自动测试技术第二章2

第2章智能仪器基本系统的设计西安电子科技大学机电工程学院测控工程与仪器系贺华第2章智能仪器基本系统的设计自动测试技术第2章智能仪器基本系统的设计2.1仪器中单片机的工作模式与端口特性2.2存贮系统的扩展设计2.3仪用键盘系统设计2.4数据显示系统设计自动测试技术第2章智能仪器基本系统的设计在计算机领域,系列机是指同一厂家生产的具有相同系统结构的机器。Intel推出有MCS-48、MCS-51、MCS-96系列单片机。20世纪80年代中期以后,Intel以专利转让的形式把8051内核给了许多半导体厂家,如AMTEL、PHILIPS、ANANOGDEVICES、DALLAS等。这些厂家生产的芯片是MCS-51系列的兼容产品,准确地说是与MCS-51指令系统兼容的单片机。这些单片机与8051的系统结构（只要是指令系统）相同,采用CMOS工艺,因而常用80C51系列来称呼所有具有8051指令系统的单片机。他们对8051一般都作了一些扩充,更有特点、功能更强、市场竞争力更强,不应该把他们成为MCS-51系列单片机。第2章智能仪器基本系统的设计四、PHILIPS系列单片机的端口特性与51系列单片机兼容的芯片有80c51、80c31、87c51和80c552等多种品型。这些CMOS芯片具有高速、高集成度和低功耗的特点。标准单片机芯片的电源电流最大值约为120mA左右，而CMOS型单片机的最大工作电源电流仅24mA，在系统进入暂停状态后只有10μA，因此可在高速低功耗和便携式仪器仪表中使用。第2章智能仪器基本系统的设计到目前为止PHILIPS半导体公司已经推出了51LPC、80C51、51AX(主要市场在北美)、80C51+、LPC900、51MX、LPC2100(ARM)等更多系列品种的单片机，累计达到100种以上的单片机。飞利浦旗下的半导体部门从06年开始从飞利浦独立出来并改名叫恩智浦NXP。NXP单片机在国内比较大的代理商一直是广州周立功单片机公司进去后可以看到“NXP半导体”，在那里你可以找到飞利浦单片机的中文数据手册。第2章智能仪器基本系统的设计第2章智能仪器基本系统的设计进入2003年，PHILIPS半导体公司决心要侵吞中国的单片机市场，PHILIPS半导体公司对单片机及其与单片机有关的一系列芯片(如CAN-bus器件)悄悄地进行了多次降价，用户满意的程度空前地高涨。而且PHILIPS半导体公司将会从美国派人常驻中国，近距离服务的目的在于能够快速反应市场的需求。这无论是对客户或是PHILIPS半导体公司来说都是前所未有的，PHILIPS半导体公司极其重视中国用户的需求和中国市场巨大的发展潜力。第2章智能仪器基本系统的设计从2003年6月开始在中国市场发动增强型标准P89C51X2、P89C52X2(主要针对标准兼容MCS51系列单片机)与OM4368BN(OM4368BN与P89C58BP管芯完全相同，OM4368BN仅仅是针对中国市场的特价销售价格策略，而P89C58BP则是针对全球市场销售的定价策略)、OM4358BA(OM4358BA与P89C58BA管芯完全相同，OM4358BA仅仅是针对中国市场的特价销售价格策略，而P89C58BA则是针对全球市场销售的定价策略)单片机的销售攻势，将高性价比的增强型80C51单片机降到用户完全能够接受的价格心理程度,这就是PHILIPS中国市场最重要的战略之一，即茅台酒的质量、二锅头的价格。从而可以看出，对于PHILIPS来说，中国市场的份额是何等地重要。现在全世界的公司都在关注中国，PHILIPS半导体公司同样也不甘落后。第2章智能仪器基本系统的设计180C51系列单片机产品简介1、8051最早期的产品，CPU为80512、80C51CMOS型的8051，功能和8051完全相同，但CMOS的工作电流比NMOS要小得多。无ROM型的80C51是80C31，EPROM型的是87C51第2章智能仪器基本系统的设计3、8052是8051的增强型产品，采用NMOS技术制造。片内数据RAM增加到256个字节具有3个16位的定时/计数器内部程序存储器增加到8K无ROM型的8052是8032，EPROM型的是87524、80C52CMOS型的8052，功能和8052完全相同，但CMOS的工作电流比NMOS要小得多。第2章智能仪器基本系统的设计5、83C053MICROCONTROLLERFORTELEVISIONANDVIDEO主要用作电视机控制器，提供调谐控制功能，和屏幕显示功能。8KBROM（83C053）或16kEPROM（87C054）192字节RAM片内具有屏幕显示控制器3路数字视频输出扫描/混频器和背景亮度控制器60*18*14字符发生器8路6位脉冲宽度调制输出PWM；1路14位PWM视频信号输入输出极性可程序控制第2章智能仪器基本系统的设计6、83CL410可工作在很低电源电压和很低工作频率的80C51器件。极大地减小了电源功耗，对于低电压的电池供电情况下工作是非常理想的。除了无UART外，具有80C51的所有功能。I2C掉电方式下的热启动工作频率32kHz-20MHz(外时钟时可低至直流)电源电压范围1.5V-6V无ROM型产品为80CL410，没有EPROM型。第2章智能仪器基本系统的设计7、83C451增加了I/O口的80C51器件。7个8位准双向口（PLCC型（贴片封装的一种，这种封装的引脚在芯片底部向内弯曲，因此在芯片的俯视图中是看不见芯片引脚的））6个8位和1个4位准双向口（DIP型（双列直插式封装技术））P6口具有握手功能，适合作为微处理机接口、并行打印机接口无ROM型为80C451，EPROM型为87C451第2章智能仪器基本系统的设计8、83C528增加了存储器的80C51器件。32K字节的ROM512字节的RAM增加了一个16位的定时器I2C串行总线掉电方式下的热启动无ROM型为80C528，EPROM型为87C528第2章智能仪器基本系统的设计9、83C550增加了模拟信号特性的80C51器件。8路8位ADC监视定时器（WatchdogTimer）无ROM型为80C550，EPROM型为87C55083C550虽然是40引脚封装，但和80C51插座不兼容，因为增加了模拟信号。第2章智能仪器基本系统的设计10、83C552采用CMOS工艺,是飞利浦80C51系列微处理器控制器的改型。增加了很多功能模块的80C51器件。8k×8ROM,可在外部扩展64k字节;2个标准的16位定时器/计数器;1个附加的16位定时器/计数器,配有4个捕捉寄存器和3个比较寄存器;八路输入的10位A/D转换器;两路8位分频器的脉冲宽度调制输出;6个8位I/O口;I2C串行总线接口;和80C51兼容的全双工异步串行口UART;1个监视定时器;15个中断向量;时钟速率最高为12MHz或16MHz;12MHz晶振时,58％的指令执行时间1μs、40％为2μs,乘除法指令4μs80C552是无ROM型87C552;87C552有8k字节用户可编程EPROM。第2章智能仪器基本系统的设计11、83C75124引脚的80C51器件，适用于体积小、价格低的应用场合。2KBROM64BRAMI2C（无UART）19位I/O线单级中断1个16位T/C没有外部存储器扩展功能，数据存储器的扩展可以利用I2C接口和具有I2C接口的存储器来实现。没有无ROM型，EPROM型为87C751第2章智能仪器基本系统的设计12、83C75228引脚的80C51器件，适用于汽车、机电、消费类场合。是飞利浦80C51系列中结构最紧凑,体积最小的单片机;内部总线不对外开放,没有用于扩展外部程序存储器和数据存储器的并行扩展总线口;CMOS工艺制造;83C7522k字节ROM,87C752为2k字节EPROM;64k字节RAM;21位I/O线;1个16位的常数可自动装入定时器/计数器,1个固定速率的定时器;7个中断源,1个中断优先级;五路8位A/D和一路脉冲宽度调制输出;I2C总线接口；带有窗口的紫外线可擦除的EPROM型87C752和不带窗口的塑封的1次性编程的EPROM型第2章智能仪器基本系统的设计283c552的性能简介83c552是飞利浦公司开发的80c51系列众多改进升级型芯片中最有代表性的一个单片机，它除了拥有CMOS单片机高速低功耗的特点以外还有以下几点十分优越的性能。（1）采用80c51作CPU，它仍用51系列机指令作自己的指令集，学习使用十分简单。（2）芯片品种仍有片内有ROM型、片内有EPROM型和片内无ROM型三种，它们的型号分别为83c552，87c552，80c552。（3）片内ROM或EPROM的容量增加为8K字节。（4）片内RAM有256个字节，前128个用法和地址分配与8031相同，后128个单元也用作特殊功能寄存器，除拥有与8031相同的特殊功能寄存器外还增加了一些新的第2章智能仪器基本系统的设计（5）片内除拥有2个功能与8031中T1、T0相同的定时/计数器外，又增设了一个16位定时计数器T2。该T2可以用作记录具有输入捕捉功能端口所输入的有效跳变的输入时间；也可以用来设置和控制具有比较输出功能端口要输出的有效信号的输出时间。这种功能在定时测控仪器设计中十分有用。（6）片内增设了一个有8个通道的10bitADC部件，模拟通道输入电压范围0～5v,在12MHz时钟下ADC时间与约50μs。这个片内ADC部件对简化自动检测仪器中数据采集系统的硬件设计是十分有利的。（7）8位通用I/O口增加为5个，另外只要事前设置好，ADC入口也可作一般输入口使用，因此具有比8031更大的I/O接口能力。第2章智能仪器基本系统的设计（8）具有先进的串行总线的接口能力，许多I/O操作只用2条信号线就能实现。与此同时还拥有全双工的异步通讯接口UART和监视定时器T3（9）随着片内功能部件的增加，中断向量也扩充至15个。（10）拥有2路8位分辨率的宽度可调制脉冲信号输出部件，为实现数模转换和脉宽可调信号源设计提供了方便。83c552的这些优异性能可使以它为核心所设计的仪器系统更加紧凑。第2章智能仪器基本系统的设计380c552的封装引脚第2章智能仪器基本系统的设计380c552的封装引脚第2章智能仪器基本系统的设计80c552的封装引脚第2章智能仪器基本系统的设计（1）P0、P2、P3三个8位I/O口，EA、ALE、PSEN等端口的作用与8031完全一样，因此使用方法也是一样。在单片模式下，P0、P2、P3可作为一般I/O口使用；在扩展模式下，P0、P2、P3口按第2功能操作，P0用作数据/地址总线AD0～AD7;P2口用作高8位地址总线A8～A15;P3的第2功能与表2-1所示完全一样。第2章智能仪器基本系统的设计80c552的封装引脚第2章智能仪器基本系统的设计（2）P1口除保留了原8031的P1口的I/O操作功能外还可设置它的第2功能如表2－2所示。第2章智能仪器基本系统的设计80c552的封装引脚第2章智能仪器基本系统的设计（3）P4口是新设置的一个准双向口I/O口，第1功能做一般I/O口使用，而P4口的第2功能如表2-3所示，其中P4.0～P4.5用作由T2定时比较输出端口，可实现在规定时间内对端口进行置位或复位操作P4.6、P4.7也是T2定时比较输出的，但输出方式是实现对P4.6,P4.7端口状态的取反，使端口原有输出状态翻转。第2章智能仪器基本系统的设计80c552的封装引脚第2章智能仪器基本系统的设计（4）P5也是一个新增的8位端口，它的第1功能只用作一个单向输入端，而第2功能用作片内ADC部件的8个模拟信号输入端，其定义如表2-3所示。第2章智能仪器基本系统的设计80c552的封装引脚第2章智能仪器基本系统的设计（5）其它端口的作用：STADCADC