电气自动化技术毕业论文

1 毕 业 设 计 论 文 THESIS OF BACHELOR （） 题 目 直流大电机控制器毕业设计 学 科 部： 电力工程系 专 业： 电气自动化技术 班 级： 电气 学 号： 学生姓名： 指导教师： 起讫日期： 2 摘 要 - 直流电动机广泛应用于各种场合 ,为使机械设备以合理速度进行工作则需要对直流电机进行调速。该实验中搭建了基于 MCS-96 单片机的转速单闭环调速系统，利用 PWM 信号改变电动机电枢电压，并由软件完成转速单闭环 PI 控制，旨在实现直流电动机的平滑调速，并对 PI 控制原理及其参数的确定进行更深的理解。实验结果显示，控制 8 位 PWM 信号输出可平滑改变电动机电枢电压，实现电动机升速、降速及 反转等功能。实验中使用霍尔元件进行电动机转速的检测、反馈。期望转速则可通过功能按键给定。当选择比例参数为 0.08、积分参数为 0.01 时，电机转速可以在 3 秒左右达到稳定。由实验结果知，该单闭环调速系统可对直流电机进行调速，达到预期效果。 然而 电子技术的高速发展 ,促使直流电机调速逐步从模拟化向数字化转变 ,特别 是单片机技术的应用 ,使直流电机调速技术进入一个新的阶段。传统的晶闸管直 流调速系统 ,其控制回路都是采用模拟电子线路构成的 ,晶闸管触发器多数还是 采用分立元件组成的 ,这使得控制回路的硬件设备极其复杂 ,安装调试困难 ,相对 故障率较高。而采用单片机控制的调速系统 ,其控制方案是依靠软件实现的 ,控制 器由可编程功能模块组成 ,配置和参数调整简单方便 ,工作稳定。 本文使用价格低廉、应用广泛的 mcs-96 系列单片机作为控制芯 片 ,PWM 调幅控制为基础 ,完成对直流电机转速的调节 ,达到了较好的控制性能 ,而 且成本低廉。 关键词：直流电动机、 mcs-96、 PWM、调速系统 3 第一章：绪论 - 1.1 开发背景 1.1.1、直流调速系统发展概况 在现代工业中，电动机作为电能转换的传 动装置被广泛应用于机械、冶金、石油化学、国防等工业部门中，随着对生产工艺、产品质量的要求不断提高和产量的增长，越来越多的生产机械要求能实现自动调速。 在可调速传动系统中，按照传动电动机的类型来分，可分为两大类：直流调速系统和交流调速系统。交流电动机直流具有结构简单、价格低廉、维修简便、转动惯量小等优点，但主要缺点为调速较为困难。相比之下，直流电动机虽然存在结构复杂、价格较高、维修麻烦等缺点，但由于具有较大的起动转矩和良好的起、制动性能以及易于在宽范围内实现平滑调速，因此直流调速系统至今仍是自动调速系统的主 要形式。 直流调速系统的发展得力于微电子技术、电力电子技术、传感器技术、永磁材料技术、自动控制技术和微机应用技术的最新发展成就。正是这些技术的进步使直流调速系统发生翻天覆地的变化。其中电机的控制部分已经由模拟控制逐渐让位于以单片机为主的微处理器控制，形成数字与模拟的混合控制系统和纯数字控制系统，并正向全数字控制方向快速发展。电动机的驱动部分所用的功率器件亦经历了几次更新换代。目前开关速度更快、控制更容易的全控型功率器件 MOSFET和 IGBT 成为主流。功率器件控制条件的变化和微电子技术的使用也使新型的电动机 控制方法能够得到实现。脉宽调制控制方法在直流调速中获得了广泛的应用。 1964 年 A.Schonung 和 H.stemmler 首先提出把 PWM 技术应用到电机传动中从此为电机传动的推广应用开辟了新的局面。进入 70 年代以来，体积小、耗电少、成本低、速度快、功能强、可靠性高的大规模集成电路微处理器已经商品化，把电机控制推上了一个崭新的阶段，以微处理器为核心的数字控制（简称微机数字控制）成为现代电气传动系统控制器的主要形式。 PWM 常取代数模转换器（ DAC）用于功率输出控制，其中，直流电机的速度控制是最常见的应用。通常 PWM 配合桥式驱动电路实现直流电机调速，非常简单，且调速范围大。在直流电动机的控制中，主要使用定频调宽法。 目前，电机调速控制模块主要有以下三种： （ 1）、采用电阻网络或数字电位器调整直流电机的分压，从而达到调速的目的； （ 2）、采用继电器对直流电机的开或关进行控制，通过开关的切换对电机的速度进行调整； （ 3）、采用由 IGBT 管组成的 H 型 PWM 电路。用单片机控制 IGBT 管使之工作在占空比可调的开关状态，精确调整电动机转速。 1.1.2、国内外发展概况 1.1.2.1、 国内发展概况 4 我国 从六十年代初试制成功第一只硅晶闸管以来，晶闸管直流调速系统开始得到迅速的发展和广泛的应用。用于中、小功率的 0.4 200KW 晶闸管直流调速装置已作为标准化、系列化通用产品批量生产。 目前，全国各大专院校、科研单位和厂家都在进行数字式直流调速系统的开发，提出了许多关于直流调速系统的控制算法： （ 1）、直流电动机及直流调速系统的参数辩识的方法。该方法据系统或环节的输入输出特性，应用最小二乘法，即可获得系统环节的内部参数。所获得的参数具有较高的精度，方法简便易行。 （ 2）、直流电动机调速系统的内模控制方法 。该方法依据内模控制原理，针对双闭环直流电动机调速系统设计了一种内模控制器，取代常规的 PI 调节器，成功解决了转速超调问题，能使系统获得优良的动态和静态性能，而且设计方法简单，控制器容易实现。 （ 3）、单神经元自适应智能控制的方法。该方法针对直流传动系统的特点，提出了单神经元自适应智能控制策略。这种单神经元自适应智能控制系统不仅具有良好的静、动态性能，而且还具有令人满意的鲁棒性与自适应性。 （ 4）、模糊控制方法。该方法对模糊控制理论在小惯性系统上对其应用进行了尝试。经 1.5kw 电机实验证明，模糊控制理论可 以用于直流并励电动机的限流起动和恒速运行控制，并能获得理想的控制曲线。 上诉的控制方法仅是直流电机调速系统应用和研究的一个侧面，国内外还有许多学者对此进行了不同程度的研究。 1.1.2.2、 国外发展概况 随着各种微处理器的出现和发展，国外对直流电机的数字控制调速系统的研究也在不断发展和完善，尤其 80 年代在这方面的研究达到空前的繁荣。大型直流电机的调速系统一般采用晶闸管整流来实现，为了提高调速系统的性能，研究工作者对晶闸管触发脉冲的控制算法作了大量研究，提出了内模控制算法、 I-P 控制器取代 PI 调节器的方法、自适应和模糊 PID 算法等等。 目前，国外主要的电气公司，如瑞典 ABB 公司，德国西门子公司、 AEG 公司，日本三菱公司、东芝公司、美国 GE 公司等，均已开发出数字式直流调装置，有成熟的系列化、标准化、模版化的应用产品供选用。如西门子公司生产的SIMOREG-K 6RA24 系列整流装置为三相交流电源直接供电的全数字控制装置，其结构紧凑，用于直流电机电枢和励磁供电，完成调速任务。设计电流范围为 15A至 1200A，并可通过并联 SITOR 可控硅单元进行扩展。根据不同的应用场合，可选择单象限或四象 限运行的装置，装置本身带有参数设定单元，不需要其它任何附加设备便可以完成参数设定。所有控制调节监控及附加功能都由微处理器来实现，可选择给定值和反馈值为数字量或模拟量。 1.1.2.3、总结 随着生产技术的发展，对直流电气传动在起制动、正反转以及调速精度、调速范围、静态特性、动态响应等方面都提出了更高的要求，这就要求大量使用直流调速系统。因此人们对直流调速系统的研究将会更深一步。 1.1.2.4、本课题研究目的及意义 5 直流 电动机是最早出现的电动机，也是最早实现调速的电动机。长期以来，直流电动机一直占据着调速控制的统治地位。由于它具有良好的线性调速特性，简单的控制性能，高效率，优异的动态特性，现在仍是大多数调速控制电动机的最优选择。因此研究直流电机的速度控制，有着非常重要的意义。 随着单片机的发展，数字化直流 PWM 调速系统在工业上得到了广泛的应用，控制方法也日益成熟。它对单片机的要求是：具有足够快的速度；有 PWM 口，用于自动产生 PWM 波；有捕捉功能，用于测频；有 A/D 转换器、用来对电动机的输出转速、输出电压和电流的模拟量进行 模 /数转换；有各种同步串行接口、足够的内部 ROM 和 RAM，以减小控制系统的无力尺寸；有看门狗、电源管理功能等。因此该实验中选用单片机 MCS-96。 通过设计基于 MCS-96单片机的直流 PWM 调速系统并调试得出结论，在掌握MCS-96的同时进一步加深对直流电动机调速方法、 PI 控制器的理解，对运动控制的相关知识进行巩固。 1.2、 本文工作 1.2.1、 论文主要研究内容 本课题的研究对象为直流电动机，对其转速进行控制。基本思想是利用 MCS-96自带的 PWM 口，通过调整 PWM 的占空比，控制电机的电枢 电压，进而控制转速。 系统硬件设计为：以 MCS-96为核心，由转速环、显示、按键控制等电路组成。 具体内容如下： （ 1）、介绍直流电动机工作原理及 PWM 调速方法。 （ 2）、完成以 MCS-96为控制核心的直流电机数字控制系统硬件设计。 （ 3）、以该系统的特点为基础进行分析，使用 PWM 控制电机调速，并由实验得到合适的 PI 控制及相关参数。 （ 4）、对该数字式直流电动机调速系统的性能做出总结。 第二章 他励电动机的控制基础 2.1 直流电动机的结构和工作原理 6 2.1.1 直流电动的结构 要了解直流电机的工作原理，先要了解直流电动机的组成结构。 定子的主要部件包括 ：直流电机的定子由主磁极、机座、换向极、端盖和电刷装置等部件组成。 主磁极 ： 主磁极的作用是建立主磁场。绝大多数直流电机的主磁极不是用永久磁铁而是由励磁绕组通以直流电流来建立磁场。主磁极由主磁极铁心和套装在铁心上的励磁绕组构成。主磁极铁心靠近转子一端的扩大的部分称为极靴，它的作用是使气隙 磁阻减小，改善主磁极磁场分布，并使励磁绕组容易固定。为了减少转子转动时由于齿槽移动引起的铁耗，主磁极铁心采用 1 1.5mm 的低碳钢板冲压一定形状叠装固定而成。主磁极上装有励磁绕组，整个主磁极用螺杆固定在机座上。主磁极的个数一定是偶数，励磁绕组的连接必须使得相邻主磁极的极性按 N， S 极交替出现。 机座 ： 机座有两个作用，一是作为主磁极的一部分，二是作为电机的结构框架。 机座中作为磁通通路叠部分称为磁轭。机座一般用厚钢板弯成筒形以后焊成，或者用铸钢件（小型机座用铸铁件）制成。机座的两端装有端盖 换向极 ： 换 向极是安装在两相邻主磁极之间的一个小磁极，它的作用是改善直流电机的换向情况，使电机运行时不产生有害的火花。换向极结构和主磁极类似，是由换向极铁心和套在铁心上的换向极绕组构成，并用螺杆固定在机座上。换向极的个数一般与主磁极的极数相等，在功率很小的直流电机中，也有不装换向极的。换向极绕组在使用中是和电枢绕组相串联的，要流过较大的电流，因此和主磁极的串励绕组一样，导线有较大的截面 端盖 ： 端盖装在机座两端并通过端盖中的轴承支撑转子，将定转子连为一体。同时端盖对电机内部还起防护作用。 电刷装置 ： 电刷装置是电枢电路 的引出（或引入）装置，它由电刷，刷握，刷杆和连线等部分组成，右图所示，电刷是石墨或金属石墨组成的导电块，放在刷握内用弹簧以一定的压力按放在换向器的表面，旋转时与换向器表面形成滑动接触。刷握用螺钉夹紧在刷杆上。每一刷杆上的一排电刷组成一个电刷组，同极性的各刷杆用连线连在一起，再引到出线盒。刷杆装在可移动的刷杆座上，以便调整电刷的位置。 7 转子的主要部件包括 ：直流电机的转动部分称为转子，又称电枢。转子部分包括电枢铁心、电枢绕组、换向器、转轴、轴承、风扇等。 电枢铁心 ： 电枢铁心既是主磁路的组成部分，又是电枢绕组 支撑部分；电枢绕组就嵌放在电枢铁心的槽内。为减少电枢铁心内的涡流损耗，铁心一般用厚 0.5mm 且冲有齿、槽的型号为 DR530 或 DR510 的硅钢片叠压夹紧而成，如左图所示。小型电机的电枢铁心冲片直接压装在轴上，大型电机的电枢铁心冲片先压装在转子支架上，然后再将支架固定在轴上。为改善通风，冲片可沿轴向分成几段，以构成径向通风道。 电枢绕组 ： 电枢绕组由一定数目的电枢线圈按一定的规律连接组成，他是直流电机的电路部分，也是感生电动势，产生电磁转矩进行机电能量转换的部分。线圈用绝缘的圆形或矩形截面的导线绕成，分上下两层嵌 放在电枢铁心槽内，上下层以及线圈与电枢铁心之间都要妥善地绝缘（右图），并用槽楔压紧。大型电机电枢绕组的端部通常紧扎在绕组支架上。 换向器 ： 前面已经指出，在直流发电机中，换向器起整流作用，在直流电动机中，换向器起逆变作用，因此换向器是直流电机的关键部件之一。换向器由许多具有鸽尾形的换向片排成一个圆筒，其间用云母片绝缘，两端再用两个 V 形环夹紧而构成，如图 3 10 所示。每个电枢线圈首端和尾端的引线，分别焊入相应换向片的升高片内。小型电机常用塑料换向器，这种换向器用换向片排成圆筒，再用塑料通过热压制成。 2.1.2 直流电机的工作原理 直流电动机的原理图 对上一页所示的直流电机，如果去掉原动机，并给两个电刷加上直流电源，如上图（ a）所示，则有直流电流从电刷 A 流入，经过线圈 abcd，从电刷 B 流出，根据电磁力定律，载流导体 ab 和 cd 收到电磁力的作用，其方向可由左手定则判定，两段导体受到的力形成了一个转矩，使得转子逆时针 转动。如果转子转到如上图（ b）所示的位置，电刷 A 和换向片 2 接触，电刷 B 和换向片 1 接触，直流电流从电刷 A 流入，在线圈中的流动方向是 dcba，从电刷 B 流出。 此时载流导体 ab和 cd 受到电磁力的作用方向同样可由左手定则判定，它们产生的转矩仍然使得转子逆时针转动。这就是直流电动机的工作原理。外加的电源是直流的，但由于电刷和换向片的作用，在线圈中流过的电流是交流的，其产生的转矩的方向却是不变的。 实用中的直流电动机转子上的绕组也不是由一个线圈构成，同样是由多个线圈连接而成，以减少电动机 电磁转矩的波动，绕组形式同发电机。 8 1. 将直流电源通过电刷接通电枢绕组，使电枢导体有电流流过。 2. 电机内部有磁场存在。 3. 载流的转子（即电枢）导体将受到电磁力 f 的作用 f=Blia （左手定则） 4. 所有导体产生的电磁力作用于转子，使转子以 n(转 /分 )旋转，以便拖动机械负载 归纳 ： 1.所有的直流电机的电枢绕组总是自成闭路。 2.电枢绕组的支路数（ 2a）永远是成对出现，这是由于磁极数 (2p)是一个偶数 . 注： a支路对数 p极对数 3为了得到最大的直流电势， 电刷总是与位于几何中线上的导体相接触。 - - 2.1.3 直流电机的特性及基本公式 直流电动机的转速 n和其他参量的关系可表示为 式中 Ua 电枢供电电压（ V）； Ia 电枢电流（ A）； 励磁磁通（ Wb）； Ra 电枢回路总电阻（ ）； CE 电势系数， ， p为电磁对数， a为电枢并联支路数， N为导体数。 由 上 式可以看出，式中 Ua、 Ra、 三个参量都可以成为变量，只要改变其中一个参量，就可以改变电动机的转速，所以直流电动机有 四 种基本调速方法： (1) 9 改变电枢回路总电阻 Ra； (2)改变 电枢供电电压 Ua； (3) 采用大功率半导体器件的直流电动机脉宽调速方法 ；(4)改变励磁磁通 。 1.改变电枢回路电阻调速 各种直流电动机都可以通过改变电枢回路电阻来调速，如图 1(a)所示。此时转速特性公式为 ： 式中 Rw为电枢回路中的外接电阻（ ）。 图 1(a) 改变电枢电阻调速电路 图 1(b) 改变电枢电阻调速时的机械特性 当负载一定时，随着串入的外接电阻 Rw 的增大，电枢回路总电阻 R=(Ra+Rw)增大，电动机转速就降低。其机械特性如图 1(b)所示。 Rw的改变可 用接触器或主令开关切换来实现。 这种调速方法为有级调速，调速比一般约为 2： 1左右，转速变化率大，轻载下很难得到低速，效率低，故现在已极少采用。 2.改变电枢电压调速 连续改变电枢供电电压，可以使直流电动机在很宽的范围内实现无级调速。如前所述，改变电枢供电电压的方法有两种，一种是采用发电机 -电动机组供电的调速系统；另一种是采用晶闸管变流器供电的调速系统。下面分别介绍这两种调速系统。 a.采用发电机 -电动机组调速方法 10 图 2a(a)发电机 -电动机调速电路 图 2a(b)发电机 -电动机组调速时的机械特性 如图 2a(a)所示，通过改变发电机励磁电流 IF来改变发电机的输出电压 Ua，从而改变电动机的转速 n。在不同的电枢电压 Ua时，其得到的机械特性便是一簇完全平行的直线，如图 2a(b)所示。由于电动机既可以工作在电动机状态，又可以工作在发电机状态，所以改变发电机励磁电流的方向，如图 2a(a)中切换接触器 ZC和 FC，就可以使系统很方便地工作在任意四个象限内。 由图可知，这种调速方法需要两台与调速电动机容量相当的旋转电机和另一台容量小一些的励磁发电机 (LF)，因而设备多、体积大、费用高、效率低、安装需打基础、运行噪声大、维护不方便。为克服这些缺点， 50年代开始采用水银整流器（大容量）和闸流管这样的静止交流装置来代替上述的旋转变流机组。目前已被更经济、可靠的晶闸管变流装置所取代。 b.采用晶闸管变流器供电的调速方法 图 2b(a) 晶闸管供电的调速电路 图 2b(b) 晶闸管供电时调速系统的机械特性 有晶闸管变流器供电的调速电路如图 2b(a)所示。通过调节触发器的控制电压来移动触发脉冲的相位，即可改变整流电压，从而实现平滑调速。在此调速方法下可得到与发电机 -电动机组调速系统类似的调速特性。其开环机械特性示于图2b(b)中。 11 图 2b(b)中的每一条机械特性曲线都 由两段组成，在电流连续区特性还比较硬，改变延迟角 a时，特性呈一簇平行的直线，它和发电机 -电动机组供电时的完全一样。但在电流断续区，则为非线性的软特性。这是由于晶闸管整流器在具有反电势负载时电流易产生断续造成的。 变电枢电压调速是直流电机调速系统中应用最广的一种调速方法。在此方法中，由于电动机在任何转速下磁通都不变，只是改变电动机的供电电压，因而在额定电流下，如果不考虑低速下通风恶化的影响（也就是假定电动机是强迫通风或为封闭自冷式），则不论在高速还是低速下，电动机都能输出额定转矩，故称这种调速方法为恒转矩调速 。这是它的一个极为重要的特点。如果采用反馈控制系统，调速范围可达 50:1 150： 1,甚至更大。 3.采用大功率半导体器件的直流电动机脉宽调速方法 脉宽调速系统出现的历史久远，但因缺乏高速大功率开关器件而未能及时在生产实际中推广应用。今年来，由于大功率晶体管 (GTR)，特别是 IGBT 功率器件的制造工艺成熟、成本不断下降，大功率半导体器件实现的直流电动机脉宽调速系统才获得迅猛发展，目前其最大容量已超过几十兆瓦数量级。 4. 改变励磁电流调速 当电枢电压恒定时，改变电动机的励磁电流也能实现调速。由式 转速特性公式 可看出，电动机的转速与磁通 （也就是励磁电流）成反比，即当磁通减小时，转速 n升高；反之，则 n降低。与此同时，由于电动机的转矩 Te是磁通 和电枢电流 Ia的乘积（即 Te=CTIa ），电枢电流不变时，随着磁通 的减小，其转速升高，转矩也会相应地减小。所以，在这种调速方法中，随着电动机磁通 的减小，其转矩升高，转矩也会相应地降低。在额定电压和额定电流下，不同转速时，电动机始终可以输出额定功率，因此这种调速方法称为恒功率调速。 为了使电动机的容量能得到充分利用，通常只是在电动机基速以上调速时才采用这种调速方法。采用弱 磁调速时的范围一般为 1.5:1 3:1，特殊电动机可达到 5:1。 - - 2.1.4 直流电机的调速 为了确保产品质量并提高生产率，要求生产机械能够经常在不同的转速场合下运行。对于电力拖动系统而言，系统可以通过生产机械本身实现速度调节如减速机构的换档等，也可以通过电动机的速度调节满足系统对转速的要求；而大多数电力拖动系统则是通过两者的配合来满足调速要求的。随着各种控制策略的不断完善和实现手段（如微处理器技术、电力电子以及微电子技术等）的采用，生产机械自身结构的复杂性降低，而相应的电气系统的复杂性却在大幅度提高。最终 结果是，电力拖动系统的性能不断提高，所加工的产品质量和生产率大幅度提高，而生产机械本身的体积却在不断减小。目前这已成为电力拖动系统发展的必然趋势。一般把具有速度调节功能的电力拖动系统简称为调速系统。根据所采用电动机的类型不同，调速系统又可分为直流调速系统与交流调速系统。 调速系统的性能指标 对于一般调速系统，主要通过如下几个指标评价系统的优劣：（ 1）调速范围；（ 2）静差 12 率；（ 3）调速的平滑性；（ 4）原始投资与运行成本。前三项为技术指标，最后一项为经济性指标。 - 2.2 直流电机的调速控制 - 2.2.1 直流电动机的 PWM 调压调速原理 - 2.2.2 直流电动机 H型驱动可逆 PWM 系统 - 第三章 单片机控制器模块 3.1 96 单片机特性及基本结构 96单片机引脚介绍 MCS-96 单片机的主要性能特点 1 16 位的 CPU 它的最大特点是没有采用累加器结构，而改用寄存器 -寄存器结构， CPU 的操作直接面向 256 字节的寄存器空间，消除了一般结构中存在的累加器的瓶颈效应，提高了操作速度和数据的吞吐能力。 2 256 个字节寄存器阵列和专用寄存器 其中 232 字节为寄存器阵列，它兼具一般单片机通用寄存器和 RAM 的功能，又都可用作累加器。另外 24 个字节为专用寄存器。 8 9 JF 还具有额外的 256 字节的内部 RAM，但不能作通用寄存器用。 3总线宽度可控 它的外部数据总线可工作于 8 位或 16 位，以便适应对片外存储器进行字节操作或字操作的不同需要。 4 8KB 片内 ROM 总存储器空间为 64KB， ROM 与 RAM 统一编址。系列中带片内 ROM 或EPROM 的芯片，其容量为 8KB， 8 9 JF 容量为 16KB。 5高效的指令系统 该指令系统可以对带符号数和不带符号数进行操作，有 16 位乘 16 位和 32 位除 16 位的乘除指令，有符号扩展指令，还有数据规 格化指令（有利于浮点计算）等。此外，三操作数指令大大提高了编程效率。 6高速输入 /输出器 特别适用于测量和产生分辨力高达 2 s的脉冲（用 l2MHz 晶体时）。 7 5 个 8 位输入 /输出口 8全双工串行口 9 10 位 A/D 转换器 10脉宽调制输出器 PWM 11 2 个 16 位定时器 12 4 个 16 位软件定时器 13 16 位监视定时器 14 9 个中断源 9 个中断源中有 8 个留给用户使用，这 8 个中断源对应有 8 个中断矢量，而有些中断矢量又对应着多个中断事件，共对应 20 多种事件。 13 内部结构 MCS-96 系列单片机的内部结 构框图见图 10-1，它主要由寄存器算术逻辑单元RALU、 232B 寄存器阵列以及一些外围子系统构成。外围子系统主要包括以下部分：高速输入 /输出 （ HIS/HSO）、带有采样 /保持电路的 A/D转换器、脉宽调制输出器（ PWM）、定时器、监视定时器、中断控制、 I/O口（串行口和 5个并行口）及时钟脉冲发生器等功能部件。 图 10-1 MCS-96 的结构图 14 MCS-96 系列单片机有 68 脚和 48 脚两种芯片。 48 脚与 68 脚芯片相比， 48 脚芯片不提供下述引脚： P0.0 P0.3 四个引脚； P1.0 P1.7 八个引脚； P2.3、P2.4 和 P2.7 四个引脚及控制信号中的 CLKOUT、 INST、 NMI和 BUSWIDTH（ TEST ）四个引脚。 MCS- 96 的 48引脚如图所示。 96单片机的引脚图 对 68 个引脚功能分别说明如下： VCC 主电源电压（ +5V）。 VSS 数字电路地（ 0V）。 VPD 内部 RAM 备用电源电压（ +5V）。 VREF A/D 转换器基准电压（ +5V）。 ANGND A/D 转换器参考地，应与 VSS 保持同电平。 VPP 或 VBB 对 8 9 BH 系列 EPROM 型产品为 VPP，是编程电源（ +12.5V）； XTAL1 内部振荡器反相器的输入，也是内部时钟发生器的输入，常接外部晶体。 XTAL2 内部振荡器反相器的输出，接外部晶体。 CLKOUT 内部时钟发生器的输出，其频率是振荡器频率的 1/3，占空比为 33。 接地端 接地端 主电源 脉宽调制信号输出端 15 INST 在读外部存储器时，此引脚输出高电平，表示是取指周期。 11 NMI 非屏蔽中断信号输入端。当此引脚有正跳变时，监视定时器复位，同时形成一个指向片外存储器 0000H 单元 的中断矢量，而外部存储器 0000H00FFH 是保留给 Intel 开发系统用的。 12 BUSWIDTH或 TEST 对 8 9 BH、 8 9 JF系列产品为 BUSWIDTH，是总线宽度选择输入端。若芯片配置寄存器 CCR.l=1，则运行中总线宽度取决于BUSWIDTH 的逻辑值：为“ 1”，选择 16 位总线；为“ 0”，选择 8 位总线。若CCR.l=0，则总线宽度总是 8 位。此引脚不连时，靠内部把它拉到 VCC 电平。对其余产品为 TEST