【正文】 設(shè)備。I/O 是單片機(jī)的重要資源，也是衡量單片機(jī)功能的重要指標(biāo)之一。串口輸入/輸出口:用于單片機(jī)和串行設(shè)備或其他單片機(jī)的通信。串行通信有同步和異步之分，這可以用硬件或通用串行收發(fā)器件來實(shí)現(xiàn)。不同的單片機(jī)可能提供不同標(biāo)準(zhǔn)的串行通信接口，如USART、SPI、I2C、MicroWire 等。定時(shí)器/計(jì)數(shù)器（T/C）:單片機(jī)內(nèi)部用于精確定時(shí)或?qū)ν獠渴录ㄝ斎胄盘柸缑}沖）進(jìn)行計(jì)數(shù)，有的單片機(jī)內(nèi)部有多個(gè)定時(shí)/計(jì)數(shù)器。系統(tǒng)時(shí)鐘:通常需要外接石英晶體或其他振蕩源來提供時(shí)鐘信號輸入，也有的使用內(nèi)部 RC 振蕩器。以上是單片機(jī)的基本構(gòu)成，現(xiàn)代的單片機(jī)又加入了許多新的功能部件，如模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器（A/D） 、數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器（D/A） 、溫度傳感器、液晶（LCD）驅(qū)動電路、電壓監(jiān)控、看門狗（WDT）電路、低壓檢測（LVD）電路等等。 單片機(jī)的種類單片機(jī)可按應(yīng)用領(lǐng)域、通用性、總線結(jié)構(gòu)分類。(1) 按應(yīng)用領(lǐng)域可分為：家用類、工控類、通信類、個(gè)人信息終端等。(2) 按通用性可分為：通用型和專用型（如計(jì)費(fèi)率電表、電子記事本） 。(3) 按總線結(jié)構(gòu)可分為：總線型和非總線型。單片機(jī)的供應(yīng)狀態(tài)按提供的存儲器類型可分為以下五種狀態(tài)。(1) MASKROM 類：程序在芯片封裝過程中掩膜工藝制作到 ROM 區(qū)中，如80C51，適合大批生產(chǎn)。(2) EPROM 類：紫外線可擦寫存儲器如 87C51，價(jià)格較貴。(3) ROMless 類：無 ROM 存儲器，如 80C31，電路擴(kuò)展復(fù)雜，較少用。(4) OTPROM 類：可一次性寫入程序。(5) FlashROM（MTPROM）類：可多次編程寫入的存儲器，如 89C589C52，其成本低開發(fā)調(diào)試方便，在惡劣環(huán)境下可靠性不及 OTPROM 單片機(jī)的應(yīng)用單片機(jī) SCM，即 MicroController，是把微型計(jì)算機(jī)主要部分都集成在一個(gè)芯片上的單芯片微型計(jì)算機(jī)。主要包括了微處理器(CPU) 、存儲器(ROM、RAM)、輸入/輸出口(1/0 口)和定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、中斷系統(tǒng)等功能部件。單片機(jī)自 70 年代出現(xiàn)以來，已經(jīng)有了很大的發(fā)展，被廣泛應(yīng)用于機(jī)械、測量控制、工業(yè)自動化、智能接口和智能儀表等許多領(lǐng)域。例如:單片機(jī)與傳統(tǒng)的機(jī)械產(chǎn)品相結(jié)合后簡化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)控制智能化，成為新一代的機(jī)、電一體化產(chǎn)品。利用單片機(jī)來構(gòu)成各種工業(yè)控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等。在大型工業(yè)測控系統(tǒng)中，單片機(jī)進(jìn)行接口的控制與管理，與計(jì)算機(jī)主機(jī)并行工作，可以大大提高系統(tǒng)運(yùn)行速度。 MCS51 系列單片機(jī)介紹MCS51 單片機(jī)是 Intel 公司推出的世界上著名的高性能低功耗非易失性存儲器和數(shù)字集成電路的一流半導(dǎo)體，它的 EEPROM 電可擦除技術(shù)、閃速存儲器技術(shù)和質(zhì)量、高可靠性的生產(chǎn)技術(shù)。在 CMOS 器件生產(chǎn)領(lǐng)域中，Intel 的先進(jìn)設(shè)計(jì)水平、優(yōu)秀的生產(chǎn)工藝及封裝技術(shù)一直處于世界的領(lǐng)先地位，這些技術(shù)用于單片機(jī)生產(chǎn)使單片機(jī)也具有優(yōu)秀的品質(zhì)、在結(jié)構(gòu)、性能和功能等方面都有明顯的優(yōu)勢。Intel 公司的單片機(jī)是目前世界上一種獨(dú)具特色而性能卓越的單片機(jī)。它在計(jì)算機(jī)外部設(shè)備、通訊設(shè)備、自動化工業(yè)控制、宇航設(shè)備、儀器儀表和各消費(fèi)類產(chǎn)品中都有著廣泛的應(yīng)用前景。 MCS51 系列單片機(jī)的主要性能特點(diǎn)MCS51 系列單片機(jī)的典型產(chǎn)品主要為 8058758031。它們的基本組成和基本性能都是相同的。常用的 MCS51 這個(gè)術(shù)語，泛指以 8051 為內(nèi)核的單片機(jī)。8051 是 ROM 型單片機(jī)，內(nèi)部有 4KB 的掩膜 ROM，即單片機(jī)出廠時(shí)，程序已由生產(chǎn)廠家固化在程序存儲器中；8751 片內(nèi)含有 4KB 的 EPROM，用戶可以把編寫好的程序用開發(fā)機(jī)或編程器寫如其中，需要修改時(shí)，可以先用紫外線擦出器擦出，然后再寫入新的程序；8031 片內(nèi)沒有 ROM，使用時(shí)需在片外接 EPROM。除此之外，8058751 和 8031 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)是完全相同的，都具有如下特性：(1) 面向控制的 8 位 CPU。(2) 128B 的片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器。 (3) 可以尋址 64KB 的片外程序存儲器。(4) 可以尋址 64KB 的片外數(shù)據(jù)存儲器。(5) 32 根雙向和可單獨(dú)尋址的 I/O 線。(6) 一個(gè)全雙工的異步串行口。(7) 兩個(gè) 16 位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器。(8) 5 個(gè)中斷源，兩個(gè)中斷優(yōu)先級。(9) 有片內(nèi)時(shí)鐘振蕩器。(10) 采用高性能的 HMOS 生產(chǎn)工藝生產(chǎn)。(11) 有布爾處理（位操作）能力。(12) 含基本指令 111 條，其中單機(jī)器周期指令 64 條。 MCS51 系列單片機(jī)的內(nèi)部總體結(jié)構(gòu)MCS51 單片機(jī)有 8 個(gè)部件組成，即中央處理器（CPU） ，片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器（RAM） ，片內(nèi)程序存儲器（ROM/EPROM） ，輸入/輸出接口（ I/O 口，分為 P0 口、P1 口、P2 口和 P3 口） ?？删幊檀锌?，定時(shí)/計(jì)數(shù)器，中斷系統(tǒng)及特殊功能寄存器。各部分通過內(nèi)部總線連接。MCS51 系列單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖 21 所示。圖 21 MCS51 系列單片機(jī)的內(nèi)部總體結(jié)構(gòu)框圖 MCS51 系列單片機(jī)的引腳功能如圖 22 是 MCS51 系列單片機(jī)的引腳結(jié)構(gòu)圖，是雙列直插封裝（DIP）方式。下面分別敘述這些引腳的功能。圖 22 MCS51 系列單片機(jī)引腳圖(1) 主電源引腳VCC：電源端。GND：接地端。(2) 接晶體引腳 XTAL1 和 XTAL2XTAL1：接外部晶體的一個(gè)引腳。在單片機(jī)內(nèi)部，它是一個(gè)反向放大器的輸入端，這個(gè)構(gòu)成片內(nèi)振蕩器。當(dāng)采用外部振蕩器時(shí)，對于 HMOS 單片機(jī)，此引腳應(yīng)接地；對于 CHMOS 單片機(jī)，此引腳作為驅(qū)動端。XTAL2：接外部晶體的另一個(gè)引腳。在單片機(jī)內(nèi)部，它是上述振蕩器的反相放大器的輸出端。當(dāng)采用外部振蕩器時(shí)，對 HMOS 單片機(jī)，此引腳接收振蕩器的信號，即把此信號直接接到內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端；對 CHMOS 單片機(jī)，此引腳應(yīng)懸浮不連接。(3) 或與其他電源復(fù)用引腳 RESET/VPD，ALE/ ， ， /VPPPROGSENARESET/VPD：當(dāng)振蕩器運(yùn)行時(shí)，在該引腳上出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期的高電平將使單片機(jī)復(fù)位；VCC 掉電期間，此引腳可接備用電源，以保持內(nèi)部 RAM 的數(shù)據(jù)不丟失；當(dāng) VCC 掉到低于規(guī)定水平，而 VPD 在其規(guī)定的電壓范圍（ 5+ 或 5）內(nèi)，VPD 向內(nèi)部 RAM 提供備用電源。ALE/ ：當(dāng)訪問外部存儲器時(shí)，MCS51 系列單片機(jī)即用 P0 口作為低 8PROG位地址輸出口，又作為數(shù)據(jù)輸入/輸出口。為了使地址與數(shù)據(jù)不至于混淆，通常先送地址再傳送數(shù)據(jù)。ALE（地址鎖存允許）將 P0 口輸出的低 8 位地址鎖存，從而實(shí)現(xiàn)低位地址與數(shù)據(jù)的分離。即使不訪問外部存儲器，ALE 端仍以不變的頻率（此頻率為振蕩器頻率的 1/6）周期性地出現(xiàn)正脈沖信號。因此，它可用作對外輸出的時(shí)鐘，或用于定時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時(shí)，將跳過一個(gè) ALE 脈沖。如果需要的話，通過對專用寄存器（SFR）區(qū)中 8EH 單元的 D0 位置數(shù)，可禁止 ALE 操作。該位置數(shù)后，只有在執(zhí)行一條 MOVX 或 MOVC 指令期間，ALE 才會被激活。另外，該引腳會被微弱拉高，單片機(jī)執(zhí)行外部程序時(shí)，該設(shè)定禁止 ALE 位無效。：程序存儲允許（ ）輸出是外部程序存儲器的讀選通信號。當(dāng)PSENPSENAT89C51/LV51 由外部程序存儲器取指令（或常數(shù)）時(shí)，每個(gè)機(jī)器周期兩次有效（即輸出 2 個(gè)脈沖） 。但在此期間內(nèi)，每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時(shí)，這兩次有效的 信號將不出現(xiàn)。/VPP：當(dāng) 端保持高電平（接 Vcc 端）時(shí)，CPU 則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲器AE中的程序。但在 PC（程序計(jì)數(shù)器）值超過 0FFFH（對于 8051/8751/80C51）或1FFFH（對于 8032）時(shí)，將自動轉(zhuǎn)向訪問外部寄存器。當(dāng) EA 保持低電平時(shí)，不管是否有內(nèi)部程序存儲器，則只訪問外部程序存儲器。(4) 輸出引腳 ～，～，～ 和 ～。P0 口（～）：P0 口是雙向 8 位三態(tài) I/O 口。在訪問外部存儲器時(shí)，可分時(shí)做低 8 位地址線和 8 位數(shù)據(jù)線；在 EPROM 編程時(shí)，它出入指令字節(jié)，而在驗(yàn)證程序時(shí)，則輸出指令字節(jié)。P0 口能驅(qū)動 8 個(gè) LSTTL 輸入。P1 口（～）：P1 口是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口。在 EPROM 編程和程序驗(yàn)證時(shí)，它接收低 8 位地址，能驅(qū)動 4 個(gè) LSTTL 輸入。P2 口（～）：P2 口是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口。在訪問外部存儲器時(shí)，它送出高 8 位地址，能驅(qū)動 4 個(gè) LSTTL 輸入。P3 口（～）：P3 口是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口。在MCS51 系列單片機(jī)中，這 8 個(gè)引腳都有各自的第二功能，在實(shí)際工作中，大多數(shù)情況下都使用 P3 口的第二功能，表 21 列出了 P3 口的第二功能。表 21 P3 口的第二功能端口引腳 復(fù)用功能 RXD（串行輸入口） TXD（串行輸出口）P （外部中斷 0）INTOP （外部中斷 1）1 T0（定時(shí)器 0 的外部輸入）P T1（定時(shí)器 1 的外部輸入）P （外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通）WRP （外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通）D MCS51 系列單片機(jī)的主要組成部分無論什么型號的微型計(jì)算機(jī)，一般都由中央處理器、存儲器和 I/O 接口組成。MCS51 系列單片機(jī)也是有由中央處理器、存儲器和 I/O 接口三大部分組成。(1) CPU：是單片機(jī)的核心部分，它的作用是讀入和分析每條指令，根據(jù)每條指令的功能要求，控制各個(gè)部件執(zhí)行相應(yīng)的操作。MCS51 系列單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè) 8 位的 CPU，它是由運(yùn)算器和控制器組成。運(yùn)算器主要包括算術(shù)、邏輯運(yùn)算部件 ALU、累加器 ACC、寄存器 B、暫存器、程序狀態(tài)寄存器、布爾處理器及十進(jìn)制調(diào)整電路等。控制器包括時(shí)鐘發(fā)生器、定時(shí)控制邏輯、指令寄存器、指令譯碼器、程序計(jì)數(shù)器、程序地址寄存器、數(shù)據(jù)指針寄存器和堆棧指針等。(2) 存儲器：MCS51 系列單片機(jī)在物理上有 4 個(gè)存儲空間，片內(nèi)程序存儲器和片外程序存儲器，片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器和片外數(shù)據(jù)存儲器。8051 片內(nèi)有 4KB 的片內(nèi)程序存儲器和 256B 的片外數(shù)據(jù)存儲器。除此之外還可以在片外擴(kuò)展 64KB 的程序存儲器和 64KB 的數(shù)據(jù)存儲器。(3) 并行 I/O8051 中有 4 個(gè) 8 位并行輸入/輸出端口，記作 P0、PP2 和 P3，共 32 根線。實(shí)際上它們就是特殊功能寄存器中的 4 個(gè)。每個(gè)并行 I/O 口都能用做輸入和輸出，所以稱它們?yōu)殡p向 I/O 口。但這 4 個(gè)通道的功能不完全相同，所以它們的結(jié)構(gòu)也設(shè)計(jì)得不同。在這里將詳細(xì)地介紹這些 I/O 口的結(jié)構(gòu)，以便于掌握它們的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，在使用中采取不同的策略。 DAC0832 介紹DAC0832 是一款能夠?qū)?shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬電壓信號的芯片，它是 8 位分辨率 D/A 轉(zhuǎn)換集成芯片，與處理器完全兼容，其價(jià)格低廉，接口簡單，轉(zhuǎn)換控制容易等優(yōu)點(diǎn)，在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。 引腳及其功能DAC0832 是雙列直插式 8 位 D/A 轉(zhuǎn)換器。能完成數(shù)字量輸入到模擬量(電流)輸出的轉(zhuǎn)換。圖 23 和圖 24 分別為 DAC0832 的引腳圖和內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖。其主要參數(shù)如下：分辨率為 8 位，轉(zhuǎn)換時(shí)間為 1μs，滿量程誤差為177。1LSB，參考電壓為(+10～10)V，供電電源為(+5～+15)V，邏輯電平輸入與 TTL 兼容。從圖 24 中可見，在 DAC0832 中有兩級鎖存器，第一級鎖存器稱為輸入寄存器，它的允許鎖存信號為 ILE，第二級鎖存器稱為 DAC 寄存器，它的鎖存信號也稱為通道控制信號 /XFER。圖 24 中，當(dāng) ILE 為高電平，片選信號 /CS 和寫信號 /WR1 為低電平時(shí)，輸入寄存器控制信號為 1，這種情況下，輸入寄存器的輸出隨輸入而變化。此后，當(dāng) /WR1 由低電平變高時(shí)，控制信號成為低電平，此時(shí)，數(shù)據(jù)被鎖存到輸入寄存器中，這樣輸入寄存器的輸出端不再隨外部數(shù)據(jù) DB 的變化而變化。對第二級鎖存來說，傳送控制信號 /XFER 和寫信號 /WR2 同時(shí)為低電平時(shí)，二級鎖存控制信號為高電平，8 位的 DAC 寄存器的輸出隨輸入而變化，此后，當(dāng) /WR2由低電平變高時(shí)，控制信號變?yōu)榈碗娖?，于是將輸入寄存器的信息鎖存到 DAC 寄存器中。圖 24 中其余各引腳的功能定義如下：(1)、DI7～DI0 ：8 位的數(shù)據(jù)輸入端，DI7 為最高位。(2)、IOUT1 ：模擬電流輸出端 1，當(dāng) DAC 寄存器中數(shù)據(jù)全為 1 時(shí)，輸出電流最大，當(dāng) DAC 寄存器中數(shù)據(jù)全為 0 時(shí)，輸出電流為 0。(3)、IOUT2 ：模擬電流輸出端 2， IOUT2 與 IOUT1 的和為一個(gè)常數(shù)，即IOUT1＋I(xiàn)OUT2＝常數(shù)。(4)、RFB ：反饋電阻引出端，DAC0832 內(nèi)部已經(jīng)有反饋電阻，所以 RFB 端可以直接接到外部運(yùn)算放大器的輸出端，這樣相當(dāng)于將一個(gè)反饋電阻接在運(yùn)算放大器的輸出端和輸入端之間。(5)、VREF ：參考電壓輸入端，此端可接一個(gè)正電壓，也可接一個(gè)負(fù)電壓，它決定 0 至 255 的數(shù)字量轉(zhuǎn)化出來的模擬量電壓值的幅度，VREF 范圍為(+10～10)V。VREF 端與 D/A 內(nèi)部 T 形電阻網(wǎng)絡(luò)相連。(6)、Vcc ：芯片供電電壓，范圍為(+5～15)V。圖 23 DAC0832 引腳圖(7)、AGND ：模擬量地，