【文章內(nèi)容簡介】 內(nèi)部的上拉電阻把端口拉 升到高電位，這時(shí)可以當(dāng)作輸入端口用。當(dāng)作為輸入端口使用時(shí)，因?yàn)榇嬖趦?nèi)部上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號拉低時(shí)該引腳會輸出一個(gè)電流 (IIL)。 表 11 P3口的第二功能 端口 第二功能 名稱 RXD 串行數(shù)據(jù)接收端 TXD 串行數(shù)據(jù)發(fā)送端 INT0 外部中斷 0申請輸入端 INT1 外部中斷 1申請輸入端 T0 定時(shí)器 0計(jì)數(shù)輸入端 T1 定時(shí)器 1計(jì)數(shù)輸入端 WR 外部 RAM寫選通 RD 外部 RAM寫選通 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 在對 Flash ROM編程或者程序校驗(yàn)期間， P3口還可以接收一些控制信號。 在 AT89C51中， P3端口的還用于一些第二功能 [7]。 P3口第二功能如上頁表11所示。 AT89C51 單片機(jī)的中斷系統(tǒng) 單片機(jī)在某一時(shí)刻只能處理一個(gè)任務(wù)，當(dāng)多個(gè)任務(wù)同時(shí)要求單片機(jī)處理時(shí)，這一要求應(yīng)該怎么實(shí)現(xiàn)呢？通過中斷系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)任務(wù)的資源共享。 所謂的中斷就是，當(dāng) CPU 正在處理某項(xiàng) 事務(wù)的時(shí)候，如果外界或者內(nèi)部發(fā)生了緊急事件，要求 CPU 暫停正在執(zhí)行的工作轉(zhuǎn)去處理這個(gè)緊急事件，待處理完后，再回到原來停止工作的地方，繼續(xù)執(zhí)行原來被中止的程序，這個(gè)過程稱作中斷。 從中斷的定義我們可以看到中斷應(yīng)具備中斷源、中斷響應(yīng)、中斷返回三個(gè)要素。中斷源發(fā)出中斷請求，單片機(jī)對中斷請求進(jìn)行響應(yīng)，當(dāng)中斷響應(yīng)完成后進(jìn)行中斷返回，返回被中斷的地方繼續(xù)執(zhí)行原來被中斷的程序。 當(dāng) CPU 查詢到中斷請求時(shí)，由硬件自動(dòng)產(chǎn)生一條 LCALL 指令。執(zhí)行LCALL 指令時(shí)，首先將 PC 內(nèi)容壓入堆棧進(jìn)行斷點(diǎn)保護(hù)，再把中斷入口地址裝入 PC， 使程序跳轉(zhuǎn)到相應(yīng)的中斷區(qū)入口地址。 MCS51 單片機(jī)的中斷系統(tǒng)有 5 個(gè)中斷請求源，具有 2 個(gè)中斷優(yōu)先級，可實(shí)現(xiàn) 2 級中斷服務(wù)程序的嵌套。 MCS51中斷系統(tǒng) 5 個(gè)中斷請求源分別如下： （ 1） INT0：外部中斷請求 0，由 INT0 引腳輸入，中斷請求標(biāo)志為 IE0； （ 2） INT1：外部中斷請求 1，由 INT1 引腳輸入，中斷請求標(biāo)志為 IE1； （ 3） T0：定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 0 的溢出中斷請求，中斷請求標(biāo)志為 TF0； （ 4） T1：定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 1 的溢出中斷請求，中斷請求標(biāo)志為 TF1； （ 5） TXD/RXD:串行口的中斷請求，中斷請 求標(biāo)志為 TI或 RI。 各中斷源服務(wù)程序入口地址是固定的，如下： 中斷源 入口地址 外部中斷 00003H 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 T0000BH 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 外部中斷 10013H 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 T1001BH 串行口中斷 0023H 可以用關(guān)中斷指令“ CLR EA”來屏蔽所有的中斷請求，也可以用開中斷指令“ SET EA”來允許 CPU 接收中斷請求，每一個(gè)中斷另有所指可以用編程獨(dú)立地控制為允許中斷或關(guān)中斷狀態(tài)，每一個(gè)中斷源的中斷級別均可用編程進(jìn)行設(shè)置。 中斷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖 13 所示： 圖 13 AT89C51 中斷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖 AT89C51 提供了 5 個(gè)中斷源，兩個(gè)中斷優(yōu)先級控制，可實(shí)現(xiàn)兩個(gè)中斷服務(wù)嵌套。當(dāng) CPU 支持中斷屏蔽 指令 后，可將一部分或所有的中斷關(guān)斷，只有打開相應(yīng)的中斷控制位后，方可接收相應(yīng)的中斷請求。程序設(shè)置中斷的允許或屏蔽，也可設(shè)置中斷的優(yōu)先 等 級。 AT89C51 CPU 在每一個(gè)機(jī)器周期 按 順序 去 檢查每一個(gè)中斷源，在機(jī)器周期的 S6按 優(yōu) 先級處理所有被激活的中斷請求，此時(shí)，如果 CPU 沒有正在處理更高 級別 或 者 相同優(yōu)先級的中斷，或者現(xiàn)在的機(jī)器周期不是所執(zhí)行指令的最后一個(gè)機(jī)器周期， 或者 CPU 不是正在執(zhí)行 RETI 指令或訪問 IE 和 IPIE0 IE1 + EX0 ET0 EX1 ET1 ES PX0 PT0 PX1 PT1 PS PS 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 的指令 ， CPU 則去執(zhí)行中斷以外的操作。 AT89C51 單片機(jī)的 定時(shí) /計(jì)數(shù)器 在控制系統(tǒng)中，經(jīng)常需要用實(shí)時(shí)時(shí)鐘實(shí)現(xiàn)定時(shí)或延時(shí)控制，例如定時(shí)中斷、定時(shí)檢測、定時(shí)操作等。有的地方也要用到計(jì)數(shù)器對外部事件進(jìn)行計(jì)數(shù)，例如自動(dòng)化包裝線中對產(chǎn)品進(jìn)行計(jì)數(shù)。在計(jì)算機(jī)控制中，實(shí)現(xiàn)定時(shí)功能一般可采用軟件定時(shí)、非編程的硬件定時(shí)和可編程硬件定時(shí)三種方法。 可編程定時(shí)器可以通過軟件來對定時(shí)時(shí)間進(jìn)行修改，但定時(shí)是通過硬件來完成，以中斷的方式通知 CPU。因此功能強(qiáng)，使用方便靈活。 AT89C51單片機(jī)有兩個(gè) 16位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器，分別為定時(shí)器 0（ T0）和定時(shí)器 1（ T1）。它們都其有定時(shí)器和計(jì)數(shù)功能，可用作定時(shí)控制、精確延時(shí)，以及對外部事件的計(jì)數(shù)和控制，其中 T1還可以作為串行口的波特率發(fā)生器。 圖 14 MCS51定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器結(jié)構(gòu)框圖 AT89C51單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí) /計(jì)數(shù)器的結(jié)構(gòu)如圖 14所示，定時(shí)器 T0特性功能寄存器 TL0（低 8位）和 TH0（高 8位）構(gòu)成，定時(shí)器 T1由特性功能寄存器 TL1（低 8位）和 TH1（高 8位）構(gòu)成。定時(shí)寄 存器的工作方式 由 特殊功能寄存器 TMOD控制，定時(shí)器 T0和 T1的啟動(dòng)和停止計(jì)數(shù) 由 特殊功能寄存器TCON控制 。 同時(shí)管理定時(shí)器 T0和 T1的溢出標(biāo)志等 由 特殊功能寄存器 TCON控制。程序開始 運(yùn)行 時(shí) ， 需 要 對 TL0、 TH0、 TL1和 TH1進(jìn)行初始化編程， 來 定義它們的工作方式和 設(shè)置定時(shí)器 T0和 T1的計(jì)數(shù) 初值 。 微處理器 （ CPU） TH1 TL1 TH0 TL0 TCON TMOD 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 （ 1）計(jì)數(shù)器工作模式 計(jì)數(shù)功能是對外來脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)。 AT89C51芯片 T0（ ）和 T1（ ）兩個(gè)輸入引腳，分別是這兩個(gè)計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)輸入端。每當(dāng)計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)輸入引腳的脈沖發(fā)生負(fù)跳變時(shí)，計(jì)數(shù)器當(dāng)前值加 1。 （ 2）定時(shí)器工作模式 定時(shí)功能也是通過計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)來實(shí)現(xiàn)的，不過此時(shí)的計(jì)數(shù)脈沖來自單片機(jī)的內(nèi)部，即每個(gè)機(jī)器周期產(chǎn)生 1 個(gè)計(jì)數(shù)脈沖，也就是每經(jīng)過 1 個(gè)機(jī)器周期的時(shí)間，計(jì)數(shù)器當(dāng)前值加 1。 AT89C51 單片機(jī)的定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器具有 4 種工作方式 (方式 0、方式 方式 2 和方式 3)，其控制字均在相應(yīng)的特殊功能寄存器中，通過對它的特殊功能寄存器的編程，可方便地選擇定時(shí)器 2 種工作模式和計(jì)數(shù)器 4 種工作方式。 SMC 1602A LCD 液晶顯示屏 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)常需 要 連接鍵盤、顯示器、打印機(jī)、 A/D 和 D/A 轉(zhuǎn)換器等外設(shè) 。 其中，鍵盤和顯示器是使用最頻繁的外 部 設(shè) 備 ，它們是構(gòu)成人機(jī)對話的一種基本方式 。 用 LCD 顯示一個(gè)字符時(shí)比較復(fù)雜，因?yàn)橐粋€(gè)字符由 6 8 或 8 8 點(diǎn)陣組成，既要找到和顯示屏幕上某幾個(gè)位置相對應(yīng)的顯示 RAM 區(qū)的 8 字節(jié)，又要使每字節(jié)的不同位為“ 1”，其它的為“ 0”，為“ 1”的點(diǎn)亮，為“ 0”的不亮，來組成這個(gè)特定的字符。 圖 15 SMC 1602 管腳圖 但對于內(nèi)帶字符發(fā)生器的控制器而說，顯示字符就簡單多了，可以使控制器工作在文本方式，根據(jù)在 LCD 上開始顯示的行列號以及每行的列數(shù)洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 找到顯示 RAM 相對應(yīng)的地址，設(shè)立光標(biāo) ，在此位置送上該字符對應(yīng)的代碼即可。 SMC 1602A LCD 為 16*2 的液晶顯示屏，支持字母和數(shù)字的 ASCII 碼顯示，即給 LCD 送相應(yīng)數(shù)字和字母的 ASCII 碼，保證正確時(shí)序，即可顯示相應(yīng)的字符。 SMC 1602 的管腳圖如圖 15 所示。 SMC 1602 采用標(biāo)準(zhǔn)的 16腳接口。各引腳具體說明如下： 第 1 腳： VSS 為電源地 。 第 2 腳： VDD 接 5V 電源正極 。 第 3 腳： V0 為液晶顯示器對比度調(diào)整端 。 接地電源時(shí) ， 對比度 是 最高 的； 接正電源時(shí) ， 對比度 是 最 低的 （對比度 太高 時(shí) ， 會產(chǎn)生 “ 鬼影 ”現(xiàn)象 ， 這 時(shí)對比度可以 用 一個(gè) 10K 的電位器 進(jìn)行 調(diào)整）。 第 4 腳： RS 為寄存器選擇 端。 高電平 “ 1” 時(shí) ,選擇數(shù)據(jù)寄存器 ； 低電平 “ 0” 時(shí) ,選擇指令寄存器。 第 5 腳： R/W 為讀寫信號線 。 高電平 “ 1” 時(shí) ， 進(jìn)行讀操作 ； 低電平 “ 0”時(shí) ， 進(jìn)行寫操作。 第 6腳： EN 端為使能端。 第 7～ 14 腳： D0～ D7 引腳， 為 8 位雙向數(shù)據(jù)端 口 。 第 15～ 16 腳：空腳或背燈電源。 15 腳 為 背光正極， 16 腳 為 背光負(fù)極。 SMC 1602 與單片機(jī)的連接圖如圖 16 所示。 圖 16 SMC 1602 與單片機(jī)連接圖 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 第 2 章 可編 程脈沖信號發(fā)生器的硬件設(shè)計(jì) 硬件系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì) 系統(tǒng)的總體框圖 基于 AT89C51 單片機(jī)的可編程脈沖信號發(fā)生器的系統(tǒng)框圖如圖 21 所示： 圖 21 系統(tǒng)框圖 原理闡述 可編程脈沖信號發(fā)生器以 AT89C51 單片機(jī)為核心，以矩陣鍵盤作為輸入設(shè)備，以液晶顯示屏 SMC1602 為顯示設(shè)備，通過矩陣鍵盤將脈沖信號參數(shù)頻率、個(gè)數(shù)、占空比送入 AT89C51 單片機(jī) ,接著單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，驅(qū)動(dòng)液晶屏在指定的位置顯示相關(guān)的參數(shù)；根據(jù)不同的脈沖信號參數(shù)指標(biāo)采取不同的控 制策略，生成滿足指標(biāo)要求的脈沖信號。為提高系統(tǒng)的抗干擾性，將脈沖信號通過端口 經(jīng)過 555 定時(shí)器構(gòu)成的史密斯觸發(fā)器輸出。 硬件系統(tǒng)各部分構(gòu)成 電源電路 如 下頁 圖 22 電源電路圖 所示 ， 電源 供電 部分采用變壓器降壓、 橋式整流電路整流 、電容器濾波、三端穩(wěn)壓器 7805 穩(wěn)壓后供電。電源用 220V 市電經(jīng) 降壓 變壓器 TR1 降壓成 8V 交流電，然后經(jīng)四個(gè)整流二極管 （ D1— D4） 組鍵盤輸入 驅(qū)動(dòng)顯示 液晶屏顯示參數(shù) SMC1602 脈沖信號輸出 電源電路 7805 MCS— 51 控制脈沖輸出 及控制顯示 AT89C51 ] 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 成的 橋 式整流 電路 變成直流電壓，經(jīng) C1 濾波后送入 7805 芯片穩(wěn)壓成 5V 直流電源 向液晶顯示屏 SMC160 555 定時(shí)器、單片機(jī) AT89C51 等元器件供電。 圖 22 電源電路圖 穩(wěn)壓器 7805 引腳圖如圖 23 所示： 圖 23 穩(wěn)壓器 7805 引腳圖 引腳功能為： 1腳：輸入。 2腳：接。 3 腳：輸出。 由于內(nèi)部電流的限制，以及過熱保護(hù)和安全工作區(qū)的保護(hù)，使它基本上不會損壞。如果能夠提供足夠的散熱片，它們就能夠提供大于 輸出電流。雖然是 按 照固定電壓值來設(shè)計(jì)的，但是當(dāng)接入適當(dāng)?shù)耐獠?器件后，就能獲得各種不同的電壓和電流。 矩陣鍵盤 鍵盤是一種輸入裝置，通過鍵盤上任一按鍵可以向單片機(jī)輸入信息。按鍵開關(guān)是鍵盤的基本組成元件。 鍵盤結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵是如何把鍵盤上的每次按鍵動(dòng)作轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的 ASCII碼送到單片機(jī)。按編碼方式的不同，可以將鍵盤分為全編碼鍵盤和非全編碼鍵盤。所謂全編碼鍵盤，是每一個(gè)按鍵，通過全編碼電路產(chǎn)生唯一對應(yīng)的編碼信息。這種全編碼鍵盤響應(yīng)速度快，但是以復(fù)雜的硬件電路為代價(jià)的，而且其復(fù)雜性隨著按鍵數(shù)的增加而大大增加，價(jià)格貴。所謂非編碼鍵洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 盤，是利用簡單的電路和軟件配合來 識別按鍵的位置（位置碼），然后由單片機(jī)通過軟件查表將位置碼轉(zhuǎn)換成需要的編碼信息。雖然這種鍵盤響應(yīng)速度不如全鍵盤快，但可以由 CPU 的處理速度來彌補(bǔ) [ 9]。這種鍵盤的優(yōu)點(diǎn)是通過軟件編碼為鍵盤某些見的重新定義提供了極大的方便?？紤]到本次設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)性與便攜性，故采用非編碼鍵盤作為可編程脈沖信號發(fā)生器的輸入設(shè)備。非編碼鍵盤結(jié)構(gòu)圖如圖 24 所示。 圖 24 非編碼鍵盤結(jié)構(gòu)圖 鍵盤上的按鍵一般排成行、列矩陣格式，每個(gè)交叉點(diǎn)上可接一個(gè)按鍵。在非編碼鍵盤中，采用行掃描法來掃描識別按下的鍵。行掃描法的