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1、第一章第一章 智能仪器仪表与单片机智能仪器仪表与单片机应用系统概论应用系统概论智能仪器仪表简介智能仪器仪表简介智能仪器中的单片机智能仪器中的单片机MCS-51与与MCS-96系列单片机系列单片机1.1 智能仪器仪表简介智能仪器仪表简介 1.1.1 什么是智能仪器仪表什么是智能仪器仪表 第三代仪表智能仪表（Intelligent Instruments）是将微处理器技术引入测量仪表技术的产物。智能仪器仪表是软件和硬件相结合的产物。智能仪器的分支虚拟仪器。1.1.2 智能仪器仪表的性能及特点智能仪器仪表的性能及特点 智能仪器是在数字式仪器基础上发展起来的，因而它还具有某些数字式仪器的特征。/智能仪
2、器有以下主要特性智能仪器有以下主要特性 （1）仪表有计算功能及数据处理能力；）仪表有计算功能及数据处理能力；（2）仪表有记忆功能，可将测量数据长期储存；）仪表有记忆功能，可将测量数据长期储存；（3）软件代替大量的硬件，硬件线路大大简化；）软件代替大量的硬件，硬件线路大大简化；（4）有多种输出形式。）有多种输出形式。智能仪器的优点智能仪器的优点 （1）测量精度高而且速度快；）测量精度高而且速度快；（2）有自动校准、误差处理的能力；）有自动校准、误差处理的能力；（3）可进行自检，并具有容错能力；）可进行自检，并具有容错能力；（4）能实现复杂的控制功能，能改变仪表的功能；）能实现复杂的控制功能，能改
3、变仪表的功能；（5）便于组成一个多仪器的复杂控制系统。）便于组成一个多仪器的复杂控制系统。/1.2 智能仪器中的单片机智能仪器中的单片机 单片机是把微型计算机主要部分都集成在一个芯单片机是把微型计算机主要部分都集成在一个芯片上的单片微型计算机。片上的单片微型计算机。单片机的特点：单片机的特点：（1）片内存储器容量小；）片内存储器容量小；（2）可靠性高，抗干扰能力强；）可靠性高，抗干扰能力强；（3）使用方便、灵活；）使用方便、灵活；（4）控制功能强，指令系统及硬件逻辑适合于）控制功能强，指令系统及硬件逻辑适合于工业控制要求；工业控制要求；（5）产品开发周期短，开发效率高。）产品开发周期短，开发效
4、率高。/单片机发展趋势：单片机发展趋势：（1）目前）目前8位、位、16位单片机广泛应用，正在向位单片机广泛应用，正在向32位方向发展；位方向发展；（2）CPU处理速度不断提高；处理速度不断提高；（3）存储器性能不断完善；）存储器性能不断完善；（4）I/O性能不断提高；性能不断提高；（5）低功耗、高集成度的芯片种类越来越多，）低功耗、高集成度的芯片种类越来越多，特殊功能的芯片越来越多。特殊功能的芯片越来越多。/各类智能仪器、仪表对单片机的要求有如下特点：各类智能仪器、仪表对单片机的要求有如下特点：（1）单片机有明确的应用对象；）单片机有明确的应用对象；（2）实时性要求；）实时性要求；（3）高可靠
5、性的要求；）高可靠性的要求；（4）要求灵活的接口功能；）要求灵活的接口功能；（5）要求丰富多样的软件；）要求丰富多样的软件；（6）高性能价格比。）高性能价格比。1.3 MCS-511.3 MCS-51与与MCS-96MCS-96系列单片机系列单片机1.3.1 MCS-51系列单片机系列单片机1.3.2 MCS-96系列单片机系列单片机 MCS-96系列单片机为系列单片机为16位单片机，位单片机，8098单片机是单片机是MCS-96系列单片机中准系列单片机中准16位机。位机。8398内部带有掩膜内部带有掩膜ROM（8K字节），字节），8795BH内部内部带有带有ROM（8K字节），而字节），而8
6、098为无片内为无片内ROM型。型。18098的特性的特性 8098单片机的基本特性如下：单片机的基本特性如下：（1）一个）一个17位算术逻辑单元适合于控制的指令系位算术逻辑单元适合于控制的指令系统；统；（2）256字节片内字节片内RAM寄存器；寄存器；（3）可编程高速输入）可编程高速输入/输出机构输出机构HSI/HSO （4）四路带有采样四路带有采样/保持电路的保持电路的10位位A/D转换器；转换器；（5）一个同步）一个同步/异步串行口；异步串行口；（6）一路）一路8位可用于位可用于D/A转换的脉冲宽度调制输转换的脉冲宽度调制输出出PWM；（7）多中断源的灵活的中断系统；多中断源的灵活的中断
7、系统；（8）两个）两个16位定时器位定时器/计数器；计数器；（9）四个）四个16位软件定时器；位软件定时器；（10）一个用于监视）一个用于监视CPU工作的监视定时器；工作的监视定时器；（11）16位地址总线，寻址空间为位地址总线，寻址空间为64KB。系统时钟系统时钟612MHz。/2 280988098内部结构及内部结构及内部结构及内部结构及 引脚功能引脚功能引脚功能引脚功能第二章第二章 单片机应用系统单片机应用系统设计基础设计基础MCS-51系列单片机基本系统设计系统译码线路常用接口芯片的使用日历时钟与8098单片机接口2.1 MCS-51系列单片机基本系统设计系列单片机基本系统设计2.1.
8、1 MCS-51最小系统与最低功耗系统设计最小系统与最低功耗系统设计 1 1时钟振荡电路时钟振荡电路时钟振荡电路时钟振荡电路 2复位电路复位电路3EPROM程序存储器程序存储器 EPROM存储器存储器2716（2K8位）、位）、2732（4K8位）、位）、2764（8K8位）、位）、27128（16K8位）或位）或27256（32K8位）。位）。/4地址锁存器地址锁存器 最常用的地址锁存器是最常用的地址锁存器是74LS373，使能信号线使能信号线CE=0时，三态门处于导通状态，允许时，三态门处于导通状态，允许Q端输出；当端输出；当CE=1时，三态门高阻态，时，三态门高阻态，Q端与总线相当于断开
9、。端与总线相当于断开。在在CE=0情况下，若情况下，若G=1时，输入与输出状态相同，时，输入与输出状态相同，当当G端为下降沿时，输入端的数据锁入端为下降沿时，输入端的数据锁入Q中。中。/5MCS-51单片机最小应用系统单片机最小应用系统 6MCS-51单片机最低功耗系统单片机最低功耗系统 CHMOS工艺的芯片工艺的芯片87C51、80C51BH、0C31BH。在正常工作时，功耗仅在正常工作时，功耗仅80mW。两种节电运行方式：两种节电运行方式：等待方式功耗约等待方式功耗约15mW 掉电方式工作电压为掉电方式工作电压为2V，工作电流维持在工作电流维持在50nA，CPU处在停止工作状态。处在停止工
10、作状态。这两种方式可通过软件来选择运行，其方法是由这两种方式可通过软件来选择运行，其方法是由SFR中的电源控制器中的电源控制器 PCON设定（地址为设定（地址为78H）。）。/PCON各位定义如下：各位定义如下：SMOD：串行口波特率倍增位。串行口波特率倍增位。SMOD=1时，串行口的方式时，串行口的方式1，2，3工作状态波特工作状态波特率加倍。率加倍。GF1，GF0：通用标志位通用标志位 PD：掉电方式位。掉电方式位。PD=1进入掉电方式。进入掉电方式。IDL：等待方式位。等待方式位。IDL=1进入等待工作方式。进入等待工作方式。若若PD，IDL同时为同时为1，掉电方式优先。，掉电方式优先。
11、（1）等待工作方式）等待工作方式 送往送往CPU的时钟信号被封锁，的时钟信号被封锁，CPU进入等待状进入等待状态，但时钟信号继续供给中断系统、定时态，但时钟信号继续供给中断系统、定时/计数器和计数器和串行口。串行口。由于等待状态，中断系统仍在工作，任何允许由于等待状态，中断系统仍在工作，任何允许中断请求都能使中断请求都能使PCON.0清零。这样就退出了等待方式。清零。这样就退出了等待方式。（2）掉电工作方式）掉电工作方式 片内振荡器停止工作，单片机内工作全部停止，片内振荡器停止工作，单片机内工作全部停止，只有只有RAM和和SFR中的数据保留。此方式只可用硬件退中的数据保留。此方式只可用硬件退出
12、。出。/注意地址线有上拉电阻。注意地址线有上拉电阻。/2.1.2 MCS-51单片机扩展系统单片机扩展系统 1程序存储器的扩展程序存储器的扩展2数据存储器的扩展数据存储器的扩展 MCS-51的程序存储器与数据存储器的地址是重叠的程序存储器与数据存储器的地址是重叠编址。编址。RAM存储空间的存储空间的000000FFH内部与外部又是内部与外部又是重叠编址，区别访问空间是使用不同指令。重叠编址，区别访问空间是使用不同指令。3RAM掉电保持电路掉电保持电路 A1、A2为电压比较器，为电压比较器，D3提供提供3.5V电压电压Vr。当。当VCC为为5V时，时，R4上分压大于上分压大于Vr，A2输出高点平
13、，输出高点平，A4也为高，也为高，则则CE2为高，此时可对为高，此时可对RAM存取。掉电时，存取。掉电时，A2输出低电输出低电平。平。2.2 MCS-96系列单片机基本系统设计系列单片机基本系统设计2.1.1 8098单片机最小应用系统单片机最小应用系统2.1.2 8098单片机扩展系统单片机扩展系统2.1.3 扩展系统中的扩展系统中的E2PROM的应用的应用2.1.1 8098单片机最小应用系统单片机最小应用系统2.1.2 8098单片机扩展系统单片机扩展系统2.1.3 2.1.3 扩展系统中的扩展系统中的扩展系统中的扩展系统中的E E2 2PROMPROM的应用的应用的应用的应用8031加
14、载一个页面数据的子程序如下：加载一个页面数据的子程序如下：MOV R1，#10H MOV DPTR，#YUDZ ；源地址源地址 MOV R0，#MDL ；目的地址低位目的地址低位 MOV P2，#MDHLP1：MOVX A，DPTR MOV R2，A MOVX R0，A ；写入写入2864 INC DPTR ；源地址指针加源地址指针加1 INC R0 CJNE R0，#00H，LP2 INC P2 /LP2：DJNZ R1，LP1 DEC R0 LP3：MOVX A，R0 ；读读2864 XRL A，R2 ；与写入的最后的数据异或与写入的最后的数据异或 JB ACC.7，LP3 ；不等时再检测
15、不等时再检测 INC R0 RET /2.3 系统译码线路系统译码线路2.3.1 译码器集成电路译码器集成电路 常用译码线路是常用译码线路是74LS138，74LS139，74LS154。74LS138为三八译码器为三八译码器 74LS139为两二为两二-四译码器四译码器 74LS154为四为四-十六译码器十六译码器/2.3.2 单级译码单级译码2.3.3 2.3.3 全地址多级译码全地址多级译码全地址多级译码全地址多级译码 18255A引脚介绍引脚介绍 28255A工作方式的控制工作方式的控制 38255A的工作方式的工作方式 （1）方式）方式0：基本输入输出方式：基本输入输出方式（2）方式
16、）方式1：选通输入输出方式：选通输入输出方式（3）方式）方式2：选通双向输入输出方式：选通双向输入输出方式2.4.2 8155可编程并可编程并 行接口应用行接口应用 18155引脚介绍引脚介绍 8155内部不仅有两内部不仅有两个个8位位PIO口，一个口，一个6位位PIO口，而且还具有一口，而且还具有一个个14位的计数器及位的计数器及256个个字节的字节的RAM。AD0AD7：地址地址/数据总线数据总线 ALE：地址锁存信号输入线地址锁存信号输入线 IO/M：RAM与与IO口的选择线口的选择线 CE：片选信号线，低电平有效。片选信号线，低电平有效。RD，WR：读、写控制输入线读、写控制输入线 R
17、ESET：复位线复位线 TIMERIN：时钟信号输入线时钟信号输入线 TIMEROUT：时钟信号输出线时钟信号输出线/当当IO/M0时，单片机对时，单片机对8155内部内部RAM进行读进行读/写操写操作，当作，当IO/M1时，单片机对时，单片机对8155中的中的I/O口进行读口进行读/写，其编址如下：写，其编址如下：00 命令命令/状态口状态口 01 PA口口 02 PB口口 03 PC口口 04 定时器低八位定时器低八位 05 定时器高八位定时器高八位/28155工作方式的控制工作方式的控制 （1）作片外）作片外256字节数据存储器字节数据存储器 8031用：用：MOVX A，DPTR MO
18、VX DPTR，A 8098用：用：STB AL，H LDB AL，H （2）作扩展作扩展I/O口使用口使用 8155命令寄存器各位定义如下：命令寄存器各位定义如下：D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 TM2 TM1 IEB IEA PC2 PC1 PB PA PA：PA=0，A口定义为输入方式；口定义为输入方式；PA=1，A口定义为输出方式。口定义为输出方式。PB：PB=0，B口定义为输入方式；口定义为输入方式；PB=1，B口定义为输出方式。口定义为输出方式。PC1，PC2：00为为ALT1：A口、口、B口定义为基本输入输出，口定义为基本输入输出，C口为输入方式。口为输入方式。0
19、1为为ALT3：A口选通输入输出，口选通输入输出，B口基本输入口基本输入输出。输出。PC0为为AINTR，PC1为为ABF，PC2为为ASTB，PC2为输出。为输出。10为为ALT4：A口、口、B口都为选通输入输出。口都为选通输入输出。C口各位如下：口各位如下：PC5 PC4 PC3 PC2 PC1 PC0 BSTB BBF BINTR ASTB ABF AINTR 11为为ALT2：A口、口、B口定义为基本输入输出，口定义为基本输入输出，C口为输出方式。口为输出方式。IEA：IEA=0禁止禁止A口中断，口中断，IEA=1允许允许A口中断。口中断。IEB：IEB=0禁止禁止B口中断，口中断，I
20、EB=1允许允许B口中断。口中断。TM1，TM2：00 空操作，不影响计数器操作。空操作，不影响计数器操作。01 停止定时器操作。停止定时器操作。10 若定时器正在计数，长度减为若定时器正在计数，长度减为1时停止计数。时停止计数。11 启动方式。当计数器计数时，置定时器方启动方式。当计数器计数时，置定时器方式和长度后立即启动计数；若正在计数，溢出后按式和长度后立即启动计数；若正在计数，溢出后按新的方式和计数常数开始计数。新的方式和计数常数开始计数。INTR为中断请求输出线，可作为单片机的外部为中断请求输出线，可作为单片机的外部中断源，高电平有效。中断源，高电平有效。/（3）作定时器扩展用）作定
21、时器扩展用 8155片内有一个片内有一个14位减法计数器。位减法计数器。使用时，先将计数常数及定时器方式送入定时器使用时，先将计数常数及定时器方式送入定时器口地址口地址04H及及05H单元。单元。计数常数在计数常数在00023FFFH之间选择。之间选择。计数器的启动和停止计数由命令寄存器（计数器的启动和停止计数由命令寄存器（00H）的最高两位控制。的最高两位控制。2.4.3 8155与单片机接口与单片机接口 18155与与MCS-51系列单片机接口系列单片机接口 RAM字节地址：字节地址：7E007EFFH I/O地址：地址：命令命令/状态口：状态口：7F00H PA口：口：7F01H PB口
22、：口：7F02H PC口：口：7F03H 时器低八位：时器低八位：7F04H 定时器高八位：定时器高八位：7F05H 28155与与8098单片机接口单片机接口 RAM字节地址：字节地址：7E00H7EFFH，共共256个单个单元；元；I/O口地址：与图口地址：与图2.4.9地址编号一致。地址编号一致。若若A口、口、B口作为基本输出口使用，口作为基本输出口使用，C口作为基本口作为基本输入口使用，定时器为方波发生器，对输入脉冲进输入口使用，定时器为方波发生器，对输入脉冲进行行24分频，则分频，则8155中中I/O口初始化程序如下：口初始化程序如下：LD 20H，#7F04HLDB 22H，#18
23、HSTB 22H，20H+LDB 22H，#40HSTB 22H，20HLD 20H，#7F00HLDB 22H，#0C3HSTB 22H，20H/2.5 日历时钟与日历时钟与8098单片机接口单片机接口 多功能的日历时钟芯片多功能的日历时钟芯片MC146818可以作为单可以作为单片机系统的实时日历时钟，它不仅可以计时，其内片机系统的实时日历时钟，它不仅可以计时，其内部还带有部还带有50个字节的个字节的RAM可供用户使用。可供用户使用。2.5.1 MC146818引脚介绍引脚介绍 MOT：接：接VDD时，使用莫托罗拉定时，接时，使用莫托罗拉定时，接VSS时时使用使用80系列定时。系列定时。OS
24、C1，OSS2：外接晶振端。外接晶振端。AD0AD7：地址数据总线。地址数据总线。AS（ALE）：）：地址选通信号。地址选通信号。DS（RD）：）：数据选通或读信号。数据选通或读信号。R/W（WR）：）：写信号。写信号。CKFS：时钟输出选频信号。时钟输出选频信号。CKOUT：时钟输出端。时钟输出端。CS：片选信号。片选信号。IRQ：中断请求信号。中断请求信号。RST：芯片复位信号。芯片复位信号。STBY：低电平时禁止对芯片的存取。低电平时禁止对芯片的存取。PS：电源检测。电源检测。SQW：方波输出端。方波输出端。MC146818内部寄存器及内部寄存器及RAM共共64字节。其中字节。其中50个
25、字节为普通个字节为普通RAM；10个字节为时钟、日历数据；个字节为时钟、日历数据；4个字节为控制字和状态字，其地址具体分配如下：个字节为控制字和状态字，其地址具体分配如下：2.5.2 MC146818的内部设置的内部设置2.5.3 MC146818与与8098单片机接口单片机接口STA：LDB AL，7F0DH LDB AL，#70H STB AL，7F0AH LDB AL，#82H STB AL，7F0BHALRM：LDB AL，#01H STB AL，7F01H STB AL，7F03H LDB AL，#08H STB AL，7F05H 若要读取现行日历时钟数据，可执行下列程序，若要读取现
26、行日历时钟数据，可执行下列程序，日历时钟数据读出后送到日历时钟数据读出后送到8098内部内部RAM3033H单元单元RD ：LDB AL，7F0AH AND AL，#80H JGT RD LDB 30H，7F02H LDB 31H，7F04H LDB 32H，7F07H LDB 33H，7F08H/若将若将8098单片机改为单片机改为8031时，对图时，对图2.5.1修改，其初始修改，其初始化程序如下：化程序如下：STA：MOV DPTR，#7F0DH ；清除清除IRQ中断中断 MOVX A，DPTR MOV DPTR，#7F0AH MOV A，#70H ；复位复位 MOVX DPTR，A I
27、NC DPTR MOV A，#82H ；禁止更新，禁止更新，24小时制小时制 MOVX DPTR，AMOV DPTR，#7F01H；秒报时秒报时MOV A，#00HMOVX DPTR，AINC DPL ；分报时分报时INC DPLMOVX DPTR，AINC DPLINC DPL ；小时报时小时报时MOV A，#08HMOVX DPTR，A读日历时钟子程序如下：读日历时钟子程序如下：RD：MOV DPTR,#7F0AHUIP:MOVX A,DPTR JB E7H,UIP ；为为0读时读时 MOV DPTR,#7F02H ；分；分 MOVX A,DPTR MOV 30H,A MOV DPTR,#7F04H ；时；时 MOVX A,DPTR MOV 31H,AMOV DPTR,#7F07H ；日日 MOVX A,DPTR MOV 32H,A MOV DPTR,#7F08H MOVX A,DPTR MOV 33H,A/