【文章內(nèi)容簡介】 單片機的工作方式有：復(fù)位、程序執(zhí)行、掉電保護和低功耗、編程、校驗與加密等方式。 通過某種方式 , 使單片機內(nèi)各寄存器的值變?yōu)槌跏紶顟B(tài)的操作稱為復(fù)位。復(fù)位方式是單片機的初始化操作 。單片機除了正常的初始化外，當(dāng)程序運行出錯或由于操作錯誤而使系統(tǒng)處于死循環(huán)時，也需要按復(fù)位鍵重啟機器。 MCS—51 單片機復(fù)位后 , 程序計數(shù)器 PC 和特殊功能寄存器復(fù)位的狀態(tài)如圖 所示。 復(fù)位不影響片內(nèi) RAM 存放的內(nèi)容 , 而 ALE 在復(fù)位期間將輸出高電平。由圖 可以看出，復(fù)位后： (1)（ PC） =0000H 表示復(fù)位后程序的入口地址為 0000H，即單片機復(fù)位后從 0000H單元開始執(zhí)行程序； (2)（ PSW） =00H， 其中 RS1()=0， RS0()=0，表示復(fù)位后單片機選擇 11 工作寄存器 0 組； (3)（ SP） =07H 表示復(fù)位后堆棧在片內(nèi) RAM 的 08H 單元處建立； (4) P0 口～ P3 口鎖存器為全 1 狀態(tài)，說明復(fù)位后這些并行接口可以直接作輸入口，無須向端口寫 1。 定時器 /計數(shù)器、串行口、中斷系統(tǒng)等特殊功能寄存器復(fù)位后的狀態(tài)對各功能部件工作狀態(tài)的影響。 能部件工作狀態(tài)的影響。 圖 與 SFR 復(fù)位狀態(tài)表 單片機在時鐘電路工作以后 , 在 RST/VPD 端持續(xù)給出 2 個機器周期的高電平時就可以完成復(fù)位操作。例如使用晶振頻率為 12MHz 時，則復(fù)位信號持續(xù)時間應(yīng)不小于 2us。 復(fù)位方法一般有上電 自動復(fù)位和外部按鍵手動復(fù)位以及 “看門狗 ”復(fù)位三種類型。前兩種見 圖 所示。 “看門狗 ”電路則是一種集成有單片機的電源監(jiān)測、按鍵復(fù)位以及對程序運行進行監(jiān)控，防止程序 “跑飛 ”而出現(xiàn)死機而設(shè)計的電路。 圖 （ a）上電復(fù)位電路 。 （ b）上電 /外部復(fù)位電路 程序執(zhí)行方式是單片機的基本工作方式。由于復(fù)位后 PC=0000H，因此程序執(zhí)行總是從地址 0000H 開始，為此就得在 0000H 處開始的存儲單元安放一條無條件轉(zhuǎn)移指令，以便跳轉(zhuǎn)到實際程序的入口去執(zhí)行。 待機方式也稱空閑方式，是一種節(jié)電工作方式。在待機工作 方式中，振蕩器保持工 作，時鐘脈沖繼續(xù)輸出到中斷、串行口、定時器等功能部件，使它們繼續(xù)工作，但時鐘脈沖不再送到 CPU，因而 CPU 停止工作。 掉電方式，也被稱為停機方式。在掉電方式中，振蕩器工作停止，單片機內(nèi)部所有功能部件停止工作。它同樣是一種為降低功耗而設(shè)計的節(jié)電工作方式。 待機方式和掉電方式都是為了進一步降低功耗而設(shè)計的節(jié)電工作方式，它們特別適合于電源功耗要求很低的應(yīng)用場合。這類系統(tǒng)往往是直流供電或停電時依靠備用電源供電，以維持系統(tǒng)的持續(xù)工作。 CHMOS 型單片機的節(jié)電方式是由特殊功能寄存器 PCON控制，其具 體使用可參考相關(guān)書籍和手冊?？臻e和掉電模式外部引腳狀態(tài) 如下圖 所示： 圖 空閑和掉電模式外部引腳狀態(tài) 對于內(nèi)部集成有 EPROM 可以進入編程或校驗方式。 （ 1）內(nèi)部 EPROM 編程 編程時，時鐘頻率應(yīng)定在 的范圍內(nèi)，其余各有關(guān)引腳的接法和用法如下： P1 口和 P2 口的 ~ 為 EPROM 的 4k 地址輸入， P1 為 8 位地址； ~ 以及 PSEN 應(yīng)為低電平； P0 口為編程數(shù)據(jù)輸入； 和 RST 應(yīng)為高電平； RST 的高電平可為 ，其余 的都以 TTL 的高低電平為準(zhǔn)； EA/VPP 端加 +21V 的編程脈沖，此電壓要求穩(wěn)定，不能大于 ，否則會損壞EPROM 在出現(xiàn)正脈沖期間， ALE/PROG 端加上 50ms 的負(fù)脈，完成一次寫入。 （ 2） EPROM 程序校驗 在程序的保險位未設(shè)置前，無論在寫入的當(dāng)時或?qū)懭胍院?，均可將片上程序存貯器的內(nèi)容讀出進行檢驗，在讀出時，除 腳保持為 TTL 低電平之外，其他引腳與寫入 13 EPROM 的連接方式相同。要讀出的程序存貯器單元地址由 P1 口和 P2 口的 ~送入， P2 口 的其他引腳及 PSEN 保持低電平， ALE、 EA 和 RST 接高電平，檢驗的單元內(nèi)容由 P0 口送出。在檢驗操作時，需在 P0 的各位外部加上電阻 10k?。 （ 3）程序存貯器的保險位 STC89C52 內(nèi)部有一個保險位，亦稱保密位，一旦將該位寫入便建立了保險，就可禁止任何外部方法對片內(nèi)程序存貯器進行讀寫。將保險位寫入以建立保險位的過程與正常寫入的過程相似，僅只 腳要加 TTL 高電平而不是像正常寫入時加低電平，而 P0、P1 和 P2 的 ~ 的狀態(tài)隨意，加上編程脈沖后就可使保險位寫入。 保險位一旦寫入，內(nèi)部程序存貯器便不能再被寫入和讀出校驗，而且也不能執(zhí)行外部 存貯器的程序。只有將 EPROM 全部擦除時，保險位才能被一起擦除，也才可以再次寫入。 通過以上對單片機硬件系統(tǒng)的簡單介紹，應(yīng)該已經(jīng)掌握了單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及工作的原理和過程，但是單片機要實現(xiàn)它的強大控制功能特性，只有硬件是不能工作的，還必須依靠它的指令才能發(fā)揮單片機的強大作用。下面介紹單片機的指令系統(tǒng)。 STC89C52 的指令系統(tǒng) 指令是規(guī)定計算機進行某種操作的命令，一條指令只能完成有限的的功能，為使計算機完成一定的或復(fù)雜的功能就需要一系列指令。計算機能夠執(zhí)行的各種指令的集合稱為指令系統(tǒng)。單片機的主要 功能也是有指令系統(tǒng)體現(xiàn)的。 機器指令通常由兩部分組成，即操作碼和操作數(shù)（或操作數(shù)地址）。操作碼用于規(guī)定指令的操作功能，如加、減、乘、除等。操作數(shù)是指參與操作的數(shù)據(jù)，它可能是一個具體的數(shù)據(jù)，也可能是地址或符號。 匯編指令由操作碼或偽操作碼、目的操作數(shù)和源操作數(shù)構(gòu)成，標(biāo)準(zhǔn)書寫格式如下： [標(biāo)號： ] 操作碼 /偽操作碼 [操作數(shù) ] [；注釋 ] （ 1） [ ]表示該項為可選項。 （ 2）標(biāo)號：又稱指令地址符號。它是用戶設(shè)定的符號，代表著該指令所在的地址。 （ 3）操作碼 /偽操作碼：是英文縮寫的指令助記符。它規(guī)定 了指令的操作功能，它所對應(yīng)的匯編語句稱為指令性語句，在匯編后有具體的目標(biāo)代碼。而偽操作碼說明匯編程序如何完成匯編工作，任何一條指令都必須有操作碼或偽操作碼，不得省略。 （ 4）操作數(shù) ：是指參加操作的數(shù)據(jù)或數(shù)據(jù)所在的地址。在指令系統(tǒng)中，操作數(shù)可以是 1 個、 2 個或 3 個，也可以沒有。不同功能的指令，操作數(shù)作用不同。例如，傳送指令多數(shù)有兩個操作數(shù)，寫在左邊的稱為目的操作數(shù)（表示操作結(jié)果存放的單元地址），寫在右邊的稱為元操作數(shù)（支出操作數(shù)的來源）。例如，一條傳送指令的書寫格式為：MOV A ， 10 H ；表示將 10 H 存儲單元的內(nèi)容送到累加器 A 中。 操作碼 /偽操作碼和操作數(shù)之間必須用空格分開，操作數(shù)與操作數(shù)之間必須用逗號分開。 （ 5）注釋 ：是為該條指令作的說明，以便于閱讀。 尋址方式包括立即尋址、直接尋址、寄存器尋址、寄存器間接尋址、變址尋址、相對尋址、位尋址等共 7 種尋址方式，且每一種尋址方式所涉及的存儲器空間各有不同。指令中的源操作數(shù)可以使用七種尋址方式中的任何一種，但是目的操作數(shù)只能使用寄存器尋址、寄存器間接尋址、直接尋址和位尋址四種方式。在單片機指令系統(tǒng)中，根據(jù)功能不同將指令分為數(shù)據(jù)傳送類指令、 算數(shù)運算類指令、邏輯運算及移位類指令、控制轉(zhuǎn)移類指令和位操作類指令等五大類，共計 111 條指令。 15 3 系統(tǒng)電路設(shè)計 設(shè)計框架介紹 單片機復(fù) 位 電 路時 鐘 電 路按 鍵 電 路顯 示 電 路 按鍵輸入電路：對定時器輸入定時時間、時鐘時間，并對其調(diào)整。 時鐘電路：給單片機一個時鐘信號，讓其工作。 復(fù)位電路：使單片機為 初始狀態(tài)，并從初態(tài)開始工作。 數(shù)碼管 ：顯示時間或者其它。 系統(tǒng)硬件單元電路設(shè)計 復(fù)位電路設(shè)計 復(fù)位操作有上電自動復(fù)位、按鍵電平復(fù)位和外 部脈沖復(fù)位三鐘方式，本次實驗用的是按鍵電平復(fù)位，利用電容的充放電公式來選擇所需的電容、電阻，能保證復(fù)位信號高電平持續(xù)時間大于 2 個機器周期。 時鐘電路設(shè)計 該時鐘電路是由晶體振蕩器和兩個微調(diào)電容組成的。在單片機芯片內(nèi)部有一個高增益反相放大器，其輸入端為引腳 XTAL1，其輸出端為引腳 XTAL2。只需要在片外通過XTAL1和 XTAL2引腳跨接晶體振蕩器或在引腳與地之間加接微調(diào)電容，形成反饋電路，振蕩器即可工作。由于該晶振使用的是 12MHZ 的晶體，因此它的時鐘周期是 ,機器周期為 1us。 按鍵電路設(shè)計 鍵 K1(圖中下方 )控制狀態(tài)的切換： K1 為 0 時，表示出處在正常的計時工作狀態(tài)；為 1，處在校正數(shù)字鐘的“時”；為2，處在校正數(shù)字鐘的“分”；為 3，處在調(diào)整定時起始時間的“時”；為 4，處在調(diào)整定時起始時間的“分”；為 5，處在調(diào)整定時終止時間的“時”；為 6，處在調(diào)整定時終止時間的“分”。 鍵 K2（圖中上方）為加號鍵，控制在各狀態(tài)時加 1。 17 該系統(tǒng)鍵掃描的方式為中斷掃描方式，當(dāng)鍵位上有鍵壓下時，產(chǎn)生中斷請求，CPU 響應(yīng)中斷，執(zhí)行中斷服務(wù)程序，判斷鍵位上壓下的鍵的鍵號，繼而做相應(yīng) 的處理。 系統(tǒng)硬件總電路 4 系統(tǒng)軟件設(shè)計 系統(tǒng)軟件流程圖 如圖 所示， 主程序在執(zhí)行時，通過單片機內(nèi)部中斷對程序不斷的掃描判斷、刷新顯示，當(dāng)有鍵按下時，將數(shù)字鐘中的時間與定時時間相比較，然后根據(jù)比較程序顯示狀態(tài)，并且還要延時消除抖動，之后進行按鍵處理，從而顯示不同的狀態(tài)，如此周期循環(huán)。 其程序相見附錄。 圖 程序設(shè)計流程圖 延時子程序 流程圖 此延時子程序在實驗中被主程序調(diào)用，當(dāng)有按鍵按下時，調(diào)用此程序可以達(dá)到消除振動的作用，避免發(fā)光二極管一直閃爍，此程序 延時時間不能太短，要不然不能很好的起到消振作用，也不能夠太長，避免按鍵很長時間后才反應(yīng)。并且因為此程序用 C 語言編程，延時時間沒有匯編語言精準(zhǔn)，其流程圖如圖 所示，其設(shè)計程序相見附錄。 19 圖 延時設(shè)計流程圖 5 實驗結(jié)果和分析 實驗使用的儀器設(shè)備 電腦， PTOTEUS 軟件， KEIL 軟件，電烙鐵，吸錫器，鉗子，直流電源，電阻，電容等基本元器件。 測試結(jié)果分析 程序燒錄到單片機中后，將其接到 +5V 左右的直流電源中，并開始按鍵實現(xiàn)時間控制或調(diào)整，設(shè)置多路定時時間，每路定時時間有起始時間和 終止時間。當(dāng)設(shè)定好每路時間段后，按鍵恢復(fù)時鐘狀態(tài)并開始計時。其設(shè)硬件設(shè)計結(jié)果最終實現(xiàn)其最初預(yù)期設(shè)計功能。如圖 51 所示為系統(tǒng)測試仿真圖。 圖 51 系統(tǒng)測試仿真圖 圖 是 去模軟件上 人在 房間內(nèi) 系統(tǒng)提示 仿真 圖 。 21 圖 系統(tǒng)仿真圖 6 總結(jié)與展望 這 次的設(shè)計是基于單片機的紫外殺菌燈定時電路設(shè)計。在日常的生活中使用紫外線殺菌是非常的重要的這關(guān)系到人們的健康，然而如何使紫外殺菌燈智能化是一個非常重要的問題。本次設(shè)計就是基于單片機來智能定時控制，相信隨著單片機技術(shù)的發(fā)展能使得智能控制更加多的東西，為人們的生活帶來方便 23 7 設(shè)計結(jié)論 通過本次實驗學(xué)會了用 keil 編程，實現(xiàn)計時、多路定時功能，然后通過數(shù)碼管顯示時間還有 LED 燈的亮來提示定時。當(dāng)恢復(fù)到原來的初始狀態(tài)時，再按按鍵可以看到原來的所定的三路時間的終止 時間。在制作 PCB 板的過程中和編程過程中，理解和加強了對單片機的了解。這次設(shè)計課題中，在給定的源程序上修改并增加了多路定時程序，實現(xiàn)實驗要求。在焊接電路板過程中也沒有出現(xiàn)過什么問題，只是在 Protues 仿真實驗中有出現(xiàn)數(shù)碼管顯示數(shù)字成零不斷跳動，而且 LED 燈自動跳變，相當(dāng)于是中斷不停執(zhí)行、判斷鍵值，特別不穩(wěn)定。 雖然這次實驗沒有創(chuàng)新，但是也是自己動手查資料，修改程序，達(dá)到實驗要求。之前做過直流穩(wěn)壓電源，兩級放大電路和數(shù)顯溫度計，但是都是照葫蘆畫瓢，沒有融合自己的思想在所做的板子當(dāng)中。雖然達(dá)到實驗要求，但是總 是覺得只是為了完成老實交代的任務(wù)而已，并沒有思考很多。有時，只有經(jīng)過自己親手試驗，才能更深層次的懂得實驗原理和每部分電路的功能。 參考文獻 [1]元增民 . 單片機原理與應(yīng)用 .—長沙：國防科學(xué)大學(xué)出版社 20xx [2]劉仁宇 . 單片微型計算機原理及應(yīng)用 .—西安：西安電子科技大學(xué)出版社． 20xx [3]馬忠梅 . 單片機外圍電路設(shè)計 —北京： 北京航空航天大學(xué)出版社 20xx [4]李光飛 . 傳感器技術(shù)與應(yīng)用 .—北京：北京航空航天大學(xué)出版社 20xx [5]尹勇、王洪成 .單片機開發(fā)環(huán)境μ Vision 2 的使用 指南 .北京 :北京航空航天大學(xué)出版社 [6]范立南 .PROTUES 仿真軟件實例使用指南 . —北京：電子工業(yè)出版社 [7]李全利 . 單片機原理及接口技術(shù) .北京 :北京航空航天大學(xué)出版社 [8]坎特編著 .Windows WDM 開發(fā)指南 [M].孫義，馬莉波等譯 .西安 :西安電子科技大學(xué)出版社， [9]徐愛鈞、彭秀華．單片機高級語言 C51 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