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攀枝花学院毕业设计（论文） 单片机测量电机转速的原理及程序学生姓名： 学生学号： 200320832048 院（系）： 电气信息工程学院 年级专业： 03工业电气自动化 指导教师： 二六年五月攀枝花学院毕业设计（论文） 摘 要摘 要在生产过程中，电机的应用十分广泛，为了更好地利用电机，在实际的生产过程中便运用单片机对其转速进行测量，以便更好地为生产和生活服务。在本方案中，测量转速的霍尔传感器和机轴同轴连接，机轴每转一周，产生一定量的脉冲个数，由霍尔器件电路部分输出。经光电耦合器后，成为转数计数器的计数脉冲。同时传感器电路输出幅度为12v的脉冲经光电耦合后降为5v，保持89c52逻辑电平相一致。控制计数时间，即可实现计数器的计数值对应机轴的转速值。cpu将该值数据处理后，在led数码管上显示出来。一旦超速，cpu通过喇叭发出报警信号，同时灯屏上对应的指示灯闪烁。必要时，cpu发出减速或停机控制信号。通过对本方案的设计，让我更进一步加深了专业知识，掌握了一些基本的设计方法。 关键词 单片机,霍尔器件,光电耦合器,led数码管 攀枝花学院专科毕业设计（论文） abstractabstractin the production process, the electrical machinery application is extremely widespread, in order to uses the electrical machinery well, then carries on the survey in the actual production process using the monolithic integrated circuit to its rotational speed, in order to well for production and life clothing.in this plan, the survey rotational speed hall sensor and the engine shaft plumbing, the engine shaft every time transfers a week, has a quota pulse integer, partially outputs by the hall component electric circuit. after the photoelectricity coupler, becomes the revolution counter to count the pulse. simultaneously the sensor electric circuit output scope pulse falls after the photoelectricity coupling, guarantees the 89c51 logic level to be consistent. the control counts the time, and then realizes the counter idea value to correspond the engine shaft the rotational speed value. after cpu this value data processing, demonstrates on the led numerical code tube. once overspeed, cpu sends out the alarm through the loudspeaker, simultaneously on the lamp screen corresponds the indicating lamp glitters. when necessity, cpu sends out decelerates or the engine off control signal.through to this plan design, let me further deepen the specialized knowledge, has grasped some basic design methods.keywords one-chip computer, halls device, photoelectrical coupler, led number manage攀枝花学院专科毕业设计（论文） 目 录目 录摘 要abstract1 原理简介21.1原理21.2意义32 硬件电路设计42.1霍尔器件dn683742.1.1霍尔效应42.1.2霍尔器件52.1.3霍尔线性电路62.1.4差动霍尔电路(双霍尔电路)72.2光电编码器72.3仪表仪器的数码显示82.4单片机112.4.1单片机的硬件系统112.4.2单片机的软件系统122.4.3常用术语及外部结构122.4.4 cpu及存储器142.4.5引脚功能及cpu的时序202.4.6振荡电路、时钟电路、接口电路2225硬件电路253 软件设计263.1主程序263.2主要功能函数284 原理图的绘制365 参考文献376 致谢38附录3941攀枝花学院毕业设计（论文） 1 原理简介1 原理简介1.1原理使用单片机测量电机转速的基本原理如图1.1所示。该系统包括传感器、处理器、计数器和显示4个部分。1、传感器部分主要分为两个部分。第一部分是利用霍尔器件或者是光电编码器将电机的转速转化为脉冲信号；第二个部分是使用光耦，将传感器输出的信号和单片机的计数电路两个部分隔开，减少计数的干扰。2、计数器可以采用片外计数器和片内计数器两个方案。片外计数器的方案是指采用8253等片外的专用计数芯片进行脉冲计数，单片机控制8253的计数过程，并在计数完毕后读取计数值。片内计数方案是指采用单片机的内部计数器完成对脉冲的计数过程。3、处理器本方案中的处理器是单片机，采用89c52单片机。4、显示部分显示部分有两个功能，在正常的情况下，通过led数码管显示当前的频率数值,当电机的转速超出一定的范围后，通过灯光和蜂鸣器进行报警。图1.1 单片机测量电机转速的原理图本系统的测量过程如下：测量转速的霍尔传感器和机轴同轴连接，机轴每转一周，产生一定量的脉冲个数，由霍尔器件电路部分输出。经过光电耦合器后，成为转数计数器的计数脉冲。同时传感器电路输出幅度为12v的脉冲经光电耦合后降为5v，保持同8952逻辑电平相一致。控制计数时间，即可实现计数器的计数值对应机轴的转速值。cpu将该数据处理后，在led数码管上显示出来。一旦超速，cpu通过喇叭和转灯发出声、光报警信号，同时灯屏上对应的指示灯闪烁。必要时，cpu发出减速或停机控制信号。1.2意义随着单片机技术的广泛应用，以及它所显示出来的强大功能，单片微型计算机（简称单片机）也叫做微型控制器，自从20世纪70年代问世以来，得到了快速发展，从早期的8位机到现在的32位机，其硬件资源和软件资源在不断丰富与完善。单片机由于其集成度高、体积小、抗干扰能力强和价格低廉、具有独特的控制功能，它已经成为计算机世界中的重要成员。在一个应用系统中，只用一个单片机，这是目前应用最多的方式。但是单片机应用的意义绝不仅限于它的广阔范围以及所带来的经济效益上，更重要的意义还在于：单片机的应用正从根本上改变着传统的控制系统设计思想和设计方法。从前必须由模拟电路或数字电路实现的大部分控制功能，现在已能使用单片机通过软件（编程序）方法实现了。这种以软件取代硬件并能提高系统性能的控制技术必将随着单片机应用的推广普及而不断发展完善。利用单片机测量电机的转速就是这样一个典型的例子。攀枝花学院毕业设计（论文） 2硬件电路设计2 硬件电路设计2.1霍尔器件dn6837霍尔器件是一种磁传感器。用它们可以检测磁场及其变化，可在各种与磁场有关的场合中使用。霍尔器件以霍尔效应为其工作基础。霍尔器件具有许多优点，它们的结构牢固，体积小，重量轻，寿命长，安装方便，功耗小，频率高（可达1mhz），耐震动，不怕灰尘、油污、水汽及烟雾等的污染或腐蚀。霍尔线性器件的精度高、线性度好；霍尔开关器件无触点、无磨损、输出波形清晰、无抖动、无回跳、位置重复精度高（可达m级）。取用了各种补偿和保护措施的霍尔器件的工作温度范围宽，可达55150。按照霍尔器件的功能可将它们分为:霍尔线性器件和霍尔开关器件。前者输出模拟量，后者输出数字量。按被检测的对象的性质可将它们的应用分为:直接应用和间接应用。前者是直接检测出受检测对象本身的磁场或磁特性，后者是检测受检对象上人为设置的磁场，用这个磁场来做被检测的信息的载体，通过它，将许多非电、非磁的物理量例如力、力矩、压力、应力、位置、位移、速度、加速度、角度、角速度、转数、转速以及工作状态发生变化的时间等，转变成电量来进行检测和控制。2.1.1霍尔效应如图2.1所示，在一块通电的半导体薄片上，加上和片子表面垂直的磁场b，在薄片的横向两侧会出现一个电压，如图2.1中的vh，这种现象就是霍尔效应，是由科学家爱德文霍尔在1879年发现的。vh称为霍尔电压。图2.1 霍尔效应和霍尔元件 这种现象的产生，是因为通电半导体片中的载流子在磁场产生的洛仑兹力的作用下，分别向片子横向两侧偏转和积聚，因而形成一个电场，称作霍尔电场。霍尔电场产生的电场力和洛仑兹力相反，它阻碍载流子继续堆积，直到霍尔电场力和洛仑兹力相等。这时，片子两侧建立起一个稳定的电压，这就是霍尔电压。在片子上作四个电极，其中c1、c2间通以工作电流i，c1、c2称为电流电极，c3、c4间取出霍尔电压vh，c3、c4称为敏感电极。将各个电极焊上引线，并将片子用塑料封装起来，就形成了一个完整的霍尔元件（又称霍尔片）。为了精确地测量磁场,常用恒流源供电,令工作电流恒定,因而,被测磁场的磁感应强度b可用霍尔电压来量度。在一些精密的测量仪表中，还采用恒温箱，将霍尔元件置于其中，令rh保持恒定。若使用环境的温度变化，常采用恒压驱动，因和rh比较起来，n随温度的变化比较平缓，因而vh受温度变化的影响较小。为获得尽可能高的输出霍尔电压vh，可加大工作电流，同时元件的功耗也将增加。2.1.2霍尔器件霍尔器件分为:霍尔元件和霍尔集成电路两大类，前者是一个简单的霍尔片，使用时常常需要将获得的霍尔电压进行放大。后者将霍尔片和它的信号处理电路集成在同一个芯片上。霍尔元件可用多种半导体材料制作，如ge、si、insb、gaas、inas、inasp以及多层半导体异质结构量子阱材料等等。insb和gaas霍尔元件输出特性见图2.2和图2.3这些霍尔元件大量用于直流无刷电机和测磁仪表。图2.2 insb霍尔元件的输出特性图2.2 gaas霍尔元件的输出特性2.1.3霍尔线性电路图2.4 霍尔线性电路的功能框图它由霍尔元件、差分放大器和射极跟随器组成。其输出电压和加在霍尔元件上的磁感强度b成比例，它的功能框图和输出特性示于图2.4。这类电路有很高的灵敏度和优良的线性度，适用于各种磁场检测。霍尔开关电路又称霍尔数字电路，由稳压器、霍尔片、差分放大器，斯密特触发器和输出级组成。在外磁场的作用下，当磁感应强度超过导通阈值bop时，霍尔电路输出管导通，输出低电平。之后，b再增加，仍保持导通态。若外加磁场的b值降低到brp时，输出管截止，输出高电平。我们称bop为工作点，brp为释放点，bopbrp=bh称为回差。回差的存在使开关电路的抗干扰能力增强。霍尔开关电路的功能框见图2.5。图2.5(a)表示集电极开路(oc)输出，(b)表示双输出。它们的输出特性见图2.6，图2.6(a)表示普通霍尔开关，(b)表示锁定型霍尔开关的输出特性。a 单oc输出 b 双oc输出图2.5 霍尔开关电路的功能框图a 开关输出特性 b 锁定型输出特性图2.6 霍尔开关电路的输出特性一般规定，当外加磁场的南极(s极)接近霍尔电路外壳上打有标志的一面时，作用到霍尔电路上的磁场方向为正，北极接近标志面时为负。锁定型霍尔开关电路的特点是：当外加场b正向增加，达到bop时，电路导通，之后无论b增加或减小，甚至将b除去，电路都保持导通态，只有达到负向的brp时，才改变为截止态，因而称为锁定型。2.1.4差动霍尔电路(双霍尔电路)它的霍尔电压发生器由一对相距2.5mm的霍尔元件组成，其功能框图见图2.7。图2.7 差动霍尔电路的原理图使用时在电路背面放置一块永久磁体，当用铁磁材料制成的齿轮从电路附近转过时，一对霍尔片上产生的霍尔电压相位相反，经差分放大后，使器件灵敏度大为提高。用这种电路制成的汽车齿轮传感器具有极优的性能。2.2光电编码器光电编码器是利用光栅衍射原理实现位移数字变换的，从50年代开始应用于机床和计算仪器，因其结构简单、计量精度高、寿命长等优点，在国内外受到重视和推广。近年来更取得长足的发展，在精密定位、速度、长度、加速度、振动等方面得到广泛的应用。光电编码器按编码方式分为二类：增量式与绝对式。增量式编码器特点：增量式编码器转轴旋转时，有相应的脉冲输出，其计数起点任意设定，可实现多圈无限累加和测量。编码器轴转一圈会输出固定的脉冲，脉冲数由编码器光栅的线数决定。需要提高分辨率时，可利用 90 度相位差的 a、b 两路信号进行倍频或更换高分辨率编码器。绝对式编码器特点：绝对式编码器有与位置相对应的代码输出，通常为二进制码或 bcd 码。从代码数大小的变化可以判别正反方向和位移所处的位置，绝对零位代码还可以用于停电位置记忆。绝对式编码器的测量范围常规为 0360 度。速度计与长度计一般采用增量式编码器，以下就其参数范围作简要的介绍，供选型参考。1光栅线数：常 用 线 数 30、60、100、120、200、250、256、300、360、400、480、500、512、600、700、 800、900、907、1000、1024、1200、1250、1440、1500、1800、2000、2048、 2400、2500、2669、3000、3600、4000、4069、4500、5000、5400 2输出方式： 常规有五种输出方式： 集电极开路输出（通用型） 互补输出 电压输出 长线驱动器输出 uvw 输出 3工作电压：常规有以下几种： 5v、12v、24v、5-24v（通用型）、5-30v 4防护性能：常规为防油、防尘、抗震型。 5弹性联接器：编码器轴与用户轴联接时，存在同轴误差，严重时将损坏编码器。要求采用弹性联接器（编码器厂家提供选件），解决偏心问题，一般可以做到允许扭矩 1n.m, 不同轴度0.2mm，轴向偏角 1.5度。2.3仪表仪器的数码显示 数码管在仪器仪表中有着广泛的用途，如万用表、转速表等。目前，在基于单片机系统的仪器仪表中，除了需要完成选定功能的算法和传感器外，还需要输入、输入出装置。数码管在仪器仪表中主要是显示单片机的输出数据、状态等，因而，作为外围典型器件，数码管显示是反映系统输出和操纵输入的有效器件。数码管具备数字接口，可以很方便地和单片机系统连接；数码管的体积小、重量轻，并且功耗低，是一种理想的显示单片机数据输出内容的器件，在单片机系统中有着重要的作用。什么是8段数码管?图2.8 led电路原理8段数码管属于led发光器件的一种。led发光器件一般常用的有两类：数码管和点阵。8段数码管又称为8字型数码管，分为8段：a、b、c、d、e、f、g、p。其中p为小数点。数码管常用的有10根管脚，每一段有一根管脚，另外两根管脚为一个数码管的公共端，两根之间相互连通，如图2.8所示。 从电路上，数码管又可分为共阴和共阳两种。8段数码管是如何显示单片机数据的? 用单片机驱动led数码管有很多方法，按显示方式分，有静态显示和动态显示。静态显示就是显示驱动电路具有输出锁存功能，单片机将所要显示的数据送出后就不再控制led，直到下一次显示时再传送一次新的显示数据。静态显示的数据稳定，占用的cpu时间少。静态显示中，每一显示都要占用单独的具有锁存功能的i/o接口，该接口用于笔划字形代码。这样单片机只要显示的字形代码发送到接口电路，该字段就可以显示发送的字形。要显示新的数据时，单片机再发送新的字形码。 另一种方法是动态扫描显示。动态扫描方法是用其接口电路把所有显示器的8个笔划段ah同名端连在一起，而每一个显示器的公共极com各自独立地受i/o线控制。cpu向字段输出口送出字形码时，所有显示器接收到相同的字形码，但究竟是哪一个显示器亮，则取决于com端，而这一端是由i/o控制的，由单片机决定何时显示哪一位了。动态扫描用分时的方法轮流控制各个地区显示器的com端，使各个显示器轮流点亮。在轮流点亮扫描过程中，每位显示器的点亮时间极为短暂，但由于人的视觉暂留现象及发光二极管的余辉效应，给人的印象就是一组稳定的显示数据。单片机是如何通过静态显示方法显示数据的?图2.9 接口电路图静态显示方法需要专门的接口电路，电路中需要锁存器。可以提供单独锁存的i/o接口电路很多，这是用串并转换电路74ls164。其接口电路如图2-9所示。显示电路只使用单片机的3个端口p1.7、p3.0、p3.1，配以4片串入并出移位寄存器74ls164。其中74ls164的引脚q0q7为8位并行输出端；引脚a、b为串行输入端；引脚clk为时钟脉冲输入端，在clk脉冲在上升沿作用下实现移位，在clk=0、清除端mr=1时，74ls164保持原来数据状态；mr=0时，74ls164输出清零。4片74ls164首尾相串，而时钟端则接在一起，这样，当输入8个脉冲时，从单片机输出 的数据就进入到了第一片74ls164中了，而当第二个8个脉冲到来后，这个数据就进入第二片74ls164，而新的数据则进入了第一片74ls164。这样，当第4个8个脉冲完成后，首次送出的数据被送到了最左面的74ls164k ，其他数据依次出现在第一、二、三片74ls164中。具体的工作过程如下：l 2051的串行口设定在方式0移位寄存器状态下，串行数据由p3.0发送，移位时钟由p3.1送出。l 在移位时钟的作用下，串行口发送缓冲器的数据一位一位地移入74ls164中。l 4片74ls164串级扩展为4个8位并行输出口，分别连接到4个led显器的段选端作静态显示。 下面介绍，在单片机控制数码管显示的过程中还有一种串行的方式，其电路原理如图2.10所示。图2.10 led并行驱动的电路图图中显示的是使用8155与6位led显示器的接口，8155的pb0pb7作为段选码口，经过7407驱动与led的段相连；8155的pa0pa5作为位选码口，经过7406驱动与led的位相连。图中的p2.7反相后作为8155的片选项信号，p2.6接8155的i/o端。这样确定8155片内的4个端口的地址。2.4单片机单片微型计算机简称为单片机，它是大规模集成电路技术发展的产物，属第四代电子计算机。它是中内处理器（center processing unit, cpu）、随机存取存储器（random access memory, ram）、只读存储器（read only memory, rom）、定时器/计数器以及i/o（input/out）接口电路等到主要计算机部件集成在一块集成电路芯片上的微型计算机。 单片机具有高性能、高速度、体积小、价格低廉、稳定可靠、应用广泛的特点。 随着微控技术的日益完善和发展，单片机的应用正在不断走向深入。它的应用必定导致传统技术根本上发生变革。也就是说，单片机应用的出现是对传统控制技术的革命。因此，了解单片机知识，掌握单片机的应用技术，具有重要的意义。2.4.1单片机的硬件系统 单片机硬件系统从表面上看，它很简单，但仍由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备5部分组成。实质上，单片机是在一个尺寸有限的芯片上把运算器电路、控制器电路、一定容量的存储器，以及输入输出的接口电路集成为体的微型计算机。它在制作上即要求高性能、结构简单灵活，又要求工件稳定可靠因此，其设计必须精巧，考虑必须周全，以克服因芯片民族尺寸有限所带来的许多制约。2.4.2单片机的软件系统 硬件系统作为实体，为计算机工作提供了基础和条件，但要相使计算机有效地工作还必须有软件配合。 概括地说，计算机的软件系统包括系统软件、应用软件和程序设计语言3个部分。但单片机由于硬件支持和需要所限，其软件系统也比较简单。首先，单片机系统管理不需要像微型机那样复杂的操作系统，而只使用简单的操作系统程序。因此，监控程序就成为单片机中最重要的系统软件。 大多数单片机不使用高级语言，因此，也就没有必要配置程序设计语言。单片通常使用的是汇编语言，但单片机并没有自己专用的汇编程序，用户的应用程序是在其他微型计算机上通过交叉汇编方法得到的二进制目标码。因此，在单片机软件系统中，只有监控程序和目标码的应用程序。2.4.3常用术语及外部结构 微处理器 把计算机课的运算器和控制器集成在一个芯片上所构成的器件称为微处理器（微处理器就是微型计算机的cpu），典型型号有z80、8080等。l 主机 微处理器cpu和内存储器统称为主机。l 微型计算机 把cpu、内存储器、输入输出设备接口电路集成在若干芯片上，加上控制电路和电源等所组成装成的计算机，称为微型计算机。l 单板机 把cpu、存储器输入输出接口电路集成在一个芯片上所构成的微型计算机。l 运算器 用来加、减、乘、除等算术运算及逻辑运算的部件。l 存储器 用来存储原始数据、计算步骤、运算的中间结果和最终结果的部件。l 控制器 用来控制计算机各部件按预先规定的计算步骤自动进行指定操作的部件。l 输入法设备 把原始数据和解题程序输入计算机的设备。例如，常用的键盘、纸带读入机等。l 输出设备 输出计算结果的设备。例如，常用的电传打印机、宽行打印机、crt显示器等。l 硬件 由计算机的运算器、存储器、控制器、输入和输出设备这5部分。l 软件 指各种各样的程序。l 中央处理单元 运算器和控制器的全称。l 读 输出l 写 输入l 只读存储器 只能输出的存储器。l eprom 可以改变输入内容的只读存储器。l 随机存取存储器 即能输出又能输入的存储器。l 字长 在计算机中用一组二进制编码表示一个信息，这组编码称为计算机的字。组成字的二进制数的位数称为字长。字长标志着计算机的精度。微型机的字长为4位、8位、16位，目前多数为8位字长。每8位字长称为一个字节。依照某位数称为某位要，例如字长为4位数的称为4位机，字长为8位数的称为8位机，依此类推。l 内存储器容量 内存储器中能存储的字节数统称为容量。每1024个字节称为1k字节。计算机的容量随机器型号不同而异。l 存取周期 存储器进行一次读、写信息操作所需的时间。例如，微机的内存储顺存取周期约为100ns。l 运算速度 计算机每秒钟能执行指令的条数，单位是“次/s”。l 指令 人们指定计算机进行某种操作的命令。l 定点 指在计算机中，把小数点固定中数的某个位置。l 浮点 指在计算机中，小数点可在某指定范围内浮动。l 波特率 串行口每秒钟发出的位数称为波特率。用“1/t”表示，t为发送一位数所需的时间。l 权 同一个数字符号处于数的不同位置，它所代表的数值不同，这种规则称为权。l 原码 在计算机中，数值位保持二进制数值不变的数码称为原码。l 反码 在计算机中，与原码相反的数码称为反码。l 补码 在计算机中，在反码的末位再加1所成的数码称为补码。内部结构 8051单片机的内部结构，其基本结构包括： 8位cpu，片内振荡器 4kb om，128b ram 21个特殊功能寄存器 32根i/o接口线 可寻址各64kb的外部程序存储器、数据存储器空间 2个16位的定时器/计数器 5个中断源，2个优先级 一个全双式串行口 有位寻址功能，适于布尔处理的位处理机2.4.4 cpu及存储器单片机核心的部分是cpu，可以说cpu是单片机的大脑和心脏。cpu的功能是产生控制信号，把数据从存储器或输入接口传送到cpu或反向传送，还可对输入数据进行算术、逻辑运算能及位操作处理，故cpu内包含了运算器控制器以及布尔处理器。存储器主要包括程序存储器和数据存储器。1、运算器运算器以算术逻辑部件（arithmetic and logic unit, alu）为核心，加上累加器acc、暂存寄存器、程序状态寄存器以及布尔处理器、bcd码运算调整电路等构成了整个运算器逻辑电路。2、累加器（acc）acc是8位寄存器，它通过暂存器和alu相连，它是cpu中工作最繁忙的寄存器。这是因为，在算术、逻辑运算中，运算器的每一个输入多为acc的输出，而运算结果大多数也要送到acc中。在指令系统中，累加器acc的助记符为a。3、 算术逻辑部件（alu）alu用来完成二进制数的四则运算和布尔代数的逻辑运算。此外，通过对运算结果的判断，影响程序状态标志寄存器的有关位。4、 程序状态字寄存器（psw） psw也是8位寄存器，用来存放运算结果的一些特征，其格式如下：psw 位地址 d7h d6h d5h d4h d3h d2h d1h d0hcacf0rs1rs0ovf1p字节地址d0h 其中每位的含义如下： c 进位标志。在进行加法或减法运算时，若运算结果最高位有进位借位，则c置“1”，否则置“0”。在进行位操作时，c作为位操作累加器。 ac 半进位标志。在进行加法或减法运算时，若低半字节向高半字节有进位或借位，则ac置“1”，否则置“0”。ac还可作为bcd码运算调整时的判别位。 f0 用户标志位。由用户置位、复位，作为软件标志。 rs1，rs0 工作寄存器指针，用来选择工作的寄存器组。由用户用指令改变rs1、rs0的组合，以选择当前的工作寄存器组，如表2.1所示。单片机复位时，rs1=rs0=0，cpu自然选中第0组工作寄存器。表2.1 工作寄存器rs1rs0寄存器组片内ram地址00第0组00h07h01第1组08h0fh10第2组10h17h11第3组18h1fh ov 溢出标志。反映运算结果是否溢出，溢出时ov=“1”，否则ov=“0”。溢出和进位是两种不同性质的概念。溢出是指有正、负号的两个数运算时结果超出了-128+127的范围；而进位是指两个数最前一位相加时有进位。 对于一个字节数，若用最高位表示正、负号，则有7个有效位，能表示-128+127之间的数，若运算结果超出了这个范围，就产生了溢出。在下面的例子中，两个正数相加超过了+127，产生了溢出，使符号位由正变为负，结果是错误的，这是ov=1；两个负数相加，结果小于-128，产生了溢出，使符号位由负变为正，ov=1。 f1 用户标志位.同fo。 p 奇偶标志.反映累加器a中内容的奇偶性.若a中有奇数个 “1”,则p置 “1”,否则置 “0”。控制器 控制器是cpu的大脑中枢,它的组成包括定时控制逻辑、指令寄存器、指令译码器、数据指针dptr、程序计数器pc、堆栈指针sp以及地址寄存器、地址缓冲器等。它的功能是逐条对指令进行译码，并通过定时和控制电路在规定的时刻发出各种操作所需的内部和外部控制信号，协调各部分的荛，完成指令规定的操作。下面介绍控制器中主要部件的功能。、1程序计数器（program counter, pc） 程序计数器pc的功能和一般微机相同，它用来存放一条要执行指令地址。当一条指令按照pc所指的地址从存储器中取出后，pc会自动加工能力，即指向下一条指令。 2堆栈指针（stack pointer, sp） 堆栈指针sp在片内ram128个字节中开辟栈区，并随着跟踪栈顶地址。这是按“先进后出”的原则存取数据的，开机复位后，单片机的栈底地址为07h。3指令译码器 当指令送入指令译码器后，由译码器对该指令进行译码，即把指令转变成所需的电平信号，cpu根据译码器输出的电平信号使定时控制电路定时地产生执行该指令所需的各种控制信号，以便计算机能正确执行程序所要求的各种操作。4数据指针dptr 由于mcs-51系列单片机可以外接64kb的数据存储器和i/o接口电路，故单片机内设置了16位的数据指针dptr，它可以对64kb的外部数据存储器和i/o进行寻址。它的高8位为dph，地址为83h；低8位为dpl，地址为82h。程序存储器图2.11 mcs-51存储器配置图程序存储器和数据存储器的寻址空间是分开的，对mcs-51系列而言，有4个物理上相互独立的存储器空间，即内、外程序存储器和内、外数据存储器如图2.11所示。但从用户角度上看，有3个存储空间：片内外统一编址的64kb程序存储器地址空间，256b片内数据存储器地址空间以及64kb片内数据存储器空间。程序存储器用于存放程序及表格常数。8051片内有4kb的rom，8751片内有4kb的eprom，而8052、8752片内存储器为8kb。由于8031、8032无片内程序存储器，所以，片内程序存储器的有无和种类是区分8031、8051、8751的主要标志。 8051、8751片内有4kb 的rom/eprom，片外用16位地址线扩充64kb的rom，两者统一编址。若单片机的ea端接“1”，则8051和8751的片内程序存储器占用0000h0fffh的最低4kb，故当寻址范围在1000hffffh时，则从片外程序存储器取指令；若ea端接“0”，则mcs-51系列所有的单片机均在片外程序存储器中取指令，这时，片外程序员存储器可以从0000h开始编址。对8031和8032，由于无片内程序存储器，故ea端必须接地。 在程序存储器中，有6个单元具有特定的含义： 0000h 单片机复位的，pc=0000h，即从0000h开始执行指令 0003h 外部中断0入口地址 000bh 定时器0溢出中断入口地址 0013h 外部中断1入口地址 001bh 定时器1溢出中断入口地址 0023h 串行口中断入口地址数据存储器 数据存储器用于存放运算的中间结果、数据暂存以及数据缓冲等。它由读写存储器ram组成，片内为256b，片外最大呆扩展为64kb。1 片内数据存储器 对8051单片机，其片内数据存储器最大可寻址256个单元，低128b（00h7fh）为真正的用户ram区，高128b(80hffh)为特殊功能寄存器区。在低128bk ，32个工作寄存器占用了00h1fh单元。32个工作寄存器分成4组，每组8个通用工作寄存器（r0r7）组成。通过对程序状态字中rs1和rs0的设置，可决定选用哪一组工作寄存器。没有被选中作为工作寄存器的单元可作国一般的数据缓冲器使用。cpu复位后，总是选中第0组作寄存器。表2.2所示是工作寄存器地址表。表2.2工作寄存器地址表组号rs1rs0r0r1r2r3r4r5r6r700000h01h02h03h04h05h06h07h10108h09h0ah0bh0ch0dh0eh0fh21010h11h12h13h14h15h16h17h31118h19h1ah1bh1ch1dh1eh1fh 工作寄存器区后的16个字节单元（20h2fh），可用位寻址方式访问其各位。这128个位的位地址为00h7fh,低128bram的字节地址范围也是007fh。8051采用不同的寻址方式来加以区分，应访问低128b单元用直接寻址及间接寻址，而访问128个位地址用位寻址方式，这样就区分开了00h7fh是位地址还是字字地址。2 特殊功能寄存器（sfr）8051片内高128b ram中，除程序计数器pc外，还有21个特殊功能寄存器，它们离散地分布在80hffh的ram空间中。访问特殊功能寄存器允许使用直接寻址方式。表2.3为特殊功能寄存器表。表2.3mcs-51系列单片机特殊功能符 号名 称地址*acc累加器e0h*bb寄存器f0h*psw程序状态字d0hsp堆栈指针81hdptr数据指针83h（高位）82h（低位）*p0p0口锁存寄存器80h*p1p1口锁存寄存器90h*p2p2口锁存寄存器a0h*p3p3口锁存寄存器b0h*ip中断优先级控制寄存器b8h*ie中断允许控制寄存器a8hth0定时器/计数器0（高字节）8chtl0定时器/计数器0（低字节）8ahth1定时器/计数器1（高字节）8dhtl1定时器/计数器1（低字节）8bh+th2定时器/计数器2（高字节）cdh+tl2定时器/计数器2（低字节）cch+rcap2h定时器/计数器2记录寄存器（高字节）cbh+rcap2l定时器/计数器2记录寄存器（低字节）cah*scon串行口控制寄存器98hsbuf串行数据缓冲器99hpcon电源控制寄存器97h 注：凡标有“*”号的特殊功能寄存器即可按位寻址，也可直接按字节寻址，凡标有“+”号的特殊功能寄存器仅8052型才有。在21个特殊功能寄存器中，有11个具有位寻址能力，它们的字节地址正好能被8整除，其地址分布如表2.4所示。表2.4特殊功能寄存器地址表sfrmsb 位地址/位定义 lsb字节地址bf7f6f5f4f3f2f1f0f0hacce7e6e5e4e3e2e1e0e0hpswd7d6d5d4d3d2d1d0d0hcyacf0rs1rs0ovf1pipbfbebdbcbbbab9b8b8h/pspt1px1pt0px0p3b7b6b5b4b3b2b1b0b0hp3.7p3.6p3.5p3.4p3.3p3.2p3.1p3.0ieafaeadacabaaa9a8a8hea/eset1ex1et0ex0p2a7a6a5a4a3a2a1a0a0hp2.7p2.6p2.5p2.4p2.3p2.2p2.1p2.0subf(99h)scon9f9e9d9c9b9a999898hsm0sm1sm2rentb8rb8tiripi979695949392919090hp1.7p1.6p1.5p1.4p1.3p1.2p1.1p1.0tmodgatec/tm1m0gatec/tm1m0(89h)tcon8f8e8d8c8b8a898888htf1tr1tf0tr0ie1it1ie0it0pconsmod/gf1gf0pdidl(87h)dph(83h)dpl(82h)sp(81h)p0878685848382818080hp0.7p0.6p0.5p0.4p0.3p0.2p0.1p0.0在乘、除指令中，用到了8位b寄存器，乘法指令的两个操作数分别取自累加器和寄存器b，乘积分别在于b、a寄存器中。除法指令中，a中存放被除数，b中存放除数，商存放于a中，余数存放于b中。 在无乘、除法指令时，寄存器b可以作为一个ram单元使用。 2 i/o端口p0p3（80h、90h、a0h、b0h） p0p3这4个8位的特殊功能寄存器，分别是4个并行i/o端口锁存器。当i/o端口的某一位用作输入时，对应的锁存器位必须先置“1”。片外数据存储器片外数据存储器和i/o口与片内数据存储空间0000h00ffh是重叠的。8051单片机用mov和movx两种指令来区分片内、片外ram空间。片内ram使用mov指令，片外ram和i/o口使用movx指令。2.4.5引脚功能及cpu的时序在此将单片机的引脚及功能作一个说明。 1电源引脚vcc和vss vcc（40脚） 电源端，接+5v vss（20脚） 接地端 通常，vcc和vss之间应接高频和低频滤波电容。 2时钟电路引脚xtal1和xtal2 xtal1（19脚） 接外部石英晶体和微调电容的一端。在片内，它是振荡器反相放大器的输入。使用外部时钟时，该引脚必须接地。 xtal2（18脚） 接外部石英晶体和微调电容的一端。在片内，它是振荡器反相放大器的输出。使用外部时钟时，该引脚作为外部时钟的输入端。 3控制信号引脚ale、psen、ea和rst ale/prog（30脚） 地址锁存允许信号输出端。存取片外存储器时，用于锁存低8位地址。当单片机上电正常工作后，ale端就周期性地以时钟振荡频率1/6的固定频率输出正脉冲信号。ale端的负载驱动能力为8个lsttl器件。当片内带有4kb eprom的8751固化程序时，此引脚的第二功能 prog是作为编程脉冲输入端。psen（29 脚） 程序存储允许输出端。它是片外程序存储器的读选通信号，低电平有效。cpu从外部程序存储器取指令时，psen在每个机器周期中两次有效。但在访问片外数据存储器时，这两次有效的psen不出现。ea/vpp（31 脚） 程序存储地址允许输入端。当ea为高电平时，cpu执行片内程序存储器指令，但当pc中的值超过0fffh时，将自动转向执行片外程序存储器指令；当ea为低电平时，cpu只执行片外程序存储器的指令。对8031单片机，ea必须接低电平。在8751中，当支片内eprom编程时，该端21v的编程电压。rst/vpd (9 脚)复位信号输入端。高电平有效，在此输入端保持两个机器周期的高电平后，就可以完成复位操作。此外，该引脚还有掉电保护功能，若在该端接+5v的备用电源，一旦在使用中vcc突然消失，则可以保护片内ram中的信息不丢失。复位以后，p0p3口均为高电平，sp指针重新赋值为07h，pc被赋值为0000h。最常见的复位电路如图2.12所示。在通电瞬间，由于rc的充电过程，在rst端出现一定宽度的正脉冲，只要该正脉冲保持10ms以上就能使单片机可靠复位。当采用6mhz时钟时，cr取22f、r1取200、r2取1k便能可靠地上电复位及手动复位。图2.12 上电复位电路4输入/输出端接口引脚p0、p1、p2和p3 p0口（p0.0p0.7，3932脚） p0口是一个漏极开路的8位准双向i/o口，每位能驱动8个lsttl负载，在访问片外存储器时，它分时作为低8位地址线和8位双向数据线。当p0口作