畢業(yè)設(shè)計(jì)---采用單片機(jī)控制的風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)

1、<p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　引言1 </b></p><p><b>　　第一章 概述2</b></p><p>　　1.1 課題來源2</p><p>　　1.2 系統(tǒng)簡述3</p><p&

2、gt;　　第二章 8031單片機(jī)系統(tǒng)簡介7 </p><p>　　2.1 8031引腳描述7</p><p>　　2.2 存儲(chǔ)器配置9</p><p>　　2.3 中央處理器10</p><p>　　2.4 復(fù)位狀態(tài)及復(fù)位電路11</p><p>　　2.5 系統(tǒng)的地址譯碼 11</p&g

3、t;<p>　　2.6 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器12</p><p>　　2.7 中斷系統(tǒng)13</p><p>　　第三章 8031單片機(jī)最小應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)16</p><p>　　3.1 EPROM（2764）16</p><p>　　3.2 RAM（6264）16</p><p>　　3.3

4、 ADC0809逐次逼近式8位A/D轉(zhuǎn)換器16</p><p>　　3.4 8255A可編程并行接口19</p><p>　　3.5 74LS138譯碼器24</p><p>　　3.6 74LS373八D鎖存器25</p><p>　　3.7 74LS123再觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器26</p><p&g

5、t;　　3.8 555定時(shí)器27</p><p>　　第四章 8031單片機(jī)的擴(kuò)展29</p><p>　　4.1 程序存儲(chǔ)器的擴(kuò)展 29</p><p>　　4.2 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的擴(kuò)展30</p><p>　　4.3 并行I/O口的擴(kuò)展30</p><p>　　4.4 顯示接口電路32</

6、p><p>　　第五章 部分硬件電路的設(shè)計(jì)34</p><p>　　5.1 “看門狗”電路34</p><p>　　5.2 分頻電路35</p><p>　　5.3 模擬量輸入電路36</p><p>　　5.4 精密電源 36</p><p>　　5.5 光電隔離工作電

7、路37</p><p>　　5.6 時(shí)鐘產(chǎn)生電路38</p><p>　　第六章 抗干擾問題39</p><p>　　第七章 軟件設(shè)計(jì)40</p><p>　　7.1 程序流程圖41</p><p>　　7.2 程序46</p><p><b>　　結(jié) 論

8、54</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)55</b></p><p><b>　　附 錄56</b></p><p><b>　　謝 辭57</b></p><p><b>　　引 言</b></p>

9、<p>　　電力在現(xiàn)實(shí)生活中占主導(dǎo)地位，但是受客觀環(huán)境的限制，有些地區(qū)根本無法實(shí)現(xiàn)電業(yè)的發(fā)展和建設(shè)。為了彌補(bǔ)傳統(tǒng)電力的不足，我們?cè)O(shè)計(jì)了風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)。</p><p>　　此系統(tǒng)就是利用風(fēng)和光兩種自然能源相互補(bǔ)充發(fā)電，由太陽能電池板與風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)電，經(jīng)蓄電池充電，給負(fù)載供電的一種新型能源。它既不消耗任何礦物燃料，又完成了對(duì)自然能源的合理利用。此系統(tǒng)可以應(yīng)用于微波通訊、基站、電臺(tái)、野外活動(dòng)、高速公路、

10、無電扇區(qū)、村莊、海島的電力提供。而且為了適應(yīng)偏遠(yuǎn)地區(qū)不便利的地理環(huán)境。風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電控制系統(tǒng)幾乎完成了智能化，免維護(hù)。尤其適合在內(nèi)蒙古風(fēng)力大的偏遠(yuǎn)山區(qū)。</p><p>　　本次設(shè)計(jì)就是對(duì)風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)的詳細(xì)介紹。設(shè)計(jì)中對(duì)整個(gè)發(fā)電系統(tǒng)作了簡要介紹，但對(duì)系統(tǒng)所用的單片機(jī)、其他芯片及附加電路作了詳細(xì)介紹。并介紹了系統(tǒng)中的抗干擾措施。最后介紹了系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)。</p><p>　　由于我所學(xué)知識(shí)

11、和時(shí)間有限，設(shè)計(jì)中有不少漏洞和不足，敬請(qǐng)老師給與批評(píng)和指正。謝謝。</p><p><b>　　第一章 概 述</b></p><p>　　在我們的日常生活中，所用電力幾乎都是由傳統(tǒng)的電力提供的，但是受到外界環(huán)境限制，它并不能遍及每一個(gè)用電領(lǐng)域。于是我們需要開發(fā)新的獨(dú)立的供電系統(tǒng)。</p><p><b>　　1.1 課題來源&

12、lt;/b></p><p>　　在當(dāng)今世界，電已經(jīng)成為人們生活中最常用的動(dòng)力來源，隨著人們生活水平的不斷提高和技術(shù)進(jìn)步，人們對(duì)電的依賴越來越強(qiáng)。無論是農(nóng)業(yè)、工業(yè)還是新型的第三產(chǎn)業(yè)，用電量都在逐年增加，幾乎可以說，沒有電能，人民的生活將陷入高度的無秩序狀態(tài)。</p><p>　　也正是因?yàn)殡娏υ谌藗兊纳钪姓嫉谋戎卦絹碓酱螅攀沟萌藗兩畹牡貐^(qū)差異表現(xiàn)的越來越明顯。因?yàn)槲覀冎溃瑐鹘y(tǒng)

13、的電力行業(yè)以消耗煤等礦物燃料為主，生產(chǎn)過程中科學(xué)技術(shù)的要求也比較高，隨之帶來的環(huán)境污染也比較嚴(yán)重。這就使得有些根本不具備發(fā)展傳統(tǒng)電力的條件。比如說，我們知道我國的能源分布具有很大的不均衡性，有些偏遠(yuǎn)地區(qū)，如農(nóng)牧區(qū)、山區(qū)、沿海以及島嶼等地，部隊(duì)的邊防哨所、郵電通訊的中繼站、公路和鐵路的信號(hào)站、地質(zhì)勘探和野外考察的工作站，都需要低成本、高可靠性的獨(dú)立電源系統(tǒng)，但是因?yàn)榈胤缴细揪蜎]有礦物燃料的存儲(chǔ)，甚至因?yàn)榈貐^(qū)偏遠(yuǎn)，對(duì)于燃料的運(yùn)輸都幾乎不可

14、能；而還有些地區(qū)，則由于人力資源不豐富，長時(shí)間以來也一直很難建設(shè)自己的電力事業(yè)，也就限制和制約了許多用電行業(yè)的的發(fā)展；當(dāng)然越來越嚴(yán)重的環(huán)境污染問題，也不由得讓我們?cè)陔娏Φ慕ㄔO(shè)發(fā)展上小心又謹(jǐn)慎。這種種情況造成了我國許多地方的人民，在日常生活中長期承受著電力缺少的困難。</p><p>　　從這些客觀的條件中我們可以看出，在遠(yuǎn)離電網(wǎng)的地區(qū)，建立獨(dú)立供電系統(tǒng)成為人們最需要的電源。哪種獨(dú)立電源最合理，這是人們一直在研究和

15、探討的問題。如今我們發(fā)現(xiàn)風(fēng)和光等自然能源，在部分地區(qū)很豐富，而且這些能源清潔無污染，取之不盡，用之不竭，對(duì)它們的合利用既可以節(jié)省礦物燃料，又能給人們帶來很大方便，是理想的能源。于是智能化風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電控制系統(tǒng)就應(yīng)用而生了。</p><p>　　風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電控制系統(tǒng)就是利用風(fēng)和光兩種自然能源相互補(bǔ)充發(fā)電，在不消耗任何礦物燃料的情況下提供可靠的免費(fèi)電力，為農(nóng)牧區(qū)、山區(qū)、沿海以及島嶼等邊遠(yuǎn)地區(qū)的人民解決缺少電力的困境。它

16、的工作原理很簡單，就是永磁交流發(fā)電機(jī)，利用風(fēng)能發(fā)出三項(xiàng)交流電；光電池板則在太陽能的照射下，自動(dòng)的將太陽能轉(zhuǎn)化為電能。二者所發(fā)的電共同為蓄電池供電。其間微機(jī)控制系統(tǒng)是整個(gè)發(fā)電系統(tǒng)的核心部件，它完成對(duì)系統(tǒng)的監(jiān)測、報(bào)警、信號(hào)傳輸以及問題處理、自動(dòng)維護(hù)等工作，也就是讓整個(gè)系統(tǒng)幾乎實(shí)現(xiàn)了智能化。</p><p><b>　　1.2 系統(tǒng)簡述</b></p><p>　　風(fēng)光互

17、補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)中，為了實(shí)現(xiàn)智能化，為了保證蓄電池既不過充，也不過放，系統(tǒng)設(shè)置了蓄電池電壓控制系統(tǒng)；對(duì)于繼電器在指令執(zhí)行后，是否按要求動(dòng)作，系統(tǒng)設(shè)置了繼電器動(dòng)作檢測，并且對(duì)故障狀態(tài)設(shè)置了報(bào)警顯示電路，為了讓單片機(jī)8031在執(zhí)行程序后能正常復(fù)位，系統(tǒng)設(shè)置了‘看門狗’電路，等等。不只在電路設(shè)計(jì)上這樣，在參數(shù)選擇上也有講究，比如說，在系統(tǒng)設(shè)置經(jīng)濟(jì)合理，簡單明了的前提下，系統(tǒng)選擇了6—Q—90型號(hào)的蓄電池，因?yàn)樗亓枯p，體積小，而且充放電循

18、環(huán)次數(shù)多，也就是說電池的使用壽命長；繼電器選擇JTX—1型的小型繼電器，大大減少了系統(tǒng)總重量和占地面積。下面對(duì)系統(tǒng)作簡要介紹。系統(tǒng)的原理方框圖如下</p><p>　　圖1-1風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)原理圖</p><p>　　從圖中我們可以看出，它的主要組成設(shè)備有：</p><p>　?。?）風(fēng)力發(fā)電機(jī)：采用200W永磁交流發(fā)電機(jī)</p><p>

19、<b>　　風(fēng)機(jī)特點(diǎn)：</b></p><p>　?。ˋ）具有特別適合大多內(nèi)陸地區(qū)低風(fēng)速、時(shí)發(fā)電特性好、發(fā)電量大的特點(diǎn)。</p><p>　　（B）具有機(jī)械、電子剎車裝置，可以確保在高風(fēng)速時(shí)，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定控制在安全可靠的范圍內(nèi)，使最高輸出電壓成為安全可控的電壓。</p><p>　?。?）太陽能光電池板：采用100W/14V 0.6㎡的硅光電

20、池，它能將太陽能轉(zhuǎn)化為電能，屬于一種半導(dǎo)體元件，它的特點(diǎn)如下：</p><p>　?。ˋ）它是轉(zhuǎn)換效率高達(dá)15%的單晶硅太陽能電池板。</p><p>　?。˙）具有抗風(fēng)、防潮、工作穩(wěn)定、無需維護(hù)等特點(diǎn)。</p><p><b>　　其結(jié)構(gòu)圖如下：</b></p><p>　　圖1-2 光電池板結(jié)構(gòu)圖</p>

21、<p>　　它實(shí)質(zhì)上是一個(gè)大面積的半導(dǎo)體PN結(jié)，用單晶硅制成，分為ZCR和ZDR兩種類型。其中ZCR硅光電池以N型單晶硅制造，ZDR以P型單晶硅制造，其工作原理是光生伏特效應(yīng)，即在熱平衡條件下PN結(jié)能夠彎曲，在熱勢壘區(qū)內(nèi)電場的方向由N指向P。當(dāng)有光照時(shí)，可以把自己的能量傳給價(jià)帶中的電子，使得電子獲得足夠的能量，從價(jià)帶中跳到導(dǎo)帶，即從束縛狀態(tài)變?yōu)樽杂蔂顟B(tài)，與此同時(shí)，在價(jià)帶中產(chǎn)生空穴，在結(jié)的勢壘區(qū)內(nèi)產(chǎn)生光生電子、空穴時(shí)，它們會(huì)

22、被結(jié)電場拉開：電子被推到N區(qū)，空穴被推到P區(qū)，由于電子和空穴在N區(qū)和P區(qū)積累，N區(qū)和P區(qū)兩端就產(chǎn)生了電動(dòng)勢，即產(chǎn)生電流。</p><p><b>　　（3）鉛酸蓄電池：</b></p><p>　　規(guī)格：90安時(shí) 12伏</p><p>　　蓄電池的選擇要求：重量輕、體積小、能量轉(zhuǎn)換率高、自放電慢、充放電循次數(shù)多（即使用壽命長）等。其次，還

23、有些特殊要求如低溫時(shí)能大電流放電、維護(hù)簡單或無需維護(hù)、自放電（析氫）特別慢等。</p><p>　　圖1-3 蓄電池型號(hào)</p><p>　　本系統(tǒng)選擇6—Q—90型鉛酸蓄電池兩塊串聯(lián)，該電池用直流電源充電，因而風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)出的交流三相電應(yīng)該經(jīng)過整流后供給電池。</p><p>　　為了避免蓄電池過充過放將蓄電池的電壓控制在20～24～28V之間。</p&g

24、t;<p><b>　　（4）微機(jī)控制系統(tǒng)</b></p><p>　　微機(jī)控制系統(tǒng)是整個(gè)設(shè)計(jì)的核心內(nèi)容。它是整個(gè)系統(tǒng)安全運(yùn)行的基本保證。另外本系統(tǒng)受應(yīng)用環(huán)境的要求，本身就要求實(shí)現(xiàn)免維護(hù)。所以無論從硬件系統(tǒng)還是軟件系統(tǒng)都要對(duì)系統(tǒng)有保護(hù)作用。例如在本系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)中有蓄電池電壓控制，因?yàn)橹绷鞒潆姷男铍姵?，要求電壓控制?0～24～28V之間，才能安全使用，不至于被燒壞。所以電壓控制

25、用來保證其既不過充又不過放；繼電器工作要求是：在接受到指令后，要按指令要求來動(dòng)作。而且一旦出錯(cuò)就要有報(bào)警顯示。為了實(shí)現(xiàn)繼電器正常工作，系統(tǒng)設(shè)有繼電器動(dòng)作檢測，并對(duì)故障狀態(tài)設(shè)有報(bào)警顯示；為了保證整個(gè)系統(tǒng)工作的正常，執(zhí)行動(dòng)作正確，系統(tǒng)對(duì)ADC0809的轉(zhuǎn)換也設(shè)有轉(zhuǎn)換結(jié)果正確與否的檢測，并在ADC0809不正常工作時(shí)報(bào)警顯示；由于8031芯片執(zhí)行EPROM內(nèi)程序時(shí)，為保證程序在故障死機(jī)后，能使8031正常復(fù)位，系統(tǒng)又設(shè)有“看門狗”電路等等。整

26、個(gè)系統(tǒng)是一個(gè)嚴(yán)密完整的智能化系統(tǒng)，使用起來方便。</p><p>　　由系統(tǒng)框圖可以看出，風(fēng)力發(fā)電與太陽能光電池板發(fā)電，共同給蓄電池供電（為直流）。此時(shí)風(fēng)力發(fā)電機(jī)、太陽能電池板和蓄電池又共同為直流負(fù)載供電（風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)出的電經(jīng)過三相整流后便為直流）。微型單片機(jī)系統(tǒng)對(duì)蓄電池兩端電壓進(jìn)行檢測：若蓄電池過充，則使繼電器1C動(dòng)作，接通泄載電路，不再為蓄電池供電；若檢測結(jié)果是蓄電池過放，則使繼電器2C動(dòng)作，斷開負(fù)載電路，不

27、再為負(fù)載供電，而給蓄電池充電。為保護(hù)人為地誤操作給系統(tǒng)帶來不利，我們又增加了二極管D1、D2和D3，它們的作用如下：</p><p>　　D1的作用是三相整流的二極管組。因?yàn)樾铍姵毓╇娨笾绷麟妷骸６L(fēng)力發(fā)電機(jī)所發(fā)的是三相交流電。為了把交流電能轉(zhuǎn)換為直流電能，增設(shè)的三相整流二極管組。</p><p>　　D2的作用是防止泄載時(shí)蓄電池也在泄電流。</p><p>　　

28、D3的作用是防止在光電板內(nèi)產(chǎn)生倒向電流，使得光電板遭到破壞。</p><p>　　綜上所述，系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)是非常合理的，因此也就決定了它有很多特點(diǎn)，比方說：</p><p><b>　　★ 獨(dú)立供電</b></p><p><b>　　★ 安裝方便</b></p><p><b>　　★

29、無人值守</b></p><p><b>　　★ 維護(hù)量少</b></p><p><b>　　★ 搬遷方便</b></p><p>　　★ 一次性投資，免交電費(fèi)</p><p>　　★ 無污染，屬于環(huán)保能源</p><p>　　這些都使得它比同樣的發(fā)電系統(tǒng)有了很

30、大優(yōu)勢，同時(shí)智能化風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電控制的使用范圍也很廣，例如：</p><p>　　★ 適應(yīng)于偏遠(yuǎn)地區(qū)無法供電的場所。</p><p>　　★ 適用于無人職守用電設(shè)備的供電。</p><p>　　★ 適用于中小型供電場所（100W—200W）。</p><p>　　★ 在有電池房的條件下，可以工作在零上40度、零下40度，濕度可達(dá)0—95%，瞬間

31、承受風(fēng)力達(dá)12級(jí)。</p><p>　　★ 在中小型供電時(shí)與普通拉線方式相比有著明顯的優(yōu)勢。</p><p>　　★ 本系統(tǒng)為純綠色能源系統(tǒng)。</p><p>　　太陽能電池組件與風(fēng)力發(fā)電機(jī)有機(jī)地組配成一個(gè)系統(tǒng)，可充分發(fā)揮各自的特性和優(yōu)勢，最大限度的利用好大自然賜予的風(fēng)能和太陽能。對(duì)于用電量大、用電要求高，而風(fēng)能資源和太陽能資源又較豐富的地區(qū)，風(fēng)光互補(bǔ)供電無疑是一種

32、最佳選擇。這些優(yōu)點(diǎn)正是傳統(tǒng)電力所無法滿足的要求，所以說智能化風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電控制系統(tǒng)是一種補(bǔ)充傳統(tǒng)電力不足的理想發(fā)電系統(tǒng)。接下來的文章中，我們對(duì)系統(tǒng)的工作原理、硬件組成及各自工作情況、軟件設(shè)計(jì)等方面作詳細(xì)的介紹。</p><p>　　第二章 8031單片機(jī)系統(tǒng)簡介</p><p>　　單片機(jī)是一種高度集成的芯片，它的內(nèi)容是一臺(tái)完整的微型計(jì)算機(jī)。由于體積小，使得它在計(jì)算機(jī)外部設(shè)備，過程及工業(yè)控

33、制設(shè)備等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。單片機(jī)是按工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的，所以它有很好的環(huán)境適應(yīng)能力和抗干擾能力。有很好的可靠性。</p><p>　　目前世界上常用的單片機(jī)有8051、MC6805、和MPD7811系列。本設(shè)計(jì)主要采用8031單片機(jī)作為微機(jī)控制的核心。</p><p>　　2.1 8031單片機(jī)的組成</p><p>　　8031型號(hào)的單片機(jī)屬于單片機(jī)MCS-51系列，為

34、CMOS芯片。它的內(nèi)部只有128字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM），而無程序存儲(chǔ)器（ROM）。</p><p>　　8031單片機(jī)是在一塊芯片上集中了CPU、RAM，定時(shí)器/計(jì)數(shù)器和多功能的I/O線等計(jì)算機(jī)所需要的基本功能部件。他們都是通過片內(nèi)單一總線連接而成。其基本結(jié)構(gòu)依然是通用CPU加上外圍芯片的結(jié)構(gòu)模式，但在功能單元的控制上卻有了很大的變化。采用了特殊功能寄存器（SFR）的集中控制方法。</p>&l

35、t;p>　　8031單片機(jī)包含下列部件：</p><p>　　(1)一個(gè)微處理器（CPU）</p><p>　　(2)一個(gè)片內(nèi)震蕩器 </p><p>　　(3)128字節(jié)RAM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器</p><p>　　(4)兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器</p><p><b>　　(5)特殊寄存器</b>

36、;</p><p>　　(6)32條可編程的I/O端口</p><p>　　(7)一個(gè)可編程的全雙工的串行口</p><p>　　(8)具有五個(gè)中斷兩個(gè)優(yōu)先級(jí)嵌套中斷結(jié)構(gòu)</p><p>　　8031是標(biāo)準(zhǔn)的40腳雙列直插式集成電路芯片，有些引腳具有兩種功能。下面介紹8031的引腳功能和P3口的第二功能。</p><p&g

37、t;　　下圖為8031的引腳分布圖：</p><p>　　圖2-1 8031引腳分布圖</p><p><b>　　引腳功能如下：</b></p><p>　　P0口（39～32）：雙向I/O口，既可以做地址/數(shù)據(jù)總線口，也可以作普通I/O口用（此時(shí)為準(zhǔn)雙向口）。</p><p>　　P1口（1～8）：準(zhǔn)雙向通用I/

38、O口。</p><p>　　P2口（21～28）：既可做地址總線口輸出地址高8位，也可以作普通I/O口用（此時(shí)為準(zhǔn)雙向口）。</p><p>　　P3口（10～17）：雙功能口，既可以作普通I/O口（此時(shí)為準(zhǔn)雙向口），也可以按每位的定義實(shí)現(xiàn)第二功能操作。如表（2-1）所示：</p><p>　?。?0）：ALE是地址鎖存允許信號(hào)。它的基本作用是把CPU從P0口分時(shí)送

39、出的地址低8位字節(jié)鎖存在一個(gè)外加的鎖存器中。此外由于ALE是以晶振1/6的固定頻率輸出的正脈沖（在不訪問外存時(shí)也這樣），可以做系統(tǒng)中其它芯片的時(shí)鐘源。</p><p>　　RST/VPD（9）：RST為復(fù)位信號(hào)。當(dāng)輸入的復(fù)位信號(hào)延續(xù)2個(gè)機(jī)器周期以上的高電平即可完成單片機(jī)的復(fù)位初始化的操作。第二功能VPD為掉電保護(hù)備用電源的輸入端。當(dāng)電源發(fā)生故障，電壓降到下限時(shí)，備用電源經(jīng)此端向內(nèi)部RAM提供電壓，以保護(hù)內(nèi)RAM中

40、的信息不丟失。</p><p>　?。?1）：為內(nèi)部和外部程序存儲(chǔ)器選擇線。=0時(shí)，訪問外部ROM0000H～FFFFH；=1時(shí)，地址0000H～0FFFH空間訪問內(nèi)部ROM，地址1000H～FFFFH空間訪問外部ROM。</p><p>　?。?9）：外部程序存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)，低電平有效。</p><p>　　XTAL1（19）和XTAL2（18）：使用內(nèi)部振蕩電

41、路時(shí)，用來外接石英晶體和電容；使用外部時(shí)鐘時(shí)，XTAL2接外部振蕩信號(hào)輸入端，XTAL1接地。</p><p>　　VCC（40）：電源+5V。</p><p>　　VSS（20）：接電源地。</p><p>　　表2-1 P3口的第二功能</p><p>　　8031單片機(jī)的存儲(chǔ)器</p><p>　　單片機(jī)的存儲(chǔ)

42、器有程序存儲(chǔ)器（RAM）與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（ROM），在使用時(shí)是嚴(yán)格區(qū)分的，不得混用。程序存儲(chǔ)器存放指令及常數(shù)、表格等；數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器則存放緩沖數(shù)據(jù)。</p><p><b>　?。?）程序存儲(chǔ)器</b></p><p>　　8031的內(nèi)部沒有程序存儲(chǔ)器，地址從0000H～FFFFH都是外部程序存儲(chǔ)器空間。應(yīng)始終接低電平，使程序只從外部存儲(chǔ)器中取指。</p>&l

43、t;p>　　程序存儲(chǔ)器的操作完全是由程序計(jì)數(shù)器（PC）控制。PC值指向程序操作碼單元，則程序執(zhí)行該指令操作；PC值指向常數(shù)、表格單元，則實(shí)現(xiàn)取數(shù)、查表工作。因此，程序存儲(chǔ)器的操作為程序運(yùn)行與查表操作兩類。</p><p>　　8031單片機(jī)在系統(tǒng)復(fù)位后，PC值為0000H，故從0000H單元開始取值，以執(zhí)行程序，所以系統(tǒng)起始地址為0000H，一般在0000H～0002H單元安排一條轉(zhuǎn)移指令，指向用戶主程序。

44、其原因是在0003H開始的地址區(qū)規(guī)定為8031的5個(gè)中斷源的中斷服務(wù)程序入口。</p><p><b>　?。?）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器</b></p><p>　　數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器用以存放和讀取數(shù)據(jù)，它不能存放和執(zhí)行程序指令。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器在物理上和都可分為兩個(gè)地址空間：內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM）的地址空間為00H～7FH，128B。外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的地址空間

45、為0000H～FFFFH，64KB。由于片內(nèi)外存儲(chǔ)器由不同的指令來訪問，故地址重疊不會(huì)造成操作的混亂。訪問內(nèi)部RAM用MOV類指令，訪問外部RAM用MOVX類指令。</p><p>　　2.3 8031單片機(jī)的中央處理器</p><p>　　MCS-51單片機(jī)內(nèi)的CPU與其它微處理器一樣，是單片機(jī)的指揮和執(zhí)行部件，完成運(yùn)算和控制功能。在邏輯上它是由8位算術(shù)邏輯單元、定時(shí)控制部件及專用寄存

46、器組成。</p><p>　?。?）算術(shù)邏輯單元ALU</p><p>　　MCS-51 的ALU具有對(duì)8位二進(jìn)制信息進(jìn)行加、減、乘、除、比較等算術(shù)運(yùn)算；“與”、“或”、“異貨”等邏輯運(yùn)算及取反、清零、置1等邏輯操作功能，并具有很強(qiáng)的調(diào)用、轉(zhuǎn)移、判斷操作和很強(qiáng)的數(shù)據(jù)傳送功能。</p><p><b>　?。?）內(nèi)部寄存器</b></p&g

47、t;<p>　　MCS-51片內(nèi)包括以下寄存器：</p><p>　　工作寄存器組：MCS-51指定內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中四組8個(gè)字節(jié)存儲(chǔ)單元為工作寄存器，并編號(hào)R0、R1…R7。每組的地址分別為00H～07H，08H～0FH，10H～17和18H～1FH，具體使用哪一組工作寄存器是由軟件對(duì)程序狀態(tài)字的設(shè)計(jì)來決定的。</p><p>　　寄存器A、B：寄存器A即累加器。算術(shù)運(yùn)算中用

48、于存放操作數(shù)和運(yùn)算結(jié)果；在邏輯操作、數(shù)據(jù)傳送等操作中作為源操作數(shù)或目的操作數(shù)。寄存器B主要用于和累加器配合以執(zhí)行乘除運(yùn)算，存放第二個(gè)操作數(shù)。B也可以作為一般的寄存器使用。</p><p>　　數(shù)據(jù)指針DPTR：這是一個(gè)16位寄存器，可以分成兩個(gè)字節(jié)：高字節(jié)DPH和低字節(jié)DPL。其功能是存放16位地址，以指示數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的任何單元。在指令中常用作間接寄存器和基址寄存器。</p><p>　　2

49、.4 8031單片機(jī)的復(fù)位狀態(tài)及復(fù)位電路</p><p>　　單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)工作時(shí)，會(huì)經(jīng)常進(jìn)入復(fù)位狀態(tài)。單片機(jī)的復(fù)位都是靠外部電路實(shí)現(xiàn)的。在時(shí)鐘電路工作后，只要在RESET引腳上出現(xiàn)10ms以上的高電平時(shí)，單片機(jī)便實(shí)現(xiàn)復(fù)位。</p><p>　?。?）寄存器的復(fù)位狀態(tài)</p><p>　　單片機(jī)在RESET引腳有效電平控制下，程序計(jì)數(shù)器PC和特殊功能寄存器的復(fù)位狀

50、態(tài)如下表。單片機(jī)的復(fù)位狀態(tài)不影響片內(nèi)RAM狀態(tài)，只要RESET引腳端保持高電平，單片機(jī)將循環(huán)復(fù)位。在復(fù)位的有效期間，ALE、輸出高電平。</p><p>　　表2-2 寄存器的復(fù)位狀態(tài)</p><p>　　2.5 8031單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的地址譯碼</p><p>　　在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，所有的外圍芯片都是通過總線與單片機(jī)相連。單片機(jī)數(shù)據(jù)總線分時(shí)的與外圍芯片進(jìn)行數(shù)據(jù)

51、傳送。故要進(jìn)行片選控制。片內(nèi)有多個(gè)字節(jié)單元時(shí)，還要進(jìn)行片內(nèi)地址選擇。地址譯碼規(guī)則為：</p><p>　?。?）程序存儲(chǔ)器與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器地址重疊使用；</p><p>　　（2）外圍擴(kuò)展芯片與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器統(tǒng)一編址。它不僅占用數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器地址單元，而且使用數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的讀/寫控制信號(hào)與讀/寫指令。</p><p>　?。?）地址總線寬度為16位，片外程序存儲(chǔ)器與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器可直

52、接尋址范圍各為64K字節(jié)。P2口提供高8位地址（A8～A15），P0口經(jīng)外部鎖存后提供低8位地址（A0～A7）。</p><p>　　由于外圍芯片與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器統(tǒng)一編址，因此，單片機(jī)的硬件設(shè)計(jì)中，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器與外圍芯片的地址譯碼較為復(fù)雜?？刹捎镁€選法和全地址譯碼方法。本設(shè)計(jì)中采用的是譯碼法。譯碼法是通過對(duì)幾根高位地址線進(jìn)行譯碼，由譯碼器的輸出去控制各外圍芯片的片選端。這種譯碼方式可以將地址空間劃分成連續(xù)的若干塊，分別

53、對(duì)應(yīng)各外圍芯片，充分利用了存儲(chǔ)空間。線選法是把單獨(dú)的地址線接到外圍芯片的片選端上，只要該地址線為低電平，就選中該芯片。線選法的優(yōu)點(diǎn)是硬件電路結(jié)構(gòu)簡單，但由于所用的片選線都是高地址線，它們的權(quán)值較大，地址空間沒有充分利用，芯片之間的地址不連續(xù)。</p><p>　　2.6 8031單片機(jī)的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器</p><p>　　MCS-51單片機(jī)內(nèi)部設(shè)有兩個(gè)16位可編程的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，即定時(shí)器

54、/計(jì)數(shù)器1和0，分別用T0、T1表示。它由兩個(gè)特殊功能寄存器TMOD和TCON及T0、T1組成。其中TMOD為模式控制寄存器，主要用來設(shè)置定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的操作模式；TCON為控制寄存器，主要用來控制定時(shí)器的啟動(dòng)與停止。兩個(gè)16位的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T0和T1均可以分成2個(gè)獨(dú)立的8位計(jì)數(shù)器即TH0、TL0、TH1、TL1，它們用于存定時(shí)或計(jì)數(shù)的初值。它們是一個(gè)加1的計(jì)數(shù)器。</p><p>　　TMOD：定時(shí)器/計(jì)數(shù)器

55、模式控制寄存器</p><p>　　圖2-2 方式控制寄存器格式及功能說明圖</p><p>　　GATE：門控位，用來控制定時(shí)器啟動(dòng)操作方式。</p><p>　　當(dāng)GATE=0時(shí)，定時(shí)器只由軟件控制位TR0或TR1來控制啟停。Tri位為1，定時(shí)器啟動(dòng)開始工作；為0時(shí)，定時(shí)器停止工作。</p><p>　　當(dāng)GATE=1時(shí)，定時(shí)器的啟動(dòng)要

56、由外部中斷引腳和Tri位共同控制。只有當(dāng)外部中斷引腳或?yàn)楦邥r(shí)，TR0或TR1置1才能啟動(dòng)定時(shí)器工作。</p><p>　?。汗δ苓x擇位。當(dāng)=0時(shí)設(shè)置為定時(shí)器工作方式；計(jì)數(shù)脈沖由內(nèi)部提供，計(jì)數(shù)周期等于機(jī)器周期。當(dāng)=1設(shè)置為計(jì)數(shù)器工作方式，計(jì)數(shù)脈沖為外部引腳T0或T1引入的外部脈沖信號(hào)。</p><p>　　M0 M1：操作模式控制位，2位可形成4種編碼，對(duì)應(yīng)于4種操作模式。4種模式定義如下

57、表：</p><p>　　表2-3 操作模式控制表</p><p>　　TF1和TF0：分別為定時(shí)器1和定時(shí)器0溢出標(biāo)志。</p><p>　　當(dāng)定時(shí)器計(jì)滿產(chǎn)生溢出時(shí)，由硬件自動(dòng)置“1”，并可申請(qǐng)中斷。進(jìn)入中斷服務(wù)程序后，由硬件自動(dòng)清0。這兩位也可作為程序查詢的標(biāo)志位，在查詢方式下應(yīng)由軟件來清0。</p><p>　　TR1和TR0：為定時(shí)器

58、1和定時(shí)器0的啟動(dòng)控制位。當(dāng)由軟件使Tri清0而停止定時(shí)器的工作。定時(shí)器啟動(dòng)時(shí)該位應(yīng)置“1”。</p><p>　　IE1和IE0：為外部中斷1和外部中斷0的中斷請(qǐng)求標(biāo)志位。</p><p>　　IT1和IT0：為外部中斷1和外部中斷0的觸發(fā)方式選擇位。ITi設(shè)置為“0”時(shí)為電平觸發(fā)方式；設(shè)置為“1”時(shí)為邊沿觸發(fā)方式。</p><p>　　2.7 8031單片機(jī)的

59、中斷</p><p>　　8031中斷系統(tǒng)包括中斷源、中斷允許寄存器IE、中斷優(yōu)先級(jí)寄存器IP、中斷矢量等。MCS-51有5個(gè)中斷源，包括兩個(gè)外部中斷源和三個(gè)內(nèi)部中斷源。分別為：外部中斷請(qǐng)求0（INT0）、外部中斷請(qǐng)求1（INT1）、內(nèi)部定時(shí)器0（T0）、內(nèi)部定時(shí)器1（T1）和內(nèi)部串行口。它們可以分為2個(gè)優(yōu)先級(jí)，其中每一個(gè)中斷源的優(yōu)先級(jí)都可用程序排定。</p><p>　　5個(gè)中斷源能否得

60、到響應(yīng)，受允許中斷寄存器IE中各位控制；它們的優(yōu)先級(jí)分別由中斷優(yōu)先級(jí)寄存器IP的各位確定；統(tǒng)一優(yōu)先級(jí)內(nèi)的各中斷源同時(shí)要求中斷時(shí)，還要靠內(nèi)部的查詢邏輯來確定響應(yīng)的次序。不同的中斷源有不同的中斷矢量。</p><p>　　(1) IE (中斷允許寄存器) 控制字</p><p>　　IE在特殊功能寄存器中的地址為A8H。它的格式以及各位的功能說明如下：</p><p>

61、;　　圖2-3 中斷控制寄存器IE格式及功能說明圖</p><p>　?。?）IP（中斷優(yōu)先寄存器）控制字</p><p>　　圖2-4 中斷優(yōu)先寄存器 IP格式及功能說明圖</p><p>　　(3) 同級(jí)中斷優(yōu)先級(jí)</p><p>　　中斷源 中斷優(yōu)先級(jí)</p><p&

62、gt;　　1) 外部中斷 0 最高</p><p>　　2) 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 T0中斷</p><p>　　3) 外部中斷 1</p><p>　　4) 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 T1中斷</p><p><b>　　5) 串行口中斷</b&

63、gt;</p><p>　　6) 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 T2中斷 最低</p><p>　　各中斷源對(duì)應(yīng)中斷服務(wù)程序首地址如下：</p><p>　　中斷源入口地址</p><p>　　外中斷0 0003H</p><p>　　T0中斷 000BH<

64、/p><p>　　外中斷1 0013H</p><p>　　T1中斷 001BH </p><p>　　第三章 8031單片機(jī)最小應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>　　3.1 EPROM2764</p><p>　　8031是片內(nèi)無程序存儲(chǔ)器

65、的供應(yīng)狀態(tài)芯片，因此，其最小應(yīng)用系統(tǒng)必須在片外擴(kuò)展存儲(chǔ)器。本設(shè)計(jì)使用的片外存儲(chǔ)器為EPROM。</p><p>　　外接程序存儲(chǔ)器的地址線A8～A15由P2口提供，A0～A7由P0口通過地址鎖存器提供。</p><p>　　地址鎖存器的鎖存信號(hào)為ALE。指令數(shù)據(jù)由P0口讀入。</p><p>　　程序存儲(chǔ)器的取指信號(hào)為。</p><p>　　

66、3.2 RAM6264</p><p>　　6264是8KB的靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器芯片。采用CMOS工藝制造，單一+5V供電，為28腳雙列直插式封裝。</p><p>　　外接數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的地址線A8～A15由P2口提供，A0～A7由P0口通過地址鎖存器提供。</p><p>　　3.3 ADC0809逐次逼近式8位A/D轉(zhuǎn)換器</p><p&g

67、t;　　ADC0809是8路模擬輸入的8位模數(shù)轉(zhuǎn)換器，逐次逼近式CMOS芯片，28線雙列直插式封裝。</p><p>　　芯片的主要部分是一個(gè)8位逐次比較式A/D轉(zhuǎn)換器和8位模擬轉(zhuǎn)換電路。轉(zhuǎn)換器以8個(gè)時(shí)鐘周期的時(shí)間完成一位轉(zhuǎn)換值，在64個(gè)脈沖后完成8位的轉(zhuǎn)換，時(shí)鐘由外電路提供，典型頻率為640KHz，8路模擬開關(guān)由3位二進(jìn)制信息控制，以完成對(duì)某一路模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換得到的數(shù)字信號(hào)鎖存在內(nèi)部的輸出鎖存器中，由輸出允

68、許信號(hào)選通鎖存器即可在輸出線上得到轉(zhuǎn)換結(jié)果數(shù)據(jù)。</p><p><b>　　主要特性</b></p><p>　　電源電壓 　﹢5V</p><p>　　分辨率 8位 </p><p>　　時(shí)鐘頻率 640kHz</

69、p><p>　　轉(zhuǎn)換時(shí)間 100μｓ</p><p>　　未經(jīng)調(diào)整誤差 1/2LSB和1LSB</p><p>　　模擬量輸入電壓范圍 0～5V</p><p>　　功耗 15Mw</p><p><b>　　2．內(nèi)部結(jié)構(gòu) </b&

70、gt;</p><p>　　圖3-1　ADC0809內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖</p><p>　　ADC0809是CMOS單片型逐次逼近式A／D轉(zhuǎn)換器，內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3-1所示，它由8路模擬開關(guān)、地址鎖存與譯碼器、比較器、8位開關(guān)樹型D／A轉(zhuǎn)換器、逐次逼近寄存器、三態(tài)輸出鎖存器等其它一些電路組成。因此，ADC0809可處理8路模擬量輸入，且有三態(tài)輸出能力，既可與各種微處理器相連，也可單獨(dú)工作。輸入輸出與

71、TTL兼容。 3．外部特性（引腳功能） ADC0809芯片有28條引腳，采用雙列直插式封裝，如圖3-2所示。下面說明各引腳功能。 　　IN0～I(xiàn)N7：8路模擬量輸入端?！　?-1～2-8：8位數(shù)字量輸出端?！　DDA、ADDB、ADDC：3位地址輸入線，用于選通8路模擬輸入中的一路。</p><p>　　ALE：地址鎖存允許信號(hào)，輸入，高電平有效。 　　START： A／D轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)，輸入

72、，高電平有效。 　　EOC： A／D轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)，輸出，當(dāng)A／D轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，此端輸出一個(gè)高電平（轉(zhuǎn)換期間一直為低電平）。 　　OE：數(shù)據(jù)輸出允許信號(hào)，輸入，高電平有效。當(dāng)A／D轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，此端輸入一個(gè)高電平，才能打開輸出三態(tài)門，輸出數(shù)字量。</p><p>　　圖3-2 　ADC0809引腳圖 </p><p>　　CLK：時(shí)鐘脈沖輸入端。要求時(shí)鐘頻率不高于640KHZ。 　　REF

73、（+）、REF（-）：基準(zhǔn)電壓。 　　Vcc：電源，單一＋5V。 　　GND：地。 表3-1 ADC 0809地址譯碼與通道的關(guān)系</p><p>　　ADC 0809通過引腳IN0, IN1,…, IN7可輸入8路單邊模擬輸入電壓。ALE將3位地址線ADDA,ADDB,ADDC進(jìn)行鎖存,然后由譯碼器選通8路中的一路進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。地址譯碼與對(duì)應(yīng)通道的關(guān)系如表(3-1)

74、所示。</p><p>　　ADC0809的工作過程是：首先輸入3位地址，并使ALE=1，將地址存入地址鎖存器中。此地址經(jīng)譯碼選通8路模擬輸入之一到比較器。START上升沿將逐次逼近寄存器復(fù)位。下降沿啟動(dòng) A／D轉(zhuǎn)換，之后EOC輸出信號(hào)變低，指示轉(zhuǎn)換正在進(jìn)行。直到A／D轉(zhuǎn)換完成，EOC變?yōu)楦唠娖剑甘続／D轉(zhuǎn)換結(jié)束，結(jié)果數(shù)據(jù)已存入鎖存器，這個(gè)信號(hào)可用作中斷申請(qǐng)。當(dāng)OE輸入高電平時(shí)，輸出三態(tài)門打開，轉(zhuǎn)換結(jié)果的數(shù)字量

75、輸出到數(shù)據(jù)總線上。</p><p>　　4.ADC0809與系統(tǒng)總線的連接</p><p>　　8031通過74LS138譯碼器的輸出端和讀、寫控制線來控制轉(zhuǎn)換器的模擬輸入通道地址鎖存、啟動(dòng)和輸出允許。</p><p>　　ADC 0809的時(shí)鐘頻率為640kHz，轉(zhuǎn)換時(shí)間為100μｓ，微機(jī)的時(shí)鐘頻率5MHz或更高一些，因此系統(tǒng)時(shí)鐘必須經(jīng)分頻器分頻后接到ADC 08

76、09芯片的CLOCK引腳上。</p><p>　　另外，ADC 0809的EOC端可在轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)發(fā)中斷請(qǐng)求脈沖，若用中斷輸入數(shù)據(jù)的方式則可利用EOC引線。</p><p>　　圖3-3 ADC 0809與系統(tǒng)總線的連接</p><p>　　3.4 可編程并行接口8255A</p><p>　　8255A是Intel86系列微處理機(jī)的配套并

77、行接口芯片，它可為86系列CPU與外部設(shè)備之間提供并行輸入/輸出的通道。由于它是可編程的，可以通過軟件來設(shè)置芯片的工作方式。所以，用8255A連接外部設(shè)備時(shí)，通常不用再附加外部電路，給使用者帶來很大方便。</p><p>　　8255A由以下幾部分組成：</p><p>　　1.并行輸入/輸出斷口A，B，C</p><p>　　8255A芯片內(nèi)部包含3個(gè)8位端口，其

78、中：端口A包含一個(gè)8位數(shù)據(jù)輸出鎖存/緩沖存儲(chǔ)器和一個(gè)8位數(shù)據(jù)輸入鎖存器；端口B包含一個(gè)8位數(shù)據(jù)輸入/輸出、鎖存/緩沖存儲(chǔ)器和一個(gè)8位數(shù)據(jù)輸入緩沖存儲(chǔ)器；端口C包含一個(gè)輸入鎖存/緩沖存儲(chǔ)器和一個(gè)輸入緩沖存儲(chǔ)器。必要時(shí)端口C可分為2個(gè)4位端口，分別與端口A和端口B配合工作，通常將端口A和端口B定義位輸入/輸出的數(shù)據(jù)端口，而端口C可作為狀態(tài)或控制信息的傳送端口。</p><p>　　2.A組和B組控制部件</p&

79、gt;<p>　　端口A與端口C的高4位（PC7~PC4）構(gòu)成A組，由A組控制部件實(shí)現(xiàn)控制功能，端口B與端口C的低4位（PC3~PC0），由B組部件實(shí)現(xiàn)控制功能。他們各有一個(gè)控制單元，可接收來自讀/寫控制部件的命令和CPU通過數(shù)據(jù)總線（D7~D0）送來的控制字，并根據(jù)他們來定義各個(gè)端口的操作方式。</p><p>　　3.數(shù)據(jù)總線緩沖存儲(chǔ)器</p><p>　　這是一個(gè)三態(tài)雙

80、向8位數(shù)據(jù)緩沖存儲(chǔ)器，它是8255A與CPU之間的數(shù)據(jù)接口。CPU執(zhí)行輸出命令時(shí)，可將控制字或數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)總線緩沖存儲(chǔ)器傳送給8255A。CPU執(zhí)行輸入命令時(shí)，8255A可將狀態(tài)信息或數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)總線緩沖存儲(chǔ)器向CPU輸入。因此它時(shí)CPU與8255A之間交換信息的必經(jīng)之路。</p><p><b>　　4．讀/寫控制部件</b></p><p>　　這是8255A內(nèi)部

81、完成讀/寫控制功能的部件，它能接收CPU的控制命令，并根據(jù)它們向片內(nèi)各功能部件發(fā)出操作命令?？山邮盏目刂泼钊缦拢?lt;/p><p>　?。?）——片選信號(hào)。由CPU輸入，通常由端口的高位地址碼（A15~A2）譯碼得到，有效，表示該8255A被選中。</p><p>　?。?），——讀、寫控制信號(hào)。由CPU輸入，有效，表示CPU讀8255A，應(yīng)由8255A向CPU傳送數(shù)據(jù)或狀態(tài)信息。有效，表

82、示CPU寫8255A，應(yīng)由CPU將控制字或數(shù)據(jù)寫入8255A。</p><p>　?。?）RESET——復(fù)位信號(hào)。由CPU輸入。RESET有效時(shí)，清除8255A中所有控制字寄存器內(nèi)容，并將各端口置成輸入方式。</p><p>　?。?）A1和A0——端口選擇信號(hào)。</p><p>　　A1A0=00，選擇端口A；</p><p>　　A1A0

83、=01，選擇端口B；</p><p>　　A1A0=10，選擇端口C；</p><p>　　A1A0=11，選擇控制字寄存器。</p><p>　　由端口地址A1A0和相應(yīng)的控制信號(hào)組合起來可定義各端口的操作方式如下表所示。</p><p>　　表3-2 8255A的讀寫操作控制</p><p>　　5． 8255A

84、芯片的控制字及其工作方式</p><p>　　8255A中各端口可有三種基本工作方式：方式0——基本輸入/輸出方式；方式1——選通輸入/輸出方式；方式2——雙向傳送方式。端口A可處于3種工作方式（方式0，1，2），端口B只可處于兩種方式（方式0和方式1），端口C常常被分成高4位和低4位兩部分，可分別用來傳送數(shù)據(jù)或控制信息。</p><p>　　用戶可用軟件來分別定義3個(gè)端口的工作方式，可使

85、用的控制字由定義工作方式控制字和置位/復(fù)位控制字。</p><p><b>　　A．控制字</b></p><p>　　（1）定義工作方式控制字；格式如圖所示。通過定義工作方式控制字可將3個(gè)端口分別定義為3種不同方式的組合，當(dāng)將端口A定義為方式1或方式2或?qū)⒍丝贐定義為方式1時(shí)，要求使用端口C的某些位作控制用，這時(shí)需要使用一個(gè)專門的置位/復(fù)位控制字來對(duì)控制端口C的各位

86、分別進(jìn)行置位/復(fù)位操作。</p><p>　　圖3-4 8255A工作方式控制字格式</p><p>　　（2）置位/復(fù)位控制字：只對(duì)端口C有效，其使用格式如下圖所示。</p><p>　　圖3-5 8255A置位/復(fù)位控制字格式</p><p><b>　　B．工作方式</b></p><p&g

87、t;　?。?）工作方式0：這是8255A中各端口的基本輸入/輸出方式。適用于無條件傳送和查詢方式的接口電路。它只完成簡單的并行輸入/輸出操作，CPU可從指定端口輸入信息，也可向指定端口輸出信息。如果3個(gè)端口均處于工作方式0，則可由工作方式控制字定義16種工作方式的組合，這種情況下，工作方式控制字的具體格式應(yīng)如下圖所示。</p><p>　　圖3-6 8255A定義工作方式0控制字格式</p>&l

88、t;p>　　由控制字中D4D3D1D04位的不同取值可定義方式0的16種工作方式的組合，如表所示。 </p><p>　　表3-3 方式0的工作狀態(tài)組合</p><p>　　這種情況下，端口C被分成2個(gè)4位端口，它們可分別被定義為輸入或輸出端口，CPU與3個(gè)端口之間交換數(shù)據(jù)可直接由CPU執(zhí)行IN和OUT指令來完成，而不提供任何“握手”信息，適于用在各種同步并行傳送系統(tǒng)中。</

89、p><p>　　3.5 譯碼器74LS138</p><p>　　通過對(duì)8031單片機(jī)的P2.5，P2.6，P2.7三位地址譯碼，由74LS138的輸出來控制各片選信號(hào)。</p><p>　　圖3-7 74LS138引腳分布圖</p><p>　　圖3-8 74LS138的引腳圖 </p><p>　　表3-4 3

90、線-8線譯碼器74LS138的功能表</p><p>　　3.6 八D鎖存器74LS373</p><p>　　系統(tǒng)設(shè)計(jì)中需要有一個(gè)芯片完成對(duì)外部程序存儲(chǔ)器低位字節(jié)的存儲(chǔ)，我們選用74LS373來做這個(gè)地址鎖存器。</p><p>　　它的外部引腳和內(nèi)部功能框圖如下</p><p>　　圖3-9 74LS373外部引腳排列圖

91、 圖3-10 74LS373工作原理框圖</p><p>　　圖3-11 74LS373引腳圖</p><p>　　74LS373八所儲(chǔ)器是透明的D型鎖存器，即當(dāng)允許端（）是高電平時(shí)，Q輸出跟隨數(shù)據(jù)D輸入，當(dāng)允許端（）為低電平時(shí)，輸出端將被鎖存在已經(jīng)建立起的數(shù)據(jù)電平上。在正常邏輯狀態(tài)（高電平或低電平）或高阻狀態(tài)，一個(gè)被緩沖的輸出控制輸入端，能用來置8個(gè)輸出端為一個(gè)通常的邏輯狀態(tài)（高或低邏

92、輯電平）或者一個(gè)高阻抗?fàn)顟B(tài)，在高阻抗?fàn)顟B(tài)下輸出既不能加載于總線，也不能驅(qū)動(dòng)總線。真值表如下：</p><p>　　表3-5 741B373的真值表</p><p>　　3.7 再觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器74LS123</p><p>　　它是D-C觸發(fā)的多諧振蕩器，其特點(diǎn)是有三種方法控制輸出脈沖的寬度，基本脈沖時(shí)間通過選擇外部定時(shí)器電阻和電容值來確定，一旦觸發(fā)，基本

93、脈沖寬度可通過對(duì)門控低電平作用（A）或高電平作用（B）的輸入端的觸發(fā)使之延長，或直接清除方法使之縮小。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，它與555定時(shí)器共同構(gòu)成“看門狗”電路，延長高電平作用，使得系統(tǒng)正常復(fù)位，具體結(jié)構(gòu)和原理在后面介紹。下面是74LS123的引腳排列圖和真值表：</p><p>　　圖3-12 74LS123外部引腳排列圖</p><p>　　表3-6 74LS123譯碼表</p&g

94、t;<p>　　3.8 555定時(shí)器</p><p>　　555定時(shí)器是一種多用途的單片集成電路，利用它能極方便的接成施密特觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和多諧振蕩器。由于使用靈活、方便，所以555定時(shí)器在波形的產(chǎn)生與變換、測量與控制、家用電器、電子玩具等許多領(lǐng)域中得到了應(yīng)用。</p><p>　　圖3-13 555定時(shí)器工作原理圖</p><p>　　它由

95、比較器C1和C2基本RS觸發(fā)器以及集電極開路輸出的泄放三極管Td三部分組成。</p><p>　　是置零輸入端。只要在端加上低電平，輸出端便立即被置成低電平，不受其他輸入端狀態(tài)的影響。正常工作時(shí)必須使處于高電平。</p><p>　　第四章 8031單片機(jī)的擴(kuò)展</p><p>　　通常情況下，采用8031的最小應(yīng)用系統(tǒng)最能發(fā)揮單片機(jī)體積小、成本低的優(yōu)點(diǎn)。但在許

96、多情況下，構(gòu)成一個(gè)工業(yè)測、控系統(tǒng)時(shí)，考慮到傳感器接口、伺服控制接口以及人機(jī)對(duì)話接口等的需要，最小系統(tǒng)常常不能滿足需要，因此，系統(tǒng)擴(kuò)展是單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)中的重要部分。單片機(jī)是系統(tǒng)擴(kuò)展有程序存儲(chǔ)器的擴(kuò)展、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的擴(kuò)展、I/O口擴(kuò)展、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器擴(kuò)展、中斷系統(tǒng)擴(kuò)展以及其他特殊功能擴(kuò)展。</p><p>　　4.1 8031單片機(jī)的程序存儲(chǔ)器擴(kuò)展</p><p>　　8031單片機(jī)與

97、外部程序存儲(chǔ)器之間的連線包括：地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線。單片機(jī)的P0口和P2的16根I/O線輸出地址信號(hào)。其中，P2口與EPROM高8位地址線連接，直接作為高8位地址A8～A15，P0口作為分時(shí)復(fù)用的 低8位地址/數(shù)據(jù)線，通過鎖存器輸出低8位A0～A7。單片機(jī)的端接地，端與外部程序存儲(chǔ)器的輸出允許OE連接，ALE端與鎖存器CLK端連接。單片機(jī)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，使用兩個(gè)控制信號(hào)：ALE和</p><p>　　圖

98、4-1 8031與2764連接圖</p><p>　　ALE用于低8位地址鎖存信號(hào)，在ALE的下降沿將地址鎖存于外接的鎖存器，從而形成低8位地址線。為外部程序存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)，用以控制外部存儲(chǔ)芯片的輸出允許引腳。EA信號(hào)是用以控制讀片內(nèi)程序存儲(chǔ)器或是讀片外程序存儲(chǔ)器的。對(duì)8031而言，應(yīng)接低電平，因?yàn)樗鼪]有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。</p><p>　　本設(shè)計(jì)擴(kuò)展的外部程序存儲(chǔ)器應(yīng)用的是兩片276

99、4EPROM。</p><p>　　1#2764由74LS138的輸出來控制片選信號(hào)：其地址為0000H~1FFFH。</p><p>　　2#2764由74LS138的輸出來控制片選信號(hào)：其地址為2000H~3FFFH。</p><p>　　4.2 8031單片機(jī)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器擴(kuò)展</p><p>　　數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器在擴(kuò)展時(shí)，其地址信號(hào)與擴(kuò)展

100、程序存儲(chǔ)器是一樣的，高八位地址由P2口提供，低八位地址由P0口經(jīng)鎖存器提供。讀和寫分別由單片機(jī)的和信號(hào)控制</p><p>　　本設(shè)計(jì)擴(kuò)展的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器應(yīng)用的是兩片6264EPROM。</p><p>　　1#6264由74LS138的輸出來控制片選信號(hào)：其地址為4000H~5FFFH。</p><p>　　2#6264由74LS138的輸出來控制片選信號(hào)：其地址

101、為6000H~7FFFH。</p><p>　　圖4-2 8031與6264連接圖</p><p>　　4.3 8031并行I/O口的擴(kuò)展</p><p>　　對(duì)8031芯片而言，因?yàn)閮?nèi)部沒有程序存儲(chǔ)器而需外接存儲(chǔ)器芯片，這就占用了P0口和P2口，以作為數(shù)據(jù)和地址總線。剩下的I/O線就往往不能完全滿足要求。所以，在應(yīng)用系統(tǒng)中經(jīng)常還需要擴(kuò)展片外I/O通道。本設(shè)計(jì)采

102、用8255可編程并行I/O擴(kuò)展接口接鍵盤掃描電路。</p><p>　　單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，鍵盤掃描只是CPU的工作內(nèi)容之一，CPU在忙于各項(xiàng)工作任務(wù)時(shí)，如何兼顧鍵盤的輸入，取決于鍵盤的工作方式。鍵盤工作方式的選擇應(yīng)取決實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)中CPU工作的忙、閑情況而定。其原則是既要保證能及時(shí)響應(yīng)按鍵操作，又要不過多占用CPU的工作時(shí)間。通常，鍵盤工作方式有三種，即：編程掃描、定時(shí)掃描和中斷掃描。本設(shè)計(jì)采用編程掃描。<

103、/p><p>　　CPU對(duì)鍵盤的掃描采取程序控制方式，一旦進(jìn)入鍵盤掃描狀態(tài)，則反復(fù)地掃描鍵盤，等待用戶從鍵盤上輸入命令或數(shù)據(jù)。而在執(zhí)行鍵入命令或處理鍵入數(shù)據(jù)過程中，CPU將不在響應(yīng)鍵入要求，直到CPU返回重新掃描鍵盤為止。</p><p>　　圖中為一個(gè)4 ×4矩陣鍵盤通過8255A擴(kuò)展I/O口與8031的接口電路原理圖，鍵盤采用編程掃描方式工作，8255A的PC口低4位輸出逐行掃描

104、信號(hào)，PA口輸入4位列信號(hào)，均為低電平有效。8255A的A0，A1端分別接與地址線A0，A1上，與P2.7相接，、分別與8031的和相連。</p><p>　　8255A的口地址為：</p><p><b>　　PA口：8000H</b></p><p><b>　　PC口：8002H</b></p><

105、;p>　　控制寄存器：8003H</p><p>　　當(dāng)PA口工作與方式0輸入，PC口低4位工作于方式0輸出時(shí)，方式命令控制字可設(shè)為90H，</p><p>　　8255A初始化程序如下：</p><p>　　MOV DPTR ，#8003H ； 置控制口地址</p><p>　　MOV A，#90H

106、 ； 方式控制字給A</p><p>　　MOVX @DPTR，A ； 方式控制字給8255A控制口</p><p>　　MOV A，#08H ； 置PC4復(fù)位控制字</p><p>　　MOVX @DPTR，A ； PC4復(fù)位</p><p>　　下面介紹編程掃描工作

107、方式的工作過程及鍵盤掃描子程序。</p><p>　　本設(shè)計(jì)中用延時(shí)10ms子程序進(jìn)行軟件消抖；通過設(shè)計(jì)處理標(biāo)志來區(qū)分閉合鍵是否已處理過；用計(jì)算機(jī)方法得到鍵碼，高4位代表行，低4位代表列。</p><p>　　鍵盤掃描子程序中完成如下幾個(gè)功能：</p><p>　　判斷鍵盤上有無鍵按下。其方法為PC口低4位輸出全為0，讀PA口狀態(tài)，若PA0~PA7為全1，則說明鍵盤

108、無鍵按下；若不全為1，，則說明鍵盤有鍵按下。</p><p>　　消除按鍵抖動(dòng)的影響。其方法為，在判斷有鍵按下后，用軟件延時(shí)的方法延時(shí)10ms，再判斷鍵盤狀態(tài)，如果仍為有鍵按下狀態(tài)，則認(rèn)為有一個(gè)確定的鍵按下，否則當(dāng)作按鍵抖動(dòng)處理。</p><p>　　求按鍵位置。根據(jù)前面介紹的掃描法，進(jìn)行逐行置0掃描，最后定位按鍵位置。</p><p>　　鍵閉合一次僅進(jìn)行一次按鍵

109、的處理。方法是等待按鍵釋放之后，再進(jìn)行按鍵功能的處理操作。</p><p>　　圖4-3 8031與8255連接的小鍵盤圖</p><p>　　4.4 顯示接口電路</p><p>　　單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，使用的顯示器主要有LED發(fā)光二極管和LCD液晶顯示器。這兩種顯示器的成本低廉，配置靈活，與單片機(jī)接口方便。本設(shè)計(jì)中采用的則是發(fā)光二極管。LED顯示塊是發(fā)光二極管

110、顯示字段的顯示器件。這種顯示塊有共陰極和共陽極兩種。共陰極LED顯示塊的發(fā)光二極管陰極共地。當(dāng)某個(gè)發(fā)光二極管的陽極為高電平時(shí)，發(fā)光二極管點(diǎn)亮；共陽極LED顯示塊的發(fā)光二極管陽極并接+5V電壓，當(dāng)某個(gè)發(fā)光二極管的陰極為低電平時(shí)，發(fā)光二極管點(diǎn)亮。</p><p>　　系統(tǒng)中需要做出報(bào)警顯示的有圖中幾種情況。所以在設(shè)計(jì)中采用六路LED完成顯示工作。每一路代表一種狀態(tài)。</p><p>　　所有L

111、ED的陽極都接上了+5V電壓，所以它屬于共陽極顯示器。當(dāng)某個(gè)LED的另一端接上低電平的時(shí)候，二極管即會(huì)發(fā)光，我們也就知道系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，從而知道系統(tǒng)下一步工作。</p><p>　　每個(gè)LED的電壓降為1.2～1.5V，接上+5V電壓在驅(qū)動(dòng)LED發(fā)光的情況下，它的大電流有可能燒壞8031的接口。為了避免這一情況發(fā)生，我們接入560Ω電阻，可以使進(jìn)入8031的電流在其允許的安全范圍內(nèi)。</p><

112、;p>　　單片機(jī)顯示系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖：</p><p>　　圖4-4六路LED顯示器</p><p>　　第五章 部分硬件電路設(shè)計(jì)</p><p>　　5.1 “看門狗”電路</p><p>　　8031單片機(jī)內(nèi)部沒有自動(dòng)復(fù)位組件，于是這樣的系統(tǒng)在運(yùn)行出錯(cuò)時(shí)，或系統(tǒng)進(jìn)入死循環(huán)狀態(tài)時(shí)，都不能靠自身的能力跳出錯(cuò)誤狀態(tài)。所以要設(shè)計(jì)自動(dòng)復(fù)位電路。讓

113、它每間隔一段時(shí)間檢驗(yàn)一次系統(tǒng)運(yùn)行的正確與否；運(yùn)行出錯(cuò)時(shí)候，系統(tǒng)能自動(dòng)復(fù)位。</p><p>　　本設(shè)計(jì)自動(dòng)復(fù)位電路采用“看門狗”電路，它的作用就是當(dāng)CPU執(zhí)行程序的時(shí)候，每一段時(shí)間內(nèi)有軟件向看門狗電路發(fā)一個(gè)信號(hào)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如下：</p><p><b>　　控制程序如下：</b></p><p>　　PULRES：CLR P1.0</p