【文章內(nèi)容簡(jiǎn)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(xiě)入棧指針 SP（即設(shè)定堆棧底為 07H），同時(shí)，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(shí)鐘電路 圖 313 時(shí)鐘電路 幾乎所有的數(shù)字系統(tǒng)在處理信號(hào)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(gè) “ 時(shí)鐘信號(hào) ” ，產(chǎn)生這個(gè)時(shí)鐘信號(hào)的電路就是時(shí)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(shí)鐘電路的核心是個(gè)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(shí)鐘頻率，所以要把這正弦波進(jìn)行分頻，處理，形成時(shí)鐘脈沖，然后分配到需要的地方。讓系統(tǒng)里各部分工作時(shí)使用。 在內(nèi)部方式時(shí)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(gè)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(duì)于外接時(shí)鐘電路 要求 XTAL1 接地 XTAL2 腳接外部時(shí)鐘 對(duì)于外部時(shí)鐘信號(hào)并無(wú)特殊要求只要保證一定的脈沖寬度時(shí)鐘頻率低于 12MHz 即可。 晶體振 蕩器的振蕩信號(hào)從 XTAL2 端送入內(nèi)部時(shí)鐘電路 它將該振蕩信號(hào)二分頻產(chǎn)生一個(gè)兩相時(shí)鐘信號(hào) P1 和 P2 供單片機(jī)使用。時(shí)鐘信號(hào)的周期稱為狀態(tài)時(shí)間 S它是振蕩周期的 2倍 P1信號(hào)在每個(gè)狀態(tài)的前半周期有效 在每個(gè)狀態(tài)的后半周期 P2信號(hào)有效。 CPU就是以兩相時(shí)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(shí)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(duì) 51 系列單片機(jī)來(lái)說(shuō)， 最小系統(tǒng)一般應(yīng)該包括： 單片機(jī)、時(shí)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(jiǎn)稱 LED；液晶顯示器，簡(jiǎn)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(yáng)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(shí)顯示 16x02 即 32個(gè)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(duì)比度調(diào)整端 第 4 腳： RS 為 寄存器 選擇，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： RW 為讀寫(xiě)信號(hào)線，高電平 (1)時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平 (0)時(shí)進(jìn)行寫(xiě)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(shí)讀取信息，負(fù)跳變時(shí)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(xiě)指令 讀數(shù)據(jù) 寫(xiě)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(kāi)始時(shí)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(chǔ)器（ CGROM)已經(jīng)存儲(chǔ)了 160 個(gè)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(xiě)、常用的符號(hào)、和日文假名等，每一個(gè)字符都有一個(gè)固定的代碼，比如大寫(xiě)的英文字母“ A”的代碼是01000001B（ 41H），顯示時(shí)模塊把地址 41H 中的點(diǎn)陣字符圖形顯示出來(lái)，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(shí)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(shí)候，先讀左邊那列，再讀上面那行，如：感嘆號(hào)！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(guò) 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(kāi)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€(gè)字符后地址指針加 1 amp。光標(biāo)加 1)， N=0(讀或?qū)懸粋€(gè)字符后地址指針減 1 amp。光標(biāo)減 1)， S=1 且 N=1 (當(dāng)寫(xiě)一個(gè)字符后，整屏顯示左移 ) s=0 當(dāng)寫(xiě)一個(gè)字符后，整屏顯示不移動(dòng) 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(chē)，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(hào)處理 在頻率計(jì)開(kāi)始工作，或者完成一次頻率測(cè)量，系統(tǒng)軟件都進(jìn)行測(cè)量初始化。測(cè)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(shí) /計(jì)數(shù)器的工作方式。 定時(shí) /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(dòng)對(duì)待測(cè)信號(hào)的計(jì)數(shù)。計(jì)數(shù)閘門(mén)由軟件延時(shí)程序?qū)崿F(xiàn)，從計(jì)數(shù)閘門(mén)的最小值開(kāi)始，也就是從測(cè)量頻率的高量程 開(kāi)始。計(jì)數(shù)閘門(mén)結(jié)束時(shí) TR 清 0，停止計(jì)數(shù)。計(jì)數(shù)寄存器中的值通過(guò) 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(duì)10 進(jìn)制數(shù)的最高位進(jìn)行判別，若該位不為 0，滿足測(cè)量數(shù)據(jù)有效位數(shù)的要求，測(cè)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(mén)的寬度擴(kuò)大 10 倍，重新對(duì)待測(cè)信號(hào)的技術(shù)，直到滿足測(cè)量數(shù)據(jù)有效位數(shù)的要求。 待測(cè)信號(hào)經(jīng)預(yù)處理電路分頻后變成較寬的方波信號(hào)，并加至單片機(jī)的 引腳，為單片機(jī)測(cè)信號(hào)頻率提供有效的輸入信號(hào)。單片機(jī)通過(guò)檢測(cè) 引腳來(lái)判斷是否啟動(dòng)測(cè)周期程序。當(dāng)該引腳為高電平時(shí)則等待，知道 該引腳出現(xiàn)低電平時(shí)才開(kāi)始測(cè)周期。首先將零賦給 TH0、 TL0 兩個(gè)寄存器，將定時(shí)器 T0的運(yùn)行控制位 TR0置位，同時(shí)也將 ET0 置位以允許定時(shí)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(shí)則等待。一旦出現(xiàn)低電平則使 TR0 復(fù)位以終止定時(shí)器，測(cè)周期程序結(jié)束。在測(cè)周期過(guò)程中，會(huì)發(fā)生定時(shí)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(cè)出的周期值存儲(chǔ)在 R0、TH0、 TL0 三個(gè)寄存器中，然后將其轉(zhuǎn)換成頻率。由于所測(cè)周期的單位是 181。s，再相除轉(zhuǎn)換時(shí)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(gè)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(chǔ)模塊，將要顯示的頻率值通過(guò)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?cè)诖藢?duì)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(guò)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(qǐng)求時(shí)，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(guò)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(duì)計(jì)算機(jī)運(yùn)行過(guò)程中突然發(fā)生的故障及時(shí)發(fā)現(xiàn)并進(jìn)行自動(dòng)處理如：硬件故障、運(yùn)算錯(cuò)誤及程序故障等；中斷技術(shù)還能使我們通過(guò)鍵盤(pán)發(fā)出請(qǐng)求，隨時(shí)對(duì)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(kāi)機(jī)等。 在單片機(jī)中，中斷技術(shù)主要用于實(shí)時(shí)控制。所謂實(shí)時(shí)控制，就是要求計(jì)算機(jī)能及時(shí)地響應(yīng)被控對(duì)象提出的分析、計(jì)算和控制等請(qǐng)求，使被控對(duì)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(qǐng)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(shí)處理，對(duì)此，只有靠中斷技術(shù)才能實(shí)現(xiàn)。 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 （ 1）定時(shí)器控制寄存器（ TCON） [10] TCON 寄存器既參與中斷控制又參與定時(shí)控制?，F(xiàn)對(duì)其定時(shí)功能加以介紹。其中有關(guān)定時(shí)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(shí)，該位置“ 1”；使用查詢方式時(shí)，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(shí)將該位清“ 0”；使用中斷方式時(shí)，此位作中斷標(biāo)志位，在轉(zhuǎn)向中斷服務(wù)程序時(shí)由硬件自動(dòng)清“ 0”。 R0和 TR1—— 定時(shí)器運(yùn)行控制位 TRO（ TR1） =0 停止定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器工作 TRO（ TR1） =1 啟動(dòng)定時(shí)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(gè)專用寄存器，用于設(shè)定兩個(gè)定時(shí)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(shí) /計(jì)數(shù)中斷 定時(shí)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(qǐng)的部件被稱為中斷源。 8051 型單片機(jī)提供了五個(gè)中斷源：兩個(gè)外部中斷源和三個(gè)內(nèi)部中斷源。每一個(gè)中斷源都有一個(gè)中斷申請(qǐng)標(biāo)志位，但是串行口占有兩個(gè)中斷標(biāo)志位。一共有六個(gè)中斷標(biāo)志位。 （ 4）定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器對(duì)輸入信號(hào)的要求 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器的兩個(gè)作用是用來(lái)精確的確定某一段時(shí)間間隔 [13]（作