【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 O 接口 P0P3；兩個(gè)定時(shí)器 /記數(shù)器；五個(gè)中斷源的中斷控制系統(tǒng)；一 個(gè)全雙工 UART 的串行 I/O 口；片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘產(chǎn)生電路，但石英晶體和微調(diào)電容需要外接。最高允許振蕩頻率是 12MHZ。以上各個(gè)部分通過(guò)內(nèi)部總線相連接。下面簡(jiǎn)單介紹下其各個(gè)部分的功能 [8]。 中央處理器 CPU 是單片微型計(jì)算機(jī)的指揮、執(zhí)行中心，由它讀入用戶程序，并逐條執(zhí)行指令，它是由 8 位算術(shù) /邏輯運(yùn)算部件 (簡(jiǎn)稱 ALu)、定時(shí) /控制部件，若干寄存器 A、 B、 B5w、 5P 以及 16 位程序計(jì)數(shù)器 (Pc)和數(shù)據(jù)指針寄存器(DM)等主要部件組成。算術(shù)邏輯單元的硬件結(jié)構(gòu)與典型微型機(jī)相似。它具有對(duì)8 位信息進(jìn)行 +、 、 x、 / 四則 運(yùn)算和邏輯與、或、異或、取反、清 “0”等運(yùn)算，并具有判跳、轉(zhuǎn)移、數(shù)據(jù)傳送等功能，此外還提供存放中間結(jié)果及常用數(shù)據(jù)的寄存器。控制器部件是由指令寄存器、程序計(jì)數(shù)器 PC、定時(shí)與控制電路等組成的。指令寄存器中存放指令代碼。執(zhí)行指令時(shí)，從程序存儲(chǔ)器中取來(lái)并經(jīng)譯碼器譯碼后，根據(jù)不同指令由定時(shí)與控制電路發(fā)出相應(yīng)的控制信號(hào)，送到存儲(chǔ)器、運(yùn)算器或 I/O 接口電路，完成指令功能。程序計(jì)數(shù)器 PC 用來(lái)存放下一條將要執(zhí)行的指令，共 16 位．可對(duì)以 K 字節(jié)的程序存儲(chǔ)器直接尋址 c 指令執(zhí)行結(jié)束后， PC 計(jì)數(shù)器自動(dòng)增加，指向下一條要執(zhí)行的指令地址 [9]。 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器， RAM，片內(nèi)為 128B， 片外最多可外擴(kuò) 64KB。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器來(lái)存儲(chǔ)單片機(jī)運(yùn)行期間的工作變量、運(yùn)算的中間結(jié)果、數(shù)據(jù)暫存和緩沖、標(biāo)志位等。片內(nèi)的 128B 的 RAM，以高速 RAM的形式集成在單片機(jī)內(nèi)，可以加 快單 水箱液位控制器的設(shè)計(jì)與研究 作者：王文雷 第 6 頁(yè) 共 22 頁(yè) 片機(jī)運(yùn)行的速度，而且這種結(jié)構(gòu)的 RAM還可以降低功耗。 程序存儲(chǔ)器， ROM，用來(lái)存儲(chǔ)程序， 80C51 為 4KB ROM。如果片內(nèi)只讀存儲(chǔ)器的容量不夠，則需要用擴(kuò)展片只讀存儲(chǔ)器，片外最多可以擴(kuò)展到64KB。 中斷系統(tǒng)，具有 5 個(gè)中斷源， 2 級(jí)中斷優(yōu)先權(quán)。 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器，片內(nèi)有 2 個(gè) 16 位計(jì)數(shù)器 /定時(shí)器，具有 4 種工作的方式。在單片機(jī)的應(yīng)用中，往往需要精確的定時(shí)，或?qū)ν獠渴录M(jìn)行計(jì)數(shù)，因而需在單片機(jī)內(nèi)部設(shè)置定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器部件 [10]。 串行口， 1 個(gè)全雙工串行口 ,具有 4 種工作的方式?？捎脕?lái)進(jìn)行串行通信，擴(kuò)展并行 I/O 口，甚至與多個(gè)單片機(jī)相連構(gòu)成多機(jī)系統(tǒng)，從而使單片機(jī)的功能更強(qiáng)且應(yīng)用更廣。 特殊功能的寄存器， SFR，共有 21 個(gè)，用于 CPU 對(duì)片內(nèi)各功能部件進(jìn)行控制、管理、監(jiān)視。 單片機(jī)的時(shí)序功能： 時(shí)鐘電路： 80C51 片內(nèi)設(shè)有一個(gè)由反向放大器所構(gòu)成的振蕩電路， XTALI和 XTAL2 分別為振蕩電路的輸入端和輸 出端。 時(shí)鐘可以由外部方式產(chǎn)生或內(nèi)部方式產(chǎn)生。使用內(nèi)部方式的時(shí)候，在 C1 和C2 引腳上接微調(diào)電容和石英晶體就可以構(gòu)成振蕩器， 振蕩頻率的選擇范圍在—12MHZ 之間。在采用外部時(shí)鐘 [11]時(shí)， XTAL2 用來(lái)輸入外部的時(shí)鐘信號(hào)，而 XTALI 用來(lái)接地。 時(shí)序：?jiǎn)纹瑱C(jī) 80C51 的一個(gè)執(zhí)器周期由六個(gè)狀態(tài) (s1—s6)組成，每個(gè)狀態(tài)又持續(xù)兩個(gè)接蕩周期，分為 P1 和 P2 這兩個(gè)節(jié)拍。這樣，一個(gè)機(jī)器的周期由 12 個(gè)振蕩周期而組成。 若采用 12MHz 的晶體振蕩器，那么每個(gè)狀態(tài)周期為 1/6us，每個(gè)機(jī)器周期為 1us；在一般情況下 ，邏輯和算術(shù)操作發(fā)生在 N 期間，而從內(nèi)部寄存器到寄存器的傳輸則發(fā)生在 P2 期間。 對(duì)于單周期指令而言，當(dāng)指令操作碼讀入指令寄存器 [12]時(shí)，使從 S1P2 開(kāi)始執(zhí)行指令。假如是雙字節(jié)指令，則在同一機(jī)器周期的 s4 讀入第二字節(jié)。如果是單字節(jié)指令，則在 51 單片機(jī)期間仍進(jìn)行讀，但所讀入的字節(jié)操作碼被忽略，并 且程序計(jì)算數(shù)據(jù)也不加 1。在結(jié)束時(shí)完成操作指令 [13]。 水箱液位控制器的設(shè)計(jì)與研究 作者：王文雷 第 7 頁(yè) 共 22 頁(yè) 多數(shù) Mcs—51 指令周期有 1—2 個(gè)機(jī)器周期，只有除法和乘法指令才需要兩個(gè)以上機(jī)器周期的指令，它們需機(jī)器周期 4 個(gè)。 對(duì)于雙字節(jié)的單機(jī)器指令，通常在一個(gè)機(jī)器周期內(nèi)從程 序存儲(chǔ)器內(nèi)讀入兩個(gè)字節(jié)，但 Movx 指令除外，因?yàn)镸ovx 指令是訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的單字節(jié)的雙機(jī)器周期指令，在執(zhí)行 Movx 指令期間，外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器被訪問(wèn)并且被選同時(shí)跳過(guò) 2 次取指操作。下面是80C51 單片機(jī)的振蕩電路。圖如 31： 圖 31 80C51 震蕩電路原理圖 引腳及其功能說(shuō)明： 80C51 單片機(jī)的 40 個(gè)引腳 [7]中有 2 個(gè)是主電源引腳， 4 個(gè)控制或與其它電源復(fù)用的引腳， 2 個(gè)外接晶振的引腳，以及 32 條輸入輸出 I/O 引腳。 下面按引腳功能分為 4 部分?jǐn)⑹龈鱾€(gè)引腳的功能： 電源引腳 Vcc 和 Vss Vcc（ 40 腳）：接 +5V電源的正端； Vss（ 20 腳）：接 +5V電源的正端； 外接晶振引腳 XTAL1 跟 XTAL2： XTAL1（ 19 腳）：接晶體外部的一端。在單片機(jī)的內(nèi)部，它是一個(gè)反相放大器的輸入端，這個(gè)放大器的構(gòu)成采用外部時(shí)鐘時(shí)，對(duì)于 HMOS 單片機(jī)，XTAL1 引腳接地；對(duì)于 CHOMS 單片機(jī)， XTAL1 引腳作為外部振蕩信號(hào)的輸入端 [14]。 XTAL2（ 18 腳）：接石英晶體外部的另一端。在單片機(jī)內(nèi)部，接至片內(nèi)振 水箱液位控制器的設(shè)計(jì)與研究 作者：王文雷 第 8 頁(yè) 共 22 頁(yè) 蕩器的反相放大器的輸出端。當(dāng)采用外部時(shí)鐘時(shí)，對(duì)于 HMOS 單片機(jī)，XTAL2 引腳作為外部振蕩信號(hào)的輸入端。對(duì)于 CHMOS 芯片， XTAL2 引腳懸空不接。 本系統(tǒng)采用 8051 單片機(jī)， 附圖片 如下 32： 圖 32 80C51 結(jié)構(gòu)圖 光電隔離簡(jiǎn)介 輸出通過(guò)繼電器，控制水泵機(jī)組的起停和報(bào)警，其電路圖如圖 33： 水箱的控制器由 8051 系統(tǒng)構(gòu)成。為避免電機(jī)的起停和電源波動(dòng)時(shí)對(duì)電路的影響，輸入輸出均采用光電隔離。 光電隔離是 半導(dǎo)體管敏感器件和發(fā)光二極管組成的一種新器件 ， 它主要功能是實(shí)現(xiàn)電信號(hào)的傳送 。 輸入與輸出絕緣隔離 ， 信號(hào)單向傳輸 ， 無(wú)反饋影響 ?？垢蓴_性強(qiáng) ， 響應(yīng)速度快 。 工作時(shí) ， 把輸入信號(hào)加到輸入端 ， 使發(fā)光管發(fā)光 ， 光敏器件在磁光輻射下輸出光電流 ， 從而實(shí)現(xiàn) 光電 的兩次轉(zhuǎn)換 。 繼電器隔離是用電信號(hào)控制繼電器的機(jī)械觸電來(lái)實(shí)現(xiàn)隔離控制 [15]。 水箱液位控制器的設(shè)計(jì)與研究 作者：王文雷 第 9 頁(yè) 共 22 頁(yè) 圖 33 光電隔離 電路原理圖 給水泵電機(jī)主控回路介紹 給水泵電機(jī)主控回路圖 34 如下： 圖 34 給水泵電機(jī)控制電路原理圖 圖 中水泵電機(jī)主控回 路由兩個(gè)水泵電機(jī)以及二直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路構(gòu)成，主控回路的控制信號(hào)由單片機(jī)的 , 發(fā)出，他們的引腳功能如下： ： M1 起動(dòng) KM1 控制輸出信號(hào)。（手動(dòng) 1，自動(dòng) 0）； ： M1起動(dòng) KM1控制輸出信號(hào)。（手動(dòng) 1，自動(dòng) 0）； ： M2開(kāi)關(guān)狀態(tài)輸入信號(hào)。（開(kāi) 0，關(guān) 1）； ： M2開(kāi)關(guān)狀態(tài)輸入信號(hào)。（開(kāi) 0，關(guān) 1）。 二級(jí)管顯示電路設(shè)計(jì) 二級(jí)管顯示電路如圖 35 所示 水箱液位控制器的設(shè)計(jì)與研究 作者：王文雷 第 10 頁(yè) 共 22 頁(yè) 圖 35 報(bào)警電路 該電路主要由三個(gè)發(fā)光二極管構(gòu)成，它們分別與單片機(jī)的 , 端口相連 [16]，其中 D1 是電機(jī)加水提示燈， D2 是電機(jī)抽水提示燈， D3 是電機(jī)停止提示燈。 80C51 水箱控制系統(tǒng)主控硬件部署方案 80C51 單片機(jī)實(shí)現(xiàn)控制功能說(shuō)明 80C51