畢業(yè)設計---采用單片機控制的風光互補發(fā)電系統(tǒng)

1、<p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　引言1 </b></p><p><b>　　第一章 概述2</b></p><p>　　1.1 課題來源2</p><p>　　1.2 系統(tǒng)簡述3</p><p&

2、gt;　　第二章 8031單片機系統(tǒng)簡介7 </p><p>　　2.1 8031引腳描述7</p><p>　　2.2 存儲器配置9</p><p>　　2.3 中央處理器10</p><p>　　2.4 復位狀態(tài)及復位電路11</p><p>　　2.5 系統(tǒng)的地址譯碼 11</p&g

3、t;<p>　　2.6 定時器/計數(shù)器12</p><p>　　2.7 中斷系統(tǒng)13</p><p>　　第三章 8031單片機最小應用系統(tǒng)的設計16</p><p>　　3.1 EPROM（2764）16</p><p>　　3.2 RAM（6264）16</p><p>　　3.3

4、 ADC0809逐次逼近式8位A/D轉(zhuǎn)換器16</p><p>　　3.4 8255A可編程并行接口19</p><p>　　3.5 74LS138譯碼器24</p><p>　　3.6 74LS373八D鎖存器25</p><p>　　3.7 74LS123再觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器26</p><p&g

5、t;　　3.8 555定時器27</p><p>　　第四章 8031單片機的擴展29</p><p>　　4.1 程序存儲器的擴展 29</p><p>　　4.2 數(shù)據(jù)存儲器的擴展30</p><p>　　4.3 并行I/O口的擴展30</p><p>　　4.4 顯示接口電路32</

6、p><p>　　第五章 部分硬件電路的設計34</p><p>　　5.1 “看門狗”電路34</p><p>　　5.2 分頻電路35</p><p>　　5.3 模擬量輸入電路36</p><p>　　5.4 精密電源 36</p><p>　　5.5 光電隔離工作電

7、路37</p><p>　　5.6 時鐘產(chǎn)生電路38</p><p>　　第六章 抗干擾問題39</p><p>　　第七章 軟件設計40</p><p>　　7.1 程序流程圖41</p><p>　　7.2 程序46</p><p><b>　　結(jié) 論

8、54</b></p><p><b>　　參考文獻55</b></p><p><b>　　附 錄56</b></p><p><b>　　謝 辭57</b></p><p><b>　　引 言</b></p>

9、<p>　　電力在現(xiàn)實生活中占主導地位，但是受客觀環(huán)境的限制，有些地區(qū)根本無法實現(xiàn)電業(yè)的發(fā)展和建設。為了彌補傳統(tǒng)電力的不足，我們設計了風光互補發(fā)電系統(tǒng)。</p><p>　　此系統(tǒng)就是利用風和光兩種自然能源相互補充發(fā)電，由太陽能電池板與風力發(fā)電機發(fā)電，經(jīng)蓄電池充電，給負載供電的一種新型能源。它既不消耗任何礦物燃料，又完成了對自然能源的合理利用。此系統(tǒng)可以應用于微波通訊、基站、電臺、野外活動、高速公路、

10、無電扇區(qū)、村莊、海島的電力提供。而且為了適應偏遠地區(qū)不便利的地理環(huán)境。風光互補發(fā)電控制系統(tǒng)幾乎完成了智能化，免維護。尤其適合在內(nèi)蒙古風力大的偏遠山區(qū)。</p><p>　　本次設計就是對風光互補發(fā)電系統(tǒng)的詳細介紹。設計中對整個發(fā)電系統(tǒng)作了簡要介紹，但對系統(tǒng)所用的單片機、其他芯片及附加電路作了詳細介紹。并介紹了系統(tǒng)中的抗干擾措施。最后介紹了系統(tǒng)的軟件設計。</p><p>　　由于我所學知識

11、和時間有限，設計中有不少漏洞和不足，敬請老師給與批評和指正。謝謝。</p><p><b>　　第一章 概 述</b></p><p>　　在我們的日常生活中，所用電力幾乎都是由傳統(tǒng)的電力提供的，但是受到外界環(huán)境限制，它并不能遍及每一個用電領(lǐng)域。于是我們需要開發(fā)新的獨立的供電系統(tǒng)。</p><p><b>　　1.1 課題來源&

12、lt;/b></p><p>　　在當今世界，電已經(jīng)成為人們生活中最常用的動力來源，隨著人們生活水平的不斷提高和技術(shù)進步，人們對電的依賴越來越強。無論是農(nóng)業(yè)、工業(yè)還是新型的第三產(chǎn)業(yè)，用電量都在逐年增加，幾乎可以說，沒有電能，人民的生活將陷入高度的無秩序狀態(tài)。</p><p>　　也正是因為電力在人們的生活中占的比重越來越大，才使得人們生活的地區(qū)差異表現(xiàn)的越來越明顯。因為我們知道，傳統(tǒng)

13、的電力行業(yè)以消耗煤等礦物燃料為主，生產(chǎn)過程中科學技術(shù)的要求也比較高，隨之帶來的環(huán)境污染也比較嚴重。這就使得有些根本不具備發(fā)展傳統(tǒng)電力的條件。比如說，我們知道我國的能源分布具有很大的不均衡性，有些偏遠地區(qū)，如農(nóng)牧區(qū)、山區(qū)、沿海以及島嶼等地，部隊的邊防哨所、郵電通訊的中繼站、公路和鐵路的信號站、地質(zhì)勘探和野外考察的工作站，都需要低成本、高可靠性的獨立電源系統(tǒng)，但是因為地方上根本就沒有礦物燃料的存儲，甚至因為地區(qū)偏遠，對于燃料的運輸都幾乎不可

14、能；而還有些地區(qū)，則由于人力資源不豐富，長時間以來也一直很難建設自己的電力事業(yè)，也就限制和制約了許多用電行業(yè)的的發(fā)展；當然越來越嚴重的環(huán)境污染問題，也不由得讓我們在電力的建設發(fā)展上小心又謹慎。這種種情況造成了我國許多地方的人民，在日常生活中長期承受著電力缺少的困難。</p><p>　　從這些客觀的條件中我們可以看出，在遠離電網(wǎng)的地區(qū)，建立獨立供電系統(tǒng)成為人們最需要的電源。哪種獨立電源最合理，這是人們一直在研究和

15、探討的問題。如今我們發(fā)現(xiàn)風和光等自然能源，在部分地區(qū)很豐富，而且這些能源清潔無污染，取之不盡，用之不竭，對它們的合利用既可以節(jié)省礦物燃料，又能給人們帶來很大方便，是理想的能源。于是智能化風光互補發(fā)電控制系統(tǒng)就應用而生了。</p><p>　　風光互補發(fā)電控制系統(tǒng)就是利用風和光兩種自然能源相互補充發(fā)電，在不消耗任何礦物燃料的情況下提供可靠的免費電力，為農(nóng)牧區(qū)、山區(qū)、沿海以及島嶼等邊遠地區(qū)的人民解決缺少電力的困境。它

16、的工作原理很簡單，就是永磁交流發(fā)電機，利用風能發(fā)出三項交流電；光電池板則在太陽能的照射下，自動的將太陽能轉(zhuǎn)化為電能。二者所發(fā)的電共同為蓄電池供電。其間微機控制系統(tǒng)是整個發(fā)電系統(tǒng)的核心部件，它完成對系統(tǒng)的監(jiān)測、報警、信號傳輸以及問題處理、自動維護等工作，也就是讓整個系統(tǒng)幾乎實現(xiàn)了智能化。</p><p><b>　　1.2 系統(tǒng)簡述</b></p><p>　　風光互

17、補發(fā)電系統(tǒng)的硬件設計中，為了實現(xiàn)智能化，為了保證蓄電池既不過充，也不過放，系統(tǒng)設置了蓄電池電壓控制系統(tǒng)；對于繼電器在指令執(zhí)行后，是否按要求動作，系統(tǒng)設置了繼電器動作檢測，并且對故障狀態(tài)設置了報警顯示電路，為了讓單片機8031在執(zhí)行程序后能正常復位，系統(tǒng)設置了‘看門狗’電路，等等。不只在電路設計上這樣，在參數(shù)選擇上也有講究，比如說，在系統(tǒng)設置經(jīng)濟合理，簡單明了的前提下，系統(tǒng)選擇了6—Q—90型號的蓄電池，因為它重量輕，體積小，而且充放電循

18、環(huán)次數(shù)多，也就是說電池的使用壽命長；繼電器選擇JTX—1型的小型繼電器，大大減少了系統(tǒng)總重量和占地面積。下面對系統(tǒng)作簡要介紹。系統(tǒng)的原理方框圖如下</p><p>　　圖1-1風光互補發(fā)電系統(tǒng)原理圖</p><p>　　從圖中我們可以看出，它的主要組成設備有：</p><p>　?。?）風力發(fā)電機：采用200W永磁交流發(fā)電機</p><p>

19、<b>　　風機特點：</b></p><p>　?。ˋ）具有特別適合大多內(nèi)陸地區(qū)低風速、時發(fā)電特性好、發(fā)電量大的特點。</p><p>　?。˙）具有機械、電子剎車裝置，可以確保在高風速時，風機轉(zhuǎn)速穩(wěn)定控制在安全可靠的范圍內(nèi)，使最高輸出電壓成為安全可控的電壓。</p><p>　?。?）太陽能光電池板：采用100W/14V 0.6㎡的硅光電

20、池，它能將太陽能轉(zhuǎn)化為電能，屬于一種半導體元件，它的特點如下：</p><p>　　（A）它是轉(zhuǎn)換效率高達15%的單晶硅太陽能電池板。</p><p>　?。˙）具有抗風、防潮、工作穩(wěn)定、無需維護等特點。</p><p><b>　　其結(jié)構(gòu)圖如下：</b></p><p>　　圖1-2 光電池板結(jié)構(gòu)圖</p>

21、<p>　　它實質(zhì)上是一個大面積的半導體PN結(jié)，用單晶硅制成，分為ZCR和ZDR兩種類型。其中ZCR硅光電池以N型單晶硅制造，ZDR以P型單晶硅制造，其工作原理是光生伏特效應，即在熱平衡條件下PN結(jié)能夠彎曲，在熱勢壘區(qū)內(nèi)電場的方向由N指向P。當有光照時，可以把自己的能量傳給價帶中的電子，使得電子獲得足夠的能量，從價帶中跳到導帶，即從束縛狀態(tài)變?yōu)樽杂蔂顟B(tài)，與此同時，在價帶中產(chǎn)生空穴，在結(jié)的勢壘區(qū)內(nèi)產(chǎn)生光生電子、空穴時，它們會

22、被結(jié)電場拉開：電子被推到N區(qū)，空穴被推到P區(qū)，由于電子和空穴在N區(qū)和P區(qū)積累，N區(qū)和P區(qū)兩端就產(chǎn)生了電動勢，即產(chǎn)生電流。</p><p><b>　?。?）鉛酸蓄電池：</b></p><p>　　規(guī)格：90安時 12伏</p><p>　　蓄電池的選擇要求：重量輕、體積小、能量轉(zhuǎn)換率高、自放電慢、充放電循次數(shù)多（即使用壽命長）等。其次，還

23、有些特殊要求如低溫時能大電流放電、維護簡單或無需維護、自放電（析氫）特別慢等。</p><p>　　圖1-3 蓄電池型號</p><p>　　本系統(tǒng)選擇6—Q—90型鉛酸蓄電池兩塊串聯(lián)，該電池用直流電源充電，因而風力發(fā)電機發(fā)出的交流三相電應該經(jīng)過整流后供給電池。</p><p>　　為了避免蓄電池過充過放將蓄電池的電壓控制在20～24～28V之間。</p&g

24、t;<p><b>　?。?）微機控制系統(tǒng)</b></p><p>　　微機控制系統(tǒng)是整個設計的核心內(nèi)容。它是整個系統(tǒng)安全運行的基本保證。另外本系統(tǒng)受應用環(huán)境的要求，本身就要求實現(xiàn)免維護。所以無論從硬件系統(tǒng)還是軟件系統(tǒng)都要對系統(tǒng)有保護作用。例如在本系統(tǒng)硬件設計中有蓄電池電壓控制，因為直流充電的蓄電池，要求電壓控制在20～24～28V之間，才能安全使用，不至于被燒壞。所以電壓控制

25、用來保證其既不過充又不過放；繼電器工作要求是：在接受到指令后，要按指令要求來動作。而且一旦出錯就要有報警顯示。為了實現(xiàn)繼電器正常工作，系統(tǒng)設有繼電器動作檢測，并對故障狀態(tài)設有報警顯示；為了保證整個系統(tǒng)工作的正常，執(zhí)行動作正確，系統(tǒng)對ADC0809的轉(zhuǎn)換也設有轉(zhuǎn)換結(jié)果正確與否的檢測，并在ADC0809不正常工作時報警顯示；由于8031芯片執(zhí)行EPROM內(nèi)程序時，為保證程序在故障死機后，能使8031正常復位，系統(tǒng)又設有“看門狗”電路等等。整

26、個系統(tǒng)是一個嚴密完整的智能化系統(tǒng)，使用起來方便。</p><p>　　由系統(tǒng)框圖可以看出，風力發(fā)電與太陽能光電池板發(fā)電，共同給蓄電池供電（為直流）。此時風力發(fā)電機、太陽能電池板和蓄電池又共同為直流負載供電（風力發(fā)電機發(fā)出的電經(jīng)過三相整流后便為直流）。微型單片機系統(tǒng)對蓄電池兩端電壓進行檢測：若蓄電池過充，則使繼電器1C動作，接通泄載電路，不再為蓄電池供電；若檢測結(jié)果是蓄電池過放，則使繼電器2C動作，斷開負載電路，不

27、再為負載供電，而給蓄電池充電。為保護人為地誤操作給系統(tǒng)帶來不利，我們又增加了二極管D1、D2和D3，它們的作用如下：</p><p>　　D1的作用是三相整流的二極管組。因為蓄電池供電要求直流電壓。而風力發(fā)電機所發(fā)的是三相交流電。為了把交流電能轉(zhuǎn)換為直流電能，增設的三相整流二極管組。</p><p>　　D2的作用是防止泄載時蓄電池也在泄電流。</p><p>　　

28、D3的作用是防止在光電板內(nèi)產(chǎn)生倒向電流，使得光電板遭到破壞。</p><p>　　綜上所述，系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)是非常合理的，因此也就決定了它有很多特點，比方說：</p><p><b>　　★ 獨立供電</b></p><p><b>　　★ 安裝方便</b></p><p><b>　　★

29、無人值守</b></p><p><b>　　★ 維護量少</b></p><p><b>　　★ 搬遷方便</b></p><p>　　★ 一次性投資，免交電費</p><p>　　★ 無污染，屬于環(huán)保能源</p><p>　　這些都使得它比同樣的發(fā)電系統(tǒng)有了很

30、大優(yōu)勢，同時智能化風光互補發(fā)電控制的使用范圍也很廣，例如：</p><p>　　★ 適應于偏遠地區(qū)無法供電的場所。</p><p>　　★ 適用于無人職守用電設備的供電。</p><p>　　★ 適用于中小型供電場所（100W—200W）。</p><p>　　★ 在有電池房的條件下，可以工作在零上40度、零下40度，濕度可達0—95%，瞬間

31、承受風力達12級。</p><p>　　★ 在中小型供電時與普通拉線方式相比有著明顯的優(yōu)勢。</p><p>　　★ 本系統(tǒng)為純綠色能源系統(tǒng)。</p><p>　　太陽能電池組件與風力發(fā)電機有機地組配成一個系統(tǒng)，可充分發(fā)揮各自的特性和優(yōu)勢，最大限度的利用好大自然賜予的風能和太陽能。對于用電量大、用電要求高，而風能資源和太陽能資源又較豐富的地區(qū)，風光互補供電無疑是一種

32、最佳選擇。這些優(yōu)點正是傳統(tǒng)電力所無法滿足的要求，所以說智能化風光互補發(fā)電控制系統(tǒng)是一種補充傳統(tǒng)電力不足的理想發(fā)電系統(tǒng)。接下來的文章中，我們對系統(tǒng)的工作原理、硬件組成及各自工作情況、軟件設計等方面作詳細的介紹。</p><p>　　第二章 8031單片機系統(tǒng)簡介</p><p>　　單片機是一種高度集成的芯片，它的內(nèi)容是一臺完整的微型計算機。由于體積小，使得它在計算機外部設備，過程及工業(yè)控

33、制設備等領(lǐng)域應用廣泛。單片機是按工業(yè)標準設計的，所以它有很好的環(huán)境適應能力和抗干擾能力。有很好的可靠性。</p><p>　　目前世界上常用的單片機有8051、MC6805、和MPD7811系列。本設計主要采用8031單片機作為微機控制的核心。</p><p>　　2.1 8031單片機的組成</p><p>　　8031型號的單片機屬于單片機MCS-51系列，為

34、CMOS芯片。它的內(nèi)部只有128字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲器（RAM），而無程序存儲器（ROM）。</p><p>　　8031單片機是在一塊芯片上集中了CPU、RAM，定時器/計數(shù)器和多功能的I/O線等計算機所需要的基本功能部件。他們都是通過片內(nèi)單一總線連接而成。其基本結(jié)構(gòu)依然是通用CPU加上外圍芯片的結(jié)構(gòu)模式，但在功能單元的控制上卻有了很大的變化。采用了特殊功能寄存器（SFR）的集中控制方法。</p>&l

35、t;p>　　8031單片機包含下列部件：</p><p>　　(1)一個微處理器（CPU）</p><p>　　(2)一個片內(nèi)震蕩器 </p><p>　　(3)128字節(jié)RAM數(shù)據(jù)存儲器</p><p>　　(4)兩個16位定時器/計數(shù)器</p><p><b>　　(5)特殊寄存器</b>

36、;</p><p>　　(6)32條可編程的I/O端口</p><p>　　(7)一個可編程的全雙工的串行口</p><p>　　(8)具有五個中斷兩個優(yōu)先級嵌套中斷結(jié)構(gòu)</p><p>　　8031是標準的40腳雙列直插式集成電路芯片，有些引腳具有兩種功能。下面介紹8031的引腳功能和P3口的第二功能。</p><p&g

37、t;　　下圖為8031的引腳分布圖：</p><p>　　圖2-1 8031引腳分布圖</p><p><b>　　引腳功能如下：</b></p><p>　　P0口（39～32）：雙向I/O口，既可以做地址/數(shù)據(jù)總線口，也可以作普通I/O口用（此時為準雙向口）。</p><p>　　P1口（1～8）：準雙向通用I/

38、O口。</p><p>　　P2口（21～28）：既可做地址總線口輸出地址高8位，也可以作普通I/O口用（此時為準雙向口）。</p><p>　　P3口（10～17）：雙功能口，既可以作普通I/O口（此時為準雙向口），也可以按每位的定義實現(xiàn)第二功能操作。如表（2-1）所示：</p><p>　?。?0）：ALE是地址鎖存允許信號。它的基本作用是把CPU從P0口分時送

39、出的地址低8位字節(jié)鎖存在一個外加的鎖存器中。此外由于ALE是以晶振1/6的固定頻率輸出的正脈沖（在不訪問外存時也這樣），可以做系統(tǒng)中其它芯片的時鐘源。</p><p>　　RST/VPD（9）：RST為復位信號。當輸入的復位信號延續(xù)2個機器周期以上的高電平即可完成單片機的復位初始化的操作。第二功能VPD為掉電保護備用電源的輸入端。當電源發(fā)生故障，電壓降到下限時，備用電源經(jīng)此端向內(nèi)部RAM提供電壓，以保護內(nèi)RAM中

40、的信息不丟失。</p><p>　?。?1）：為內(nèi)部和外部程序存儲器選擇線。=0時，訪問外部ROM0000H～FFFFH；=1時，地址0000H～0FFFH空間訪問內(nèi)部ROM，地址1000H～FFFFH空間訪問外部ROM。</p><p>　　（29）：外部程序存儲器讀選通信號，低電平有效。</p><p>　　XTAL1（19）和XTAL2（18）：使用內(nèi)部振蕩電

41、路時，用來外接石英晶體和電容；使用外部時鐘時，XTAL2接外部振蕩信號輸入端，XTAL1接地。</p><p>　　VCC（40）：電源+5V。</p><p>　　VSS（20）：接電源地。</p><p>　　表2-1 P3口的第二功能</p><p>　　8031單片機的存儲器</p><p>　　單片機的存儲

42、器有程序存儲器（RAM）與數(shù)據(jù)存儲器（ROM），在使用時是嚴格區(qū)分的，不得混用。程序存儲器存放指令及常數(shù)、表格等；數(shù)據(jù)存儲器則存放緩沖數(shù)據(jù)。</p><p><b>　　（1）程序存儲器</b></p><p>　　8031的內(nèi)部沒有程序存儲器，地址從0000H～FFFFH都是外部程序存儲器空間。應始終接低電平，使程序只從外部存儲器中取指。</p>&l

43、t;p>　　程序存儲器的操作完全是由程序計數(shù)器（PC）控制。PC值指向程序操作碼單元，則程序執(zhí)行該指令操作；PC值指向常數(shù)、表格單元，則實現(xiàn)取數(shù)、查表工作。因此，程序存儲器的操作為程序運行與查表操作兩類。</p><p>　　8031單片機在系統(tǒng)復位后，PC值為0000H，故從0000H單元開始取值，以執(zhí)行程序，所以系統(tǒng)起始地址為0000H，一般在0000H～0002H單元安排一條轉(zhuǎn)移指令，指向用戶主程序。

44、其原因是在0003H開始的地址區(qū)規(guī)定為8031的5個中斷源的中斷服務程序入口。</p><p><b>　?。?）數(shù)據(jù)存儲器</b></p><p>　　數(shù)據(jù)存儲器用以存放和讀取數(shù)據(jù)，它不能存放和執(zhí)行程序指令。數(shù)據(jù)存儲器在物理上和都可分為兩個地址空間：內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器和外部數(shù)據(jù)存儲器。內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器（RAM）的地址空間為00H～7FH，128B。外部數(shù)據(jù)存儲器的地址空間

45、為0000H～FFFFH，64KB。由于片內(nèi)外存儲器由不同的指令來訪問，故地址重疊不會造成操作的混亂。訪問內(nèi)部RAM用MOV類指令，訪問外部RAM用MOVX類指令。</p><p>　　2.3 8031單片機的中央處理器</p><p>　　MCS-51單片機內(nèi)的CPU與其它微處理器一樣，是單片機的指揮和執(zhí)行部件，完成運算和控制功能。在邏輯上它是由8位算術(shù)邏輯單元、定時控制部件及專用寄存

46、器組成。</p><p>　?。?）算術(shù)邏輯單元ALU</p><p>　　MCS-51 的ALU具有對8位二進制信息進行加、減、乘、除、比較等算術(shù)運算；“與”、“或”、“異貨”等邏輯運算及取反、清零、置1等邏輯操作功能，并具有很強的調(diào)用、轉(zhuǎn)移、判斷操作和很強的數(shù)據(jù)傳送功能。</p><p><b>　?。?）內(nèi)部寄存器</b></p&g

47、t;<p>　　MCS-51片內(nèi)包括以下寄存器：</p><p>　　工作寄存器組：MCS-51指定內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器中四組8個字節(jié)存儲單元為工作寄存器，并編號R0、R1…R7。每組的地址分別為00H～07H，08H～0FH，10H～17和18H～1FH，具體使用哪一組工作寄存器是由軟件對程序狀態(tài)字的設計來決定的。</p><p>　　寄存器A、B：寄存器A即累加器。算術(shù)運算中用

48、于存放操作數(shù)和運算結(jié)果；在邏輯操作、數(shù)據(jù)傳送等操作中作為源操作數(shù)或目的操作數(shù)。寄存器B主要用于和累加器配合以執(zhí)行乘除運算，存放第二個操作數(shù)。B也可以作為一般的寄存器使用。</p><p>　　數(shù)據(jù)指針DPTR：這是一個16位寄存器，可以分成兩個字節(jié)：高字節(jié)DPH和低字節(jié)DPL。其功能是存放16位地址，以指示數(shù)據(jù)存儲器的任何單元。在指令中常用作間接寄存器和基址寄存器。</p><p>　　2

49、.4 8031單片機的復位狀態(tài)及復位電路</p><p>　　單片機應用系統(tǒng)工作時，會經(jīng)常進入復位狀態(tài)。單片機的復位都是靠外部電路實現(xiàn)的。在時鐘電路工作后，只要在RESET引腳上出現(xiàn)10ms以上的高電平時，單片機便實現(xiàn)復位。</p><p>　?。?）寄存器的復位狀態(tài)</p><p>　　單片機在RESET引腳有效電平控制下，程序計數(shù)器PC和特殊功能寄存器的復位狀

50、態(tài)如下表。單片機的復位狀態(tài)不影響片內(nèi)RAM狀態(tài)，只要RESET引腳端保持高電平，單片機將循環(huán)復位。在復位的有效期間，ALE、輸出高電平。</p><p>　　表2-2 寄存器的復位狀態(tài)</p><p>　　2.5 8031單片機應用系統(tǒng)的地址譯碼</p><p>　　在單片機應用系統(tǒng)中，所有的外圍芯片都是通過總線與單片機相連。單片機數(shù)據(jù)總線分時的與外圍芯片進行數(shù)據(jù)

51、傳送。故要進行片選控制。片內(nèi)有多個字節(jié)單元時，還要進行片內(nèi)地址選擇。地址譯碼規(guī)則為：</p><p>　　（1）程序存儲器與數(shù)據(jù)存儲器地址重疊使用；</p><p>　?。?）外圍擴展芯片與數(shù)據(jù)存儲器統(tǒng)一編址。它不僅占用數(shù)據(jù)存儲器地址單元，而且使用數(shù)據(jù)存儲器的讀/寫控制信號與讀/寫指令。</p><p>　?。?）地址總線寬度為16位，片外程序存儲器與數(shù)據(jù)存儲器可直

52、接尋址范圍各為64K字節(jié)。P2口提供高8位地址（A8～A15），P0口經(jīng)外部鎖存后提供低8位地址（A0～A7）。</p><p>　　由于外圍芯片與數(shù)據(jù)存儲器統(tǒng)一編址，因此，單片機的硬件設計中，數(shù)據(jù)存儲器與外圍芯片的地址譯碼較為復雜?？刹捎镁€選法和全地址譯碼方法。本設計中采用的是譯碼法。譯碼法是通過對幾根高位地址線進行譯碼，由譯碼器的輸出去控制各外圍芯片的片選端。這種譯碼方式可以將地址空間劃分成連續(xù)的若干塊，分別

53、對應各外圍芯片，充分利用了存儲空間。線選法是把單獨的地址線接到外圍芯片的片選端上，只要該地址線為低電平，就選中該芯片。線選法的優(yōu)點是硬件電路結(jié)構(gòu)簡單，但由于所用的片選線都是高地址線，它們的權(quán)值較大，地址空間沒有充分利用，芯片之間的地址不連續(xù)。</p><p>　　2.6 8031單片機的定時器/計數(shù)器</p><p>　　MCS-51單片機內(nèi)部設有兩個16位可編程的定時器/計數(shù)器，即定時器

54、/計數(shù)器1和0，分別用T0、T1表示。它由兩個特殊功能寄存器TMOD和TCON及T0、T1組成。其中TMOD為模式控制寄存器，主要用來設置定時器/計數(shù)器的操作模式；TCON為控制寄存器，主要用來控制定時器的啟動與停止。兩個16位的定時器/計數(shù)器T0和T1均可以分成2個獨立的8位計數(shù)器即TH0、TL0、TH1、TL1，它們用于存定時或計數(shù)的初值。它們是一個加1的計數(shù)器。</p><p>　　TMOD：定時器/計數(shù)器

55、模式控制寄存器</p><p>　　圖2-2 方式控制寄存器格式及功能說明圖</p><p>　　GATE：門控位，用來控制定時器啟動操作方式。</p><p>　　當GATE=0時，定時器只由軟件控制位TR0或TR1來控制啟停。Tri位為1，定時器啟動開始工作；為0時，定時器停止工作。</p><p>　　當GATE=1時，定時器的啟動要

56、由外部中斷引腳和Tri位共同控制。只有當外部中斷引腳或為高時，TR0或TR1置1才能啟動定時器工作。</p><p>　?。汗δ苓x擇位。當=0時設置為定時器工作方式；計數(shù)脈沖由內(nèi)部提供，計數(shù)周期等于機器周期。當=1設置為計數(shù)器工作方式，計數(shù)脈沖為外部引腳T0或T1引入的外部脈沖信號。</p><p>　　M0 M1：操作模式控制位，2位可形成4種編碼，對應于4種操作模式。4種模式定義如下

57、表：</p><p>　　表2-3 操作模式控制表</p><p>　　TF1和TF0：分別為定時器1和定時器0溢出標志。</p><p>　　當定時器計滿產(chǎn)生溢出時，由硬件自動置“1”，并可申請中斷。進入中斷服務程序后，由硬件自動清0。這兩位也可作為程序查詢的標志位，在查詢方式下應由軟件來清0。</p><p>　　TR1和TR0：為定時器

58、1和定時器0的啟動控制位。當由軟件使Tri清0而停止定時器的工作。定時器啟動時該位應置“1”。</p><p>　　IE1和IE0：為外部中斷1和外部中斷0的中斷請求標志位。</p><p>　　IT1和IT0：為外部中斷1和外部中斷0的觸發(fā)方式選擇位。ITi設置為“0”時為電平觸發(fā)方式；設置為“1”時為邊沿觸發(fā)方式。</p><p>　　2.7 8031單片機的

59、中斷</p><p>　　8031中斷系統(tǒng)包括中斷源、中斷允許寄存器IE、中斷優(yōu)先級寄存器IP、中斷矢量等。MCS-51有5個中斷源，包括兩個外部中斷源和三個內(nèi)部中斷源。分別為：外部中斷請求0（INT0）、外部中斷請求1（INT1）、內(nèi)部定時器0（T0）、內(nèi)部定時器1（T1）和內(nèi)部串行口。它們可以分為2個優(yōu)先級，其中每一個中斷源的優(yōu)先級都可用程序排定。</p><p>　　5個中斷源能否得

60、到響應，受允許中斷寄存器IE中各位控制；它們的優(yōu)先級分別由中斷優(yōu)先級寄存器IP的各位確定；統(tǒng)一優(yōu)先級內(nèi)的各中斷源同時要求中斷時，還要靠內(nèi)部的查詢邏輯來確定響應的次序。不同的中斷源有不同的中斷矢量。</p><p>　　(1) IE (中斷允許寄存器) 控制字</p><p>　　IE在特殊功能寄存器中的地址為A8H。它的格式以及各位的功能說明如下：</p><p>

61、;　　圖2-3 中斷控制寄存器IE格式及功能說明圖</p><p>　?。?）IP（中斷優(yōu)先寄存器）控制字</p><p>　　圖2-4 中斷優(yōu)先寄存器 IP格式及功能說明圖</p><p>　　(3) 同級中斷優(yōu)先級</p><p>　　中斷源 中斷優(yōu)先級</p><p&

62、gt;　　1) 外部中斷 0 最高</p><p>　　2) 定時器/計數(shù)器 T0中斷</p><p>　　3) 外部中斷 1</p><p>　　4) 定時器/計數(shù)器 T1中斷</p><p><b>　　5) 串行口中斷</b&

63、gt;</p><p>　　6) 定時器/計數(shù)器 T2中斷 最低</p><p>　　各中斷源對應中斷服務程序首地址如下：</p><p>　　中斷源入口地址</p><p>　　外中斷0 0003H</p><p>　　T0中斷 000BH<

64、/p><p>　　外中斷1 0013H</p><p>　　T1中斷 001BH </p><p>　　第三章 8031單片機最小應用系統(tǒng)設計</p><p>　　3.1 EPROM2764</p><p>　　8031是片內(nèi)無程序存儲器

65、的供應狀態(tài)芯片，因此，其最小應用系統(tǒng)必須在片外擴展存儲器。本設計使用的片外存儲器為EPROM。</p><p>　　外接程序存儲器的地址線A8～A15由P2口提供，A0～A7由P0口通過地址鎖存器提供。</p><p>　　地址鎖存器的鎖存信號為ALE。指令數(shù)據(jù)由P0口讀入。</p><p>　　程序存儲器的取指信號為。</p><p>　　

66、3.2 RAM6264</p><p>　　6264是8KB的靜態(tài)隨機存儲器芯片。采用CMOS工藝制造，單一+5V供電，為28腳雙列直插式封裝。</p><p>　　外接數(shù)據(jù)存儲器的地址線A8～A15由P2口提供，A0～A7由P0口通過地址鎖存器提供。</p><p>　　3.3 ADC0809逐次逼近式8位A/D轉(zhuǎn)換器</p><p&g

67、t;　　ADC0809是8路模擬輸入的8位模數(shù)轉(zhuǎn)換器，逐次逼近式CMOS芯片，28線雙列直插式封裝。</p><p>　　芯片的主要部分是一個8位逐次比較式A/D轉(zhuǎn)換器和8位模擬轉(zhuǎn)換電路。轉(zhuǎn)換器以8個時鐘周期的時間完成一位轉(zhuǎn)換值，在64個脈沖后完成8位的轉(zhuǎn)換，時鐘由外電路提供，典型頻率為640KHz，8路模擬開關(guān)由3位二進制信息控制，以完成對某一路模擬信號轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換得到的數(shù)字信號鎖存在內(nèi)部的輸出鎖存器中，由輸出允

68、許信號選通鎖存器即可在輸出線上得到轉(zhuǎn)換結(jié)果數(shù)據(jù)。</p><p><b>　　主要特性</b></p><p>　　電源電壓 　﹢5V</p><p>　　分辨率 8位 </p><p>　　時鐘頻率 640kHz</

69、p><p>　　轉(zhuǎn)換時間 100μｓ</p><p>　　未經(jīng)調(diào)整誤差 1/2LSB和1LSB</p><p>　　模擬量輸入電壓范圍 0～5V</p><p>　　功耗 15Mw</p><p><b>　　2．內(nèi)部結(jié)構(gòu) </b&

70、gt;</p><p>　　圖3-1　ADC0809內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖</p><p>　　ADC0809是CMOS單片型逐次逼近式A／D轉(zhuǎn)換器，內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3-1所示，它由8路模擬開關(guān)、地址鎖存與譯碼器、比較器、8位開關(guān)樹型D／A轉(zhuǎn)換器、逐次逼近寄存器、三態(tài)輸出鎖存器等其它一些電路組成。因此，ADC0809可處理8路模擬量輸入，且有三態(tài)輸出能力，既可與各種微處理器相連，也可單獨工作。輸入輸出與

71、TTL兼容。 3．外部特性（引腳功能） ADC0809芯片有28條引腳，采用雙列直插式封裝，如圖3-2所示。下面說明各引腳功能。 　　IN0～IN7：8路模擬量輸入端?！　?-1～2-8：8位數(shù)字量輸出端?！　DDA、ADDB、ADDC：3位地址輸入線，用于選通8路模擬輸入中的一路。</p><p>　　ALE：地址鎖存允許信號，輸入，高電平有效。 　　START： A／D轉(zhuǎn)換啟動信號，輸入

72、，高電平有效。 　　EOC： A／D轉(zhuǎn)換結(jié)束信號，輸出，當A／D轉(zhuǎn)換結(jié)束時，此端輸出一個高電平（轉(zhuǎn)換期間一直為低電平）。 　　OE：數(shù)據(jù)輸出允許信號，輸入，高電平有效。當A／D轉(zhuǎn)換結(jié)束時，此端輸入一個高電平，才能打開輸出三態(tài)門，輸出數(shù)字量。</p><p>　　圖3-2 　ADC0809引腳圖 </p><p>　　CLK：時鐘脈沖輸入端。要求時鐘頻率不高于640KHZ。 　　REF

73、（+）、REF（-）：基準電壓。 　　Vcc：電源，單一＋5V。 　　GND：地。 表3-1 ADC 0809地址譯碼與通道的關(guān)系</p><p>　　ADC 0809通過引腳IN0, IN1,…, IN7可輸入8路單邊模擬輸入電壓。ALE將3位地址線ADDA,ADDB,ADDC進行鎖存,然后由譯碼器選通8路中的一路進行A/D轉(zhuǎn)換。地址譯碼與對應通道的關(guān)系如表(3-1)

74、所示。</p><p>　　ADC0809的工作過程是：首先輸入3位地址，并使ALE=1，將地址存入地址鎖存器中。此地址經(jīng)譯碼選通8路模擬輸入之一到比較器。START上升沿將逐次逼近寄存器復位。下降沿啟動 A／D轉(zhuǎn)換，之后EOC輸出信號變低，指示轉(zhuǎn)換正在進行。直到A／D轉(zhuǎn)換完成，EOC變?yōu)楦唠娖?，指示A／D轉(zhuǎn)換結(jié)束，結(jié)果數(shù)據(jù)已存入鎖存器，這個信號可用作中斷申請。當OE輸入高電平時，輸出三態(tài)門打開，轉(zhuǎn)換結(jié)果的數(shù)字量

75、輸出到數(shù)據(jù)總線上。</p><p>　　4.ADC0809與系統(tǒng)總線的連接</p><p>　　8031通過74LS138譯碼器的輸出端和讀、寫控制線來控制轉(zhuǎn)換器的模擬輸入通道地址鎖存、啟動和輸出允許。</p><p>　　ADC 0809的時鐘頻率為640kHz，轉(zhuǎn)換時間為100μｓ，微機的時鐘頻率5MHz或更高一些，因此系統(tǒng)時鐘必須經(jīng)分頻器分頻后接到ADC 08

76、09芯片的CLOCK引腳上。</p><p>　　另外，ADC 0809的EOC端可在轉(zhuǎn)換結(jié)束時發(fā)中斷請求脈沖，若用中斷輸入數(shù)據(jù)的方式則可利用EOC引線。</p><p>　　圖3-3 ADC 0809與系統(tǒng)總線的連接</p><p>　　3.4 可編程并行接口8255A</p><p>　　8255A是Intel86系列微處理機的配套并

77、行接口芯片，它可為86系列CPU與外部設備之間提供并行輸入/輸出的通道。由于它是可編程的，可以通過軟件來設置芯片的工作方式。所以，用8255A連接外部設備時，通常不用再附加外部電路，給使用者帶來很大方便。</p><p>　　8255A由以下幾部分組成：</p><p>　　1.并行輸入/輸出斷口A，B，C</p><p>　　8255A芯片內(nèi)部包含3個8位端口，其

78、中：端口A包含一個8位數(shù)據(jù)輸出鎖存/緩沖存儲器和一個8位數(shù)據(jù)輸入鎖存器；端口B包含一個8位數(shù)據(jù)輸入/輸出、鎖存/緩沖存儲器和一個8位數(shù)據(jù)輸入緩沖存儲器；端口C包含一個輸入鎖存/緩沖存儲器和一個輸入緩沖存儲器。必要時端口C可分為2個4位端口，分別與端口A和端口B配合工作，通常將端口A和端口B定義位輸入/輸出的數(shù)據(jù)端口，而端口C可作為狀態(tài)或控制信息的傳送端口。</p><p>　　2.A組和B組控制部件</p&

79、gt;<p>　　端口A與端口C的高4位（PC7~PC4）構(gòu)成A組，由A組控制部件實現(xiàn)控制功能，端口B與端口C的低4位（PC3~PC0），由B組部件實現(xiàn)控制功能。他們各有一個控制單元，可接收來自讀/寫控制部件的命令和CPU通過數(shù)據(jù)總線（D7~D0）送來的控制字，并根據(jù)他們來定義各個端口的操作方式。</p><p>　　3.數(shù)據(jù)總線緩沖存儲器</p><p>　　這是一個三態(tài)雙

80、向8位數(shù)據(jù)緩沖存儲器，它是8255A與CPU之間的數(shù)據(jù)接口。CPU執(zhí)行輸出命令時，可將控制字或數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)總線緩沖存儲器傳送給8255A。CPU執(zhí)行輸入命令時，8255A可將狀態(tài)信息或數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)總線緩沖存儲器向CPU輸入。因此它時CPU與8255A之間交換信息的必經(jīng)之路。</p><p><b>　　4．讀/寫控制部件</b></p><p>　　這是8255A內(nèi)部

81、完成讀/寫控制功能的部件，它能接收CPU的控制命令，并根據(jù)它們向片內(nèi)各功能部件發(fā)出操作命令?？山邮盏目刂泼钊缦拢?lt;/p><p>　　（1）——片選信號。由CPU輸入，通常由端口的高位地址碼（A15~A2）譯碼得到，有效，表示該8255A被選中。</p><p>　?。?），——讀、寫控制信號。由CPU輸入，有效，表示CPU讀8255A，應由8255A向CPU傳送數(shù)據(jù)或狀態(tài)信息。有效，表

82、示CPU寫8255A，應由CPU將控制字或數(shù)據(jù)寫入8255A。</p><p>　?。?）RESET——復位信號。由CPU輸入。RESET有效時，清除8255A中所有控制字寄存器內(nèi)容，并將各端口置成輸入方式。</p><p>　?。?）A1和A0——端口選擇信號。</p><p>　　A1A0=00，選擇端口A；</p><p>　　A1A0

83、=01，選擇端口B；</p><p>　　A1A0=10，選擇端口C；</p><p>　　A1A0=11，選擇控制字寄存器。</p><p>　　由端口地址A1A0和相應的控制信號組合起來可定義各端口的操作方式如下表所示。</p><p>　　表3-2 8255A的讀寫操作控制</p><p>　　5． 8255A

84、芯片的控制字及其工作方式</p><p>　　8255A中各端口可有三種基本工作方式：方式0——基本輸入/輸出方式；方式1——選通輸入/輸出方式；方式2——雙向傳送方式。端口A可處于3種工作方式（方式0，1，2），端口B只可處于兩種方式（方式0和方式1），端口C常常被分成高4位和低4位兩部分，可分別用來傳送數(shù)據(jù)或控制信息。</p><p>　　用戶可用軟件來分別定義3個端口的工作方式，可使

85、用的控制字由定義工作方式控制字和置位/復位控制字。</p><p><b>　　A．控制字</b></p><p>　　（1）定義工作方式控制字；格式如圖所示。通過定義工作方式控制字可將3個端口分別定義為3種不同方式的組合，當將端口A定義為方式1或方式2或?qū)⒍丝贐定義為方式1時，要求使用端口C的某些位作控制用，這時需要使用一個專門的置位/復位控制字來對控制端口C的各位

86、分別進行置位/復位操作。</p><p>　　圖3-4 8255A工作方式控制字格式</p><p>　　（2）置位/復位控制字：只對端口C有效，其使用格式如下圖所示。</p><p>　　圖3-5 8255A置位/復位控制字格式</p><p><b>　　B．工作方式</b></p><p&g

87、t;　　（1）工作方式0：這是8255A中各端口的基本輸入/輸出方式。適用于無條件傳送和查詢方式的接口電路。它只完成簡單的并行輸入/輸出操作，CPU可從指定端口輸入信息，也可向指定端口輸出信息。如果3個端口均處于工作方式0，則可由工作方式控制字定義16種工作方式的組合，這種情況下，工作方式控制字的具體格式應如下圖所示。</p><p>　　圖3-6 8255A定義工作方式0控制字格式</p>&l

88、t;p>　　由控制字中D4D3D1D04位的不同取值可定義方式0的16種工作方式的組合，如表所示。 </p><p>　　表3-3 方式0的工作狀態(tài)組合</p><p>　　這種情況下，端口C被分成2個4位端口，它們可分別被定義為輸入或輸出端口，CPU與3個端口之間交換數(shù)據(jù)可直接由CPU執(zhí)行IN和OUT指令來完成，而不提供任何“握手”信息，適于用在各種同步并行傳送系統(tǒng)中。</

89、p><p>　　3.5 譯碼器74LS138</p><p>　　通過對8031單片機的P2.5，P2.6，P2.7三位地址譯碼，由74LS138的輸出來控制各片選信號。</p><p>　　圖3-7 74LS138引腳分布圖</p><p>　　圖3-8 74LS138的引腳圖 </p><p>　　表3-4 3

90、線-8線譯碼器74LS138的功能表</p><p>　　3.6 八D鎖存器74LS373</p><p>　　系統(tǒng)設計中需要有一個芯片完成對外部程序存儲器低位字節(jié)的存儲，我們選用74LS373來做這個地址鎖存器。</p><p>　　它的外部引腳和內(nèi)部功能框圖如下</p><p>　　圖3-9 74LS373外部引腳排列圖

91、 圖3-10 74LS373工作原理框圖</p><p>　　圖3-11 74LS373引腳圖</p><p>　　74LS373八所儲器是透明的D型鎖存器，即當允許端（）是高電平時，Q輸出跟隨數(shù)據(jù)D輸入，當允許端（）為低電平時，輸出端將被鎖存在已經(jīng)建立起的數(shù)據(jù)電平上。在正常邏輯狀態(tài)（高電平或低電平）或高阻狀態(tài)，一個被緩沖的輸出控制輸入端，能用來置8個輸出端為一個通常的邏輯狀態(tài)（高或低邏

92、輯電平）或者一個高阻抗狀態(tài)，在高阻抗狀態(tài)下輸出既不能加載于總線，也不能驅(qū)動總線。真值表如下：</p><p>　　表3-5 741B373的真值表</p><p>　　3.7 再觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器74LS123</p><p>　　它是D-C觸發(fā)的多諧振蕩器，其特點是有三種方法控制輸出脈沖的寬度，基本脈沖時間通過選擇外部定時器電阻和電容值來確定，一旦觸發(fā)，基本

93、脈沖寬度可通過對門控低電平作用（A）或高電平作用（B）的輸入端的觸發(fā)使之延長，或直接清除方法使之縮小。在系統(tǒng)設計中，它與555定時器共同構(gòu)成“看門狗”電路，延長高電平作用，使得系統(tǒng)正常復位，具體結(jié)構(gòu)和原理在后面介紹。下面是74LS123的引腳排列圖和真值表：</p><p>　　圖3-12 74LS123外部引腳排列圖</p><p>　　表3-6 74LS123譯碼表</p&g

94、t;<p>　　3.8 555定時器</p><p>　　555定時器是一種多用途的單片集成電路，利用它能極方便的接成施密特觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和多諧振蕩器。由于使用靈活、方便，所以555定時器在波形的產(chǎn)生與變換、測量與控制、家用電器、電子玩具等許多領(lǐng)域中得到了應用。</p><p>　　圖3-13 555定時器工作原理圖</p><p>　　它由

95、比較器C1和C2基本RS觸發(fā)器以及集電極開路輸出的泄放三極管Td三部分組成。</p><p>　　是置零輸入端。只要在端加上低電平，輸出端便立即被置成低電平，不受其他輸入端狀態(tài)的影響。正常工作時必須使處于高電平。</p><p>　　第四章 8031單片機的擴展</p><p>　　通常情況下，采用8031的最小應用系統(tǒng)最能發(fā)揮單片機體積小、成本低的優(yōu)點。但在許

96、多情況下，構(gòu)成一個工業(yè)測、控系統(tǒng)時，考慮到傳感器接口、伺服控制接口以及人機對話接口等的需要，最小系統(tǒng)常常不能滿足需要，因此，系統(tǒng)擴展是單片機應用系統(tǒng)硬件設計中的重要部分。單片機是系統(tǒng)擴展有程序存儲器的擴展、數(shù)據(jù)存儲器的擴展、I/O口擴展、定時器/計數(shù)器擴展、中斷系統(tǒng)擴展以及其他特殊功能擴展。</p><p>　　4.1 8031單片機的程序存儲器擴展</p><p>　　8031單片機與

97、外部程序存儲器之間的連線包括：地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線。單片機的P0口和P2的16根I/O線輸出地址信號。其中，P2口與EPROM高8位地址線連接，直接作為高8位地址A8～A15，P0口作為分時復用的 低8位地址/數(shù)據(jù)線，通過鎖存器輸出低8位A0～A7。單片機的端接地，端與外部程序存儲器的輸出允許OE連接，ALE端與鎖存器CLK端連接。單片機訪問外部存儲器時，使用兩個控制信號：ALE和</p><p>　　圖

98、4-1 8031與2764連接圖</p><p>　　ALE用于低8位地址鎖存信號，在ALE的下降沿將地址鎖存于外接的鎖存器，從而形成低8位地址線。為外部程序存儲器讀選通信號，用以控制外部存儲芯片的輸出允許引腳。EA信號是用以控制讀片內(nèi)程序存儲器或是讀片外程序存儲器的。對8031而言，應接低電平，因為它沒有內(nèi)部程序存儲器。</p><p>　　本設計擴展的外部程序存儲器應用的是兩片276

99、4EPROM。</p><p>　　1#2764由74LS138的輸出來控制片選信號：其地址為0000H~1FFFH。</p><p>　　2#2764由74LS138的輸出來控制片選信號：其地址為2000H~3FFFH。</p><p>　　4.2 8031單片機的數(shù)據(jù)存儲器擴展</p><p>　　數(shù)據(jù)存儲器在擴展時，其地址信號與擴展

100、程序存儲器是一樣的，高八位地址由P2口提供，低八位地址由P0口經(jīng)鎖存器提供。讀和寫分別由單片機的和信號控制</p><p>　　本設計擴展的外部數(shù)據(jù)存儲器應用的是兩片6264EPROM。</p><p>　　1#6264由74LS138的輸出來控制片選信號：其地址為4000H~5FFFH。</p><p>　　2#6264由74LS138的輸出來控制片選信號：其地址

101、為6000H~7FFFH。</p><p>　　圖4-2 8031與6264連接圖</p><p>　　4.3 8031并行I/O口的擴展</p><p>　　對8031芯片而言，因為內(nèi)部沒有程序存儲器而需外接存儲器芯片，這就占用了P0口和P2口，以作為數(shù)據(jù)和地址總線。剩下的I/O線就往往不能完全滿足要求。所以，在應用系統(tǒng)中經(jīng)常還需要擴展片外I/O通道。本設計采

102、用8255可編程并行I/O擴展接口接鍵盤掃描電路。</p><p>　　單片機應用系統(tǒng)中，鍵盤掃描只是CPU的工作內(nèi)容之一，CPU在忙于各項工作任務時，如何兼顧鍵盤的輸入，取決于鍵盤的工作方式。鍵盤工作方式的選擇應取決實際應用系統(tǒng)中CPU工作的忙、閑情況而定。其原則是既要保證能及時響應按鍵操作，又要不過多占用CPU的工作時間。通常，鍵盤工作方式有三種，即：編程掃描、定時掃描和中斷掃描。本設計采用編程掃描。<

103、/p><p>　　CPU對鍵盤的掃描采取程序控制方式，一旦進入鍵盤掃描狀態(tài)，則反復地掃描鍵盤，等待用戶從鍵盤上輸入命令或數(shù)據(jù)。而在執(zhí)行鍵入命令或處理鍵入數(shù)據(jù)過程中，CPU將不在響應鍵入要求，直到CPU返回重新掃描鍵盤為止。</p><p>　　圖中為一個4 ×4矩陣鍵盤通過8255A擴展I/O口與8031的接口電路原理圖，鍵盤采用編程掃描方式工作，8255A的PC口低4位輸出逐行掃描

104、信號，PA口輸入4位列信號，均為低電平有效。8255A的A0，A1端分別接與地址線A0，A1上，與P2.7相接，、分別與8031的和相連。</p><p>　　8255A的口地址為：</p><p><b>　　PA口：8000H</b></p><p><b>　　PC口：8002H</b></p><

105、;p>　　控制寄存器：8003H</p><p>　　當PA口工作與方式0輸入，PC口低4位工作于方式0輸出時，方式命令控制字可設為90H，</p><p>　　8255A初始化程序如下：</p><p>　　MOV DPTR ，#8003H ； 置控制口地址</p><p>　　MOV A，#90H

106、 ； 方式控制字給A</p><p>　　MOVX @DPTR，A ； 方式控制字給8255A控制口</p><p>　　MOV A，#08H ； 置PC4復位控制字</p><p>　　MOVX @DPTR，A ； PC4復位</p><p>　　下面介紹編程掃描工作

107、方式的工作過程及鍵盤掃描子程序。</p><p>　　本設計中用延時10ms子程序進行軟件消抖；通過設計處理標志來區(qū)分閉合鍵是否已處理過；用計算機方法得到鍵碼，高4位代表行，低4位代表列。</p><p>　　鍵盤掃描子程序中完成如下幾個功能：</p><p>　　判斷鍵盤上有無鍵按下。其方法為PC口低4位輸出全為0，讀PA口狀態(tài)，若PA0~PA7為全1，則說明鍵盤

108、無鍵按下；若不全為1，，則說明鍵盤有鍵按下。</p><p>　　消除按鍵抖動的影響。其方法為，在判斷有鍵按下后，用軟件延時的方法延時10ms，再判斷鍵盤狀態(tài)，如果仍為有鍵按下狀態(tài)，則認為有一個確定的鍵按下，否則當作按鍵抖動處理。</p><p>　　求按鍵位置。根據(jù)前面介紹的掃描法，進行逐行置0掃描，最后定位按鍵位置。</p><p>　　鍵閉合一次僅進行一次按鍵

109、的處理。方法是等待按鍵釋放之后，再進行按鍵功能的處理操作。</p><p>　　圖4-3 8031與8255連接的小鍵盤圖</p><p>　　4.4 顯示接口電路</p><p>　　單片機應用系統(tǒng)中，使用的顯示器主要有LED發(fā)光二極管和LCD液晶顯示器。這兩種顯示器的成本低廉，配置靈活，與單片機接口方便。本設計中采用的則是發(fā)光二極管。LED顯示塊是發(fā)光二極管

110、顯示字段的顯示器件。這種顯示塊有共陰極和共陽極兩種。共陰極LED顯示塊的發(fā)光二極管陰極共地。當某個發(fā)光二極管的陽極為高電平時，發(fā)光二極管點亮；共陽極LED顯示塊的發(fā)光二極管陽極并接+5V電壓，當某個發(fā)光二極管的陰極為低電平時，發(fā)光二極管點亮。</p><p>　　系統(tǒng)中需要做出報警顯示的有圖中幾種情況。所以在設計中采用六路LED完成顯示工作。每一路代表一種狀態(tài)。</p><p>　　所有L

111、ED的陽極都接上了+5V電壓，所以它屬于共陽極顯示器。當某個LED的另一端接上低電平的時候，二極管即會發(fā)光，我們也就知道系統(tǒng)的運行狀態(tài)，從而知道系統(tǒng)下一步工作。</p><p>　　每個LED的電壓降為1.2～1.5V，接上+5V電壓在驅(qū)動LED發(fā)光的情況下，它的大電流有可能燒壞8031的接口。為了避免這一情況發(fā)生，我們接入560Ω電阻，可以使進入8031的電流在其允許的安全范圍內(nèi)。</p><

112、;p>　　單片機顯示系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖：</p><p>　　圖4-4六路LED顯示器</p><p>　　第五章 部分硬件電路設計</p><p>　　5.1 “看門狗”電路</p><p>　　8031單片機內(nèi)部沒有自動復位組件，于是這樣的系統(tǒng)在運行出錯時，或系統(tǒng)進入死循環(huán)狀態(tài)時，都不能靠自身的能力跳出錯誤狀態(tài)。所以要設計自動復位電路。讓

113、它每間隔一段時間檢驗一次系統(tǒng)運行的正確與否；運行出錯時候，系統(tǒng)能自動復位。</p><p>　　本設計自動復位電路采用“看門狗”電路，它的作用就是當CPU執(zhí)行程序的時候，每一段時間內(nèi)有軟件向看門狗電路發(fā)一個信號。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如下：</p><p><b>　　控制程序如下：</b></p><p>　　PULRES：CLR P1.0</p