【文章內容簡介】 載。P2（）：為8位準雙向I/O口，當作為I/O口使用時，可直接連接外部I/O設備。它是與地址總線高8位復用，可驅動4個TTL負載，一般作為擴展時地址總線的高8位使用。P3（）：為8位準雙向I/O口，是雙功能復用口，可驅動4個TTL負載。 MCS51單片機的時鐘電路時鐘電路是計算機的心臟，它控制著計算機的工作節(jié)奏，MCS51片內有一個反相放大器，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成了一個自激振蕩器，產生的時鐘送至單片機內部的各個部件。單片機的時鐘產生方式有內部時鐘方式和外部時鐘方式兩種，大多單片機應用系統(tǒng)采用內部時鐘方式。最常用的內部時鐘方式采用外接晶體和電容組成的并聯諧振回路，不論是HMOS還是CHMOS型單片機，其并聯諧振回路及參數相同。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。在設計印刷電路板時，晶體或陶瓷諧振器和電容應盡量靠近單片機引腳安裝，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，應采用NPO電容。 MCS51單片機的復位電路計算機在啟動運行時都需要復位，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，單片機的復位都是靠外部電路實現的，MCS51單片機有一個復位引腳RST，高電平有效。它是施密特觸發(fā)輸入，當振蕩器起振后，該引腳上出現兩個機器周期（即24個時鐘周期）以上的高電平，使器件復位，只要RST保持高電平，MCS51便保持復位狀態(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，退出復位狀態(tài)，CPU從初始狀態(tài)開始工作。復位操作不影響片內RAM的內容。MCS51單片機通常采用上電自動復位和按鈕復位兩種方式。通常因為系統(tǒng)運動等的需要，常常需要人工按鈕復位，： 復位電路對于CMOS型單片機因RST引腳的內部有一個拉低電阻，故電阻R2可不接。單片機在上電瞬間，RC電路充電，RST引腳端出現正脈沖，只要RST端保持兩個機器周期上的高電平（因為振蕩器從起振到穩(wěn)定大約要10ms），就能使單片機有效復位，當晶體振蕩頻率為12MHZ時，RC的典型值為。簡單復位電路中，干擾信號易串入復位端，可能會引起內部某些寄存錯誤復位，這時可在RST引腳上接一去耦電容。上圖那上電按鈕復位電路只需將一個常開按鈕開關并聯于上電復位電路，按下開關一定時間就能使RST引腳端為高電平，從而使單片機復位。 系統(tǒng)的擴展在以8031單片機為核心的控制系統(tǒng)中必須擴展 程序存儲器，用以存放控制程序。同時，單片機內部的存儲器容量較小，不能滿足實際需要，還要擴展數據存儲器。這種擴展就是配置外部存儲器（包括程序存儲器和數據存儲器）。另外，在單片機內部雖然設置了若干并行I/O接口電路，用來與外圍設備連接。但當外圍設備較多時，僅有幾個內部I/O接口是不夠的，因此，單片機還需要擴展輸入輸出接口芯片。 程序存貯器的擴展MCS51系列單片機的程序存貯器空間和數據存貯器空間是相互獨立的。程序存儲器尋址空間為64KB（0000H0FFFH），8031片內不帶ROM，所以要進行程序存貯器的擴展。用作程序存貯器的常用的器件是EPROM。由于MCS51單片機的P0口是分別復用的地址/數據總線，因此，在進行程序存貯器擴展時，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。當用74LS373作為地址鎖存器時，鎖存器G可直接與單片機的鎖存控制信號端ALE相連，在ALE下降沿進行地址鎖存。根據應用系統(tǒng)對程序存貯器容量要求的不同，常采用的擴展芯片擴展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口線的數量個不相同，故2716為A0A10，27512為A0A15；D0D7是數據線；CE是片選線，低電平有效；CE是數據輸出選通線；Vpp是編程電源；Vcc是工作電源，PCM是編程脈沖輸入端。根據程序存貯器擴展的原理，以EPROM和鎖存器74L373為例對8031單片機進行程序存貯器的擴展。因為2764A是8KB容量的EPROM，故用到了13根地址線，A0A12。如果只擴展一片程序存貯器EPROM，故可將片選端CE直接接地。下圖為擴展兩片EPROM的連接方法。同時，8031運行所需的程序指令來自2764A，要把其EA端接地，否則，8031將不會運行。圖 2764的擴展電路 數據存貯器的擴展8031單片機內部有128個字節(jié)RAM存貯器。CPU對內部的RAM具有豐富的操作指令。但在用于數據采集和處理時，僅靠片內提供的128個字節(jié)的數據存貯器是遠遠不夠的。在這種情況下，可利用MCS51的擴展功能，擴展外部數據存貯器。數據存貯器只使用WR、RD控制線而不用PSEN。正因為如此，數據存貯器與程序存貯器可完全重疊，均為0000HFFFFH，但數據存貯器與I/O口與外圍設備是統(tǒng)一編址的，即任何擴展的I/O口以及外圍設備均占用數據存貯器地址。8031的P0口為RAM的復用地址/數據線，P2口用于對RAM進行頁面尋址（根據其容量不同，所占的P2端口不同，在對外部RAM讀/寫期間，CPU產生RD/WR信號。在8031單片機應用系統(tǒng)中，靜態(tài)RAM是最常用的，由于這種存貯器的設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)。因為6264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據存貯器。8031單片機外部擴展兩片2764EPROM和兩片6264靜態(tài)RAM。程序存貯器2764的地址為：0000H1FFFH。數據存貯器6264的地址為0000H7FFFH。 6264的擴展電路 I/O的擴展MCS51系列單片機大多具有四個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。但在實際應用中，P0口常被用作為數據總線和低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型的單片機因必須擴展外部程序存貯器，則更是如此。所以，若一個MCS51應用系統(tǒng)需連接較多的并行輸入/輸出的外圍設備（如打印機、鍵盤、顯示器等），單片機本身所提供的輸入輸出口不能滿足，就不可避免地要擴展并行I/O接口。常用的MCS51并行I/O接口擴展方法主要有四種：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，可作為單片機與多種外圍設備連接時的中間接口電路。在單片機的I/O口擴展8255芯片，其接口相當簡單，: 8255的擴展電路圖圖中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的復位端與8031的復位端相連，都接到8031的復位電路上。在實際的應用系統(tǒng)中，必須根據外圍設備的類型選擇8255的操作方式，并在初始化程序中把相應的控制字寫入操作口。8522接口芯片在MCS51單片機應用系統(tǒng)中廣泛用于連接外部設備，如打印機、鍵盤，顯示器以及作為控制信息的輸入、輸出口。8155/8156芯片內包含有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/計數器。8155/8156可直接與MCS51單片機連接，不需要增加任何硬件邏輯。由于8031單片機外接一片8155后，就綜合地擴展了數據RAM、I/O端口和定時器/計數器。因而是MCS51單片機系統(tǒng)中最常用的外圍接口芯片之一。在8155的控制邏輯部件中，設置一個控制命令寄存器和一個狀態(tài)標志寄存器。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?？刂泼罴拇嫫髦荒軐懭氩荒茏x出，8位控制命令寄存器的低4位用來設置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位用來設置定時器/計數器的操作。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中還設有一個狀態(tài)標志、寄存器，用來存放A口和B口的狀態(tài)標志。狀態(tài)標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中還設有一個14位的定時器/計數器，可用來定時或對外事件計數，CPU可通過程序選擇計數長度和計數方式。計數長度和計數方式由輸入計數寄存器的計數控制字來確定。MCS51單片機可以和8155直接相連而不用任何外加邏輯, MCS51單片機擴展一片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的擴展電路圖 鍵盤、顯示器接口設計 矩陣式鍵盤接口設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、,矩陣鍵盤比獨立鍵盤節(jié)省了很多I/O口.按鍵設置在行、列線分別連接到按鍵開關兩端..行線通過上拉電阻接到+,行線處于高電平狀態(tài),而當有按鍵按下時,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的處理,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行二進制編碼,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)。”米”字型LED 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,實現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口經反相后僅有一位公共陰極為低電平,8155的PA口則輸出相應位(PB口輸出為高對應的位顯示器)的顯示數據,使該位顯示與顯示緩沖器相對應的字符,而其余各位均為熄滅,依次改變8155的PB口輸出為高的位,PB口輸出對應的顯示緩沖器的數據. 顯示器接口電路 步進電機控制電路設計每輸入一個脈沖,步進電機就前進一步,因此,但主要分三大類:反應式步進電動機,永磁式步進電機,、四相、,他們的工作原理都有相同之處:數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,在頂子和轉子的氣隙間形成步進式的磁極軸旋轉.步進電動機主要用于開環(huán)系統(tǒng),當然也可以閉環(huán)系統(tǒng).下圖是步進電動機開環(huán)伺服系統(tǒng)的原理圖,它由以下幾部分組成: 步進電機開環(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,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,是步進電動機獲得必要的功率.步進電動機—伺服系統(tǒng)的執(zhí)行元件,它帶動工作機構,如減速裝置,絲杠,工作臺. 步進電機脈沖分配對每一個三相步進電動機而言,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,經光電隔離、驅動放大使步進電機運轉,延時的長短決定了步進電動機運行一拍的時間,也就決定了步進電機的轉速. 步進電機驅動電路由微機根據控制要求發(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,必須經過驅動器將信號放大到若干安培,步進電動機實際上是一個功率放大器,驅動器的質量直接影響步進電動機的性能,驅動器的負載是電機的繞