智能仪器原理第一章.ppt

1、第一章 智能仪器仪表与单片机应用系统概论,智能仪器仪表简介 智能仪器中的单片机 MCS-51与MCS-96系列单片机,1.1 智能仪器仪表简介 1.1.1 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。/,智能仪器有以下主要特性 （1）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； （3）软件代替大量的

2、硬件，硬件线路大大简化； （4）有多种输出形式。,智能仪器的优点 （1）测量精度高而且速度快； （2）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； （4）能实现复杂的控制功能，能改变仪表的功能； （5）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 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。 单片机的特点： （1）片内存储器容量小； （2）可靠性高，抗干扰能力强； （3）使用方便、灵活； （4）控制功能强，指令系统及硬件逻辑适合于工业控制要求； （5）产品开发周期短，开发效率高。/,单片机发展趋势： （1）目前8位、16位单片机广

3、泛应用，正在向 32位方向发展； （2）CPU处理速度不断提高； （3）存储器性能不断完善； （4）I/O性能不断提高； （5）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。 /,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； （2）实时性要求； （3）高可靠性的要求； （4）要求灵活的接口功能； （5）要求丰富多样的软件； （6）高性能价格比。,1.3 MCS-51与MCS-96系列单片机 1.3.1 MCS-51系列单片机 1.3.2 MCS-96系列单片机 MCS-96系列单片机为16位单片机，8098单片机是 MCS-96系列单片机中准16

4、位机。 8398内部带有掩膜ROM（8K字节），8795BH内部 带有ROM（8K字节），而8098为无片内ROM型。,18098的特性 8098单片机的基本特性如下： （1）一个17位算术逻辑单元适合于控制的指令系统； （2）256字节片内RAM寄存器； （3）可编程高速输入/输出机构HSI/HSO （4）四路带有采样/保持电路的10位A/D转换器； （5）一个同步/异步串行口； （6）一路8位可用于D/A转换的脉冲宽度调制输出PWM；,（7）多中断源的灵活的中断系统； （8）两个16位定时器/计数器； （9）四个16位软件定时器； （10）一个用于监视CPU工作的监视定时器； （11）16

5、位地址总线，寻址空间为64KB。 系统时钟612MHz。 /,28098内部结构及 引脚功能,第二章 单片机应用系统设计基础,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 2.1.1 MCS-51最小系统与最低功耗系统设计 1时钟振荡电路,2复位电路,3EPROM程序存储器 EPROM存储器2716（2K8位）、2732 （4K8位）、2764（8K8位）、27128 （16K8位）或27256 （32K8位）。 /,4地址锁存器 最常用的地址锁存器是74LS373，使能信号线 CE=0时，三态门

6、处于导通状态，允许Q端输出；当 CE=1时，三态门高阻态，Q端与总线相当于断开。 在CE=0情况下，若G=1时，输入与输出状态相同， 当G端为下降沿时，输入端的数据锁入Q中。 /,5MCS-51单片机最小应用系统,6MCS-51单片机最低功耗系统 CHMOS工艺的芯片87C51、80C51BH、0C31BH。 在正常工作时，功耗仅80mW。 两种节电运行方式： 等待方式功耗约15mW 掉电方式工作电压为2V，工作电流维持在50nA， CPU处在停止工作状态。 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 PCON设定（地址为78H）。/,PCON各位定义如下： SMOD：串

7、行口波特率倍增位。 SMOD=1时，串行口的方式1，2，3工作状态波特率加倍。 GF1，GF0：通用标志位 PD：掉电方式位。PD=1进入掉电方式。 IDL：等待方式位。IDL=1进入等待工作方式。 若PD，IDL同时为1，掉电方式优先。,（1）等待工作方式 送往CPU的时钟信号被封锁，CPU进入等待状 态，但时钟信号继续供给中断系统、定时/计数器和 串行口。 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PCON.0清零。这样就退出了等待方式。 （2）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， 只有RAM和SFR中的数据保留。此方式只可用硬件退出。/,注意地址线有上拉

8、电阻。 /,2.1.2 MCS-51单片机扩展系统 1程序存储器的扩展,2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编址。RAM存储空间的000000FFH内部与外部又是重叠编址，区别访问空间是使用不同指令。,3RAM掉电保持电路,A1、A2为电压比较器，D3提供3.5V电压Vr。当VCC 为5V时，R4上分压大于Vr，A2输出高点平，A4也为高， 则CE2为高，此时可对RAM存取。掉电时，A2输出低电平。,2.2 MCS-96系列单片机基本系统设计 2.1.1 8098单片机最小应用系统 2.1.2 8098单片机扩展系统 2.1.3 扩展系统中的E2PROM的应用,

9、2.1.1 8098单片机最小应用系统,2.1.2 8098单片机扩展系统,2.1.3 扩展系统中的E2PROM的应用,8031加载一个页面数据的子程序如下： MOV R1，#10H MOV DPTR，#YUDZ ；源地址 MOV R0，#MDL ；目的地址低位 MOV P2，#MDH LP1：MOVX A，DPTR MOV R2，A MOVX R0，A ；写入2864 INC DPTR ；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2864 XRL A，R2 ；与写入的最后的数

10、据异或 JB ACC.7，LP3 ；不等时再检测 INC R0 RET /,2.3 系统译码线路 2.3.1 译码器集成电路 常用译码线路是74LS138，74LS139，74LS154。 74LS138为三八译码器 74LS139为两二-四译码器 74LS154为四-十六译码器 /,2.3.2 单级译码,2.3.3 全地址多级译码,18255A引脚介绍 28255A工作方式的控制 38255A的工作方式 （1）方式0：基本输入输出方式,（2）方式1：选通输入输出方式,（3）方式2：选通双向输入输出方式,2.4.2 8155可编程并 行接口应用 18155引脚介绍 8155内部不仅有两 个8位

11、PIO口，一个6位 PIO口，而且还具有一 个14位的计数器及256个 字节的RAM。,AD0AD7：地址/数据总线 ALE： 地址锁存信号输入线 IO/M： RAM与IO口的选择线 CE： 片选信号线，低电平有效。 RD，WR：读、写控制输入线 RESET：复位线 TIMERIN：时钟信号输入线 TIMEROUT：时钟信号输出线 /,当IO/M0时，单片机对8155内部RAM进行读/写操 作，当IO/M1时，单片机对8155中的I/O口进行读/ 写，其编址如下： 00 命令/状态口 01 PA口 02 PB口 03 PC口 04 定时器低八位 05 定时器高八位 /,28155工作方式的控制

12、 （1）作片外256字节数据存储器 8031用：MOVX A，DPTR MOVX DPTR，A 8098用：STB AL，H LDB AL，H （2）作扩展I/O口使用 8155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； PA=1，A口定义为输出方式。 PB：PB=0，B口定义为输入方式； PB=1，B口定义为输出方式。 PC1，PC2： 00为ALT1：A口、B口定义为基本输入输出，C口为输入方式。 01为ALT3：A口选通输入输出，B口基本输入输出。 PC0为AI

13、NTR，PC1为ABF，PC2为ASTB，PC2为输出。,10为ALT4：A口、B口都为选通输入输出。 C口各位如下： PC5 PC4 PC3 PC2 PC1 PC0 BSTB BBF BINTR ASTB ABF AINTR 11为ALT2：A口、B口定义为基本输入输出，C 口为输出方式。 IEA：IEA=0禁止A口中断，IEA=1允许A口中断。 IEB：IEB=0禁止B口中断，IEB=1允许B口中断。,TM1，TM2： 00 空操作，不影响计数器操作。 01 停止定时器操作。 10 若定时器正在计数，长度减为1时停止计数。 11 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

14、；若正在计数，溢出后按 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 中断源，高电平有效。 /,（3）作定时器扩展用 8155片内有一个14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 口地址04H及05H单元。 计数常数在00023FFFH之间选择。 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。,2.4.3 8155与单片机接口 18155与MCS-51系列单片机接口 RAM字节地址：7E007EFFH I/O地址： 命令/状态口：7F00H PA口：7F01H PB口：7F02H PC口：7F03H 时器低八位：7F04H 定时

15、器高八位：7F05H,28155与8098单片机接口 RAM字节地址：7E00H7EFFH，共256个单元；I/O口地址：与图2.4.9地址编号一致。,若A口、B口作为基本输出口使用，C口作为基本输入口使用，定时器为方波发生器，对输入脉冲进行24分频，则8155中I/O口初始化程序如下： LD 20H，#7F04H LDB 22H，#18H STB 22H，20H+ LDB 22H，#40H STB 22H，20H LD 20H，#7F00H LDB 22H，#0C3H STB 22H，20H/,2.5 日历时钟与8098单片机接口 多功能的日历时钟芯片MC146818可以作为单片机系统的实时

16、日历时钟，它不仅可以计时，其内部还带有50个字节的RAM可供用户使用。 2.5.1 MC146818引脚介绍 MOT：接VDD时，使用莫托罗拉定时，接VSS时使用80系列定时。 OSC1，OSS2：外接晶振端。 AD0AD7：地址数据总线。 AS（ALE）：地址选通信号。 DS（RD）：数据选通或读信号。,R/W（WR）：写信号。 CKFS：时钟输出选频信号。 CKOUT：时钟输出端。 CS：片选信号。 IRQ：中断请求信号。 RST：芯片复位信号。 STBY：低电平时禁止对芯片的存取。 PS：电源检测。 SQW：方波输出端。,MC146818内部寄存器及RAM共64字节。其中50 个字节为普

17、通RAM；10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：,2.5.2 MC146818的内部设置 2.5.3 MC146818与8098单片机接口,STA：LDB AL，7F0DH LDB AL，#70H STB AL，7F0AH LDB AL，#82H STB AL，7F0BH ALRM：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， 日历时钟数据读出后送到8098内部RAM3033H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8098单片机改为8031时，对图2.5.1修改，其初始化程序如下： STA ：MOV DPTR，#7F0DH ；清除IRQ中断 MOVX A，DPTR MOV DPTR，#7F0AH MOV A，#70H ；复位 MOVX DPTR，A INC DPTR MOV A，#82H ；禁止更新，24小时制 MOVX DPTR，A,MOV DPTR，#7F01H；秒报时 MOV A，#00H MOVX DPTR，A INC DPL ；分报时 INC DPL M