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模块六单片机在电机传动控制系统中的应用单片机应用基础模块六单片机在电机传动控制系统中的应用一、单片机概述与结构模块六单片机在电机传动控制系统中的应用6.1单片机的用武之地单片机体积小、功耗低、价格低廉，速度快、用途广、灵活性强。且具有逻辑判断、定时计数、程序控制等多种功能。特点：模块六单片机在电机传动控制系统中的应用6.1单片机的用武之地单片机被广泛应用于仪器仪表、家用电器、医用设备、航天航空、工农业生产、服务行业，专业设备的智能化管理及过程控制等领域。应用：模块六单片机在电机传动控制系统中的应用6.2单片机的基本概念CPU存储器I/O接口上个世纪70年代，一些半导体公司开始推出一种集成电路，它包含了计算机的三大组成部分：CPU、存储器和I/O接口等部件。由于它是在一个芯片上，形成芯片级的微型计算机，称为单片微型计算机(SingleChipMicrocomputer)，简称单片机。模块六单片机在电机传动控制系统中的应用6.2单片机的基本概念单片机系统结构均采用冯·诺依曼提出的“存储程序”思想，即程序和数据都被存放在内存中的工作方式，用二进制代替十进制进行运算和存储程序。人们将计算机要处理的数据和运算方法、步骤，事先按计算机要执行的操作命令和有关原始数据编制成程序（二进制代码），存放在计算机内部的存储器中，计算机在运行时能够自动地、连续地从存储器中取出并执行，不需人工加以干预。模块六单片机在电机传动控制系统中的应用6.2单片机的基本概念最基本的单片机组成中央处理器CPU，包括运算器、控制器和寄存器组；输入输出（I/O）接口，与外部输入输出设备连接。并行接口和串行接口。存储器，包括ROM和RAM；片内和片外。模块六单片机在电机传动控制系统中的应用6.2单片机的基本概念图1-2典型的单片机组成框图中央处理器存储器中央处理器I/O接口模块六单片机在电机传动控制系统中的应用6.2单片机的基本概念各种单片机外形图模块六单片机在电机传动控制系统中的应用6.3单片机的发展单片机能够一次处理的数据的宽度。有1位机、4位机、8位机、16位机、32位机。位数：Intel8位单片机的发展第一代：以1976年推出的MCS-48系列为代表。第二代：以MCS-51的8051为代表的单片机，第三代：以51系列、AVR、PIC等为代表。模块六单片机在电机传动控制系统中的应用6.3单片机的发展MCS-51系列单片机中，有两个子系列：51子系列、52子系列。51子系列：8051、8751和8031三个型号，后来经过改进产生了80C51、87C51和80C31三个型号；52子系列：8052、8752和8032三个型号，改进后的型号是80C52、87C52和80C32。模块六单片机在电机传动控制系统中的应用6.3单片机的发展IntelP8051AH实物照片模块六单片机在电机传动控制系统中的应用6.3单片机的发展51兼容单片机模块六单片机在电机传动控制系统中的应用6.3单片机的发展51兼容单片机模块六单片机在电机传动控制系统中的应用运算器：实现算术运算或逻辑运算包括：算术逻辑单元ALU、累加器A、暂存寄存器TR、标志寄存器F或PSW、通用寄存器GR中央处理器CPU运算器和控制器集成在一个芯片上控制器：中枢部件，控制计算机中的各个部件工作包括：指令寄存器IR、指令译码器ID、程序计数器PC、定时与控制电路6.4单片机组成模块六单片机在电机传动控制系统中的应用•存储器：记忆，由存储单元组成。包括：ROM、RAM•总线BUS：在微型计算机各个芯片之间或芯片内部之间传输信息的一组公共通信线。包括：数据总线DB：双向，宽度决定了微机的位数。地址总线AB：单向，决定CPU的寻址范围。控制总线CB：单向•I/O接口：数据输入输出。包括：输入接口、输出接口6.4单片机组成模块六单片机在电机传动控制系统中的应用•字长：CPU能并行处理二进制的数据位数8位机、16位机、32位机和64位机。•内存容量：存储单元能容纳的二进制数的位数容量单位：1K=210=1024，1M=220=1KK8K、64K、16M、64M。•运算速度：CPU处理速度时钟频率、主频、每秒运算次数6MHz、12MHz、24MHz、100MHz、300MHz。•内存存取时间：内存读写速度50nS、70nS、200nS。6.5单片机主要技术指标模块六单片机在电机传动控制系统中的应用6.6MCS-51系列单片机MCS-51系列单片八大机组成部分RAMEPROM或ROM寄存器SFR输入输出I/O接口串行I/O接口定时器/计数器T0、T1CPU中断源模块六单片机在电机传动控制系统中的应用图1-4MCS-51系列单片机内部结构简化框内部结构由运算部件和控制部件组成。是单片机的核心部件。CPU算术逻辑运算单元ALU、累加器ACC、程序状态字寄存器PSW、堆栈指针SP、寄存器B、程序计数器PC、指令寄存器IR、暂存器等部件。包括：8位中央处理机（CPU）：6.6MCS-51系列单片机模块六单片机在电机传动控制系统中的应用图1-4MCS-51系列单片机内部结构简化框随机存储器，用于存放数据和运算结果。RAM的内容是易失性，掉电后会丢失。128个字节片内数据存储器RAM：6.6MCS-51系列单片机模块六单片机在电机传动控制系统中的应用图1-4MCS-51系列单片机内部结构简化框用以存放程序、原数据和表格。4KB片内程序存储器EPROM或ROM：EPROM：存储器编程后，其内容可用紫外线擦除，用户可反复使用，用于开发过程，但价格高。6.6MCS-51系列单片机模块六单片机在电机传动控制系统中的应用图1-4MCS-51系列单片机内部结构简化框控制寄存器、状态寄存器、数据输入/输出寄存器。18个特殊功能寄存器：6.6MCS-51系列单片机模块六单片机在电机传动控制系统中的应用图1-4MCS-51系列单片机内部结构简化框P0口、P1口、P2口、P3口（共32线），用于并行输入/输出寄存器。I/O口是单片机的重要资源，是衡量单片机功能的重要指标之一。8位并行输入/输出接口：6.6MCS-51系列单片机模块六单片机在电机传动控制系统中的应用图1-4MCS-51系列单片机内部结构简化框16位，T0、T1（52子系列：T0、T1、T2）用于单片机内部精确定时或外部事件进行计算。T0、T1串行输入/输出接口(I/O)：定时器/计数器（T/C）：实行串行通信。6.6MCS-51系列单片机模块六单片机在电机传动控制系统中的应用图1-4MCS-51系列单片机内部结构简化框中断源：中断源2个可编程优先级的中断源。可接收外部中断申请、定时器/计数器中断申请和串行口中断申请。6.6MCS-51系列单片机模块六单片机在电机传动控制系统中的应用6.9复位电路复位是单片机的初始操作。复位的做用是使CPU以及其他功能部件处于一个确定的初始状态，并从这个状态开始工作。复位后，程序计数器PC=0000H，程序执行必须从地址0000H开始。（c）按键脉冲复位电路+5V22μFC1RSTR11KΩ22μFC1RST+5VR2200Ω22μFC1RSTR1+5VC222μF803180518751803180518751803180518751（a）上电复位电路（b）按键电平复位电路R11KΩ80C51复位电路模块六单片机在电机传动控制系统中的应用6.9复位电路单片机的复位靠外部电路实现，信号由RESET(RST)引脚输入，高电平有效。（c）按键脉冲复位电路+5V22μFC1RSTR11KΩ22μFC1RST+5VR2200Ω22μFC1RSTR1+5VC222μF803180518751803180518751803180518751（a）上电复位电路（b）按键电平复位电路R11KΩ80C51复位电路复位分为上电复位和按钮复位方式，上电复位电路如图(a)所示；按键复位有电平方式和脉冲发生，电路如图(b)、图(c)所示。模块六单片机在电机传动控制系统中的应用二、单片机的结构和原理模块六单片机在电机传动控制系统中的应用时钟源T0T1P0P1P2P3TXDRXDINT0INT1时钟电路SFR和RAM存储器定时/计数器CPU串行I/O口中断系统并行I/O口系统总线MCS—51单片机的功能模块框图1单片机的硬件结构模块六单片机在电机传动控制系统中的应用1.1中央处理器CPUCPU运算器控制器8位的算术逻辑运算单元ALU8位累加器ACC（A）8位程序状态字寄存器PSW8位寄存器B布尔处理器程序计数器PC（16位）指令寄存器IR及指令译码器ID振荡器和定时电路模块六单片机在电机传动控制系统中的应用1.1.1运算器8位的ALU8位累加器ACC（A）可对4位、8位、16位数据进行操作。它经常作为一个运算数经暂存器2进入ALU的输入端，与另一个来自暂存器1的运算数进行运算，运算结果又送回ACC。模块六单片机在电机传动控制系统中的应用1.1.1运算器8位程序状态字寄存器8位寄存器B指示指令执行后的状态信息供程序查询和判别用。在乘除运算时，用来存放一个操作数也用来存放运算后的一部分结果；如不能做乘除运算时，作为通用寄存器。模块六单片机在电机传动控制系统中的应用1.1.1运算器布尔处理器2个8位暂存器专门用于处理位操作的，以PSW中的C为其累加器。ALU的两个入口处。模块六单片机在电机传动控制系统中的应用1.1.2控制器程序计数器PC（16位）1.由两个8位计数器PCH、PCL组成。2.PC是程序的字节地址计数器，PC内容为将要执行的指令地址。3.改变PC内容，改变执行的流向。4.PC可对64KB的ROM直接寻址，也可对8051片内RAM寻址。模块六单片机在电机传动控制系统中的应用1.1.2控制器指令寄存器IR及指令译码器ID1.由PC中的内容指定ROM地址2.取出来的指令经IR送至ID3.由ID对指令译码产生一定序列的控制信号，以执行指令所规定的操作。模块六单片机在电机传动控制系统中的应用1.1.2控制器振荡器和定时电路8051单片机片内有振荡电路，只需外接石英晶体和频率微调电容（2个30pF左右），其频率范围为1.2MHz~12MHz。该信号作为8051工作的基本节拍即时间的最小单位。模块六单片机在电机传动控制系统中的应用1.2存储器存储器程序存储器（ROM）数据存储器（RAM）1.8051及8751的片内ROM（ReadOnlyMemory）容量为4KB。2.地址从0000H开始。3.用于存放程序和表格常数。1.2.1程序存储器（ROM）模块六单片机在电机传动控制系统中的应用1.2.2数据存储器（RAM）1.8051/8751/8031RAM(RandomAccessMemory)均为128B，地址为00H～7FH。2.用于存放运算的中间结果、数据暂存以及缓冲等。3.128B的RAM中有32个字节单元可指定为工作寄存器。4.片内还有21个特殊功能寄存器（SpecialFunctionRegister,SFR），它们同128字节RAM统一编址，地址为80H～FFH。模块六单片机在电机传动控制系统中的应用1.3存储器I/O接口P01.8051有四个8位并行I/O接口P0～P3。2.它们都是双向端口，每个端口各有8条I/O线。3.P0-P3口四个锁存器同RAM统一编址，可作为SFR来寻址。P1P3P2模块六单片机在电机传动控制系统中的应用2单片机引脚及其功能MCS-51系列如8051.8751和8031均采用40引脚双列直插封装（DualIn-linePackage,DIP）方式。因受到引脚数目的限制，有不少引脚具有第二功能。MCS-51单片机引脚如图所示模块六单片机在电机传动控制系统中的应用ALE、、、RST、XTAL1、XTAL22单片机引脚及其功能MCS-51单片机40引脚配置图MCS-51单片机40引脚，可分为端口线、电源线和控制线三类。1.端口线（4×8=32条）P0.0~P0.7、P1.0~P1.7、P2.0~P2.7、P3.0~P3.72.电源线（2条）VCC为+5V电源线，V