【文章內(nèi)容簡介】 組成部分。每一個單片機包括：一個 8 位的微型處理器 CPU；一個256K 的片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器 RAM；片內(nèi)程序存儲器 ROM；四個 8 位并行的 I/O 接口 P0P3；兩個定時器/記數(shù)器；五個中斷源的中斷控制系統(tǒng)；一個全雙工UART 的串行 I/O 口；片內(nèi)振蕩器和時鐘產(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。以上各個部分通過內(nèi)部總線相連接。下面簡單介紹下其各個部分的功能 [8]。中央處理器 CPU 是單片微型計算機的指揮、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)/邏輯運算部件( 簡稱 ALu)、定時/控制部件，若干寄存器 A、B、B5w、5P 以及 16 位程序計數(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)與典型微型機相似。它具有對 8 位信息進(jìn)行+ 、 、x、/ 四則運算和邏輯與、或、異或、取反、清“0”等運算，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?？刂破鞑考怯芍噶罴拇嫫?、程序計數(shù)器 PC、定時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，從程序存儲器中取來并經(jīng)譯碼器譯碼后，根據(jù)不同指令由定時與控制電路發(fā)出相應(yīng)的控制信號，送到存儲器、運算器或 I/O 接口電路，完成指令功能。程序計數(shù)器 PC 用來存放下一條將要執(zhí)行的指令，共 16 位．可對以 K 字節(jié)的程序存儲器直接尋址 c 指令執(zhí)行結(jié)束后，PC 計數(shù)器自動增加，指向下一條要執(zhí)行的指令地址 [9]。數(shù)據(jù)存儲器，RAM，片內(nèi)為 128B，片外最多可外擴 64KB。數(shù)據(jù)存儲器來存儲單片機運行期間的工作變量、運算的中間結(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內(nèi)，可以加快單 水箱液位控制器的設(shè)計與研究作者：王文雷 第 6 頁 共 22 頁 片機運行的速度，而且這種結(jié)構(gòu)的 RAM 還可以降低功耗。程序存儲器，ROM，用來存儲程序，80C51 為 4KB ROM。如果片內(nèi)只讀存儲器的容量不夠，則需要用擴展片只讀存儲器，片外最多可以擴展到64KB。中斷系統(tǒng)，具有 5 個中斷源，2 級中斷優(yōu)先權(quán)。定時器/計數(shù)器，片內(nèi)有 2 個 16 位計數(shù)器/定時器，具有 4 種工作的方式。在單片機的應(yīng)用中，往往需要精確的定時，或?qū)ν獠渴录M(jìn)行計數(shù)，因而需在單片機內(nèi)部設(shè)置定時器/計數(shù)器部件 [10]。串行口，1 個全雙工串行口,具有 4 種工作的方式?？捎脕磉M(jìn)行串行通信，擴展并行 I/O 口，甚至與多個單片機相連構(gòu)成多機系統(tǒng)，從而使單片機的功能更強且應(yīng)用更廣。特殊功能的寄存器，SFR，共有 21 個，用于 CPU 對片內(nèi)各功能部件進(jìn)行控制、管理、監(jiān)視。單片機的時序功能：時鐘電路：80C51 片內(nèi)設(shè)有一個由反向放大器所構(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。在采用外部時鐘 [11]時，XTAL2 用來輸入外部的時鐘信號，而 XTALI 用來接地。時序：單片機 80C51 的一個執(zhí)器周期由六個狀態(tài)(s1 —s6)組成，每個狀態(tài)又持續(xù)兩個接蕩周期，分為 P1 和 P2 這兩個節(jié)拍。這樣，一個機器的周期由 12 個振蕩周期而組成。若采用 12MHz 的晶體振蕩器，那么每個狀態(tài)周期為 1/6us，每個機器周期為 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。對于單周期指令而言，當(dāng)指令操作碼讀入指令寄存器 [12]時，使從 S1P2 開始執(zhí)行指令。假如是雙字節(jié)指令，則在同一機器周期的 s4 讀入第二字節(jié)。如果是單字節(jié)指令，則在 51 單片機期間仍進(jìn)行讀，但所讀入的字節(jié)操作碼被忽略，并水箱液位控制器的設(shè)計與研究作者：王文雷 第 7 頁 共 22 頁 且程序計算數(shù)據(jù)也不加 1。在結(jié)束時完成操作指令 [13]。多數(shù) Mcs—51 指令周期有 1—2 個機器周期，只有除法和乘法指令才需要兩個以上機器周期的指令，它們需機器周期 4 個。 對于雙字節(jié)的單機器指令，通常在一個機器周期內(nèi)從程序存儲器內(nèi)讀入兩個字節(jié)，但 Movx 指令除外，因為 Movx 指令是訪問外部數(shù)據(jù)存儲器的單字節(jié)的雙機器周期指令，在執(zhí)行 Movx指令期間，外部數(shù)據(jù)存儲器被訪問并且被選同時跳過 2 次取指操作。下面是80C51 單片機的振蕩電路。圖如 31：圖 31　80C51 震蕩電路原理圖引腳及其功能說明：80C51 單片機的 40 個引腳 [7]中有 2 個是主電源引腳，4 個控制或與其它電源復(fù)用的引腳，2 個外接晶振的引腳，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€引腳的功能：電源引腳 Vcc 和 VssVcc（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。在單片機的內(nèi)部，它是一個反相放大器的輸入端，這個放大器的構(gòu)成采用外部時鐘時，對于 HMOS 單片機，XTAL1 引腳接地；對于 CHOMS 單片機，XTAL1 引腳作為外部振蕩信號的輸入端 [14]。水箱液位控制器的設(shè)計與研究作者：王文雷 第 8 頁 共 22 頁 XTAL2（18 腳）：接石英晶體外部的另一端。在單片機內(nèi)部，接至片內(nèi)振蕩器的反相放大器的輸出端。當(dāng)采用外部時鐘時，對于 HMOS 單片機，XTAL2 引腳作為外部振蕩信號的輸入端。對于 CHMOS 芯片，XTAL2 引腳懸空不接。本系統(tǒng)采用 8051 單片機，附圖片如下 32：圖 32　80C51 結(jié)構(gòu)圖 光電隔離簡介輸出通過繼電器，控制水泵機組的起停和報警，其電路圖如圖 33：水箱的控制器由 8051 系統(tǒng)構(gòu)成。為避免電機的起停和電源波動時對電路的影響，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，它主要功能是實現(xiàn)電信號的傳送。輸入與輸出絕緣隔離，信號單向傳輸，無反饋影響?？垢蓴_性強，響應(yīng)速度快。工作時，把輸入信號加到輸入端，使發(fā)光管發(fā)光，光敏器件在磁光輻射下輸出光電流，從而實現(xiàn)光電的兩次轉(zhuǎn)換。繼電器隔離是用電信號控制繼電器的機械觸電來實現(xiàn)隔離控制 [15]。水箱液位控制器的設(shè)計與研究作者：王文雷 第 9 頁 共 22 頁 圖 33　光電隔離電路原理圖 給水泵電機主控回路介紹給水泵電機主控回路圖 34 如下：圖 34 給水泵電機控制電路原理圖圖中水泵電機主控回路由兩個水泵電機以及二直流電機驅(qū)動電路構(gòu)成，主控回路的控制信號由單片機的 , 發(fā)出，他們的引腳功能如下：：M1 起動 KM1 控制輸出信號。（手動 1，自動 0）；：M1起動KM1控制輸出信號。（手動1，自動0）；：M2開關(guān)狀態(tài)輸入信號。（開0，關(guān)1）；：M2開關(guān)狀態(tài)輸入信號。（開0，關(guān)1）。 二級管顯示電路設(shè)計二級管顯示電路如圖 35 所示水箱液位控制器的設(shè)計與研究作者：王文雷 第 10 頁 共 22 頁 圖 35 報警電路該電路主要由三個發(fā)光二極管構(gòu)成，它們分別與單片機的 , 端口相連 [16]，其中 D1 是電機加水