单片机系统的设计

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

P1.1

P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7P3.0P3.1P3.2

P3.3P3.4P3.5P3.6P3.7XTAL 1 XTAL 2

V SS RST/VPD RXD TXD T0T10INT P0.0P0.1P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P0.7P2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.01INT WR RD EA /V P P ALE V CC PSEN 403938373635343332313029282726252423222120191817161514131211109876543218031P1.0

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V

CC 、V

SS

，时钟引脚XTAL

1

、XTAL

2

。

电源引脚接入单片机的工作电源。

V

CC

(40脚)：接＋5 V电源；

V

SS

(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。

XTAL

1

(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。

XTAL

2

(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）、ALE、PSEN、EA,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V

CC

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/PROG(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PROG。

(3)PSEN(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PSEN信号将不出现。PSEN同样可以驱动8个TTL负载.

(31脚) 当EA端保持高电平时，单片机访问内部程序存储

(4)EA/V

PP

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EA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内部总体结构如图4-2所示。按功能划分，它由8个部分组成，即微处理器（CPU）、程序存储器(ROM/EPROM)、特殊功能寄存器（SFR）、I/O口、（P0口、P1口、P2口、P3口）、串行口、定时器/计数器及中断系统，它们是通过片内单一总线连接起来的。由于本设计选用的单片机为8031，所以它的片内无程序存储器。考虑到本设计的需要下面仅对8031的时钟和复位电路、存储器的扩展作详细的介绍。