单片机的80c31单片机AD转换电路系统设计.doc

80c31单片机A/D转换电路系统设计The Design Of A/D Conversion Circument System Of 80c31 MCU摘要A/D转换是单片机可以实现的基本功能，也是单片机的一个重要功能。A/D转换电路在人们的日常生活的各个方面，都得到了广泛的应用。本文就是基于80c31单片机的A/D转换电路系统的设计。该系统主要包含数据的采集，数据的处理和结果的显示。其中，单片机采用83c31，显示部分采用LED，转换部分采用ADC0809。关键词 80c31单片机 ADC0809 LED显示AbstractThe A/D conversion is the basic function of SCM,and also is a important one.The A/D conversion circument is widely used in all aspects of peoples life.This article is about the design of the A/D conversion circument system basied on 80c31 SCM.This system contains the collection of data,the process of data,and the display of data. The SCM uses the 80c31 model.Displayed part uses the LED.And the converter uses the ADC0809.Keywords 8031SCM ADC0809 display with LED目录前言1第1章 总体方案设计31.1 系统要求31.2 方案实现3第2章 单片机简介42.1 单片机学习应用的重要部分52.2 8031单片机硬件介绍72.3 8031指令系统102.4 8031软件设计13第3章 系统硬件设计153.1 模数转换模块153.2 锁存模块193.3 显示模块213.4 译码模块253.5 系统整体电路图27第4章 软件设计314.1 主程序框图314.2 显示程序框图324.3 A/D转换程序34结论35谢辞36参考文献37附录38前言单片机是工业控制领域内最理想的机种，在国外已经得到了广泛应用.国内应用单片机，大体始于1982年，短短的十几年时间内，发展极为迅速.1986年在上海召开了全国首届单片机开发与应用交流会上友表了130篇论文，其中应用方面的有90篇，开发方面的有40篇.有的地区还成立了单片机应用协会，如北京单片机应用协会等，足以显示出单片机的应用已日趋普及和深化，已形成一次全国性的高潮. 目前，单片机在工业控侧.航天系统、智能武器以及智能仪器仪表等方面都得到了广泛的应用.在我国推广使用单片机，具有特别重要的意义.它将有助于我国各行各业的技术改造和产品的更新换代.随着具有高速运算与数据处理能力的16位单片机的出现，单片机也开始渗透到数据处理的领域.单片机诞生于20世纪70年代末,单片机的发展历史可划分为以下几个阶段:第一阶段(1974年1976年):为单片机初级阶段,即SCM单片微型计算机(SingleChipMicrocomputer)阶段。主要是寻求最佳的单片形态嵌入式系统的最佳体系结构。因受工艺和集成度的限制,单片机采用双片形式。例如:仙童公司的F8必须外接一块3851电路才能构成一个完整的微型计算机。第二阶段(1976年1978年):为低性能单片机阶段,即单片机的控索阶段。以Intel公司的MCS48为代表。MCS48的推出是在工控领域的控索,参与这一控索的公司还有Motorola、Zilog等,都取得了满意的效果。这就是SCM的诞生年代,“单机片”一词即由此而来。此时的单片机由一块芯片构成,但性能低、品种少。它具有CPU、并行口、定时器、RAM及ROM。这是一个真正的单片机,但CPU功能不强,IO口种类和数量很少,其ROM和RAM也很有限。只能应用于比较简单的场合。例如,90年代中期以前的PC机键盘几乎无一例外地使用MCS-48系列单片机作为控制部件。第三阶段(1978年1982年):单片机的完善阶段。Intel公司在MCS48基础上推出了完善的、典型的单片机系列MCS51。它在以下几个方面奠定了典型的通用总线型单片机体系结构。完善的外部总线。MCS-51设置了经典的8位单片机的总线结构,包括8位数据总线、16位地址总线、控制总线及具有很多机通信功能的串行通信接口。CPU外围功能单元的集中管理模式。体现工控特性的位地址空间及位操作方式。指令系统趋于丰富和完善,并且增加了许多突出控制功能的指令。第四阶段(1982年1990年):8位单片机的巩固发展及16位单片机的推出阶段,也是单片机向微控制器发展的阶段。Intel公司推出的MCS96系列单片机,将一些用于测控系统的模数转换器、程序运行监视器、脉宽调制器等纳入片中,体现了单片机的微控制器特征。随着MCS51系列的广应用,许多电气厂商竞相使用80C51为内核,将许多测控系统中使用的电路技术、接口技术、多通道AD转换部件、可靠性技术等应用到单片机中,增强了外围电路功能,强化了智能控制的特征。第五阶段(1990年):微控制器的全面发展阶段。随着单片机在各个领域全面深入地发展和应用,出现了高速、大寻址范围、强运算能力的8位16位32位通用型单片机,以及小型廉价的专用型单片机。第1章 总体方案设计1.1 系统要求系统的设计要求如下：可以测量电压，输入电压范围是0-20V。可以显示测量的电压。显示测量的电压。测量输入的转速，并显示。可以计数，并显示。测量结果在LED内显示1.2 方案实现本课题是A/D转换电路的系统设计，使用 8031单片机作为其控制核心。通过软件编程实现各种控制功能。1）单片机具有丰富的接口及灵活的接口操作与扩展。通过其并行口可以很方便地实现单片机与LED显示器、检测电路等外设的连接;通过其串行口可实现本单片机系统与其他计算机之间的通讯。再使用串并转换的接口芯片，更能增强单片机的功能，提高它的使用效率。2）可实现操作自动化。单片机具有判断决策功能，输入信号变化后，经过内部的信号及数据处理会产生相应的控制信号送输出，从而实现对一些动作过程的智能控制。3) 单片机的结构简单，体积和功耗减小，而功能更强大，且价格可得到不同程度的降低。单片机控制器具有功能强、可靠性高、体积小、价格低的特点，在在工业控制过程中的应用是极具经济价值的。从信息转化和使用角度来看，它在工业控制过程中的任务主要包括以下几方面:1)实时数据采集:即对被控量的瞬时值进行采集和输入。2)实时决策:对输入量进行预定的数据及信息处理，决定下一步的控制过程。3)实时控制:根据决策，适时地对执行机构发出控制信号。实时性要求控制器在信号的输入、计算及输出等环节要在一定的时间内完成，若超出这个时间，轻则可靠性降低，重则控制将失去意义。第2章 单片机简介单片微型计算机简称为单片机，又称为微型控制器，是微型计算机的一个重要分支。单片机是70年代中期发展起来的一种大规模集成电路芯片，是CPU、RAM、ROM、I/O接口和中断系统于同一硅片的器件。80年代以来，单片机发展迅速，各类新产品不断涌现，出现了许多高性能新型机种，现已逐渐成为工厂自动化和各控制领域的支柱产业之一。8031单片机，它是8位高性能单片机。属于标准的MCS-51的HCMOS产品。它结合了HMOS的高速和高密度技术及CHMOS的低功耗特征，标准MCS-51单片机的体系结构和指令系统。 80C31内置中央处理单元、128字节内部数据存储器RAM、32个双向输入/输出(I/O)口、2个16位定时/计数器和5个两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内时钟振荡电路。但80C31片内并无程序存储器，需外接ROM。 此外，80C31还可工作于低功耗模式，可通过两种软件选择空闲和掉电模式。在空闲模式下冻结CPU而RAM定时器、串行口和中断系统维持其功能。掉电模式下，保存RAM数据，时钟振荡停止，同时停止芯片内其它功能。80C31有PDIP(40pin)和PLCC(44pin)两种封装形式。90年代后期至今单片机的发展可以说是进入了一个新的阶段,单片机正朝着高性能和多品种方向发展,发展趋势将是进一步向着CMOS化、低功耗、小体积、大容量、高性能、低价格和外围电路内装化等几个方面发展。其发展趋势主要有以下几个方面:1.CMOS化:近年,由于CHMOS技术的进步,大大地促进了单片机的CMOS化。CMOS芯片除了低功耗特性之外,还具有功耗的可控性,使单片机可以工作在功耗精细管理状态。这也是今后以80C51取代8051为标准MCU芯片的原因。因为单片机芯片多数是采用CMOS(金属栅氧化物)半导体工艺生产。CMOS电路的特点是低功耗、高密度、低速度、低价格。采用双极型半导体工艺的TTL电路速度快,但功耗和芯片面积较大。随着技术和工艺水平的提高,又出现了HMOS(高密度、高速度MOS)和CHMOS工艺,CMOS和HMOS工艺的结合。目前生产的CHMOS电路已达到LSTTL的速度,传输延迟时间小于2ns,它的综合优势已在于TTL电路。因而,在单片机领域CMOS正在逐渐取代TTL电路。2低功耗:单片机的功耗已到mA级,甚至到1uA以下;使用电压在36V之间,完全适应电池工作。低功耗化的效应不仅是功耗低,而且带来了产品的高可靠性、高抗干扰能力以及产品的便携化、低电压化。几乎所有的单片机都有WAIT、STOP等省电运行方式。允许使用的电压范围越来越宽,一般在36V范围内工作。低电压供电的单片机电源下限已可达12V。目前0.8V供电的单片机已经问世。低噪声与高可靠性为提高单片机的抗电磁干扰能力,使产品能适应恶劣的工作环境,满足电磁兼容性方面更高标准的要求,各单片机厂家在单片机内部电路中都采用了新的技术措施。3.大容量化:传统的单片机片内程序存储器一般为1K8K,片内数据存储器为256字节以下。在某些复杂的应用上,片内不论是程序存储器还是数据存储器都是容量不够,必须采用外接方式进行扩充。而新型单片机(例如PHILIPSP89C66x)片内程序存储器可达64K,片内数据存储器可达8K。今后,随着工艺技术的不断发展,单片机片内存储器容量将进一步扩大。4.单片机的高性能化:主要是指进一步提高CPU的性能,加快指令运算速度,并加强了位处理功能、中断、定时功能。其主频从4MHz12MHz向0MHz(全静态)40MHz以上发展。同时采用流水线结构,让指令以队列形式出现在CPU中,从而进一步提高运算速度。有的单片机基本采用了多流水线结构,这类单片机的运算速度要比标准的单片机高出10倍以上。5.外围电路内装化:这也是单片机发展的一个主流方面。随着集成度的不断提高,使将各种功能器件集成在片内成为可能。除了一般必须具有的CPU、ROM、RAM、定时器计数器等外,片内还可以根据需要集成如串行口、AD、DA,EEPROM、PWM、看门狗(WatchDog)、液晶显示(LCD)驱动器等多种功能部件。6.增强IO口功能:为了减少外部驱动芯片,进一步增加单片机并行口的驱动能力,现在有的单片机可直接输出较大电流(20mA)和高电压,以便直接驱动显示器。为进一步加快IO的传输速度,有的单片机设置了高速IO口,能以最快的速度捕捉外部数据的变化,同时以最快的速度向片外输出数据。以适合数据高速改变的场合。随着集成工艺的不断发展,单片机一方面向集成度更高、体积更小、功能更强、功耗更低方向发展,另一方面向32位以上及双CPU方向发展。2.1 单片机学习应用的重要部分2.1.1、总线我们知道，一个电路总是由元器件通过电线连接而成的，在模拟电路中，连线并不成为一个问题，因为各器件间一般是串行关系，各器件之间的连线并不很多，但计算机电路却不一样，它是以微处理器为核心，各器件都要与微处理器相连，各器件之间的工作必须相互协调，所以需要的连线就很多了，如果仍如同模拟电路一样，在各微处理器和各器件间单独连线，则线的数量将多得惊人，所以在微处理机中引入了总线的概念，各个器件共同享用连线，所有器件的8根数据线全部接到8根公用的线上，即相当于各个器件并联起来，但仅这样还不行，如果有两个器件同时送出数据，一个为0，一个为1，那么，接收方接收到的究竟是什么呢？这种情况是不允许的，所以要通过控制线进行控制，使器件分时工作，任何时候只能有一个器件发送数据（可以有多个器件同时接收）。器件的数据线也就被称为数据总线，器件所有的控制线被称为控制总线。在单片机内部或者外部存储器及其它器件中有存储单元，这些存储单元要被分配地址，才能使用，分配地址当然也是以电信号的形式给出的，由于存储单元比较多，所以，用于地址分配的线也较多，这些线被称为地址总线。 2.1.2、数据、地址、指令之所以将这三者放在一起，是因为这三者的本质都是一样的数字，或者说都是一串0和1组成的序列。换言之，地址、指令也都是数据。指令：由单片机芯片的设计者规定的一种数字，它与我们常用的指令助记符有着严格的一一对应关系，不可以由单片机的开发者更改。地址：是寻找单片机内部、外部的存储单元、输入输出口的依据，内部单元的地址值已由芯片设计者规定好，不可更改，外部的单元可以由单片机开发者自行决定，但有一些地址单元是一定要有的（详见程序的执行过程）。数据：这是由微处理机处理的对象，在各种不同的应用电路中各不相同，一般而言，被处理的数据可能有这么几种情况： 1，地址（如MOV DPTR，1000H），即地址1000H送入DPTR。 2，方式字或控制字（如MOV TMOD，#3），3即是控制字。 3，常数（如MOV TH0，#10H）10H即定时常数。 4，实际输出值（如P1口接彩灯，要灯全亮，则执行指令：MOV P1，#0FFH，要灯全暗，则执行指令：MOV P1，#00H）这里0FFH和00H都是实际输出值。又如用于LED的字形码，也是实际输出的值。 理解了地址、指令的本质，就不难理解程序运行过程中为什么会跑飞，会把数据当成指令来执行了。 2.1.3、P0口、P2口和P3的第二功能用法初学时往往对P0口、P2口和P3口的第二功能用法迷惑不解，认为第二功能和原功能之间要有一个切换的过程，或者说要有一条指令，事实上，各端口的第二功能完全是自动的，不需要用指令来转换。如P3.6、P3.7分别是WR、RD信号，当微片理机外接RAM或有外部I/O口时，它们被用作第二功能，不能作为通用I/O口使用，只要一微处理机一执行到MOVX指令，就会有相应的信号从P3.6或P3.7送出，不需要事先用指令说明。事实上不能作为通用I/O口使用也并不是不能而是（使用者）不会将其作为通用I/O口使用。你完全可以在指令中按排一条SETB P3.7的指令，并且当单片机执行到这条指令时，也会使P3.7变为高电平，但使用者不会这么去做，因为这通常会导致系统的崩溃。 2.1.4、程序的执行过程单片机在通电复位后8051内的程序计数器（PC）中的值为0000，所以程序总是从0000单元开始执行，也就是说：在系统的ROM中一定要存在0000这个单元，并且在0000单元中存放的一定是一条指令。 2.1.5、堆栈堆栈是一个区域，是用来存放数据的，这个区域本身没有任何特殊之处，就是内部RAM的一部份，特殊的是它存放和取用数据的方式，即所谓的先进后出，后进先出，并且堆栈有特殊的数据传输指令，即PUSH和POP，有一个特殊的专为其服务的单元，即堆栈指针SP，每当执一次PUSH指令时，SP就（在原来值的基础上）自动加1，每当执行一次POP指令，SP就（在原来值的基础上）自动减1。由于SP中的值可以用指令加以改变，所以只要在程序开始阶段更改了SP的值，就可以把堆栈设置在规定的内存单元中，如在程序开始时，用一条MOV SP，#5FH指令，就时把堆栈设置在从内存单元60H开始的单元中。一般程序的开头总有这么一条设置堆栈指针的指令，因为开机时，SP的初始值为07H，这样就使堆栈从08H单元开始往后，而08H到1FH这个区域正是8031的第二、三、四工作寄存器区，经常要被使用，这会造成数据的混乱。不同作者编写程序时，初始化堆栈指令也不完全相同，这是作者的习惯问题。当设置好堆栈区后，并不意味着该区域成为一种专用内存，它还是可以象普通内存区域一样使用，只是一般情况下编程者不会把它当成普通内存用了。 2.2 8031单片机硬件介绍2.2.1 8031引脚图 8031引脚图如下：图2.1 8031引脚图P0.0P0.7 P0口8位双向口线（在引脚的3932号端子）。 P1.0P1.7 P1口8位双向口线（在引脚的18号端子）。 P2.0P2.7 P2口8位双向口线（在引脚的2128号端子）。 P3.0P3.7 P3口8位双向口线（在引脚的1017号端子）。（1）P1口有单个功能：1、外部扩展存储器时，当做数据总线（如图1中的D0D7为数据总线接口） 2、外部扩展存储器时，当作地址总线（如图1中的A0A7为地址总线接口） 3、不扩展时，可做一般的I/O使用，但内部无上拉电阻，作为输入或输出时应在外部接上拉电阻。 P1口只做I/O口使用：其内部有上拉电阻。 （2） P2口有两个功能： 1、扩展外部存储器时，当作地址总线使用 2、做一般I/O口使用，其内部有上拉电阻； （3） P3口有两个功能： 除了作为I/O使用外（其内部有上拉电阻），还有一些特殊功能，由特殊寄存器来设置。 有内部EPROM的单片机芯片（例如8751），为写入程序需提供专门的编程脉冲和编程电源，这些信号也是由信号引脚的形式提供的， 即：编程脉冲：30脚（ALE/PROG） 编程电压（25V）：31脚（EA/Vpp） （4）单片机的备用电源：当外接电源下降到下限值时，备用电源就会经第二功能的方式由第9脚（即RST/VPD）引入，以保护内部RAM中的信息不会丢失。 （5） 单片机的上拉电阻：当作为输入时，上拉电阻将其电位拉高，若输入为低电平则可提供电流源；所以如果P0口如果作为输入时，处在高阻抗状态，只有外接一个上拉电阻才能有效。 （6）ALE/PROG 地址锁存控制信号：在系统扩展时，ALE用于控制把P0口的输出低8位地址送锁存器锁存起来，以实现低位地址和数据的隔离。（在后面关于扩展的课程中我们就会看到8051扩展 EEPROM电路，在图中ALE与74LS373锁存器的G相连接，当CPU对外部进行存取时，用以锁住地址的低位地址，即P0口输出。ALE有可能是高电平也有可能是低电平，当ALE是高电平时，允许地址锁存信号，当访问外部存储器时，ALE信号负跳变（即由正变负）将P0口上低8位地址信号送入锁存器。当ALE是低电平时，P0口上的内容和锁存器输出一致。关于锁存器的内容，我们稍后也会介绍。 在没有访问外部存储器期间，ALE以1/6振荡周期频率输出（即6分频），当访问外部存储器以1/12振荡周期输出（12分频）。从这里我们可以看到，当系统没有进行扩展时ALE会以1/6振荡周期的固定频率输出，因此可以做为外部时钟，或者外部定时脉冲使用。 （7）EA/VPP 访问和序存储器控制信号 1、接高电平时： CPU读取内部程序存储器（ROM） 扩展外部ROM：当读取内部程序存储器超过0FFFH（8051）1FFFH（8052）时自动读取外部ROM。 2、接低电平时：CPU读取外部程序存储器（ROM）。 在前面的学习中我们已知道，8031单片机内部是没有ROM的，那么在应用8031单片机时，这个脚是一直接低电平的。 3、8751烧写内部EPROM时：利用此脚输入21V的烧写电压。 （8）RST 复位信号：当输入的信号连续2个机器周期以上高电平时即为有效，用以完成单片机的复位初始化操作，当复位后程序计数器PC=0000H，即复位后将从程序存储器的0000H单元读取第一条指令码。 （9）XTAL1和XTAL2 外接晶振引脚。当使用芯片内部时钟时，此二引脚用于外接石英晶体和微调电容；当使用外部时钟时，用于接外部时钟脉冲信号。 （10）VCC：电源+5V输入 VSS：GND接地。2.3 8031指令系统2.3.1、传送操作助记符 代码 说明 MOV A,Rn E8EF 寄存器A MOV A,direct E5 dircet 直接字节送A MOV A,Ri ERE7 间接RAM送A MOV A,#data 74 data 立即数送A MOV Rn,A F8FF A送寄存器 MOV Rn,dircet A8AF dircet 直接字节送寄存器 MOV Rn,#data 787F data 立即数送寄存器 MOV dircet,A F5 dircet A送直接字节 MOV dircet,Rn 888F dircet 寄存器送直接字节 MOV dircet1,dircet2 85 dircet1 dircet2 直接字节送直接字节 MOV dircet,Ro 8687 间接RAM送直接字节 MOV dircet,#data 75 dircet data 立即数送直接字节 MOV Ri,A F6F7 A送间接RAM MOV Ri,#data 7677 data 直接字节送间接RAM MOV Ri,#data 7677 data 立即数送间接RAM MOV DPTR,#data16 90 data 158 16位常数送数据指针 data70 MOVC A,A+DPTR 93 由(A)+(DPTR)寻址的程序存贮 器字节选A MOVC A,A+PC 83 由(A)+(PC)；寻址的程序存贮器字节送A MOVX A,Ri E2E3 送外部数据（8位地址）送A MOVX A,DPTR E0 送外部数据（16位地址）送A MOVX Ri,A F2F3 A送外部数据（8位地址） MOVX DPTR,A F0 A送外部数据（16位地址） PUSH dircet C0 dircet 直接字节进栈，SP加1 POP dircet D0 dircet 直接字节退栈，SP减1 XCH A,Rn C8CF 交换A和寄存器 XCH A,dircet C5 dircet 交换A和直接字节 XCH A,Ri C6C7 交换A和间接RAM XCH A,Ri D6D7 交换A和间接RAM的低位 SWAP A C4 2.3.2、算术操作（A的二个半字节交换） ADD A,Rn 282F 寄存器加到A ADD A,dircet 25 dircet 直接字节加到A ADD A,Ri 2627 间接RAM加到A ADD A,#data 24data 立即数加到A ADD A,Rn 383F 寄存器和进位位加到A ADD A,dircet 35dircet 直接字节和进位位加到A ADD A,Ri 3637 间接字节和进位位加到A ADD A,data 34 data 立即数和进位位加到A ADD A,Rn 989F A减去寄存器和进位位 ADD A,dircet 95 dircet A减去直接字节和进位位 ADD A,Ri 3637 间接RAM和进位位加到A ADD A,data 34 data 立即数和进位位加到A SUBB A,Rn 989F A减去寄存器和进位位 SUBB A,dircet 95 dircet A减去直接字节和进位位 SUBB A,Ri 9697 A减去间接RAM和进位位 SUBB A,#data 94 data A减去立即数和进位位 INC A 04 A加1 INC Rn 080F 寄存器加1 INC dircet 05 dircet 直接字节加1 INC Ri 0607 间接RAM加1 DEC A 14 A减1 DEC Rn 181F 寄存器减1 DEC dircet 15 dircet 直接字节减1 DEC Ri 1617 间接RAM减1 INC DPTR A3 数据指针加1 MUL AB A4 A乘以B DIV AB 84 A除以B DA A D4 A的十进制加法调整 2.3.3、逻辑操作ANL A,Rn 585F 寄存器“与”到A ANL A,dircet 55 dircet 直接字节“与”到A ANL A,Ri 5657 间接RAm“与”到A ANL A,#data 54 data 立即数“与”到A ANL dircet A 52 dircet A“与”到直接字节 ANL dircet,#data 53 dircet data 立即数“与”到直接字节 ORL A,Rn 484F 寄存器“或”到A ORL A,dircet 45 dircet 直接字节“或”到A ORL A,Ri 4647 间接RAM“或”到A ORL A,#data 44 data 立即数“或”到A ORL dircet,A 42 dircet A“或”到直接字节 ORL dircet,#data 43 dircet data 立即数“或”到直接字节 XRL A,Rn 686F 寄存器“异或”到A XRL A,dircet 65 dircet 直接字节“异或”到A XRL A,Ri 6667 间接RAM“异或”到A XRL A,#data 64 data 立即数“异或”到A XRL dircet A 62 dircet A“异或”到直接字节 XRL dircet,#data 63 dircet data 立即数“异或”到直接字节 CLR A E4 清零 CPL A F4 A取反 RL A 23 A左环移 RLC A 33 A通过进位左环移 RR A 03 A右环移 RRC A 13 A通过进位右环移 2.3.4、控制程序转移ACALL addr 11 *1 addr(a7a0) 绝对子程序调用 LCALL addr 16 12 addr(158) 长子程序调用 addr(70) RET 22 子程序调用返回 RETI addr 11 32 中断调用返回 AJMP addr 11 1 addr(a7a6) 绝对转移 LJMP addr 16 02addr(158) 长转移 addr(70) SJMP rel 80 rel 短转移，相对转移 JMP A+DPTR 73 相对于DPTR间接转移 JZ rel 60 rel A为零转移 JNZ rel 70 rel A为零转移 CJNE A,dircet,rel B5 dircet rel 直接字节与A比较，不等则转移 CJNE A,#data,rel B4 data rel 立即数与A比较，不等则转移 CJNE A,Rn,#data,rel B8BF data rel 立即数与寄存器比较，不等则转移 CJNE Ri,#data,rel B6B7 data rel 立即数与间接RAM比较，不等则转移 DJNZ Rn,rel D8DF rel 寄存器减1，不为零则转移 DJNZ dircet,rel B5 dircet rel 直接字节减1，不为零则转移 NOP 00 空操作 *=a10a9a8l =a10a9a80 2.3.5、布尔变量操作CLR C C3 清零进位 CLR bit C2 清零直接位 SETB C D3 置位进位 SETB bit D2 置位直接位 CPL C B3 进位取反 CPL bit B2 直接位取反 ANL C,bit 82 dit 直接数“与”到进位 ANL C,/bit B0 直接位的反“与”到进位 ORL C,bit 72 bit 直接位“或”到进位 ORL C,/bit A0 bit 直接位的反“或”到进位 MOV C,bit A2 bit 直接位送进位 MOV bit,C 92 bit 进位送直接位 JC rel 40 rel 进位位为1转移 JNC rel 50 rel 进位位为0转移 JB bit,rel 20 bit rel 直接位为1相对转移 JNB bit,rel 30 bit rel 直接位为0相对转移 JBC bit,rel 10 bit rel 直接位为1相对转移，然后清零该位2.4 8031软件设计这里所说的开发过程并不是一般书中所说的从任务分析开始，我们假设已设计并制作好硬件，下面就是编写软件的工作。在编写软件之前，首先要确定一些常数、地址，事实上这些常数、地址在设计阶段已被直接或间接地确定下来了。如当某器件的连线设计好后，其地址也就被确定了，当器件的功能被确定下来后，其控制字也就被确定了。然后用文本编辑器（如EDIT、CCED等）编写软件，编写好后，用编译器对源程序文件编译，查错，直到没有语法错误，除了极简单的程序外，一般应用仿真机对软件进行调试，直到程序运行正确为止。运行正确后，就可以写片（将程序固化在EPROM中）。在源程序被编译后，生成了扩展名为HEX的目标文件，一般编程器能够识别这种格式的文件，只要将此文件调入即可写片。例如： ORG 0000H LJMP START ORG 040H START： MOV SP，#5FH ;设堆栈 LOOP： NOP LJMP LOOP ；循环 END ；结束第3章 系统硬件设计3.1 模数转换模块模数转换器 ，即A/D转换器，或简称ADC，通常是指一个将模拟信号转变为数字信号的电子元件。 通常的模数转换器是将一个输入电压信号转换为一个输出的数字信号。由于数字信号本身不具有实际意义，仅仅表示一个相对大小。故任何一个模数转换器都需要一个参考模拟量作为转换的标准，比较常见的参考标准为最大的可转换信号大小。而输出的数字量则表示输入信号相对于参考信号的大小。 模数转换器最重要的参数是转换的精度，通常用输出的数字信号的位数的多少表示。转换器能够准确输出的数字信号的位数越多，表示转换器能够分辨输入信号的能力越强，转换器的性能也就越好。 A/D转换一般要经过采样、保持、量化及编码4个过程。在实际电路中，有些过程是合并进行的，如采样和保持，量化和编码在转换过程中是同时实现的。 图3.1.1 A/D转换器原理图模数转换器分逐次逼近型转换器、闪烁型模数转换器、积分型模数转换器、- 转换器等等。逐次逼近型转换器包括1个比较器、1个数模转换器、1个逐次逼近寄存器（SAR）和1个逻辑控制单元。转换中的逐次逼近是按对分原理，由控制逻辑电路完成的。其大致过程如下：启动转换后，控制逻辑电路首先把逐次逼近寄存器的最高位置1，其它位置0，逐次逼近寄存器的这个内容经数模转换后得到约为满量程输出一半的电压值。这个电压值在比较器中与输入信号进行比较。比较器的输出反馈到数模转换器，并在下一次比较前对其进行修正。在逻辑控制电路的时钟驱动下，逐次逼近寄存器不断进行比较和移位操作，直到完成最低有效位（LSB）的转换。这时逐次逼近寄存器的各位值均已确定，逐次逼近转换完成。由于逐次逼近型模数转换器在1个时钟周期内只能完成1位转换。N位转换需要N个时钟周期，故这种模数转换器采样速率不高，输入带宽也较低。它的优点是原理简单，便于实现，不存在延迟问题，适用于中速率而分辨率要求较高的场合。图3.1.2 逐次逼近型转换器与一般模数转换器相比，闪烁型模数转换器速度是最快的。由于不用逐次比较，它对N位数据不是转换N次，而是只转换一次，所以速度大为提高。图3所示为N位闪烁型模数转换器的原理。转换器内有一定参考电压，模拟输入信号被同时加到2N-1个锁存比较器。每个比较器的参考电压由电阻网络构成的分压器引出，其参考电压比下一个比较器的参考电压高一个最低有效位。当模拟信号输入时，风参考电压比模拟信号低的那些比较器均输出高电平（逻辑1），反之输出低电平（逻辑0）。这样得到的数码称之为温度计码。该码被加到译码逻辑电路，然后送到二进制数据输出驱动器上的输出寄存器。 图3.1.3 闪烁型模数转换器积分型模数转换器称双斜率或多斜率数据转换器，是应用最为广泛的转换器类型。典型的是双斜率转换器，我们就以其为例说明积分型模数转换器的工作原理。双斜率转换器包括两个主要部分：一部分电路采样并量化输入电压，产生一个时域间隔或脉冲序列，再由一个计数器将其转换为数字量输出。 双斜率转换器由1个带有输入切换开关的模拟积分器、1个比较器和1个计数单元构成。积分器对输入电压在固定的时间间隔内积分，该时间间隔通常对应于内部计数单元的最大地数。时间到达后将计数器复位并将积分器输入连接到反板性（负）参考电压。在这个反极性信号作用下，积分器被“反向积分”直到输出回到零，并使计数器终止，积分器复位。 积分型模数转换器的采样速度和带宽都非常低，但它们的精度可以做得很高，并且抑制高频噪声和固定的低频干扰（如50Hz或60Hz）的能力，使其对于嘈杂的工业环境以及不要求高转换速率的应用有用（如热电偶输出的量化）。图3.1.4 积分型模数转换器本系统中采用的是ADC0809。ADC0809是采样分辨率为8位的、以逐次逼近存译码后的信号，只选通8路模拟输入信号中的一个进行A/D转换。图3.1.5 ADC0809引脚图3.1.1. 主要特性1）8路输入通道，8位AD转换器，即分辨率为8位。 2）具有转换起停控制端。 3）转换时间为100s 4）单个5V电源供电 5）模拟输入电压范围05V，不需零点和满刻度校准。 6）工作温度范围为-4085摄氏度 7）低功耗，约15mW。 3.1.2. 内部结构ADC0809是CMOS单片型逐次逼近式AD转换器，内部结构如图1322所示，它由8路模拟开关、地址锁存与译码器、比较器、8位开关树型DA转换器、逐次逼近 3.1.3. 外部特性（引脚功能）ADC0809芯片有28条引脚，采用双列直插式封装，如图1323所示。下面说明各引脚功能。 IN0IN7：8路模拟量输入端。 2-12-8：8位数字量输出端。 ADDA、ADDB、ADDC：3位地址输入线，用于选通8路模拟输入中的一路 ALE：地址锁存允许信号，输入，高电平有效。 START： AD转换启动脉冲输入端，输入一个正脉冲（至少100ns宽）使其启动（脉冲上升沿使0809复位，下降沿启动A/D转换）。 EOC： AD转换结束信号，输出，当AD转换结束时，此端输出一个高电平（转换期间一直为低电平）。 OE：数据输出允许信号，输入，高电平有效。当AD转换结束时，此端输入一个高电平，才能打开输出三态门，输出数字量。 CLK：时钟脉冲输入端。要求时钟频率不高于640KHZ。 REF（+）、REF（-）：基准电压。 Vcc：电源，单一5V。 GND：地。 3.1.4. ADC0809的工作过程首先输入3位地址，并使ALE=1，将地址存入地址锁存器中。此地址经译码选通8路模拟输入之一到比较器。START上升沿将逐次逼近寄存器复位。下降沿启动 AD转换，之后EOC输出信号变低，指示转换正在进行。直到AD转换完成，EOC变为高电平，指示AD转换结束，结果数据已存入锁存器，这个信号可用作中断申请。当OE输入高电平 时，输出三态门打开，转换结果的数字量输出到数据总线上。3.1.5 ADC0809与单片机的连接图3.1.6 ADC0809与单片机的连接3.2 锁存模块锁存器(Latch)是一种对脉冲电平敏感的存储单元电路，它们可以在特定输入脉冲电平作用下改变状态。所谓锁存器，就是输出端的状态不会随输入端的状态变化而变化，仅在有锁存信号时输入的状态被保存到输出，直到下一个锁存信号到来时才改变。典型的锁存器逻辑电路是 D 触发器电路。 锁存，就是把信号暂存以维持某种电平状态。锁存器的最主要作用是缓存，其次完成高速的控制其与慢速的外设的不同步问题，再其次是解决驱动的问题，最后是解决一个 I/O 口既能输出也能输入的问题。 在某些应用中，单片机的 I/O 口上需要外接锁存器。例如，当单片机连接片外存储器时，要接上锁存器，这是为了实现地址的复用。假设，MCU 端口其中的 8 路的 I/O 管脚既要用于地址信号又要用于数据信号，这时就可以用锁存器先将地址锁存起来。 8031访问外部存储器时口和口共做地址总线，口常接锁存器再接存储器。以防止总线间的冲突。而口直接接存储器。因为单片机内部时序只能锁住口的地址，如果用口传输数据时不用锁存器的话，地址就改变了。 看看8031单片机总线操作的时序图对我们很有帮助。由于数据总线、地址总线共用口，所以要分时复用。先送地址信息，由使能锁存器将地址信息锁存在外设的地址端，然后送数据信息和读写使能信号，在指定的地址进行读写操作。 使用锁存器来区分开单片机的地址和数据，51系列的单片机用的比较多，也有一些单片机内部有地址锁存功能，如8279就不用锁存器了。 本系统中锁存器使用六个74LS373。373为三态输出的八 D 透明锁存器,共有 54/74S373 和 54/74LS373 两种线路结构型式 图3.2.1 74LS373引脚图 图3.2.2 74LS373原理与时序图 373 的输出端 O0O7 可直接与总线相连。 当三态允许控制端 OE 为低电平时，O0O7 为正常逻辑状态，可用来驱动负载或总线。当 OE 为高电平时，O0O7 呈高阻态，即不驱动总线，也不为总线的负载，但锁存器内部的逻辑操作不受影响。 当锁存允许端 LE 为高电平时，O 随数据 D 而变。当 LE 为低电平时，O 被锁存在已建立的数据电平。 当 LE 端施密特触发器的输入滞后作用，使交流和直流噪声抗扰度被改善 400mV。 引出端符号： D0D7 数据输入端 OE 三态允许控制端（低电平有效） LE 锁存允许端 O0O7 输出端 DnLEOEOnHHLHLHLLXLLQ0XXH高阻态真值表： 3.3 显示模块 在数字系统中常见的数码显示器通常有：发光二极管数码管(LED数码管)和液晶显示数码管(LCD数码管)两种。发光二极管数码管是用发光二极管构成显示数码的笔划来显示数字，由于发二极管会发光，故LED数码管适用于各种场合。液晶显示数码管是利用液晶材料在交变电压的作用下晶体材料会吸收光线，而没有交变电场作用下有笔划不会听吸光，这样就可以来显示数码，但由于液晶材料须有光时才能使用，故不能用于无外界光的场合（现在便携式电脑的液晶显示器是用背光灯的作用下可以在夜间使用），但液晶显示器有一个最大的优点就是耗电相当节省，所以广泛使用于小型计算器等小型设备的数码显示。本系统采用发光二极管数码管。LED（Light Emitting Diode），发光二极管，是一种固态的半导体器件，它可以直接把电转化为光。LED的心脏是一个半导体的晶片，晶片的一端附 图3.3.1在一个支架上，一端是负极，另一端连接电源的正极，使整个晶片被环氧树脂封装起来。半导体晶片由两部分组成，一部分是P型1半导体，在它里面空穴占主导地位，另一端是N型半导体，在这边主要是电子。但这两种半导体连接起来的时候，它们之间就形成一个“P-N结”。当电流通过导线作用于这个晶片的时候，电子就会被推向P区，在P区里电子跟空穴复合，然后就会以光子的形式发出能量，这就是LED发光的原理。而光的波长决定光的颜色，是由形成P-N结材料的禁带宽度决定的。2.5米宽耐力板已由正成企业安装调试成功！大大改善采光效果。3.3.1. LED 的主要应用领域(1) 显示屏、交通讯号显示光源的应用LED 灯具有抗震耐冲击、光响应速度快、省电和寿命长等特点, 广泛应用于各种室内、户外显示屏, 分为全色、三色和单色显示屏, 全国共有100 多个单位在开发生产。交通信号灯主要用超高亮度红、绿、黄色LED, 因为采用LED 信号灯既节能, 可靠性又高, 所以在全国范围内, 交通信号灯正在逐步更新换代, 而且推广速度快, 市场需求量很大, 是个很好的市场机会; (2) 汽车工业上的应用汽车用灯包含汽车内部的仪表板、音响指示灯、开关的背光源、阅读灯和外部的刹车灯、尾灯、侧灯以及头灯等。汽车用白炽灯不耐震动撞击、易损坏、寿命短, 需要经常更换。1987年, 我国开始在汽车上安装高位刹车灯。由于LED响应速度快, 可以及早提醒司机刹车, 减少汽车追尾事故, 在发达国家, 使用LED 制造的中央后置高位刹车灯已成为汽车的标准件, 美国HP 公司在1996年 推出的LED 汽车尾灯模组可以随意组合成各种汽车尾灯。此外, 在汽车仪表板及其他各种照明部分的光源, 都可用超高亮度发光灯来担当, 所以均在逐步采用LED 显示。我国汽车工业正处于大发展时期, 是推广超高亮度LED 的极好时机。近几年内会形成年产10 亿元的产值, 5 年内会形成每年30 亿元的产值。 (3) LED 背光源以高效侧发光的背光源最为引人注目,LED 作为LCD 背光源应用, 具有寿命长、发光效率高、无干扰和性价比高等特点, 已广泛应用于电子手表、手机、BP 机、电子计算器和刷卡机上, 随着便携电子产品日趋小型化, LED 背光源更具优势,因此背光源制作技术将向更薄型、低功耗和均匀一致方面发展。LED 是手机关键器件, 一部普通手机或小灵通约需使用10 只LED 器件, 而一部彩屏和带有照相功能的手机则需要使用约20 只LED 器件。现阶段手机背光源用量非常大, 一年要用35 亿只LED 芯片。目前我国手机生产量很大, 而且大部分LED 背光源还是进口的, 对于国产LED 产品来说,这是个极好的市场机会。 (4)LED 照明光源早期的产品发光效率低, 光强一般只能达到几个到几十个mcd, 适用在室内场合, 在家电、仪器仪表、通讯设备、微机及玩具等方面应用。目前直接目标是LED 光源替代白炽灯和荧光灯, 这种替代趋势已从局部应用领域开始发展。日本为节约能源, 正在计划替代白炽灯的发光二极管项目( 称为 照亮日本) , 头五年的预算为50 亿日元,如果LED 替代半数的白炽灯和荧光灯, 每年可节约相当于60 亿升原油的能源, 相当于五个1.35 106kW 核电站的发电量, 并可减少二氧化碳和其它温室气体的产生, 改善人们生活居住的环境。我国也于2004 年投资50 亿大力发展节能环保的半导体照明计划4。 (5) 其它应用例如一种受到儿童欢迎的闪光鞋, 走路时内置的LED 会闪烁发光, 仅温州地区一年要用5 亿只发光二极管; 利用发光二极管作为电动牙刷的电量指示灯, 据国内正在投产的制造商介绍, 该公司已有少量保健牙刷上市, 预计批量生产时每年需要3 亿只发光灯; 正在流行的LED 圣诞灯,由于造型新颖、色彩丰富、不易碎破以及低压使用的安全性, 近期在香港等东南亚地区销势强劲, 受到人们普遍的欢迎, 正在威胁和替代现有电泡的圣诞市场3.3.2. LED的内在特征1）、体积小LED基本上是一块很小的晶片被封装在环氧树脂里面，所以它非常的小，非常的轻。 2）、耗电量低LED耗电相当低，一般来说LED的工作电压是2-3.6V。工作电流是0.02-0.03A。这就是说：它消耗的电能不超过0.1W。 3）、使用寿命长在恰当的电流和电压下，LED的使用寿命可达10万小时。 4）、高亮度、低热量LED使用冷发光技术，发热量比普通照明灯具低很多。 5）、环保LED是由无毒的材料作成，不像荧光灯含水银会造成污染，同时LED也可以回收再利用。 6）、坚固耐用LED是被完全的封装在环氧树脂里面，它比灯泡和荧光灯管都坚固。灯体内也没有松动的部分，这些特点使得LED可以说是不易损坏的。 （1）高节能：节能能源无污染即为环保。直流驱动，超低功耗（单管0.03-0.06瓦）电光功率转换接近100%，相同照明效果比传统光源节能80%以上。 （2）寿命长：LED光源有人称它为长寿灯，意为永不熄灭的灯。固体冷光源，环氧树脂封装，灯体内也没有松动的部分，不存在灯丝发光易烧、热沉积、光衰等缺点，使用寿命可达6万到10万小时，比传统光源寿命长10倍以上。 （3）多变幻：LED光源可利用红、绿、蓝三基色原理，在计算机技术控制下使三种颜色具有256级灰度并任意混合，即可产生25625625616777216种颜色，形成不同光色的组合变化多端，实现丰富多彩的动态变化效果及各种图像。 （4）利环保：环保效益更佳，光谱中没有紫外线和红外线，既没有热量，也没有辐射，眩光小，而且废弃物可回收，没有污染不含汞元素，冷光