本刊陆续介绍了运算控制器(CPU)、只读存储器(ROM)、随机存储器(RAM)以及输入/输出接口(I/O)、总线(BUS)等部件,这些部件(往往是芯片)组合在一起就构成了微型计算机。
单片微型计算机(One-chip Micro computer)与常见的微型计算机不同,它的外观与一般集成电路芯片一样,但在一块芯片上就包括了CPU、ROM、RAM以及I/O等。因此,这块芯片就具备一台微型机的基本功能。由于单片机价格低廉、体积小、控制功能强,因此在机电控制、智能仪器、计算机外部设备控制以及交通管理、商业销售、家用电器、电子玩具等许多方面应用很广,是当前微机应用产品化最合适的微机机种。
当前国内使用最广泛的是Intel公司的8048型单片机,它是采用NMOS工艺制造的40条引线的集成电路,这种电路内部框图如图1所示,ROM的容量为1K×8,RAM容量为64×8(如果认为容量不够,可采用ROM为2k×8,RAM为128×8的8049型)。在ROM当中固化了预先编制好的专用控制程序,随着程序的不同,单片机的控制功能也不同。为了方便用户自己编写实验性的应用程序(编程),Intel公司还生产一种8748型单片机,它与8048相似,只是ROM换成了EPROM,EPROM是一种可以使用紫外线照射进行擦除的可编程只读存储器,用户可以自己编程,编程实验无误,就可以把编好的程序交给生产厂,由生产厂把程序固化在8048的ROM中。8748比8048价格高一些,它的外观特征是在片子表面有一个圆型窗口,供紫外线照射擦除用,平时则应该用黑胶纸将此窗口贴死,以防写好的信息丢失。

学会8048/8748的使用并非十分困难,但是需要使用者软、硬件兼学才行。从软件角度讲,应掌握8048的十类共90余条汇编指令,这些指令虽然很简单(70%为单字节指令),但叙述起来却需要较大篇幅,读者可以自己从手册中查阅。从硬件角度讲,则首先应搞清每个引脚的功能。图2是8048/8748的引脚示意图。每个引脚的主要功能都应掌握,如V\(_{CC}\)是电源+5V、VSS接地、V\(_{DD}\)和PROG在8748编程使用时应分别接+25V电源及+23V编程输入脉冲、P10至P17和P20至P27为两个8位的准双向输入/输出口PORT1和PORT\(_{2}\)0\(_{7}\)为双向总线(传送数据和地址)、INT-为中断、RD-为读选通、WR-为写选通、ALE为地址锁定允许、PSEN-为程序存储允许多。以上各脚的功能不能仅仅从字面上进行理解,还要多看一些应用实例,这样才能逐步掌握一些引脚的多重功能,达到自己设计的程度。

图3是单片机的一个应用例子,它是一种通用型的工业控制器、体积如同计算器那么小。它采用8035型单片机、地址寄存器74LS273、程序存储器EPROM2716、I/O扩展器8243各一片和二片功率驱动器7407,其程序容量为2K,有12根输出线可直接驱动12只中功率的继电器,对生产加工中的各道工序进行顺序控制。

图3中使用的单片机8035是一个内部没有ROM的8048,它需要外接程序存储器EPROM,图3使用了2k的EPROM(2716),单片机8035通过数据总线DB\(_{0}\)-7把程序地址送到地址寄存器74LS273当中,地址寄存器的作用是暂存程序地址,让程序从数据线进入单片机,2716根据该地址将数据(程序)送出,也经过双向数据总线DB0-7送到8035的CPU中。控制用输出信号经I/O扩展器8243和7407送出,驱动继电器等执行机构。输入信号包括启动信号、运行当中的各种状态信号(如不同的水位、转速、温度、压力等)以及发生事故的信号等。
8035的XTAL\(_{1}\)和XTAL2两端外接石英晶体,图3中的C\(_{1}\)和C2的数值均包括了印制板的分布电容,应加以调整。如果不要求用石英晶体振荡高稳定度的时钟信号,也可以采用LC振荡方式,其接法如图4,振荡频率的计算公式为f=\(\frac{1}{2π}\)\(\sqrt{LC}\),其中C′=C+3C\(_{pp}\);2(Cpp为两脚间电容约5至10PF)。一组实验数据是:L取45μH,C取10PF(包括分布电容),f为5.2MHz。

RESET-为复位信号,图中逻辑符号上的小圈表示低电平起作用,如复位按钮按下去(接地)为复位,其它信号如中断信号INT-、程序存储允许信号RSEN-等与此相同。
读者可能已注意PROG信号了,上面已经讲过它为8748的编程脉冲输入端,但它同时也是使用I/O扩展器时选通信号的输出端,类似这样的双重功能读者应特别注意。
图3电路实质上是微机顺序控制器,它适用于各种工业控制,可以代替各种逻辑顺序控制器和时间顺序控制器。由于采用了微机和大容量程序存储器EPROM,它的控制功能大大超过上述各种控制器,其延时时间可以从数十微秒至数年任意设置(常用1毫秒至10秒)。而成本仅几百元。更重要的是,由于单片机的大部分总线BUS等均在片内,再加上整机体积小(仅一块小印制板),便于屏蔽,故而抗干扰能力比单板机强多了。如果在输入端使用光电耦合器进行隔离,则可靠性还可进一步提高。
在国外,单片微型计算机的应用极为广泛,生产厂家也很多。(许奇雄)