用MCS-98系列單片機設計智能儀表主控電路畢業(yè)論文

..引言儀器儀表所采用的電子器件經歷了真空管、晶體管和集成電路三個時代；從組成結構、工作原理和功能特點等方面考察,儀器儀表經歷了模擬式、數字式和智能化三個發(fā)展階段,智能儀器是在數字化的基礎上發(fā)展起來的,是計算機技術與儀器儀表相結合的產物。計算機是智能儀器的核心,微處理器在智能儀器中的作用主要體現在對測試過程的控制和對測試數據的處理兩個方面：對測試過程的控制表現在微處理器可接受來自鍵盤或通訊接口的命令,解釋并執(zhí)行這些命令,從而控制儀器儀表各部分的工作過程,同時對工作狀態(tài)進行監(jiān)測；對測試數據的處理則表現為硬件電路只須具備最基本的測試能力,向微型計算機提供原始數據。對數據的進一步加工處理,如信號濾波、數據的組裝、運算、確定小數點位置和工程單位、將最終結果轉換成七段碼或顯示器顯示,或按規(guī)定格式從通訊接口輸出等工作均可由專門的軟件來完成。因為具有數字存儲、運算、邏輯判斷能力,可根據被測參數的變化自動選擇量程,具有自動校正、自動補償、自尋故障等功能,可以完成需要人類的智慧才能勝任的工作,即具備了一定的"智能",故稱之為智能儀器。在計算機技術和微電子技術迅猛發(fā)展的推動下,測量技術與儀器儀表技術不斷進步,相繼誕生了PC儀器、虛擬儀器等微機化儀器及其自動測試系統。計算機與現代儀器設備間的界限日漸模糊,測量領域和范圍不斷拓寬。由于儀器儀表對微計算機技術的依賴日益加劇,出現了"計算機就是儀器"和"軟件就是儀器"的提法。智能儀器由于功能強大、性能優(yōu)越、體積小、操作方便等,在傳統的測量領域得到了廣泛應用,并涌現出諸如頻譜分析儀、醫(yī)療監(jiān)護儀、在線檢測儀、在線分析儀等眾多的新型儀器。PC儀器、自動測試系統、虛擬儀器、現場總線儀器、智能傳感器系統和近年來出現的網絡化儀器等,大大擴展了智能儀器的內涵和應用領域。隨著人類文明的進步和科學技術日新月異的發(fā)展,新型的智能儀器還會不斷產生,應用領域還將繼續(xù)擴大,智能儀器的發(fā)展前景光明燦爛。通過此次在用8098單片機設計智能儀表主控電路中,使我們對智能儀器儀表結構有了一個了解,為我們以后的工作和生活奠定了堅實基礎。第一章單片機概述1.什么叫單片機所謂單片機就是將中央處理器〔CPU﹑隨機存儲器〔RAM﹑只讀存儲器〔ROM/EPROM﹑定時器/計數器和一些輸入/輸出〔I/O接口電路集成在一塊芯片上的微型計算機,又可稱之為微控制器〔Microcontroller。2.單片機的特點單片機的共有特點：①控制功能強；②體積??；③功耗??；④成本低。由于上述優(yōu)越性能,單片機已在工業(yè)工程領域得到廣泛應用。特別是,隨著數字技術的發(fā)展,它在很大程度上改變了傳統的設計方法,在軟件和擴展接口支持下,單片機可以代替以往由模擬和數字電路實現的系統,可使原來許多電路設計問題轉化為程序設計問題。3.單片機的發(fā)展過程單片機的發(fā)展非常迅速。70年代中期,Intel公司推出8位單片機MCS-48系列,80年代初又推出高檔8位單片機MCS-51系列。這之后,Intel公司于1983年推出MCS-96系列單片機,使單片機的發(fā)展進入了一個新階段。MCS-96系列單片機采用最新的工藝技術,將12萬只以上的晶體管制作在一塊約4CM2的集成電路芯片上,構成一種高性能的16位單片微型計算機。它包括如下一些部件：一個16位的中央處理器CPU、256字節(jié)的片內隨機數據存儲器〔RAM、2個16位定時器/計數器、數字型I/O接口、全雙工串行通行接口、監(jiān)視跟蹤定時器〔WATCHDOG、高速輸入/輸出〔I/O、中斷控制邏輯電路、脈寬調制器〔PWMMCS-96系列單片機有三種分類方式：一種是按片內有無ROM進行分類；第二種是按片內是否有A/D分類；第三種是按管腳數目分類〔可為48/68。其中48引腳采用雙列直插式結構,陶瓷或塑料封裝；68引腳采用格柵陣列和扁平式結構,陶瓷或塑料封裝。16位8096單片機雖在性能上高于51系列,但是由于價格昂貴,與目前廣泛使用的8位I/O接口芯片匹配較為復雜,故使其普及及應用受到很大限制。1988年底Intel公司又推出了具有16位機性能、8位機價格的8098單片機,8098單片機采用內部數據總線16位,外部數據總線8位的準16位CPU結構,從而使8096系列單片機的應用有了飛躍性的突破。第二章8098單片機的硬件基礎Intel公司推出的8X98單片機統稱為8098,典型產品包括8398、8795BH和8098,其三者的不同之處在于：8398具有片內掩膜ROM；8795BH具有8K字節(jié)EPROM；8098片內無ROM〔EPROM。其中最為實用的是8098。2.18098單片機的特點〔116位中央處理器8098中央處理器〔CPU在結構上的最大特點,是拋棄了類似MCS-51系列單片機的只有1～2個累加器的常規(guī)結構,CPU是在特殊功能寄存器〔SFR和片內寄存器陣列所構成的256個字節(jié)空間內進行操作。這些寄存器都具有累加器的特殊功能,它們可使CPU對運算數據進行快速交換,并且提供了高速數據處理和頻繁的輸入/輸出功能,從而消除了常規(guī)累加器結構的單片機中存在的瓶頸現象。16位CPU支持位〔BIT、字節(jié)〔BYTE和字〔WORD操作,在部分指令中還支持32位雙字操作,如32位乘除運算。〔2高效的指令系統8098單片機指令系統與MCS-51單片機指令系統相比,不但運算速度快,而且編程效率高。同等運算任務的情況下,8098單片機的速度比MCS-51系列單片機〔如8031要高出5～6倍,并且指令字節(jié)數還不到8031單片機的一半。8098單片機的指令系統可以對帶符號和不帶符號數進行操作,支持16位乘法運算、32位除16位除法運算和直接字加減運算,且有符號擴展、數字規(guī)格化指令〔有利于浮點運算等。許多指令既可用雙操作數,也可用三操作數,使用非常靈活。12MHZ晶振下一條指令最短執(zhí)行時間為1,最長〔外部操作數的乘法指令為9.5?！?脈寬調制輸出〔PWM與MCS-51系列單片機相比,8098的獨到之處之一是脈寬調制輸出,它可以直接提供一路定周期〔12MHZ時,646MHZ時,128可變占空比的脈沖信號,并且這種脈沖信號經簡單的輸出可作為具有8位分辨率的數?！睤/A轉換輸出?！?高速輸入/輸出〔HSI/HSO口8098單片機另一優(yōu)越的I/O性能是無需CPU干預,能自動在8個狀態(tài)周期〔12MHZ中處理8個輸入事件和8個輸出事件,可人為設置某個高速輸出口的觸發(fā)時刻,從而引起CPU對外部事件的中斷服務。利用高速輸出口的輸出可實現具有16位分辨率的D/A轉換功能,高速輸入/輸出〔HSI/HSO口尤其適用于測量和產生分辨率高達28098單片機片內有4路A/D轉換單元,通過適當的外部接口處理,可使其分辨率更高。在12MHZ晶振下,完成一次A/D轉換所需時間僅為228098單片機的串行口具有可以同時發(fā)送和同時接收的全雙工串行通信功能。另外,它還設有一個提供串行口的波特率發(fā)生器,并且可以利用HSI/HSO構成異步全雙工軟件串行口。這個串行口也有4種操作模式,能方便地用于I/O擴展,多機通信及與CRT終端等設備進行通信。〔7多用途接口8098單片機的P0口引腳既可作為數字輸入口〔P0.4～P0.7,也可用作A/D轉換器的模擬量輸入口。P2口除作標準的I/O口外,還具有一些特殊功能,如：串行口通信功能。P3口和P4口為多路復用地址/數據總線和數據總線,它們的引腳內部有很強的上拉作用〔復位時呈高阻態(tài)?！?8個中斷源8098單片機的8個中斷源對應8個中斷矢量,可處理20種中斷事件。〔916位監(jiān)視定時器WATCHDOGTIMER這是8098較MCS-51系列又一特有功能。它可以在軟件、硬件發(fā)生故障時使系統復位,恢復CPU的工作能力。〔102個16位定時器其中定時器T1在系統中作實時時鐘用,系統運行過程中不停地循環(huán)計數；定時器T2受外部事件控制,根據外部事件計數?！?14個軟件定時器4個軟件定時器受高速輸入口控制,一旦到達預定時間,設置相應的軟件定時器標志,可以激活軟件定時器中斷。〔12寄存器陣列和特殊功能寄存器8098片內具有256字節(jié)的寄存器陣列〔RAM和特殊寄存器〔SFR,其中232字節(jié)為寄存器陣列,它兼有一般微處理器中通用寄存器和高速RAM的功能,其余24字節(jié)為特殊功能寄存器。通過它們管理著所有的片內I/O口。〔13統一的編址方式8098單片機的編址與MCS-51系列編址〔外部存儲空間RAM和ROM的地址可以重疊不同,采用統一編址方式,外部可尋址寄存器空間總共為64K。構成系統方便,輸入/輸出指令更為簡練,但存儲空間較MCS-51有所減少。2.28098基本結構8098單片機內部結構如圖2-1所示。圖2-18098單片機內部結構框圖2.3CPU結構8098單片機CPU中的主要器件有：高速寄存器陣列、特殊功能寄存器〔SFR、存儲器控制器和寄存器算術邏輯單元〔RALU。CPU與外界的通信是通過特殊功能寄存器〔SFR或存儲器控制器進行的。CPU總線與MCS-48/51相同,8098單片機內部也采用總線結構。CPU內部的一個控制單元和兩條總線將寄存器陣列和RALU連接起來。其中：地址總線為8位,簡稱A總線；數據總線16位,簡稱D總線。D總線只能在寄存器算術/邏輯部件RALU與寄存器陣列或特殊功能寄存器之間傳輸數據,而A總線既可用來傳送內部地址,又可作為存儲控制器的多重地址/數據總線。對片內存儲器ROM和外部存儲器的訪問都通過存儲器控制器進行。2.3.2片內寄存器陣列共232字節(jié)RAM單元,它可按字節(jié)、字或雙字存取。由于上述任何一個單元都能被RALU所用,如同CPU有232個累加器一樣。寄存器陣列中的第1個字是專門留作堆棧指針使用的,不能用它來存放數據。訪問存儲器陣列和特殊功能寄存器的地址由CPU硬件控制,它們暫存在兩個8位地址寄存器內如圖2-2所示。圖2-2寄存器算術邏輯運算單元〔RALU框圖寄存器算術邏輯運算單元〔RALU8098單片機的運算主要由RALU來完成,其邏輯部件構成如圖2-2所示。RALU包括算術邏輯單元ALU和程序狀態(tài)字PSW、程序計數器PC、循環(huán)計數器及3個暫存寄存器TSC。其中所有寄存器都是16位或17位〔16位加符號擴展位。PC附有一個專用增量器,它的用途是CPU每取1個字節(jié)指令之后PC值自動增1,但程序轉移必須由ALU來處理。高位字寄存器和低位字寄存器本身帶有移位功能,在需要邏輯移位操作時,都可以不受ALU控制而借助于移位邏輯實現。其中,字、字節(jié)移位操作可由高位字寄存器獨立完成,雙字移位操作時,需高位字寄存器和低位字寄存器共同完成。高位字寄存器也可作為許多指令的暫存寄存器。若有循環(huán)移位操作,則5位"循環(huán)計數器"進行循環(huán)計數,暫存寄存器用作存放兩個操作數指令的第2個操作數。在進行減法運算時,該寄存器存放的減數輸出取補后,送入ALU的"B"輸入端。圖2-2中延時電路用以將16位總線上的數據轉換成8位總線上的數據。當要把所有地址和指令送到8位總線上時,就需要借助這個環(huán)節(jié)。此外,有幾個常數〔0,1和2存放在RALU中,以用于加速某些運算,如地址自動增量、求2的補碼、執(zhí)行加1或減1指令。2.4引腳功能詳述8098芯片引腳的功能如圖2-3所示。圖2-38098引腳圖2.4.18098芯片均采用48腳雙列直插封裝形式。引腳功能如下：●VCC〔38腳主電源電壓〔+5V●VSS〔11和37腳數字地〔0V,共有2個,同時接地?！瘛?6腳片內RAM維持電源〔+5V。單片機正常工作時,此電源必須接通。在掉電情況下VCC降至0V,當VCC尚未降至RAM所需規(guī)范電壓值以下時〔正常供電,信號起作用,寄存器陣列頂端16個字節(jié)〔0F0H～0FFH的內容得以維持不變。在掉電期間腳必須保持低電平,在VCC恢復正常振蕩器工作穩(wěn)定之前,不應被拉成高電平?！馰REF〔45腳A/D轉換參考電壓〔+5V,通常應與VSS保持同電位。同時也是轉換器模擬電路部分及讀P0口所用邏輯電路的供電電壓。●VPP〔12腳片內EPROM芯片的編程電壓,這是針對8795BH而言?！馎NGND〔44腳A/D轉換器的參考地〔0V,通常應與VSS保持同電位?！馲TAL1〔36腳反相振蕩器和內部時鐘三相發(fā)生器的輸入端?！馲TAL2〔35腳反相振蕩器輸出端?！瘛?8腳復位輸入端,低電平有效,2個狀態(tài)周期以上的低電平輸入可使芯片復位,可同時輸出到其他外部電路。該引腳電平由低到高的正跳變可產生10個狀態(tài)周期的內部復位序列。在此期間PSW被清0,2018H單元字節(jié)的內容裝入芯片控制寄存器〔CCR,最后程序指針指向2080單元。正常運行時刻該引腳加高電平。引腳具有內部上拉電阻。●〔39腳存儲器類型選擇輸入端,低電平有效。當=0時,CPU對外部存儲器操作,當=1時,CPU對片內存儲器〔EPROM型芯片的2000H～3FFFH單元操作。對于無片內EPROM的8098而言,該引腳應設置為0。具有內部下拉電阻,除非從外部將其拉高,否則將處于0狀態(tài),復位時鎖存的狀態(tài)?！馎LE/〔34腳地址鎖存允許或地址輸出有效,由芯片控制器CCR選擇,高電平有效,當ALE為高電平時,表示地址/數據總線上傳送的是存儲器地址,ALE下降沿地址鎖存到地址鎖存器中?！瘛?3腳片外存儲器讀信號〔輸出引腳,低電平有效。用來啟動外部存儲器進行讀操作?！瘛?4腳片外存儲器寫信號〔輸出引腳,低電平有效。用來啟動外部存儲器進行寫入操作?！馬EADY〔16腳片外存儲器準備就緒〔輸入控制信號引腳,高電平有效。當CPU訪問外部存儲器時,若READY腳為高電平時,則表示外部存儲器能在規(guī)定的時間內完成讀/寫操作。若READY腳為低電平,則表示外部存儲器不能在規(guī)定的時間內完成讀/寫操作,CPU需等待。當不訪問片外存儲器時,READY信號不起作用,插入總線周期的等待狀態(tài)數由芯片控制<CCR>控制,對于READY腳,芯片內有弱下拉電阻,因此除非外部將其拉低,否則即為高電平?！馠SI〔3～6腳高速輸入〔HIS．0～HIS．5引腳,其中HIS．2和HIS．3與兩個高速輸出口共用引腳?！馠SO〔5～10腳高速輸出〔HSO．0～HSO．5引腳,其中HSO．4、HSO．5與HSI共用引腳。每個HSO引腳都能驅動一個TTL輸入?！馪0口〔40～43腳4路高阻輸入引腳,既可作為模擬量輸入〔ACH4～ACH7,又可作為數字量輸入〔P0．4～P0．7?！馪2口〔1,2,13,47腳4位多功能引腳,表示為P2．0～P2．5,P2．5可作為數據輸入/輸出端口。輸入時,具有高阻態(tài)特性,輸出可驅動一個TTL輸入,另外,P2口還具有多種控制功能?！馪3/P4口均為8位雙向I/O接口,用作地址/數據總線接口。地址/數據輸入輸出時,P3口傳送低8位字節(jié),P4口傳送高8位字節(jié)。兩個接口均為漏極開路輸入輸出。2.5特殊功能寄存器和寄存器陣列在8098單片機內部設置有256個寄存器單元。這些寄存器單元按RAM存儲器統一編址,全部用作工作寄存器和特殊功能寄存器,其地址映像采用如圖2-4所示的結構。在指令系統中,內部寄存器采用8位地址編碼〔00H～FFH,而外部存儲器采用16位地址編碼〔0000H～FFFFH,內部寄存器可分為兩組,一是特殊功能寄存器組,另一是寄存器陣列。寄存器算術/邏輯運算單元RALU可對這兩組寄存器中的任何一個直接進行操作。下面對這兩組寄存器的功能予以介紹。特殊功能寄存器〔SFR00H～17H單元為24個特殊功能寄存器。8098單片機所有輸入/輸出操作都是通過特殊功能寄存器來控制。其中許多寄存器具有雙重功能,即在讀/寫操作時所表現的作用各不相同。另外,在特殊功能寄存器空間中,有幾個寄存器為保留單元。這些寄存器留作擴展或測試用時,若對于這些單元進行寫操作,將不能保證得到正確的結果。特殊功能寄存器陣列開頭的兩個字節(jié)單元內容固定為0,稱為零寄存器,可在算術/邏輯運算和比較時提供常數0。片內寄存器陣列在內部RAM中,除了24個特殊功能寄存器之外,其余各寄存器構成寄存器陣列。在232個寄存器陣列中,除18H～19H兩個單元作為堆棧指示器外,其余230個單元除不能存放程序代碼之外未作其他限制。寄存器陣列的地址空間映像如圖2-4所示的01AH～0FFH單元,其中0F0H～0FFH單元為掉電RAM寄存器保護區(qū)。這些寄存器可用來存放數據或地址。在存放16位字時,每相鄰的兩個寄存器組成16位的字寄存器,其中偶地址寄存器存放數據/地址的低位字節(jié),奇地址寄存器存放數據/地址的高位字節(jié)。由于寄存器陣列中所有寄存器均作為累加器使用,直接進行各種算術/邏輯運算和移位操作,因此,為用戶使用提供了極大方便,也提高了運算和數據處理的速度。但須注意,片內寄存器陣列空間不具備寄存器間接尋址功能,一般情況下,片內間接尋址并無多大必要。圖2-48098地址空間映象圖存儲器在介紹8098系統設計之前,有必要了解8098系統常用存儲器芯片的種類、結構、性能等。熟悉常用的存儲器芯片對設計開發(fā)一個既經濟又滿足技術性能要求的單片機系統是很重要的。3.1存儲器概述一般情況下,無論是MCS-51系列還是MCS-96系列,在單片機的內部設置有一定容量的內部存儲器〔RAM/ROM。但是,內部存儲器的容量一般都比較小,因此在實際使用時,通常需要在芯片外部進行存儲空間擴展?？捎糜谕獠繑U展的存儲器種類較多,但用得比較多的仍是半導體存儲器。半導體存儲器按其基本存儲單元電路的類型分為MOS型存儲器、雙極型存儲器、磁泡存儲器和電荷耦合存儲器等。其中磁泡存儲器和電荷耦合存儲器屬于串行存儲器件,MOS型、雙極型存儲器一般為并行存儲器。按存儲信息的功能分類,半導體存儲器又可分為隨機存儲器〔RAM和只讀存儲器〔ROM。所謂隨機存儲器是指在系統運行期間隨時可以進行寫入或讀出操作。而只讀存儲器是指在芯片制造時,或者使用芯片之前已經完成對其寫入操作,使用期間只能進行讀出操作。只讀存儲器可分為固定只讀存儲器〔ROM、可編程序的只讀存儲器〔PROM和可改寫的只讀存儲器〔EPROM三種。其中固定只讀存儲器是指其中的信息是在工廠生產時已經存入,用戶買回后只能讀出使用,而不能對其進行任何寫入或修改?？删幊痰闹蛔x存儲器是指存儲器買回時,所存的信息為全"0”或者全"1〔即空白",用戶可根據自己的需要,使用專門的電路進行一次性的寫入,寫入之后,其中的信息只能讀出使用,而不能進行再修改?？筛膶懙闹蛔x存儲器是指用戶寫入后,可通過專門的方法將其中的信息擦去,然后重新寫入〔即改寫。在聯機使用時,其中的內容只能讀出,而不能隨機寫入。隨機存取存儲器按其基本存儲單元電路的不同可分為MOS型和雙極型兩種,其中MOS型存儲器又可容量大、功耗低是動態(tài)RAM的優(yōu)點,但它極易受干擾影響,對外界環(huán)境、工藝結構、控制邏輯以及電源的質量要求很高,甚至對溫度的變化也很敏感。由于單片機系統主要用于工業(yè)現場的實時信號采集和控制,因而其可靠性是第一位的。因此在實際使用時應避免使用動態(tài)RAM,而優(yōu)先選用靜態(tài)RAM。下面介紹與單片機連接的常用隨機存儲器RAM和只讀存儲器EPROM的主要性能和使用方法。3.1.隨機存儲器〔RandomAccessMemory一般用做單片機外部數據存儲器。常用RAM芯片有6116、6264、62128和62256。其中以62128為例介紹。1.芯片工作原理62128為16K×8位的高集成度的隨機存儲器。它有28個引腳,采用雙列直插式芯片結構,使用單一+5V電源。其芯片引腳圖如圖3-1所示,其工作方式選擇如表3-1所示。圖中A13～A0為14位地址信號線,尋址范圍為16K。D7～D0為8位數據輸入/輸出線,可與單片機的數據總線連接。為片選信號線,可由地址譯碼產生。為寫允許信號線,可與單片機的寫命令信號線連接,用來控制存儲器的寫入操作,為讀允許信號線,可與單片機的讀命令信號線連接,用來控制存儲器的讀出。在與單片機連接時,同樣主要是解決地址分配、數據線和控制線的連接問題。在與高速單片機連接時,還要根據時序解決速度匹配問題。表3-1RAM62128引腳功能與工作方式表2.芯片引腳圖如圖3-1所示。只讀存儲器〔EPROM常用EPROM芯片有以下幾種：2716、2732、2764、27128、27256和27512。EPROM一般有五種工作方式。其中以27128為例介紹?！?讀方式。系統一般就工作于這種方式。工作于這種方式的條件是：片選控制線和輸出允許控制線同時為低電平?！?保持方式。芯片進入保持方式的條件是：片選控制線為高電平,輸出為高阻抗懸浮狀態(tài),不占用數據總線。〔3編程方式。EPROM工作于這種方式的條件是：VPP端施加規(guī)定的電壓,和端施加合適的電平〔不同芯片要求不同,這樣就能將數據線上的數據固化到指定的地址空間?！?編程校核方式。VPP端保持相應的高電壓按讀出方式操作,讀出已固化的內容,以校核寫入的內容是否正確。〔5編程禁止方式。當片選信號無效時輸出成高阻狀態(tài)。圖3-1RAM62128引腳圖圖3-2EPROM27128引腳圖1.芯片工作原理27128是一種16K×8位的可改寫只讀存儲器。它有28個引腳,采用雙列直插式芯片結構,正常工作時,采用單一+5V電源。其引腳圖如圖3-2所示。14位地址線A13～A0用于片內地址選擇,8位數據線D7～D0用于數據讀出,為片選信號線,用于芯片選擇,為讀允許信號線,與單片機的讀命令連接,用來控制數據讀出。其工作方式選擇如表3-2所示。表3-2EPROM27128工作方式選擇2.芯片引腳圖如圖3-2所示。3.芯片使用注意事項27128也采用HMOS工藝制成,因而速度快,最大讀取時間可達200ns。在28個引腳中,編程脈沖PGM獨占一個,使用方便。編程寫入時,電壓VPP為21V,若超過22V,芯片可能燒壞,使用時務必注意。27128也具有靜止等待工作模式。以減少功耗。它的最大正常工作電流為150mA,最大靜止等待電流為45mA。3.2譯碼器譯碼法是由譯碼器組成譯碼電路,譯碼電路將地址空間劃分若干塊,其輸出端分別選通一片存儲器芯片,這樣即充分利用存儲空間,又避免了空間分散的特點。1.常用存儲器容量芯片271627322764271282725627512存儲量2K4K8K16K32K64K芯片6216623262646212862256存儲量2K4K8K16K32K2.擴展的基本方法：主要是地址總線<AB>、數據總線<DB>和控制總線<CB>與CPU的連接。例如,擴展一片27128<16K字節(jié)>。地址線根數：1K=21016K=.210=21414根A0～A13地址總線AB：低8位地址A0～A7從P3口輸出,由于P3口是復用口,所以需通過74LS373鎖存。高8位地址A8～A13直接從P4口輸出。數據總線DB：直接接P3口,即D0～D7?？刂瓶偩€CB：與程序存儲器有關的控制信號有ALE地址鎖存信號,接74LS373的G端當它高電平時輸出低8位地址,在它的下降沿地址鎖存。存儲器的片選線必須低電平才可工作,通過譯碼器選擇存儲器的尋址范圍。3.譯碼器譯碼電路是通過譯碼器來實現,增加一片譯碼器,譯碼產生片選信號。常用的譯碼器有2-4譯碼器〔74LS1392個輸入變量控制4個輸出端；3-8譯碼器〔74LS1383個輸入變量控制8個輸出端；4-16譯碼器〔74LS1544個輸入變量控制16個輸出端。譯碼器的邏輯功能是將每個輸入的二進制代碼譯成對應的輸出高、低電平信號。圖3-3是74LS139集成塊中一個2-4二進制譯碼器邏輯圖,表3-3是其真值表。輸入的2位二進制碼共有4種狀態(tài),譯碼器將每個輸入代碼譯成對應的一根輸出線上的高、低電平信號。例如,當輸入代碼BA=10時,對應輸出為低電平,其余輸出全為高電平。為使能端,低電平有效。=0時,2-4譯碼器工作；=1時,電路被禁止,輸出全部為高電平,輸出狀態(tài)與輸入數據無關。圖3-4為引腳功能圖。圖3-32-4譯碼器內部邏輯圖表3-374LS139真值表圖3-474LS139引腳功能8098最小系統設計8098單片機已廣泛用于工業(yè)測、控系統。任何一個單片機系統的設計,首要的問題是該系統的硬件配置〔軟件功能也左右著硬件的品種和多寡。而系統硬件的配置,更多的工作在于各種接口和電路的設計,如模擬轉換電路,伺服驅動電路等。4.18098單片機系統設計的要點在單片機硬件設計中,最主要的問題是如何安排芯片在整個存儲空間的位置和讀寫操作。因此,在著手進行系統硬件設計之前,有必要說明以下幾點：<1>8098單片機的整個存儲空間中,程序存儲器和數據存儲器的存儲空間不可重疊,片內片外存儲空間一共可達64K字節(jié)。<2>用戶外部存儲空間擴展的起始地址為2000H,擴展的存儲空間的順序一般為EPROM→EEPROM→RAM→I/O芯片。<3>2000H～207FH為特殊存儲空間,其中2018H單元存放8098芯片配置字節(jié),2000H～2011H單元存放用戶中斷服務程序入口地址。<4>用戶可以直接使用的內部RAM空間為00H～FFH,其中00H～17H為特殊功能寄存器。4.28098單片機最小系統設計存儲器擴展時,除必須有EPROM、RAM芯片外,還必須有鎖存芯片。1.地址鎖存器存儲器擴展時,地址鎖存信號為ALE,地址鎖存器可使用帶三態(tài)緩存輸出的八D鎖存器74LS373或8282,也可以使用帶清除端的八D鎖存器74LS273,選擇不同,與單片機的連接方法不完全相同。74LS373和8282都是透明的帶有三態(tài)門的八D鎖存器。下面介紹一下74LS373的工作原理。當74LS373的使能信號線端為低電平時,其內部三態(tài)門處于導通狀態(tài),允許Q端輸出；當端為高電平時,輸出三態(tài)門斷開,輸出端對外電路呈高阻狀態(tài)。因此74LS373用作動作鎖存器時,首先應使三態(tài)門的使能信號端為低電平,這時,當G輸入為高電平時,鎖存器輸出〔Q0～Q7狀態(tài)和輸入端〔D0～D7狀態(tài)相同；當G端從高電平返回低電平〔下降沿時,輸入端〔D0～D7的數據鎖入Q0～Q7中。74LS373的鎖存控制端G可直接與單片機的鎖存控制信號端ALE相連,在ALE下降沿進行地址鎖存。為了滿足單片機地址鎖存時序,ALE端輸出鎖存控制信號必須加反相器才行。74LS373引腳圖如圖4-1所示。圖4-174LS373引腳結構2.8098與EPROM的接口電路8098與片外存儲器連接時,P4口用作高8位地址總線,負責輸出高8位地址碼；P3口用作為低8位地址/數據總線,用以首先傳送8位地址碼,隨后再傳送數據和程序代碼。8098和27XX系列連接,必須解決低8位地址鎖存問題。這樣在P3口傳送數據和程序代碼時,低8位地址由鎖存器提供。圖4-1中的74LS373就是一個地址鎖存器。在8098的總線控制方式設置成標準總線方式下,8098的ALE信號作為鎖存器的鎖存擴展信號,其下降沿將地址碼的低8位鎖存起來。如果把總線控制設置成地址有效選通方式,可用ALE信號作為片外存儲器的片選信號。圖4-2中有8098與EPROM27128的連接電路,27128有14根地址線其高6位A13～A8分別接到8098的P4．5～P4．0；而低8位A7～A0與地址鎖存器74LS373的輸出連接。27128的數據通道D7～D0直接與P3口連接。為輸出允許引腳,應和8098的讀信號相連。27128處于讀方式,其PGM〔編程脈沖輸入和〔編程電壓輸入引腳均應接+5V。譯碼器的輸出端接27128的片選控制端。EPROM中存有程序代碼以及常數。程序代碼是根據程序的運行,PC指出代碼的地址單元。自動去讀出的。如果需從EPROM中讀出常數,則需用讀指令將數據讀入片內寄存器陣列。3.8098與RAM的接口電路這里主要介紹8098與外擴存儲芯片62128連接方法。62128是16K×8位的靜態(tài)RAM。圖4-2中有8098與62128的連接電路。譯碼器的輸出端接62128的片選控制端。8098的端連接RAM芯片的輸出允許端,端連接RAM芯片的寫允許端。該系統具有16K程序存儲空間和16K數據存儲空間。下面是8098最小系統設計。圖4-28098最小系統連接圖27128、62128與8098接口主要解決兩個問題：一是硬件連接問題；二是根據實際連接確定芯片的地址。由圖4-2可確定27128、62128芯片的地址。27128使用14根地址線A13~A0,地址范圍從全"0”到全"1”,由于27128從譯碼器線引出,故地址范圍是00XXXXXXXXXXXXXXB,即0000000000000000B～003FFFH；而62128是從譯碼器線引出,故地址范圍是01XXXXXXXXXXXXXXB4000H～7FFFH。8098單片機擴展I/O接口的設計8098單片機本身提供給用戶的I/O口線并不多。P0僅有4根引腳〔P0．4～P0．7,只能作輸入用,且具有復用功能,即可作數字輸入,也可選擇其中的某個引腳作為模擬輸入。P2口也僅有4根引線P2．0～P2．2以及P2．5,P2口是多功能口,用戶往往選擇其復用功能。P3口和P4口只能作為系統總線使用。這樣在有些場合,8098本身具有的I/O口滿足不了需要,這就需要8098外擴I/O接口。5.1擴展I/O接口時的注意事項I/O接口芯片中,各個功能寄存器的地址是8098外部64K寄存器空間的一部分。8098單片機在外擴I/O接口芯片時,要注意以下幾個問題：〔1分析掌握擴展的接口芯片的功能、結構及驅動方式。如果接口芯片是可編程的,要清楚各個控制字的意義。〔28098單片機如何實現對擴展芯片的選擇和寄存器的選擇,如何編寫可編程芯片的驅動程序等?！?I/O接口的擴展總是為了實現某一系統測控及管理功能。例如連接鍵盤、顯示器、驅動開關控制電路以及開關量監(jiān)測等,因此在擴展I/O接口芯片時,要考慮與之相連的外設硬件電路特性,如驅動功率、電平、干擾抑制及隔離等?！?設計驅動程序要注意,防止總線上的數據沖突。5.2常用并行I/O接口芯片82558255是可編程的通用并行接口芯片,是一種適用于多種微處理器的通用8位并行輸入/輸出接口芯片,它有3個端口,具有3種工作方式,可通過程序改變其功能,因而使用靈活方便,通用性強,可作為單片機與多種外圍設備連接時的中間接口電路。圖5-18255引腳圖8255的引腳如圖5-1所示和8255的內部結構流程如圖5-2所示。圖5-28255的內部結構流程圖8255芯片引腳與內部結構及其功能1.引腳說明8255共有40個引腳,采用雙列直插式封裝,各引腳功能如下：●D7～D0——三態(tài)雙向數據線,與單片機數據總線連接,用來傳送數據信息?！瘛x信號,低電平有效時芯片被選中?！瘛x出信號線,低電平有效時允許數據輸出?！瘛獙懭胄盘柧€,低電平有效時允許數據輸入?！馰CC——+5V電源。●PA7～PA0——A口輸入/輸出線?！馪B7～PB0——B口輸入/輸出線。●PC7～PC0——C口輸入/輸出線?！馬ESET——復位信號線?！馎1～A0——地址線,用來選擇內部端口?！馟ND——地線。2.8255芯片內部結構及其功能〔1內部結構8255芯片內部包含3個8位端口,其中：端口A包含一個8位數據輸出鎖存/緩沖器和一個8位數據輸入鎖存器；端口B包含一個8位數據輸入/輸出、鎖存/緩沖器和一個8位數據輸入緩沖器；端口C包含一個輸入鎖存/緩沖器和一個輸入緩沖器。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/輸出的數據端口,而端口C可作為狀態(tài)或控制信息的傳送端口?！?A組和B組控制部件端口A與端口C的高4位〔PC7～PC4構成A組,由A組控制部件實現控制功能,端口B與端口C的低4位〔PC3～PC0,由B組部件實現控制功能。它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通過數據總線〔D7～D0送來的控制字,并根據它們來定義各個端口的操作方式?！?數據總線緩沖器這是一個三態(tài)雙向8位數據緩沖器,它是8255與CPU之間的數據接口。CPU執(zhí)行輸出命令時,可將控制字或數據通過數據總線緩沖器傳送給8255。CPU執(zhí)行輸入命令時,8255可將狀態(tài)信息或數據通過數據總線緩沖器向CPU輸入。因此它是CPU與8255之間交換信息的必經之路。〔4讀/寫控制部件這是8255內部完成讀/寫控制功能的部件,它能接收CPU的控制命令,并根據它們向片內各功能部件發(fā)出操作命令。可接收的控制命令如下：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8255被選中。②,—讀、寫控制信號。由CPU輸入,有效,表示CPU讀8255,應由8255向CPU傳送數據或狀態(tài)信息。有效,表示CPU寫8255,應由CPU將控制字或數據寫入8255。③RESET—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容,并將各端口置成輸入方式。④A1和A0——端口選擇信號。A1A0=00,選擇端口A；A1A0=01,選擇端口B；A1A0=10,選擇端口C；A1A0=11,選擇控制字寄存器。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表5-1所示。表5-18255接口工作狀態(tài)選擇表8255芯片的控制字及其工作方式8255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,可分別用來傳送數據或控制信息。用戶可用軟件來分別定義3個端口的工作方式,可使用的控制字有工作方式控制字和置位/復位控制字。1.控制字〔1工作方式控制字格式如圖5-3所示。通過工作方式控制字可將3個端口分別定義為不同方式的組合。圖5-38255工作方式控制字格式〔2置位/復位控制字：只對端口C有效,其使用格式如圖5-4所示。圖5-48255置位/復位控制字格式5.38098與鍵盤接口及LED顯示接口的擴展連接鍵盤輸入接口鍵盤是計算機系統的重要組成部分,對于一些人工可干預的單片機控制系統來說,鍵盤就成為人機聯系的必要手段。因此,任何一個人工可干預的單片機開發(fā)或應用系統必須配置鍵盤輸入設備。這樣人們就可以隨時將程序、數據或隨機命令輸入到單片機中。鍵盤由一組按壓式開關組成,并以陣列的方式進行排列。按鍵的數目根據需要而定,一般包括數字鍵、字母鍵、符號鍵和控制功能鍵。目前,功能比較完美的鍵盤是按7位編碼的ASCII碼鍵盤。無論是簡單鍵盤還是ASCII碼鍵盤,在與計算機連接時所遇到的問題基本上是一樣的,即按鍵抖動的消除與閉合鍵的識別。1.消除抖動在一般電路設計中,按鍵按下閉合后應產生一個負的脈沖。但是由于在按動按鍵時總有一些抖動,因此在負脈沖的開始和末尾中要出現一些如圖5-5所示的毛齒波。這種毛齒波將影響對按鍵的識別。毛齒波的長短與按鍵開關的機械性能有關,一般5～10ms。除了按鍵抖動之外,還可能有重鍵。所謂重鍵是指一個鍵按下后,緊著又按下一個鍵,或者兩個按鍵"同時"按下。這些都需要采取一定的措施加以消除。目前,用來消除抖動的方法有兩種：一種是用硬件電路來實現,即用RC濾波電路濾除抖動；另一種是用軟件延時的方法來解決。硬件濾波實際上是用RC電路的充放電產生一定的延時,而將圖5-5所示波形前后處的毛齒波濾掉。軟件延時則是通過執(zhí)行延時程序來消除按鍵輸入波前后沿處的抖動。圖5-5按鍵抖動毛齒波采用軟件方法消除抖動和識別鍵碼的流程圖如圖5-6所示。軟件方法就是通過延時來等候波形穩(wěn)定,在波形穩(wěn)定之后查詢鍵碼。在查詢到有按鍵按下之后,延時一段時間〔5～10ms再查詢一次,查看結果是否為干擾或者抖動。若這一次查詢到有鍵按下,則說明波形已經穩(wěn)定,然后即可判斷閉合鍵的鍵碼。當閉合鍵的鍵碼確定之后,再去查詢按鍵是否釋放。待按鍵釋放之后再進行處理,這樣即可消除按鍵釋放抖動的干擾。圖5-6軟件消除抖動和識別鍵碼流程圖LED數碼顯示器接口數碼LED顯示器是單片機開發(fā)使用的主要顯示設備之一,它可將單片機的運算結果、中間結果、存儲器地址以及存儲器、寄存器中的內容用數碼管顯示出來,從而實現人機對話。目前,顯示數碼管常用的有8段LED顯示器,下面先簡單介紹LED的工作原理,然后再介紹與8098單片機的連接。1.LED結構與工作原理LED顯示器的外部結構如圖5-7〔a所示,它由8個發(fā)光二極管構成,可用來顯示0～9、A、B、C、D、E、F、P及小數點"."等字符。在數碼管中,若把各二極管的陽極連接在一起,則稱為共陽極數碼管；若把各二極管的陰極連接在一起,則稱為共陰極數碼管,其示意圖如圖5-7〔b所示。當某個二極管通導時,相應的字段發(fā)光。這樣,若進行適當的控制,使某些二極管通導,這些通導二極管發(fā)光后就可構成一個顯示字符。顯然,每一個字符對應有若干個發(fā)光二極管。在共陰極數碼管中,這若干個導通二極管用"1”表示,其余二極管用"0”表示。將若干個"1”、"0”數符按一定的順序排列起來,就組成一個8位二進制數〔在七段顯示器中為7位。這個8位二進制數稱為所要顯示字符的顯示代碼。例如在共陰極數碼管中,二極管排列如圖5-7〔b所示為hgfedcba。這樣,字符1的顯示代碼位00000110,字符6的顯示代碼為011111101,字符F的顯示代碼為01110001,用十六進制數表示,分別為06H,7DH和71H。若要顯示某一字符,就在二極管的陽極按顯示代碼加以高電平,陰極加低電平。這樣,顯示代碼中"1”圖5-7LED結構示意圖表5-2顯示代碼8098單片機與鍵盤、顯示器的連接圖圖5-8鍵盤、數碼管與8098單片機連接圖由圖5-8可確定8255芯片的地址,8255接74LS373鎖存器的低兩位地址線,由于8255片選接譯碼器端,故注意有重疊地址,因為系統小,這樣做可以。通過8255的端口A的低四位〔PA0～PA3和端口C的低四位〔PC0～PC3構成4×4小鍵盤,端口A經反相器75452輸出,端口C通過電阻進行對按鍵識別輸入到8255中；8255的端口B經同相器7407輸出8段數碼顯示碼,端口A的低6位〔PA0～PA5輸出6位LED顯示器。這樣就可以構成一個8098單片機與鍵盤、顯示器的連接圖。5.4鍵盤程序設計這種鍵盤對按鍵的識別、鍵值的確定都要靠軟件來完成。按鍵的識別方法常用的是掃描法。1.掃描法鍵盤通常以M行×N列矩陣式排列,通過程序查詢來檢查按下的是哪個鍵,并對此鍵進行譯碼。圖5-9是一個4×4非編碼鍵盤的原理圖,鍵盤的矩陣分成四行和四列,其工作過程為：圖5-9四行四列非編碼鍵盤示意圖〔1尋找有無鍵按下用輸出指令輸出數據,當D4=D5=D6=D7=0時,它使所有的列接地,然后用輸入指令讀入行的信息,檢查輸入各行〔D0、D1、D2、D3是否為0,全為1表示沒有鍵按下。若有一行的輸入信息為0,說明有鍵按下,需進一步處理?！?找出按下鍵的列位置此時,用輸出指令使D4=0,D5=D6=D7=1,使第一列為低電平,其余三列為高電平,然后檢查輸入信息D0、D1、D2、D3四個之中是否有一個為0,如沒有則第二次輸出D5=0,D4=D6=D7=1,使第二列為低電平,再次檢查輸入信息D0、D1、D2、D3四個之中是否有一個為0,以此類推,一直到有一行的輸入信息為0為止。例如K5鍵按下,當查到第一列為低電平,2、3、4列為高電平〔D4=0,D5=D6=D7=0時,輸入D0、D1、D2、D3中有一個為0,表示按鍵在第1列。〔3找出按下的鍵屬于哪一行對按下鍵的那列,讀入各行的對應信息,然后帶進位位做循環(huán)右移,使D3、D2、D1、D0依次移入到進位位,檢查進位位是否為0,這樣就可以找到對應的按鍵在哪一行。例如,K5鍵按下,三次右移后進位位為0,表示D1=0,所以K5在第二行。此時,從查得的鍵所在的行號與列號,按照編碼表<見表5-3>,就知道是哪一鍵按下,例如K5鍵的編碼D0～D7為10110111<二進制>,位于矩陣的第二行第一列。表5-3鍵盤編碼值鍵D0D1D2D3D4D5D6D7K101110111K201111011K301111101K401111110K510110111K610111011K710111101K810111110K911010111KA11011011KB11011101KC11011110KD11100111KE11101011KF11101101K1011101110〔4CPU根據查到的按鍵特征編碼,執(zhí)行為其服務的專用子程序,以完成該鍵的操作功能,圖5-10是該程序的流程圖。圖5-10四行四列按鍵處理程序流程圖5.5動態(tài)顯示程序設計本系統中設計的6位LED顯示電路參見圖5-8。在8098外部RAM中設置3個顯示緩沖單元4010H～4012H,分別存放顯示器的6位數據BCD碼,8255的PA口掃描輸出總是只有一位為高電平,即顯示器的6位中僅有一位公共陰極為低電平,其它位為高電平,8255的PB口輸出相應位的顯示數據的段數據,使某一位顯示出一個字符,其它位為暗,依次地改變PA口輸出為高的位,PB口輸出對應的段數據,顯示器的6位就顯示出由緩沖區(qū)中顯示數據所確定的字符。顯示程序的流程如圖5-11所示。程序中使用了8098片內寄存器1AH、1EH、20H、22H。程序開始把顯示緩沖區(qū)首地址送20H寄存器,第一次顯示的位置送22H寄存器,然后根據20H寄存器內容取出存儲器內容,查七段碼字形碼送到段寄存器〔PB口,然后根據22H內容送到位控制寄存器〔PA口以點亮某一位。延時一段時間后,修改數據指針和顯示位指針,繼續(xù)上面的動作,直到6位全顯示完為止。圖5-11顯示程序流程圖第六章8通道模擬量輸入接口設計6.1A/D轉換器A/D轉換器用于實現模擬量到數字量的轉換。按轉換原理常用的主要有兩種：雙積分式A/D轉換器；逐次逼近式A/D轉換器。雙積分式A/D轉換器的主要優(yōu)點是轉換精度高,抗擾性能好,價格便宜,但轉換速度慢。因此這種轉換器主要用于速度不高的場合。逐次逼近式A/D轉換器是一種速度較快、精度較高的轉換器。其轉換時間大約在幾微秒到幾百微秒之間。6.1.11.分辨率分辨率是指A/D轉換器輸出二進制末位變化時,所需要的最小模擬電壓對滿刻度電壓的比值：r=式中——滿刻度電壓；n——A/D轉換器的位數。習慣上用輸出二進制數的位數表示A/D的分辨率。2.量化誤差量化誤差和分辨率是統一的。量化誤差是由于有限數字對模擬量進行離散取值〔量化過程而引起。因此,當量化時規(guī)定最小數量單位叫做量化單位。數字信號的最低有效位"1”①整數部分是量化單位的整數倍；②余數部分是不足一個量化單位的部分。這部分就稱為量化誤差。若量化單位為q,則q=當我們按照"四舍五入"原則,把不足半個量化單位的余下部分舍去,把大于或等于半個量化單位計入整數部分,則最大量化誤差為半個量化單位,即LSB。3.轉換精度轉換精度是指A/D轉換器完成一次轉換所需要的時間。①絕對精度是指產生輸出量N的實際輸入電壓A與產生同一數字量N所需的理論輸入電壓之差,即△=A-。②相對精度是指絕對誤差與滿刻度輸出的比值,即=。6.28位A/D轉換器ADC0809ADC0809是采用CMOS工藝制造的8位8通道逐次逼近式A/D轉換器。ADC0809內部邏輯結構ADC0809原理框圖如圖6-1所示。8路開關可選通8位模擬量分時輸入,共用一個轉換器進行轉換。地址鎖存與譯碼電路完成對A、B、C三個地址位進行鎖存和譯碼,其譯碼輸出用于通道選擇。8位A/D轉換器采用逐次逼近原理,由控制與時序電路、逐次逼近寄存器、樹狀開關以及256R電阻階梯網絡組成。轉換后的數據送入三態(tài)輸出鎖存器。1.信號引腳ADC0809芯片為28引腳雙列直插式封裝,引腳圖如圖6-2。引腳的功能如下：圖6-1ADC0809原理框圖圖6-2ADC0809引腳圖2.ADC0809引腳詳述●IN7～IN0——可接8通道的模擬量輸入信號,信號單極性,電壓范圍0～5V。●A、B、C——地址線。A為低位地址,C為高位地址,用于對模擬通道進行選擇,引腳圖中為ADD-A、ADD-B、ADD-C。表6-1地址狀態(tài)與通道對應關系表●ALE——地址鎖存允許信號對應ALE上跳沿,A、B、C地址狀態(tài)送入地址鎖存器中。START——轉換啟動信號START上跳沿時,所有內部寄存器清0；START下跳沿時,開始進行A/D轉換；在A/D轉換期間,START應保持低電平?！馜7～D0——數據輸出線為三態(tài)緩沖輸出形式,可以和單片機的數據線直接相連?！馩E——輸出允許信號用于控制三態(tài)輸出鎖存器向單片機輸出轉換得到的數據。OE=0,輸出數據線呈高阻態(tài)；OE=1時,輸出轉換得到的數據。●CLK——時鐘信號ADC0809的內部沒有時鐘電路,所需要的時鐘信號由外界通過該引腳提供,通常使用頻率為500KHZ的時鐘信號?！馝OC——轉換結束狀態(tài)信號EOC=0,正在進行轉換；EOC=1,轉換結束。使用時該狀態(tài)信號既可以作為查詢狀態(tài)標志,又可以作為中斷請求信號使用?！馰CC——+5V電源。●——參考電源。參考電壓用來與輸入的模擬信號進行比較時的基準。其典型值為+5V〔〔+=+5V,〔-=0。<4>主要性能指標●分辨率為8位；●變換時間為100s；●輸出與TTL兼容；●單一+5V電源供電,此時模擬電壓輸入范圍為0～5V；●低功耗功率為15mw；●使用溫度：民品為-40～+85C；軍品為-55～+125CADC0809時序圖如圖6-3所示。其中,圖6-3ADC0809時序圖：最小起動脈寬,典型值為100ns,最大值為200ns；：最小ALE脈寬,典型值為100ns,最大值為200ns；：模擬開關延時,典型值為1μs,最大值為2.5μs；：轉換時間,當=640kHz時,典型值為100μs,最大值為116μs；：轉換結束延時,最大為8個時鐘周期加2μs。6.3ADC0809與8098單片機接口設計ADC0809芯片內部無時鐘,可利用ALE信號經過D觸發(fā)器2分頻得到。若單片機晶振頻率為6MHZ,則向ADC0809提供500KHZ的時鐘。數據輸出引腳D0～D7可直接與8098單片機的數據線連接。地址譯碼引腳A、B、C端可分別接到8098地址總線的低3位A0、A1、A2,以便選通IN0～IN7中的某一通道。8098CPU要與其他芯片協調工作,首先要完成它們的時鐘配合。由于該芯片片內無時鐘,可利用8098提供的地址鎖存允許信號ALE經D觸發(fā)器二分頻后獲得,ADC0809的選通信號是和啟動信號一起選通的。AL信號的頻率是8098單片機時鐘頻率的,如果8098時鐘頻率采用6MHZ,則ALE引腳的輸出頻率為1MHz,經二分頻后為500KHZ,正好符合ADC0809對時鐘頻率的要求。為了使得ADC0809能正常工作,我們要對8098的ALE信號進行二分頻。其電路如圖6-4所示。圖6-4二分頻電路結構圖一個D觸發(fā)器為二分頻,8098的ALE信號經二分頻后就變成了500KHz,也就能滿足ADC0809對時鐘頻率的要求了。其二分頻波形圖如圖6-5所示。圖6-5二分頻波形示意圖ADC0809與8098的接口電路如圖6-6所示。圖6-6AA/D轉換程序框圖如圖6-7所示。圖6-7第七章智能儀表主控電路設計7.1智能儀器儀表的工作原理智能儀器儀表的工作原理如圖7-1所示。圖7-1智能儀器儀表的工作原理傳感器拾取被測參量的信息并轉換成電信號,經濾波去除干擾后送入多路模擬開關,由單片機逐路選通模擬開關將輸入通道的信號逐一送入程控增益放大器,放大后的信號經A/D轉換器轉換成相應的脈沖信號后送入單片機中,單片機根據儀器所設定的初值進行相應的數據運算和處理〔如非線性校正等,運算的結果被轉換為相應的數據進行顯示和打印,同時單片機把運算結果存儲于片內EPROM內的設定參數進行運算比較后,根據運算結果和控制要求,輸出相應的控制信號〔如報警裝置觸發(fā)、繼電器觸點等。此外,智能儀器還可以與PC機組成分步式測控系統,由單片機作為下位機采集各種測量信號與數據,通過串行通信將信息傳輸給上位機-PC機,由PC機進行全局管理。單片機內具有CPU、定時器/計數器、I/O口等,因此單片機事實上是一臺計算機了。但單片機內部資源畢竟有限,在實際應用中,還需要進行擴展,以構成一個功能更強的單片機系統。在擴展設計時,應盡可能采用接口簡單,信號兼容性好的芯片。單片機擴展通常采用總線結構形式,圖7-2就是典型的單片機擴展結構。圖7-2單片機擴展系統結構圖整個擴展系統以單片機為核心,通過總線把各擴展部件連接起來,如同將各擴展部件"掛"在總線上一樣。擴展的內容包括ROM、RAM和I/O接口電路等等。所謂總線,就是連接各擴展部件的一組公共信號線。按其功能分為地址總線AB、數據總線DB和控制總線CB。這樣采用總線的形式,大大減少了單片機系統中傳輸線的數目,提高了系統的可靠性和靈活性。7.2智能儀表主控電路設計圖7-3為智能儀表主控電路圖。圖中8098單片機外接一片EPROM27128的擴展電路,采用74LS373作為鎖存器。由于8098內部無程序存儲器,其引腳應接地。為74LS373的輸出使能端,=0時,選通74LS373的輸出緩沖器,使數據鎖存器的內容數據輸出。始終接地,保證三態(tài)緩沖器暢通。27128的端是輸出使能端,與8098的端相連,當有效時,把27128的指令送上P3口線。外部程序存儲器低8位地址線A7～A0與P3口的P3.7～P3.0對應相連,高6位地址線A13～A8與P4口線的P4.5～P4.0對應相連,P4.7～P4.6與譯碼器的B、A對應相連,8位數據線D7～D0與P3口的口線P3.7～P3.0對應相連,由于使用了2-4譯碼器,27128的片選段接,地址存儲空間為0000H～3FFFH,27128的編程電壓端接電源+5V。8098單片機外接一片RAM62128,接法和27128的接法基本一樣,所不同的是單片機片外數據寫信號和數據存儲器寫信號相連,62128的片選