单片机系统的设计.doc

第4章 单片机系统的设计 4.1 引言 用V/F变换器作A/D转换时，通常由一些硬件电路如振荡器、二分频器、计数器和门电路组成，而由计数器计得的计数值即A/D转换结果再通过接口电路送入微计算机进行处理，较为复杂和不便，或者采用F/BCD变换电路将V/F变换器输出的频率信号变为BCD码再通过接口电路送入微计算机，也较为复杂，而且还要对BCD码进行变换。这些方法成本都较高。 本设计介绍一种以单片机直接与V/F变换器接口进行A/D转换的方法，不须额外的硬件电路，完全利用单片机内部的硬件资源，简单方便，成本最低，大大地提高了V/F变换器作为A/D转换电路的可行性。 当前，单片机特别是Intel公司的MCS-51系列单片机已在智能仪器仪表和过程控制等方面得到广泛应用，大有取代Z80之势，因此A/D转换电路与单片机的接口方法也是人们所关注的。下面将主要介绍MCS-51系列的单片机8031为主控器件的硬件电路。 4.2 主控器Intel 8031简介 图4-1 8031引脚图 Fig.4-1 8031 cite-feet figure 根据应用系统功能要求,考虑低成本、小体积等因素,本设计采用Intel 8031单片微计算机。Intel 8031是MCS-51系列单片机目前使用最多的一种基本产品，在它的内部包括一个8位的CPU，128个字节的RAM，21个特殊功能寄存器(SFR)，4个8位并行I/O口，1个全双工的串行口，2个16位的定时器、计数器。但Intel 8031片内无程序存储器，因此，必须外扩EOPROM芯片存放用户程序。 Intel 8031的引脚配置如图4-1所示，40条引脚按功能来分，可分为三部分。 4.2.1 Intel 8031的引脚 4.2.1.1 电源及时钟引脚 包括电源引脚VCC、VSS，时钟引脚XTAL1、XTAL2。 电源引脚接入单片机的工作电源。 VCC(40脚)：接＋5 V电源； VSS(20脚)：接地。 时钟引脚外接晶体时与片内的反相放大器构成一个振荡器，它提供单片机的是时钟控制信号。时钟引脚也可外接晶体振荡器。 XTAL1(19脚)：接外部晶体的一个引脚。在单片机内部，它是一个反相放大器的输入端。当采用外接晶体振荡器时，此引脚外接地。 XTAL2(18脚)：接外部晶体的另一端在单片机内部接至反相放大器的输出端。若采用外部振荡器时，该引脚接收振荡器的信号，即把此信号直接接到内部时钟发生器的输入端。 4.2.1.2 控制引脚 包括RESET（即RST）、,此类引脚提供控制信号，有些引脚具有复杂功能。 (1)RST/VPD(9脚) 当振荡器运行时，在此引脚加上两个机器周期的高电平将使单片机复位（RST）。复位后应使此引脚电平为≤0.5 V的低电平，以保证单片机正常工作。 掉电期间，此引脚可接上备用电源(VPD)，以保值内部RAM中的数据不流失。当VCC下降到低于规定值，而VPD在其规定的电压范围内（5±0.5V）时，VPD就向内部RAM提供备用电源。 (2)ALE/(30脚) 当单片机访问外部存储器时，ALE（地址锁促允许）输出脉冲的下降沿用于锁存16位地址的低8位。即使不访问外部存储器，ALE端有周期性正脉冲输出，其频率为振荡器频率的1/6。但是，每当访问外部数据存储器时，在两个机器周期中ALE只出现一次，即丢失一个ALE脉冲。ALE端可以驱动8个TTL负载。 对于片内具有EPROM型的单片机8751，在EPROM编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。 (3)(29脚) 此输出为单片内访问外部程序存储器的读选通信号。在从外部程序存储器取指令（或常数）期间，每个机器周期信号将不出现。同样可以驱动8个TTL负载. (4) /VPP(31脚) 当端保持高电平时，单片机访问内部程序存储器，但在PC（程序计数器）值超过OFFFH时，将自动转向执行外部程序存储器内的程序。当端保持低电平时，则只访问外部程序存储器，不管是否有内部程序存储器。对8031来说，因其无内部程序存储器，所以该脚必须接地，这样只能选择外部程序存储器。 4.2.1.3 输入/输出引脚 输入/输出（I/O）口引脚包括P0口、P1口、P2口和P3口。 (1)P0口（P0.0～P0.7） 双向8位三态I/O口，此口为地址总线低8位及数据总线分时复用口，可带8个LS TTL负载。 (2)P1口（P1.0～P1.7） 8位准双向I/O口（作为输入时，口锁存器置1），可带4个LS TTL负载。 (3)P2口（P2.0～P2.7） 8位准双向I/O口，与地址总线高8位复用，可驱动4个LS TTL负载。 (4)P3口（P3.0～P3.7） 8位准双向I/O口，为双功能复用口，可带4个LS TTL负载。 4.2.2 Intel 8031的内部结构 单片机8031内部总体