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MCS-51

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MCS-51单片机

MCS-51单片机

口的位结构： （2）P1口的位结构 ） 口的位结构
• P1口作通用I/O口使用，因电路结构上输出驱动部分 P1口作通用I/O口使用， 口作通用I/O口使用 上拉电阻。 一样， 接有上拉电阻 当作输入时， PO一样 接有上拉电阻。当作输入时，同PO一样，要先对该口 写“1”。 。
读锁存器 1 内部总线 写锁存器 Q P1.x 锁存器 CL Q D 2 读引脚 Vcc
内部上拉电阻 P1.x 引脚 T
(b)P1口位结构
（3）P2口的位结构 ） 口的位结构
P2口的位结构比P1多了一个转换控制部分， P2口作通 P2口的位结构比P1多了一个转换控制部分，当P2口作通 口的位结构比P1多了一个转换控制部分 I/O口时 多路开关MUX倒向左； 口时， MUX倒向左 用I/O口时，多路开关MUX倒向左；
作输入口， 用P1.4～P1.7作输入口，采用位操作。 ～ 作输入口 采用位操作。 • 小结： 小结： ORG 0000H L1：MOV C， P1.4端口，即 ， • ： 、单片机的I/O端口， 1、单片机的 端口 MOV P1.0，C ， 可用作输入口， 可用作输入口，也可用 MOV C， ， 作输出口； 作输出口； P1.5 MOV P1.1，C ， • 2、所有口线均可单独使 、 MOV C， P1.6 ， MOV P1.2， ， 用与控制； 用与控制； C MOV C， P1.7 ， • 3、每个端口均可当做一 、 MOV P1.3，C ， 位并行口单独使用。 个8位并行口单独使用。 位并行口单独使用 SJMP L1
MCS-51单片机的并行口 一、MCS-51单片机的并行口
• 1、概述： 概述：
• MCS-51有四个并行双向I/O口： MCS-51有四个并行双向I/O口 有四个并行双向I/O 口和P P0口、P1口、P2口和P3口 • 当作I/O口时，可按字节或位操作 当作I/O口时，可按字节 I/O口时 字节或 • 按位操作时，表示为：P0.0～P0.7 按位操作时 表示为： ～ P1.0～P1.7; P2.0～P2.7 ; P3.0～P3.7 ～ ～ ～ • 按字节操作：表示为P0、P1、P2、P3 按字节操作：表示为 、 、 、

第2章MCS-51单片机基本结构

第2章MCS-51单片机基本结构
令和四周期指令。
2.1.4
复位和复位电路
单片机在重新启动时都需要复位，MCS-51 系列单片机有一个复位引脚输入端RST。 1. MCS-51系列的单片机复位方法为：在RST上加
一个维持两个机器周期（24个时钟周期）以上
的高电平，则单片机被复位。 2. 复位时单片机各部分将处于一个固定的状态。
复位后单片机各单元的初始状态
R2 2 00
2 2u F
R S T/VP D
R1 1K
V ss
GND
未稳压电源
WDI R1 PFI MR R2 MAX813L P1.0
RESET
WDO
﹠
RST MCS-51
“看门狗”复位电路
2.1.5 MCS-51单片机的引脚功能
MCS-51单片机采用40脚双列直插式封装形式，主要包括以 下几个部分： 1. 电源引脚Vcc和Vss Vcc(40脚)：电源端，为十5V； Vss(20脚)：接地端 ，GND。 2. 时钟电路引脚XTAL1和XTAL2 XTAL1为内部振荡电路反相放大器的输入端 。 XTAL2为内部振荡电路反相放大器的输出端 。 3. 控制信号引脚RST、ALE、PSEN和EA 4. I／O(输入／输出)端口P0、P1、P2和P3 5. MCS-51单片机P3口的第二功能
单片机各种周期的关系图
机器周期 S1 S2 S3 S4 S5 S6 P1 P2 P1 P2 P1 P2 P1 P2 P1 P2 P1 P2
时钟周期 状态周期
1个机器周期=6个状态周期=12个时钟周期
4、指令周期: 它是指CPU完成一条操作所需的全部
时间。 每条指令执行时间都是有一个或几个机器周
期组成。MCS - 51 系统中, 有单周期指令、双周期指

MCS-51指令系统

MCS-51指令系统

❖ 目的操作数寻址方式（3种）：
直接寻址、寄存器寻址、寄存器间接寻址
除了目的操作数为ACC的指令影响奇偶标志P外，一般不影响
标志位。2022/2/15
16
3.3.1 十六位数的传递指令（1条）
MOV DPTR，#data16
8051是一种8位机，这是唯一的一条16位立即数传递指 令。功能：将一个16位的立即数送入DPTR中去。其中 高8位送入DPH，低8位送入DPL。
2022/2/15
2
常用符号 Rn：工作寄存器中的寄存器R0、R1…R7之一，
Ri：工作寄存器中的寄存器R0或R1
#data：8位立即数
#data16：16位立即数 direct：片内RAM或SFR的地址（8位）
@间接寻址寄存器
Bit：片内RAM或SFR的位地址 addr11：11位目的地址
addr16：16位目的地址
者内容相加，结果作为操作数的地址。
常用于查表操作。 ❖ MCS-51
操作数在程 序存储器中
MOVC A， @A+DPTR ；(A+DPTR) →A
MOVC A， @A+PC ； PC+1 →PC，(A+PC)→A
2022/2/15
10
如：MOVC A，@A+DPTR 设DPTR=2000H，A=E0H
常用于跳转指令。 如: JC 23H 若C=0，不跳转； C=1，跳转.
2022/2/15
12
如：JC 23
程序存储区
1000H 40 1001H 23 1002H 30
当前PC …
…
1024H 47 1025H 45
指令代码
23H

MCS51

MCS51

机，当然，功能或多或少有些改变，以满足不同的需求，其中89C51就是这几年在我国非常流行的单片机，它是由美国ATMEL公司开发生产的。

cpu组成运算器一、 MCS51的CPU由运算器和控制器组成。

1、运算器运算器以完成二进制的算术/逻辑运算部件ALU为核心，再加上暂存器TMP、累加器ACC、寄存器B、程序状态标志寄存器PSW及布尔处理器。

累加器ACC是一个八位寄存器，它是CPU中工作最频繁的寄存器。

在进行算术、逻辑运算时，累加器ACC往往在运算前暂存一个操作数（如被加数），而运算后又保存其结果（如代数和）。

寄存器B主要用于乘法和除法操作。

标志寄存器PSW也是一个八位寄存器，用来存放运算结果的一些特征，如有无进位、借位等。

其每位的具体含意如下所示：对用户来讲，最关心的是以下四位。

（1）?进位标志CY（PSW?7）。

它表示了运算是否有进位（或借位）。

如果操作结果在最高位有进位（加法）或者借位（减法），则该位为1，否则为0。

（2）?辅助进位标志AC。

又称半进位标志，它指两个八位数运算低四位是否有半进位，即低四位相加（或减）是否进位（或借位），如有AC为1，否则为0。

（3）?溢出标志位OV。

MCS－51反映带符号数的运算结果是否有溢出，有溢出时，此位为1，否则为0。

（4）?奇偶标志P。

反映累加器ACC内容的奇偶性，如果ACC中的运算结果有偶数个1（如11001100B，其中有4个1），则P为0，否则，P=1。

由于PSW存放程序执行中的状态，故又叫程序状态字。

运算器中还有一个按位（bit）进行逻辑运算的逻辑处理机（又称布尔处理机）。

控制器2、控制器控制器是CPU的神经中枢，它包括定时控制逻辑电路、指令寄存器、译码器、地址指针DPTR及程序计数器PC、堆栈指针SP等。

这里程序计数器PC是由16位寄存器构成的计数器。

要单片机执行一个程序，就必须把该程序按顺序预先装入存储器ROM的某个区域。

单片机动作时应按顺序一条条取出指令来加以执行。

MCS51单片机的结构

MCS51单片机的结构

MCS51单片机的结构MCS-51单片机是Intel公司设计开发的一种高度集成的8位微控制器（microcontroller），主要应用于嵌入式系统中。

它采用了Harvard 架构，包含一个CPU核心、片内存储器、外围接口和定时器/计数器等功能模块。

在本文中，我将详细介绍MCS-51单片机的结构。

MCS-51单片机的结构主要分为以下几个部分：1.中央处理器（CPU）核心：MCS-51单片机的CPU核心采用了8位的数据总线和地址总线，以及一组功能强大的指令集。

该CPU支持多种指令，包括数据传送指令、算术逻辑指令、位操作指令和条件跳转指令等。

它还包括一个累加寄存器和标志寄存器，用于存储操作数和标志位信息。

2.存储器部分：MCS-51单片机包含片内存储器和片外存储器。

片内存储器主要用于存储程序代码和数据，包括ROM（只读存储器）和RAM（随机存储器）。

ROM用于存储程序代码，RAM用于存储数据和临时变量。

片外存储器通过地址线和数据线与单片机连接，可以扩展存储器容量。

3.输入输出（I/O）接口：MCS-51单片机通过多个I/O口与外部世界进行数据交互。

每个I/O 口包含一组引脚，可以用作输入或输出。

这些引脚可以通过配置寄存器来选择其功能。

MCS-51单片机还支持中断输入，可以用于实现外部设备的中断功能。

4.定时器/计数器（Timer/Counter）：MCS-51单片机内置了多个定时器/计数器模块，用于生成精确的时间延迟或测量外部事件的时间间隔。

定时器可以产生周期性的中断信号，用于实现定时任务。

计数器可以计数外部事件的脉冲数量，用于测量时间间隔。

5.串行通信接口：MCS-51单片机内置了一个串行通信接口，可以用于与其他设备进行数据传输。

该接口支持异步串行通信协议，如UART（通用异步收发器）或SPI（串行外围接口）等。

它可以通过配置寄存器来设置通信参数，如波特率和数据格式等。

6.时钟电路：MCS-51单片机需要一个精确的时钟源来驱动内部运算和外设操作。

MCS-51单片机的内部结构

MCS-51单片机的内部结构

§ 2.2.2 控制器
1.程序计数器PC ( Program Counter )；
程序计数器PC：程序地址指示器，是16位专用 寄存器，其内容表示下一条要执行的指令的16位 地址。
PC具有自动加1的功能。 系统复位后，PC=0000H。
§ 2.2.2 控制器
§2.2.1 运算器
（3）程序状态字PSW（字节地址：D0H）
寄存当前指令执行的某些状态；反映指令执行结果的一些 特征。
1)四个状态标志位
C：进位标志位 AC：半进位标志位 P：奇偶标志位 OV：溢出标志位
2)设定标志位 F0、F1标志位：用户标志位 RS1、RS0：工作寄存器组 指针
§2.2.1 运算器
（2）基本结构： 1)CPU 2)存储器 3)输入/输出 接口电路 4)总线
§2.1 MCS-51单片机结构
总 体 结 构
§2.1 MCS-51单片机结构
基本特性
•CPU :8位 •存储器:
•128字节RAM •21个专用寄存器（亦称特殊功能寄存器SFR） •4K字节ROM存储器 •并行口:4个8位并行口 •串行口:1个全双工的串行口 •定时器/计数器:2个16位的定时器/计数器 •中断系统:5个中断源,两个中断优先级 •寻址范围: 64K字节（程序存储区和外部数据存储区各64K）
RS1 RS0 00 01 10 11
寄存器区 0区 1区 2区 3区
§2.2.1 运算器
程序状态字
Cy AC F0 RS1 RS0 OV F1 P
⑤溢出标志OV： Overflow flag
作有符号数进行算术运算时，若计算结果超出-128~+127 范围，则OV置1，否则置0。
§2.2.1 运算器

MCS-51


MCS-51单片机的内部结构图
存放程序、原 始数据或表格 存放可读 写数据 实现定时和计 数功能
完成运算和 控制功能
实现数据的并 行输入/输出
实现单片机之间或 与其他设备之间的 串行数据传送
满足控制 应用需要
MCS-51单片机的外部引脚
主电源引脚（+5V） 可编程输入/ 输出引脚 控制引脚（复位引脚） 控制引脚 可编程输入 /输出引脚 可编程输入/ 输出引脚 外接晶振引脚 主电源引脚（接地） 可编程输入/ 输出引脚
MCS-51单片机
MCS-51单片机的基本结构
• • • • • • • • • （1）一个8位算数逻辑单元CPU； （2）32个I/O口； （3）4组8位端口可单独寻址； （4）两个16位定时/计数器； （5）全双工串行通信； （6）6个中断源（5个中断向量）； （7）两个中断优先级； （8）128B内置RAM； （9）独立的64KB可寻址数据和代码区。
RD（外部数据存储器读选通）
MCS-51单片机的I/O口
• MCS-51系列单片机有4个8位的并行 I/O接口：P0、P1、P2和P3口。 • 这4个口既可以作输入，也可以作输
出；既可以按字节处理，也可以按
位方式处理。 • 其输出时具有锁存能力，输入时具 有缓冲功能。
MCS-51单片机的内部存储器配置

P3口第二功能
引脚 第二功能 引脚 第二功能 P3. 4 P3. 5 P3. 6 P3. 7
P3.0 RXD（串行输入口）
T0（定时器0外部输入）
P3.1 TXD（串行输出口）
T1（定时器1外部输入）
P3.2 INT0（外部中断0输入）
WR（外部数据存储器写选通）
P3.3 INT1（外部中断1输入）

第5章MCS-51的中断系统


例：写出INT1为低电平触发的中断系统初始化程序
SETB EA； SETB EX1 SETB PX1 CLR IT1
二、 中断服务程序
1、编写中断程序应注意以下几点： ① 为了要跳到用户设计的中断服务程序，在相应入口 地址安排一条跳转指令； ② 在中断服务程序的末尾，安排一条返回指令RETI； ③ 由于在响应中断时，CPU只自动保护断点，所以 CPU的其他现场的保护和恢复也必须由用户在中断服 务程序中安排。
1、T0/T1中断撤除：自动清除TF0 TF1
2、TX/RX中断撤除：不能自动撤除，必须软件清“0” CLR RI CLR TI ANL SCON ，#0FCH
3、外部中断请求的撤除
对于负边沿触发的外部中断，CPU在响应中断后是 用硬件自动清除中断请求标志IE0或IE1。
电平触发时，虽然自动清除中断请求标志IE0或IE1。但 不及时撤除低电平的话会重复响应中断，必须采取措施。
中断允许寄存器IE的单元地址是A8H，各控制位也可 位寻址，故既可以用字节传送指令也可以用位操作指 令来对各个中断请求加以控制。 例：开放T/C1的溢出中断
MOV IE，#88H；
SETB EA SETB ET1
二、 对中断优先级的控制
MCS-51具有两个中断优先级，可由软件设置每个中断 源为高优先级中断或低优先级中断，可实现二级中断 嵌套。
可在中断服务程序开 头安排如下程序： INSVR:ANL P1 ,#0FEHORL Fra bibliotek1,#01H …
RETI END
§4 中断系统的初始化及应用
一、中断系统的初始化 中断初始化是指用户对TCON、SCON、IE等特殊功能 寄存器中的各控制位进行赋值。
中断系统的初始化步骤： 1、 CPU开中断或关中断 2、 某中断源中断请求的允许或禁止（屏蔽） 3、 设定所用中断的中断优先级 4、若为外部中断，则应规定低电平还是负边沿的中断 触发方式

第1章 MCS-51单片机结构


第1章 MCS-51单片机结构
1.2.2
外部数据存储器
用于存放随机读写的数据。 外部I/O口地址影像区。 MCS-51单片机的外部数据存储器和外部I/O口实行统一编址 ， 并使用相同的RD WR作选通控制信号，均使用 MOVX 指令访 问。 MCS-51 单片机最多可扩展64KB外部数据存储器
1.2.3 内部数据储存器
MCS-51仅能实现两个8位二进 制数的算术逻辑运算！
第1章 MCS-51单片机结构
2. 控制器
（1）组成： 定时与控制部件，复位电路，程序计数器 （PC），指令寄存器、指令译码器，数据指针 （DPTR）,堆栈指针（SP）等 （2）作用：产生计算机所需的时序，控制程序自动执行。
外RAM, EPROM, 外I/O CPU
第1章 MCS-51单片机结构
程序存储器中的几个特殊地址的使用：
地址
0000H 0003H 000BH 0013H 001BH 0023H
用途
复位操作后的程序入口 外部中断0服务程序入口 定时器0中断服务程序入口 外部中断1服务程序入口 定时器1中断服务程序入口 串行口中断服务程序入口
串行口中断入口 T1中断入口 T0中断入口 中断入口 INT1
在8051/8751/89C51 片内，分别内置最低地 址空间的4KB ROM/EPROM程序储存器（内部程序储 存器），而在8031片内，则无内部程序储存器， 必须外部扩展EPROM。MCS-51单片机中64KB内、外 程序储存器的地址是统一编排的。
第1章 MCS-51单片机结构
8031单片机无内部程序存储器，地址从0000H～ EA 应始终接地， FFFFH都是外部程序存储空间。 对于内部有ROM的单片机（51、52系列） ， EA 引脚接高电平，使程序从内部ROM开始执行。当PC 值超出内部ROM的容量时，会自动转向外部程序存 储器空间。外部程序存储器地址空间为1000H～ FFFFH。 访问程序存储器使用MOVC指令。 单片机执行程序时由PC 指示地址, 复位时PC内 容为0000H, 由此, 程序必须从0号单元开始存放.

第3章 MCS-51指令系统


16
MCS-51单片机指令系统
MCS-51单片机指令系统包括111条指令 按功能可以划分为以下5类：
1. 数据传送和交换指令（29条）
2. 算术运算指令（24条） 3. 逻辑运算指令（24条） 4. 控制转移指令（17条） 5. 位操作指令（17条）
17

数据传送和交换类指令主要有以下几种：
1. 2. 3.

30H
Eg:MOV 30H,#33H 33H
30H
XX 30H
33H
30H
31H
Eg:MOV 30H,31H
55H
XX
55H
25
A

30H XX
地址
30H 33H
Eg:MOV 30H, A
33H
R0
Eg:MOV 30H,@R0
55H
取出
30H 78H 30H
55H
R3
78H
30H XX

55H
MOV A , 30H
XX 55H
30H
A
6
3、寄存器寻址
寄存器寻址是指将操作数存放于寄存器中，寄存器包括工作寄 存器R0~R7、累加器A、通用寄存器B、地址寄存器DPTR等。 数据存放在R0~R7中的某个通用寄存器内，或者放在某个专用 寄存器中。 e.g.： MOV A，R7 ADD A，R0
DPTR
2000H
DPTR 2000H
XXXX
Eg：将数据指针DPTR指向存于ROM中的表格首地址。
MOV DPTR,#TABLE
27
三、片外数据传递指令
使用DPTR和Ri进行间接寻址 MOVX A， @DPTR ；A ←((DPTR))片外 MOVX A，@Ri ；A ←((Ri))片外 MOVX @DPTR，A ；(DPTR)片外←(A) MOVX @Ri，A ；(Ri)片外←(A) 注意： 该指令用于在单片机和外部RAM、扩展I/O的数据传送； 使用Ri时，只能访问低8位地址为00H~FFH地址段； 使用DPTR时，能访问0000H ~ FFFFH地址段。
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5.程序运行失常的软件对策 程序运行失常: 程序运行失常 : 当系统受到干扰侵害,致使程序计数器PC值 改变,造成程序的无序运行,甚至进入死循环. 程序运行失常的软件对策: 程序运行失常的软件对策 : 发现失常状态后,及时引导系统 恢复原始状态.可采用以下方法: ((也称为"看门狗" )的作用:通过不断监 程序监视定时器( 也称为" 看门狗" 的作用: 视程序每周期的运行事件是否超过正常状态下所需要的时间, 从而判断程序是否进入了"死循环",并对进入"死循环" 的程序作出系统复位处理. 看门狗"技术: "看门狗"技术:可由硬件,软件或软硬结合实现. ① 硬件"看门狗"可以很好地解决主程序陷入死循环的 故障,但是,严重的干扰有时会出现中断关闭故障使系统无 法定时"喂狗",无法探测到这种故障,硬件"看门狗"电 路失效.
(8)负载容限:总线驱动. (9)信号逻辑电平兼容性:电 平兼容和转换. (10)电源系统的配置:电源 的组数,输出功率,抗干扰. (11)抗干扰的实施:芯片, 器件选择,去耦滤波,印刷电路 板布线,通道隔离等.
7.2.3
软件设计
软件设计流程图如右图所示. 可分为以下几个方面.
1.总体规划 结合硬件结构,明确软件任务,确定具体实施的方法,合 理分配资源.定义输入/输出,确定信息交换的方式(数据速率, 数据格式,校验方法,状态信号等),时间要求,检查与纠正 错误. 2.程序设计技术 软件结构实现结构化,各功能程序实行模块化,子程序化. 一般有以下两种设计方法: (1)模块程序设计:优点是单个功能明确的程序模块的设计 和调试比较方便,容易完成,一个模块可以为多个程序所共享. 其缺点是各个模块的连接有时有一定难度. (2)自顶向下的程序设计:优点是比较符合于人们的日常思 维,设计,调试和连接同时按一个线索进行,程序错误可以较 早的发现.缺点是上一级的程序错误将对整个程序产生影响, 一处修改可能引起对整个程序的全面修改.
MCS-51单片机应用系统设计 7.2 MCS-51单片机应用系统设计
7.2.1 总体设计
1.明确设计任务 认真进行目标分析,根据应用场合,工作环境,具体用 途,考虑系统的可靠性,通用性,可维护性,先进性,以及 成本等,提出合理的,详尽的功能技术指标. 2.器件选择 (1)单片机选择 主要从性能指标如字长,主频,寻址能力,指令系统, 内部寄存器状况,存储器容量,有无A/D,D/A通道,功耗, 价能比等方面进行选择.对于一般的测控系统,选择8位机即 能满足要求.
7.1 概述
由于单片机具有体积小,功耗低,功能强,可靠性高, 实时性强,简单易学,使用方便灵巧,易于维护和操作,性 能价格比高,易于推广应用,可实现网络通信等技术特点. 因此,单片机在自动化装置,智能仪表,家用电器,乃至数 据采集,工业控制,计算机通信,汽车电子,机器人等领域 得到了日益广泛的应用. 单片机应用系统设计应当考虑其主要技术性能(速度 精 度 功耗 可靠性 驱动能力等),还应当考虑功能需求,应用需 求,开发条件,市场情况,可靠性需求,成本需求,尽量以 软件代替硬件等.下页图描述了单片机应用系统设计的一般 过程.
4.软件的抗干扰设计 常用的软件抗干扰技术有软件陷阱,时间冗余,指令冗余, 空间冗余,容错技术,设置特征标志和软件数字滤波等 (1)实时数据采集系统的软件抗干扰 采用软件数字滤波.常用的方法有以下几种: ① 算术平均值法:对一点数据连续采样多次(可取3～5次), 以平均值作为该点的采样结果.这种方法可以减少系统的随机 干扰对采集结果的影响. ② 比较舍取法:对每个采样点连续采样几次,根据所采样数 据的变化规律,确定取舍办法来剔除偏差数据.例如,"采三 取二",即对每个采样点连续采样三次,取两次相同数据作为 采样结果. ③ 中值法:对一个采样点连续采集多个信号,并对这些采样 值进行比较,取中值作为该点的采样结果.
2.硬件电路各模块设计的原则 单片机应用系统的一般结构 如下图所示.
各模块电路设计时应考虑以下几个方面: 各模块电路设计时应考虑以下几个方面: (1)存储器扩展:类型,容量,速度和接口,尽量减少 芯片的数量. (2)I/O接口的扩展:体积,价格,负载能力,功能,合 适的地址译码方法.
(3)输入通道的设计:开关量(接口形式,电压等级,隔 离方式,扩展接口等),模拟输入通道(信号检测,信号传 输,隔离,信号处理, A/D,扩展接口,速度,精度和价格 等). (4)输出通道的设计:开关量(功率,控制方式等),模 拟量输出通道(输出信号的形式, D/A ,隔离方式,扩展接 口等) (5)人机界面的设计:键盘,开关,拨码盘,启/停操作, 复位,显示器,打印,指示,报警,扩展接口等. (6)通信电路的设计:根据需要选择RS-232C,RS-485, 红外收发等通信标准. (7)印刷电路板的设计与制作:专业设计软件( Protel, OrCAD等),设计,专业化制作厂家,安装元件,调试等.
7.2.2 硬件设计
由总体设计所给出的硬件框图所规定的硬件功能,在确 定单片机类型的基础上进行硬件设计,实验.进行必要的工 艺结构设计,制作出印刷电路板,组装后即完成了硬件设计. 一个单片机应用系统的硬件设计包含系统扩展和系统的配置 (按照系统功能要求配置外围设备)两部分. 1.硬件电路设计的一般原则 (1)采用新技术,注意通用性,选择典型电路. 1 (2)向片上系统(SOC)方向发展.扩展接口尽可能采用 PSD等器件. (3)注重标准化,模块化. (4)满足应用系统的功能要求,并留有适当余地,以便进 行二次开发. (5)工艺设计时要考虑安装,调试,维修的方便.
(2)外围器件的选择 外围器件应符合系统的精度,速度和可靠性,功耗,抗干 扰等方面的要求.应考虑功耗,电压,温度,价格,封装形式 等其他方面的指标,应尽可能选择标准化,模块化,功能强, 集成度高的典型电路. 3.总体设计 总体设计就是根据设计任务,指标要求和给定条件,设计出 符合现场条件的软,硬件方案.并进行方案优化.应划分硬件, 软件任务,画出系统结构框图.要合理分配系统内部的硬件, 软件资源.包括以下几个方面:
(3)机械触点,接触器,可控硅的噪声抑制 ① 开关,按钮,继电器触点等在操作时应采取去抖处理. ② 在输入/输出通道中使用接触器,继电器时,应在线圈两 端并接噪声抑制器,继电器线圈处要加装放电二极管. ③ 可控硅两端并接RC抑制电路,可减小可控硅产生的噪声. (4)印刷电路板(PCB)设计中的抗干扰问题 合理选择PCB板的层数,大小要适中,布局,分区应合理, 把相互有关的元件尽量放得靠近一些.印刷导线的布设应尽量 短而宽,尽量减少回路环的面积,以降低感应噪声.导线的布 局应当是均匀的,分开的平行直线,以得到一条具有均匀波阻 抗的传输通路.应尽可能地减少过孔的数量.在PCB板的各个 关键部位应配置去耦电容.要将强,弱电路严格分开,尽量不 要把它们设计在一块印刷电路板上.电源线的走向应尽量与数 据传递方向一致,电源线,地线应尽量加粗,以减小阻抗.
3.程序设计 (1)建立数学模型:描述出各输入变量和各输出变量之间 的数学关系. (2)绘制程序流程图:以简明直观的方式对任务进行描述. (3)程序的编制:选择语数据结构,控制算法,存储空间 分配,系统硬件资源的合理分配与使用,子程序的入/出口参 数的设置与传递. 4.软件装配 各程序模块编辑之后,需进行汇编或编译,调试,当满足 设计要求后,将各程序模块按照软件结构设计的要求连接起来, 即为软件装配.在软件装配时,应注意软件接口.
(5)地线设计 地线结构大致有保护地,系统地,机壳地(屏蔽地), 数字地,模拟地等. 在设计时,数字地和模拟地要分开,分别与电源端地线 相连;屏蔽线根据工作频率可采用单点接地或多点接地;保 护地的接地是指接大地.不能把接地线与动力线的零线混淆. 此外,应提高元器件的可靠性,注意各电路之间的电平 匹配,总线驱动能力要符合要求,单片机的空闲端要接地或 接电源,或者定义成输出.室外使用的单片机系统或从室外 架空引入室内的电源线,信号线,要防止雷击,常用的防雷 击器件有:气体放电管,TVS(瞬态电压抑制器)等.
1.供电系统干扰与抑制 干扰源:电源及输电线路的内阻,分布电容和电感等. 干扰源: 抗干扰措施: 抗干扰措施 : 采用交流稳压器,电源低通滤波器,带屏蔽层 的隔离变压器,独立的(或专业的)直流稳压模块,交流引 线应尽量短,主要集成芯片的电源采用去耦电路,增大输入/ 输出滤波电容等措施 . 2.过程通道的干扰与抑制 干扰源: 干扰源 : 长线传输.单片机应用系统中,从现场信号输出的 开关信号或从传感器输出的微弱模拟信号,经传输线送入单 片机,信号在传输线上传输时,会产生延时,畸变,衰减及 通道干扰. 抗干扰措施: 抗干扰措施: (1)采用隔离技术:光电隔离,变压器隔离,继电器隔离 和布线隔离等.典型的信号隔离是光电隔离.其优点是能有 效地抑制尖峰脉冲及各种噪声干扰,从而使过程通道上的信 噪比大大提高.
(2)采用屏蔽措施:金属盒罩,金属网状屏蔽线.但金属屏 蔽本身必须接真正的地(保护地). (3)采用双绞线传输:双绞线能使各个小环路的电磁感应干 抗相互抵消.其特点是波阻抗高,抗共模噪声能力强,但频带 较差. (4)采用长线传输的阻抗匹配:有四种形式,如下图所示.
① 终端并联阻抗匹配:如上页图(a)所示, RP= R1//R2 ,其 特点是终端阻值低,降低了高电平的抗干扰能力. ② 始端串联匹配:如上页图(b)所示,匹配电阻R的取值为 RP与A门输出低电平的输出阻抗ROUT(约20)之差值,其特点 是终端的低电平抬高,降低了低电平的抗干扰能力. ③ 终端并联隔直流匹配:如图上页(c)所示,R=Rp,其特点 是增加了对高电平的抗干扰能力. ④ 终端接钳位二极管匹配:如图上页(d)所示,利用二极管 D把B门输入端低电平钳位在0.3V以下.其特点是减少波的反射 和振荡,提高动态抗干扰能力. 注意: 注意: 长线传输时,用电流传输代替电压传输,可获得较好的 抗干扰能力.