1、微 机 控 制 应 用 实 验 与 实 例黄 胜 军 编 著清 华 大 学 出 版 社( 京 ) 新 登 字 158 号内 容 简 介本书 分 为 两 部 分 : 第 一 部 分 介 绍 8098 单 片 机 各 主 要 部 件 功 能 及 IBM -P C 微 型 计 算 机 串 行 接 口 应 用 实 验 。 重 点 介 绍 8098 单 片 机 片 内 模 / 数 转 换 器 、 定 时 器 、 高 速输 入 / 输 出口 、 串 行 通 信接 口 ( 包 括 IBM -P C 微 型 计 算 机 与 8098 单 片 机 之 间 的 通 信 ) 及 数 码 显 示 器 等 几 个 应
2、用 实 验 。 通 过 实 验 详 细 介 绍 了 这 些 部 件 的 使 用 方 法 , 硬 件 接 线 , 初 始 化 编 程 , 检 测 方 法 等 。 第 二 部 分 介 绍 采 用 了 8098 单 片 机 的 电 阻 炉 温 度 控 制 系 统 , 电 阻 炉 群 温度 控 制 系 统 以 及 采 用 IBM -P C 系 列 微 型 计 算 机 作 为 上 级 机、 采 用 8098 单 片 机 作 为 下 级 机 的 两 级 电 阻 炉 群温 度 控 制 系 统 的 几 个 实 例 。 通 过 实 例 详细 介 绍 了 如 何 根 据 工 艺 要 求和 有 关 的 工 作 原
3、理 , 利 用 接 口 电路 进 行硬 件 、 软 件 设计 和 系 统 设 计 以 及 调 试 方 法等 。 这 是 一 本 实 用 的 微机 控 制 应 用 参 考 书 。本 书 实 例 的 内 容 比 较 丰 富 , 选 取 的 是 生 产 实 际 中 比 较 典 型 的 例 子 , 可 作 为 大 专 院 校 学 生 参 考 书 。 从 事 微 机 控 制 应 用 技 术 领 域 的 技 术 人 员 也 会 从 这 些 实 例 中 受 到 启 发 和 帮 助 。版 权 所 有 , 翻 印 必 究 。本 书 封 面 贴 有 清 华 大 学 出 版 社 激 光 防 伪 标 签 , 无 标
4、签 者 不 得 销 售 。图 书 在 版 编 目 ( CI P) 数 据微 机 控 制 应 用 实 验 与 实 例 / 黄 胜 军 编 著 .- 北 京 : 清 华 大 学 出 版 社 , 1999 I SBN 7-302-03599-7 . 微 . 黄 . 微 型 计 算 机 -计 算 机 控 制 -实 验 .T P273中 国 版 本 图 书 馆 CIP 数 据 核 字 ( 1999) 第 45124 号出 版 者 : 清 华 大 学 出 版 社 ( 北 京 清 华 大 学 校 内 , 邮 编 100084) ht tp: / / w ww. tup. tsinghua . edu . c
5、n印 刷 者 : 北 京 昌 平 国 马 印 刷 厂发 行 者 : 新 华 书 店 总 店 北 京 发 行 所开 本 : 787 1092 1/ 16 印 张 : 16.25 字 数 : 397 千 字版 次 : 1999 年 11 月 第 1 版 1999 年 11 月 第 1 次 印 刷书 号 : ISBN 7-302-03599-7/ T P1986印 数 : 0001 4000定 价 : 20.00 元前 言随 着 计 算 机 技 术 的 迅 速 发 展 , 计 算 机 已 日 益 广 泛 地 应 用 于 各 行 各 业 , 并 发 挥 着 越 来 越 大 的 作 用 。 但 是 ,
6、就 计 算 机 应 用 的 深 度 和 广 度 而 言 , 尤 其 是 把 计 算 机 广 泛 地 应 用 于 控 制 系 统 , 使 它 更 好 地 为 四 个 现 代 化 服 务 , 则 还 有 很 多 工 作 要 做 , 尤 其 是 要 培 养 一 大 批 应 用 计 算 机 的 人才 。 为 使 学 生 和 具 有 初 步 计 算 机 知 识 的 微 机 应 用 技 术 人 员 更 好 地 学 会 用 计 算 机 来 组 成 控 制 系 统 , 并 能 对 其 进 行 设 计 和 调 试 , 我 们 根 据 多 年 来 的 教 学 和 科 研 工 作 的 经 验 和 体 会 认 为 ,
7、 除 了 学 习 有 关 的 理 论 知 识 以 外 , 还 应 加 强 实 践 环 节 。 给 学 生 提 供 更 多 的 设 计 、 制 作 和 调 试 的 机 会 , 使 他 们 在 实 践 中 增 长 才 干 , 把 知 识 转 化 为 能 力 , 这 是 提 高 教 学 质 量 的 重 要 环 节 。 为 此 我 们 在 从 前 编 写 以 Z80 单 片 机 为 核 心 的 微 型 计 算 机 控 制 应 用 实 例 集 第 一 集 和 第 二 集 的 基 础 上 , 又 研 究 开 发 了 一 定 数 量 的 、 以 IBM -PC 系 列 微 型 计 算 机 作 为 上 级 机
8、 , 以 8098 单 片 机 作 为 下 级 机 ( 亦 可 以 同 时 用 8098 单 片 机 既 作 上 级 机 又 作 下 级 机 ) 的 两 级 微 机 控 制 系 统 实 例 。 这 些 实 例 多 年 来 作 为 清 华 大 学 学 生 专 业 课 程 设 计 的 内 容 , 提 高 了 学 生 的 学 习 积 极 性 , 对 培 养 学 生 掌 握 计 算 机 控 制 系 统 的 设 计 和 调 试 能 力 起 到 了 较 好 的 作 用 。 对 于 具 有 初 步 计 算 机 知 识 , 正 在或 将 要 从 事 微 型 计 算 机 控 制 系 统 研 制 的 工 程 技
9、术 人 员 也 可 作 为 参 考 。鉴 于 目 前 社 会 上 对 应 用 实 例 方 面 资 料 的 需 要 , 我 们 继 续 将 多 年 来 在 教 学 、 科 研 工 作 中 的 经 验 和 成 果 总 结 出 来 , 编 写 成 微 机 控 制 应 用 实 验 与 实 例 一 书 供 参 考 。 书 中 所 介 绍 的 这 些 实 例 都 是 生 产 实 际 中 比 较 典 型 的 例 子 。 以 此 作 为 培 养 学 生 综 合 运 用 知 识 和 独 立 工 作 能 力 的 有 效 手 段 。由 于 编 者 水 平 有 限 , 书 中 一 定 存 在 不 少 缺 点 和 错
10、误 , 敬 请 读 者 批 评 指 正 。作 者 目 录第 一 部 分 微 机 控 制 系 统 应 用 实 验第 一 章 8098 单 片 机 控 制 系 统 主 要 部 件 功 能 的 应 用 实 验 1实 验 一 长 延 时 时 间 的 产 生 和 改 变 8实 验 二 显 示 电 路 23实 验 三 A / D( 模 / 数 ) 转 换 电 路 34实 验 四 多 路 模 拟 量 巡 回 检 测 系 统 43实 验 五 串 行 I / O 接 口 电 路 及 应 用 ( 一 ) 55实 验 六 串 行 I / O 接 口 电 路 及 应 用 ( 二 ) 异 步 串 行 通 信 ( 中 断
11、 方 式 ) 65实 验 七 两 级 数 据 采 集 系 统 72第 二 章 I BM - PC 微 型 计 算 机 与 8098 单 片 机 组 合 控 制 系 统 应 用 实 验 94实 验 八 串 行 I / O 接 口 电 路 8250 及 检 测 方 法 94实 验 九 两 台 I BM -PC 之 间 的 通 信 99实 验 十 I BM -PC 与 8098 之 间 的 通 信 ( 一 )( IBM -PC 发 送 , 8098 接 收 ) 102实 验 十 一 I BM -PC 与 8098 之 间 的 通 信 ( 二 )( IBM -PC 接 收 , 8098 发 送 ) 1
12、04实 验 十 二 两 级 数 据 采 集 系 统 106第 二 部 分 微 机 控 制 系 统 应 用 实 例第 三 章 8098 单 片 机 控 制 系 统 应 用 实 例 121实 例 一 电 阻 炉 温 度 控 制 系 统 123实 例 二 电 阻 炉 群 温 度 控 制 系 统 151实 例 三 电 阻 炉 群 温 度 远 距 离 控 制 系 统 170第 四 章 I BM - PC 与 8098 组 合 控 制 系 统 应 用 实 例 180实 例 四 两 级 电 阻 炉 群 温 度 控 制 系 统 ( 一 )( 在 线 同 时 显 示 三 路 温 度 值 ) 180 实 例 五
13、两 级 电 阻 炉 群 温 度 控 制 系 统 ( 二 ) ( 在 线 同 时 显 示 三 路 温 度 曲 线 ) 206实 例 六 两 级 电 阻 炉 群 温 度 控 制 系 统 ( 三 )( 用 直 方 图 形 同 时 显 示 三 路 温 度 值 ) 223附 录 一 数 据 文 件 234附 录 二 部 分 集 成 电 路 管 脚 244 第 一 部 分 微 机 控 制 系 统 应 用 实 验3第 一 章 8 0 9 8 单 片 机 控 制 系 统 主 要部 件 功 能 的 应 用 实 验基 础 知 识计 算 机 控 制 系 统 框 图 如 图 1-1 所 示 。 除 了 计 算 机 外
14、 , 还 有 被 控 制 对 象 、 测 量 环 节 和 放 大 环 节 等 。 在 这 些 环 节 中 , 有 两 种 基 本 的 量 模 拟 量 和 数 字 量 。 由 于 计 算 机 只 能 接 收 、 运 算 和 输 出 数 字 量 , 因 此 在 把 模 拟 量 送 入 计 算 机 前 , 先 要 经 过 模 拟 量 与 数 字 量 ( A/ D) 转 换 , 把 模 拟 量 转 换 成 数 字 量 , 然 后 进 行 运 算 和 处 理 。 如 果 被 控 制 的 对 象 是 模 拟 量 , 也 必 须 把 计 算 机 输 出 的 数 字 量 经 过 数 字 量 与 模 拟 量 (
15、 D/ A ) 转 换 , 变 成 模 拟 量 , 才 能 进 行 控 制 。图 1-1 计 算 机 控 制 系 统 框 图为 了 把 模 拟 量 送 入 计 算 机 进 行 运 算 , 除 了 把 模 拟 量 转 换 为 数 字 量 外 , 有 些 还 须 通 过 并 行 接 口 电 路 PIO 才 能 与 中 央 处 理 器 CPU 连 接 。 同 样 , 通 过 运 算 以 后 , 计 算 机 输 出 控 制 外 设 , 也 需 通 过 并 行 接 口 电 路 PI O。由 于 数 据 采 集 是 定 时 进 行 的 , 因 此 还 需 要 一 个 外 部 实 时 时 钟 , 以 实 现
16、 定 时 控 制 或 延 时 控 制 。 Z80-CT C 是 一 种 常 用 的 计 时 计 数 器 电 路 , 它 可 以 很 方 便 地 完 成 这 些 功 能 。在 “两 级 电 阻 炉 群 温 度 控 制 系 统 ”中 , 由 于 当 上 级 机 与 下 级 机 距 离 较 大 时 , 并 行 通 信 的 成 本 就 要 提 高 , 通 常 采 用 串 行 通 信 。 Z80-SIO 是 串 行 通 信 的 理 想 电 路 。从 以 上 的 分 析 可 以 看 出 , 在 微 型 计 算 机 控 制 系 统 中 , 常 用 的 接 口 电 路 有 A / D、 D/ A 、P IO、
17、 CT C 和 SIO 等 。在 一 些 计 算 机 中 ( 如 Z80 系 列 ) , A / D、 D/ A 、 CT C、 PI O、 SIO 等 电 路 都 需 要 外 加 , 而 8098单 片 机 由 于 已 将 上 述 部 分 电 路 配 置 好 了 , 因 而 硬 件 简 单 多 了 。考 虑 到 8098 单 片 机 比 较 复 杂 , 为 了 方 便 读 者 , 我 们 在 本 书 的 各 个 章 节 , 结 合 使 用 情 况 对8098 单 片 机 及 某 些 功 能 部 件 进 行 必 要 的 介 绍 , 如 要 更 详 细 了 解 , 请 参 考 有 关 的 资 料
18、 。一 、 8098 单 片 机 简 介8098 单 片 机 是 美 国 Int el 公 司 于 80 年 代 末 推 出 的 一 种 高 性 能 的 准 16 位 单 片 机 , 它 属4于 M CS-96 系 列 。 是 目 前 世 界 上 流 行 较 广 泛 的 一 种 准 16 位 单 片 机 , 其 主 要 性 能 特 点 可 概 括 如 下 : 内 部 采 用 准 16 位 的 中 央 处 理 器 CP U , 可 进 行 加 、 减 、 乘 、 除 和 多 种 逻 辑 运 算 , 可 对 字 节 、 字 、 双 倍 字 操 作 , 还 具 有 位 测 试 功 能 。 寄 存 器
19、 文 件 中 的 232 个 寄 存 器 均 可 作 为 累 加 器 使 用 , 从 而 提 高 了 CP U 的 运 算 速 度 , 又 消 除 了 单 一 累 加 器 结 构 中 存 在 的 瓶 颈 现 象 。 外 部 采 用 8 位 数 据 总 线 , 与 8096 单 片 机 相 比 , 影 响 了 数 据 传 送 速 度 。 但 是 在 开 发 应 用 时 , 外 部 连 接 比 较 简 单 , 因 而 得 到 广 泛 应 用 。 具 有 丰 富 的 指 令 系 统 , 不 但 运 算 速 度 快 , 而 且 编 程 效 率 高 。 采 用 8 级 中 断 管 理 方 式 , 有 8
20、 个 中 断 向 量 , 可 处 理 20 多 个 中 断 事 件 。 设 有 二 个 16 位 的 定 时 / 计 数 器 T 1 和 T 2。 其 中 T 1 主 要 用 来 对 内 部 时 钟 计 数 , T 2 根 据 外 部 事 件 计 数 。 设 有 二 个 4 位 并 行 输 入 / 输 出 ( I / O ) 接 口 P0 和 P2 , 以 及 二 个 8 位 并 行 I / O 接 口 P 3和 P 4 。 设 有 4 路 带 采 样 与 保 持 的 10 位 A / D 转 换 器 。 若 采 用 12M Hz 的 时 钟 , 完 成 一 次 A / D转 换 所 需 要
21、的 时 间 为 22 s。 设 有 一 个 脉 冲 宽 度 调 制 ( P WM ) 输 出 通 道 , 作 为 D/ A 转 换 输 出 , 以 产 生 脉 冲 宽 度 调制 输 出 。 D/ A 转 换 器 的 分 辨 率 为 1/ 256( 8 位 ) , 若 采 用 12MH z 的 时 钟 , 脉 冲 周 期 为 64 s 。 设 有 一 个 全 双 工 串 行 通 信 接 口 , 另 外 它 还 设 有 一 个 供 串 行 口 使 用 的 波 特 率 发 生 器 。 具 有 四 种 工 作 方 式 , 可 用 来 进 行 I/ O 扩 展 , 多 机 串 行 通 信 或 与 阴 极
22、 射 线 管 ( CR T ) 终 端 设 备连 接 。0 设 有 四 路 高 速 输 入 ( HSI ) 通 道 , 用 来 记 录 外 部 事 件 发 生 时 的 状 态 和 时 间 。? 设 有 六 路 高 速 输 出 ( HSO) 通 道 , 用 来 按 程 序 设 定 的 特 定 时 刻 去 触 发 一 个 或 多 个 外 部 事 件 。? 设 有 四 个 软 件 定 时 器 , 由 高 速 输 出 ( H SO ) 控 制 , 一 旦 到 达 预 定 时 间 , 设 置 相 应 的 软 件 定 时 器 标 志 , 可 以 激 活 软 件 定 时 器 中 断 。? 设 有 一 个 1
23、6 位 的 监 视 跟 踪 定 时 器 ( WDT ) , 用 来 监 视 CPU 的 工 作 。 在 系 统 产 生 硬 件 或 软 件 故 障 时 , 使 系 统 复 位 , CPU 重 新 工 作 。? 采 用 统 一 的 编 址 方 式 , 外 部 可 寻 址 存 储 器 空 间 总 共 为 64K B, 构 成 系 统 比 较 方 便 , 输 入 与 输 出 指 令 也 更 为 简 练 。? 8098 单 片 机 的 指 令 系 统 与 8096 系 列 单 片 机 指 令 系 统 完 全 兼 容 , 因 此 本 书 介 绍 的 应 用 程 序 与 8096 系 列 共 用 。 但
24、是 , 凡 涉 及 到 芯 片 I / O 口 的 子 程 序 , 在 改 编 调 用 时 一 定 要 注 意 二 者 在 I / O 功 能 上 的 不 同 。二 、 8098 的 内 部 I / O 功 能 部 件为 了 与 M CS-96 其 它 产 品 保 持 一 致 , 8098 单 片 机 也 定 义 了 五 个 I/ O 口 , 即 P0 P4 口 , 但 由 于 引 脚 数 目 的 限 制 , P 1 口 实 际 上 是 不 存 在 的 。 8098 单 片 机 有 32 根 I / O 线 , 其 中 有 些 是 双 向 I / O 线 , 有 些 具 有 复 用 功 能 ,
25、 而 另 一 些 则 只 能 用 作 输 入 口 或 输 出 口 。 上 述 32 根 I/ O 线 包 括 了 高 速 输 入 与 输 出 ( HSI / HSO) 线 。8098 单 片 机 的 输 入 口 通 过 一 个 输 入 缓 冲 器 与 内 部 总 线 相 联 , 而 输 出 口 则 通 过 输 出 缓 冲5器 与 内 部 寄 存 器 相 联 , 该 寄 存 器 用 来 存 放 所 需 输 出 的 状 态 。 双 向 口 由 一 个 内 部 寄 存 器 、 一 个 输 入 缓 冲 器 和 一 个 输 出 缓 冲 器 构 成 。( 一 ) P 0 口8098 单 片 机 的 P 0
26、 口 有 四 根 引 线 ( P0. 4 P0 . 7 ) , 它 们 只 能 用 做 输 入 , 且 具 有 复 用 功 能 。 CPU 既 可 以 读 取 P 0 口 输 入 的 数 字 信 号 , 也 可 以 通 过 把 相 应 的 控 制 命 令 写 入 A/ D 命 令 寄 存 器 来 选 择 P 0 口 中 的 一 个 引 脚 作 为 A/ D 转 换 器 的 输 入 通 道 。 P0 口 还 允 许 同 时 输 入 模 拟 信 号 和 数 字 信 号 。( 二 ) P 2 口P 2 口 是 一 个 双 功 能 口 , 共 有 四 条 引 脚 ( P 2. 0 P2. 2 以 及
27、P 2. 5 ) , 其 复 用 功 能 如 表 1-1 所 示 。表 1-1 P 2 口 的 复 用 功 能引 脚 功 能 复 用 功 能 控 制 位P 2. 0 输 出 T XD( 串 行 口 发 送 ) IOC 1. 5P 2. 1 输 入 RXD( 串 行 口 接 收 ) 不 受 影 响P 2. 2 输 入 E XT IN T ( 外 中 断 ) IOC 1. 1P 2. 5 输 出 P WM ( 脉 宽 调 制 ) IOC 1. 0( 三 ) P 3 口 和 P4 口P 3 口 、 P4 口 具 有 两 种 功 能 , 它 们 既 可 以 用 作 具 有 漏 极 开 路 输 出 的
28、双 向 口 , 也 可 作 为 系 统 总 线 。 如 用 作 系 统 总 线 , P3 口 对 应 于 系 统 总 线 的 低 8 位 A D0 A D7 , P4 口 对 应 于 系 统 总 线 的 高 8 位 A 8 A1 5 。 对 于 8098 单 片 机 , P3 口 和 P4 口 只 用 作 系 统 总 线 。 P3 口 和 P4 口 可 驱 动 八 个 晶 体 管 -晶 体 管 逻 辑 电 路 , 即 T T L 电 路 。( 四 ) 高 速 输 入 ( H SI ) 、 高 速 输 出 ( H SO) 和 计 时 计 数 器高 速 输 入 ( HSI) 通 道 可 以 在 事
29、 件 发 生 时 记 录 发 生 时 刻 , 高 速 输 出 ( H SO ) 通 道 可 以 在 预先 编 排 好 的 时 刻 触 发 事 件 的 发 生 。 “高 速 ”意 味 着 这 些 功 能 部 件 可 以 在 CPU 不 干 涉 的 情 况 下 , 依 靠 定 时 器 来 完 成 指 定 功 能 。8098 内 部 有 二 个 16 位 定 时 器 T 1 和 T 2。 T 1 通 常 用 作 记 录 事 件 的 时 间 基 准 或 作 为 硬 件 定 时 器 使 用 。 T 2 实 质 上 是 一 个 外 部 事 件 计 数 器 , 对 HSI .1 引 脚 上 的 脉 冲 计
30、数 , 也 可 作 为 产生 事 件 的 时 间 基 准 。高 速 输 入 部 件 H SI 可 以 检 测 它 的 四 条 输 入 引 脚 上 所 发 生 的 事 件 。 只 要 有 事 件 发 生 , 便 记 录 该 时 刻 值 ( 由 T 1 定 时 器 提 供 ) , 这 些 信 息 存 放 在 8 级 的 先 进 先 出 寄 存 器 ( F IFO ) 中 , 通 过 查 询 或 中 断 方 式 来 获 得 事 件 的 信 息 。高 速 输 出 部 件 H SO 能 够 通 过 编 程 去 对 它 的 六 根 引 脚 置 0 或 置 1, 复 位 定 时 器 T 2、 启 动 A /
31、 D 转 换 , 或 者 触 发 四 个 软 件 定 时 器 中 断 。6( 五 ) 串 行 口 、 脉 冲 宽 度 调 制 ( P WM ) 和 A/ D 转 换 器串 行 口 与 M CS-51 系 列 单 片 机 的 串 行 口 兼 容 , 为 全 双 工 , 即 能 同 时 收 发 。 接 收 是 双 缓 冲 的 。 它 有 三 种 异 步 方 式 和 一 种 同 步 方 式 。 异 步 方 式 下 的 最 大 波 特 率 为 187.5kb/ s, 同 步 方 式 最 大 波 特 率 为 1.5M b/ s 。P WM 部 件 可 输 出 一 个 固 定 周 期 为 256 个 状
32、态 周 期 的 脉 冲 串 , 其 宽 度 通 过 编 程 可 以 使之 为 0 255 不 等 , 具 体 实 现 可 通 过 对 PW M 控 制 寄 存 器 编 程 得 到 。 8098 单 片 机 D/ A 转 换 是 利 用 PW M 输 出 经 平 滑 滤 波 后 实 现 的 。A / D 转 换 器 带 有 采 样 保 持 电 路 。 它 是 10 位 A / D 转 换 器 , 转 换 时 间 为 88 个 状 态 周 期( 包 括 采 样 与 保 持 所 需 的 4 个 状 态 时 间 ) , 在 12M Hz 晶 振 频 率 下 , 转 换 一 次 需 22 s( 包 括
33、1 s 的 采 样 与 保 持 时 间 ) 。上 述 各 功 能 部 件 , 将 在 后 续 章 节 中 详 细 介 绍 。( 六 ) I / O 部 件 的 控 制 和 状 态 寄 存 器8098 有 二 个 I/ O 控 制 寄 存 器 IOC0 和 IO C1, 以 及 二 个 状 态 寄 存 器 IOS0 和 IOS1。 其 中 I OC0 用 于 控 制 定 时 器 T 2 和 H SI 引 脚 ; I OC1 控 制 某 些 引 脚 的 复 用 功 能 、 中 断 源 以 及 二 个 H SO 引 脚 ; I OS0 用 来 存 放 所 有 H SO 引 脚 以 及 内 容 寻 址
34、 存 储 区 CAM 的 当 前 状 态 ; IO S1 则 包 含 了 定 时 器 以 及 HSI 和 H SO 的 状 态 位 。 这 四 个 寄 存 器 位 于 内 部 随 机 存 储 区 RA M 的 专 用 寄 存 器 SFR 中 。需 要 注 意 的 是 , 当 输 入 引 脚 在 I / O 控 制 寄 存 器 控 制 下 在 二 种 信 号 源 之 间 切 换 时 , 有 可 能 在 这 些 引 脚 产 生 信 号 跳 变 现 象 。 这 将 使 得 某 些 对 跳 变 很 敏 感 的 输 入 线 如 H SI 线 、 中 断 线 、 定 时 器 、 T 2 控 制 线 等 ,
35、 有 可 能 产 生 误 触 发 信 号 , 对 这 些 情 况 在 系 统 设 计 时 应 加 以 避 免 。1. I / O 控 制 寄 存 器 IO C0I OC0 位 于 0015H 地 址 单 元 。 将 某 些 位 置 “1”或 置 零 , 即 可 使 四 条 高 速 输 入 线 接 入 或 退 出 HSI 单 元 。 定 时 器 T 2 的 启 动 和 复 位 也 取 决 于 IOC0 相 关 位 的 状 态 。 IOC0 只 能 写 入 , 不 能 读 出 , IOC0 各 控 制 位 的 功 能 如 图 1-2 所 示 。图 1-2 I/ O 控 制 寄 存 器 IOC0应
36、当 指 出 , 图 1-2 是 针 对 M CS-96 所 有 成 员 的 。 8098 没 有 定 时 器 T 2 的 外 部 复 位 也 没 有T 2RST 和 外 部 时 钟 输 入 T 2CL K 引 脚 , 因 此 使 用 I OC0. 5 和 IOC0. 7 时 应 特 别 注 意 。2. I / O 控 制 寄 存 器 IO C1I OC1 位 于 0016H 地 址 单 元 。 IO C1 只 能 写 入 , 不 能 读 出 , 各 控 制 位 的 功 能 如 图 1-37所 示 。图 1-3 I/ O 控 制 寄 存 器 IOC13. I / O 状 态 寄 存 器 IO S
37、0I OS0 位 于 0015H 单 元 , 它 只 能 读 出 , 不 能 写 入 , 其 状 态 位 定 义 如 图 1-4 所 示 。图 1-4 I/ O 状 态 寄 存 器 IO S0 图 1-5 I/ O 状 态 寄 存 器 IO S14. I / O 状 态 寄 存 器 IO S1I OS1 位 于 0016H 地 址 单 元 , 只 能 读 出 , 不 能 写 入 , 其 状 态 位 定 义 如 图 1-5 所 示 。需 要 注 意 的 是 , 无 论 何 时 读 该 寄 存 器 都 将 使 软 件 定 时 器 和 硬 件 定 时 器 的 溢 出 标 志 ( IOS1. 0 IO
38、S1. 5) 清 零 , 无 论 是 直 接 读 出 ( 例 如 L DB A L , I OS1) 还 是 间 接 读 出 ( 例 如 JBS I OS1. 3, cadd) , 情 况 都 是 如 此 。针 对 上 述 情 况 , 在 对 IOS1 读 出 之 前 , 可 采 用 以 下 处 理 方 法 。先 将 I OS1 的 内 容 暂 存 于 某 一 寄存 器 单 元 ( 称 为 IM A GE ) , 用 于 “映 象 ”IOS1. 0 IOS1. 5的 状 态 。 然 后 再 对 I M AGE 单 元 进 行 位 测 试 。 可 采 用 如 下 指 令 来 完 成 :CLRB
39、IM AG E ; 寄 存 器 IMA GE 清 零ORB IM AG E, IO S1 ; 将 IOS 1 中 内 容 或 到 IM A GE 中LDB A L , IM A GE ; 将 IM AG E 的内 容 送 入 A L 中JBS A L , 3, cadd ; 检 测 A L, 3 位 是 否 为 1, 如 为 1 则 转 向 cadd 地 址 标 号第 二 条 指 令 使 IO S1 中 的 各 位 与 映 象 单 元 IM AGE 各 个 位 进 行 逻 辑 或 ( 假 设 IM A GE 已 被 清 零 ) , 这 样 可 将 IOS1 中 为 “1”的 位 复 制 到 I
40、M A GE 寄 存 器 中 , 这 正 是 需 要 检 测 的 信 息 。 执 行 这 条 指 令 时 不 会 改 变 I OS1 中 各 个 位 的 状 态 。 第 三 条 指 令 将 IM A GE 中 的 内 容 送 入 A L 寄存 器 中 。 第 四 条 指 令 是 对 I OS1 中 的 某 一 位 ( 已 复 制 到 AL 中 ) 进 行 检 测 , 若 I OS1. 3 为 1, 则 程 序 转 向 某 个 非 顺 序 地 址 cadd。8在 后 面 介 绍 8098 各 功 能 部 件 时 , 要 经 常 用 到 上 述 四 个 特 殊 功 能 寄 存 器 中 相 关 的
41、位 。 在 进 行 各 功 能 部 件 的 应 用 软 件 设 计 时 , 经 常 要 对 相 应 的 位 进 行 编 程 或 测 试 。 所 以 理 解 和 掌 握 这 四 个 寄 存 器 各 个 位 的 功 能 及 检 测 方 法 是 十 分 重 要 的 。实 验 一 长 延 时 时 间 的 产 生 和 改 变一 、 预 备 知 识在 很 多 计 算 机 控 制 系 统 中 , 经 常 要 用 到 几 十 秒 或 更 长 的 延 时 时 间 作 为 系 统 的 采 样 周 期 。 获 得 这 种 长 延 时 的 方 法 有 多 种 , 在 这 里 仅 介 绍 本 书 实 例 用 到 的 一
42、 种 方 法 , 即 利 用 一 个 外 时 钟 源 经 过 8155 芯 片 分 频 之 后 作 为 8098 片 内 定 时 器 T 2 的 输 入 信 号 。 当 T 2 计 数 器 计 满 溢 出后 , 产 生 一 个 中 断 信 号 , 以 获 得 一 个 长 延 时 时 间 。 改 变 8155 芯 片 的 时 间 常 数 , 可 以 获 得 一 个 从 二 百 毫 秒 到 几 十 分 钟 的 采 样 周 期 , 以 满 足 各 种 控 制 系 统 的 要 求 。图 1-6 是 产 生 和 改 变 长 延 时 时 间 的 电 气 原 理 图 , 也 是 本 书 各 实 例 用 到
43、的 8098 用 户 系统 图 。图 1-6 产 生 和 改 变 长 延 时 时 间 电 气 原 理 图 ( 简 称 8098 用 户 系 统 图 )98098 虽 然 是 一 种 单 片 机 , 但 是 它 仍 然 需 要 与 几 种 基 本 的 外 部 电 路 连 接 以 后 才 能 工 作 。 在 与 外 部 电 路 的 各 种 连 接 中 , 许 多 专 用 的 引 脚 在 软 件 控 制 下 , 具 有 不 同 的 特 点 与 用 途 , 所 以 在 硬 件 连 接 以 前 , 应 深 入 了 解 系 统 构 成 的 详 细 情 况 。图 1-6 是 一 个 有 实 用 价 值 的
44、单 片 机 系 统 原 理 接 线 图 。 该 系 统 主 要 由 8098 单 片 机 、 晶 体 振 荡 器 、 带 随 机 存 储 器 R AM 和 定 时 器 的 8 位 并 行 输 入 / 输 出 接 口 8155、 可 改 写 的 只 读 存 储器 27128、 地 址 锁 存 器 74L S373、 地 址 译 码 电 路 74LS138 等 元 器 件 所 组 成 。下 面 分 别 介 绍 地 址 锁 存 器 、 地 址 译 码 器 、 只 读 存 储 器 、 8155 等 芯 片 和 8098 单 片 机 高 速 输 入 ( HSI) 通 道 的 工 作 原 理 以 及 它
45、们 和 8098 单 片 机 的 连 接 方 法 。 有 关 晶 体 振 荡 器 、 复 位 电 路 的 工 作 情 况 , 请 参 考 有 关 资 料 。( 一 ) 外 部 地 址 锁 存 器由 于 在 单 片 机 内 部 , 存 储 器 容 量 较 小 , 经 常 需 要 外 部 扩 展 , 以 增 大 存 储 器 的 容 量 。 在 进 行 外 部 存 储 器 扩 展 时 , 首 先 遇 到 的 问 题 就 是 地 址 锁 存 。 8098 单 片 机 中 的 16 位 地 址 分 为 高 8 位( A 15 A 8 ) 和 低 8 位 ( A 7 A 0 ) 。 高 8 位 由 P4
46、口 输 出 , 低 8 位 由 P 3 口 输 出 。 而 P3 口 同 时 又 是 数 据 输 入 / 输 出 接 口 , 故 在 传 送 时 采 用 分 时 方 式 , 先 输 出 低 8 位 地 址 , 然 后 再 传 送 数 据 。 但 是 , 在 对 外 部 存 储 器 进 行 读 / 写 操 作 时 , 地 址 必 须 保 持 。 这 就 需 要 选 用 适 当 的 寄 存 器 存 放 低 8 位 地 址 , 这 个 外 接 的 寄 存 器 就 称 为 地 址 锁 存 器 。 在 进 行 外 部 存 储 器 扩 展 时 , 凡 具 有 输 入 与 输 出 功 能 的 8 位 寄 存
47、 器 均 可 作 为 地 址 锁 存 器 。 目 前 常 用 的 有 74LS273/ 373, 8 位 并 行 I / O 接 口 8212/ 8282 等 。 外 部 存 储 器 扩 展 的 逻 辑 结 构 如 图 1-7 所 示 , P3 口 输 出 低 8 位 地 址 , 由 地 址 锁 存 器 锁 存 。 P 4 口 输 出 高 8 位 地 址 , 直 接 送 外 部 存 储 器 。 AL E 为 地 址 锁 存 允 许 信 号 。图 1-7 外 部 存 储 器 扩 展本 书 用 到 的 74LS373 是 一 种 8D 触 发 器 , 由 三 态 门 控 制 输 出 , 内 部 逻
48、 辑 如 图 1-8 所 示 , 外 部 引 脚 如 图 1-9 所 示 , 数 据 输 入 由 允 许 端 G 控 制 , 数 据 输 出 由 数 据 输 出 控 制 端 控 制 。 各 触 发 器 仅 输 出 单 一 状 态 , 1D 8D 为 数 据 输 入 端 , 1Q 8Q 为 数 据 输 出 端 , 每 个 触 发 器 的 功 能 如 表 1-2 所 示 , 它 常 用 作 数 据 锁 存 器 。 在 存 储 器 扩 展 时 作 为 地 址 锁 存 器 , 与 8098 的 连 接 如 图 1-6所 示 。10图 1-9 74LS 373 引 脚 图表 1-2 74L S373 功
49、 能 表输 出 控 制 允 许G D 输 出L H H HL H L LL L Q 0H 高 阻 态图 1-8 74LS 373 内 部 结 构 图说 明 : 表 示 无 关 Q0 表 示 初 始 电 平H 表 示 高 电 平 L 表 示 低 电 平( 二 ) 地 址 译 码 电 路 74L S138在 用 多 块 存 储 器 芯 片 构 成 外 部 存 储 器 时 , 除 了 低 8 位 地 址 需 要 锁 存 之 外 , 还 要 由 高 位 地 址 产 生 片 选 信 号 。 产 生 片 选 信 号 的 方 式 有 两 种 , 一 种 是 线 选 方 式 , 另 一 种 是 译 码 方 式 。 所 谓 线 选 方 式 , 是 将 高 位 地 址 直 接 连 接 到 片 选 信 号 输 入 端 , 即 一 位 高 位 地 址 线 对 应 一 个 片 选 信号 , 如 图 1-10 所 示 。 译 码 方 式 则 是 将 高 位 地 址 送 地 址 译 码