jī)的用途是把以往用數(shù)字邏輯集成電路組成的控制電路單

9、片化，可廣泛用于家電產(chǎn)品。 隨著集成度的不斷提高，有可能把眾多的各種處圍功能器件集成在片內(nèi)。除了一般必須具有的CPU、ROM、RAM、定時器/計數(shù)器等以外，片內(nèi)集成的部件還有模/數(shù)轉(zhuǎn)換器、DMA控制器、聲音發(fā)生器、監(jiān)視定時器、液晶顯示驅(qū)動器、彩色電視機(jī)和錄像機(jī)用的鎖相電路等。 在很長一段時間里，通用型單片機(jī)通過三總線結(jié)構(gòu)擴(kuò)展外圍器件成為單片機(jī)應(yīng)用的主流結(jié)構(gòu)。隨著低價位OTPOne Time Programble及各種類型片內(nèi)程序存儲器的開展，加之外圍接口不斷進(jìn)入片內(nèi)，推動了單片機(jī)單片應(yīng)用結(jié)構(gòu)的開展。特別是IC、SPI等串行總線的引入，可以使單片機(jī)的引腳設(shè)計得更少，單片機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更加簡化及標(biāo)準(zhǔn)化

10、。 隨著半導(dǎo)體集成工藝的不斷開展，單片機(jī)的集成度將更高、體積將更小、功能將更強(qiáng)。在單片機(jī)家族中，80C51系列是其中的佼佼者，加之Intel公司將其MCS-51系列中的80C51內(nèi)核使用權(quán)以專利互換或出售形式轉(zhuǎn)讓給全世界許多著名IC制造廠商，如Philips、NEC、Atmel、AMD、華邦等，這些公司都在保持與80C51單片機(jī)兼容的根底上改善了80C51的許多特性。這樣，80C51就變成有眾多制造廠商支持的、開展出上百品種的大家族，現(xiàn)統(tǒng)稱為80C51系列。80C51單片機(jī)已成為單片機(jī)開展的主流。專家認(rèn)為，雖然世界上的MCU品種繁多，功能各異，開發(fā)裝置也互不兼容，但是客觀開展說明，80C51可

11、能最終形成事實(shí)上的標(biāo)準(zhǔn)MCU芯片。1.2 單片機(jī)的組成及特點(diǎn)單片機(jī)是微型機(jī)的一個主要分支，在結(jié)構(gòu)上的最大特點(diǎn)是把CPU、存儲器、定時器和多種輸入/輸出接口電路集成在一塊超大規(guī)模集成電路芯片上。就其組成和功能而言，一塊單片機(jī)芯片就是一臺計算機(jī)。 單片機(jī)的組成單片機(jī)是通過內(nèi)部總線把計算機(jī)的各主要部件接為一體，其內(nèi)部總線包括地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線。其中，地址總線的作用是在進(jìn)行數(shù)據(jù)交換時提供地址，CPU通過它們將地址輸出到存儲器或I/O接口；數(shù)據(jù)總線的作用是在CPU與存儲器或I/O接口之間，或存儲器與外設(shè)之間交換數(shù)據(jù)；控制總線包括CPU發(fā)出的控制信號線和外部送入CPU的應(yīng)答信號線等。 單片機(jī)的特

12、點(diǎn)由于單片機(jī)的這種結(jié)構(gòu)形式及它所采取的半導(dǎo)體工藝，使其具有很多顯著的特點(diǎn)，因而在各個領(lǐng)域都得到了迅猛的開展。單片機(jī)主要發(fā)如下特點(diǎn)： 1有優(yōu)異的性能價格比。 2集成度高、體積小、有很高的可靠性。單片機(jī)把各功能部件集成在一塊芯片上，內(nèi)部采用總線結(jié)構(gòu)，減少了各芯片之間的連線，大大提高了單片機(jī)的可靠性與抗干擾能力。另外，其體積小，對于強(qiáng)磁場環(huán)境易于采取屏蔽措施，適合在惡劣環(huán)境下工作。 3控制功能強(qiáng)。為了滿足工業(yè)控制的要求，一般單片機(jī)的指令系統(tǒng)中均有極豐富的轉(zhuǎn)移指令、I/O口的邏輯操作以及位處理功能。單片機(jī)的邏輯控制功能及運(yùn)行速度均高于同一檔次的微機(jī)。 4低功耗、低電壓，便于生產(chǎn)便攜式產(chǎn)品。 5外部總線

13、增加了ICInter-IntegratedCircuit及SPISerialPeriphe- ral Interface等串行總線方式，進(jìn)一步縮小了體積，簡化了結(jié)構(gòu)。 6 單片機(jī)的系統(tǒng)擴(kuò)展和系統(tǒng)配置較典型、標(biāo)準(zhǔn)，容易構(gòu)成各種規(guī)模的應(yīng)用系統(tǒng)。 單片機(jī)的分類單片機(jī)作為計算機(jī)開展的一個重要領(lǐng)域，應(yīng)用一個較科學(xué)的分類方法。根據(jù)目前開展情況，從不同角度單片機(jī)大致可以分為通用型/專用型、總線型/非總線型及工控型/家電型。 1 通用型/專用型 這是按單片機(jī)適用范圍來區(qū)分的。例如，80C51是通用型單片機(jī)，它不是為某種專用途設(shè)計的；專用型單片機(jī)是針對一類產(chǎn)品甚至某一個產(chǎn)品設(shè)計生產(chǎn)的，例如為了滿足電子體溫計的要

14、求，在片內(nèi)集成ADC接口等功能的溫度測量控制電路。 2總線型/非總線型 這是按單片機(jī)是否提供并行總線來區(qū)分的?？偩€型單片機(jī)普遍設(shè)置有并行地址總線、數(shù)據(jù)總線、控制總線，這些引腳用以擴(kuò)展并行外圍器件都可通過串行口與單片機(jī)連接，另外，許多單片機(jī)已把所需要的外圍器件及外設(shè)接口集成一片內(nèi)，因此在許多情況下可以不要并行擴(kuò)展總線，大大節(jié)省封裝本錢和芯片體積，這類單片機(jī)稱為非總線型單片機(jī)。 3控制型/家電型 這是按照單片機(jī)大致應(yīng)用的領(lǐng)域進(jìn)行區(qū)分的。一般而言，工控型尋址范圍大，運(yùn)算能力強(qiáng)；用于家電的單片機(jī)多為專用型，通常是小封裝、低價格，外圍器件和外設(shè)接口集成度高。 顯然，上述分類并不是惟一的和嚴(yán)格的。例如，8

15、0C51類單片機(jī)既是通用型又是總線型，還可以作工控用。1.3 單片機(jī)的應(yīng)用 單片機(jī)的應(yīng)用分類由于單片機(jī)具有顯著的優(yōu)點(diǎn)，它已成為科技領(lǐng)域的有力工具，人類生活的得力助手。它的應(yīng)用普及各個領(lǐng)域，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：1單片機(jī)在智能儀表中的應(yīng)用單片機(jī)廣泛地用于各種儀器儀表，使儀器儀表智能化，并可以提高測量的自動化程度和精度，簡化儀器儀表的硬件結(jié)構(gòu)，提高其性能價格比。 2單片機(jī)在機(jī)電一體化中的應(yīng)用 機(jī)電一體化是械工業(yè)開展的方向。機(jī)電一體化產(chǎn)品是指集成機(jī)械技術(shù)、微電子技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)于一體，具有智能化特征的機(jī)電產(chǎn)品，例如微機(jī)控制的車床、鉆床等。單片機(jī)作為產(chǎn)品中的控制器，能充分發(fā)揮它的體積小、可靠性高、功

16、能強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，可大大提高機(jī)器的自動化、智能化程度。 3單片機(jī)在實(shí)時控制中的應(yīng)用單片機(jī)廣泛地用于各種實(shí)時控制系統(tǒng)中。例如，在工業(yè)測控、航空航天、尖端武器、機(jī)器人等各種實(shí)時控制系統(tǒng)中，都可以用單片機(jī)作為控制器。單片機(jī)的實(shí)時數(shù)據(jù)處理能力和控制功能，可使系統(tǒng)保持在最正確工作狀態(tài)，提高系統(tǒng)的工作效率和產(chǎn)品質(zhì)量。 4單片機(jī)在分布式多機(jī)系統(tǒng)中的應(yīng)用在比擬復(fù)雜的系統(tǒng)中，常采用分布式多機(jī)系統(tǒng)。多機(jī)系統(tǒng)一般由假設(shè)干臺功能各異的單片機(jī)組成，各自完成特定的任務(wù)，它們通過串行通信相互聯(lián)系、協(xié)調(diào)工作。單片機(jī)在這種系統(tǒng)中往往作為一個終端機(jī)，安裝在系統(tǒng)的某些節(jié)點(diǎn)上，對現(xiàn)場信息進(jìn)行實(shí)時的測量和控制。單片機(jī)的高可靠性和強(qiáng)抗干擾能力

17、，使它可以置于惡劣環(huán)境的前端工作。 5單片機(jī)在人類生活中的應(yīng)用 自從單片機(jī)誕生以后，它就步入了人類生活，如洗衣機(jī)、電冰箱、電子玩具、收錄機(jī)等家用電器配上單片機(jī)后，提高了智能化程度，增加了功能，倍受人們喜愛。單片機(jī)將使人類生活更加方便、舒適、豐富多彩。 綜合所述，單片機(jī)已成為計算機(jī)開展和應(yīng)用的一個重要方面。另一方面，單片機(jī)應(yīng)用的重要意義還在于，它從根本上改變了傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)設(shè)計思想和設(shè)計方法。從前必須由模擬電路或數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)的大局部功能，現(xiàn)在已能用單片機(jī)通過軟件方法來實(shí)現(xiàn)了。這種軟件代替硬件的控制技術(shù)也稱為微控制技術(shù)，是傳統(tǒng)控制技術(shù)的一次革命。1.4 MCS-51單片機(jī)性能及結(jié)構(gòu) MCS-51系

18、列單片機(jī)主要芯片MCS-51是Intel公司的一種單片機(jī)系列的名稱。MCS-51系列單片機(jī)8051/8751/8031、8052/8752/8032、8044/8744、80C51BH/87C51、83C252、87C252/80C252等品種。它們的引腳及指令系統(tǒng)相互兼容，主要在內(nèi)部結(jié)構(gòu)和應(yīng)用上有些區(qū)別。按結(jié)構(gòu)及功能可以把它們分成幾類：1根本型 如8051/8751/8031。2加強(qiáng)型 如8052/8752/8032，其內(nèi)部ROM擴(kuò)展到8KB，RAM增至256字節(jié)，16位定時器增了3個，串行口通信速率提高5倍，ROM中還增加固化BASIC解釋程序包。3低功耗型 如80C51BH/87C51/

19、80C31BH，均采用CHMOS工藝，功耗很低。4專用型 如8044/8744，它們在根本型的根底上又增加一個串行口部件，主要用于位總線分布控制系統(tǒng)。5超8位型 如83C252/87C252/80C252，它們的功能介于MCS-51和MCS-96系統(tǒng)之間，是超強(qiáng)51系列機(jī)，不僅具有51系列的全部功能，還具有96系統(tǒng)的許多功能。 MCS-51單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)及組成圖1-1 MCS-51系列單片機(jī)結(jié)構(gòu)圖 MCS-51引腳及功能圖1-2 MCS-51 引腳排列1輸入/輸出引腳I/O口線各引腳功能簡要說明如下：P0.0P0.7:P0口8位雙向I/O口，占3932腳；P1.0P1.7:P1口8位準(zhǔn)雙向I/

20、O口，占18腳；P2.0P2.7:P2口8位準(zhǔn)雙向I/O口，占2128腳；P3.0P3.7:P3口8位準(zhǔn)雙向I/O口，占1017腳；2控制口線29腳：外部程序存儲器讀選通信號。在訪問外部ROM時，信號定時輸出脈沖，作為外部ROM的選通信號。ALE/30腳：地址鎖存允許/編程信號。在訪問片外存儲器時，該引腳是地址鎖存信號；對8751內(nèi)部EPROM編程時為編程脈沖輸入端。/VPP31腳：外部程序存儲器地址允許/固化編程電壓輸入端。當(dāng)為低電平時，CPU直接訪問外部ROM，當(dāng)為高電平時，那么CPU先對內(nèi)部04K ROM訪問，然后自動延至外部超過4K的ROM。當(dāng)對8751內(nèi)EPROM編程時，那么為21V

21、編程電源輸入端。RST/VPD9腳：RST是復(fù)位信號輸入端,VPD是備用電源輸入端。3電源及其它Vcc40腳：電源端+5V。Vss20腳：接地端。XTALl、XTAL21918腳：時鐘電路引腳。當(dāng)使用內(nèi)部時鐘時，這兩個引腳端外接石英晶體和微調(diào)電容。當(dāng)使用外部時鐘時，用于外接外部時鐘源。第二章最小系統(tǒng)設(shè)計及存儲器和I/O口的擴(kuò)展2.1 MCS-51單片機(jī)最小應(yīng)用系統(tǒng)單片機(jī)是集CPU、RAM、ROM、定時器/計數(shù)器和I/O接口電路于一片集成電路的微型計算機(jī)。對于簡單的應(yīng)用場合，可以在MCS-51系列單片機(jī)中選擇一個適宜的產(chǎn)品構(gòu)成一個具有最簡單配置的系統(tǒng)，即最小系統(tǒng)。MCS-51系列中含有片內(nèi)程序存

22、儲器的單片機(jī)如8051/8751僅一塊芯片就可構(gòu)成最小系統(tǒng)，而無片內(nèi)存儲器的單片機(jī)如8031必須外部擴(kuò)展程序存儲器才能構(gòu)成最小系統(tǒng)。2.1.1 8051/8751最小應(yīng)用系統(tǒng)由于集成度的限制，這種最小應(yīng)用系統(tǒng)只能用作一些小型的控制單元。其應(yīng)用特點(diǎn)是：1全部I/O口線均可供用戶使用。2內(nèi)部存儲器容量有限只有4KB地址空間。3應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)具有特殊性。 用8051/8751單片機(jī)構(gòu)成最小應(yīng)用系統(tǒng)時，只要將單片機(jī)接上時鐘電路和復(fù)位電路即可，如圖2-1所示。圖2-1 8051/8751最小應(yīng)用系統(tǒng)2.1.2 8031最小應(yīng)用系統(tǒng) 8031是片內(nèi)無程序存儲器的單片機(jī)芯片，因此，其最小應(yīng)用系統(tǒng)應(yīng)在片外擴(kuò)展E

23、PROM。圖2-2為用8031外接程序存儲器構(gòu)成的最小系統(tǒng)。圖2-2 8031最小應(yīng)用系統(tǒng)2.2 單片機(jī)存儲器概述單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)由硬件和軟件組成，軟件的載體就是硬件中的程序存儲器。對于MCS-51系列8位單片機(jī)，片內(nèi)程序存儲器的類型及容量如表2.1所示。表2.1 MCS-51系列單片機(jī)片內(nèi)程序存儲器一覽表單片機(jī)型號片內(nèi)程序存儲器類型容量B8031無8051ROM4K8751EPROM4K8951Flash4K對于沒有內(nèi)部ROM的單片機(jī)或者當(dāng)程序較長、片內(nèi)ROM容量不夠時，用戶必須在單片機(jī)外部擴(kuò)展程序存儲器。MCS-51單片機(jī)片外有16條地址線，即P0口和P2口，因此最大尋址范圍為64 KB00

24、00HFFFFH。這里要注意的是，MCS-51單片機(jī)有一個管腳 跟程序存儲器的擴(kuò)展有關(guān)。如果接高電平，那么片內(nèi)存儲器地址范圍是0000H0FFFH4 KB，片外程序存儲器地址范圍是1000HFFFFH60 KB。如果接低電平，不使用片內(nèi)程序存儲器，片外程序存儲器地址范圍為0000HFFFFH64 KB。8031單片機(jī)沒有片內(nèi)程序存儲器，因此管腳總是接低電平。擴(kuò)展程序存儲器常用的芯片是EPROMErasable Programmable Read Only Memory型紫外線可擦除型， 如27162K8、27324K8、27648K8、2712816K8、2725632K8、2751264K8

25、等。另外，還有+5 V電可擦除EEPROM，如28162K8、28648K8等等。如果程序總量不超過4 KB，一般選用具有內(nèi)部ROM的單片機(jī)。8051內(nèi)部ROM只能由廠家將程序一次性固化，不適合小批量用戶和程序調(diào)試時使用，因此選用8751、8951的用戶較多。如果程序超過4KB，用戶一般不會選用8751、8951，而是直接選用8031，利用外部擴(kuò)展存儲器來存放程序。 2 程序存儲器的擴(kuò)展外部存儲器的擴(kuò)展可通過線選方式或譯碼方式實(shí)現(xiàn)片選。圖2-3是采用線選方式對8031擴(kuò)展一片2732 EPROM的連線圖。圖中鎖存器采用74LS373，8031的P2.0P2.3用作2732的地址線，其余P2.4

26、P2.7中的任一根都可作為2732的片選信號線，片選信號決定了2732的4KB存儲器在整個8031擴(kuò)展程序存儲器64KB空間中的位置。所以2732EPROM的地址范圍為：0000H0FFFH。1選擇芯片本例要求選用8031單片機(jī)，內(nèi)部無ROM區(qū)，無論程序長短都必須擴(kuò)展程序存儲器目前較少這樣使用，但擴(kuò)展方法比擬典型、實(shí)用。在選擇程序存儲器芯片時，首先必須滿足程序容量，其次在價格合理情況下盡量選用容量大的芯片。這樣做的話，使用的芯片少，從而接線簡單，芯片存儲容量大，程序調(diào)整余量也大。如估計程序總長3 KB左右，最好是擴(kuò)展一片4 KB的EPROM 2732，而不是選用2片27162KB。在單片機(jī)應(yīng)用

27、系統(tǒng)硬件設(shè)計中應(yīng)注意，盡量減少芯片使用個數(shù)，使得電路結(jié)構(gòu)簡單，提高可靠性，這也是8951比8031使用更加廣泛的原因之一。2硬件電路圖8031單片機(jī)擴(kuò)展一片2732程序存儲器電路如圖2-3所示。3芯片說明74LS373，74LS373是帶三態(tài)緩沖輸出的8D鎖存器，由于片機(jī)的三總線結(jié)構(gòu)中，數(shù)據(jù)線與地址線的低8位共用P0口，因此必須用地址鎖存器將地址信號和數(shù)據(jù)信號區(qū)分開。74LS373的鎖存控制端G直接與單片機(jī)的鎖存控制信號ALE相連，在ALE的下降沿鎖存低8位地址。圖2-3 單片機(jī)擴(kuò)展2732 EPROM電路EPROM2732，EPROM2732的容量為4K8位。4K表示有41024或22210

28、個存儲單元，8位表示每個單元存儲數(shù)據(jù)的寬度是8位。前者確定了地址線的位數(shù)是12位A0A11，后者確定了數(shù)據(jù)線的位數(shù)是8位O0O7。目前，除了串行存儲器之外，一般情況下，我們使用的都是8位數(shù)據(jù)存儲器。2732采用單一+5 V供電，最大靜態(tài)工作電流為100 mA，維持電流為35 mA，讀出時間最大為250 ns。2732的封裝形式為DIP24，管腳如圖2-4所示。 其中，A0A11為地址線；O0O7為數(shù)據(jù)線；為片選線，/VPP為輸出允許/編程高壓。除了12條地址線和8條數(shù)據(jù)線之外，為片選線，低電平有效。也就是說，只有當(dāng)為低電平時，2732才被選中，否那么，2732不工作。/VPP為雙圖2-4 EP

29、ROM 2732管腳及說明功能管腳，當(dāng)2732用作程序存儲器時，其功能是允許讀數(shù)據(jù)出來；當(dāng)對EPROM編程也稱為固化程序時，該管腳用于高電壓輸入，不同生產(chǎn)廠家的芯片編程電壓也有所不同。當(dāng)我們把它作為程序存儲器使用時，不必關(guān)心其編程電壓。4擴(kuò)展總線的產(chǎn)生一般的CPU，像INTEL8086/8088、Z80等，都有單獨(dú)的地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線，而MCS-51系列單片機(jī)由于受管腳的限制，數(shù)據(jù)線與地址線是復(fù)用的，為了將它們別離開來，必須在單片機(jī)外部增加地址鎖存器，構(gòu)成與一般CPU相類似的三總線結(jié)構(gòu)。5連線說明 地址線 單片機(jī)擴(kuò)展片外存儲器時，地址是由P0和P2口提供的。圖2-4中，2732的12

30、條地址線A0A11中，低8位A0A7通過鎖存器74LS373與P0口連接，高4位A8A11直接與P2口的P2.0P2.3連接，P2口本身有鎖存功能。注意，鎖存器的鎖存使能端G必須和單片機(jī)的ALE管腳相連。 數(shù)據(jù)線 2732的8位數(shù)據(jù)線直接與單片機(jī)的P0口相連。因此，P0口是一個分時復(fù)用的地址/數(shù)據(jù)線。 控制線 CPU執(zhí)行2732中存放的程序指令時，取指階段就是對2732進(jìn)行讀操作。注意，CPU對EPROM只能進(jìn)行讀操作，不能進(jìn)行寫操作。CPU對2732的讀操作控制都是通過控制線實(shí)現(xiàn)的。2732控制線的連接有以下兩條：第一條直接接地。由于系統(tǒng)中只擴(kuò)展了一個程序存儲器芯片，因此，2732的片選端直

31、接接地，表示2732一直被選中。假設(shè)同時擴(kuò)展多片，需通過譯碼器來完成片選工作。第二條接8031的讀選通信號端。在訪問片外程序存儲器時，只要端出現(xiàn)負(fù)脈沖，即可從2732中讀出程序。6擴(kuò)展程序存儲器地址范圍確實(shí)定單片機(jī)擴(kuò)展存儲器的關(guān)鍵是搞清楚擴(kuò)展芯片的地址范圍，8031最大可以擴(kuò)展64 KB0000HFFFFH。決定存儲器芯片地址范圍的因素有兩個：一個是片選端的連接方法，一個是存儲器芯片的地址線與單片機(jī)地址線的連接。在確定地址范圍時，必須保證片選端為低電平。本例中，2732的片選端總是接地，因此第一個條件總是滿足的，另外，2732有12條地址線，與8031的低12位地址相連，編碼結(jié)果如下：實(shí)訓(xùn)電路

32、中，系統(tǒng)擴(kuò)展了一片EPROM 2764，請讀者對照上述6點(diǎn)理清連接方法，從而確定實(shí)訓(xùn)板中2764的地址范圍。7EPROM的使用存儲器擴(kuò)展電路是單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的功能擴(kuò)展局部，只有當(dāng)應(yīng)用系統(tǒng)的軟件設(shè)計完成了，才能把程序通過特定的編程工具一般稱為編程器或EPROM固化器固化到2732中，然后再將2732插到用戶板的插座上擴(kuò)展程序存儲器一定要焊插座。 當(dāng)上電復(fù)位時，PC=0000H，自動從2732的0000H單元取指令，然后開始執(zhí)行指令。2 數(shù)據(jù)存儲器的擴(kuò)展 1單片機(jī)RAM概述 RAM是用來存放各種數(shù)據(jù)的，MCS-51系列8位單片機(jī)內(nèi)部有128B RAM存儲器，CPU對內(nèi)部RAM具有豐富的操作指令。但

33、是，當(dāng)單片機(jī)用于實(shí)時數(shù)據(jù)采集或處理大批量數(shù)據(jù)時，僅靠片內(nèi)提供的RAM是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。此時，我們可以利用單片機(jī)的擴(kuò)展功能，擴(kuò)展外部數(shù)據(jù)存儲器。常用的外部數(shù)據(jù)存儲器有靜態(tài)RAMStatic Random Access MemorySRAM和動態(tài)RAMDynamic Random Access MemoryDRAM兩種。前者讀/寫速度高，一般都是8位寬度，易于擴(kuò)展，且大多數(shù)與相同容量的EPROM引腳兼容，有利于印刷板電路設(shè)計，使用方便；缺點(diǎn)是集成度低，本錢高，功耗大。后者集成度高，本錢低，功耗相對較低；缺點(diǎn)是需要增加一個刷新電路，附加另外的本錢。MCS-51單片機(jī)擴(kuò)展片外數(shù)據(jù)存儲器的地址線也是由P0口

34、和P2口提供的，因此最大尋址范圍為64KB0000HFFFFH。一般情況下，SRAM用于僅需要小于64KB數(shù)據(jù)存儲器的小系統(tǒng)，DRAM經(jīng)常用于需要大于64KB的大系統(tǒng)。 6116的管腳與EPROM 2716管腳兼容，管腳如圖2-5所示。圖2-5 6116管腳圖6116有11條A0A10地址線；8條I/O0I/O7雙向數(shù)據(jù)線；為片選線，低電平有效；為寫允許線，低電平有效；為讀允許線，低電平有效。6116的操作方式如表2.2所示。2硬件電路。單片機(jī)與6116的硬件連接如圖2-6所示。 表2.2 6116的操作方式方試I/O0IO7HXX未選中高阻LLH讀O0O7LHL寫I0I7LLL讀I0I73連

35、線說明。6116與單片機(jī)的連線如下：地址線：A0A10連接單片機(jī)地址總線的A0A10，即P0.0P0.7、P2.0、P2.1、P2.2共11根。圖2-6 單片機(jī)擴(kuò)展2 KB RAM電路數(shù)據(jù)線：I/O0I/O7連接單片機(jī)的數(shù)據(jù)線，即P0.0P0.7。控制線：片選端連接單片機(jī)的P2.7，即單片機(jī)地址總線的最高位A15；讀允許線連接單片機(jī)的讀數(shù)據(jù)存儲器控制線；寫允許線連接單片機(jī)的寫數(shù)據(jù)存儲器控制線。 3 簡單的I/O口擴(kuò)展圖2-7 74LS244芯片的引腳和74LS244擴(kuò)展兩個輸入口簡單的I/O口擴(kuò)展通常是采用TTL或CMOS電路鎖存器、三態(tài)門作為擴(kuò)展芯片，通過P0口來實(shí)現(xiàn)擴(kuò)展的一種方案。它具有電

36、路簡單、本錢低、配置靈活的特點(diǎn)。1簡單輸入口擴(kuò)展簡單輸入口擴(kuò)展使用的集成芯片，比擬典型的如74LS244芯片。圖2-7為74LS244芯片的引腳2簡單輸出口擴(kuò)展 簡單輸出口擴(kuò)展通常使用74LS377芯片，該芯片是一個具有使能控制端的鎖存器。其信號引腳如圖2-8所示。其中：1D8D為8位數(shù)據(jù)輸入線，1Q8Q為8位數(shù)據(jù)輸出線，CLK為時鐘信號上升沿數(shù)據(jù)鎖存，為使能控制信號，低電平有效。VCC為5V電源。74LS377的邏輯電路如圖2-8所示。a74Ls377引腳圖 b74Ls377擴(kuò)展并行輸出口圖2-8 74LS244引腳圖及擴(kuò)展并行輸入口第三章 小鍵盤接和顯示器接口3.1 單片機(jī)與小鍵盤接口實(shí)際

37、上鍵就是一個按鈕開關(guān)。當(dāng)鍵盤中鍵的數(shù)量較少時，當(dāng)作小鍵盤。其接口方法可以和開關(guān)一樣接到單片機(jī)的假設(shè)干條I/O線,或通過一個擴(kuò)展的輸入口接到系統(tǒng)中去。鍵盤是由一組規(guī)那么排列的按鍵組成，一個按鍵實(shí)際上是一個開關(guān)元件，也就是說鍵盤是一組規(guī)那么排列的開關(guān)。3 鍵盤工作原理1按鍵的分類抖動時間的長短與開關(guān)的機(jī)械特性有關(guān)，一般為510ms。按鍵按照結(jié)構(gòu)原理可分為兩類，一類是觸點(diǎn)式開關(guān)按鍵，如機(jī)械式開關(guān)、導(dǎo)電橡膠式開關(guān)等；另一類是無觸點(diǎn)開關(guān)按鍵，如電氣式按鍵，磁感應(yīng)按鍵等。前者造價低，后者壽命長。目前，微機(jī)系統(tǒng)中最常見的是觸點(diǎn)式開關(guān)按鍵。按鍵按照接口原理可分為編碼鍵盤與非編碼鍵盤兩類，這兩類鍵盤的主要區(qū)別是

38、識別鍵符及給出相應(yīng)鍵碼的方法。編碼鍵盤主要是用硬件來實(shí)現(xiàn)對鍵的識別，非編碼鍵盤主要是由軟件來實(shí)現(xiàn)鍵盤的定義與識別。全編碼鍵盤能夠由硬件邏輯自動提供與鍵對應(yīng)的編碼，此外，一般還具有去抖動和多鍵、串鍵保護(hù)電路，這種鍵盤使用方便，但需要較多的硬件，價格較貴，一般的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)較少采用。非編碼鍵盤只簡單地提供行和列的矩陣，其它工作均由軟件完成。由于其經(jīng)濟(jì)實(shí)用，較多地應(yīng)用于單片機(jī)系統(tǒng)中。下面將重點(diǎn)介紹非編碼鍵盤接口。 2鍵輸入原理在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，除了復(fù)位按鍵有專門的復(fù)位電路及專一的復(fù)位功能外，其它按鍵都是以開關(guān)狀態(tài)來設(shè)置控制功能或輸入數(shù)據(jù)。當(dāng)所設(shè)置的功能鍵或數(shù)字鍵按下時，計算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)應(yīng)完成該按鍵

39、所設(shè)定的功能，鍵信息輸入是與軟件結(jié)構(gòu)密切相關(guān)的過程。對于一組鍵或一個鍵盤，總有一個接口電路與CPU相連。CPU可以采用查詢或中斷方式了解有無將鍵輸入并檢查是哪一個鍵按下，將該鍵號送入累加器ACC，然后通過跳轉(zhuǎn)指令轉(zhuǎn)入執(zhí)行該鍵的功能程序，執(zhí)行完后再返回主程序。3按鍵結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)微機(jī)鍵盤通常使用機(jī)械觸點(diǎn)式按鍵開關(guān)，其主要功能是把機(jī)械上的通斷轉(zhuǎn)換成為電氣上的邏輯關(guān)系。也就是說，它能提供標(biāo)準(zhǔn)的TTL邏輯電平，以便與通用數(shù)字系統(tǒng)的邏輯電平相容。機(jī)械式按鍵再按下或釋放時，由于機(jī)械彈性作用的影響，通常伴隨有一定時間的觸點(diǎn)機(jī)械抖動，然后其觸點(diǎn)才穩(wěn)定下來。其抖動過程如圖3-1所示，抖圖3-1 按鍵觸點(diǎn)的機(jī)械抖動在

40、觸點(diǎn)抖動期間檢測按鍵的通與斷狀態(tài)，可能導(dǎo)致判斷出錯。即按鍵一次按下或釋放被錯誤地認(rèn)為是屢次操作，這種情況是不允許出現(xiàn)的。為了克服按鍵觸點(diǎn)機(jī)械抖動所致的檢測誤判，必須采取去抖動措施，可從硬件、軟件兩方面予以考慮。在鍵數(shù)較少時，可采用硬件去抖，而當(dāng)鍵數(shù)較多時，采用軟件去抖。在硬件上可采用在鍵輸出端加R-S觸發(fā)器雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器或單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器構(gòu)成去抖動電路，圖3-2是一種由R-S觸發(fā)器構(gòu)成的去抖動電路，當(dāng)觸發(fā)器一旦翻轉(zhuǎn)，觸點(diǎn)抖動不會對其產(chǎn)生任何影響。電路工作過程如下：按鍵未按下時，a = 0，b = 1，輸出Q = 1，按鍵按下時，因按鍵的機(jī)械彈性作用的影響，使按鍵產(chǎn)生抖動，當(dāng)開關(guān)沒有穩(wěn)定到達(dá)b端時，因

41、與非門2輸出為0反應(yīng)到與非門1的輸入端，封鎖了與非門1，雙穩(wěn)態(tài)電路的狀態(tài)不會改變，輸出保持為1，輸出Q不會產(chǎn)生抖動的波形。當(dāng)開關(guān)穩(wěn)定到達(dá)b端時，因a = 1，b = 0，使Q = 0，雙穩(wěn)態(tài)電路狀態(tài)發(fā)生翻轉(zhuǎn)。當(dāng)釋放按鍵時，在開關(guān)未穩(wěn)定到達(dá)a端時，因Q = 0，封鎖了與非門2，雙穩(wěn)態(tài)電路的狀態(tài)不變，輸出Q保持不變，消除了后沿的抖動波形。當(dāng)開關(guān)穩(wěn)定到達(dá)b端時，因a = 0，b = 0，使Q = 1，雙穩(wěn)態(tài)電路狀態(tài)發(fā)生翻轉(zhuǎn)，輸出Q重新返回原狀態(tài)。軟件上采取的措施是在檢測到有按鍵按下時，執(zhí)行一個10ms左右具體時間應(yīng)視所使用的按鍵進(jìn)行調(diào)整的延時程序后，再確認(rèn)該鍵電平是否仍保持閉合狀態(tài)電平，假設(shè)仍保持閉

42、合狀態(tài)電平，那么確認(rèn)該鍵處于閉合狀態(tài)；同理，在檢測到該鍵釋放后，也應(yīng)采用相同的步驟進(jìn)行確認(rèn)，從而可消除抖動的影響。圖3-2 雙穩(wěn)態(tài)去抖動電路軟件上采取的措施是：在檢測到有按鍵按下時，執(zhí)行一個10ms左右具體時間應(yīng)視所使用的按鍵進(jìn)行調(diào)整的延時程序后，再確認(rèn)該鍵電平是否仍保持閉合狀態(tài)電平，假設(shè)仍保持閉合狀態(tài)電平，那么確認(rèn)該鍵處于閉合狀態(tài)；同理，在檢測到該鍵釋放后，也應(yīng)采用相同的步驟進(jìn)行確認(rèn)，從而可消除抖動的影響。4按鍵編碼一組按鍵或鍵盤都要通過I/O口線查詢按鍵的開關(guān)狀態(tài)。根據(jù)鍵盤結(jié)構(gòu)的不同，采用不同的編碼。無論有無編碼，以及采用什么編碼，最后都要轉(zhuǎn)換成為與累加器中數(shù)值相對應(yīng)的鍵值，以實(shí)現(xiàn)按鍵功能

43、程序的跳轉(zhuǎn)。3 編制鍵盤程序一個完善的鍵盤控制程序應(yīng)具備以下功能：1檢測有無按鍵按下，并采取硬件或軟件措施，消除鍵盤按鍵機(jī)械觸點(diǎn)抖動的影響。2有可靠的邏輯處理方法。每次只處理一個按鍵，其間對任何按鍵的操作對系統(tǒng)不產(chǎn)生影響，且無論一次按鍵時間有多長，系統(tǒng)僅執(zhí)行一次按鍵功能程序。3準(zhǔn)確輸出按鍵值或鍵號，以滿足跳轉(zhuǎn)指令要求。3.2 單片機(jī)與顯示器接口單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)最常用的顯示器是LED發(fā)光二極管顯示器和LCD液晶顯示器，這兩種顯示器可顯示數(shù)字、字符及系統(tǒng)的狀態(tài)，它們的驅(qū)動電路簡單、易于實(shí)現(xiàn)且價格低廉，因此，得到廣泛應(yīng)用。這節(jié)主要介紹LED顯示器。3 LED顯示和接口常用的LED顯示器有LED狀態(tài)顯示

44、器俗稱發(fā)光二極管、LED七段顯示器俗稱數(shù)碼管和LED十六段顯示器。發(fā)光二極管可顯示兩種狀態(tài)，用于系統(tǒng)狀態(tài)顯示；數(shù)碼管用于數(shù)字顯示；LED十六段顯示器用于字符顯示。本節(jié)重點(diǎn)介紹LED七段顯示器。圖3-3 定時器/計數(shù)器數(shù)碼管顯示電路用定時器/計數(shù)器硬件電路如圖3-3所示，設(shè)計一個按一次鍵計數(shù)一次。結(jié)果送P1口顯示，采用單只數(shù)碼管顯示，計滿16次后從頭開始，依次循環(huán)。系統(tǒng)采用12MHz晶振。3 數(shù)碼管簡介1數(shù)碼管結(jié)構(gòu)數(shù)碼管由8個發(fā)光二極管以下簡稱字段構(gòu)成，通過不同的組合可用來顯示數(shù)字0 9、字符A F、H、L、P、R、U、Y、符號“及小數(shù)點(diǎn)“。數(shù)碼管的外型結(jié)構(gòu)如圖3-4a所示。數(shù)碼管又分為共陰極和

45、共陽極兩種結(jié)構(gòu)，分別如圖3-4b和圖3-4c所示。a 外型結(jié)構(gòu) b 共陰極 c共陽極圖3-4 數(shù)碼管結(jié)構(gòu)圖2數(shù)碼管工作原理共陽極數(shù)碼管的8個發(fā)光二極管的陽極二極管正端連接在一起，通常，公共陽極接高電平一般接電源，其它管腳接段驅(qū)動電路輸出端。當(dāng)某段驅(qū)動電路的輸出端為低電平時，那么該端所連接的字段導(dǎo)通并點(diǎn)亮，根據(jù)發(fā)光字段的不同組合可顯示出各種數(shù)字或字符。此時，要求段驅(qū)動電路能吸收額定的段導(dǎo)通電流，還需根據(jù)外接電源及額定段導(dǎo)通電流來確定相應(yīng)的限流電阻。共陰極數(shù)碼管的8個發(fā)光二極管的陰極二極管負(fù)端連接在一起，通常，公共陰極接低電平一般接地，其它管腳接段驅(qū)動電路輸出端，當(dāng)某段驅(qū)動電路的輸出端為高電平時，

46、那么該端所連接的字段導(dǎo)通并點(diǎn)亮，根據(jù)發(fā)光字段的不同組合可顯示出各種數(shù)字或字符。此時，要求段驅(qū)動電路能提供額定的段導(dǎo)通電流，還需根據(jù)外接電源及額定段導(dǎo)通電流來確定相應(yīng)的限流電阻。要使數(shù)碼管顯示出相應(yīng)的數(shù)字或字符必須使段數(shù)據(jù)口輸出相應(yīng)的字形編碼。對照圖3-4a，字型碼各位定義如下：數(shù)據(jù)線D0與a字段對應(yīng)，D1字段與b字段對應(yīng)，依此類推。如使用共陽極數(shù)碼管，數(shù)據(jù)為0表示對應(yīng)字段亮，數(shù)據(jù)為1表示對應(yīng)字段暗；如使用共陰極數(shù)碼管，數(shù)據(jù)為0表示對應(yīng)字段暗，數(shù)據(jù)為1表示對應(yīng)字段亮。如要顯示“0，共陽極數(shù)碼管的字型編碼應(yīng)為：11000000B即C0H；共陰極數(shù)碼管的字型編碼應(yīng)為：00111111B即3FH。LE

47、D七段數(shù)碼管有靜態(tài)顯示和動態(tài)顯示兩種方式，下面分別加以表達(dá)。3 靜態(tài)顯示接口1靜態(tài)顯示概念靜態(tài)顯示是指數(shù)碼管顯示某一字符時，相應(yīng)的發(fā)光二極管恒定導(dǎo)通或恒定截止。這種顯示方式的各位數(shù)碼管相互獨(dú)立，公共端恒定接地共陰極或接正電源共陽極。每個數(shù)碼管的8個字段分別與一個8位I/O口地址相連，I/O口只要有段碼輸出，相應(yīng)字符即顯示出來，并保持不變，直到I/O口輸出新的段碼。采用靜態(tài)顯示方式，較小的電流即可獲得較高的亮度，且占用CPU時間少，編程簡單，顯示便于監(jiān)測和控制，但其占用的口線多，硬件電路復(fù)雜，本錢高，只適合于顯示位數(shù)較少的場合。2多位靜態(tài)顯示接口應(yīng)用圖3-3所示的定時器/計數(shù)器是數(shù)碼管靜態(tài)顯示方

48、式的一種典型應(yīng)用，其硬件及軟件都非常簡單，但其只能顯示一位，如要用P1口顯示多位，那么每位數(shù)碼管都應(yīng)有各自的鎖存、譯碼與驅(qū)動器，還需有相應(yīng)的位選通電路，位選通電路輸出位碼。將圖3-3所示的定時器/計數(shù)器顯示電路中的單位數(shù)碼管顯示改為6位顯示，具體要求如下：1右邊第一位進(jìn)行正常計數(shù)，顯示當(dāng)前計數(shù)狀態(tài)。2左邊5位分別顯示前5次計數(shù)狀態(tài)，當(dāng)連續(xù)計數(shù)時，會產(chǎn)生計數(shù)數(shù)據(jù)從左至右移動的感覺。整體設(shè)計思路如下：P1口控制段碼輸出，P3口控制位碼輸出，每個數(shù)碼管接一個鎖存器，鎖存器除用來鎖存待顯示段碼外，還兼作顯示驅(qū)動器直接驅(qū)動共陽極數(shù)碼管。在單片機(jī)內(nèi)部RAM設(shè)置待顯示數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，由查表程序完成顯示譯碼俗稱軟

49、件譯碼，將緩沖區(qū)內(nèi)待顯示數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的段碼，再將段碼送P1口顯示。硬件電路設(shè)計如下：P1口的段碼輸出直接接至鎖存器的輸入，鎖存器采用74LS373或74LS273、74LS374，鎖存器的輸出接至數(shù)碼管的各段，同時還經(jīng)300上拉或限流電阻接至電源。位選通電路由P3口的P3.0、P3.1 和P3.2與38譯碼器74LS138連接組成，74LS138輸出的位碼經(jīng)倒相器74LS04后接至74LS373的使能端G或74LS273、74LS374的時鐘端，以此來控制相應(yīng)顯示位段碼數(shù)據(jù)的刷新。模擬生產(chǎn)線計數(shù)的按鍵信號接至P3.3口。軟件設(shè)計如下：以單片機(jī)內(nèi)部RAM的30H35H單元作為顯示數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，六

50、位數(shù)碼管段碼的獲取及顯示控制由顯示子程序完成，單片機(jī)每接收一次按鍵信號即模擬生產(chǎn)線計數(shù)信號，顯示緩沖區(qū)的待顯示數(shù)據(jù)就被刷新一次，然后再調(diào)用一次顯示子程序，如連續(xù)按鍵，即可產(chǎn)生計數(shù)數(shù)據(jù)從左至右循環(huán)移動的效果。軟件流程圖如圖3-5所示。圖3-5 六位數(shù)碼管靜態(tài)顯示軟件流程圖3.2.4 動態(tài)顯示接口1動態(tài)顯示概念動態(tài)顯示是一位一位地輪流點(diǎn)亮各位數(shù)碼管，這種逐位點(diǎn)亮顯示器的方式稱為位掃描。通常，各位數(shù)碼管的段選線相應(yīng)并聯(lián)在一起，由一個8位的I/O口控制；各位的位選線公共陰極或陽極由另外的I/O口線控制。動態(tài)方式顯示時，各數(shù)碼管分時輪流選通，要使其穩(wěn)定顯示必須采用掃描方式，即在某一時刻只選通一位數(shù)碼管，

51、并送出相應(yīng)的段碼，在另一時刻選通另一位數(shù)碼管，并送出相應(yīng)的段碼，依此規(guī)律循環(huán)，即可使各位數(shù)碼管顯示將要顯示的字符，雖然這些字符是在不同的時刻分別顯示，但由于人眼存在視覺暫留效應(yīng)，只要每位顯示間隔足夠短就可以給人同時顯示的感覺。采用動態(tài)顯示方式比擬節(jié)省I/O口，硬件電路也較靜態(tài)顯示方式簡單，但其亮度不如靜態(tài)顯示方式，而且在顯示位數(shù)較多時，CPU要依次掃描，占用CPU較多的時間。用8051系列單片機(jī)構(gòu)建數(shù)碼管動態(tài)顯示系統(tǒng)時常采用8155可編程I/O擴(kuò)展接口，其典型應(yīng)用如圖3-6所示。圖中，數(shù)碼管采用共陰極LED，8155的PA口線經(jīng)過8路驅(qū)動電路后接至數(shù)碼管的各段，當(dāng)PA口線輸出“1時，驅(qū)動數(shù)碼管

52、發(fā)光。8155的PC口線經(jīng)過6路驅(qū)動電路后接至數(shù)碼管的公共端，當(dāng)PC口線輸出“0時，選通相應(yīng)位的數(shù)碼管發(fā)光。 A口、C口應(yīng)定義為根本輸出分別控制數(shù)碼管的段碼段驅(qū)動端和位碼公共端，B口未用，可定義為根本輸入，此時，命令存放器中的PA=1，PB=0，PC1=1，PC2=1；因不用A、B口中斷，也不用定時器/計數(shù)器，故IEA=0，IEB=0，TM1=1，TM2=0，由此可得命令字為：01001101B=4DH。2多位動態(tài)顯示接口應(yīng)用采用8051與8155接口，再采用8155的I/O口控制數(shù)碼管的段碼和位碼，同時，采用動態(tài)掃描方式依次循環(huán)點(diǎn)亮各位數(shù)碼管，即可構(gòu)成多位動態(tài)數(shù)碼管顯示電路。 用動態(tài)顯示方式

53、實(shí)現(xiàn)如圖3-3所示的定時器/計數(shù)器顯示電路中的單位數(shù)碼管顯示改為6位顯示，具體要求如下：1右邊第一位進(jìn)行正常計數(shù)，顯示當(dāng)前計數(shù)狀態(tài)2左邊5位分別顯示前5次計數(shù)狀態(tài)，當(dāng)連續(xù)計數(shù)時，會產(chǎn)生計數(shù)數(shù)據(jù)從左至右移動的感覺。整體設(shè)計思路如下：由8155的A口控制段碼輸出，C口控制位碼輸出，采用定時器中斷方式實(shí)現(xiàn)動態(tài)掃描，每隔20ms掃描一次，每位數(shù)碼管點(diǎn)亮的時間為1ms。在單片機(jī)內(nèi)部RAM設(shè)置待顯示數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，由查表程序完成顯示譯碼，將緩沖區(qū)內(nèi)待顯示數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的段碼，再將段碼通過8051的P0口送至8155的A口；位碼數(shù)據(jù)由累加器循環(huán)左移指令產(chǎn)生，再通過P0口送至8155的C口。圖3-6 8155構(gòu)成

54、的六位數(shù)碼管動態(tài)顯示電路硬件電路設(shè)計如下：圖3-6位數(shù)碼管動態(tài)顯示電路，其中，8路驅(qū)動采用74LS244總線驅(qū)動器，6路驅(qū)動采用74LS07OC門驅(qū)動器。74LS244輸出經(jīng)300上拉或限流電阻后接至電源，同時，接至數(shù)碼管的各段，控制數(shù)碼管的顯示字符；74LS07輸出經(jīng)1K上拉電阻接至電源，同時接至各位數(shù)碼管的公共端，控制每位數(shù)碼管的顯示時間，實(shí)現(xiàn)動態(tài)掃描。模擬生產(chǎn)線計數(shù)的按鍵信號接至P3.3口。軟件設(shè)計如下：以單片機(jī)內(nèi)部RAM的30H35H單元作為顯示數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，六位數(shù)碼管段碼的獲取及每位數(shù)碼管的顯示時間均由顯示子程序完成；采用定時器中斷方式實(shí)現(xiàn)動態(tài)掃描，每隔20ms掃描一次，每位數(shù)碼管點(diǎn)亮

55、的時間為1ms。單片機(jī)每接收一次按鍵信號即模擬生產(chǎn)線計數(shù)信號，顯示緩沖區(qū)的待顯示數(shù)據(jù)被刷新一次，數(shù)碼管相應(yīng)的顯示數(shù)值也就隨之發(fā)生變化，如連續(xù)按鍵，即可產(chǎn)生計數(shù)數(shù)據(jù)從左至右循環(huán)移動的效果。根據(jù)圖中IO/、與單片機(jī)的連接可知，可以確定命令/狀態(tài)字A口、B口、C口、計數(shù)值低8位存放器及高6位和方式存放器地址分別為：0100H、0101H、0102H、0103H、0104H、0105H 。3.3 鍵盤、顯示器組合接口 根據(jù)鍵盤和顯示器的工作原理，可將二者組合與單片機(jī)接口。這樣既可簡化接口電路，節(jié)省單片機(jī)的I/O線，向時掃描程序可交替工作。提高程序執(zhí)行效率。在鍵盤掃描程序中，為消除抖動而要調(diào)用一個延時了

56、程序，約合接口后，可利用調(diào)用顯示子程序來實(shí)現(xiàn)消抖動延時，可到達(dá)一舉兩得的效果。圖3-7是一個采用8155并行擴(kuò)展口構(gòu)成鍵盤、顯示器組合接口電路。圖中設(shè)置了24個鍵，6位七段LED顯示器。如果多使用PC口線，可以增加按鍵，最多可達(dá)；48個鍵。可根據(jù)需要進(jìn)行設(shè)置。 LED顯示器采用共陰極。段選碼由8155PB口提供，位選碼由PA口提供。鍵盤的列輸入由PA口提供，與顯示器的位選輸入公用，行輸入由PCOPC3提供。顯然，因?yàn)殒I盤與顯示器公用了PA口，比單獨(dú)接口節(jié)省了一個I/O口。圖3-7 通過擴(kuò)展8155I/O口控制的8位LED動態(tài)顯示接口第四章 定時器及繼電器的簡介4.1 MOS芯片146818的介

57、紹 MCl46818是MOTOROLA公司生產(chǎn)的CMOS實(shí)時時鐘/日歷專用芯片。該片不僅可以提供100年日歷，而且具有一定程度的編程能力，因而得到廣泛的應(yīng)用。MCl46818具有以下主要特點(diǎn)： 1具有10個時標(biāo)存放器、4個編程和狀態(tài)存放器和50個字節(jié)的靜態(tài)RAM， 2可選用三種時鐘頻率； 3可選用二進(jìn)制或BCD碼表示時間和日歷； 4可編程方波輸出；5三種獨(dú)立的可編程中斷。146818是24引腳雙列直插集成電路芯片。引腳配置見圖4-1。圖4-1 MC146818外形圖Vcc：電源正極Vss：地OSC1，OSC2：時鐘輸入CKOUT：時鐘輸出，可輸出基準(zhǔn)時鐘信號，或?qū)⑵?分放后輸出。引腳信號狀態(tài)。

58、輸出頻率取決于CKFS引腳信息狀態(tài)CKFS：控制輸出時鐘頻率。當(dāng)CKFS為高電平，輸出基準(zhǔn)時鐘頻率。當(dāng)為低電平，將基準(zhǔn)時鐘OSC14分頻輸出。SQW：編程方波輸出。輸出方波頻率由存放器A /D2-A/D0AD7-AD0：數(shù)據(jù)/地址復(fù)用線。AS：地址鎖存。DS：數(shù)據(jù)選通。R/：讀/寫信號。：片選使能。 ：中斷請求，任何一種中斷產(chǎn)生，使該引腳信號變低。讀取狀態(tài)存放器B可去除此信號。 ：復(fù)位信號，復(fù)位時不影響時鐘、日歷和操作，僅使局部存放器位清“0”。PS：電源檢測。該引腳變?yōu)榈碗娖綍r，表示實(shí)時時鐘斷電。MC146818的10個時標(biāo)存放器和4個編程狀態(tài)占用存放器地址00H-0DH。時標(biāo)存放器是由時實(shí)

59、時鐘計時，4個編程狀態(tài)反映計時狀態(tài)。4.2 8031與MC146818的接口電路MC146818與MCS-51系列單片機(jī)接口的常規(guī)設(shè)計電路如圖4-2所示。圖4-2 MC146818與8031的接口電路 固態(tài)繼電器的介紹固態(tài)繼電器SOLIDSTATE RELAYS，簡寫成“SSR，是一種全部由固態(tài)電子元件組成的新型無觸點(diǎn)開關(guān)器件，它利用電子元件如開關(guān)三極管、雙向可控硅等半導(dǎo)體器件的開關(guān)特性，可到達(dá)無觸點(diǎn)無火花地接通和斷開電路的目的，因此又被稱為“無觸點(diǎn)開關(guān)，由于它的無觸點(diǎn)工作特性，使其在許多領(lǐng)域的電控及計算機(jī)控制方面得到日益廣范的應(yīng)用。.1 固體繼電器的工作原理SSR按使用場合可以分成交流型和直

60、流型兩大類，它們分別在交流或直流電源上做負(fù)載的開關(guān)，不能混用。圖4-3 SSR的結(jié)構(gòu)框圖圖4-4 SSR的電路圖 直流型的SSR與交流型的SSR相比，無過零控制電路，也不必設(shè)置吸收電路，開關(guān)器件一般用大功率開關(guān)三極管，其它工作原理相同。固態(tài)繼電器的特點(diǎn)SSR成功地實(shí)現(xiàn)了弱電信號Vsr對強(qiáng)電輸出端負(fù)載電壓的控制。由于光耦合器的應(yīng)用，使控制信號所需的功率極低約十余毫瓦就可正常工作，而且Vsr所需的工作電平與TTL,HTL,CMOS等常用集成電路兼容，可以實(shí)現(xiàn)直接聯(lián)接。這使SSR在數(shù)控和自控設(shè)備等方面得到廣泛應(yīng)用。在相當(dāng)程度上可取代傳統(tǒng)的“線圈-簧片觸點(diǎn)式繼電器簡稱“MER。SSR由于是全固態(tài)電子元