【文章內容簡介】 條指令的時間也有所不同。對于簡單的單字節(jié)指令，取出指令立即執(zhí)行，只需要一個機器周期的時間。而有些復雜的指令則需要兩個或多個指令周期。 從指令的執(zhí)行時間看，單字節(jié)和雙字節(jié)指令一般為單機器周期和雙機器周期，三字節(jié) 指令是雙機器周期，只有乘除法指令占用 4 個機器周期。 復位電路 設計 (1)、復位操作 當 STC89C52 單片機進行復位操作時， PC 寄存器初始化為 0000H，使STC89C52 單片機從程序存儲器的 0000H 單元開始執(zhí)行程序。除了進入系統(tǒng)的正常初始化之外，當程序運行出錯或者操作錯誤使得系統(tǒng)處于“死鎖”狀態(tài)時，按復位鍵使得 RST 腳為高電平，使 STC89C52 單片機拜托當前狀態(tài)而重啟程序。出PC 寄存器外，復位操作還對其他一些寄存器有影響，例如 SP、 Acc、 PSW、 DPTR等。 (2)、復位電路 復位電 路就是把電路恢復到起始狀態(tài)的電路。能夠在系統(tǒng)上電時給予復位信號，并且會一直等到系統(tǒng)的電源不再改變?yōu)橹共艜冯x所給的復位信號，這就是復位電路的功能所在。復位后的 CPU的主要特征是各 IO 口呈現(xiàn)高電平。對于單片機而言基本的復位操作是將單片機的復位引腳 RST 上給定一個高電平信號并讓該信號維持在 2 個機器周期以上，便可觸發(fā)系統(tǒng)復位中斷從而將系統(tǒng)復位。單第 3 章 系統(tǒng) 硬件設計方案 9 片機系統(tǒng)的復位方式有：按鍵復位和上電復位。 首先是 按鍵復位 :復位電路最簡單的方式就是通過按鍵復位直接在單片機復位引腳 RST 上加入高電平。單片機的復位引腳接至電阻 R1 一端， 電阻 R1 另外一端接地。電路如下所示。常用的途徑是在復位引腳端和正電壓之間安裝復位按鍵。當給一個力使按鍵被壓迫向下，單片機的復位方位就會保持 VCC。假如保持按下 10ms 即可讓系統(tǒng)實現(xiàn)復位，如圖 34 所示。 圖 34 按鍵復位 圖 35 上電復位 圖 36 混合模式 第二個是上電復位：上電復位的電路圖如圖 35 所示，具體實現(xiàn)方式如下： 系統(tǒng)上電瞬間單片機復位引腳 RST 電壓時間變化曲線如圖 37 所示。從曲線上易得當系統(tǒng)在一剎那完成上電，根據(jù)電容工作原理特 性，它兩端的 Uc1 不可能實現(xiàn)迅猛的變化，故電源電壓全部加到 R1 上，然后電容 C1 開始充電，時間常數(shù)T=R1*C1，此時電容電壓逐漸增加， R1 兩端電壓逐漸降低，如果 R1 兩端電壓從高電平到低電平持續(xù)時間達到 2 個機器周期，即可實現(xiàn)單片機復位。 電子科技大學成都學院課程設計 10 圖 37 Urst電壓時間曲線 在本設計中采用了按鍵復位和上電復位的兩種模式（如圖 36 所示）上電復位完成系統(tǒng)初始化，同時增加的手動按鍵復位可以方便調試使用。 時鐘 電路 設計 時鐘電路用于產(chǎn)生單片機工作時所必需的控制信號， STC89C52 單片機的內部電路正 是在時鐘電路的控制下嚴格按時序執(zhí)行指令進行工作的。 在執(zhí)行指令時， CPU首先到程序存儲器中取出需要執(zhí)行的指令操作碼，然后譯碼，并由時鐘電路產(chǎn)生一系列控制信號完成指令所規(guī)定的操作。 CPU發(fā)出的時序信號有兩類，一類用于對片內各個功能部件的控制；另一類用于對片外存儲器或 I/O 口的控制。 (1)、內部時鐘方式 STC89C52 內部有一個用于構成振蕩器的高增益反向放大器，它的輸入端為芯片的 XTAL1 腳，輸出端為 XTAL2 腳。這兩個引腳跨界石英晶體和微調電容，構成一個穩(wěn)定的自激振蕩器。電路的電容 C1 和 C2 通常選擇 30pF。該電容的大小會影響振蕩器頻率的高低，振蕩器的穩(wěn)定性和起振的快速性。晶體振蕩頻率的范圍通常是 。 STC89C52 通常采用 12MHz的石英晶體。晶體的頻率越高，系統(tǒng)的時鐘頻率越高，單片機的運行速度也就越快。但運行速度快對存儲器的速度要求就越高，對 PCB 電路板的工藝要求也就越高，即要求線間的寄生電容要小。晶體和電容應盡可能安裝得離單片機近一些以減少寄生電容，更好地保證振蕩器穩(wěn)定、可靠地工作。為了提高溫度穩(wěn)定性，應采用溫度穩(wěn)定性好的電容。 第 3 章 系統(tǒng) 硬件設計方案 11 (2)、外部時鐘方式 外部時鐘方式使用現(xiàn)成的外部振蕩器產(chǎn) 生脈沖信號，通常用于多片STC89C52 單片機同時工作，以便于多片單片機之間的同步，一般為地獄 12MHz的方波。外部時鐘源直接接到 XTAL1 端， XTAL2 端懸空。 (3)、時鐘信號的輸出 當使用片內振蕩器時， XTAL XTAL2 引腳還能為應用系統(tǒng)中的其他芯片提供時鐘，但需要增加驅動能力。 (4)、晶振電路 在單片機 最小 系統(tǒng)晶振 的作用是給單片機輸入時鐘信號，這個時鐘信號 就是單片機的工作速度 。 單片機工作的最小時間計量單位就是由晶振決定的 。電路圖如圖 34 所示。 晶振電路電容選擇的原則為： (1)、 C1， C2， 因為每一種晶振都有各自的特性，所以最好按制造廠商所提供的數(shù)值選擇外部元器件。 (2)、在誤差允許的區(qū)域內 ， C1 和 C2 值 都是越小，實現(xiàn)的功能就越精確 ， 如果 C1 和 C2 值 比正常數(shù)值大時，可能會使振蕩器更加穩(wěn)定，可是也會增加響應的時間。 圖 38 晶振電路 本系統(tǒng)的單片機最小系統(tǒng)的時鐘 電路采用圖 所示的晶振電路，其中晶振選用 12MHz 石英晶體振蕩器，接至單片機的 XTAL1 和 XTAL2 腳，兩個電容選用 30p 瓷片電容。 通過上述 具體方案的設計論證，本系統(tǒng)設計了如圖 39 所示的最小系統(tǒng)。 電子科技大學成都學院課程設計 12 圖 39 單片機 最小系統(tǒng) 程序下載電路 在實際制作實物的還需要增加一個下載電路模塊，方便調試下載。 程序下載電路中包含一個 4pin 排針，分別接至 Vcc、單片機的 10 腳（ RXD/）、單片機的 11 腳（ TXD/)、 GND。在下載程序時，需采用 STC公司的 USB 下載器，下載器的 VCC 腳接排針 VCC 腳；下載器的 RXD 腳接排針的 TXD 腳；下載器的 TXD 腳連接排針的 RXD 腳；下載器的 GND 腳接排針的GND 腳，然后用 STC 公司的 ISP 軟件選擇 keil 編譯生成的 hex 文件，即可將程序燒寫到單片機中。電路如圖 310 所示。圖中 P2 即為 4pin排針。 圖 310 下載接口電路 第 3 章 系統(tǒng) 硬件設計方案 13 按鍵電路 按鍵選擇彈片開關，電路由 3 個彈片開關組成。 3 個彈片開關的一段依次接至單片機的 1（ ）、 2（ ）、 3（ ）腳；另一端共地。功能依次為模式切換、加快運行速度、減慢運行速度，電路如圖 311 所示。 圖 311 按鍵電路 LED 燈電路 將 16 個 LED 的負極依次與單片機的 P1 口和 P2 口的 16 個 I/O 口相接，正極則與 5V電源相接。但由于直接相接可能會燒壞發(fā)光二極管，因此需要串聯(lián)電阻。限流電 阻的阻值根據(jù)設計經(jīng)驗及現(xiàn)有電阻取值為 PCB電路板時布局布線，故此處的電阻采用貼片 0805 封裝。 此外，由于 P0 口的驅動能力較弱，無法直接驅動 8 個發(fā)光二極管，故選擇在 P0口的 I/O和發(fā)光二極管的負極之間接入 10kΩ的共陽排阻以提供一個強上拉。電路圖如圖 312 中 P1 即為 10kΩ共陽排阻。 電子科技大學成都學院課程設計 14 圖 312 LED 電路 第 4 章 程序 設計 及軟件仿真 15 第 4 章 程序 設計 及軟件仿真 軟件設計框圖 如圖 41 所示為本系統(tǒng)的軟件實現(xiàn)流程圖。 上電初始化鍵盤掃描定時器初始化設置L E D 燈初始模式設置L E D 燈顯示延時控制樣式流水燈速度L E D 圖 41 軟件流程 軟件開發(fā) 平臺選擇 軟件設計的開發(fā)平臺采用美國 keil Software 公司出品的 Keil uvision4。 Keil uvision4是美國 keil software公司出品的 51系列兼容單片機 C語言軟件開發(fā)系統(tǒng)，與匯編語言相比， C 語言在功能上、結構性、可讀性、可維護性上有明顯的又是，電子科技大學成都學院課程設計 16 因而易學易用。 keil 提供了包括 C 編譯器、宏匯編、連接器、庫管理和一個功能強大的仿真調試器等在內的完整開發(fā)方案，通過一個集成開發(fā)環(huán)境將這些部分組合在一起。運行 keil 軟件需要 win9 NT、 win202 winXP 等操作系統(tǒng)。若使用 C 語言進行編程， keil 將是不二之選，即使是使用匯編語言編程， keil 方便易用的集成環(huán)境以及強大的軟件仿真調試工具也能讓開發(fā)者事半功倍。 軟件系統(tǒng)功能模塊 本系統(tǒng)采用結構化模塊程序設計，所謂“模塊”，實質上就是具有一定功能、相對獨立的程序段。在 編程過程中 首先將所要完成的各個功能分別按 模塊 編寫和調試，所有模塊調試成功以后，再將各個模塊連接整合在 一起形成 系統(tǒng)。 模塊化 程序 設計的主要特點是：單個模塊比一個完整的程序更容易編寫、查錯和測試；模塊化程序可以實現(xiàn)共享，一個模塊化程序 可被多個任務在不同的條件下調用；把輸入 /輸出封裝起來，可以使程序減少 不必要的 修改；這樣的設計有利于程序代碼的優(yōu)化和共享，而且便于設計、調試和維護，可以增強系統(tǒng)的可靠性。 本系統(tǒng)的主要模塊有：初始化模塊、延時模塊、定時器控制模塊、鍵盤掃描模式、 LED 燈輸出控制模塊，下面依次簡要介紹。 初始化模塊 根據(jù)本系統(tǒng)的設計要求，當系統(tǒng)上電之后， LED 燈并不亮，只有進入模式切換之后才有變換，因此需要對系統(tǒng)的控制參數(shù)，比如模式標志位、速度變量進行初始化，其代碼如下： void InitialCPU(void) {RunMode = 0x00。TimerCount = 0。 SystemSpeedIndex = 10。 Delay1ms(500)。 SetSpeed(SystemSpeedIndex)。 } 第 4 章 程序 設計 及軟件仿真 17 延時函數(shù) 系統(tǒng)控制流水燈的變換主要是通過延時函數(shù)的延時時間長短來做出相應的反映，因此設置一個延時函數(shù)是控制速度的關鍵，其代碼如下： void Delay1ms(unsigned int count) { unsigned int i,j。 for(i=0。icount。i++) for(j=0。j120。j++)。 } 其中， count 為時間控制參數(shù)。 定時器控制模塊 由于單片機資源有限，通過利用中斷來檢測按鍵，提高單片機的時鐘利用率，其代碼如下： void InitialTimer2(void) {T2CON = 0x00。 //16 Bit AutoReload Mode TH2 = RCAP2H = 0xFC。 //重裝值 ,初始值 TL2 = RCAP2L = 0x18。 ET2=1。 //定時器 2 中斷允許 TR2 = 1。 //定時器 2 啟 動 EA=1。} 鍵盤掃描模式 鍵盤掃描主要是利用 IO 口讀取的參數(shù)與 0 相與，然后進行比較，判斷是哪個鍵輸入了控制信號，比較之后返回相應的值，返回值被另一個鍵盤反應函數(shù)得到相應的控制信號。其代碼分為兩部分，一部分為掃描部分，一部分為輸出控制信號，掃描部分如下： 電子科技大學成都學院課程設計 18 unsigned char KeyTemp,CheckValue,Key = 0x00。 CheckValue = P1amp。0x07。 if(CheckValue==0x07)return 0x00。 Delay1ms(10)。 KeyTemp = P1amp。0x07。 if(KeyTemp==CheckValue)return 0x00。 if(!(CheckValueamp。0x01))Key|=0x10。 if(!(CheckValueamp。0x02))Key|=0x20。 if(!(CheckValueamp。0x04))Key|=0x40。 return Key。 輸出控制信號核心算法如下： if(Keyamp。0x10) {LEDDirection = 1。LEDIndex = 0。LEDFlag = 1。} if(Keyamp。0x20) {if(SystemSpeedIndex0){SystemSpeedI