【文章內(nèi)容簡介】 第三章數(shù)字頻率計(jì)的硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì) 11 圖 312 89C51 上電復(fù)位電路圖 單片機(jī)復(fù)位狀態(tài)表。 表 35 單片機(jī)復(fù)位狀態(tài)表 專用寄存器 復(fù)位狀態(tài) 專用寄存器 復(fù)位狀態(tài) PC 0000H TMOD 00H ACC 00H TCON 00H B 00H TH0 00H PSW 00H TL0 00H SP 07H TH1 00H DPTR 0000H TL1 00H P0～ P3 FFH SCON 00H IP XXX0 0000B SBUF XXXX XXXXB IE 0XX0 0000B PCON 0XXX XXXXB 注： XXX 不定 復(fù)位后， P0 口 P3 口輸出高電平，且使這些準(zhǔn)雙向口皆處于輸入狀態(tài)，并且將 07H 寫入棧指針 SP（即設(shè)定堆棧底為 07H），同時，將程序計(jì)數(shù)器 PC 和其余的特殊功能寄存器清為 0（不定的位除外）。但復(fù)位不影響單片機(jī)內(nèi) 部的 RAM 狀態(tài) （ 3）時鐘電路 圖 313 時鐘電路 幾乎所有的數(shù)字系統(tǒng)在處理信號都是按節(jié)拍一步一步地進(jìn)行的，系統(tǒng)各部分也是按節(jié)拍做的，要使電路的各部分統(tǒng)一節(jié)拍就需要一個 “ 時鐘信號 ” ，產(chǎn)生這個時鐘信號的電路就是時鐘電路。 南昌大學(xué)共青學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第三章數(shù)字頻率計(jì)的硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì) 12 時鐘電路的核心是個比較穩(wěn)定的 振蕩器 (一般都用晶體振蕩器），振蕩器產(chǎn)生的是正弦波，頻率不一定是電路工作的時鐘頻率，所以要把這正弦波進(jìn)行分頻，處理，形成時鐘脈沖，然后分配到需要的地方。讓系統(tǒng)里各部分工作時使用。 在內(nèi)部方式時鐘電路中 必須在 XTAL1 和 XTAL2 引腳兩端跨接石英晶體振蕩器和兩個微調(diào)電容構(gòu)成振蕩電路 通常 C1和 C2一般取 30pF晶振的頻率取值在 12MHz 之間。對于外接時鐘電路 要求 XTAL1 接地 XTAL2 腳接外部時鐘 對于外部時鐘信號并無特殊要求只要保證一定的脈沖寬度時鐘頻率低于 12MHz 即可。 晶體振 蕩器的振蕩信號從 XTAL2 端送入內(nèi)部時鐘電路 它將該振蕩信號二分頻產(chǎn)生一個兩相時鐘信號 P1 和 P2 供單片機(jī)使用。時鐘信號的周期稱為狀態(tài)時間 S它是振蕩周期的 2倍 P1信號在每個狀態(tài)的前半周期有效 在每個狀態(tài)的后半周期 P2信號有效。 CPU就是以兩相時鐘 P1和 P2為基本節(jié)拍協(xié)調(diào)單片機(jī)各部分有效工作的。 （ 4）單片機(jī)最小系統(tǒng)的工作原理 單片機(jī)的最小系統(tǒng)就是讓單片機(jī)能正常工作并發(fā)揮其功能時所必須的組成部分，也可理解為是用最少的元件組成的單片機(jī)可以工作的系統(tǒng)。對 51 系列單片機(jī)來說， 最小系統(tǒng)一般應(yīng)該包括： 單片機(jī)、時鐘電路、 復(fù)位電路、輸入 / 輸出設(shè)備。 圖 310為單片機(jī)最小系統(tǒng)電路。 南昌大學(xué)共青學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第三章數(shù)字頻率計(jì)的硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì) 13 圖 310單片機(jī)最小系統(tǒng)電路 顯示電路 圖 313 顯示電路 (1) LCD1602 液晶顯示模塊基本技術(shù) 南昌大學(xué)共青學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第三章數(shù)字頻率計(jì)的硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì) 14 在單片機(jī)系統(tǒng)中，常用的顯示器有：發(fā)光二極管顯示器，簡稱 LED；液晶顯示器，簡稱 LCD；熒光管顯示器。而發(fā)光二極管顯示又分為固定段顯示和可以拼裝的大型字段顯示，此外還有共陽極和共陰極之分等。 本設(shè)計(jì)中運(yùn)用 1062 液晶顯示器顯示， 1602 的結(jié)構(gòu)和原理。 工業(yè)字符型液晶，能夠同時顯示 16x02 即 32個字符。（ 16列 2行） 注：為了表示的方便 ，后文皆以 1表示高電平， 0 表示第電平。 LCD1602 引腳圖 1602 采用標(biāo)準(zhǔn)的 16 腳接口，其中： 第 1 腳： VSS 為 電源地 第 2 腳： VCC 接 5V 電源正極 第 3 腳： V0 為液晶顯示器對比度調(diào)整端 第 4 腳： RS 為 寄存器 選擇，高電平 1 時選擇 數(shù)據(jù)寄存器 、低電平 0 時選擇 指令寄存器 。 第 5 腳： RW 為讀寫信號線，高電平 (1)時進(jìn)行讀操作，低電平 (0)時進(jìn)行寫操作。 南昌大學(xué)共青學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第三章數(shù)字頻率計(jì)的硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì) 15 第 6 腳： E(或 EN)端為使能 (enable)端 ,高電平（ 1）時讀取信息，負(fù)跳變時執(zhí)行指令。 第 7～ 14腳： D0～ D7 為 8位雙向數(shù)據(jù)端。 第 15～ 16 腳： 空腳 或背燈電源。 15腳背光正極， 16 腳背光負(fù)極。 操作控制表 操作 讀狀態(tài) 寫指令 讀數(shù)據(jù) 寫數(shù)據(jù) 輸入 RS=0， RW=1， E=1 RS=0， RW=0， D0~7=指令碼， E=H 脈沖 RS=1， RW=1， E=1 RS=1， RW=0， D0~7=數(shù)據(jù)， E=H 脈沖 注：關(guān)于 E=H脈沖 —— 開始時初始化 E為 0，然后置 E為 1， 1602 液晶模塊內(nèi)部的字符發(fā)生存儲器（ CGROM)已經(jīng)存儲了 160 個不同的點(diǎn)陣字符圖形，這些字符有：阿拉伯?dāng)?shù)字、英文字母的大小寫、常用的符號、和日文假名等，每一個字符都有一個固定的代碼，比如大寫的英文字母“ A”的代碼是01000001B（ 41H），顯示時模塊把地址 41H 中的點(diǎn)陣字符圖形顯示出來，我們就能看到字母“ A”。 南昌大學(xué)共青學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第三章數(shù)字頻率計(jì)的硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì) 16 因?yàn)?1602 識別的是 ASCII 碼，試驗(yàn)可以用 ASCII 碼直接賦值，在單片機(jī)編程中還可以用字符型常量或變量賦值，如 39。A’。 以下是 1602 的 16進(jìn)制 ASCII 碼表地址： 讀的時候，先讀左邊那列，再讀上面那行，如：感嘆號！的 ASCII 為 0x21，字母 B的 ASCII 為 0x42（前面加 0x表示十六進(jìn)制）。 [編輯本段 ]指令集 1602 通過 D0~D7 的 8位數(shù)據(jù)端傳輸數(shù)據(jù)和指令。 顯示模式設(shè)置： (初始化 ) 0011 0000 [0x38] 設(shè)置 16 2顯示， 5 7 點(diǎn)陣， 8 位數(shù)據(jù)接口； 顯示開關(guān)及光標(biāo)設(shè)置： (初始化 ) 0000 1DCB D 顯示 (1 有效 )、 C光標(biāo)顯示 (1 有效 )、 B 光標(biāo)閃爍 (1有效 ) 0000 01NS N=1(讀或?qū)懸粋€字符后地址指針加 1 amp。光標(biāo)加 1)， N=0(讀或?qū)懸粋€字符后地址指針減 1 amp。光標(biāo)減 1)， S=1 且 N=1 (當(dāng)寫一個字符后，整屏顯示左移 ) s=0 當(dāng)寫一個字符后，整屏顯示不移動 數(shù)據(jù)指針設(shè)置： 數(shù)據(jù)首地址為 80H，所以數(shù)據(jù)地址為 80H+地址碼 (027H， 4067H) 其他設(shè)置： 01H(顯示清屏，數(shù)據(jù)指針 =0，所有顯示 =0)； 02H(顯示回車，數(shù)據(jù)指針 =0)。 南昌大學(xué)共青學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第四章數(shù)字頻率計(jì)軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì) 17 第四章 數(shù)字頻率計(jì)軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì) 軟件設(shè)計(jì)規(guī)劃 信號處理 在頻率計(jì)開始工作，或者完成一次頻率測量，系統(tǒng)軟件都進(jìn)行測量初始化。測量初始化模塊設(shè)置堆棧指針（ SP）、工作寄存器、中斷控制和定時 /計(jì)數(shù)器的工作方式。 定時 /計(jì)數(shù)器的工作首先被設(shè)置為計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)寄存器清 0后，置運(yùn)行控制位TR 為 1，啟動對待測信號的計(jì)數(shù)。計(jì)數(shù)閘門由軟件延時程序?qū)崿F(xiàn)，從計(jì)數(shù)閘門的最小值開始，也就是從測量頻率的高量程 開始。計(jì)數(shù)閘門結(jié)束時 TR 清 0，停止計(jì)數(shù)。計(jì)數(shù)寄存器中的值通過 16進(jìn)制數(shù)道 10 進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換程序轉(zhuǎn)換為 10 進(jìn)制數(shù)。對10 進(jìn)制數(shù)的最高位進(jìn)行判別，若該位不為 0，滿足測量數(shù)據(jù)有效位數(shù)的要求，測量值和量程信息一起送到顯示模塊；若該位為 0，將計(jì)數(shù)閘門的寬度擴(kuò)大 10 倍，重新對待測信號的技術(shù)，直到滿足測量數(shù)據(jù)有效位數(shù)的要求。 待測信號經(jīng)預(yù)處理電路分頻后變成較寬的方波信號，并加至單片機(jī)的 引腳，為單片機(jī)測信號頻率提供有效的輸入信號。單片機(jī)通過檢測 引腳來判斷是否啟動測周期程序。當(dāng)該引腳為高電平時則等待，知道 該引腳出現(xiàn)低電平時才開始測周期。首先將零賦給 TH0、 TL0 兩個寄存器，將定時器 T0的運(yùn)行控制位 TR0置位，同時也將 ET0 置位以允許定時器 T0 終端，然后再判斷 引腳是否還為低電平，當(dāng)不是低電平時則等待。一旦出現(xiàn)低電平則使 TR0 復(fù)位以終止定時器，測周期程序結(jié)束。在測周期過程中，會發(fā)生定時器 T0的中斷，每發(fā)生一次中斷則將 R0 寄存器加一，因此 R0 實(shí)際上是周期值的高字節(jié)。測出的周期值存儲在 R0、TH0、 TL0 三個寄存器中，然后將其轉(zhuǎn)換成頻率。由于所測周期的單位是 181。s，再相除轉(zhuǎn)換時要將被除數(shù)擴(kuò)大 106 倍，這樣才能 保證得出正確的頻率。得出的頻率放到 R R R3 三個寄存器后調(diào)用轉(zhuǎn)換 BCD 代碼模塊。調(diào)用顯示消除多余零和顯示數(shù)據(jù)存儲模塊，將要顯示的頻率值通過查表轉(zhuǎn)換成相應(yīng)數(shù)據(jù) 8 段碼放到現(xiàn)實(shí)緩沖區(qū)以備顯示。 中斷控制 由于在程序設(shè)計(jì)中用到中斷 [9]方式，所以我們在此對單片機(jī)中斷系統(tǒng)中的中南昌大學(xué)共青學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第四章數(shù)字頻率計(jì)軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì) 18 斷控制作一下介紹。 中斷是工業(yè)過程控制及智能化儀器用微型機(jī)或單片機(jī)應(yīng)用最多的一種數(shù)據(jù)傳送方式。在通常情況下，單片機(jī)執(zhí)行主程序，只有當(dāng)正常狀態(tài)出現(xiàn)故障，或發(fā)出中斷請求時，單片機(jī)才暫停執(zhí)行主程序，轉(zhuǎn)去執(zhí)行或處理中 斷服務(wù)程序，執(zhí)行完中斷服務(wù)程序后，再返回到主程序繼續(xù)運(yùn)行。單片機(jī)的這一種工作過程稱為中斷方式。 基于資源共享原理上的中斷技術(shù)，在計(jì)算機(jī)中得到了廣泛的應(yīng)用。中斷技術(shù)能實(shí)現(xiàn) CPU 與外部設(shè)備的并行工作，提高 CPU 的利用率以及數(shù)據(jù)的輸入 /輸出效率；中斷技術(shù)也能對計(jì)算機(jī)運(yùn)行過程中突然發(fā)生的故障及時發(fā)現(xiàn)并進(jìn)行自動處理如：硬件故障、運(yùn)算錯誤及程序故障等；中斷技術(shù)還能使我們通過鍵盤發(fā)出請求，隨時對運(yùn)行中的計(jì)算機(jī)進(jìn)行干預(yù)，而不用先停機(jī)處理，然后再重新開機(jī)等。 在單片機(jī)中，中斷技術(shù)主要用于實(shí)時控制。所謂實(shí)時控制，就是要求計(jì)算機(jī)能及時地響應(yīng)被控對象提出的分析、計(jì)算和控制等請求，使被控對象保持在最佳工作狀態(tài)，以達(dá)到預(yù)定的控制效果。由于這些控制參量的請求都是隨機(jī)發(fā)出的，而且要求單片機(jī)必須做出快速響應(yīng)并及時處理，對此，只有靠中斷技術(shù)才能實(shí)現(xiàn)。 定時器 /計(jì)數(shù)器 （ 1）定時器控制寄存器（ TCON） [10] TCON 寄存器既參與中斷控制又參與定時控制?，F(xiàn)對其定時功能加以介紹。其中有關(guān)定時的控制位共有 4位： F0和 TF1—— 計(jì)數(shù)溢出標(biāo)志位 當(dāng)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)溢 出（計(jì)滿）時，該位置“ 1”；使用查詢方式時，此位作狀態(tài)位供查詢，但應(yīng)注意查詢有效后應(yīng)以軟件方法及時將該位清“ 0”；使用中斷方式時，此位作中斷標(biāo)志位，在轉(zhuǎn)向中斷服務(wù)程序時由硬件自動清“ 0”。 R0和 TR1—— 定時器運(yùn)行控制位 TRO（ TR1） =0 停止定時器 /計(jì)數(shù)器工作 TRO（ TR1） =1 啟動定時器 /計(jì)數(shù)器工作 （ 2）工作方式控制寄存器（ TMOD） [11] 南昌大學(xué)共青學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第四章數(shù)字頻率計(jì)軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì) 19 TMOD 寄存器是一個專用寄存器，用于設(shè)定兩個定時器 /計(jì)數(shù)器的工作方式。但TMOD 寄存器不能位尋址，只能用字節(jié)傳送指令設(shè)置其內(nèi)容。 （ 3）中斷允許控制寄存器（ IE） [12] EA—— 中斷允許總控制位 ET0 和 ET1—— 定時 /計(jì)數(shù)中斷 定時器 /計(jì)數(shù)器提供給用戶使用的有： 8 位計(jì)數(shù)器 TH 和 TL，以及有關(guān)的控制位。這些內(nèi)容只能以軟件方法使用。 能夠產(chǎn)生中斷申請的部件被稱為中斷源。 8051 型單片機(jī)提供了五個中斷源：兩個外部中斷源和三個內(nèi)部中斷源。每一個中斷源都有一個中斷申請標(biāo)志位，但是串行口占有兩個中斷標(biāo)志位。一共有六個中斷標(biāo)志位。 （ 4）定時器 /計(jì)數(shù)器對輸入信號的要求 定時器 /計(jì)數(shù)器的兩個作用是用來精確的確定某一段時間間隔 [13]（作