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1、引 言仪器仪表所采用的电子器件经历了真空管、晶体管和集成电路三个时代；从组成结构、工作原理和功能特点等方面考察，仪器仪表经历了模拟式、数字式和智能化三个发展阶段，智能仪器是在数字化的基础上发展起来的，是计算机技术与仪器仪表相结合的产物。计算机是智能仪器的核心，微处理器在智能仪器中的作用主要体现在对测试过程的控制和对测试数据的处理两个方面：对测试过程的控制表现在微处理器可接受来自键盘或通讯接口的命令，解释并执行这些命令，从而控制仪器仪表各部分的工作过程，同时对工作状态进行监测；对测试数据的处理则表现为硬件电路只须具备最基本的测试能力，向微型计算机提供原始数据。对数据的进一步加工处理，如信号滤波、
2、数据的组装、运算、确定小数点位置和工程单位、将最终结果转换成七段码或显示器显示，或按规定格式从通讯接口输出等工作均可由专门的软件来完成。因为具有数字存储、运算、逻辑判断能力，可根据被测参数的变化自动选择量程，具有自动校正、自动补偿、自寻故障等功能，可以完成需要人类的智慧才能胜任的工作，即具备了一定的“智能”，故称之为智能仪器。在计算机技术和微电子技术迅猛发展的推动下，测量技术与仪器仪表技术不断进步，相继诞生了PC仪器、虚拟仪器等微机化仪器及其自动测试系统。计算机与现代仪器设备间的界限日渐模糊，测量领域和范围不断拓宽。由于仪器仪表对微计算机技术的依赖日益加剧，出现了“计算机就是仪器”和“软件就是
3、仪器”的提法。智能仪器由于功能强大、性能优越、体积小、操作方便等，在传统的测量领域得到了广泛应用，并涌现出诸如频谱分析仪、医疗监护仪、在线检测仪、在线分析仪等众多的新型仪器。PC仪器、自动测试系统、虚拟仪器、现场总线仪器、智能传感器系统和近年来出现的网络化仪器等，大大扩展了智能仪器的内涵和应用领域。随着人类文明的进步和科学技术日新月异的发展，新型的智能仪器还会不断产生，应用领域还将继续扩大，智能仪器的发展前景光明灿烂。 通过此次在用8098单片机设计智能仪表主控电路中，使我们对智能仪器仪表结构有了一个了解，为我们以后的工作和生活奠定了坚实基础。第一章 单片机概述1. 什么叫单片机所谓单片机就是
4、将中央处理器（CPU）随机存储器（RAM）只读存储器（ROM/EPROM）定时器/计数器和一些输入/输出（I/O）接口电路集成在一块芯片上的微型计算机，又可称之为微控制器（Microcontroller）。2. 单片机的特点单片机的共有特点：控制功能强；体积小；功耗小；成本低。由于上述优越性能，单片机已在工业工程领域得到广泛应用。特别是，随着数字技术的发展，它在很大程度上改变了传统的设计方法，在软件和扩展接口支持下，单片机可以代替以往由模拟和数字电路实现的系统,可使原来许多电路设计问题转化为程序设计问题。3. 单片机的发展过程单片机的发展非常迅速。70年代中期，Intel公司推出8位单片机MC
5、S-48系列，80年代初又推出高档8位单片机MCS-51系列。这之后 ，Intel公司于1983年推出MCS-96系列单片机，使单片机的发展进入了一个新阶段。MCS-96系列单片机采用最新的工艺技术，将12万只以上的晶体管制作在一块约4CM2的集成电路芯片上，构成一种高性能的16位单片微型计算机。它包括如下一些部件：一个16位的中央处理器CPU、256字节的片内随机数据存储器（RAM）、2个16位定时器/计数器、数字型I/O接口、全双工串行通行接口、监视跟踪定时器（WATCH DOG）、高速输入/输出（I/O）、中断控制逻辑电路、脉宽调制器（PWM）以及时钟信号发生器与反偏压发生器等。MCS-
6、96系列单片机有三种分类方式：一种是按片内有无ROM进行分类；第二种是按片内是否有A/D分类；第三种是按管脚数目分类（可为48/68）。其中48引脚采用双列直插式结构，陶瓷或塑料封装；68引脚采用格栅阵列和扁平式结构，陶瓷或塑料封装。16位8096单片机虽在性能上高于51系列，但是由于价格昂贵，与目前广泛使用的8位I/O接口芯片匹配较为复杂，故使其普及及应用受到很大限制。1988年底Intel公司又推出了具有16位机性能、8位机价格的8098单片机，8098单片机采用内部数据总线16位，外部数据总线8位的准16位CPU结构，从而使8096系列单片机的应用有了飞跃性的突破。第二章 8098单片机
7、的硬件基础Intel公司推出的8X98单片机统称为8098，典型产品包括8398、8795BH和8098，其三者的不同之处在于：8398具有片内掩膜ROM；8795BH具有8K字节EPROM；8098片内无ROM（EPROM）。其中最为实用的是8098。2.1 8098单片机的特点（1）16位中央处理器8098中央处理器（CPU）在结构上的最大特点，是抛弃了类似MCS-51系列单片机的只有12个累加器的常规结构，CPU是在特殊功能寄存器（SFR）和片内寄存器阵列所构成的256个字节空间内进行操作。这些寄存器都具有累加器的特殊功能，它们可使CPU对运算数据进行快速交换，并且提供了高速数据处理和频
8、繁的输入/输出功能，从而消除了常规累加器结构的单片机中存在的瓶颈现象。16位CPU支持位（BIT）、字节（BYTE）和字（WORD）操作，在部分指令中还支持32位双字操作，如32位乘除运算。（2） 高效的指令系统8098单片机指令系统与MCS-51单片机指令系统相比，不但运算速度快，而且编程效率高 。同等运算任务的情况下，8098单片机的速度比MCS-51系列单片机（如8031）要高出56倍，并且指令字节数还不到8031单片机的一半。8098单片机的指令系统可以对带符号和不带符号数进行操作，支持16位乘法运算、32位除16位除法运算和直接字加减运算，且有符号扩展、数字规格化指令（有利于浮点运算
9、）等。许多指令既可用双操作数，也可用三操作数，使用非常灵活。12MHZ晶振下一条指令最短执行时间为1s，最长（外部操作数的乘法指令）为9.5s 。（3）脉宽调制输出（PWM）与MCS-51系列单片机相比，8098的独到之处之一是脉宽调制输出，它可以直接提供一路定周期（12MHZ时，64s；6MHZ时，128s）可变占空比的脉冲信号，并且这种脉冲信号经简单的输出可作为具有8位分辨率的数模（D/A）转换输出。（4）高速输入/输出（HSI/HSO）口8098单片机另一优越的I/O性能是无需CPU干预，能自动在8个状态周期（12MHZ）中处理8个输入事件和8个输出事件，可人为设置某个高速输出口的触发时
10、刻，从而引起CPU对外部事件的中断服务。利用高速输出口的输出可实现具有16位分辨率的D/A转换功能，高速输入/输出（HSI/HSO）口尤其适用于测量和产生分辨率高达2s的脉冲信号。（5）4路10位A/D转换器8098单片机片内有4路A/D转换单元，通过适当的外部接口处理，可使其分辨率更高。在12MHZ晶振下，完成一次A/D转换所需时间仅为22s。（6）全双工串行口8098单片机的串行口具有可以同时发送和同时接收的全双工串行通信功能。另外，它还设有一个提供串行口的波特率发生器，并且可以利用HSI/HSO构成异步全双工软件串行口。这个串行口也有4种操作模式，能方便地用于I/O扩展，多机通信及与CR
11、T终端等设备进行通信。（7）多用途接口8098单片机的P0口引脚既可作为数字输入口（P0.4P0.7），也可用作A/D转换器的模拟量输入口。P2口除作标准的I/O口外，还具有一些特殊功能，如：串行口通信功能。P3口和P4口为多路复用地址/数据总线和数据总线，它们的引脚内部有很强的上拉作用（复位时呈高阻态）。（8）8个中断源8098单片机的8个中断源对应8个中断矢量，可处理20种中断事件。（9）16位监视定时器（WATCH DOG TIMER）这是8098较MCS-51系列又一特有功能。它可以在软件、硬件发生故障时使系统复位，恢复CPU的工作能力。（10）2个16位定时器其中定时器T1在系统中作
12、实时时钟用，系统运行过程中不停地循环计数；定时器T2受外部事件控制，根据外部事件计数。（11）4个软件定时器4个软件定时器受高速输入口控制，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。（12）寄存器阵列和特殊功能寄存器8098片内具有256字节的寄存器阵列（RAM）和特殊寄存器（SFR），其中232字节为寄存器阵列，它兼有一般微处理器中通用寄存器和高速RAM的功能，其余24字节为特殊功能寄存器。通过它们管理着所有的片内I/O口。（13）统一的编址方式8098单片机的编址与MCS-51系列编址（外部存储空间RAM和ROM的地址可以重叠）不同，采用统一编址方式，外部可寻址寄
13、存器空间总共为64K。构成系统方便，输入/输出指令更为简练，但存储空间较MCS-51有所减少。2.2 8098基本结构8098单片机内部结构如图2-1所示。图2-1 8098单片机内部结构框图2.3 CPU结构8098单片机CPU中的主要器件有：高速寄存器阵列、特殊功能寄存器（SFR）、存储器控制器和寄存器算术逻辑单元（RALU）。CPU与外界的通信是通过特殊功能寄存器（SFR）或存储器控制器进行的。2.3.1 CPU总线与MCS-48/51相同，8098单片机内部也采用总线结构。CPU内部的一个控制单元和两条总线将寄存器阵列和RALU 连接起来。其中：地址总线为8位，简称A总线；数据总线16
14、位，简称D总线。D总线只能在寄存器算术/逻辑部件RALU与寄存器阵列或特殊功能寄存器之间传输数据，而A总线既可用来传送内部地址，又可作为存储控制器的多重地址/数据总线。对片内存储器ROM和外部存储器的访问都通过存储器控制器进行。2.3.2 片内寄存器阵列片内寄存器阵列共232字节RAM单元，它可按字节、字或双字存取。由于上述任何一个单元都能被RALU 所用，如同CPU有232个累加器一样。寄存器阵列中的第1个字是专门留作堆栈指针使用的，不能用它来存放数据。访问存储器阵列和特殊功能寄存器的地址由CPU硬件控制，它们暂存在两个8位地址寄存器内如图2-2所示。图2-2 寄存器算术逻辑运算单元（RAL
15、U）框图2.3.3 寄存器算术逻辑运算单元（RALU）8098单片机的运算主要由RALU来完成，其逻辑部件构成如图2-2所示。RALU包括算术逻辑单元ALU和程序状态字PSW、程序计数器PC、循环计数器及3个暂存寄存器TSC。其中所有寄存器都是16位或17位（16位加符号扩展位）。PC附有一个专用增量器，它的用途是CPU每取1个字节指令之后PC 值自动增1，但程序转移必须由ALU来处理。高位字寄存器和低位字寄存器本身带有移位功能，在需要逻辑移位操作时，都可以不受ALU控制而借助于移位逻辑实现。其中，字、字节移位操作可由高位字寄存器独立完成，双字移位操作时，需高位字寄存器和低位字寄存器共同完成。
16、高位字寄存器也可作为许多指令的暂存寄存器。若有循环移位操作，则5位“循环计数器”进行循环计数，暂存寄存器用作存放两个操作数指令的第2个操作数。在进行减法运算时，该寄存器存放的减数输出取补后，送入ALU的“B”输入端。图2-2中延时电路用以将16位总线上的数据转换成8位总线上的数据。当要把所有地址和指令送到8位总线上时，就需要借助这个环节。此外，有几个常数（0，1和2）存放在RALU中，以用于加速某些运算，如地址自动增量、求2的补码、执行加1或减1指令。2.4 引脚功能详述8098芯片引脚的功能如图2-3所示。图2-3 8098引脚图2.4.1 引脚功能说明8098芯片均采用48脚双列直插封装形
17、式。引脚功能如下：VCC（38脚） 主电源电压（+5V）VSS（11和37脚） 数字地（0V），共有2个，同时接地。（46脚） 片内RAM维持电源（+5V）。单片机正常工作时，此电源必须接通。在掉电情况下VCC降至0V，当VCC尚未降至RAM所需规范电压值以下时（正常供电），信号起作用，寄存器阵列顶端16个字节（0F0H0FFH）的内容得以维持不变。在掉电期间脚必须保持低电平，在VCC恢复正常振荡器工作稳定之前，不应被拉成高电平。VREF（45脚） A/D转换参考电压（+5V），通常应与VSS保持同电位。同时也是转换器模拟电路部分及读P0口所用逻辑电路的供电电压。VPP（12脚） 片内EPRO
18、M芯片的编程电压，这是针对8795BH而言。ANGND（44脚） A/D转换器的参考地（0V），通常应与VSS保持同电位。XTAL1（36脚） 反相振荡器和内部时钟三相发生器的输入端。XTAL2（35脚） 反相振荡器输出端。（48脚） 复位输入端，低电平有效，2个状态周期以上的低电平输入可使芯片复位，可同时输出到其他外部电路。该引脚电平由低到高的正跳变可产生10个状态周期的内部复位序列。在此期间PSW被清0，2018H单元字节的内容装入芯片控制寄存器（CCR），最后程序指针指向2080单元。正常运行时刻该引脚加高电平。引脚具有内部上拉电阻。（39脚） 存储器类型选择输入端，低电平有效。当=0时
19、，CPU对外部存储器操作，当=1时，CPU对片内存储器（EPROM型芯片）的2000H3FFFH单元操作。对于无片内EPROM的8098而言，该引脚应设置为0。具有内部下拉电阻，除非从外部将其拉高，否则将处于0状态，复位时锁存的状态。ALE/（34脚） 地址锁存允许或地址输出有效，由芯片控制器CCR选择，高电平有效，当ALE为高电平时，表示地址/数据总线上传送的是存储器地址，ALE下降沿地址锁存到地址锁存器中。（33脚） 片外存储器读信号（输出）引脚，低电平有效。用来启动外部存储器进行读操作。（14脚） 片外存储器写信号（输出）引脚，低电平有效。用来启动外部存储器进行写入操作。READY（16
20、脚） 片外存储器准备就绪（输入）控制信号引脚，高电平有效。当CPU访问外部存储器时，若READY脚为高电平时，则表示外部存储器能在规定的时间内完成读/写操作。若READY脚为低电平，则表示外部存储器不能在规定的时间内完成读/写操作，CPU需等待。当不访问片外存储器时，READY信号不起作用，插入总线周期的等待状态数由芯片控制(CCR)控制，对于READY脚，芯片内有弱下拉电阻，因此除非外部将其拉低，否则即为高电平。HSI（36脚） 高速输入（HIS0HIS5）引脚，其中HIS2和HIS3与两个高速输出口共用引脚。HSO（510脚） 高速输出（HSO0HSO5）引脚，其中HSO4、HSO5与HS
21、I共用引脚。每个HSO引脚都能驱动一个TTL输入。P0口（4043脚） 4路高阻输入引脚，既可作为模拟量输入（ACH4ACH7），又可作为数字量输入（P04P07）。P2口（1，2，13，47脚） 4位多功能引脚，表示为P20P25，P25可作为数据输入/输出端口。输入时，具有高阻态特性，输出可驱动一个TTL输入，另外，P2口还具有多种控制功能。P3/P4口 均为8位双向I/O接口，用作地址/数据总线接口。地址/数据输入输出时，P3口传送低8位字节，P4口传送高8位字节。两个接口均为漏极开路输入输出。2.5 特殊功能寄存器和寄存器阵列在8098单片机内部设置有256个寄存器单元。这些寄存器单元
22、按RAM存储器统一编址，全部用作工作寄存器和特殊功能寄存器，其地址映像采用如图2-4所示的结构。在指令系统中，内部寄存器采用8位地址编码（00HFFH），而外部存储器采用16位地址编码（0000HFFFFH），内部寄存器可分为两组，一是特殊功能寄存器组，另一是寄存器阵列。寄存器算术/逻辑运算单元RALU可对这两组寄存器中的任何一个直接进行操作。下面对这两组寄存器的功能予以介绍。2.5.1 特殊功能寄存器（SFR）00H17H单元为24个特殊功能寄存器。8098单片机所有输入/输出操作都是通过特殊功能寄存器来控制。其中许多寄存器具有双重功能，即在读/写操作时所表现的作用各不相同。另外，在特殊功能
23、寄存器空间中，有几个寄存器为保留单元。这些寄存器留作扩展或测试用时，若对于这些单元进行写操作，将不能保证得到正确的结果。特殊功能寄存器阵列开头的两个字节单元内容固定为0，称为零寄存器，可在算术/逻辑运算和比较时提供常数0。2.5.2 片内寄存器阵列在内部RAM中，除了24个特殊功能寄存器之外，其余各寄存器构成寄存器阵列。在232个寄存器阵列中，除18H19H两个单元作为堆栈指示器外，其余230个单元除不能存放程序代码之外未作其他限制。寄存器阵列的地址空间映像如图2-4所示的01AH0FFH单元，其中0F0H0FFH单元为掉电RAM寄存器保护区。这些寄存器可用来存放数据或地址。在存放16位字时，
24、每相邻的两个寄存器组成16位的字寄存器，其中偶地址寄存器存放数据/地址的低位字节，奇地址寄存器存放数据/地址的高位字节。由于寄存器阵列中所有寄存器均作为累加器使用，直接进行各种算术/逻辑运算和移位操作，因此，为用户使用提供了极大方便，也提高了运算和数据处理的速度。但须注意，片内寄存器阵列空间不具备寄存器间接寻址功能，一般情况下，片内间接寻址并无多大必要。图2-4 8098地址空间映象图第三章 存储器在介绍8098系统设计之前，有必要了解8098系统常用存储器芯片的种类、结构、性能等。熟悉常用的存储器芯片对设计开发一个既经济又满足技术性能要求的单片机系统是很重要的。3.1 存储器概述一般情况下，
25、无论是MCS-51系列还是MCS-96系列，在单片机的内部设置有一定容量的内部存储器（RAM/ROM）。但是，内部存储器的容量一般都比较小，因此在实际使用时，通常需要在芯片外部进行存储空间扩展。可用于外部扩展的存储器种类较多，但用得比较多的仍是半导体存储器。 半导体存储器按其基本存储单元电路的类型分为MOS型存储器、双极型存储器、磁泡存储器和电荷耦合存储器等。其中磁泡存储器和电荷耦合存储器属于串行存储器件，MOS型、双极型存储器一般为并行存储器。按存储信息的功能分类，半导体存储器又可分为随机存储器（RAM）和只读存储器（ROM）。所谓随机存储器是指在系统运行期间随时可以进行写入或读出操作。而只
26、读存储器是指在芯片制造时，或者使用芯片之前已经完成对其写入操作，使用期间只能进行读出操作。只读存储器可分为固定只读存储器（ROM）、可编程序的只读存储器（PROM）和可改写的只读存储器（EPROM）三种。其中固定只读存储器是指其中的信息是在工厂生产时已经存入，用户买回后只能读出使用，而不能对其进行任何写入或修改。可编程的只读存储器是指存储器买回时，所存的信息为全“0”或者全“1（即空白）”，用户可根据自己的需要，使用专门的电路进行一次性的写入，写入之后，其中的信息只能读出使用，而不能进行再修改。可改写的只读存储器是指用户写入后，可通过专门的方法将其中的信息擦去，然后重新写入（即改写）。在联机使
27、用时，其中的内容只能读出，而不能随机写入。随机存取存储器按其基本存储单元电路的不同可分为MOS型和双极型两种，其中MOS型存储器又可分为静态和动态两种。静态存储器是指运行时，其中的信息在写入之后一直保持而不丢失。动态存储器则是其中的信息可能丢失。为了不使动态存储器中的信息丢失，就需要定期（约2ms）地补充电荷，这一工作通常称为刷新或者再生。近年来，又出现了一种准静态存储器，它的内部结构与动态存储器相似，可减小功耗，但是不需要刷新，因而已开始得到广泛的应用。容量大、功耗低是动态RAM的优点，但它极易受干扰影响，对外界环境、工艺结构、控制逻辑以及电源的质量要求很高，甚至对温度的变化也很敏感。由于单
28、片机系统主要用于工业现场的实时信号采集和控制，因而其可靠性是第一位的。因此在实际使用时应避免使用动态RAM，而优先选用静态RAM。下面介绍与单片机连接的常用随机存储器RAM和只读存储器EPROM的主要性能和使用方法。 3.1.1 随机存储器随机存储器（Random Access Memory）一般用做单片机外部数据存储器。常用RAM芯片有6116、6264、62128和62256。其中以62128为例介绍。1. 芯片工作原理62128为16K8位的高集成度的随机存储器。它有28个引脚，采用双列直插式芯片结构，使用单一+5V电源。其芯片引脚图如图3-1所示，其工作方式选择如表3-1所示。图中A1
29、3A0为14位地址信号线，寻址范围为16K。D7D0为8位数据输入/输出线，可与单片机的数据总线连接。为片选信号线，可由地址译码产生。为写允许信号线，可与单片机的写命令信号线连接，用来控制存储器的写入操作，为读允许信号线，可与单片机的读命令信号线连接，用来控制存储器的读出。在与单片机连接时，同样主要是解决地址分配、数据线和控制线的连接问题。在与高速单片机连接时，还要根据时序解决速度匹配问题。表3-1 RAM 62128引脚功能与工作方式表2. 芯片引脚图如图3-1所示。3.1.2 只读存储器（EPROM）常用EPROM芯片有以下几种：2716、2732、2764、27128、27256和275
30、12。EPROM一般有五种工作方式。其中以27128为例介绍。 （1）读方式。系统一般就工作于这种方式。工作于这种方式的条件是：片选控制线和输出允许控制线同时为低电平。（2）保持方式。芯片进入保持方式的条件是：片选控制线为高电平，输出为高阻抗悬浮状态，不占用数据总线。（3）编程方式。EPROM工作于这种方式的条件是：VPP端施加规定的电压，和端施加合适的电平（不同芯片要求不同），这样就能将数据线上的数据固化到指定的地址空间。（4）编程校核方式。VPP端保持相应的高电压按读出方式操作，读出已固化的内容，以校核写入的内容是否正确。（5）编程禁止方式。当片选信号无效时输出成高阻状态。图3-1 RAM
31、 62128引脚图 图3-2 EPROM 27128引脚图1. 芯片工作原理27128是一种16K8位的可改写只读存储器。它有28个引脚，采用双列直插式芯片结构，正常工作时，采用单一+5V电源。其引脚图如图3-2所示。14位地址线A13A0用于片内地址选择，8位数据线D7D0用于数据读出，为片选信号线，用于芯片选择，为读允许信号线，与单片机的读命令连接，用来控制数据读出。其工作方式选择如表3-2所示。表3-2 EPROM 27128工作方式选择2. 芯片引脚图如图3-2所示。3. 芯片使用注意事项27128也采用HMOS工艺制成，因而速度快，最大读取时间可达200ns。在28个引脚中，编程脉冲
32、PGM独占一个，使用方便。编程写入时，电压VPP为21V，若超过22V，芯片可能烧坏，使用时务必注意。27128也具有静止等待工作模式。以减少功耗。它的最大正常工作电流为150mA，最大静止等待电流为45mA。 3.2 译码器译码法是由译码器组成译码电路，译码电路将地址空间划分若干块，其输出端分别选通一片存储器芯片，这样即充分利用存储空间，又避免了空间分散的特点。1. 常用存储器容量芯片271627322764271282725627512存储量2K4K8K16K32K64K芯片6216623262646212862256存储量2K4K8K16K32K2. 扩展的基本方法：主要是地址总线(AB
33、)、数据总线(DB)和控制总线(CB)与CPU的连接。例如，扩展一片27128 (16K字节)。地址线根数：1K = 210 16K = . 210 = 214 14根 A0A13地址总线 AB：低8位地址A0A7从P3口输出，由于P3口是复用口，所以需通过74LS373锁存。高8位地址A8A13直接从P4口输出。数据总线 DB：直接接P3口，即D0D7。控制总线 CB：与程序存储器有关的控制信号有ALE地址锁存信号，接74LS373的G端当它高电平时输出低8位地址，在它的下降沿地址锁存。存储器的片选线必须低电平才可工作，通过译码器选择存储器的寻址范围。3. 译码器译码电路是通过译码器来实现，
34、增加一片译码器，译码产生片选信号。常用的译码器有2-4译码器（74LS139）2个输入变量控制4个输出端；3-8译码器（74LS138）3个输入变量控制8个输出端；4-16译码器（74LS154）4个输入变量控制16个输出端 。译码器的逻辑功能是将每个输入的二进制代码译成对应的输出高、低电平信号。图3-3是74LS139集成块中一个2-4二进制译码器逻辑图，表3-3是其真值表。输入的2位二进制码共有4种状态，译码器将每个输入代码译成对应的一根输出线上的高、低电平信号。例如，当输入代码BA=10时，对应输出为低电平，其余输出全为高电平。为使能端，低电平有效。=0时，2-4译码器工作；=1时，电路
35、被禁止，输出全部为高电平，输出状态与输入数据无关。图3-4为引脚功能图。图3-3 2-4译码器内部逻辑图表3-3 74LS139真值表图3-4 74LS139引脚功能第四章 8098最小系统设计8098单片机已广泛用于工业测、控系统。任何一个单片机系统的设计，首要的问题是该系统的硬件配置（软件功能也左右着硬件的品种和多寡）。而系统硬件的配置，更多的工作在于各种接口和电路的设计，如模拟转换电路，伺服驱动电路等。4.1 8098单片机系统设计的要点在单片机硬件设计中，最主要的问题是如何安排芯片在整个存储空间的位置和读写操作。因此，在着手进行系统硬件设计之前，有必要说明以下几点：(1)8098单片机
36、的整个存储空间中，程序存储器和数据存储器的存储空间不可重叠，片内片外存储空间一共可达64K字节。(2)用户外部存储空间扩展的起始地址为2000H，扩展的存储空间的顺序一般为EPROMEEPROMRAMI/O芯片。(3)2000H207FH为特殊存储空间，其中2018H单元存放8098芯片配置字节，2000H2011H单元存放用户中断服务程序入口地址。(4)用户可以直接使用的内部RAM空间为00HFFH，其中00H17H为特殊功能寄存器。4.2 8098单片机最小系统设计存储器扩展时，除必须有EPROM、RAM芯片外，还必须有锁存芯片。1. 地址锁存器存储器扩展时，地址锁存信号为ALE，地址锁存
37、器可使用带三态缓存输出的八D锁存器74LS373或8282，也可以使用带清除端的八D锁存器74LS273，选择不同，与单片机的连接方法不完全相同。74LS373和8282都是透明的带有三态门的八D锁存器。下面介绍一下74LS373的工作原理。当74LS373的使能信号线端为低电平时，其内部三态门处于导通状态，允许Q端输出；当端为高电平时，输出三态门断开，输出端对外电路呈高阻状态。因此74LS373用作动作锁存器时，首先应使三态门的使能信号端为低电平，这时，当G输入为高电平时，锁存器输出（Q0Q7）状态和输入端（D0D7）状态相同；当G端从高电平返回低电平（下降沿）时，输入端（D0D7）的数据锁
38、入Q0Q7中。74LS373的锁存控制端G可直接与单片机的锁存控制信号端ALE相连，在ALE下降沿进行地址锁存。为了满足单片机地址锁存时序，ALE端输出锁存控制信号必须加反相器才行。 74LS373引脚图如图4-1所示。图4-1 74LS373引脚结构2. 8098与EPROM的接口电路8098与片外存储器连接时，P4口用作高8位地址总线，负责输出高8位地址码；P3口用作为低8位地址/数据总线，用以首先传送8位地址码，随后再传送数据和程序代码。8098和27XX系列连接，必须解决低8位地址锁存问题。这样在P3口传送数据和程序代码时，低8位地址由锁存器提供。图4-1中的74LS373就是一个地址
39、锁存器。在8098的总线控制方式设置成标准总线方式下，8098的ALE信号作为锁存器的锁存扩展信号，其下降沿将地址码的低8位锁存起来。如果把总线控制设置成地址有效选通方式，可用ALE信号作为片外存储器的片选信号。图4-2 中有8098与EPROM 27128的连接电路，27128有14根地址线其高6 位A13A8分别接到8098的P45P40；而低8位A7A0与地址锁存器74LS373的输出连接。27128的数据通道D7D0直接与P3口连接。为输出允许引脚，应和8098的读信号相连。27128处于读方式，其PGM（编程脉冲输入）和（编程电压输入）引脚均应接+5V。译码器的输出端接27128的片
40、选控制端。EPROM中存有程序代码以及常数。程序代码是根据程序的运行，PC指出代码的地址单元。自动去读出的。如果需从EPROM中读出常数，则需用读指令将数据读入片内寄存器阵列。3. 8098与RAM的接口电路这里主要介绍8098与外扩存储芯片62128连接方法。62128是16K8位的静态RAM。图4-2中有8098与62128的连接电路。译码器的输出端接62128的片选控制端。8098的端连接RAM芯片的输出允许端，端连接RAM芯片的写允许端。该系统具有16K程序存储空间和16K数据存储空间。下面是8098最小系统设计。图4-2 8098最小系统连接图27128、62128与8098 接口主
41、要解决两个问题：一是硬件连接问题；二是根据实际连接确定芯片的地址。由图4-2 可确定27128 、62128芯片的地址。27128使用14根地址线A13A0，地址范围从全“0”到全“1”，由于27128从译码器线引出，故地址范围是00XXXXXXXXXXXXXXB，即0000000000000000B0011111111111111B（0000H3FFFH）；而62128是从译码器线引出，故地址范围是01XXXXXXXXXXXXXXB，即0100000000000000B0111111111111111B（4000H7FFFH）。第五章 8098单片机扩展I/O接口的设计8098单片机本身提供
42、给用户的I/O口线并不多。P0仅有4根引脚（P04P07），只能作输入用，且具有复用功能，即可作数字输入，也可选择其中的某个引脚作为模拟输入。P2口也仅有4根引线P20P22以及 P25，P2口是多功能口，用户往往选择其复用功能。P3口和P4口只能作为系统总线使用。这样在有些场合，8098本身具有的I/O口满足不了需要，这就需要8098外扩I/O接口。5.1 扩展I/O接口时的注意事项I/O接口芯片中，各个功能寄存器的地址是8098外部64K寄存器空间的一部分。8098单片机在外扩I/O接口芯片时，要注意以下几个问题：（1）分析掌握扩展的接口芯片的功能、结构及驱动方式。如果接口芯片是可编程的，
43、要清楚各个控制字的意义。（2）8098单片机如何实现对扩展芯片的选择和寄存器的选择，如何编写可编程芯片的驱动程序等。（3）I/O接口的扩展总是为了实现某一系统测控及管理功能。例如连接键盘、显示器、驱动开关控制电路以及开关量监测等，因此在扩展I/O接口芯片时，要考虑与之相连的外设硬件电路特性，如驱动功率、电平、干扰抑制及隔离等。（4）设计驱动程序要注意，防止总线上的数据冲突。5.2 常用并行I/O接口芯片82558255是可编程的通用并行接口芯片，是一种适用于多种微处理器的通用8位并行输入/输出接口芯片，它有3个端口，具有3种工作方式，可通过程序改变其功能，因而使用灵活方便，通用性强，可作为单片
44、机与多种外围设备连接时的中间接口电路。图5-1 8255引脚图8255的引脚如图5-1所示和8255的内部结构流程如图5-2所示。图5-2 8255的内部结构流程图5.2.1 8255芯片引脚与内部结构及其功能1. 引脚说明8255共有40个引脚，采用双列直插式封装，各引脚功能如下：D7D0三态双向数据线，与单片机数据总线连接，用来传送数据信息。片选信号，低电平有效时芯片被选中。读出信号线，低电平有效时允许数据输出。写入信号线，低电平有效时允许数据输入。VCC+5V电源。PA7PA0A口输入/输出线。PB7PB0B口输入/输出线。PC7PC0C口输入/输出线。RESET复位信号线。A1A0地址
45、线，用来选择内部端口。GND地线。2. 8255芯片内部结构及其功能（1）内部结构8255芯片内部包含3个8位端口，其中：端口A包含一个8位数据输出锁存/缓冲器和一个8位数据输入锁存器；端口B包含一个8位数据输入/输出、锁存/缓冲器和一个8位数据输入缓冲器；端口C包含一个输入锁存/缓冲器和一个输入缓冲器。必要时端口C可分为2个4位端口，分别与端口A和端口B配合工作，通常将端口A和端口B定义位输入/输出的数据端口，而端口C可作为状态或控制信息的传送端口。（2）A组和B组控制部件端口A与端口C的高4位（PC7PC4）构成A组，由A组控制部件实现控制功能，端口B与端口C的低4位（PC3PC0），由B
46、组部件实现控制功能。它们各有一个控制单元，可接收来自读/写控制部件的命令和CPU通过数据总线（D7D0）送来的控制字，并根据它们来定义各个端口的操作方式。（3）数据总线缓冲器这是一个三态双向8位数据缓冲器，它是8255与CPU之间的数据接口。CPU执行输出命令时，可将控制字或数据通过数据总线缓冲器传送给8255。CPU执行输入命令时，8255可将状态信息或数据通过数据总线缓冲器向CPU输入。因此它是CPU与8255之间交换信息的必经之路。（4）读/写控制部件这是8255内部完成读/写控制功能的部件，它能接收CPU的控制命令，并根据它们向片内各功能部件发出操作命令。可接收的控制命令如下：片选信号
47、。由CPU输入，通常由端口的高位地址码（A15A2）译码得到，有效，表示该8255被选中。，读、写控制信号。由CPU输入，有效，表示CPU读8255，应由8255向CPU传送数据或状态信息。有效，表示CPU写8255，应由CPU将控制字或数据写入8255。RESET复位信号。由CPU输入。RESET有效时，清除8255A中所有控制字寄存器内容，并将各端口置成输入方式。A1和A0端口选择信号。A1A0=00，选择端口A；A1A0=01，选择端口B；A1A0=10，选择端口C；A1A0=11，选择控制字寄存器。由端口地址A1A0和相应的控制信号组合起来可定义各端口的操作方式如表5-1所示。表5-1 8255接口工作状态选择表5.2.2 8255芯片的控制字及其工作方式8255有三种基本工作方式：方式0基本输入/输出方式；
