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1、Unit 1 Electric Devices单元1 电子设备1.1 Resistors电阻器电阻阻碍电流的流动。例如，一个发光二极管串联一个电阻，以限制通过二极管的电流。1.1.1 Resistor Values电阻值电阻色码 电阻的单位是欧姆，符号是。1很小，电阻值常常用K和M1K= 1000； 1M= 1000 000.电阻值通常使用色码带表示。每种颜色代表一个数，如表1.1所示。表1.1电阻器的颜色代码黑，棕，红，橙，黄，绿，蓝，紫，灰 白大多数电阻有4个色环：第一个色环给出阻值第一个数字。第二个色环给出阻值第二个数字。第三个色环表示零的数目。第四个色环用来表示电阻的精度绝大部分电路都

2、会忽略这一点，但进一步的细节会在后面给出。图1.1中的电阻有红色环、紫色环、黄色环和金色环，这里的red (2)指红色代表有效数字第一位数，数值为2， violet (7)指紫色代表有效数字第二位数，数值为7， yellow (4 zeros)指黄色代表倍乘数104所以它的值是270，0000 = 270 KQ。在电路图上，阻值通常省略， 被写成270 K。标准颜色代码不能显示码值小于10的值。要显示这些小于10的值，2个特殊的颜色被用于第三色环：黄金表示乘0.1和银表示乘0.01。第一和第二色环和平常一样。例如：红，紫，金带代表27×0.1 = 2.7。蓝色，绿色，银带代表65x0

3、.01 = 0。65q。电阻误差（第四色环）一个电阻的误差通过第四个色环被表示出来。误差表示电阻的精度，它是作为一个百分比被给出的。例如，一个有±10%的390电阻，它的值将在390的±10%之间，在390-39=351和390 + 39 = 429之间（390的10%是39）。表示误差的第四色环常常用一种特殊的色环表示：银±10 %，金±5%，红±2%，棕±1%。如果没有第四个色环，那么误差默认为±20%。几乎所有的电路都会忽略误差，因为精密电阻很少被使用。电阻速记。电阻器的电阻值通常是用一个色环代码系统标注在电路图上，避

4、免使用小数点，因为很容易丢失这个小圆点。反之用字母R，K和M代替小数点。为了读取电阻值，用小数点代替字母， 然后，如果字母是K，就用电阻上标识的值乘上1000；如果字母是M，就用电阻上标识的值乘上10000。如果字母是R，就用电阻上标识的值乘上1.例如；560R 表示 560 2K7 表示2.7 k=2 700 39K 表示 39 k1M0表示 1.0 M=1000 k1.1.2 Real Resistor Values实际电阻值你可能已经注意到，不是每一钟常用的阻值都可以很容易被找到，例如，22 K和47 K是很容易能找到的，但25 K和50 K却不容易能找到。为什么会这样？想象一下，如果你

5、决定去制造电阻，每个10产生一个，10、20、30、40、50甚至更多。这样看上去很好，但是当你达到1000时会发生什么？1000、1010、1020、1030甚至更多将会是无意义的，因为10的差别太小，在大部分的电路中差别太小了不太会被注意到。事实上，要把电阻制造的足够精确是很困难的。要产生一个合理的电阻值范围，你需要随着阻值的增加而增加台阶的大小。标准的电阻值是基于这个理念，他们遵循同样的每隔10的倍数产生一种的模式并建立一个系列。E6系列有6个值，每隔10倍产生一种，有20的误差。例如10, 15, 22, 33, 47, 68,然后继续，100, 150，220, 330, 470,

6、680, 1 000等。要注意阻值增加时台阶是怎样增加的。对于这一系列的台阶（到下一个值）大约是阻值的一半。E12系列有12个值，每隔10倍产生一种，有10的误差。例如10, 12, 15, 18, 22, 27, 33, 39, 47, 56, 68, 82,然后继续，100,120,150等。E12系列是一种最常用的电阻器。它允许你选择一个你所需的精确值的10以内的阻值。这是足够精确对几乎所有的项目来说，这是明智的，因为大多数电阻只能准确到±10%（称为他们的“误差”）。例如一个390 电阻会有±10% x 390 = ±39 的不同，因此它的阻值可能会是35

7、1到429 之间的任何值1.1.3Power Ratings of Resistors电阻器的功率额定值当电流流过一个电阻时，电能被转换为热能。通常这种影响可以忽略不计，但如果电阻值很小（或者电阻上的电压很高），大电流可能通过电阻器使的发热变得明显。电阻器必须能够承受这种热量的影响和电阻器上需要标注额定功率。电阻的额定功率很少在器件列表中被给出，是因为标准额定功率0.25W或者0.5W的电阻适合绝大多数的电路。在需要高压的特殊场合，额定功率必须在器件列表中被明确标注，这将确定电路使用低阻值电阻（大约小于30）或者是高电压（超过15V）。1.2 Capacitors1.2 电容器电容器由被诸如空

8、气这样的绝缘材料隔离的两个平行的导体组成。电容器储存电荷。绝缘材料被叫做电容器的电介质。极板之间增加某些绝缘材料会改变电容的特性。可以改变电容器的情况包括：极板的重叠面积；极板之间的距离；用作绝缘体的材料。1.2.1 Capacitance1.2.1电容理想的电容器不消耗任何供给它的能量。电容器储存的能量以电场的形式存在于导体表面。电容值被用来衡量电容器储存电荷（得到能量）的能力。每单位电压越高，储存的电容值越大，储存的能量越大。一个电容器有1F的电容量，是由于1V的电压通过被存放了1C的电荷的两块不同极板额产生的。在大多数的实际应用中法拉通常偏大，所以在它的前面加一个前缀来表示更小的值。Th

9、ree prefixes (multipliers) are used, (micro), n (nano) and p (pico):三种前缀（乘数）被使用，微（微），N（纳米）和P（皮）：表示10-6（百万分之一），所以1 000 000F =1FN表示10-9（十亿分之一），所以1 000 nF = 1FP表示10-12（一兆亿分之一），所以1 000 PF = 1 nF电容值很难找到每一个，因为有许多带有不同标识系统的电容器类型！1.2.2 The Polarised Capacitors and Unpoiarised Capacitors有极性电容器和无极性电容器电容器有很多种，但

10、它们可以分为2组，有极性和无极性。每组都有自己的电路符号。参见图1.2。有极性电容器（大容值，超过1F）电解电容器是有极性的，他们必须以正确的方式连接，至少它的两个引脚中的一个会被标记上+号或-号。它们在焊接时不会被高温损坏电解电容有两种设计；引脚附加在两端的轴向设计（图1.3中的220F）和两根引脚在同一端的辐射状设计（图1.3中的10F）。辐射状电容器趋向于越来越小，它们直插在电路板上。因为电容值和额定电压被清楚地标记在电容上，所以它们很容易被找到。额定电压可能是相当低的（例如6伏），在选择电容器时，它应该被注意。如果工程列表中没有说明电容额定电压大小，在选择电容器时，要选择额定电压大于供

11、电电压的电容。在绝大多数的电池电路中25V是一个合理的电压最小值。钽电容是有极性的，它们像电解电容一样有低额定电压。它们很昂贵，但非常小，所以它们常用在需要小封装大电容的场合。现代的钽电容器的电容值和额定电压都被印在电容器上。然而，过去的钽电容是利用色码系统表示电容值大小的，这种色码系统由两个色带（代表两个数字）和表示零的数量的有颜色的点组成，电容的单位是F。标准的色码被使用，但是对于这些点，灰色常用来表示电容值乘上0.01，白色表示电容值乘上0.1，以便小于10F的容值能够被显示。靠近引脚的第三个色环用来显示电压（黄色6.3V黑，色 10V，绿色16V，蓝色20V，灰色25V，白色30V，粉

12、色35V）。例如，蓝色，灰色，黑色的点表示68F。例如，蓝色，灰色，白色的点表示6.8F。例如，蓝色，灰色，灰色的点表示0.68 F.无极性电容器（小容值，达到1F）小容值电容是无极性的，可以任意连接（见图1.4）。除了一种特殊的类型（聚苯乙烯）以外，它们在焊接时不会被高温损坏。它们有至少50V的高额定电压，常用250V左右。这些小电容的容值很难被找到，因为它们有许多类型和专用的不同的标识系统！许多小容值的电容，它们的容值被印刷在电容器上，但没有一个乘数，所以你需要凭借经验去找出乘数应该是什么！例如，0.1表示0.1F = 100nF。有时这个乘数常用十进制的小数点代替。例如，4n7表示4.7

13、nf。1.2.3 Capacitor Number Code and Colour Code电容的数码和色码一个数字代码经常被使用在很难印制的小电容上：第一个数码是第一位数字，第二个数码是第二位数字第三个数码是零的数目，单位是pF忽略任何字母-他们只是表示宽容和额定电压例如，102表示1 000pf = 1nf（不是102pf！）。例如，472J表示4 700pf = 4.7nf（J 表示5%的误差）。一种色码已用于聚酯电容器多年。每种颜色代表一个数字，如表1.2所示。这种色码现在已经过时，但当然在很多地方仍然被使用。色码的读法和色环电阻相同，前三个色环，表示容值，单位是pF。忽略第四个色环（

14、误差）和第五个色环（额定电压）。例如，棕色，黑色，橙色表示10 000pF = 10nF = 0.01F。请注意，在色环之间没有空白，所以2个相同的色环实际上是一个宽的色环。例如，一段很宽的红色，黄色表示220 nF=0.22F.1.2.4 Capacitor Values电容值你可能已经注意到，不是每一个可能的值都是可以被找到的。例如，22F和47F 很容易获得，但25F和50F却不容易！为什么会这样？想象一下，你决定去制造电容器，每隔10F，生产一种，10, 20, 30,40,50等等。这似乎很好，但是当你达到1000的时候会发生什么？这将使1000 ，1010 ，1020，1030等毫

15、无意义，因为这些值之间相差10，差别很小，太小了以至于不能引起注意在大多数电路中和电容器不能被制造的很精确。要产生一个合理的电容值范围，在容值增加时，你需要增加台阶的大小。标准电容值是基于这个理念的，他们形成了一个遵循相同的每10倍产生一种的模式的系列。E3系列每隔10倍有3种值。例如，10,22,47，然后继续，100，220，470,1000，2200, 4700，10000等。因注意容值增加（每次大约是容值的两倍）时台阶是怎样增加的E6系列每隔10倍有6种值。例如，10, 15, 22, 33, 47,，然后继续，100, 150, 220, 330, 470, 680,1 000等。E

16、3系列是电容器一种最常用的电容器，因为许多类型不能不能被制造达到精确值。1.3 Inductors1.3电感1.3.1 Basic Structure基本结构电感是一个带有由空气，铁或者铁氧体（一种由铁制成的易碎材料）制成的内核的金属线圈，如图1.5所示。它的电气特性被称为电感，单位是亨利，符号为H。1H是非常大的，所以常用mH和H，1000H = 1mH，1000mH = 1H。铁和铁氧体内核增加电感量。电感主要被用于调谐电路，为了阻碍高频交流信号（有时它们也被叫做阻塞）。它们通过直流容易，但是阻碍交流信号，这个与电容器相反。与电阻不同，电感只在当电路中存在的电流发生变化时，才会展现出它们的

17、总特性，在理想的情况下，电感不会消耗储存的能量。它们以磁场的形式储存能量。电感有一个在许多方面类似于电容器的参数叫做响应特性。电感主要是一个线圈。在其周围绕上线圈的材料称为铁芯。线圈被缠绕在非磁性或者磁性材料上。非磁性材料，例如空气，木头，铜，塑料和玻璃。这些材料保持磁场的能力和在真空中一样。磁性材料，例如铁，镍，钢，钴，合金。这些材料保持磁场的能力是真空中的成百上千倍。这种变化是由穿过铁芯的磁力线数目的多或少决定的。1.3.2 Equivalent Model of an Inductor电感等效模型电感是由某些材料制成的，例如，绝缘铜线。该导线的每个单位长度具有一定的阻值。当许多匝线圈被用

18、来构建一个线圈，那么总的阻抗会显著增加。虽然线圈的阻抗沿导线长度分布，但是实际上出现在线圈上，如图1.6所示（R w表示绕组电阻）。此外，绕组电容( Cw)是在电感中的线匝间存在的电容，如图1.7所示。虽然对于大多数应用，我们可以把电容器作为一个理想元件处理，但电感器的绕组电阻必须包括对含有电感的网络的分析。绕组电阻的范围可以从几欧姆延伸到几百欧姆。电感中使用的导线越长越细，绕组电阻越大。绕组电容在许多应用中效果不显著，因此电感的实际等效模型可能只包括绕组电阻（RW）如图1.8所示Unit 2 Temperature Measurement温度测量1. Overview1概述温度可能是使用最广

19、泛的测量量。伽利略被誉为1593的第一个温度计的发明者。测温仪由一个球，一个小直径管（被称为毛细管）和一个水瓶。温度升高会导致流体膨胀，温度下降导致收缩，所以可以通过测量液体的体积来确定温度。温度计的工作原理是热胀冷缩。第一支密封温度计于1641年被托斯卡尼大公爵和费迪南二世制造。Gabriel Fahrenheit 改造了一个由Ole Christensen Romer发明的带有一个（天平）标识的水银温度计。华氏温标仍然被使用，在摄氏度标识和开尔文标识的旁边。多年来，该技术已经得到发展，现在高精度和可靠的设备出现在市场上。新的测量原理正在被引进，现存的原理被不断的改进。在实际工序应用中一些其

20、他的温度测量设备包括：热电偶，电阻温度测量仪（RTD）。热电偶是一种由两种不同的导体（通常是金属合金）组成的设备，其产生的电压与这对导体两端的温度差异成比例。热电偶是一种被广泛使用的用于测量和控制温度传感器类型，也可用于将热能变化率转换为电能。它们是廉价的，可以互换的，支持标准的连接器，并可以测量温度的范围广泛。与大多数其他的温度测量方法相比，热电偶是自供电的，不需要外部的激励。电阻温度计，也称为电阻温度测量仪或热电阻元件（RTD），是利用一些材料的电阻随温度改变而做出可预测的变化的温度传感器。他们几乎总是由铂金制成，他们常常被称为铂电阻温度计（PRTS）。由于较高的精度和可重复性，它们在60

21、0°C以下的许多工业应用中慢慢取代了热电偶的使用。本节提供了一些选择适当的温度测量设备所需的基本知识，但是，它是根据用户经验选择仪表必备的。在工艺应用中，一种典型的温度组件由热电偶，温度元件，有时有延长/连接线，和温度传送器（本地或远程）。温度元件通常包括一个弹簧机制确保元件顶端与井内底部接触良好。2. Filled Systems2填充系统*测量原理填充系统（如图2.6）是金属组件，包括一个球，小直径管（被称为毛细管），和一个波登管，一个弹簧机构。一个显示器与波登管相连用于显示温度。该系统被一种随着球内温度的升高和减少而膨胀和收缩的液体或气体填充。这种扩张/收缩被转变成机械运动。液

22、体引起体积变化，气体引起的压力变化。*应用注意事项这种测量类型一般用于局部显示。它的使用已经日益减少，但仍有一些情况下在应用。这种设备是在充液管式温度计的基础上改进得到的。它不需要任何能量来运作，而且结构简单、坚固、独立、在很窄的温度范围内十分精确。然而，这部分的球可能太大不能匹配现在的应用，在系统故障时，整个系统必须更换（这是昂贵的）。此外，毛细管一般局限于250英尺（80m）的距离，以及整个系统响应速度慢和相对昂贵。这种测量装置必须无泄漏的，以保持精度。因此，偶尔检查和测试是必需的。毛细管应该被连续地支撑和保护免受损坏。此外，毛细管的制作材料应与周围环境相兼容。最后，球必须充分浸泡，以确保

23、测量的是实际温度。3. Thermocouple3热电偶测量原理在1821年， T.J.塞贝克发现，当两种不同的金属连接在一起，一个电动势（电子驱动力）会在冷结点（参考）与热结点之间产生（例如在100时两个结点之间会产生4 mV的电动势）。现在，这被称为热电效应或塞贝克效应。温度的增加会导致电压输出的增加。原来，冷端实际上是沉浸在冰浴中，以保持恒定的参考温度；现代电子已取代了这个冰浴。从理论上讲，任何两种不同的金属都可以形成热电偶（T/C）图2.7；然而只有少数基于其对温度变化的响应（即，灵敏度）和性能一般的才会被选择，它们被称为热敏元件。热电偶的典型响应时间刚好是从0.2到12秒。热电偶线制

24、造误差小的，往往很昂贵。如图2.7，它们的使用受探针本身的限制。热电偶延长线应和热电偶线兼容，使用时连接在热电偶和测量设备或传感器之间。现代电子技术的发展已经创造了足够小的传感器，以适应在热电偶盒（或头部）。这种安排的主要优点是避免了一个非常低的热电偶电压信号的远距离传输，这样的低电压信号容易产生电噪声（结合4 20mA信号）。*应用注意事项热电偶构造的三种类型：陶瓷珠。绝缘（塑料，玻璃，或陶瓷纤维）；他们通常被挤压（图2.9）。金属封装 矿物绝缘（MSMI）；这种封装通常使用不锈钢或者镍合金，矿物绝缘通常使用氧化镁或者氧化铝。保护材料可以给热电偶免受外部化学效应和机械效应的良好保护。然而有保

25、护套的热电偶，因为它们是一个比其他类型更难难剥离和终止的整体。车辆段应该和护套焊接和绝缘。不同类型的热电偶：铠装热电偶是用高强度不锈钢来封装以保护延长线免受损坏。它也可用于在没有保护措施，延长线很容易被切断的工艺应用中。这种热电偶粘贴在表面上，以获得表面温度。测量端（热电偶头部）要足够光滑，以确保精度。我们可以通过手持获得温度。它的响应速度快，具有高精度。然而，它很容易被周围环境损坏（化学或机械损伤）。热电偶可以被制造成有保护措施的或是裸露的。如果是有保护措施的，它们可以接地，也可以不接地。当接地时，它们响应速度更快（因为温度传输好），但它们很容易受到电子噪声的影响（由于杂散电信号拾取）。当热

26、电偶不接地，它们的响应速度缓慢但是电气隔离。此外，热电偶在套管内有弹簧以便其尖端和表面接触良好，以确保良好的热传递。如果是裸露的，会使响应速度更快，但线完全没有保护。热电偶是自供电，构造简单和坚固（抗冲击）。他们很便宜（RTD价格的一半），有一个广泛的物理形式选择，并提供了一个很宽的温度范围内。此外，它们可以被校准来生成一个特定的曲线（一个额外的成本），很容易替换。他们能够快速响应和在一个特定的点测量。然而电阻温度检测仪测得的温度是其元件温度的平均值，热电偶只用其尖端测温，从而更快。然而，热电偶能产生非线性输出和低电压。它们需要一个具有低灵敏度的参考结，在精度上是有限的，需要的类型匹配的延长线

27、。此外，他们会因不利条件，使用方法和时间而恶化，是容易受到杂散电信号的影响，并要求放大电子。然而，电子设备可以识别热电偶故障作为一个上限或下限的指示。氧化还原气体对所用热电偶类型有影响。然而，如果元件被一个T / W（套管）保护，那这种影响就无关紧要。 Unit3 Resistive Temperature DevicesPrinciple of Measurement测量原理随着温度的升高，纯金属会导致电阻值的增加。电子设备的电阻阻值的变化（在惠斯登电桥），随着温度的变化，产生一个成比例的输出。最常见的元素是在0时为100的铂金，由于其电阻与温度的线性关系和它的化学惰性，铂金检测线需要保持无

28、污染和稳定；镍一般是第二选择。RTD组件由铁或铜组成也被用于一些应用中。RTD是一种理论上可以测量0.00002（0.00001°C）温度变化的精密的传感器。由于较高的精度和可重复性，它们在许多600以下的工业应用中慢慢取代了热电偶。电阻温度探测器通常是由不锈钢或其他耐腐蚀材料制成的护套保护避免环境的伤害（图3.1）。为了使热传导的效率高，元件要紧贴护套内侧。细粉末常被用来消除气囊。陶瓷绝缘体通常被用来隔离内部引线。在管的末端，有一个气密封口用来保护元件。该组件可与引线一起被终止，或可配备一个类似于热电偶组件的适当的接线端子块。Application Notes使用注意事项作为一个粗

29、略的经验法则，电阻温度检测仪被用于温度低于250（120）的场合（时候）使用，热电偶被用于温度大于930（500）的场合（时侯）。由于电阻温度检测仪的精度随着温度的变化而变化，工作温度的精度必须被认为是可以接受的。电阻温度探测器可作为二线式，三线式，四线元件（图3.2）。最简单的电阻温度计配备两根导线。在不需要高精度的时候只能单独使用，因为连接线的阻抗会被添加懂啊该传感器，从而导致测量误差。这种结构配置允许使用100米的电缆。这同样适用于平衡电桥和固定电桥系统。对于双线元件，引线电阻的影响（电阻变化对环境温度变化的影响）会引起重大误差。为了最小化引线电阻的影响，三线式结构配置可以被使用。使用这

30、种方法，传感器在电桥相邻的两个引脚上。电桥的每一个桥臂上都有一个引线电阻，以至于使电阻被抵消，只要是两个引线电阻完全相同。这种配置允许多达600米的电缆。原理图上的错误：三线式电阻温度检测仪按以下方式连接。一个引脚连接到R1。那根线的引线电阻被测量作为电阻温度检测仪电阻的一部分。一条线（RTD的另一端末尾的两根线中的）连接到R3的下端。这根线的引线电阻的测量参考电阻R3。一条线（RTD的另一端末尾的两根线中的）连接到电源回路，（地）这个电阻通常被认为太小，在测量中不重要，电流连续通过RTD和参考电阻R3，通过仪表放大器，引线电阻的影响全部转变为被抑制的共模电压（共模抑制）。这些线通常是相同的规

31、格和相同材料制成的线，为了最小化温度系数问题。由于是三线式元件，因为他们被安装在惠斯通电桥的相反的桥臂上，所以引线上的阻抗将被抵消。或换句话说，该方法可以补偿引脚阻抗引起的影响。这是最实用和常用的方法。四线式电阻温度计的配置提高了电阻测量时的准确性和可靠性：电阻误差导致引线电阻为零。在上图标准的两终端的RTD是用另一条线来形成一个额外的循环以消除引线电阻。上述的惠斯通电桥法是使用一根很小的铜线这不是一个完美的解决方案。一个四线式元件（不常用）需要一根额外的导线来提供额外的精度。这种方法通常只有在需要高精度的时候才使用。所有的温度测量装置，在一定的温度时，RTD是最稳定和最准确的。它们的输出高于

32、热电偶，它们不容易受到电子噪声的影响，能在较高的电信号下运行。它们比热电偶（输出相对于温度）更敏感和更线性，使用铜的延长线（没有特殊的延长线），不需要参考点，并且容易交换。然而，相对于热电偶，RTD相对昂贵，它有一个缓慢的响应过程，并且需要一个电流源。它们容易受到小电阻变化的影响，而且自身发热会引起测量误差（误差的主要来源）。此外，他们有一个有限的温度范围内，容易受到拉力和振动的影响产生一些非线性，并需要三根（或四根）延长线。它们的电阻曲线随制造商的不同而不同，在高温下，其精度和使用寿命都是有限的。RTUs vs ThermocouplesRTU与热电偶工业温度测量最常用的两种方法是电阻温度检

33、测器（RTD）和热电偶。它们之间的选择通常是由四个因素决定的。温度要求是多少？如果工艺过程的温度在-200到500之间（328至932），一个工业电阻温度检测器是首选。热电偶有一个-180 至2320°C（292至4208°F）的温度范围，所以温度在 500以（932°F）以上时他们是唯一能接触温度测量的装置。时间响应要求是多少？如果这个过程需要一个非常快速的反应温度变化的速度，不到一秒相对于几秒（例如2.5至10秒）-那么一个热电偶是最好的选择。响应时间的是通过衡量传感器以1米/秒（3英尺/秒）的速度在水中移动与一个63.2%阶跃变化来测量的。尺寸要求是多少？一

34、个标准的RTD护套是3.175到6.35毫米（0.1250至0.250英寸）的直径；护套直径的热电偶可小于1.6毫米（0.063英寸）。什么是精度和稳定性要求？如果2°C的误差是可以接受的，而且重复性的最高水平是不需要的，一个热电偶就足够了。RTDS能够保持较高的精度，并能保持稳定很多年，而且热电偶可以在使用时的第一个小时内漂移使用。Unit4 Microprocessor Control Unit4.1 The Intel MCS(R) 51 Single Chip Microcontroller Family 4.1英特尔MCS （R）51单片机系列4.1.1 Introduct

35、ion4.1.1介绍1976英特尔推出MCS-48系列，由8048，8748，和8035微控制器组成。这些零件标志着第一个完整的微控制器系统的诞生，包括一个八位的CPU，1024位字的ROM或EPROM程序存储器，64字节 数据存储器。I/O端口和一个八位定时器计数器可以集成在一个硅芯片上。根据程序存储器的内容，一个芯片能够控制多种产品，从应用电子产品、汽车发动机、文字处理器到数据处理设备，后续产品扩展了MCS-48架构在中断方向上：8049和8039倍的芯片内的存储器数量翻倍和运行快了83%；8021通过执行一个有8048个指令的子集来降低成本并且带有一个有点慢的时钟；8022是在相同的NM

36、OS芯片上集成了一个独特的两通道8位AD转换器，这样8022就可以直接和模拟变换器接口。现在三种新的高性能的单芯片微控制器：英特尔8051，8751，和8031，扩展了整个新产品领域中集成电子产品的优势，。由于英特尔的新的HMOS技术，相对于8048，MCS-51系列提供四倍的程序存储和两倍的数据存储在一个单芯片上。新的输入/输出端口和外设功能都增加了适用范围，降低系统总成本。根据使用，处理吞吐量增加了2.5至十倍。4.1.2 Family Overview4.1.2家族概述8051，8751，和8031的引脚图，如图4.1所示。这些设备包括以下功能：使用HMOS技术时只需5伏单电源供电。40

37、96字节的片内程序存储器（不是8031）|）128字节的片内数据存储器。四个寄存器缓冲区。128用户定义的软件标志。每个程序64 KB和外部RAM可寻址能力。 12 MHz晶振的指令周期为一微秒。·32根双向输入/输出线组成四个8位端口（8031有16条）。多模式，高速可编程串行端口。·2个多模式，16位定时器/计数器。两级优先中断结构。全深度返回联动子程序堆栈和数据存储。扩展了MCS-48指令集。直接寻址和位寻址。二进制或十进制运算。符号溢出检测和奇偶校验计算。硬件支持4微秒的乘法和除法运算。集成了用于控制应用程序的布尔处理器。向上兼容现有的8048软件。这三种设备都有一

38、个标准的40引脚双列直插封装，具有相同的引脚输出，相同的时性，和相同的电气特性。三者主要区别是片内程序存储器的类型不同，设计不同的片内存储器，以满足不同的用户需求，8751提供4K字节的紫外线可擦除存储空间，用于程序开发的可编程的只读存储器（EPROM），样机研究，和小批量生产。（按照惯例，1 K是210 =1024。带有一个小写的“k”的1 k等意味着1031000。）这部分可以使用英特尔特殊的应用程序UPP单独编程。如果软件检测到的错误或设计说明更改，只需用紫外线线芯片照射几分钟，相应的程序就会被擦除掉，然后用修改好的代码重新编程。这个循环可能会被无限次地重复在设计和开发阶段。软件的最终版

39、本必须在大规模生产时被被编程进去。8051内置有4K字节的客户点单要求的ROM掩模编程芯片。这部分是相当便宜的，但制造后不能被删除或改变。8031没有任何片内程序存储器，但也可以使用多达64K字节的外部标准或复用ROM，PROM ，EPROM。相较于其他两个成员提供的4K字节，8031非常适合明显需要更大或更小的存储量的应用程序。8051和8751自动访问外部程序存储器的所有地址大于片内4096字节。外部访问输入会覆盖所有内部程序存储器，8051和8751 将在31脚被拉低时都仿真一次8031。纵观本说明，“8051”作为一个统称在被使用。除非特别说明，否则，该点同样适用于所有这三个组件。表4

40、.1总结了mgs-48与MCS-51家族成员之间的数量差异。4.1.3Microcontroller Background Concepts4.1.3单片机背景概念字母“MCS”通常表示一个兼容英特尔微控制器组件的系统或家族，包括CPU，存储器，时钟发生器，I/O口扩展，等等。数值后缀表示担任家族基石的的微处理器或微控制器。目前在MCS-48系列微控制器包括8048系列（8035，8048，8748），8049系列（8039和8049），以及8021和8022；该系列还包括8243，一个兼容每种微控制器的I/O扩展。每个控制器的CPU来自于8048，拥有相同的架构，寻址方式，指令集，和一个服务

41、于每一个的单一的编译器。MCS-51家族的第一批成员是8051，8751，和8031。8051系列架构，来源于8048，不严格兼容，它们有更多的寻址方式，更多的指令，更大的地址空间，和其他一些硬件差异。字母“MCS-51”在谈及将包括在未来可能基于8051处理器的微控制器的8051系列架构特征时被使用。这些产品在不考虑CPU和完整指令集的情况下可以有不同数量的存储量（如8048 / 8049）或者不同的外围功能（如在8021和8022）。ASM51是8051家族所有微控制器通用的编译器。大多数数字计算机都在内部使用二进制（基数为2）编号系统。所有的变量，常量，字母数字字符，编程语句，等，都用二

42、进制（“比特”）数组表示，每组都有数值0和1，计算机使用一次能移动和处理多少位来进行分类。MCS-51微控制器包含一个八位的中央处理单元（CPU）。大多数操作过程变量是八位宽。所有的随机存储器和只读存储器，所有其他寄存器都是八位宽。一个八位（“字节”）变量（如图4.2所示）可以假设成256个不同值中的其中之一，通常代表0和255之间的整数。其他类型的数字，指令，等等都是由一个或多个字节使用某些约定来体现的。例如，代表正数和负数，最高位（D7）表示其他7位的符号位，0代表正数，1代表负数，允许的整数范围在-128到+127之间。对于具有极大幅度的整数，几个字节被联合在一起，来表示多精度的符号或者

43、无符号整数-16/24或者更多的位宽。两位十进制数被打包成一个八位宽的二进制数，每个数使用四位二进制代码。这被称为二进制编码（BCD），通常在人机交互程序内部使用。字母数字字符（字母，数字，标点符号，等等）往往采用美标信息交换码（ASCII）代表。每个字符都与一个唯一的七位二进制数关联。因此，一个字节可能表示一个字符，一个系列（或“字符串”）的字节可能代表一个词或一个字母序列。由于ASCII码只使用128个字符的，字节的最高位不需要区分字符。经常D7的所有字符都设置为0。在一些编码方案中，D7是用来表示其他7位是“等价”的，必须设置或者清除以确保8位代码中的“1”的总数为偶数（偶校验）或者是奇

44、数（奇校验）。当需要时，8051内部会有硬件来计算奇偶校验。计算机程序是由特定的被CPU执行的一次一条语句的简单步骤组成的有序序列，这种被共同使用来解决用户的应用程序的方法或者步骤序列被称为“算法”。程序在计算机里用一系列二进制数进行存储，每个二进制数对应一个CPU能够执行的基本操作（操作码）。在8051中每个程序存储单元是一个自己。一个完整的指令是由一个包含一个或多个字节的序列组成的，其中第一个字节用来定义要被执行的操作，额外的字节（如果需要）保存额外的信息，例如数值或变量地址。没有一个指令的长度是超过三个字节的。将二进制操作码和修饰字节分配给CPU操作的方式被称为计算机的“机器语言”。直接

45、用机器语言写程序是费时和繁琐的。人类使用词语和概念进行思考而不是编码数字，所以每一条CPU操作和资源都被赋予一个名字和标准缩写（“助记符”）。当是用使用这些标准助记符，或者“汇编语言”时，程序更容易被讨论和可以以这种形式输入到英特尔智能800或第II系列的微机开发系统中。这种开发系统可以使用一种被称为编译器的程序机械的将汇编语言的“源”形式翻译成机器语言的“目标”代码。MCS-51编译器被称为ASM51。计算机的机器语言和汇编语言被当做一种展示工具来使用时有几个重要的差异。机器语言或指令集是一组程序正在运行时CPU能执行的操作集合，微控制器硬件设计严格决定了这套指令的全部功能。汇编语言是一种标

46、准的（虽然随便或多或少）符号集包括指令集助记符，但附加进一步简化程序设计过程的额外功能。例如，ASM51能创建和格式化程序列表，并有一些指令来分配变量存储和插入任意字节数到目标代码中创建常量表。此外，ASM51可以执行复杂的数学运算，计算地址或算术表达式求值，从而将程序员从这单调乏味的工作中解救出来。然而，这些计算只能在“汇编时间”中使用信息。例如8051在运行时以一次八位的速度执行算术运算。ASM51也可以做类似的一次16位的操作。8051每一个指令只能处理一个简单的步骤，而ASM51每一行源代码都能执行复杂的计算。然而，在编译时，由汇编语言执行的操作可能只能使用固定的参数值，程序开始执行之

47、前，值是未知的参数不是变量。例如，当汇编语言源代码被执行时，ASM51将在内部符号表中发现这些预先定义的常量“LOOP_COUNT”，增加值，乘三的总和，以及（如果它包括在-256和255之间）截断乘积到8位。当这种指令被执行时，8051的算术逻辑单元存储器将发生连续增加。一些类似的差异存在来区分数字系统（“基数”）规格。8051使用二进制来进行所有的计算（尽管有规定，结果要转换成十进制形式）。在编写一个程序的过程中，尽管，它可能更方便去指定常量使用一些其他的基数，例如基数10。在其他场合，它对于指定某些字符或字符串的ASCII码是可取的。ASM51允许每个汇编指令转换成二进制常量的一些表示方

48、法例如，二进制通过一系列的1和0（自然数）来表示汇编语言，后面跟一个字母“B”（表示二进制）；八进制数作为一系列的八进制数字（0-7），后面跟一个字母“O”（表示八进制）或者“Q”（这不代表任何意义，但看起来有点像一个“O”并且很少和零混淆）。十六进制数用一系列的十六进制数字（0-9，A-F）来表示，（你猜对了）后面跟着一个字母”H”。一个十六进制数字必须以一个十进制数字开始，否则，它看起来像一个用户定义的符号（稍后会被讨论）。一个“假”前导零可能被插入在第一个数字之前以满足这个约束。字符串“BACH”可能是一个巴洛克音乐合成常规的合法标签；字符串“OBACH”是一个十六进制常量BAC16。这

49、是一个增加0产生一个很大区别的例子。十进制数用一系列十进制数字来表示，后面可选择是否跟随一个“D”。如果一个数没有后缀，它可以被认为是十进制数，所以它最好不包含任何非十进制数。“0BAC”不是一个任何含义的合法表示。当一个程序需要一个ASCII码时，在两个符号之间装入所需字符（如在“#”），并且编译器将把它转换成相应的码值（在23H的情况下）。符号之间的字符串被转换成一系列的常数；“BACH” 变成了 42H, 41H, 43H, 48H。这些相同的规则被使用在整个相关的英特尔文档。表4.2说明了一些不同的数字格式。4.2A Digital Thermometer Using the AT89

50、C2051 Microcontroller4.2数字温度计采用AT89C2051单片机4.2.1Introduction4.2.1介绍这个注意事项系统介绍了实现一个具有内置的LCD和RS-485通信端口的简易数字温度计。它是围绕Atmel的AT89C2051处理器来设计的，一个来自达拉斯半导体的DS1620数字温度计/温控器，一个小的8x2的LED背光LCD，和一个RS485线路接口。这个系统，路图4.3所示，可以作为开发用户具体方案的一个基础，这些方案可以用在网络设备、独立的数据采集设备和控制设备中。由于它的低电流需求所以可以集中供电，由于其封装小，它可以被放置在几乎任何地方。4.2.2So

51、ftware4.2.2软件LCD驱动是完全用C语言编写，并在小存储模型的Micro-C（来自Dun-field开发系统）下进行编译。尽管一个基于堆栈的权威实现方案，Micro-C有一些相当合适的为小系统产生只读化存储器代码的特殊功能。通常操作会引起堆栈操作，堆栈操作由库函数组成，这些库函数全由人工编码而且进行了高级优化。作为一个额外的优点，Micro-C有全部的文档库源代码，所以在有问题出现时可以进行特殊修改。最初的几个传统的C语言库实现方案的函数包含在LCD驱动模块中。putString显示零终止字符串，仅仅通过了putchar字符，直到遇到一个空字节。putchar一次输出一个字符给LCD和处理换行符前移光标到下一行的开头。定位lcd按照调用者指定值来简单设置光标地址。清除lcd函数被用于清除整个液晶和家复位光标。这些函数将被继续关注，LCD与其实际的物理通信。由于大规模集成电路数