【正文】 存儲器，并行口（ P0～ P3）串行口，定時計(jì)數(shù)器和中斷系統(tǒng)，它們均由單一總線連接并被集成在一塊半導(dǎo)體芯片上，即組成了單片微型計(jì)算機(jī)， 8031 就是 MCS51系列單片機(jī)中的一種。還可以對數(shù)據(jù)進(jìn)行邏輯和算術(shù)的運(yùn)算。 內(nèi)存： 內(nèi)部存儲器可分做程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器，但在 8031 中無片內(nèi)程序存儲器 。 并行 I/O口 ： MCS51 有四個 8位的并行 I/O 口， P0， P1， P2， P3，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的并行輸出。 中斷控制系統(tǒng)： 8031 有五個中斷源，既外部中斷兩個，定時計(jì)數(shù)中斷兩個，串行中斷一個，全部的中斷分為高和低的兩個輸出級。 VSS（ 20 引腳）接地。 XTAL2（ 18引腳）在內(nèi)部，接至上述振蕩器的反向輸入端，當(dāng)采用外部振蕩器時， 對 MCS51 系列該引腳接收外部震蕩信號，即把該信號直接接到內(nèi)部時鐘的輸入端。在掉電時，此引腳接備用電源 VDD，以保持 RAM 數(shù)據(jù)不丟失，當(dāng) BVCC 低于規(guī)定的值時，而 VPD 在其規(guī)定的電壓范圍內(nèi)時，VPD 就向內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器提供備用電源。 （ 29 引腳）此腳輸出為 單片機(jī)內(nèi)訪問外部程序存儲器的讀選通信號，在讀取外部指令期間， PSEN 非有兩次在每個周期有效，在此期間，每當(dāng)訪問外部存儲器時，兩個有效 的 PSEN 非將不再出現(xiàn)，同樣這個引腳可驅(qū)動 8個 LSTTL負(fù)載。當(dāng) 保持低電平時，則只訪問外部程序存儲器，對 8031而言，此腳必須接地。 8031 有一個全雙工串行口，這個串行口既可以在程序下把 CPU 的 8位并行數(shù)據(jù)變成串行數(shù)據(jù)一位一位的從發(fā)送數(shù)據(jù)線發(fā)送出去，也可以把串行數(shù)據(jù)接受進(jìn)來變成并行數(shù)據(jù)給 CPU，而且這種串行發(fā)送和接收可以單獨(dú)進(jìn)行也可以同時進(jìn)行。 8/11/2020 21 21 3. 2. 2. 3 8031程序存儲器 MCS51 系列單片機(jī)的內(nèi)部 ROM 是不同的， 8051 有 4K 的 ROM，而 8751則是 4K 光可擦寫 EPROM，而我們所采用的 8031 則沒有片內(nèi)的 ROM，但是無論 那種型號的芯片都可以在片外擴(kuò)展多達(dá) 64K 的片外程序存儲器，外部程序存儲器擴(kuò)展的大小以滿足系統(tǒng)要求即可，或有特殊要求或?yàn)榱艘院笊壏奖悴捎么笕萘康钠獬绦虼鎯ζ鳌? 單片機(jī)有一個程序計(jì)數(shù)器 PC，它始終存著 CPU要讀取的機(jī)器碼的所在地址，單片機(jī)工作時， PC 自動加一，此時程序開始順序執(zhí)行，因?yàn)閱纹瑱C(jī)程序 訪問空間 是 64K，故需要 16 條地址線，當(dāng) 接? 0?則 8031在片外程序存儲器中讀取指令，此時片外程序存儲器從 0000H 開始編址，因?yàn)?8031 無片內(nèi)程序存儲器，故在此系統(tǒng)中 必須接地使 CPU 到外部ROM 中去尋址。 0003H單元：外部中斷 0入口地址。 0013H單元：外部中斷 1入口地址。 0023H單元：串行口中斷入口地址。 3. 2. 2. 4 8031數(shù)據(jù)存儲器 數(shù)據(jù)存儲器用于存放運(yùn)算中間的結(jié)果、數(shù)據(jù)暫存、緩沖、標(biāo)志位、待測程序等功能。 低 128 字節(jié)中的 20H～ 2FH 共 16 字節(jié)可用位尋址方式訪問各位，共128個位地址， 30H～ 7FH 共 80 個單元為用戶 RAM 區(qū)，作堆?；驍?shù)據(jù)緩沖用，片內(nèi) RAM 不夠用時，須擴(kuò)展片外數(shù)據(jù)存儲器。寫時用 ，讀時用 做外部數(shù)據(jù)存儲器的選通信號 3. 2. 2. 5 特殊功能寄存器 SFR 8031有 21個專用寄存器，他們是用來管理 CPU 和 I/O口以及內(nèi)部邏輯部件的， 在指令中專用寄存器是以存儲單元方式被讀寫的，專用寄存器雖有名稱，但尋址時都做專用寄存器用，它們的地址是與片內(nèi) RAM的地址相連的。 寄存器 B：進(jìn)行乘除運(yùn)算時，寄存器 B有特定的用途，在乘時存放一個乘數(shù)以及積的最高位， A 中存放另一個乘數(shù)以及積的低位。 堆棧指針 SP：在子程序調(diào)用或中斷時，用來暫存數(shù)據(jù)和地址，它按先進(jìn)后出的原則存儲數(shù)據(jù)，它是一個 八位寄存器它指出堆棧頂部在片內(nèi)RAM 中的位置，系統(tǒng)復(fù)位后， SP 變成 07H，使堆棧從 00 單元開始。 程序狀態(tài)字 PSW：七位用來表征各種標(biāo)志，另一位無意義。 AC：當(dāng)進(jìn)行加法或減法運(yùn)算時并產(chǎn)生由低四位向高四位的進(jìn)位或借位時， AC 置 1，否則清 0。 F0： F0 常不是由機(jī)器來指令執(zhí)行中形成的，而是用戶根據(jù)程序的需要進(jìn)行設(shè)置的，這個位一經(jīng)確定就可通過軟件測試來決定用戶程序的流向。 OV：用以指示運(yùn)算是否發(fā)生溢出，由 機(jī)器執(zhí)行指令自動形成，若機(jī)器在執(zhí)行指令過程中累加器 A超過 8位，則 OV=1否則為 0。在串行通信中常用奇偶校驗(yàn)數(shù)據(jù)傳輸結(jié)果的正確性。 一、 復(fù)位方式 當(dāng) MCS5l 系列單片機(jī)的復(fù)位引腳 RST(全稱 RESET)出現(xiàn) 2 個機(jī)器周期以上的高電平時，單片機(jī)就執(zhí)行復(fù)位操作。 根據(jù)應(yīng)用的要求，復(fù)位操 作通常有兩種基本形式：上電復(fù)位和上電或開關(guān)復(fù)位。常用的上電復(fù)位電路如圖 (315a)中左圖所示。上電后，保持 RST 一段高電平時間，由于單片機(jī)內(nèi)的等效電阻的作用，不用圖中電阻 R1，也能達(dá)到上電復(fù)位的操作功能，如圖 (315a)中所示。常用的上電或開關(guān)復(fù)位電路如圖 (315b)所示。當(dāng)單片機(jī)已在運(yùn)行當(dāng)中時，按下復(fù)位鍵 K 后松開，也能使 RST 為一段時間的高電平，從而實(shí)現(xiàn)上電或開關(guān)復(fù)位的操作。 圖 316 單片機(jī)的復(fù)位電路 圖 (316a)中： Cl＝ 1030uF， R1＝ 1kO 圖 (316b)中： C：＝ 1uF， Rl＝ lkO， R2＝ 10kO 二、 掉電和低功耗方式 人們往往在程序運(yùn)行中系統(tǒng)發(fā)生掉電的故障，使 RAM 和寄存器中的數(shù)據(jù)內(nèi)容丟失，使人們丟失珍貴的數(shù)據(jù)而束手無策 ， 8031 有掉電保護(hù)，是先把有用的數(shù)據(jù)保存，再用備用電源進(jìn)行供電。 8031 對程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器均可進(jìn)行 0000H～ FFFFH的 64K 字節(jié)地址內(nèi)容的有效尋址。 一、程序存儲器的擴(kuò)展 由于 8031無內(nèi)部 ROM ，故擴(kuò)展的程序存儲器地址為 0000H～ FFFFH，考慮系統(tǒng)的需要，我們將 8031 的程序存儲器擴(kuò)展為 4K EPROM，采用 2764作為 ROM芯片。在程序擴(kuò)展中，我們選用的地址鎖存器是 74LS373 當(dāng)三態(tài)門的 為低電平時，三態(tài)門處于導(dǎo)通狀態(tài)，允許 Q端輸出，否8/11/2020 25 25 則 為高電平，輸出為三態(tài)門斷開，輸出端對外電路呈高阻態(tài)，所以在這里 為 低電平，這時當(dāng) G端為高電平時，鎖存器輸出和輸入的狀態(tài)是相同的，當(dāng) G 由高電平下落為低電平時，輸入端 1D～ 8D 的數(shù)據(jù)鎖入 1Q～ 8Q中。當(dāng) VPP=+5V時， EPROM處于讀工作方式：這時由給定地址信號決定被選中存儲器單元信息。維持方式：當(dāng) 為高電平時， VPP 為 +5V，EPROM處于低功耗方式，輸出端均為高阻態(tài)，這與 輸入無關(guān)。 2764與 8031的連接如圖 317所示 圖 316 程序存儲器的擴(kuò)展 在選用芯片擴(kuò)展的同時要考慮滿足系統(tǒng)的要求的前提下，使電路簡化，盡量選擇大容量的芯片，以減少芯片組合的數(shù)量，在芯片型號的選擇上選用滿足應(yīng)用環(huán)境要求的芯片型號。但往往在系統(tǒng)的要求下片內(nèi)RAM不能滿足要求，用戶只有選擇擴(kuò)展片外的數(shù)據(jù)存儲器，以進(jìn)行存儲系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)。我們采用 8K 靜態(tài) RAM6264進(jìn)行 擴(kuò)展。 6264是 8K*8位的靜態(tài)隨機(jī)存儲器芯片。 8/11/2020 26 26 數(shù)據(jù)存儲器的擴(kuò)展與程序存儲器的擴(kuò)展類似，讀寫控制信號與 8031 的和 相連。如圖 318:所示： 圖 318數(shù)據(jù)存儲器的擴(kuò)展 E A /V P31X119X218R E S E T9RD17WR16IN T 012IN T 113T014T115P 101P 112P 123P 134P 145P 156P 167P 178P 0039P 0138P 0237P 0336P 0435P 0534P 0633P 0732P 2021P 2122P 2223P 2324P 2425P 2526P 2627P 2728P S E N29A L E / P30T X D11R X D108 03 1D03Q02D14Q15D27Q26D38Q39D413Q412D514Q515D617Q616D718Q719OE1LE11U?7 4L S 3 73GNDA010A19A28A37A46A55A64A73A825A924A 1 021A 1 123A 1 22C S 120C S 226WE27OE22D011D112D213D315D416D517D618D719U?6 26 4R?1Kv c c 3. 2. 4 數(shù)據(jù)存儲器的掉電保護(hù) 單片機(jī)系統(tǒng)內(nèi)的 RAM 數(shù)據(jù)是非常容易丟失的，特別是一些珍貴的科研數(shù)據(jù)，一旦丟失后果不堪設(shè)想，因此掉電保護(hù)是必須要做的，一旦電源發(fā)生掉電現(xiàn)象，在掉電的瞬間系統(tǒng)能自動保護(hù) RAM 中的數(shù)據(jù)和系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，當(dāng)電源恢復(fù)正常供電后能恢復(fù)到掉電前的工作狀態(tài)。通常時鐘由于兩種形式：內(nèi)部時鐘和外部時鐘。 8031 內(nèi)部有一個用于構(gòu)成振蕩器的高增益反向放大器，該放大器的輸入輸出引腳為XTAL1和 XTAL2，它們跨接在晶體振蕩器和用于微調(diào)的電容，便構(gòu)成了一個自激勵振蕩器 8/11/2020 27 27 電路中的 C C2 的選擇在 30PF 左右，但電容太小會影響振蕩的頻率、穩(wěn)定性和快速性。為 了提高穩(wěn)定性我們采用溫度穩(wěn)定性好的 NPO電容，采用的晶振頻率為 12MHZ。本設(shè)計(jì)是利用 8031的串行口實(shí)現(xiàn)鍵盤 /顯示器接口。應(yīng)用 8031 的串行口方式 0 的輸出方式，在串行口外接移位寄存器74LS164，構(gòu)成鍵盤 /顯示器接口，其硬件接口電路如圖 320 所示： 8/11/2020 28 28 圖 320 鍵盤及顯示與主機(jī)的 硬件接口 圖中下邊的 8個 74LS164： 74LS164（ 0）～ 74LS164（ 7）作為 8位段碼輸出口， 74LS138的 Y0 作為鍵輸入線， Y2 作為同步脈沖輸出控制線。靜態(tài)顯示的優(yōu)點(diǎn)是CPU不必頻繁的為顯示服務(wù)，因而主程序可不必掃描顯示器，軟件設(shè)計(jì)比較簡單，從而使單片機(jī)有更多的時間處理其他事務(wù)。其方法就是把計(jì)算機(jī)采集的數(shù)據(jù)或記過計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、數(shù)字濾波，標(biāo)度變換之后，與該參數(shù)上下限給定值進(jìn)行比較，如果高于上限值（或低于下限值）則進(jìn)行報(bào)警，否則就作為采樣的正常值，進(jìn)行顯示和控制。峰鳴音報(bào)警接口電路的設(shè)計(jì)只需購買市售的壓電式蜂鳴器，然后通過 MCS51 的 1根口線經(jīng)驅(qū)動器驅(qū)動蜂鳴音發(fā)聲。在圖中， 接晶體管基極輸入端。 圖 321是一個簡單的使用三極管驅(qū)動的峰鳴音報(bào)警電路： 8/11/2020 29 29 圖 321 三極管驅(qū)動的峰鳴音報(bào)警電路 本設(shè)計(jì)是為在溫 濕 度測量中對溫 濕 度的上下限超出是的提示報(bào)警，接口位于單片機(jī) AT89C51的 ，但溫 濕 度過限時， 口被置 0，本系統(tǒng)開始工作。通常，符合上述功能的溫度控制程序由主程序和 T0 中斷服務(wù)程序兩部分組成。對一般線性儀表來說，標(biāo)度變換公式為： 式中： A0 為一次測量儀表的下限； Am 為一次測量儀表的上限； AX為實(shí)際測量值； N0 為儀表下限所對應(yīng)的數(shù)字量； Nm 為儀表上限所對應(yīng)的數(shù) 字量； NX為測量所得數(shù)字量。機(jī)械 工業(yè)出版社， 20 于微波、林曉梅、劉俊萍 .微型機(jī)算計(jì)控制系統(tǒng) .吉林人民出版社， 21 童詩白 .模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)。盡我所知，除文中已經(jīng)特別注明引用的內(nèi)容和致謝的地方外，本論文不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果。本人完全意識到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。 論文密級： □ 公開 □ 保密 （ ___年 __月至 __年 __月） (保密的學(xué)位論文在解密后應(yīng)遵守此協(xié)議 ) 作者簽名： _______ 導(dǎo)師簽名： _______ _______年 _____月 _____日 _______年 _____月 _____日 8/1