昆明市電氣設(shè)備安裝技能培訓(xùn)：電氣控制技術(shù)
電氣設(shè)備安裝基礎(chǔ)
電氣控制技術(shù)
一、繼電器一接觸器控制
在機(jī)床電氣控制電路中廣泛采用繼電器和接觸器來(lái)控制電動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)，這種控制方式稱為繼電器一接觸器控制。
1.繪制、識(shí)讀繼電器—接觸器電氣控制電路圖的原則電氣控制電路常用電路圖、接線圖和布置圖來(lái)表示。
(1)電路圖電路圖是根據(jù)生產(chǎn)機(jī)械運(yùn)動(dòng)形式對(duì)電氣控制系統(tǒng)的要求，采用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一規(guī)定的電氣圖形符號(hào)和文字符號(hào)，按照電氣設(shè)備的工作順序，詳細(xì)表示電路、設(shè)備或成套裝置的全部基本組成的連接關(guān)系，而不考慮其實(shí)際位置的一種簡(jiǎn)圖。電路圖一般包括電源電路、主電路和輔助電路三部分。電路圖能充分表達(dá)電氣設(shè)備的用途、作用和工作原理，是進(jìn)行電氣控制電路安裝、調(diào)試和維修的理論依據(jù)。繪制與識(shí)讀電路圖時(shí)應(yīng)遵循以下原則：
1)電源電路畫(huà)成水平線，三相交流電源相序L1,L2,L3自上而下依次畫(huà)出，中性線N和保護(hù)地線PE依次畫(huà)在相線之下。直流電源的“+”端畫(huà)在上邊，“-”端畫(huà)在下邊。電源開(kāi)關(guān)要水平畫(huà)出。
2)主電路是指流過(guò)大電流的動(dòng)力裝置及控制、保護(hù)電器支路，它由主熔斷器、接觸器的主觸頭、熱繼電器的熱元件以及電動(dòng)機(jī)等組成。主電路通過(guò)的電流是電動(dòng)機(jī)的工作電流，其電流較大。主電路圖要畫(huà)在電路圖的左側(cè)并垂直于電源電路。
3)輔助電路一般包括控制主電路工作狀態(tài)的控制電路、顯示主電路工作狀態(tài)的指示電路、提供機(jī)床設(shè)備局部照明的照明電路等。它是由主令電器的觸頭、接觸器線圈及輔助觸頭、繼電器線圈及觸頭、指示燈和照明燈等組成。輔助電路通過(guò)的電流都較小，一般不超過(guò)5A。輔助電路畫(huà)在主電路的右側(cè)，電路中與下邊電源線相連的耗能元器件(如接觸器和繼電器的線圈、指示燈、照明燈等)要畫(huà)在電路圖的同一方，而電器的觸頭要畫(huà)在耗能元器件與一邊電源線之間。為讀圖方便，一般應(yīng)按照自左至右、自上而下的排列來(lái)表示操作順序。
4)電路圖中，各電器的觸頭位置都按電路未通電或電器未受外力作用時(shí)的常態(tài)位置畫(huà)出。分析原理時(shí)，應(yīng)從觸頭的常態(tài)位置出發(fā)。
5)電路圖中，不畫(huà)出各元器件的實(shí)際外形，而采用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一規(guī)定的電氣圖形符號(hào)畫(huà)出。
6)電路圖中，同一電器的各元器件不按它們的實(shí)際位置畫(huà)在一起，而是按其在電路中所起的作用分別畫(huà)在不同電路中，但它們的動(dòng)作卻是相互關(guān)聯(lián)的，因此必須標(biāo)注相同的文字符號(hào)。若圖中相同的電器較多時(shí)，需要在電器文字符號(hào)后面加注不同的數(shù)字，以示區(qū)別，如KM1、KM2等。
7)畫(huà)電路圖時(shí)，應(yīng)盡可能減少線條和避免線條交叉。對(duì)有直接電聯(lián)系的交叉導(dǎo)線連接點(diǎn)，要用小黑圓點(diǎn)表示，無(wú)直接電聯(lián)系的交叉導(dǎo)線則不畫(huà)小黑點(diǎn)。
8)電路圖采用電路編號(hào)法，即對(duì)電路中的各個(gè)連接點(diǎn)用字母或數(shù)字編號(hào)。主電路從電源開(kāi)關(guān)的出線端按相序依次編號(hào)為U11、V11、W11。然后按從上至下、從左至右的順序，每經(jīng)過(guò)一個(gè)元器件，編號(hào)都要遞增，如U12、V12、W12;U13、V13、W13……。單臺(tái)三相交流電動(dòng)機(jī)(或設(shè)備)的三根引出線按相序依次編號(hào)為U、V、W。對(duì)于多臺(tái)電動(dòng)機(jī)引出線的編號(hào)，為了不致引起誤解和混淆，可在字母前用不同的數(shù)字加以區(qū)別，如1U、1V、1W;2U、2V、2W……。輔助電路編號(hào)按“等電位”原則從上至下、從左至右的順序用數(shù)字依次編號(hào)，每經(jīng)過(guò)一個(gè)元器件，編號(hào)要依次遞增。控制電路編號(hào)的起始數(shù)字必須為1,其他輔助電路編號(hào)的起始數(shù)字依次遞增100,如照明電路編號(hào)從101開(kāi)始；指示電路編號(hào)從201開(kāi)始等。
(2)接線圖接線圖是根據(jù)電氣設(shè)備和元器件的實(shí)際位置和安裝情況繪制的，只用來(lái)表示電氣設(shè)備和元器件的位置、配線方式和接線方式，而不明顯表示電器動(dòng)作原理。它主要用于安裝接線、線路的檢查維修和故障處理。繪制、識(shí)讀接線圖應(yīng)遵循以下原則：
1)接線圖中一般表示出電氣設(shè)備和元器件的相對(duì)位置、文字符號(hào)、端子號(hào)、導(dǎo)線號(hào)、導(dǎo)線類型、導(dǎo)線截面積、屏蔽和導(dǎo)線絞合等。
2)所有的電氣設(shè)備和元器件都按其所在的實(shí)際位置繪制在圖紙上，且同一電器的各元器件根據(jù)其實(shí)際結(jié)構(gòu)，使用與電路圖相同的圖形符號(hào)畫(huà)在一起，并用點(diǎn)畫(huà)線框上，其文字符號(hào)以及接線端子的編號(hào)應(yīng)與電路圖中的標(biāo)注一致，以便對(duì)照檢查接線。
3)接線圖中的導(dǎo)線分為單根導(dǎo)線、導(dǎo)線組(或線扎)和電纜，用連續(xù)線和中斷線來(lái)表示。導(dǎo)線走向相同時(shí)可以合并，用線束來(lái)表示，到達(dá)接線端子板或元器件連接點(diǎn)時(shí)再分別畫(huà)出。在用線束來(lái)表示導(dǎo)線組、電纜時(shí)，可用加粗的線條表示，在不引起誤解的情況下，也可采用部分加粗。另外，導(dǎo)線及管子的型號(hào)、根數(shù)和規(guī)格應(yīng)標(biāo)注清楚。
(3)布置圖布置圖是根據(jù)元器件在控制板上的實(shí)際安裝位置，采用簡(jiǎn)化的外形符號(hào)(如正方形、矩形、圓形等)而繪制的一種簡(jiǎn)圖。它不表達(dá)各電器的具體結(jié)構(gòu)、作用、接線情況以及工作原理，主要用于元器件的布置和安裝。圖中各電器的文字符號(hào)必須與電路圖和接線圖的標(biāo)注相一致。
在實(shí)際工作中，電路圖、接線圖和布置圖要結(jié)合起來(lái)使用。
2.電氣控制電路中的電氣聯(lián)鎖裝置
一臺(tái)機(jī)床往往有多臺(tái)電動(dòng)機(jī)和許多部件，根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際和生產(chǎn)安全的需要，這些電動(dòng)機(jī)和部件組成了一定的電氣系統(tǒng)。系統(tǒng)中各電動(dòng)機(jī)和部件的動(dòng)作應(yīng)有先后次序并互相配合、互相制約。這些功能的實(shí)現(xiàn)往往要用到電氣聯(lián)鎖裝置。
電氣控制系統(tǒng)中常用的聯(lián)鎖裝置有以下幾種：
(1)多地控制對(duì)大型機(jī)床或因操作環(huán)境的需要，常會(huì)在兩個(gè)或兩個(gè)以上操作地點(diǎn)各安裝一套控制按鈕。其接線原則是在控制電路中將所有起動(dòng)按鈕的常開(kāi)觸頭并聯(lián)，而將所有停止按鈕的常閉觸頭串聯(lián)。
(2)聯(lián)鎖控制為使機(jī)床設(shè)備按規(guī)定的工藝要求、安全可靠地進(jìn)行工作，常常要求一些電器和生產(chǎn)部件按一定順序工作或有相互制約功能。因此，要在線路中采取相應(yīng)措施防止事故的發(fā)生。其中主要的措施是在系統(tǒng)中采用聯(lián)鎖裝置。聯(lián)鎖裝置分為互相制約(互鎖)、按先決條件制約和自鎖三種。
1)互鎖控制：當(dāng)生產(chǎn)機(jī)械的兩個(gè)或兩個(gè)以上部件同時(shí)運(yùn)動(dòng)會(huì)發(fā)生事故時(shí)，應(yīng)采用互鎖控制電路。這種電路多用于電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制、移動(dòng)部件的移動(dòng)和夾緊、主拖動(dòng)系統(tǒng)和輔助拖動(dòng)系統(tǒng)之間的聯(lián)鎖。互鎖電路構(gòu)成的原則是：將兩臺(tái)不允許同時(shí)工作的接觸器的常閉觸頭串入對(duì)方線圈所在的控制電路中，從而使兩路控制電路不能同時(shí)通電。
2)按先決條件制約的聯(lián)鎖電路：當(dāng)要求生產(chǎn)機(jī)械或其中一部分機(jī)構(gòu)只有滿足一定條件時(shí)才允許起動(dòng)時(shí)，一般采用這種聯(lián)鎖電路。如銑床控制電路中只有當(dāng)主軸轉(zhuǎn)動(dòng)后才允許工作臺(tái)進(jìn)給；也有些機(jī)床，只有當(dāng)潤(rùn)滑系統(tǒng)工作后才允許起動(dòng)其他部件。這種電路的接線原則是：將條件動(dòng)作的接觸器的常開(kāi)觸頭與受條件制約的接觸器或繼電器的線圈串聯(lián)起來(lái)。
3)自鎖控制：多用于機(jī)床的點(diǎn)動(dòng)及連續(xù)工作狀態(tài)的控制。常用的方法有用轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)控制、利用復(fù)合按鈕控制和利用繼電器控制。
(3)順序控制按工藝要求，使機(jī)械設(shè)備及電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)或停止必須按照一定的順序來(lái)完成，這種控制方式稱為電動(dòng)機(jī)的順序控制。順序控制的實(shí)現(xiàn)可采用以下兩種方式：
1)在主電路中實(shí)現(xiàn)順序控制。順序起動(dòng)控制電路的接線原則是：將控制一臺(tái)電動(dòng)機(jī)的接觸器輔助觸頭接在控制另一臺(tái)電動(dòng)機(jī)的接觸器輔助觸頭的后面。
2)在控制電路中實(shí)現(xiàn)順序控制。圖1-22b所示控制電路的接線原則是：將控制電路中先起動(dòng)電動(dòng)機(jī)的控制接觸器KM1的常開(kāi)觸頭串入后起動(dòng)電動(dòng)機(jī)的控制接觸器的線圈中，這樣就保證了M1起動(dòng)后，M2才能起動(dòng)的順序控制要求。
3.準(zhǔn)確停止系統(tǒng)
準(zhǔn)確停止系統(tǒng)又稱為定位系統(tǒng)。在生產(chǎn)過(guò)程中往往要求一些運(yùn)動(dòng)著的部件、工具、被加工件等停在指定位置上，這時(shí)就必須采用準(zhǔn)確停止系統(tǒng)，它是生產(chǎn)加工中不可缺少的技術(shù)。往往加工精度及自動(dòng)化程度越高，要求的定位位置越準(zhǔn)確。為達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的，一方面要能在一定精度范圍內(nèi)測(cè)出被定位物體的位置，同時(shí)還要根據(jù)指令對(duì)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)或生產(chǎn)機(jī)械運(yùn)行進(jìn)行迅速有效的制動(dòng)，使之立即停止。因此，在停止系統(tǒng)中一般分為對(duì)被定位物體進(jìn)行檢測(cè)和對(duì)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)或停止兩部分。系統(tǒng)的定位方式有電氣式、機(jī)械式、空氣式、光學(xué)式及復(fù)合式。
在電氣控制系統(tǒng)中最常用的是電氣式定位，其檢測(cè)元件主要有位置開(kāi)關(guān)、按鈕、接近開(kāi)關(guān)、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)和電氣直線標(biāo)尺(磁柵、感應(yīng)同步器等)。在電氣定位中，檢測(cè)信號(hào)多為電信號(hào)。電信號(hào)一般分為模擬量和數(shù)字量。如果某電氣系統(tǒng)只對(duì)檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行響應(yīng)，稱為開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)。如果除對(duì)檢測(cè)信號(hào)響應(yīng)外，還對(duì)被定位物體進(jìn)行重新檢測(cè)和校正定位，該系統(tǒng)稱為閉環(huán)控制系統(tǒng)。
機(jī)床設(shè)備中常采用位置開(kāi)關(guān)、半導(dǎo)體接近開(kāi)關(guān)及配合電動(dòng)機(jī)制動(dòng)裝置進(jìn)行定位，如電磁制動(dòng)器、電磁離合器等。上述控制方式屬于機(jī)電控制的定位方式。數(shù)控機(jī)床中常采用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行定位控制，屬于數(shù)字控制的定位方式。
4.雙速電動(dòng)機(jī)控制電路的分析
雙速電動(dòng)機(jī)的控制電路。其工作原理是：先閉合電源開(kāi)關(guān)QS,按下低速起動(dòng)按鈕SB2,接觸器KM1通電吸合并自鎖，電動(dòng)機(jī)作△聯(lián)
結(jié)并以低速運(yùn)行。如需要轉(zhuǎn)換為高速運(yùn)轉(zhuǎn)，可以按下按鈕SB3,接觸器KM1線圈斷電釋放，同時(shí)接觸器KM2通電吸合并自鎖，電動(dòng)機(jī)定子繞組作YY聯(lián)結(jié)，并且電源的相序已改變，電動(dòng)機(jī)以高速同方向旋轉(zhuǎn)。
有時(shí)為了減少高速運(yùn)行時(shí)的能耗，起動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)先按△聯(lián)結(jié)低速起動(dòng)，然后自動(dòng)轉(zhuǎn)為YY聯(lián)結(jié)高速運(yùn)行。這個(gè)過(guò)程可以用時(shí)間繼電器來(lái)控制。工作原理(見(jiàn)圖1-23b)是：按下按鈕SB2時(shí)，時(shí)間繼電器KT通電，其延時(shí)斷開(kāi)觸頭(9～11)瞬時(shí)閉合，接觸器KM1因線圈通電而吸合，電動(dòng)機(jī)定子繞組接成△起動(dòng)。同時(shí)中間繼電器KA通電吸合并自鎖，使時(shí)間繼電器KT斷電，經(jīng)過(guò)一斷延時(shí)之后，KT(9～11)觸頭斷開(kāi)，接觸器KM1斷電，使接觸器KM2通電，電動(dòng)機(jī)便自動(dòng)從△聯(lián)結(jié)改變成Y丫聯(lián)結(jié)運(yùn)行，完成了自動(dòng)加速過(guò)程。
二、單片機(jī)控制
1.單片機(jī)的定義、分類和特點(diǎn)
(1)單片機(jī)的定義 單片機(jī)是把CPU、存儲(chǔ)器、I/O接口及其他功能的電路集成到一個(gè)芯片上的單芯片微型計(jì)算機(jī)，也稱為MCU(微控制器)。在單片機(jī)上只要外加少許外圍電子元器件便可以構(gòu)成一套簡(jiǎn)易的控制系統(tǒng)。由于單片機(jī)芯片設(shè)計(jì)及制造技術(shù)方面的原因，在有限的芯片上無(wú)法設(shè)計(jì)出太多的內(nèi)存空間，因此單片機(jī)上的ROM及RAM的容量都比較小。目前根據(jù)應(yīng)用的需要在單片機(jī)的芯片里除加入了輸入輸出控制、定時(shí)計(jì)數(shù)器及外部中斷的控制功能電路外，還加入了A-D(模-數(shù))轉(zhuǎn)換及D-A(數(shù)-模)轉(zhuǎn)換功能的接口電路。
(2)單片機(jī)的分類按其存儲(chǔ)器類型可分為五種類型：
1)MASKROM類：程序在芯片封裝過(guò)程中用掩膜工藝制作到ROM區(qū)中，如80C51,適合于大批量生產(chǎn)。
2)EPROM類：紫外線可擦寫(xiě)存儲(chǔ)器類，如87C51(價(jià)格較貴)。
3)ROMless類：無(wú)ROM,如80C31,電路擴(kuò)展復(fù)雜，現(xiàn)在較少使用。
4)OTPROM類：可一次性寫(xiě)入程序。
5)FlashROM類：可多次編程寫(xiě)人存儲(chǔ)器，如89C51、89S51等，其成本低，開(kāi)發(fā)調(diào)試方便，可重復(fù)編寫(xiě)程序。
(3)單片機(jī)的主要特點(diǎn) 由于單片機(jī)具有體積小、成本低、運(yùn)用靈活、易于產(chǎn)品化、較高的性價(jià)比、抗干擾能力強(qiáng)、溫度適應(yīng)范圍寬等優(yōu)點(diǎn)，使其在控制領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用，單片機(jī)已經(jīng)成為工業(yè)控制領(lǐng)域中不可缺少的器件之一。
2.單片機(jī)中的一些常用術(shù)語(yǔ)
(1)總線 指能為多個(gè)部件服務(wù)的信息傳送線。在微機(jī)系統(tǒng)中，各個(gè)部件通過(guò)總線相互通信，總線包括地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線。地址總線是用來(lái)傳送由CPU發(fā)出的用于選擇要訪問(wèn)的器件或部件地址的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)總線是用來(lái)傳送微機(jī)系統(tǒng)內(nèi)的各種類型的數(shù)據(jù)。
(2)匯編是能完成一定任務(wù)的機(jī)器指令的集合。
(3)二進(jìn)制數(shù)和16進(jìn)制數(shù)
1)二進(jìn)制數(shù)：只有0和1兩個(gè)數(shù)碼，基數(shù)為二。
2)16進(jìn)制數(shù)：采用0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、B、C、D、E、F等16個(gè)數(shù)碼，其中A~F相應(yīng)的十進(jìn)數(shù)為10~15,基數(shù)是16。
(4)指令是計(jì)算機(jī)所能執(zhí)行的一種基本操作的描述，是計(jì)算機(jī)軟件的基本單元。
(5)存儲(chǔ)器用來(lái)存放計(jì)算機(jī)中的所有信息，包括程序、原始數(shù)據(jù)、運(yùn)算的中間結(jié)果及最終結(jié)果等。
(6)中斷中斷是單片機(jī)實(shí)時(shí)處理內(nèi)部或外部事件的一種內(nèi)部機(jī)制。當(dāng)某種內(nèi)部或外部事件發(fā)生時(shí)，單片機(jī)的中斷系統(tǒng)將迫使CPU暫停正在執(zhí)行的程序，轉(zhuǎn)而去進(jìn)行中斷事件的處理，中斷處理完畢后，又返回被中斷的程序，繼續(xù)執(zhí)行下去。
(7)存儲(chǔ)器用來(lái)存放程序和數(shù)據(jù)的裝置。根據(jù)存取功能可分為RAM和ROM兩種。
1)RAM(隨機(jī)存取存儲(chǔ)器):主要用來(lái)存放各種輸入數(shù)據(jù)、輸出數(shù)據(jù)、中間結(jié)果、最終結(jié)果以及與外存交換的信息等，當(dāng)?shù)綦姾�，RAM中所存儲(chǔ)的信息都將消失。
2)ROM(只讀存儲(chǔ)器):ROM通過(guò)特別手段可將信息存入其中，并能長(zhǎng)期的保存被存儲(chǔ)的信息。一般情況下，CPU只能對(duì)它進(jìn)行寫(xiě)入操作，當(dāng)斷電后，ROM中所存儲(chǔ)的信息不會(huì)消失。
(8)位(bit)和字節(jié)(Byte)
1)位：是計(jì)算機(jī)中所能表示的最基本和最小的數(shù)據(jù)單位。在計(jì)算機(jī)中的位就是指一個(gè)二進(jìn)制位。
2)字節(jié)：相鄰8位二進(jìn)制數(shù)碼被稱為一個(gè)字節(jié)，即1B=8bit。也可以說(shuō)一個(gè)字節(jié)的長(zhǎng)度為8位。在計(jì)算機(jī)中常用字節(jié)數(shù)來(lái)表示存儲(chǔ)器的容量。
(9)串行傳送和并行傳送
1)串行傳送：指數(shù)據(jù)的各位分時(shí)傳送，只需一條數(shù)據(jù)線，外加一條公共信號(hào)地線和若干條控制信號(hào)線。
2)并行傳送：指數(shù)據(jù)的各位同時(shí)傳送，每一條數(shù)據(jù)都需要一條傳輸線。
(10)D-A轉(zhuǎn)換和A-D轉(zhuǎn)換
1)D-A轉(zhuǎn)換：是將二進(jìn)制數(shù)量轉(zhuǎn)換成與其量值成正比的電流信號(hào)或電壓信號(hào)。
2)A-D轉(zhuǎn)換：是將模擬量轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)字量，再送計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理。
3.單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)和構(gòu)成
(1)8051單片機(jī)系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)
1)一個(gè)8位的微處理器(CPU):即8051單片機(jī)的CPU能處理8位二進(jìn)制數(shù)或代碼。
2)256B數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和4KB程序存儲(chǔ)器：
①內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(RAM):它是一個(gè)多用多功能數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、通用工作寄存器、堆棧、位地址等空間。8051單片機(jī)芯片共有256個(gè)RAM單元，其中后128個(gè)單元被專用寄存器占用，能作為供用戶使用的寄存器只是前128個(gè)單元，用于存放可讀寫(xiě)的數(shù)據(jù)。因此通常所說(shuō)的內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器就是指前128個(gè)單元，簡(jiǎn)稱內(nèi)部RAM,地址范圍為00H～FFH(256B)。
②內(nèi)部程序存儲(chǔ)器(ROM):8051單片機(jī)內(nèi)部有4KB的ROM,用于存放程序、原始數(shù)據(jù)或表格。因此稱之為程序存儲(chǔ)器，簡(jiǎn)稱內(nèi)部RAM,地址范圍為0000H~FFFFH(64KB)。
3)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器：8051單片機(jī)共有2個(gè)16位的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，以實(shí)現(xiàn)定時(shí)或計(jì)數(shù)功能，并以其定時(shí)或計(jì)數(shù)結(jié)果對(duì)計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制。定時(shí)靠?jī)?nèi)部分頻時(shí)鐘頻率計(jì)數(shù)實(shí)現(xiàn)；做計(jì)數(shù)器時(shí)，對(duì)P3.4(TO)或P3.5(T1)端口的低電平脈沖計(jì)數(shù)。
4)并行I/O口：8051單片機(jī)共有4個(gè)8位的并行I/O口(PO、P1、P2、P3)以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的輸入輸出。
5)串行口：8051單片機(jī)有一個(gè)全雙工的通用異步串行口，以實(shí)現(xiàn)單片機(jī)和其他設(shè)備之間的串行數(shù)據(jù)傳送。該串行口功能較強(qiáng)，既可作為全雙工異步通信收發(fā)器使用，也可作為移位器使用。RXD(P3.0)腳為接收端口，TXD(P3.1)腳為發(fā)送端口。
6)中斷控制系統(tǒng)：8051單片機(jī)的中斷功能較強(qiáng)，能滿足不同控制應(yīng)用的需要。其共有5個(gè)中斷，即外中斷2個(gè)，定時(shí)中斷2個(gè)，串行中斷1個(gè)，全部中斷分為高級(jí)和低級(jí)兩個(gè)優(yōu)先級(jí)別。
7)時(shí)鐘電路：8051單片機(jī)芯片的內(nèi)部有時(shí)鐘電路，但硅晶體和微調(diào)電容需外接。時(shí)鐘電路為單片機(jī)產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖序列。
(2)8051單片機(jī)的引腳功能8051單片機(jī)有標(biāo)準(zhǔn)的40引腳雙列直插式集成電路芯片形式，引腳分布如圖1-25所示。
1)P0.0~P0.7:PO口8位雙向口線(引腳的32～39號(hào)端子)。PO口有三個(gè)功能：
①擴(kuò)展外部存儲(chǔ)器時(shí)，當(dāng)作數(shù)據(jù)總線(D0～D7為數(shù)據(jù)總線接口)。
②擴(kuò)展外部存儲(chǔ)器時(shí)，當(dāng)作地址總線(A0～A7為地址總線接口)。
③不擴(kuò)展時(shí)，可作一般的I/O使用，內(nèi)部無(wú)上拉電阻，但應(yīng)在外部接上拉電阻。
2)P1.0~P1.7:P1口8位雙向口線(引腳的1～8號(hào)端子)。P1口只作I/0口使用，其內(nèi)部接有上拉電阻。
3)P2.0~P2.7:P2口8位雙向口線(引腳的21～28號(hào)端子)。P2口有兩個(gè)功能：
①擴(kuò)展外部存儲(chǔ)器時(shí)，當(dāng)作地址總線使用。
②作為I/0口使用，其內(nèi)部接有上拉電阻。
4)P3.0～P3.7:P3口8位雙向口線(引腳的10～17號(hào)端子)。P3口有兩個(gè)功能：
①作為J/O使用(其內(nèi)部有上拉電阻)。
②作為串行通信接口，讀寫(xiě)控制信號(hào)等。
5)ALE地址鎖存控制信號(hào)：在系統(tǒng)擴(kuò)展時(shí)，ALE用于把PO口的低8位地址送鎖存器鎖存起來(lái)，以實(shí)現(xiàn)低位地址和數(shù)據(jù)的隔離。
6)PSEN外部程序存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)：在讀外部ROM時(shí)PSEN低電平有效，以實(shí)現(xiàn)外部ROM單元的讀操作。
7)其他引腳：
①EA/Vm:訪問(wèn)和存儲(chǔ)器控制信號(hào)。
②RST復(fù)位信號(hào)：當(dāng)輸入的信號(hào)連續(xù)2個(gè)機(jī)器周期以上為高電平時(shí)即為有效，用以完成單片機(jī)的復(fù)位初始化操作。
③XTAL1和XTAL2外接晶振引腳：當(dāng)使用芯片內(nèi)部時(shí)鐘時(shí)，此二引腳用于外接硅晶體和微調(diào)電容；當(dāng)使用外部時(shí)鐘時(shí)，用于接外部時(shí)鐘脈沖信號(hào)。
④Vcc:電源+5V輸入。
⑤Vss:GND接地。
4.單片機(jī)的指令和程序
(1)指令的格式指令是指揮計(jì)算機(jī)工作的命令。指令有兩種表達(dá)形式：第一種形式是機(jī)器碼格式，也叫作數(shù)字的形式；第二種助記符的形式稱為匯編語(yǔ)言指令，如MOVA,#0FEH。
(2)程序和匯編程序是人們?yōu)榱送瓿赡撤N任務(wù)，按照自己的思維邏輯，使計(jì)算機(jī)按照一定的規(guī)律進(jìn)行各種操作，實(shí)現(xiàn)特定的控制功能而編制的有關(guān)指令的集合。我們編寫(xiě)指令使用匯編格式，而計(jì)算機(jī)只懂機(jī)器碼格式，所以要將我們編寫(xiě)的匯編格式的指令轉(zhuǎn)換為機(jī)器碼格式，這種轉(zhuǎn)換有兩種方法：手工匯編和機(jī)器匯編。手工匯編實(shí)際上就是查表，因?yàn)檫@兩種格式純粹是格式不同，所以是一一對(duì)應(yīng)的，查一張表格就行了。機(jī)器匯編就是用計(jì)算機(jī)軟件來(lái)替代手工查表。
單片機(jī)工作就是執(zhí)行程序的過(guò)程，即逐條執(zhí)行指令的過(guò)程。計(jì)算機(jī)每執(zhí)行一條指令時(shí)可分為三個(gè)階段進(jìn)行，即：取指令一分析指令一執(zhí)行指令。計(jì)算機(jī)進(jìn)行工作時(shí)，首先要通過(guò)外部設(shè)備把程序和數(shù)據(jù)通過(guò)輸入接口電路和數(shù)據(jù)總線送入到存儲(chǔ)器，然后逐條取出執(zhí)行。一般單片機(jī)中的程序都已通過(guò)編程器固化在片內(nèi)或片外程序存儲(chǔ)器中，所以一開(kāi)機(jī)即可執(zhí)行指令。
(3)單片機(jī)的指令系統(tǒng)每種單片機(jī)都有自己獨(dú)特的指令系統(tǒng)。因?yàn)橹噶钕到y(tǒng)是開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)廠商定義的，如要使用其單片機(jī)，用戶就必須理解和遵循這些指令標(biāo)準(zhǔn)，要掌握某種單片機(jī)，指令系統(tǒng)的學(xué)習(xí)是必須的。單片機(jī)共有111條指令，可分為5類：數(shù)據(jù)傳送類指令(共29條),算數(shù)運(yùn)算類指令(共24條),邏輯運(yùn)算及移位類指令(共24條),控制轉(zhuǎn)移類指令(共17條),布爾變量操作類指令(共17條)。
5.單片機(jī)的應(yīng)用
單片機(jī)的開(kāi)發(fā)最早主要是處于匯編級(jí)的開(kāi)發(fā)，那時(shí)，為單片機(jī)開(kāi)發(fā)程序還是比較復(fù)雜的事情。雖然單片機(jī)的指令系統(tǒng)和普通計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的指令非常類似，但它也有自己特殊的指令。比如MCS系列單片機(jī)的位尋址就是一個(gè)特有的尋址方式，這也增強(qiáng)了該類型單片機(jī)處理布爾代數(shù)的能力。除此以外，單片機(jī)的指令格式也比較特殊。單片機(jī)的主要開(kāi)發(fā)工作都集中在接口技術(shù)，也就是為單片機(jī)進(jìn)行擴(kuò)展外部功能。單片機(jī)接口技術(shù)包括了并行接口、串行接口、數(shù)-模轉(zhuǎn)換器和模-數(shù)轉(zhuǎn)換器，以及接口的擴(kuò)展技術(shù)。通過(guò)這些擴(kuò)展工作，單片機(jī)獲得了一定的交互能力，也使其內(nèi)部處理能力得到有效的提高。單片機(jī)發(fā)展到今天，出現(xiàn)了不少高級(jí)語(yǔ)言開(kāi)發(fā)工具，這些系統(tǒng)通過(guò)仿真，在更高的平臺(tái)上進(jìn)行快速開(kāi)發(fā)，也為單片機(jī)的廣泛應(yīng)用鋪平了道路。
單片機(jī)應(yīng)用于工業(yè)測(cè)控是它的主要功能之一，例如單片機(jī)應(yīng)用于汽車工業(yè)。另外，隨著單片機(jī)性能的增強(qiáng)，單片機(jī)也同樣廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和通信技術(shù)。
如今單片機(jī)已經(jīng)無(wú)處不在，與我們的生活息息相關(guān)。單片機(jī)體積小，集成度高，其內(nèi)部的結(jié)構(gòu)是普通計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的簡(jiǎn)化。單片機(jī)具有可擴(kuò)展性，在增加一些外圍電路之后，就能成為一個(gè)完整的系統(tǒng)。比如，我們常用的一類電子秤，內(nèi)部就安裝了一塊單片機(jī)，再加上傳感器、顯示器和一些附加電路，就形成了一個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)。單片機(jī)本身具有和普通計(jì)算機(jī)類似的強(qiáng)大的處理，可以增加復(fù)雜的算法，獲得很強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力。單片機(jī)在工業(yè)中的應(yīng)用，極大地提高了工業(yè)設(shè)備的智能化，提高了處理能力和處理效率，而且無(wú)需占用很大的空間和復(fù)雜的設(shè)備。
