【正文】 8051 為 核心加上一定的新的功能部件后組成的，從而使它們完全兼容。表 21 為 MCS51 系列單片機常用產(chǎn)品特性。 表 21 MCS51系列單片機常用產(chǎn)品特性 型號 片內(nèi)存儲器 I/O 線 定時器 /計數(shù)器 片外尋址空間（ KB） 程序 數(shù)據(jù) 程序 數(shù)據(jù) 8051 4K ROM 128 32 2 個 16 位 64 64 8751 4K EPROM 128 32 2 個 16 位 64 64 8031 無 128 32 2 個 16 位 64 64 80C51 4K ROM 128 32 2 個 16 位 64 64 87C51 4K EPROM 128 32 2 個 16 位 64 64 80C31 無 128 32 2 個 16 位 64 64 8052 4K ROM 256 32 3 個 16 位 64 64 8752 4K EPROM 256 32 3 個 16 位 64 64 8032 無 256 32 3 個 16 位 64 64 MCS51 具有比較大的尋址空間，地址線寬達 16 條，即外部數(shù)據(jù)存儲器和程序存儲器的尋址范圍達 216=64kB，這作為單片機控制來說已是比較大的，這同時 具備對 I/O 口的訪問能力。此外， MCS51 采用模塊化結(jié)構，可方便地增刪一個模塊就可使 引腳和指令兼容的新產(chǎn)品 ， 從而容易使產(chǎn)品形成系列化。 由于 MCS51 集成了幾乎完善的 8 位中央處理單元，處理功能強，中央處理單元中集成了方便靈活的專用寄存器，硬件的加、減、乘、除法器和布爾處理機及各種邏輯運算和轉(zhuǎn)移指令，這給應用提供了極大的便利。 MCS51 的指令系統(tǒng)近乎完善，指令系統(tǒng)中包含了全面的數(shù)據(jù)傳送指令、完善的6 算術和邏輯運算指令、方便的邏輯操作和控制指令、對于編程來說，是相當靈活和方便的。 MCS51 單片機的工作 頻率為 212MHz，當振蕩頻率為 12MHz 時，一個機器周期為 1us,這個速度應該說是比較快的。 MCS51 把微型計算機的主要部件都集成在一塊 芯 片上，使得數(shù)據(jù)傳送距離大大縮短，可靠性更高，運行速度更塊。由于屬于芯片化的微型計算機，各功能部件在芯片中的布局和結(jié)構達最優(yōu)化，抗干擾能力加強，工作亦相對穩(wěn)定。因此，在工業(yè)測控系統(tǒng)中，使用單片機是最理想的選擇。單片機屬于典型的嵌入式系統(tǒng)，所以它是低端控制系統(tǒng)最佳器件。 鑒于 MCS51 的以上特點，本文的設計就是基于 MCS51 的 8301 型號單片機來設計的。 系統(tǒng)面板設計及控制原理圖 面板設計 控制系統(tǒng)面板如圖 21 所示 。 圖 21 控制面板 在圖 21 中控制面板中設置了一個 “ +”一個“ — ”控制 區(qū)兩個控制按鍵 ， 兩個發(fā)光二極管（分別是警報指示、運行指示）、三位數(shù)碼顯示管。 警報 運行 + 輸入顯示 7 系統(tǒng)控制原理圖 圖 22 系統(tǒng)控制原理圖 微型處理器 8031 單片機是 Intel 公司生產(chǎn)的 MCS51 系列單片機中的一種，除無片內(nèi) ROM外，其余特性與 MCS51 單片機基本一樣。 8031 性能特點 8031 的主要性能包括 : （ 1） 與 MCS51 位控制器產(chǎn)品系列兼容。 （ 2） 寬工作電壓范圍， VCC 可為 ～ 6V。 （ 3） 全靜態(tài)工作，可從 0Hz 至 16Hz。 （ 4） 128 8 位內(nèi)部 RAM。 （ 5） 32 條可編程 I/O 線。 （ 6） 兩個 16 位定時器 /計數(shù)器。 （ 7） 中斷結(jié)構具有 5 個中斷源和 2 個優(yōu)先級。 8031 硬件結(jié)構及引腳功能 8 8031 的內(nèi)部硬件結(jié)構如圖 23 所示 ： 圖 23 8031引腳圖 在圖 23 中所示， 8031 單片機采用 40 引腳雙列直插封 裝 (DIP)形式。采用方形封裝 工藝。由于受到引腳數(shù)目的限制，所以有一些引腳具有第二功能。在單片機的 40條引腳中，有 2 條專用于主電源的引腳， 2 條外接晶體的引腳， 4 條控制和其它電源復用的引腳， 32 條輸入 /輸出引腳。下面分別說明這些引腳的名稱和功能。 （ 1）主電源引腳 Vcc 和 GND Vcc：芯片主電源，正常工作時接 +5V電源。 GND：接電源地。 （ 2）時鐘振蕩引腳 XTAL1 和 XTAL2 XTAL1: 接外部晶體的一端。在單片內(nèi)部，它是反相放大器的輸入端，該放大器構成了片內(nèi)振蕩器。在測外部時鐘電路時，對于 HMOS 單片機，此引腳必須接地；對 CHMOS 單片機，此引腳作為驅(qū)動端。 XTAL2: 接外部晶體的另一端。在單片機內(nèi)部 ,接至上述振蕩器的反相放大器的輸出端，振蕩器的頻率是晶體振蕩頻率。若采用外部時鐘電路時，對于 HMOS 單片機，該引腳輸入外部時鐘脈沖；對于 CHMOS 單片機，此引腳應懸空 （ 3）控制信號引腳 RST/Vpd、 ALE/PROG 、 PSEN 和 EA /Vpp。 ALE/ PROG : 地址鎖存 使能輸出 /編程脈沖輸入端。在擴展系統(tǒng)時， ALE 用于控制把 P0 口輸出的低 8 位地址鎖存起來，以實現(xiàn)低 8 位地址和數(shù)據(jù)的隔離， P0 口作為數(shù)據(jù)地址復用口線。當訪問單片機外部程序或數(shù)據(jù)存儲器或外接 I/O 口時， ALE 輸出9 脈沖的下降沿用低 8 位地址的鎖存信號；即使不訪問單片機外部程序或數(shù)據(jù)存儲器或外接 I/O 口， ALE 端仍以晶振頻率的 1/6 輸出脈沖信號，因此可以作為外部時鐘或外部定時信號使用。但應注意，此時不能訪問單片機外部程序、數(shù)據(jù)存儲器或外設 I/O接口。 PSEN : 片外程序存儲器讀選 通信號。在 CPU向片外程序存儲器讀取指令和常數(shù)時，每個機器周期 PSEN 兩次低電平有效。但在此期間，每當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器或I/O 接口時無效出現(xiàn)。 EA /Vpp: 訪問程序存儲器控制信號 /編程電源輸入端。當 EA 端輸入高電平時，單片機訪問片內(nèi)的程序存儲器，在低 4KB 地址時，將自動轉(zhuǎn)向執(zhí)行外部程序存儲器的程序。當 EA 輸入低電平時， CPU僅訪問片外程序存儲器。在對 8751EPROM 編程時，此引腳 接 +21V的編程電壓 VPP。 RST/Vpd: 復位 /掉電保護信號輸入端。單片機上電后，只要在該引腳上輸入 24個振蕩周期 2 個機器周期 0 寬度以上的高電平就會使單片機復位；若在 RST 與 Vcc之間接一個 10μ F 的電容 ，則可實現(xiàn)單片機上電自動復位。 RST/Vpd 具有復位功能，在主電源 Vcc 掉電期間，該引腳可接上 +5V 的備用電源。當 Vcc 掉到低于規(guī)定的電平，而 Vpd 在其規(guī)定的電壓范圍內(nèi)時， +5V 就向片內(nèi) RAM 提供備用電源，以保持片內(nèi) RAM 中的數(shù)據(jù)不丟失，復位后能繼續(xù)正常運行。 （ 4） 輸入 /輸出（ I/O）引腳 P0、 P P P3（共 32 根） ～ : P0 口是一個 8 位雙向 I/O 端口。在訪問片外存儲器時，它分時提供低 8 位地址和作 8 位雙向數(shù)據(jù)總線。在 EPROM 編程時，從 P0 口輸入指令字節(jié)；在驗證程序時，則輸出指令字節(jié) (驗證時要外接上拉電阻 )。 P0 口能一吸收電流的方式驅(qū)動 8 個 LSTTL 負載。 ～ : P1 口是 8 位準雙向 I/O 端口。在 EPROM 編程和程序驗證時，它輸入低 8 位址。 P1 口能驅(qū)動 4 個 LSTTL 負載。 ～ : P2 口是 8 位準雙向 I/O 端口。在 CPU訪問外部存儲器時，它輸出高8 位 地址。在對 EPROM 編程和程序驗證時，它輸出高 8 位地址。 P2 口可驅(qū)動 4 個LSTTL 負載。 ～ : P3 口是 8 位準雙 I/O 端口。它是一個復用功能口。作為第一功能使用時，為普通 I/O 口，其功能和操作方法與 P1 口相同。作為第二功能使用時 ,各引腳的定義如表 22 所示。 P3 口的每一引腳均可獨立定義第一功能的輸入輸出或第二功能。 P3 口能驅(qū)動 4 個 LSTTL 負載。 表 22 各口線的第二功能定義 10 口線 引腳 第二功能 10 RXD（串行輸入口） 11 TXD（串行輸出口） 12 0INT （外部中斷 0） 13 1INT （外部中斷 1） 14 T0（定時器 0 外部輸入） 15 T1（定時器 1 外部輸入） 16 WR （外部數(shù)據(jù)存儲器寫脈沖） 17 RD （外部數(shù)據(jù)存儲器讀脈沖） 系統(tǒng)擴展 8031 具有很強的擴展功能，允許擴展各種外圍電路以補充片內(nèi)資源不足 ，適應特定應用的需要，擴展內(nèi)容包括數(shù)據(jù)存儲器、程序存儲器、 I/O 接口等擴展結(jié)構如圖 24所示： 圖 24 8031系統(tǒng)擴展結(jié)構圖 I/O 接口的擴展 由于我們采集的數(shù)據(jù)量較多，因此 CPU的 I/O 口線不夠用，所以我們使用 8255A來擴展 I/O 口，以滿足系統(tǒng)的要求。 8255A 是 Intel 公司生產(chǎn)的通