機電一體化系統(tǒng)設計第4章微機控制系統(tǒng)的選擇及接口設計OK-文檔資料

1、華北電力大學2021年12月1日機電一體化系統(tǒng)設計機電一體化系統(tǒng)設計本章教學目標及要求本章教學目標及要求重點掌握以下內(nèi)容：重點掌握以下內(nèi)容：微機的作用及機電一體化系統(tǒng)對其基本要求；微機的作用及機電一體化系統(tǒng)對其基本要求；微機控制系統(tǒng)的設計問題與設計步驟；微機控制系統(tǒng)的設計問題與設計步驟；微機的系統(tǒng)構成、種類與選用要點；微機的系統(tǒng)構成、種類與選用要點；單片機硬件結構特點及系統(tǒng)配置；單片機硬件結構特點及系統(tǒng)配置；數(shù)字顯示器及鍵盤的接口電路；數(shù)字顯示器及鍵盤的接口電路；電氣控制與電氣控制與plc微機應用系統(tǒng)的微機應用系統(tǒng)的i/o控制及可靠性設計控制及可靠性設計protel軟件應用軟件應用第四章第四章

2、 微機控制系統(tǒng)的選擇及接口設計微機控制系統(tǒng)的選擇及接口設計第四章第四章 微機控制系統(tǒng)的選擇及接口設計微機控制系統(tǒng)的選擇及接口設計第一節(jié)第一節(jié) 微機控制系統(tǒng)設計的一般知識微機控制系統(tǒng)設計的一般知識 第二節(jié)第二節(jié) 微機控制系統(tǒng)的微機控制系統(tǒng)的設計思路設計思路第三節(jié)第三節(jié) 微機控制系統(tǒng)的微機控制系統(tǒng)的構成與種類構成與種類 第四節(jié)第四節(jié) 微機控制系統(tǒng)的微機控制系統(tǒng)的軟件與程序設計語言軟件與程序設計語言 第五節(jié)第五節(jié) 微機微機應用領域及其選用要點應用領域及其選用要點第八節(jié)第八節(jié) 單片機硬件結構特點及其最小應用系統(tǒng)單片機硬件結構特點及其最小應用系統(tǒng) 第九節(jié)第九節(jié) 數(shù)字顯示器及鍵盤的接口電路數(shù)字顯示器及鍵盤

3、的接口電路 第十節(jié)第十節(jié) 微機應用系統(tǒng)輸入輸出控制可靠性設計微機應用系統(tǒng)輸入輸出控制可靠性設計 習題與思考題習題與思考題第一節(jié)第一節(jié) 微機控制系統(tǒng)設計的一般知識微機控制系統(tǒng)設計的一般知識 一、微機部分的作用及機電一體化系統(tǒng)對其基本要求一、微機部分的作用及機電一體化系統(tǒng)對其基本要求1.作用：作用： 將來自傳感器的檢測信息和外部輸入命令進行處理，并按照一定的程序和節(jié)奏發(fā)出相應的指令控制整個機電一體化系統(tǒng)有目的地運行。它在機電一體化系統(tǒng)中所處的位置見下圖。2. 基本要求基本要求（1）適用性，）適用性，系統(tǒng)的性能必須滿足生產(chǎn)要求；（2）可靠性，）可靠性，系統(tǒng)能夠無故障運行的能力，硬件、軟件的容錯能力；

4、（3）經(jīng)濟性，）經(jīng)濟性，在滿足任務要求前提下，使系統(tǒng)成本盡可能低；（4）可維護性，）可維護性，檢測和維修方便；（5）可擴展性，）可擴展性，使系統(tǒng)能在不做大的變動條件下很快適應新的情況。第二節(jié)第二節(jié) 微機控制系統(tǒng)的微機控制系統(tǒng)的設計思路設計思路 不同產(chǎn)品所需要的控制功能、控制形式和動作控制不同產(chǎn)品所需要的控制功能、控制形式和動作控制方式不盡相同。方式不盡相同?？刂葡到y(tǒng)的設計是綜合運用各種知控制系統(tǒng)的設計是綜合運用各種知識的過程識的過程。 由于采用微機作為機電一體化系統(tǒng)的控制器，因此，由于采用微機作為機電一體化系統(tǒng)的控制器，因此，其其控制系統(tǒng)的設計就是選用微機、設計接口、控制控制系統(tǒng)的設計就是選用

5、微機、設計接口、控制形式和動作控制方式的問題形式和動作控制方式的問題。這不僅需要微機控制。這不僅需要微機控制理論、數(shù)字電路、軟件設計等方面的知識，也需要理論、數(shù)字電路、軟件設計等方面的知識，也需要一定的生活和生產(chǎn)工藝知識。一定的生活和生產(chǎn)工藝知識。 通常由機電一體化系統(tǒng)設計人員首先提出總的設計通常由機電一體化系統(tǒng)設計人員首先提出總的設計要求，然后由各專業(yè)人員通力協(xié)作要求，然后由各專業(yè)人員通力協(xié)作。二、微機控制系統(tǒng)設計 隨著機電一體化系統(tǒng)所需的控制功能、控制形式、隨著機電一體化系統(tǒng)所需的控制功能、控制形式、控制方式的不同和多控制過程日趨復雜，對控制系統(tǒng)控制方式的不同和多控制過程日趨復雜，對控制系

6、統(tǒng)的要求越來越高。微機控制系統(tǒng)的引用，在許多方面的要求越來越高。微機控制系統(tǒng)的引用，在許多方面能滿足機電一體化控制系統(tǒng)的要求。能滿足機電一體化控制系統(tǒng)的要求。 微機控制系統(tǒng)微機控制系統(tǒng)：是將微型計算機作為機電一體化產(chǎn)是將微型計算機作為機電一體化產(chǎn)品的控制器，結合微型計算機的工作原理、接口電路品的控制器，結合微型計算機的工作原理、接口電路（數(shù)字和模擬）的設計、相應的控制硬件和軟件，以（數(shù)字和模擬）的設計、相應的控制硬件和軟件，以及它們之間的匹配，實現(xiàn)對控制對象的有效控制。及它們之間的匹配，實現(xiàn)對控制對象的有效控制。 常用的微機控制系統(tǒng)：常用的微機控制系統(tǒng)：專用微機控制系統(tǒng)專用微機控制系統(tǒng) 核心部

7、件為單片機和單板機。核心部件為單片機和單板機。 通用通用微機控制系統(tǒng)微機控制系統(tǒng) 核心部件為可編程控制器和工核心部件為可編程控制器和工業(yè)計算機。業(yè)計算機。4.2.1 微機控制系統(tǒng)硬件與軟件抉擇和權衡微機控制系統(tǒng)硬件與軟件抉擇和權衡 在確定微機控制系統(tǒng)時，應重點考慮幾方在確定微機控制系統(tǒng)時，應重點考慮幾方面的問題。面的問題。（1）專用專用/ /通用微型計算機的選擇通用微型計算機的選擇 1）專用控制系統(tǒng)的構成與特點專用控制系統(tǒng)的構成與特點 用于用于大批量生產(chǎn)大批量生產(chǎn)的機電一體化產(chǎn)品。具有的機電一體化產(chǎn)品。具有機械電子有機結合緊湊，由專用機械電子有機結合緊湊，由專用ic芯片、接芯片、接口電路、執(zhí)行

8、元件、傳感器等相互合理匹配口電路、執(zhí)行元件、傳感器等相互合理匹配成專用控制器，成專用控制器，軟件采用專用機器代碼或語軟件采用專用機器代碼或語言言，可靠性強，成本低，但適應能力較差。，可靠性強，成本低，但適應能力較差。 2）通用控制系統(tǒng)的構成與特點通用控制系統(tǒng)的構成與特點 構成：控制系統(tǒng)以構成：控制系統(tǒng)以通用微型計算機為核心通用微型計算機為核心，設計，設計專用或選用通用的集成專用或選用通用的集成ic芯片、接口電路、執(zhí)行元芯片、接口電路、執(zhí)行元件、傳感器，以及相互合理匹配元件，組成具有較件、傳感器，以及相互合理匹配元件，組成具有較好通用能力的控制器。好通用能力的控制器。軟件采用通用平臺軟件系統(tǒng)軟件

9、采用通用平臺軟件系統(tǒng)。 特點：具有可靠性高，適應性強，但成本高，應特點：具有可靠性高，適應性強，但成本高，應采取一定的抗干擾措施等特點。采取一定的抗干擾措施等特點。 應用：適用于應用：適用于多品種、中小批量生產(chǎn)多品種、中小批量生產(chǎn)的機電一體的機電一體化產(chǎn)品?；a(chǎn)品。 實質(zhì)實質(zhì)上就是上就是通過接口設計和軟件編制來使通用微通過接口設計和軟件編制來使通用微機專用化的問題機專用化的問題。（2）硬件與軟件的權衡硬件與軟件的權衡 / /匹配匹配 任何微機控制系統(tǒng)的控制功能，可以由硬件實現(xiàn)，任何微機控制系統(tǒng)的控制功能，可以由硬件實現(xiàn)，也可以由軟件實現(xiàn)，也可以由軟件實現(xiàn)，兩者的合理匹配兩者的合理匹配是確定或選

10、用微是確定或選用微機控制系統(tǒng)研究內(nèi)容之一。機控制系統(tǒng)研究內(nèi)容之一。 主要依據(jù)主要依據(jù)經(jīng)濟性、可靠性、適用性經(jīng)濟性、可靠性、適用性等要求來決定。等要求來決定。 主要用主要用通用分離元件通用分離元件組成的控制系統(tǒng)組成的控制系統(tǒng)最好采最好采用用軟件軟件來實現(xiàn)對機電一體化產(chǎn)品的主要控制功能，接來實現(xiàn)對機電一體化產(chǎn)品的主要控制功能，接口少，易于調(diào)整，適應能力強，但成本較高。口少，易于調(diào)整，適應能力強，但成本較高。 主要用主要用專用集成元件專用集成元件組成的控制系統(tǒng)組成的控制系統(tǒng)最好選最好選用用硬件硬件實現(xiàn)對機電一體化產(chǎn)品的主要控制功能，具有實現(xiàn)對機電一體化產(chǎn)品的主要控制功能，具有廉價、可靠、處理速度快等

11、特點。如三相步進電機的廉價、可靠、處理速度快等特點。如三相步進電機的硬環(huán)分使用硬環(huán)分使用ch250集成芯片要好于觸發(fā)器搭接的環(huán)形集成芯片要好于觸發(fā)器搭接的環(huán)形分配器。分配器。 由于工作環(huán)境比較惡劣（存在電噪由于工作環(huán)境比較惡劣（存在電噪聲干擾等），易產(chǎn)生故障。為提高控制聲干擾等），易產(chǎn)生故障。為提高控制系統(tǒng)的環(huán)境適應能力和抗干擾能力，以系統(tǒng)的環(huán)境適應能力和抗干擾能力，以及可靠性，及可靠性，必須采取相應的抗干擾措施必須采取相應的抗干擾措施。4.2.2 微機控制系統(tǒng)的設計思路微機控制系統(tǒng)的設計思路 （1）確定系統(tǒng)總體控制方案確定系統(tǒng)總體控制方案 總體控制方案確定技術路線總體控制方案確定技術路線 從

12、系統(tǒng)構成上考慮控制方式（開環(huán)控制、半閉環(huán)控從系統(tǒng)構成上考慮控制方式（開環(huán)控制、半閉環(huán)控制、閉環(huán)控制）制、閉環(huán)控制）傳感元件選用（含精度）傳感元件選用（含精度）選用選用/ /設計執(zhí)行元件設計執(zhí)行元件考慮被控制對象特殊控制要求（高考慮被控制對象特殊控制要求（高可靠性、高精度、快速響應特性）可靠性、高精度、快速響應特性）微機在整個控制系微機在整個控制系統(tǒng)中的作用統(tǒng)中的作用（計算、數(shù)據(jù)處理、直接（計算、數(shù)據(jù)處理、直接/ /間接控制方式、間接控制方式、控制功能、控制功能、i/oi/o接口、外圍設備等）接口、外圍設備等）控制系統(tǒng)成本核控制系統(tǒng)成本核算。算。 確定微機控制系統(tǒng)總體控制的初步方案確定微機控制系

13、統(tǒng)總體控制的初步方案 總體方案可行性論證總體方案可行性論證總體方案技術總體方案技術/ /經(jīng)濟評價經(jīng)濟評價總體方案鑒定。總體方案鑒定。 最終確定微機控制系統(tǒng)總體控制方案最終確定微機控制系統(tǒng)總體控制方案（2）確定控制算法確定控制算法 目的在于確定微機控制系統(tǒng)輸入目的在于確定微機控制系統(tǒng)輸入/ /輸出之間的數(shù)字和邏輸出之間的數(shù)字和邏輯數(shù)學模型的數(shù)學表達方式，為控制系統(tǒng)輸出的控制信輯數(shù)學模型的數(shù)學表達方式，為控制系統(tǒng)輸出的控制信號，實現(xiàn)被控制對象的各控制功能、精度、穩(wěn)定性、可號，實現(xiàn)被控制對象的各控制功能、精度、穩(wěn)定性、可靠性等要求提高可靠的理論依據(jù)?？啃缘纫筇岣呖煽康睦碚撘罁?jù)。 常用的控制算法：常

14、用的控制算法： 逐點比較法逐點比較法、數(shù)字積分法數(shù)字積分法、pidpid調(diào)節(jié)控制法調(diào)節(jié)控制法、最小拍控最小拍控制法制法、最優(yōu)控制法最優(yōu)控制法、隨機控制法隨機控制法、自適用控制法自適用控制法、遺傳遺傳控制法控制法、模糊控制法模糊控制法、魯棒控制法魯棒控制法、神經(jīng)網(wǎng)絡控制法神經(jīng)網(wǎng)絡控制法、專家系統(tǒng)專家系統(tǒng)等。等。 選用何種控制算法，應依據(jù)被控制對象的具體要求而選用何種控制算法，應依據(jù)被控制對象的具體要求而定，主要包括定，主要包括控制功能、精度、穩(wěn)定性、可靠性控制功能、精度、穩(wěn)定性、可靠性等。等。（3）微型計算機選擇微型計算機選擇 任何微機控制系統(tǒng)中的微型計算機，無論被控制對象的要求任何微機控制系統(tǒng)

15、中的微型計算機，無論被控制對象的要求如何，對微型計算機都有一定最基本要求。如何，對微型計算機都有一定最基本要求。 1）較完善的適時中斷系統(tǒng)較完善的適時中斷系統(tǒng)微型計算機控制系統(tǒng)必須具有實時控制性能。微型計算機控制系統(tǒng)必須具有實時控制性能。實時控制包實時控制包含兩個意思含兩個意思：一是系統(tǒng)正常運行時的實時控制能力，如數(shù)控機：一是系統(tǒng)正常運行時的實時控制能力，如數(shù)控機床的伺服控制；二是在發(fā)生故障時緊急處理的能力，這些控制床的伺服控制；二是在發(fā)生故障時緊急處理的能力，這些控制要求微機具有較完善的中斷系統(tǒng)。要求微機具有較完善的中斷系統(tǒng)。 2 2）足夠的存儲容量（）足夠的存儲容量（romrom、ramr

16、am、eprom eprom ） 有效保證微機系統(tǒng)軟件、應用軟件、數(shù)據(jù)處理工作的正常運有效保證微機系統(tǒng)軟件、應用軟件、數(shù)據(jù)處理工作的正常運行。行。 3 3）完善的輸入）完善的輸入/ /輸出通道輸出通道 邏輯、數(shù)字、模擬通道，以及輸入邏輯、數(shù)字、模擬通道，以及輸入/輸出通道接口數(shù)。輸出通道接口數(shù)。 4 4）實時時鐘控制）實時時鐘控制 作為控制系統(tǒng)實現(xiàn)控制功能的基準。作為控制系統(tǒng)實現(xiàn)控制功能的基準。 5）字長與速度）字長與速度 微處理器的字長定義為并行數(shù)據(jù)總線的線數(shù)。字長直接影響數(shù)據(jù)精度、尋址能力、指令數(shù)目和執(zhí)行速度。字長短時，指令執(zhí)行速度就慢，為保證實時控制，就必須選用速度快的機器。同理，字長長

17、時就可選用速度稍慢的機器。6）指令）指令 一般說來，指令條數(shù)越多，程序越少越靈活。對于控制系統(tǒng)來說，尤其要求較豐富的邏輯判斷指令和外圍設備控制指令，通常8位微處理器都具有足夠的指令種類和數(shù)量。7）類型選擇）類型選擇根據(jù)成本高低、程序編制難易以及擴充i/o接口是否方便等因素，確定是選用單片機、單板機，還是微型計算機系統(tǒng)。（3）微型計算機選擇微型計算機選擇（4）接口設計）接口設計接口設計包括兩個方面的內(nèi)容包括兩個方面的內(nèi)容：一是擴展接口；二是安排各接口電路輸入輸出端的信號，選定各信號輸入輸出時采用何種控制方式。接口擴展方法：接口擴展方法： 選用功能接口板 選用通用接口電路 用集成電路自行設計接口電

18、路輸入輸出控制方式輸入輸出控制方式 順序？查詢？中斷？dma？如果要采用程序中斷方式，就要考慮中斷申請輸入、中斷優(yōu)先級排隊等問題。若要采用直接存儲器存取方式，則要增加直接存儲器存取(dma)控制器作為輔助電路加到接口上。（5）操作控制臺設計 微機控制系統(tǒng)為便于人機聯(lián)系，通常都要設計一個現(xiàn)場操作人員使用的控制臺，它一般不使用微機所帶的鍵盤，因為現(xiàn)場操作人員不了解計算機的硬件和軟件，假若操作失誤可能發(fā)生事故，所以一般要單獨設計。（6）軟件設計）軟件設計微機控制系統(tǒng)的軟件主要分兩大類，即系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟件和應用軟件應用軟件。系統(tǒng)軟件用戶只須了解其大致原理和使用方法就行了。而應用軟件都要由用戶自行編寫，

19、設計方法有兩種，即模塊化程序和結構化程序。程序模塊化設計方法程序模塊化設計方法:在進行軟件設計時，通常把整個程序分成若干部分，每一部分叫作一個模塊。所謂“模塊”，實質(zhì)上就是能完成一定功能、相對獨立的程序段。這種程序設計方法就叫作模塊程序設計法。 結構化程序設計方法結構化程序設計方法:給程序設計施加了一定的約束，它限定采用規(guī)定的結構類型和操作順序，因此能編寫出操作順序分明、便于查找錯誤和糾正錯誤的程序常用的結構有順序結構、選擇結構、循環(huán)結構。其特點是程序本身易于用程序框圖描述，易于構成模塊，操作順序易于跟蹤，便于查找錯誤和測試。（7）系統(tǒng)調(diào)試微機控制系統(tǒng)設計完成以后，要對整個系統(tǒng)進行調(diào)試。調(diào)試步

20、驟為硬件調(diào)試硬件調(diào)試 軟件調(diào)試軟件調(diào)試 系統(tǒng)系統(tǒng)調(diào)試調(diào)試。 硬件調(diào)試硬件調(diào)試包括對元器件的篩選及老化、印制電路板制作、元器件的焊接及試驗，安裝完畢后要經(jīng)過連續(xù)考機運行；軟件調(diào)試軟件調(diào)試主要是指在微機上把各模塊分別進行調(diào)試，使其正確無誤，然后固化在eprom中；系統(tǒng)聯(lián)調(diào)系統(tǒng)聯(lián)調(diào)主要是指把硬件與軟件組合起來，進行模擬實驗，正確無誤后進行現(xiàn)場試驗，直至正常運行為止。第三節(jié)第三節(jié)微型計算機的系統(tǒng)構成及種類微型計算機的系統(tǒng)構成及種類 1 1微型計算機的系統(tǒng)構成微型計算機的系統(tǒng)構成 人們常用人們常用“微機微機”這個術語。該術語是這個術語。該術語是三個概念的統(tǒng)稱，即三個概念的統(tǒng)稱，即微處理機微處理機( (微

21、處理器微處理器) )、微、微型計算機、微型計算機系統(tǒng)型計算機、微型計算機系統(tǒng)的統(tǒng)稱。的統(tǒng)稱。 微處理機微處理機(microprocessor)(microprocessor)簡稱簡稱cpucpu。它是一個大規(guī)模集成電路它是一個大規(guī)模集成電路(lsi)(lsi)器件或超大規(guī)器件或超大規(guī)模集成電路模集成電路(vlsi)(vlsi)器件，器件中有數(shù)據(jù)通道、器件，器件中有數(shù)據(jù)通道、多個寄存器、控制邏輯和運算邏輯部件，有的多個寄存器、控制邏輯和運算邏輯部件，有的器件還含有時鐘電路，為器件的工作提供定時器件還含有時鐘電路，為器件的工作提供定時信號?？刂七壿嬁梢允墙M合邏輯，也可以是微信號。控制邏輯可以是組合

22、邏輯，也可以是微程序的存儲邏輯，可以執(zhí)行機器語言描述的系程序的存儲邏輯，可以執(zhí)行機器語言描述的系統(tǒng)指令，是完成計算機對信息的處理與控制等統(tǒng)指令，是完成計算機對信息的處理與控制等的中央處理功能的器件，并非是完整的計算機。的中央處理功能的器件，并非是完整的計算機。 微型計算機微型計算機(microcomputer)(microcomputer)簡稱簡稱mcmc。它是以微處理機它是以微處理機(cpu)(cpu)為中心，加上只讀存為中心，加上只讀存儲器儲器(rom)(rom)、隨機存取存儲器、隨機存取存儲器(ram)(ram)、輸入、輸入輸出接口電路、系統(tǒng)總線及其他支持邏輯電輸出接口電路、系統(tǒng)總線及其

23、他支持邏輯電路組成的計算機。路組成的計算機。 上述微處理機、微型計算機都是從上述微處理機、微型計算機都是從硬硬件件角度定義的，而計算機的使用離不開軟件角度定義的，而計算機的使用離不開軟件支持。一般將支持。一般將配有系統(tǒng)軟件、外圍設備、系配有系統(tǒng)軟件、外圍設備、系統(tǒng)總線接口的微型計算機稱為微型計算機系統(tǒng)總線接口的微型計算機稱為微型計算機系統(tǒng)統(tǒng)(microcomputer system)(microcomputer system)，簡稱，簡稱mcsmcs。 cpu cpu、mcmc與與mcsmcs的關系的關系微型計算機的基本硬件構成微型計算機的基本硬件構成 一般由一般由數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線

24、數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線相連；主存儲相連；主存儲器又叫內(nèi)部存儲器，目前這些存儲器均是大規(guī)模集成電路器又叫內(nèi)部存儲器，目前這些存儲器均是大規(guī)模集成電路(lsi)(lsi)，主要有，主要有ramram(random(random access memory) access memory)和和romrom(read(read only memoryonly memory），通常），通常romrom存儲固定程序和數(shù)據(jù)，而輸入存儲固定程序和數(shù)據(jù)，而輸入輸出數(shù)據(jù)和作業(yè)領域的數(shù)據(jù)由輸出數(shù)據(jù)和作業(yè)領域的數(shù)據(jù)由ramram存儲。輸入輸出裝置存儲。輸入輸出裝置主要執(zhí)行數(shù)據(jù)和程序的輸入輸出，以及用于控制時輸入主

25、要執(zhí)行數(shù)據(jù)和程序的輸入輸出，以及用于控制時輸入檢測傳感元件的信息和輸出控制執(zhí)行元件的信息。輔助存檢測傳感元件的信息和輸出控制執(zhí)行元件的信息。輔助存儲裝置可作為存儲器使用；操作面板或鍵盤也屬于輸入裝儲裝置可作為存儲器使用；操作面板或鍵盤也屬于輸入裝置，如下圖所示。置，如下圖所示。2 2微型計算機的種類微型計算機的種類 (1)(1)按組裝形式分類按組裝形式分類 按組裝形式可將微型計算機分為按組裝形式可將微型計算機分為單片機、單板機單片機、單板機和和微機系統(tǒng)微機系統(tǒng)等。等。 1)1)單片機（如下圖所示）單片機（如下圖所示） 在一塊集成電路芯片在一塊集成電路芯片(lsi)(lsi)上裝有上裝有cpuc

26、pu、romrom、ramram以以及輸入輸出端口電路，該芯片就稱為單片微型計算及輸入輸出端口電路，該芯片就稱為單片微型計算機機( (scm-single chip microcomputerscm-single chip microcomputer) )簡稱單片機。例簡稱單片機。例如如intelintel公司的公司的mcs48mcs48系列、系列、5151系列、系列、9696系列等。系列等。單片機的設計充分考慮了機械的控制需要，它獨單片機的設計充分考慮了機械的控制需要，它獨有的硬件結構、指令系統(tǒng)和輸入輸出有的硬件結構、指令系統(tǒng)和輸入輸出(i/o)(i/o)能能力，提供了有效的控制功能、故又稱

27、為力，提供了有效的控制功能、故又稱為微控制器微控制器(microcontroller)(microcontroller)。同時，它與通用微處理器一樣，具有很強的運算同時，它與通用微處理器一樣，具有很強的運算功能，因而它不但是一種高效能的過程控制機，功能，因而它不但是一種高效能的過程控制機，同時也是同時也是有效的數(shù)據(jù)處理機有效的數(shù)據(jù)處理機。隨著單片機性能的。隨著單片機性能的提高和功能的增強，使單片機的應用打破了原來提高和功能的增強，使單片機的應用打破了原來認為只能用于簡單的小系統(tǒng)的概念。認為只能用于簡單的小系統(tǒng)的概念。目前，單片機已廣泛應用于家用電器、機電產(chǎn)品、目前，單片機已廣泛應用于家用電器、

28、機電產(chǎn)品、儀器儀表、辦公室自動化產(chǎn)品、機器人等的機電儀器儀表、辦公室自動化產(chǎn)品、機器人等的機電一體化。上至航天器、下至兒童玩具，均是單片一體化。上至航天器、下至兒童玩具，均是單片機的應用領域。機的應用領域。單片機應用系統(tǒng)：單片機應用系統(tǒng)： 單片機應用系統(tǒng)由硬件和軟件組成，硬件是應用系統(tǒng)的基礎。軟件是在硬件的基礎上對其資源進行合理調(diào)配和使用，從而完成應用系統(tǒng)所要求的任務。單片機程序設計語言：單片機程序設計語言： 機器語言 匯編語言 高級語言單片機應用系統(tǒng)開發(fā)單片機應用系統(tǒng)開發(fā) 單片機雖然功能很強，但它卻無法獨立完成程序錄入、查錯、改錯和程序固化等功能，必需借助于開發(fā)工具(仿真器、編程器等)才能實

29、現(xiàn)相關操作。利用獨立型仿真器開發(fā)：利用獨立型仿真器開發(fā)： 這種仿真器不需要依賴pc機就能獨立完成單片機應用系統(tǒng)的在線仿真，便于在現(xiàn)場對應用軟件進行調(diào)試和修改。利用非獨立型仿真器開發(fā)：利用非獨立型仿真器開發(fā)： 這種開發(fā)方式要由pc機和仿真器共同實現(xiàn)。仿真器與pc機之間以串行通訊方式連接，利用pc機配置的組合軟件完成開發(fā)任務。有些仿真器上還有固化插座，能夠?qū)㈤_發(fā)調(diào)試后的用戶程序?qū)懭氪鎯ζ餍酒Ｅc前一種相比，這種開發(fā)方式在現(xiàn)場參數(shù)的修改和調(diào)試方面不夠方便。不使用仿真器開發(fā)：不使用仿真器開發(fā)：新型單片機開發(fā)系統(tǒng)可以不使用仿真器，而是直接將單片機安裝到印刷線路板上，利用pc機完成應用程序的編輯、匯編和模

30、擬運行，最后將目標程序串行下載到單片機應用系統(tǒng)。 將微型計算機的基本體系將微型計算機的基本體系cpucpu、一定容量的、一定容量的romrom和和ramram、輸入、輸入輸出端口輸出端口(i/o(i/o電路電路) )以及一些輔助電路分別做成以及一些輔助電路分別做成lsilsi芯片，芯片，并將它們配置在一塊印制電路板上，用電纜線和外部設備直并將它們配置在一塊印制電路板上，用電纜線和外部設備直接連接起來，這樣的計算機叫做單板微型計算機，簡稱單板接連接起來，這樣的計算機叫做單板微型計算機，簡稱單板機。機。例如例如tp801tp801是以是以8 8位微處理器位微處理器( (如如z80)z80)為核心組

31、裝的為核心組裝的8 8位單位單板機，板機，sdk-86sdk-86是以是以1616位微處理器（位微處理器（intel8086/8088)intel8086/8088)為中央為中央處理器組裝的處理器組裝的1616位單板機。位單板機。 2)單板機單板機在單板機的印制電路板上裝有在單板機的印制電路板上裝有一個十六進制的小鍵盤和數(shù)字一個十六進制的小鍵盤和數(shù)字顯示器顯示器,可完成一些簡單的數(shù)據(jù)可完成一些簡單的數(shù)據(jù)處理和編輯功能。用單板機實處理和編輯功能。用單板機實現(xiàn)機電產(chǎn)品的機電一體化成本現(xiàn)機電產(chǎn)品的機電一體化成本低，在機械設備的簡易數(shù)控、低，在機械設備的簡易數(shù)控、檢測設備、工業(yè)機器人的控制檢測設備、工

32、業(yè)機器人的控制等領域中得到廣泛應用。等領域中得到廣泛應用。 根據(jù)需要，將微型計算機、根據(jù)需要，將微型計算機、romrom、ramram、i/oi/o接口電路、電源等組裝在不同的印制接口電路、電源等組裝在不同的印制電路板上，然后組裝在一個機箱內(nèi)，再電路板上，然后組裝在一個機箱內(nèi)，再配上鍵盤、配上鍵盤、crtcrt顯示器、打印機、硬盤和顯示器、打印機、硬盤和軟盤驅(qū)動器等多種外圍設備和足夠的系軟盤驅(qū)動器等多種外圍設備和足夠的系統(tǒng)軟件統(tǒng)軟件, ,就構成了一個完整的微機系統(tǒng)。就構成了一個完整的微機系統(tǒng)。如如ibm-pc(ibm-pc(如：如：pp、p p 、pp等等) ) 。 由由pc機組成的控制系統(tǒng)可

33、充分利用機組成的控制系統(tǒng)可充分利用pc機原有的系統(tǒng)資源，但由于機原有的系統(tǒng)資源，但由于pc機本來是機本來是用作辦公自動化的，所以對操作環(huán)境有用作辦公自動化的，所以對操作環(huán)境有一定的限制，因此，一定的限制，因此，普通普通pc多用于數(shù)據(jù)多用于數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)或其他環(huán)境較好的場合。當用采集系統(tǒng)或其他環(huán)境較好的場合。當用在工業(yè)現(xiàn)場時，對于各種干擾、振動及在工業(yè)現(xiàn)場時，對于各種干擾、振動及環(huán)境等要采取防范措施或采用環(huán)境等要采取防范措施或采用工業(yè)工業(yè)pc機機。 3) 3) 微型計算機系統(tǒng)微型計算機系統(tǒng)普通普通pc機：機： 工業(yè)工業(yè)pc機機為了改進普通pc機在工業(yè)環(huán)境下的適應性，出現(xiàn)了工業(yè)pc機。工業(yè)工業(yè)pc機

34、是結構經(jīng)過加固，元器件經(jīng)過嚴格篩選、接機是結構經(jīng)過加固，元器件經(jīng)過嚴格篩選、接插件結合部經(jīng)過強化設計、有良好抗干擾性、工作可靠性并插件結合部經(jīng)過強化設計、有良好抗干擾性、工作可靠性并保留了普通保留了普通pc機的總線及接口標準以及其他優(yōu)點的微機機的總線及接口標準以及其他優(yōu)點的微機。 通常工業(yè)pc也配有種類齊全的pc總線接口模板，包括：數(shù)字量i/o板，a/d板，d/a板，定時器/計數(shù)器板、專用控制板、通信板以及存儲器板等，為設計微機系統(tǒng)提供了極大的方便。 用工業(yè)pc組成控制系統(tǒng)的過程就是選用或設計相應接口模板，并開發(fā)控制軟件的過程。 由于工業(yè)pc選用的元器件檔次較高，結構經(jīng)過強化處理，所以組成的系

35、統(tǒng)性能也較高，但相應的成本也高，宜用于需進行大量數(shù)據(jù)處理、可靠性要求高的大型工業(yè)控制系統(tǒng)。4)可編控制器plc可編控制器（plc）是在繼電器邏輯控制系在繼電器邏輯控制系統(tǒng)的基礎統(tǒng)的基礎上，利用微處理器技術發(fā)展起來的有邏輯運算、計時/計數(shù)、算術運算、模擬量調(diào)節(jié)、操作顯示等功能的新型工業(yè)控制器。 它結構簡單、編程方便、體積小、抗干擾能力強、運行可靠，可以取代傳統(tǒng)的繼電器邏輯控制系統(tǒng)、模擬控制系統(tǒng)等，被廣泛應廣泛應用于工業(yè)生產(chǎn)過程控制中用于工業(yè)生產(chǎn)過程控制中。 plc一般使用8位或16位微處理器，大型plc也有32位微處理器。(2)(2)按微處理機位數(shù)分類按微處理機位數(shù)分類 按微處理機位數(shù)可將微型計

36、算機分為位片、位片、4位、位、8位、位、16位、位、32位和位和64位位等機種。所謂位數(shù)是指微處理機并行處位數(shù)是指微處理機并行處理的數(shù)據(jù)位數(shù)，即可同時傳送數(shù)據(jù)的總線寬度理的數(shù)據(jù)位數(shù)，即可同時傳送數(shù)據(jù)的總線寬度。 4位機目前多做成單片機。即把微處理機、12kb的rom、64128kb的ram、i/o接口做在一個芯片上，主要用于單機控制、儀器儀表、家用電器、游戲機等中。 8位機有單片和多片之分，主要用于控制和計算。 16位機功能更強、性能更好，用于比較復雜的控制系統(tǒng),可以使小型機微型化。 32位和64位機是比小型機更有競爭力的產(chǎn)品。人們把這些產(chǎn)品稱為超級微機。它具有面向高級語言的系統(tǒng)結構，有支持高

37、級調(diào)度、調(diào)試以及開發(fā)系統(tǒng)用的專用指令，大大提高了軟件的生產(chǎn)效率。 按用途分類可以將微型計算機分為控制用和數(shù)據(jù)處理用微型計算機。對單片機來說：可分為通用型和專用型。 通用型單片機通用型單片機，即通常所說的各種系列的單片各種系列的單片機機。它可把開發(fā)的資源(如rom、i/o接口等)全部提供給用戶，用戶可根據(jù)自己應用上的需要來設計接口和編制程序，因此通用型單片機可作為系統(tǒng)或產(chǎn)品的微控制器，適用于各種應用領域。 專用單片機或稱專用微控制器專用單片機或稱專用微控制器，是專門為某一應用領域或某一特定產(chǎn)品而開發(fā)的一類單片機。為滿足某一領域應用的特殊要求而開發(fā)的單片機，其內(nèi)部系統(tǒng)結構或指令系統(tǒng)都是特殊設計(甚

38、至內(nèi)部已固化好程序)。(3)(3)按用途分類按用途分類第四節(jié)第四節(jié) 微機軟件與程序設計語言微機軟件與程序設計語言 軟件是比程序意義更廣的一個概念，內(nèi)含極其豐富。軟件是比程序意義更廣的一個概念，內(nèi)含極其豐富。 1)1)程序設計語言程序設計語言 程序設計語言是編寫計算機程序所使用的語言，是人機對話的工具。程序設計語言是編寫計算機程序所使用的語言，是人機對話的工具。目前使用的程序設計語言大致有三大類，即目前使用的程序設計語言大致有三大類，即“機器語言機器語言”(machine (machine language)language)、“匯編語言匯編語言”(assembly language)(asse

39、mbly language)、“高級語言高級語言”(high (high level language)level language)。 2)2)操作系統(tǒng)操作系統(tǒng) 所謂操作系統(tǒng)所謂操作系統(tǒng)(os-operating system)(os-operating system)，就是計算機系統(tǒng)的管理程序，就是計算機系統(tǒng)的管理程序庫。它是用于提高計算機利用率、方便用戶使用計算機及提高計算機響應速庫。它是用于提高計算機利用率、方便用戶使用計算機及提高計算機響應速度而配備的一種軟件度而配備的一種軟件 。操作系統(tǒng)可以看成是用戶與計算機的接口操作系統(tǒng)可以看成是用戶與計算機的接口，用戶通，用戶通過它而使用計算機

40、。它屬于在數(shù)據(jù)處理監(jiān)控程序控制之下工作的一組基本程過它而使用計算機。它屬于在數(shù)據(jù)處理監(jiān)控程序控制之下工作的一組基本程序，或者是用于計算機管理程序操作及處理操作的一組服務程序集合。序，或者是用于計算機管理程序操作及處理操作的一組服務程序集合。 3)3)程序庫程序庫 計算機的可用程序和子程序的集合就是程序庫計算機的可用程序和子程序的集合就是程序庫( (或軟件包或軟件包) )。目前，微。目前，微型計算機積累的程序非常豐富，而且可以通用。而在機械控制領域，由于被型計算機積累的程序非常豐富，而且可以通用。而在機械控制領域，由于被控對象控對象( (產(chǎn)品產(chǎn)品) )的特殊性較強，其程序庫的形成較難。但是，隨著

41、微型計算機的特殊性較強，其程序庫的形成較難。但是，隨著微型計算機的普及與應用，其應用程序?qū)⒉粩嘭S富，也將會形成各式各樣的程序庫。的普及與應用，其應用程序?qū)⒉粩嘭S富，也將會形成各式各樣的程序庫。第五節(jié)第五節(jié) 微機的應用領域及選用要點微機的應用領域及選用要點 微型計算機的基本特點是小型化、超小型化，具有一般計算機的信息處微型計算機的基本特點是小型化、超小型化，具有一般計算機的信息處 理、計測、控制和記憶功能，價格低廉，且可靠性高、耗電少，故理、計測、控制和記憶功能，價格低廉，且可靠性高、耗電少，故用微用微機構成機電一體化系統(tǒng)機構成機電一體化系統(tǒng)( (或產(chǎn)品或產(chǎn)品) )具有以下效果具有以下效果： 小

42、型化小型化- -應用應用lsilsi技術減少了元件數(shù)量，簡化了裝配，縮小了體積；技術減少了元件數(shù)量，簡化了裝配，縮小了體積； 多功能化多功能化- -利用了微機以信息處理能力、控制能力為代表的智能；利用了微機以信息處理能力、控制能力為代表的智能； 通用性增大通用性增大- -容易用軟件更改和擴展設計；容易用軟件更改和擴展設計； 提高了可靠性提高了可靠性- -用用lsilsi技術減少了元器件、焊點及接續(xù)點數(shù)量，增加了用技術減少了元器件、焊點及接續(xù)點數(shù)量，增加了用軟件進行檢測的功能；軟件進行檢測的功能； 提高了設計效率提高了設計效率- -將硬件標準化用軟件適應產(chǎn)品規(guī)格的變化，能大大縮短將硬件標準化用軟

43、件適應產(chǎn)品規(guī)格的變化，能大大縮短產(chǎn)品開發(fā)周期；產(chǎn)品開發(fā)周期； 經(jīng)濟效果好經(jīng)濟效果好- -降低了零件費、裝配成本、電源能耗，通過硬件標準化易于降低了零件費、裝配成本、電源能耗，通過硬件標準化易于實現(xiàn)大量生產(chǎn)；進一步降低成本；實現(xiàn)大量生產(chǎn)；進一步降低成本； 產(chǎn)品產(chǎn)品( (或系統(tǒng)或系統(tǒng)) )標準化標準化- -硬件易于標準化；硬件易于標準化； 提高了維修保養(yǎng)性能提高了維修保養(yǎng)性能- -產(chǎn)品的標準化使維修保養(yǎng)人員易于掌握維修保養(yǎng)規(guī)產(chǎn)品的標準化使維修保養(yǎng)人員易于掌握維修保養(yǎng)規(guī)則，易于運用故障自診斷功能。則，易于運用故障自診斷功能。 微機的應用范圍十分廣泛，如：微機的應用范圍十分廣泛，如： （1 1）工業(yè)控

44、制和機電產(chǎn)品的機電一體化。）工業(yè)控制和機電產(chǎn)品的機電一體化。 （2 2）交通與能源設備的機電一體化。）交通與能源設備的機電一體化。 （3 3）家用電器的機電一體化。）家用電器的機電一體化。 （4 4）商用產(chǎn)品機電一體化。）商用產(chǎn)品機電一體化。 （5 5）儀器、儀表機電一體化。）儀器、儀表機電一體化。 （6 6）辦公自動化設備的機電一體化。）辦公自動化設備的機電一體化。 （7 7）信息處理自動化設備。）信息處理自動化設備。 （8 8）導航與控制。）導航與控制。 1. 應用領域應用領域 不同領域可選用不同品種、不同檔次的微機。不同領域可選用不同品種、不同檔次的微機。一般的工業(yè)控制設備、數(shù)控機床、交

45、通與能源管一般的工業(yè)控制設備、數(shù)控機床、交通與能源管理等可使用理等可使用8位或位或16位微機系統(tǒng)；位微機系統(tǒng)；控制系統(tǒng)與被控對象分離時，可使用單板機、微控制系統(tǒng)與被控對象分離時，可使用單板機、微機系統(tǒng)；機系統(tǒng)；微機裝在產(chǎn)品內(nèi)時微機裝在產(chǎn)品內(nèi)時(如家用電器、計算器等如家用電器、計算器等)可采用可采用4位或位或8位單片機。位單片機。復雜實時控制及過程控制復雜實時控制及過程控制(如智能機器人、導航系如智能機器人、導航系統(tǒng)等統(tǒng)等),主要使用主要使用16位與位與32位微機。位微機。 總之，總之，4位機常用于較簡單、規(guī)模較小的系統(tǒng)位機常用于較簡單、規(guī)模較小的系統(tǒng)(或產(chǎn)品或產(chǎn)品)，16位與位與32位機及位機

46、及64位機主要用于較復位機主要用于較復雜的大系統(tǒng)，雜的大系統(tǒng)，8位機則用于中等規(guī)模的系統(tǒng)位機則用于中等規(guī)模的系統(tǒng)。 2. 選用要點選用要點第八節(jié)第八節(jié) 單片機的結構特點及其最小應用系統(tǒng)單片機的結構特點及其最小應用系統(tǒng)一、單片機概述一、單片機概述 單片微機是單片微型計算機單片微型計算機scmc（single chip micro computer）的譯名簡稱，常簡稱為單片機單片機。由于主要面向控制，也叫微控制器微控制器（micro-controller unitmcu），嵌入到專用系統(tǒng)中就叫嵌入式微控制器嵌入式微控制器（embedded microcontroller）它包括中央處理器cpu、隨

47、機存儲器ram、只讀存儲器rom、中斷系統(tǒng)、定時器/計數(shù)器、串行口和并行i/o等等。 除了工業(yè)控制領域，單片微機在家用電器、電子玩具、通信、高級音響、圖形處理、語言設備、機器人、計算機等各個領域迅速發(fā)展。目前單片微機的世界年產(chǎn)量已達100億片，而在中國大陸地區(qū)單片微機的年應用量已達6億片左右。由此可見單片微機的廣泛用途和發(fā)展前景！ 1970年微型計算機研制成功之后，隨著大規(guī)模集成電路的發(fā)展又出現(xiàn)了單片微機。mcs-51系列單片機：系列單片機：8051單片微機是美國intel公司在1980年年推出的mcs-51系列單片微機的第一個成員，mcs是intel公司的注冊商標。凡intel公司生產(chǎn)的以8

48、051為核心單元的其它派生單片微機都可稱為mcs-51系列單片機（8位機），有時簡稱為51系列系列。intel公司將mcs51的核心技術授權給了很多其它公司，所以有很多公司在做以8051為核心的單片機，當然，功能或多或少有些改變，以滿足不同的需求。 intel公司的mcs-51單片微機，和以8051為核心單元的世界許多公司生產(chǎn)的單片微機，比如philips(飛利浦公司) 的83c552及51lpc系列等、siemens(西門子公司) 的sab80512等、amd(先進微器件公司) 的8053等、atmel（愛特梅爾公司）的89c51等統(tǒng)稱為統(tǒng)稱為80c51系列單片微機系列單片微機。二、二、mc

49、s-51mcs-51系列單片機的結構特點系列單片機的結構特點 mcs-51mcs-51系列單片機包括系列單片機包括805l805l、87518751和和80318031三種產(chǎn)品，其三種產(chǎn)品，其硬件設計簡單靈活。硬件設計簡單靈活。 80518051片內(nèi)有片內(nèi)有4kb4kb的的romrom。用戶將已開發(fā)好的程序交給芯片。用戶將已開發(fā)好的程序交給芯片制造廠商，在制造芯片時用制造廠商，在制造芯片時用將用戶程序?qū)懭雽⒂脩舫绦驅(qū)懭雛omrom。顯然用戶本身是無法將自己的程序?qū)懭腼@然用戶本身是無法將自己的程序?qū)懭?0518051芯片的。程序一芯片的。程序一經(jīng)寫入片內(nèi)經(jīng)寫入片內(nèi)romrom，用戶也無法改變程序

50、。所以，用戶也無法改變程序。所以80518051用在批量用在批量較大較大(1000(1000片以上片以上) )時，經(jīng)濟上才合算。時，經(jīng)濟上才合算。 87518751片內(nèi)有片內(nèi)有4kb4kb的的epromeprom。用戶可以用。用戶可以用將用戶程將用戶程序?qū)懭肫瑑?nèi)序?qū)懭肫瑑?nèi)epromeprom。所以當用戶的程序不長時使用這種芯片。所以當用戶的程序不長時使用這種芯片可簡化電路，也可以作為開發(fā)系統(tǒng)片內(nèi)可簡化電路，也可以作為開發(fā)系統(tǒng)片內(nèi)8051rom8051rom單片機的代單片機的代用芯片。由于用芯片。由于epromeprom可通過照射紫外光線抹去原有程序進行可通過照射紫外光線抹去原有程序進行改寫，所

51、以這類芯片也可用于程序的開發(fā)工作改寫，所以這類芯片也可用于程序的開發(fā)工作。 80318031芯片內(nèi)無芯片內(nèi)無romrom或或epromeprom，使用時必須配置外部的程序，使用時必須配置外部的程序存儲器存儲器epromeprom。如不使用。如不使用805l805l或或87518751芯片片內(nèi)的芯片片內(nèi)的romrom或或epromeprom即可將其作為即可將其作為80318031芯片使用。這三種引腳相容的產(chǎn)品芯片使用。這三種引腳相容的產(chǎn)品均可尋均可尋址址64kb64kb的外部程序存儲器和的外部程序存儲器和64kb64kb的外部數(shù)據(jù)存儲器的外部數(shù)據(jù)存儲器。 數(shù)據(jù)存儲器數(shù)據(jù)存儲器 ram（rando

52、m access memory）程序存儲器程序存儲器 rom（read only memory）閃速存儲器閃速存儲器 flash memoryeprom erazible programmable romeeprom/e2prom electrical erasable programmable rom (如如winbond公司公司w27c系列系列)靜態(tài)存儲器靜態(tài)存儲器 sram static ram(6管管) 動態(tài)存儲器動態(tài)存儲器 dram dynamic ram(4,3,1管管)按字節(jié)尋址：每個字節(jié)按字節(jié)尋址：每個字節(jié)( (8個位個位) )占一個地址占一個地址按位尋址：有的存儲器每一個位就

53、有一個地址按位尋址：有的存儲器每一個位就有一個地址單片機的存儲器紫外線擦除，如紫外線擦除，如2716(2kx8 位位)、2732(4kx8位位)、2764(8kx8 位位)、27128(16kx8位位)、27256(32kx8 位位)、27512(64kx8位位)等等mcs-51單片機基本特性單片機基本特性8 8 位的位的 cpucpu， 片內(nèi)有振蕩器和時鐘電路片內(nèi)有振蕩器和時鐘電路, ,工作頻率為工作頻率為 1 112mhz12mhz片內(nèi)有片內(nèi)有 128/256128/256字節(jié)字節(jié) ramram片內(nèi)有片內(nèi)有 0k/4k/8k0k/4k/8k字節(jié)字節(jié) 程序存儲器程序存儲器romrom可尋址片

54、外可尋址片外 64k64k字節(jié)字節(jié) 數(shù)據(jù)存儲器數(shù)據(jù)存儲器ramram可尋址片外可尋址片外 64k64k字節(jié)字節(jié) 程序存儲器程序存儲器romrom片內(nèi)片內(nèi) 21/2621/26個個 特殊功能寄存器（特殊功能寄存器（sfrsfr）4 4個個8 8位位 的并行的并行i/oi/o口（口（piopio）1 1個個 全雙工串行口（全雙工串行口（sio/uartsio/uart）2/32/3個個1616位位 定時器定時器/ /計數(shù)器（計數(shù)器（timer/countertimer/counter）可處理可處理 5/65/6個中斷源，兩級中斷優(yōu)先級個中斷源，兩級中斷優(yōu)先級內(nèi)置內(nèi)置1 1個布爾處理器和個布爾處理器

55、和1 1個布爾累加器個布爾累加器（cycy）mcs-51mcs-51指令集含指令集含 111111條指令條指令(254(254個代碼個代碼) )mcs-51內(nèi)部結構圖內(nèi)部結構圖mcs-51mcs-51系列單片機的引腳及功能系列單片機的引腳及功能18051/8751最小應用系統(tǒng)最小應用系統(tǒng)8051/8751是片內(nèi)是片內(nèi)有有rom/eprom的單片機，因此，的單片機，因此，用這種芯片構成用這種芯片構成的最小應用系統(tǒng)的最小應用系統(tǒng)結構簡單，工作結構簡單，工作可靠?？煽?。28031最小應用系統(tǒng)最小應用系統(tǒng)8031是片內(nèi)無程序存儲器的單片機芯片，因此，其最小應用系統(tǒng)應 在 片 外 擴 展片 外 擴 展e

56、prom。右圖為用8031外接程序存儲器構成的最小系統(tǒng)。四、四、 mcs-51系列單片機存儲空間與系列單片機存儲空間與存儲器擴展存儲器擴展五、五、 mcs-51系列單片機系列單片機i/o擴展擴展 六、實現(xiàn)片選（譯碼）方法六、實現(xiàn)片選（譯碼）方法 以上內(nèi)容請同學們復習所學過的以上內(nèi)容請同學們復習所學過的單片單片微機原理微機原理相關章節(jié)。相關章節(jié)。第九節(jié)第九節(jié) 數(shù)字顯示器及鍵盤的接口電路數(shù)字顯示器及鍵盤的接口電路 一、數(shù)字顯示器的結構及其工作原理一、數(shù)字顯示器的結構及其工作原理 單片機應用系統(tǒng)中，常使用單片機應用系統(tǒng)中，常使用led(發(fā)光二極管，發(fā)光二極管，light emitting diode

57、 )、crt（陰極射線管（陰極射線管cathode ray tube）顯示器和）顯示器和lcd(液晶顯示器，液晶顯示器，liquid crystal display )等作為顯示器件。其中等作為顯示器件。其中l(wèi)ed和和lcd成本低、配置靈活、與單片機接口方便，應用廣泛。成本低、配置靈活、與單片機接口方便，應用廣泛。 1、led顯示器顯示器led是由若干個發(fā)光二極管組成的。當發(fā)光二極管導通是由若干個發(fā)光二極管組成的。當發(fā)光二極管導通時，相應的一個點或一個筆劃發(fā)亮?？刂撇煌M合的二極時，相應的一個點或一個筆劃發(fā)亮?？刂撇煌M合的二極管導通，就能顯示出各種字符。這種管導通，就能顯示出各種字符。這種筆

58、劃式的七段顯示器筆劃式的七段顯示器，能顯示的字符數(shù)量少，但控制簡單、使用方便。能顯示的字符數(shù)量少，但控制簡單、使用方便。 發(fā)光二極管的陽極連在一起的稱為發(fā)光二極管的陽極連在一起的稱為共陽極共陽極顯示器，陰極顯示器，陰極連在一起的稱為連在一起的稱為共陰極共陰極顯示器。顯示器。共陽極共陽極共陰極共陰極通常的七段led顯示塊中有八個發(fā)光二極管，故也稱之為八段顯示塊八段顯示塊。其中七個發(fā)光二極管構成七筆字形七筆字形“8”。一個發(fā)光二極管構成小數(shù)點小數(shù)點。七段顯示塊與單片機接口非常容易。只要將一個將一個8位并行輸出口與顯示塊的發(fā)光二位并行輸出口與顯示塊的發(fā)光二極管引腳相連極管引腳相連即可。8位并行輸出口

59、輸出不同的字節(jié)數(shù)據(jù)即可獲得不同的數(shù)字或字符。通常將控制發(fā)光二極管的8位字節(jié)數(shù)據(jù)稱為段選碼段選碼。共陽極與共陰極的段選碼互為補數(shù)，共陽極與共陰極的段選碼互為補數(shù)，二者之和為二者之和為ffh。 如： 3fh: 0 0 1 1 1 1 1 1 3 f 7fh： 0 1 1 1 1 1 1 1 7 f 七段七段led的段選碼的段選碼 顯示器有靜態(tài)和動態(tài)兩種方法：（1 1）. . 靜態(tài)顯示靜態(tài)顯示 就是當顯示器顯示某一個字符時，相應的發(fā)光就是當顯示器顯示某一個字符時，相應的發(fā)光二極管二極管恒定恒定地導通或截止。例如七段顯示器的地導通或截止。例如七段顯示器的a a、b b、c c、d d、e e、f f導

60、通，導通，g g截止，顯示截止，顯示0 0。這種顯示方式每這種顯示方式每一位都需要一個一位都需要一個8 8位輸出口控制，位輸出口控制，三位顯示器的接三位顯示器的接口邏輯如下圖所示?？谶壿嬋缦聢D所示。靜態(tài)顯示的特點：靜態(tài)顯示的特點：每一位都需要一個每一位都需要一個8位輸出口控制位輸出口控制，用于顯示位數(shù)較少（僅一、二位）的場合；較小的電流能得到較高的亮度，可以由8255的輸出口直接直接驅(qū)動。 （2 2）. . 動態(tài)顯示動態(tài)顯示 動態(tài)顯示就是動態(tài)顯示就是一位一位地輪流點亮一位一位地輪流點亮各位顯示器各位顯示器( (掃描掃描) )。對于每對于每一位顯示器來說，每隔一段時間點亮一次。顯示器的亮度既與導