【文章內(nèi)容簡介】 載。P2（）：為8位準(zhǔn)雙向I/O口，當(dāng)作為I/O口使用時，可直接連接外部I/O設(shè)備。它是與地址總線高8位復(fù)用，可驅(qū)動4個TTL負(fù)載，一般作為擴(kuò)展時地址總線的高8位使用。P3（）：為8位準(zhǔn)雙向I/O口，是雙功能復(fù)用口，可驅(qū)動4個TTL負(fù)載。 MCS51單片機(jī)的時鐘電路時鐘電路是計算機(jī)的心臟，它控制著計算機(jī)的工作節(jié)奏，MCS51片內(nèi)有一個反相放大器，引腳分別為該反相放大器的輸入端和輸出端，該反相放大器與片外晶體或陶瓷諧振器一起構(gòu)成了一個自激振蕩器，產(chǎn)生的時鐘送至單片機(jī)內(nèi)部的各個部件。單片機(jī)的時鐘產(chǎn)生方式有內(nèi)部時鐘方式和外部時鐘方式兩種，大多單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)采用內(nèi)部時鐘方式。最常用的內(nèi)部時鐘方式采用外接晶體和電容組成的并聯(lián)諧振回路，不論是HMOS還是CHMOS型單片機(jī)，其并聯(lián)諧振回路及參數(shù)相同。電容CC2的取值對振蕩頻率輸出的穩(wěn)定性、大小及振蕩電路起振速度有少許影響。CC2可在20PF100PF之間選擇，一般當(dāng)外接晶體時典型取值為30PF，外接陶瓷諧振器時典型取值為47PF，取60PF70PF時振蕩器有較高的頻率穩(wěn)定性。在設(shè)計印刷電路板時，晶體或陶瓷諧振器和電容應(yīng)盡量靠近單片機(jī)引腳安裝，以減少寄生電容，更好地保證振蕩器穩(wěn)定和可靠的工作。為了提高溫度穩(wěn)定性，應(yīng)采用NPO電容。 MCS51單片機(jī)的復(fù)位電路計算機(jī)在啟動運(yùn)行時都需要復(fù)位，使中央處理器CPU和系統(tǒng)中的其他部件都處于一個確定的初始狀態(tài)，并從這個狀態(tài)開始工作，單片機(jī)的復(fù)位都是靠外部電路實(shí)現(xiàn)的，MCS51單片機(jī)有一個復(fù)位引腳RST，高電平有效。它是施密特觸發(fā)輸入，當(dāng)振蕩器起振后，該引腳上出現(xiàn)兩個機(jī)器周期（即24個時鐘周期）以上的高電平，使器件復(fù)位，只要RST保持高電平，MCS51便保持復(fù)位狀態(tài)。此時ALE，P0口、P1口、P2口和P3口都輸出高電平。RST變位低電平后，退出復(fù)位狀態(tài)，CPU從初始狀態(tài)開始工作。復(fù)位操作不影響片內(nèi)RAM的內(nèi)容。MCS51單片機(jī)通常采用上電自動復(fù)位和按鈕復(fù)位兩種方式。通常因?yàn)橄到y(tǒng)運(yùn)動等的需要，常常需要人工按鈕復(fù)位，： 復(fù)位電路對于CMOS型單片機(jī)因RST引腳的內(nèi)部有一個拉低電阻，故電阻R2可不接。單片機(jī)在上電瞬間，RC電路充電，RST引腳端出現(xiàn)正脈沖，只要RST端保持兩個機(jī)器周期上的高電平（因?yàn)檎袷幤鲝钠鹫竦椒€(wěn)定大約要10ms），就能使單片機(jī)有效復(fù)位，當(dāng)晶體振蕩頻率為12MHZ時，RC的典型值為。簡單復(fù)位電路中，干擾信號易串入復(fù)位端，可能會引起內(nèi)部某些寄存錯誤復(fù)位，這時可在RST引腳上接一去耦電容。上圖那上電按鈕復(fù)位電路只需將一個常開按鈕開關(guān)并聯(lián)于上電復(fù)位電路，按下開關(guān)一定時間就能使RST引腳端為高電平，從而使單片機(jī)復(fù)位。 系統(tǒng)的擴(kuò)展在以8031單片機(jī)為核心的控制系統(tǒng)中必須擴(kuò)展 程序存儲器，用以存放控制程序。同時，單片機(jī)內(nèi)部的存儲器容量較小，不能滿足實(shí)際需要，還要擴(kuò)展數(shù)據(jù)存儲器。這種擴(kuò)展就是配置外部存儲器（包括程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器）。另外，在單片機(jī)內(nèi)部雖然設(shè)置了若干并行I/O接口電路，用來與外圍設(shè)備連接。但當(dāng)外圍設(shè)備較多時，僅有幾個內(nèi)部I/O接口是不夠的，因此，單片機(jī)還需要擴(kuò)展輸入輸出接口芯片。 程序存貯器的擴(kuò)展MCS51系列單片機(jī)的程序存貯器空間和數(shù)據(jù)存貯器空間是相互獨(dú)立的。程序存儲器尋址空間為64KB（0000H0FFFH），8031片內(nèi)不帶ROM，所以要進(jìn)行程序存貯器的擴(kuò)展。用作程序存貯器的常用的器件是EPROM。由于MCS51單片機(jī)的P0口是分別復(fù)用的地址/數(shù)據(jù)總線，因此，在進(jìn)行程序存貯器擴(kuò)展時，必須用地址鎖存器鎖存地址信號。通信地址鎖存器可使用帶三態(tài)緩沖輸出的八D鎖存器74LS373。當(dāng)用74LS373作為地址鎖存器時，鎖存器G可直接與單片機(jī)的鎖存控制信號端ALE相連，在ALE下降沿進(jìn)行地址鎖存。根據(jù)應(yīng)用系統(tǒng)對程序存貯器容量要求的不同，常采用的擴(kuò)展芯片擴(kuò)展EPROM2716（2KB8）、2732A（4KB8）、2764A （8KB8）、27128A（16KB8）、27256A（32KB8）和27512（64KB8）等。以上6種EPROM均為單一+5V電源供電，維持電流為35mA—40mA，工作電流為75 mA100 mA，讀出時間最大為250ns，均有雙列直插式封裝形式，A0A15是地址線，不同的芯片可擴(kuò)展的存貯容量的大小不同，因而提供8位地址的P2口線的數(shù)量個不相同，故2716為A0A10，27512為A0A15；D0D7是數(shù)據(jù)線；CE是片選線，低電平有效；CE是數(shù)據(jù)輸出選通線；Vpp是編程電源；Vcc是工作電源，PCM是編程脈沖輸入端。根據(jù)程序存貯器擴(kuò)展的原理，以EPROM和鎖存器74L373為例對8031單片機(jī)進(jìn)行程序存貯器的擴(kuò)展。因?yàn)?764A是8KB容量的EPROM，故用到了13根地址線，A0A12。如果只擴(kuò)展一片程序存貯器EPROM，故可將片選端CE直接接地。下圖為擴(kuò)展兩片EPROM的連接方法。同時，8031運(yùn)行所需的程序指令來自2764A，要把其EA端接地，否則，8031將不會運(yùn)行。圖 2764的擴(kuò)展電路 數(shù)據(jù)存貯器的擴(kuò)展8031單片機(jī)內(nèi)部有128個字節(jié)RAM存貯器。CPU對內(nèi)部的RAM具有豐富的操作指令。但在用于數(shù)據(jù)采集和處理時，僅靠片內(nèi)提供的128個字節(jié)的數(shù)據(jù)存貯器是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。在這種情況下，可利用MCS51的擴(kuò)展功能，擴(kuò)展外部數(shù)據(jù)存貯器。數(shù)據(jù)存貯器只使用WR、RD控制線而不用PSEN。正因?yàn)槿绱?，?shù)據(jù)存貯器與程序存貯器可完全重疊，均為0000HFFFFH，但數(shù)據(jù)存貯器與I/O口與外圍設(shè)備是統(tǒng)一編址的，即任何擴(kuò)展的I/O口以及外圍設(shè)備均占用數(shù)據(jù)存貯器地址。8031的P0口為RAM的復(fù)用地址/數(shù)據(jù)線，P2口用于對RAM進(jìn)行頁面尋址（根據(jù)其容量不同，所占的P2端口不同，在對外部RAM讀/寫期間，CPU產(chǎn)生RD/WR信號。在8031單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，靜態(tài)RAM是最常用的，由于這種存貯器的設(shè)計無須考慮刷新問題，因而它與微處理器的接口很簡單。最常用的靜態(tài)RAM芯片有6116（2KB8）和6264（4KB8）。單一+5V供電，額定功耗分別為160mW和200mW，典型存取時間均為200ns，均有雙列之插式封裝，管腳分別為24和20線。下圖是6264與8031的連接圖。從圖可知：，第二片選線接高電平，保持一直有效狀態(tài)。因?yàn)?264是8KB容量的RAM，故用到了3根地址線。6264的地址范圍為0000H7FFF。對于一個完整的應(yīng)用系統(tǒng)，必須具備一定容量的程序存貯器和一定容量的數(shù)據(jù)存貯器。8031單片機(jī)外部擴(kuò)展兩片2764EPROM和兩片6264靜態(tài)RAM。程序存貯器2764的地址為：0000H1FFFH。數(shù)據(jù)存貯器6264的地址為0000H7FFFH。 6264的擴(kuò)展電路 I/O的擴(kuò)展MCS51系列單片機(jī)大多具有四個8位I/O口（即P0口、P1口、P2口和P3口）， 原理上這四個I/O口均可用作雙向并行I/O接口。但在實(shí)際應(yīng)用中，P0口常被用作為數(shù)據(jù)總線和低8位地址總線使用，P2口常被用作為高8位地址總線使用，P3口某些位又常用它的第二功能，特別是無ROM型的單片機(jī)因必須擴(kuò)展外部程序存貯器，則更是如此。所以，若一個MCS51應(yīng)用系統(tǒng)需連接較多的并行輸入/輸出的外圍設(shè)備（如打印機(jī)、鍵盤、顯示器等），單片機(jī)本身所提供的輸入輸出口不能滿足，就不可避免地要擴(kuò)展并行I/O接口。常用的MCS51并行I/O接口擴(kuò)展方法主要有四種：采用可編程的并行接口電路，如8255A；采用可編程的RAM/IO擴(kuò)展器，如8155；采用TTL或CMOS電路的三態(tài)門、鎖存器，如74LS3774LS3774LS244；利用MCS51的并行擴(kuò)展并行I/O接口。8255A可編程輸入輸出接口芯片，它具有3個8位的并行I/O口，具有三種工作方式，可通過程序改變其功能，因而使用方便，通用性強(qiáng)，可作為單片機(jī)與多種外圍設(shè)備連接時的中間接口電路。在單片機(jī)的I/O口擴(kuò)展8255芯片，其接口相當(dāng)簡單，: 8255的擴(kuò)展電路圖圖中8255的分別與MCS51的相連；8255的D0D7直接MCS51的P0口。片選信號CS口及地址選擇線A0、。故8255的A、B、C口及控制口地址分別為FF7CH、FF7DH、FF7EH、FF7FH。8255的復(fù)位端與8031的復(fù)位端相連，都接到8031的復(fù)位電路上。在實(shí)際的應(yīng)用系統(tǒng)中，必須根據(jù)外圍設(shè)備的類型選擇8255的操作方式，并在初始化程序中把相應(yīng)的控制字寫入操作口。8522接口芯片在MCS51單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中廣泛用于連接外部設(shè)備，如打印機(jī)、鍵盤，顯示器以及作為控制信息的輸入、輸出口。8155/8156芯片內(nèi)包含有256個字節(jié)RAM，2個8位和一個6位的可編程并行I/O口，一個14位定時器/計數(shù)器。8155/8156可直接與MCS51單片機(jī)連接，不需要增加任何硬件邏輯。由于8031單片機(jī)外接一片8155后，就綜合地擴(kuò)展了數(shù)據(jù)RAM、I/O端口和定時器/計數(shù)器。因而是MCS51單片機(jī)系統(tǒng)中最常用的外圍接口芯片之一。在8155的控制邏輯部件中，設(shè)置一個控制命令寄存器和一個狀態(tài)標(biāo)志寄存器。8155的工作方式由CPU寫入控制命令寄存器中的控制字來確定。控制命令寄存器只能寫入不能讀出，8位控制命令寄存器的低4位用來設(shè)置A口、B口、C口的工作方式。第5位用來確定A口、B口以選通輸入輸出方式工作時是否允許中斷請求。第7位用來設(shè)置定時器/計數(shù)器的操作。8155的A口、B口可工作于基本I/O方式或選通方式，C口可作為輸入輸出口線，也可作為A口、B口選通方式工作的狀態(tài)控制信號。其工作情況與8255方式0、方式1時大致相同，控制信號的含義也基本相同。另外，在8155中還設(shè)有一個狀態(tài)標(biāo)志、寄存器，用來存放A口和B口的狀態(tài)標(biāo)志。狀態(tài)標(biāo)志寄存器的地址與命令寄存器的地址相同，CPU只能讀出，不能寫入。8155中還設(shè)有一個14位的定時器/計數(shù)器，可用來定時或?qū)ν馐录嫈?shù)，CPU可通過程序選擇計數(shù)長度和計數(shù)方式。計數(shù)長度和計數(shù)方式由輸入計數(shù)寄存器的計數(shù)控制字來確定。MCS51單片機(jī)可以和8155直接相連而不用任何外加邏輯, MCS51單片機(jī)擴(kuò)展一片8155可以為系統(tǒng)增加256字節(jié)外RAM,22根I/,所以8155的RAM的地址為7E00H7EFFH。I/O寄存器地址分別為:命令/狀態(tài)字寄存器地址7F00H,PA口地址為7F02H,PB口地址為7F03H,定時器/計數(shù)器低字節(jié)寄存器地址為7F04H,定時器高字節(jié)寄存器地址為7F05H. 8155的擴(kuò)展電路圖 鍵盤、顯示器接口設(shè)計 矩陣式鍵盤接口設(shè)計矩陣式鍵盤適用于按鍵較多的場合,它由行線和列線組成,按鍵位于行、4的行、,矩陣鍵盤比獨(dú)立鍵盤節(jié)省了很多I/O口.按鍵設(shè)置在行、列線分別連接到按鍵開關(guān)兩端..行線通過上拉電阻接到+,行線處于高電平狀態(tài),而當(dāng)有按鍵按下時,則行線電平為低。列線電平為高,、列線為多鍵共用,必須將行、列線信號配合起來并作適當(dāng)?shù)奶幚?按鍵的位置由行號和列號唯一確定,所以分別對行號和列號進(jìn)行二進(jìn)制編碼,然后將兩值合成一個字節(jié),高4位是行號,低4位是列號將是非常直觀的.在單片機(jī)系統(tǒng)中,常用的顯示器有:發(fā)光二極管顯示器,.,有七段和”米”字型之分,通常此公共陰極接地,當(dāng)某個發(fā)光二極管的陽極為高電平時,發(fā)光二極管亮,相應(yīng)的段被顯示.由于七段LED顯示塊有7段發(fā)光二極管,所以其字型碼為一個字節(jié)?！泵住弊中蚅ED 顯示塊有15段發(fā)光二極管,共有n根位選線和8n根段選線,根據(jù)顯示方式不同,位選線和段選線的連接也各不相同,段選線控制顯示字符的字型,而位選線則控制顯示位的亮、暗.,為了節(jié)省I/O口線,簡化電路,降低成本,對每位顯示器來說,由一個8位I/O口控制,實(shí)現(xiàn)各位顯示器的分時選通.下圖是LED顯示器采用共陰極方式,6個顯示器的段碼由8155的PB口提供,位選碼由8155的PA口提供(PA口同時也提供行列式未編碼鍵盤的列線),設(shè)全部PC口線(PC0PC5)用作鍵盤的行線,全部PA口線(PA0PA7)作鍵盤列線,則按鍵最多可達(dá)86個.下圖中8155的PB口掃描輸出總是只有一位為高電平,即PB口經(jīng)反相后僅有一位公共陰極為低電平,8155的PA口則輸出相應(yīng)位(PB口輸出為高對應(yīng)的位顯示器)的顯示數(shù)據(jù),使該位顯示與顯示緩沖器相對應(yīng)的字符,而其余各位均為熄滅,依次改變8155的PB口輸出為高的位,PB口輸出對應(yīng)的顯示緩沖器的數(shù)據(jù). 顯示器接口電路 步進(jìn)電機(jī)控制電路設(shè)計每輸入一個脈沖,步進(jìn)電機(jī)就前進(jìn)一步,因此,但主要分三大類:反應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī),永磁式步進(jìn)電機(jī),、四相、,他們的工作原理都有相同之處:數(shù)字式脈沖信號控制定子磁極上的控制繞組,按一定順序依次通電,在頂子和轉(zhuǎn)子的氣隙間形成步進(jìn)式的磁極軸旋轉(zhuǎn).步進(jìn)電動機(jī)主要用于開環(huán)系統(tǒng),當(dāng)然也可以閉環(huán)系統(tǒng).下圖是步進(jìn)電動機(jī)開環(huán)伺服系統(tǒng)的原理圖,它由以下幾部分組成: 步進(jìn)電機(jī)開環(huán)伺服系統(tǒng)原理圖脈沖信號源—是一個脈沖發(fā)生器,通常脈沖頻率連續(xù)可調(diào),也稱為變頻信號源.脈沖分配器—脈沖 按一定的順序送到功率放大器中進(jìn)行放大,有時稱為環(huán)行分配器,也簡稱環(huán)分.功率放大器—將脈沖分配器送來的脈沖放大,是步進(jìn)電動機(jī)獲得必要的功率.步進(jìn)電動機(jī)—伺服系統(tǒng)的執(zhí)行元件,它帶動工作機(jī)構(gòu),如減速裝置,絲杠,工作臺. 步進(jìn)電機(jī)脈沖分配對每一個三相步進(jìn)電動機(jī)而言,其脈沖分配方式是三相六拍的,其三相分別用A、B、—AB—B—BC—C—CA—A—DE—E—EA順序輪流通電,.脈沖分配器是將脈沖電源按規(guī)定的通電方式分配到各相,脈沖的分配也可由軟件來完成,經(jīng)光電隔離、驅(qū)動放大使步進(jìn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn),延時的長短決定了步進(jìn)電動機(jī)運(yùn)行一拍的時間,也就決定了步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速. 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路由微機(jī)根據(jù)控制要求發(fā)出的脈沖,并依次將脈沖分配到各相繞組,因其功率很小,電壓不足5V,電流為mA級,必須經(jīng)過驅(qū)動器將信號放大到若干安培,步進(jìn)電動機(jī)實(shí)際上是一個功率放大器,驅(qū)動器的質(zhì)量直接影響步進(jìn)電動機(jī)的性能,驅(qū)動器的負(fù)載是電機(jī)的繞