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关于操作系统论文范文
2.硬件设计
2.1硬件设计
2.1.180C51单片机的内部结构
图2-1为80C51单片机功能结构框图
80C51芯片内部集成了CPU,RAM,ROM,定时/计数器和I/O口等各功能部件,并由内部总线把这些不见连接在一起.
80C51单片机内部包含以下一些功能部件:
(1)一个8位CPU,
(2)一个片内振荡器和时钟电路,
(3)4KBROM(80C51有4KB掩膜ROM,87C51有4KBEPROM,80C31片内有无ROM),
(4)128B内RAM,
(5)可寻址64KB的外ROM和外RAM控制电路,
(6)两个16位定时/计数器,
(7)21个特许功能寄存器,
(8)4个8位并行I/O口,共32条可编程I/O端线,
(9)一个可编程全双工串行口,
(10)5个中断源,可设置成2个优先级.
外时钟源外部事件计数
中断控制并行口串行通信
图2-180C51单片机功能结构框图
2.1.280C51单片机的引脚功能
80C51单片机一般采用双列直插DIP封装,共40个引脚,图2-2a为引脚排列图.图2-2b为逻辑符号图.40个引脚大致可分为4类:电源,时钟,控制和I/O引脚.
图2-280C51引脚图
1.电源
(1)Vcc——芯片电源,接+5V,
(2)Vss——接地端.
2.时钟
XTAL1,XTAL2——晶体振荡电路反相输入端和输出端.使用内部振荡电路时外接石英晶体.
3.控制线
控制线共有4根,其中3根是复用线.所谓复用线是指具有两种功能,正常使用时是一种功能,在某种条件下是另一种功能.
(1)ALE/PROG——地址锁存允许/片内EPROM编程脉冲.
①ALE功能:用来锁存P0口送出的低8位地址.
80C51在并行扩展外存储器(包括并行扩展I/O口)时,P0口用于分时传送低8位地址和数据信号,且均为二进制数.那么如何区分是低8位地址还是8位数据信号呢当ALE信号有效时,P0口传送的是低8位地址信号,ALE信号无效时,P0口传送的是8位数据信号.在ALE信号的下降沿,锁定P0口传送的内容,即低8位地址信号.
需要指出的是,当CPU不执行访问外RAM指令(MOVX)时,ALE以时钟振荡频率1/6的固定频率输出,因此ALE信号也可作为外部芯片CLK时钟或其他需要.但是,当CPU执行MOVX指令时,ALE将跳过一个ALE脉冲.
ALE端可驱动8个LSTTL门电路.
②PROG功能:片内有EPROM的芯片,在EPROM编程期间,此引脚输入编程脉冲.
(2)PSEN——外ROM读选通信号.
80C51读外ROM时,没个机器周期内PSEN两次有效输出.PSEN可作为外ROM芯片输出允许OE的选通信号.在读内ROM或读外RAM时,PSEN无效.
PSEN可驱动8个LSTTL门电路.
(3)RST/Vpd——复位/备用电源.
①正常工作时,RST(Reset)端为复位信号输入端,只要在该引脚上连续保持两个机器周期以上高电平,80C51芯片即实现复位操作,复位后一切从头开始,CPU从0000H开始执行指令.
②Vpd功能:在Vcc掉电情况下,该引脚可接上备用电源,由Vpd向片内供电,以保持片内RAM中的数据不丢失.
(4)EA/Vpp——内外ROM选择/片内EPROM编程电源.
①EA功能:正常工作时,EA为内外ROM选择端.80C51单片机ROM寻址范围为64KB,其中4KB在片内,60KB在片外(80C31芯片无内ROM,全部在片外).当EA保持高电平时,先访问内ROM,但当PC(程序计数器)值超过4KB(0FFFH)时,将自动转向执行外ROM中的程序.当EA保持低电平时,则只访问外ROM,不管芯片内有否内ROM.对80C31芯片,片内无ROM,因此EA必须接地.
②Vpp功能:片内有EPROM的芯片,在EPROM编程期间,此引脚用于施加编程电源Vpp.
对4个控制引脚,应熟记起第一功能,了解其第二功能.
严格来讲,80C51的控制线还应该包括P3口的第二功能.
4.I/O引脚
80C51共有4个8位并行I/O端口,共32个引脚
(1)P0口——8位双向I/O口.
在不并行扩展外存储器(包括并行扩展I/O口)时,P0口可用作双向I/O口.
在并行扩展外存储器(包括并行扩展I/O口)时,P0口可用于分时传送低8位地址(地址总线)和8位数据信号(数据总线).位结构如图2-4所示.P0口能驱动8个LSTTL门.
图2-4P0口位结构
(2)P1口——8位准双向I/O口("准双向"是指该口内部有固定的上拉电阻).位结构如图2-5所示.P1口能驱动为4个LSTTL门.
图2-5P1口位结构
(3)P2口——8位准双向I/O口.在不并行扩展外存储器(包括并行扩展I/O口)时,P2口可用作双向I/O口.在并行扩展外存储器(包括并行扩展I/O口)时,P2口可用于传送高8位地址(属地址总线).P2口能驱动4个LSTTL门.P2口的位结构如图2-6所示,引脚上拉电阻同P1口.在结构上,P2口比P1口多一个输出控制部分.
图2-6P2口位结构
(4)P3口——8位准双向I/O口.
可作一般I/O口用,同时P3口每一引脚还具有第二功能,用于特殊信号输入输出和控制信号(属控制总线).P3口驱动能力为4个LSTTL门.
图2-7P3口位结构
P3口第二功能如下:
P3.0——RXD:串行口输入端,
P3.1——TXD:串行口输出端,
P3.2——INT0:外部中断0请求输入端,
P3.3——INT1:外部中断1请求输入端
P3.4——T0:定时/计数器0外部信号输入端,
P3.5——T1:定时/计数器1外部信号输入端,
P3.6——WR:外RAM写选通信号输出端,
P3.7——RD:外RAM读选通信号输出端.
上述4个I/O口,各有各的用途.在不并行扩展外存储器(包括并行扩展I/O口)时,4个I/O口都可作为双向I/O口用.在并行扩展外存储器(包括并行扩展I/O口)时,P0口专用于分时传送低8位地址信号和8位数据信号,P2口专用于传送高8位地址信号.P3口根据需要常用于第二功能,真正可提供给用户使用的I/O口是P1口和一部分未用作第二功能的P3口端线.
2.2应用系统硬件设计
2.2.1硬件系统电路图
以下是应用系统硬件的构成图,共由7部分构成.
1,单片机小系统包括:(1)复位电路,(2)时钟电路,(3)80C51.
2,六反相缓冲/变换器:3个3,光电隔离器:16个
4,电流放大器:16个5,中间继电器:16个
6,驱动继电器:16个7,负载(电灯):16个
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系统构成图
2.2.24049驱动器:
4049是6反相缓冲驱动器,内由6个反相器构成.
作用:将P0.0~P1.7口输出的驱动电流放大,达到足够的电流使光电隔离器中的发光二极管发光,使光电器件的输出满足逻辑上的要求,完成光电隔离的作用.
2.2.3光电隔离器
在这个电路板里使用的是光耦4N25的光电隔离器.
光电隔离器的原理:
在光电耦合器输入端加电信号使发光源发光,光的强度取决于激励电流的大小,此光照射到封装在一起的受光器上后,因光电效应而产生了光电流,由受光器输出端获得一个反向的输出逻辑信号,这样就实现了电—光—电的转换.
2.2.4继电器:
在这个电路板上使用的是直流电磁继电器.里面有两种,一种是中间继电器,一种是驱动继电器.
继电器工作原理:
继电器就是电子机械开关,它是用漆包铜线在一个圆铁芯上绕几百圈至几千圈,当线圈中流过电流时,圆铁芯产生了磁场,把圆铁芯上边的带有接触片的铁板吸住,使之断开第一个触点而接通第二个开关触点.当线圈断电时,铁芯失去磁性,由于接触铜片的弹性作用,使铁板离开铁芯,恢复与第一个触点的接通.因此,可以用很小的电流去控制其他电路的开关.整个继电器由塑料或有机玻璃防尘罩保护着,有的还是全密封的,以防触电氧化.
如上图所示,当控制电路中的开关K闭合时,电磁铁便具有磁性,将衔铁吸下,使继电器触点接触,与触点相连接的电源电路便接通,当控制开关K断开时,电磁铁的磁性被撤消,继电器触点弹开,电源电路亦随之断开.
2.2.5其他硬件
除了用到光电隔离器,驱动器,继电器之外,还用到了三极管,电灯,
电线等.
3.应用系统开发工具DP-51S
3.1DP-51S硬件结构
(1)电路外观
DP-51S单片机仿真实验仪
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