1、第 1 页 共 56 页江苏技术师范学院毕业设计说明书（论文）简易型数字化微控调节器的设计与实现序言微控调节器是以微处理器为核心的单回路智能调节器，在自动控制系统中，用它来构成不同的调节规律，以及对系统进行各种切换操作和控制。图 1 是调节器系统框图。微控调节器有以下特点：采用单片机作为运算控制核心，通过软件编程可实现各种运算功能，用键盘实现各种系统参数给定；键盘可以选择多种功能，任意给定各种参数并可数字显示；有自诊断功能，可以对调节器的自身电路进行检查，并用报警灯和开关输出信号的方式显示故障。图 1 微控调节器结构框图本次毕业设计（论文）主要是键盘和显示器的硬件扩展和软件设计，所以下面将着重
2、讲解键盘和显示器有关知识和内容。本文第一章绪论中介绍了单片机的发展、分类、应用介绍，AT89C51 的中断系统第 2 页 共 56 页江苏技术师范学院毕业设计说明书（论文）以及本次设计的任务和意义等等；第二章论述了 8255A 芯片结构、功能及控制字；第三章主要描述了系统扩展硬件电路设计、硬件设计图及所使用的芯片功能与特性；第四章中具体论述单片机、键盘和显示器的软件设计、仿真调试和硬件测试与调试。由于本人水平有限，加之时间仓促，论文中难免会有错误和不足之外，恳请指导老师和各位专家老师批评指正。第 3 页 共 56 页江苏技术师范学院毕业设计说明书（论文）第 1 章 绪论1.1 单片机发展概况
3、6单片机是在一块集成电路芯片上集中了控制器、存贮器、运算器和输入输出端口的单片微型计算机，体积小，耗电省。1971 年 Intel 公司首次发明了 4 位单片机，至今单片机已经发展到现在的几十种产品，有 4 位机、8 位机和 16 位机等，单片机的性能不断增强，但价格却越来越便宜。单片机以其高性价比和灵活性，在工业控制、仪器仪表和家电领域得到了广泛的应用。目前的单片机分通用型和专用型两种。MCS-51 系列单片机是属于通用型的单片机，通用型的单片机把开发资源全部公开，用户可以根据自己的应用系统进行设计，适用面广，应用灵活。低功耗是单片机所追求的一个指标，目前低功耗单片机的静态电流可以低至 A
4、或 nA 级。有的单片机还有等待、关断、睡眠等多种工作模式以降低功耗。单片机的低功耗在智能化仪表中有重要的应用。封装有双列直插和贴片系列，体积变得更小，另外，单片机的时钟频率也达到 20MHz 以上。1.2 单机的内部结构 4本次实验采用的是 AT89C51，AT89C51 是较为流行的单片机，资源丰富而价格低廉。这里不在详述它的结构和使用方法，只简单列出主要特点和资源如下:4K字节可编程闪烁存储器全静态工作:OHz-24MHz128*8位内部RAM32可编程I/O线两个16位定时器/计数器5个中断源可编程串行通道低功耗的闲置和掉电模式第 4 页 共 56 页江苏技术师范学院毕业设计说明书（论
5、文）片内振荡器和时钟电路1.3 单片机应用介绍 61.3.1 单片机在数据处理中的应用单片机在应用中的数据处理有数制转换的处理、查表计算、函数计算等多种运算。可以利用单片机进行函数计算来处理数据，可以进行矩阵运算和微积分之类的复杂运算。1.3.2 单片机在工业控制中的应用在工业控制中的控制器，可以应用软件的方法，实现复杂的控制过程，改变控制算法方便。有丰富的逻辑判断和位操作指令，可以在开关量控制、顺序控制、逻辑控制中发挥作用。1.3.3 智能化仪器在仪表中引入单片机后，可以利用单片机完成数据的采集、处理、零位校正、数字显示、报警、记录打印等工作。使仪表具有智能化的功能，有温度计、流量计、气体分
6、析仪、转速表、电子秤、血压计、万用表、电度表等。1.4 AT89C51 中断系统 7单片机与外部设备交换信息可以采用两种方式，即查询方式和中断方式。由于中断具有 CPU 效率高、适合于实时控制系统等优点，因而更为常用。中断系统也就是中断管理系统。所谓“中断” ，即 CPU 暂时终止当前正在执行的程序而转去执行中断服务子程序，处理完以后，再回到原来中断的地方，继续原来的工作。实现这种功能的部件称为中断系统。发出中断的申请的来源就称为中断源。AT89C51 单片机内部有五个中断源，分别是外部中断 0、定时器 T0、外部中断 1、定时器 T1、和串行口中断。这次设计中用到了外部中断 1，以实现键盘的
7、识别与数码管是显示。外部中断 1 入口地址为 0013H第 5 页 共 56 页江苏技术师范学院毕业设计说明书（论文）D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0TF1 - TF0 - IE1 IT1 IE0 IT0AT89C51 单片机的中断系统从用户的角度来看，就是若干个特殊功能寄存器： 定时器控制寄存器 TCON 中断允许寄存器 IE 中断优先级控制寄存器 IP 串行口控制寄存器 SCON通过以上特殊功能寄存器中相应的位置 1 或清 0，可实现各种中断控制功能。1.4.1 外部中断源AT89C51 有 5 个中断源，其中 2 个外部中断源 INT0（P3.2）和 INT1（P3.3）
8、，3 个内部中断源，分别是定时器/计数器 T0、T1 的溢出中断源和串行口的发送接受中断。这些中断源分别锁在 TCON、SCON 的相应位中。INT0、INT1 上输入的两个外部中断源和它们的触发方式控制位存在特殊寄存器TCON 的低四位，TCON 的高四位为 T1、T0 的运行控制位和溢出标志位：IE0/IE1 外部中断 0/1 请求源（INT0，P3.2/ INT1，P3.3）标志。IE0/IE1=1 外部中断 0/1 向 CPU 请求中断，当 CPU 响应该中断时，由硬件清“0”IE0/IE1（边沿触发方式） 。IT0/IT1 外部中断 0/1 触发方式控制位。IT0/IT1=0，外部中
9、断 0/1 为电平触发方式；IT0/IT1=1，外部中断 0/1 为边沿触发方式。1.4.2 中断使能控制单片机对中断源的开放或屏蔽，每个中断源是否被允许中断，是由 AT89C51 内部的中断允许寄存器 IE 控制的（IE 为特殊功能寄存器，它的字节地址为 A8H） ，其格式如下：D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0EA - - ES ET1 EX1 ET0 EX0EA CPU 的中断开放标志.EA=1,CPU 开放中断;EA=0,CPU 屏蔽所有的中断申请。第 6 页 共 56 页江苏技术师范学院毕业设计说明书（论文）ES 串行口中断允许位。ES=1，允许串行口中断；ES=0，禁止
10、串行口中断。ET1/ ET0 定时器/计数器 T1/T0 的溢出中断允许位。 ET1/ET0=1，允许 T1/T0 中断；ET1/ET0=0，禁止 T1/T0 中断。EX1/ EX0 外部中断 1 中断允许位。EX1/ EX0=1 允许外部中断 1/0 中断；EX1/EX0=0，禁止外部中断 1/0 中断。1.5 设计的任务与意义设计的任务是：1.完成系统键盘和显示部分的硬件扩展设计；2.编写键盘处理和显示程序并调试；3.与系统联调。主要要完成的是键盘/显示电路的硬件扩展和软件设计，设计框图如图 1-1 所示中断 1AT89C51 8255ALED 显示键盘图 1-1 键盘显示扩展框图智能化仪
11、器与传统仪器的最大区别是：前者对于仪器的操作是通过计算机的外部输入/输出设备来进行的，而键盘和显示器则是最常用的两个外部输入/输出设备，是构成人机对话的一种基本方式。键盘能实现向计算机输入数据、传送命令等功能；显示器则显示控制过程量或结果数值。后者没有上述特点。通过本次毕业设计，可以充分掌握了键盘与显示器的硬件扩展和软件的设计。第 7 页 共 56 页江苏技术师范学院毕业设计说明书（论文）第 2 章 可编程并行接口 8255A2.1 可编程并行接口 8255A 的引脚说明 58255A 芯片有 40 脚的 DIP 和 44 脚的 PLCC 两种封装形式。右图 2-1 是 8255A 芯片DIP
12、 封装分配图。8255A 芯片具有 24 条 I/O 引脚，这 24 条引脚分为 3 部分，分别称之为 A 口，B 口和 C 口。其中：PA0PA7：A 组数据信号PB0PB7：B 组数据信号PC0PC7：C 组数据信号RD 读信号，低有效。当该信号有效时，CPU 可以从 8255A中读出数据。WR：写信号，低有效。当该信号有效时，CPU 可以将数据或控制字写入 8255A。D7D0：双向数据线。CS：片选信号，低有效。RESET：复位线A1、A0：端口选择信号。当 A1，A0 为 00 选中 A 口，为01 选中 B 口，为 10 选中 C 口，为 11 选中控制口。RESET：复位线（高电
13、平有效） ，当有效时，A 口，B 口和C 口均为输入口，各口的锁存器均被清零。图 2-1 8255A 的引脚图第 8 页 共 56 页江苏技术师范学院毕业设计说明书（论文）2.2 8255A 逻辑框图 5图 2-2 8255A 逻辑框图从上图中可以看出，左边的信号与 CPU 相连；右边的信号与外设相连。同时可以看出，8255A 由外设接口、A 口和 B 口控制、读/写控制电路和数据总线缓存器四部分构成。2.2.1 外设接口8255A 有 A、B、C 三个端口，每个端口都是 8 位的，都可以通过编程选择作为输入或输出，但每个端口都有自己的特点。A 口：有一个 8 位的数据输入锁存器和一个 8 位
14、输出锁存/缓冲器。端口 A 不管用作输入还是输出，数据均锁存。B 口：有一个 8 位的数据输入缓冲器和个 8 位输出锁存/缓冲器。端口 B 用作输入时，数据不锁存；用作输出时，数据锁存。C 口：有一个 8 位的数据输入缓冲器和个 8 位输出锁存/缓冲器。端口 C 用作输入时，数据不锁存；用作输出时，数据锁存。第 9 页 共 56 页江苏技术师范学院毕业设计说明书（论文）2.2.2 读/写控制电路读/写控制电路复杂管理 8255A 的数据传输过程，它接收 CS 和来自系统地址总线的信号 A1、A0 以及来自控制总线的信号 RESET、WR、RD，将这些信号组合之后，得到对 A 组控制部件和 B
15、组控制部件的命令，并将命令发送给这两个部件，以完成对数据、状态信息和控制信息的传输。2.3.3 数据总线缓存器这是一个双向三态的 8 位数据缓存器，8255A 正是通过它与系统总线相连。输入数据、输出数据和命令都是通过该缓存器传递的。2.3 8255A 的工作方式的功能 51 方式 0：基本输入/输出方式 在这种工作方式下，不需要任何选通信号，A 口、B 口及 C 口的两个 4 位口（C 口的高 4 位和低 4 位）都可以由程序设定为基本输入或输出。作为输出口时，输出数据被锁存；作为输入口时，输入数据不被锁存。 2 方式 1：选通输入/输出方式 只有 A 口和 B 口可以选择这种工作方式。在这
16、种工作方式下，A、B、C 三个口分为A、B 两组：A 组包括 A 口和 C 口的高 4 位，A 口可由编程设定为输入或输出口，C 口的高 4 位用作 A 口输入/输出操作的控制联络信号；B 组包括 B 口和 C 口的低 4 位，B 口可由编程设定为输入或输出口，C 口的低 4 位用作 B 口输入/输出操作的控制联络信号。A 口和 B 口的输入或输出数据都被锁存。 3 方式 2：双向传递方式 在这种工作方式下，外设既能在 A 口的 8 条引线上发送数据，又能接收数据。与方式 1 类似，A 口工作于方式 2 时，需要借用 C 口的 5 条信号线用作控制和状态线，A口的输入和输出均带有锁存。 第 10 页 共 56 页江苏技术师范学院毕业设计说明书（论文）2.4 8255A 的控制字 52.4.1 8255A 的工作方式控制字格式8255A 有三种工作方式：方式 0：基本输入/输出方式；方式 1：选通输入/输出方式；方式 2：双向传送方式。 如图 8255A 的工作方式控制字格式 ：图 2-3 8255A 的方式控制字格式2.4.2 8255A 位控字8255A 还有一个位控字，用来设置 C 口某位的状态，而不影响其他位。 位控制字的格式如图 2-4 所示，其 D7=0 是位控字的标志位。
