智能仪表第2章+主机电路(2.1+MCS51单片机)课件.ppt

1、主机电路主机电路022.1 MCS-51单片机单片机2.2 主机电路设计主机电路设计2.1.1 基本组成基本组成2.1.2 存储器存储器2.1.3 I/O端口端口2.1.4 定时器定时器/计数器计数器2.1.5 串行口串行口2.2.1 外接存储器外接存储器2.2.2 外接外接I/O(8155)2.1.6 中断系统中断系统2.1 2.1 MCS-51单片机单片机在完成仪表的结构设计，选定处理器及外围芯片之后，就在完成仪表的结构设计，选定处理器及外围芯片之后，就要设计仪表的硬件电路。要设计仪表的硬件电路。主机电路是智能仪表硬件部分的主机电路是智能仪表硬件部分的核心核心。设计这一电路的主要任务是将单

2、片机。设计这一电路的主要任务是将单片机(或嵌入式系或嵌入式系统统)与扩展芯片正确连接，组成一个智能部件，以实现仪与扩展芯片正确连接，组成一个智能部件，以实现仪表所需的表所需的数据采集、处理和控制数据采集、处理和控制等要求。等要求。处理器：处理器：MCS-51系列单片机系列单片机 嵌入式系统芯片嵌入式系统芯片MCS-51系列系列芯片芯片有有8031、8051、8751 MCS-52系列系列芯片是芯片是MCS-51系列系列芯片的改进型芯片的改进型。其最大的。其最大的区别是有区别是有3个定时个定时/计数器。计数器。2.1 2.1 MCS-51单片机单片机 2.1.1 基本组成基本组成 中央处理器中央

3、处理器 运算器、控制器、内部寄存器组和中断控制部件运算器、控制器、内部寄存器组和中断控制部件 存储器存储器 程序存储器程序存储器存储用户开发的程序代码；存储用户开发的程序代码；数据存储器数据存储器存储程序运行所需要的数据。存储程序运行所需要的数据。内部总线内部总线 地址总线地址总线传递地址信息传递地址信息 数据总线数据总线传递数据信息传递数据信息 控制总线控制总线传递控制命令传递控制命令 I/O接口及外设接口及外设2.1 2.1 MCS-51单片机单片机51系列单片机由系列单片机由9大部分组成，分别为：大部分组成，分别为：1、一个、一个8位位中央处理机中央处理机CPU。2、128字节字节（MC

4、S52子系列为子系列为256字节）的字节）的片内数据存片内数据存储器储器RAM。3、4 KB（MCS52子系列为子系列为8 KB）的片内）的片内程序存储器程序存储器ROM或或EPROM（8031和和8032无）。无）。4、21个个（MCS52子系列为子系列为27个）个）特殊功能寄存器特殊功能寄存器SFR。5、4个个8位位并行输入输出并行输入输出I/O接口接口:P0口、口、P1口、口、P2口、口、P3口（共口（共32线）线）,用于并行输入或输出数据。用于并行输入或输出数据。6、1个个串行串行I/O接口接口。2.1 2.1 MCS-51单片机单片机7、2个个（MCS52子系列为子系列为3个）个）1

5、6位位定时器定时器/计数器计数器。8、1个个具有具有5个（个（MCS52子系列为子系列为6个或个或7个）中断源个）中断源,可编程为可编程为2个优先级的个优先级的中断系统中断系统。它可以接收外部中断申它可以接收外部中断申请请,定时器定时器/计数器中断申请和串行口中断申请。计数器中断申请和串行口中断申请。9、时钟电路、时钟电路2.1 2.1 MCS-51单片机单片机 2.1.1 基本组成基本组成单片机系统结构单片机系统结构2.1 2.1 MCS-51单片机单片机单片机内部结构单片机内部结构2.1 2.1 MCS-51单片机单片机 2.1.1 基本组成基本组成(a)(a)引脚图引脚图 (b)(b)引

6、脚功能分类引脚功能分类2.1 2.1 MCS-51单片机单片机基本引脚、数据总线、地址总线、控制总线和基本引脚、数据总线、地址总线、控制总线和I/O端口。端口。2.1.1 基本组成基本组成XTAL1：在单片机内部，是反向放大器的输在单片机内部，是反向放大器的输入端，该放大器构成了片内振荡器，可提供单入端，该放大器构成了片内振荡器，可提供单片机的时钟控制信号。如果采用外部振荡器，片机的时钟控制信号。如果采用外部振荡器，对对HMOS单片机，该引脚接地；对单片机，该引脚接地；对CHMOS单单片机，此引脚作为驱动端。片机，此引脚作为驱动端。XTAL2：在单片机内部，是反向放大器的输在单片机内部，是反向

7、放大器的输出端。采用外部振荡器时，对出端。采用外部振荡器时，对HMOS单片机，单片机，该引脚接收振荡器的信号；对该引脚接收振荡器的信号；对CHMOS单片机，单片机，此引脚应悬浮。此引脚应悬浮。XTAL1、XTAL2：内部振荡电路的输入、输内部振荡电路的输入、输出端。出端。2.1 2.1 MCS-51单片机单片机RESET：复位输入端复位输入端EA：内部、外部程序存储器的选择端。为内部、外部程序存储器的选择端。为高高电平电平时，访问内部程序存储器，当程序计数器时，访问内部程序存储器，当程序计数器的值超过的值超过0FFF时，转入外部程序存储器；为时，转入外部程序存储器；为低电平低电平时，访问外部存

8、储器。时，访问外部存储器。ALE：地址锁存允许信号，在访问外部程序存地址锁存允许信号，在访问外部程序存储器时，用来锁存由储器时，用来锁存由P0口送出的低口送出的低8位信号；位信号；还可以以还可以以1/6的固定速率输出脉冲信号，作为的固定速率输出脉冲信号，作为对外输出的时钟或定时。对外输出的时钟或定时。PSEN：外部程序存储器的读选通信号，在访外部程序存储器的读选通信号，在访问外部程序寄存器时会自动产生该信号，在访问外部程序寄存器时会自动产生该信号，在访问内部问内部ROM或外部或外部RAM时不会产生该信号。时不会产生该信号。P0，P1，P2，P3：I/O端口端口2.1 2.1 MCS-51单片机

9、单片机分为程序存储器分为程序存储器ROM和数据存储器和数据存储器RAM，两个存储器独，两个存储器独立编址。立编址。2.1.2 存储器存储器 程序存储器程序存储器（4KB）当访问外部当访问外部ROM时，时，PSEN产生选通信号。产生选通信号。2.1 2.1 MCS-51单片机单片机 数据存储器数据存储器(128Byte 00HFFH)分为内部存储器和外部存储器两类。分为内部存储器和外部存储器两类。a、工作寄存器、工作寄存器 分为四组，由分为四组，由RS1、RS0来决定。来决定。1、内部存储器、内部存储器RS0RS1工作寄存器组工作寄存器组000组组(0007H)011组组(080FH)102组组

10、(1017H)113组组(181FH)2.1 2.1 MCS-51单片机单片机程序状态字寄存器程序状态字寄存器PSWCYACF0RS1RS0OVPPSW.7PSW.0CY（PSW.7）进位标志位。进位标志位。AC（PSW.6）辅助进位（或称半进位）标志。辅助进位（或称半进位）标志。F0（PSW.5）由用户定义的标志位。由用户定义的标志位。RS1（PSW.4）、）、RS0（PSW.3）工作寄存器组选择位。工作寄存器组选择位。OV（PSW.2）溢出标志位。溢出标志位。由硬件置位或清零。由硬件置位或清零。PSW.1未定义位。未定义位。P（PSW.0）奇偶标志位。由硬件置位或清零。若累加器奇偶标志位。

11、由硬件置位或清零。若累加器中中1的个数为偶数，则的个数为偶数，则P=0；否则；否则P=1。2.1 2.1 MCS-51单片机单片机b、位寻址区、位寻址区 工作寄存器工作寄存器000102030405060708090A0B0C0D0E0F101112131415161718191A1B1C1D1E1F202122232425262728292A2B2C2D2E2F3031323334353637707172737475767778797A7B7C7D7E7F001F202F2.1 2.1 MCS-51单片机单片机c、特殊功能寄存器、特殊功能寄存器单片机内的各种控制寄存器、状态寄单片机内的各种控

12、制寄存器、状态寄存器、存器、I/O端口锁存器、定时器等都是端口锁存器、定时器等都是以特殊功能寄存器的形式出现的，它以特殊功能寄存器的形式出现的，它们是离散分布的。见们是离散分布的。见P30表表2-4。51系列单片机具有系列单片机具有21个特殊功能寄存个特殊功能寄存器，器，52系列有系列有27个。个。2.1 2.1 MCS-51单片机单片机将外部将外部RAM和和I/O接在接在P0、P2口，口，利用利用P3口的变异控制功能即可进行口的变异控制功能即可进行读写操作。读写操作。2、外部存储器、外部存储器2.1 2.1 MCS-51单片机单片机I/O端口端口(P0-P3)为并行输入输出口为并行输入输出口

13、,并具有总线复用和功并具有总线复用和功能复用的功能。能复用的功能。2.1.3 I/O端口端口P0口口(P0.0P0.7)：双向双向I/O口，地址口，地址/数据总线口。第二功数据总线口。第二功能是在访问外部程序存储器时，可分时用作能是在访问外部程序存储器时，可分时用作低低8位地址线位地址线和和8位数据线位数据线。低。低8位地址由位地址由ALE信号的负跳变使它锁存到信号的负跳变使它锁存到外部地址锁存器中。外部地址锁存器中。P1口口(P1.0P1.7)：双向双向I/O口。每一位口线都可独立用作口。每一位口线都可独立用作输入线或输出线。当某一位由输出方式改为输入方式时，输入线或输出线。当某一位由输出方

14、式改为输入方式时，相应位的锁存器必须写入相应位的锁存器必须写入“1”。在对。在对EPROM编程和程编程和程序验证时，接收低序验证时，接收低8位地址。位地址。2.1 2.1 MCS-51单片机单片机P2口口(P2.0P2.7)：双向双向I/O口。与口。与P1口相同，可以作为输口相同，可以作为输入口或输出口。第二功能是访问外部存储器时，入口或输出口。第二功能是访问外部存储器时，输出高输出高8位地址位地址。P3口口(P3.0P3.7)：双向双向I/O口。每个端子都有自己的口。每个端子都有自己的第二第二功能功能(见见P34表表2-5)。第一种功能时，第二种功能的控制线。第一种功能时，第二种功能的控制线

15、为高电平。第二种功能时，相应口线的锁存器必须是为高电平。第二种功能时，相应口线的锁存器必须是1。端口端口变异功能变异功能端口端口变异功能变异功能P3.0RXD(串行输入串行输入)P3.4T0(定时器定时器0)P3.1TXD(串行输出串行输出)P3.5T1(定时器定时器1)P3.2INT0(外部中断外部中断0)P3.6WR(外部写脉冲输出线外部写脉冲输出线)P3.3INT1(外部中断外部中断1)P3.7RD(外部读脉冲输出线外部读脉冲输出线)2.1 2.1 MCS-51单片机单片机单片机外扩时，单片机外扩时，P0兼作数据总线和低兼作数据总线和低8位地址总线位地址总线，P2输输出高出高8位位地址信

16、号地址信号。使用低使用低8位地址信号锁存器，在位地址信号锁存器，在ALE有有效时锁入。由效时锁入。由PSEN控制外部程序存储器，控制外部程序存储器，WR、RD控制控制外部外部RAM/IO。单片机与外部存储器单片机与外部存储器I/OI/O连接连接2.1 2.1 MCS-51单片机单片机51系列有系列有2个个16位的定时位的定时/计数器，计数器，52系列有系列有3个。个。2.1.4 定时器定时器/计数器计数器 定时器定时器/计数器的构成计数器的构成定时器定时器T0由特殊功能寄存器由特殊功能寄存器TL0和和TH0构成。定时构成。定时/计数计数器器T0、T1有有0-3四种工作方式四种工作方式,使用时使

17、用时应对应对TMOD和和TCON设置初值，以确定设置初值，以确定工作方式和运行状态工作方式和运行状态。并按要求。并按要求计算时间常数计算时间常数,送入送入TH和和TL中。中。2.1 2.1 MCS-51单片机单片机1、方式控制寄存器、方式控制寄存器TMOD的格式的格式M1、M0 工作方式确定位工作方式确定位,如下如下：M1M0 工作方式工作方式00方式方式0，13位定时器位定时器/计数器计数器01方式方式1，16位定时器位定时器/计数器计数器10方式方式2，常数自动装入的，常数自动装入的8位位11方式方式3，分为两个，分为两个8位位(仅用于仅用于T0）T1 方式字段 T0 方式字段 GA TE

18、 M0 M1 C/T GA TE C/T M1 M0 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 2.1 2.1 MCS-51单片机单片机1、方式控制寄存器、方式控制寄存器TMOD的格式的格式T1 方式字段 T0 方式字段 GA TE M0 M1 C/T GA TE C/T M1 M0 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 C/T定时器、计数器的方式选择位：定时器、计数器的方式选择位：0-定时器方式，定时器方式，1-计计数器方式。数器方式。GATE 门控位：门控位：GATE=0，定时器、计数器的运行不受外定时器、计数器的运行不受外部输入引脚的控制。部输入引脚的控制。GATE=1，

19、定时器、计数器的运行受定时器、计数器的运行受外部输入引脚电平的控制。外部输入引脚电平的控制。INT1、INT0分别控制分别控制T1、T0的运行。的运行。2.1 2.1 MCS-51单片机单片机2、运行控制寄存器、运行控制寄存器TCON的格式的格式TR0 定时器定时器T0的运行控制位：的运行控制位：由软件实现置位和复位。由软件实现置位和复位。GATE=0时，时，TR0=1,允许允许T0计数，计数，TR0=0,禁止禁止T0计数；计数；GATE=1时，仅当时，仅当TR0=1且且INT0=1,允许允许T0计数，计数，TR0=0或或INT0=0，禁止禁止T0计数；计数；TF0 T0的溢出标志位：的溢出标

20、志位：当当T0溢出时，由硬件将溢出时，由硬件将TF0置置1，并申请中断。进入中断服务程序时，硬件再将并申请中断。进入中断服务程序时，硬件再将TF0自动清自动清0（也可由软件清（也可由软件清0）。）。TR0TF0TR1TF1D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D02.1 2.1 MCS-51单片机单片机 定时器定时器/计数器的工作方式计数器的工作方式1、方式、方式0(13位位)和方式和方式1(16位位)定时器方式定时器方式0和方式和方式1逻辑结构逻辑结构2.1 2.1 MCS-51单片机单片机2、方式、方式2(8位自动恢复初值位自动恢复初值)定时器方式定时器方式2逻辑结构逻辑结构2.1 2.1 MCS-51单片机单片机3、方式、方式3(将将T0分成分成2个个8位定时器位定时器/计数器计数器)定时器方式定时器方式3逻辑结构逻辑结构