【文章內容簡介】 PP ) 表 P3 口引腳與第二功能 引腳 第二功能 信號名稱 RXD 串行數據接收 TXD 串行數據接收 0INT 外部中斷 0 申請 1INT 外部中斷 1 申請 T0 定時 /計數器 0 的外部輸入 T1 定時 /計數器 1 的外部輸入 WR 外部 RAM 寫選通 RD 外部 RAM 讀選通 單片機中斷系統介紹 中斷是指當計算機執(zhí)行正常程序時，系統中出現某些急需處理的事件， CPU 暫時中止當前的程序，轉去執(zhí)行服務程序，以對發(fā)生的更緊迫的事件進行處理，待處理結束后， CPU 自動返回原來的程序執(zhí)行 AT89C52 系列單片機的系統有 5 個中斷源， 2個優(yōu)先級，可實現二級中斷服務嵌套。由片內特殊功能寄存器中的中斷允許寄存器 IE控制 CPU 是否響應中斷請求；由中斷優(yōu)先級寄存器 IP 安排各 優(yōu)中斷源的優(yōu)先級；同一優(yōu)先級內各終端同時提出中斷請求時，由內部的查詢邏輯確定其響應次序。 采用的外部中斷方式包括外部中斷 0 和外部中斷 1，它們的中斷請求信號分別由單片機引腳 0INT / 和 1INT / 輸入 。 外部中斷請求有兩種信號方式：電平觸發(fā)方式和脈沖觸發(fā)方式。電平觸發(fā)方式的中斷請求是低電平有效 。只要在 0INT 和 1INT 引腳上出現有效低電平時，就激活外部中斷方式。脈沖觸發(fā)方式的中斷請求則是脈沖的負跳變有效。在這種方式下，在兩個相3 自行車的速度里程表硬件電路設計 11 鄰機器周期內， 0INT 和 1INT 引腳電平發(fā)生變化，即在第一個機器周期內為高電平，第二個機器周期內為低電平，就激 活外部中斷。由此可見，在脈沖方式下，中斷請求信號的高電平和低電平狀態(tài)都應至少維持一個機器周期，以使 CPU 采樣到電平狀態(tài)的變化，本次設計所采用的觸發(fā)方式為脈沖觸發(fā)方式。 CPU 對中斷系統所有中斷以及某個中斷源的開放和屏蔽是由中斷允許寄存器 IE控制的。 IE 的狀態(tài)可通過程序由軟件設定，某位設定為 1，相應的中斷源中斷允許；某位設定為 0，相應的中斷源中斷屏蔽。 CPU 復位時， IE 各位為 0，禁止所有中斷。IE 寄存器各位的定義如下。 EX0（ ）外部 0INT 中斷允許位； ET0（ ）定時 /計數器 T0 中斷允許位； EX1（ ）外部 1INT 中斷允許位； ET1（ ）定時 /計數器 T1 中斷允許位； ES（ ）串行口中斷允許位； EA（ ） CPU 中斷允許位。 AT89C52 單片機有兩個中斷優(yōu)先級，即可實現二級中斷服務嵌套。每個中斷源的中斷優(yōu)先級都是由中斷優(yōu)先級寄存器 IP 中的相應的狀態(tài)來規(guī)定的。 IP 的狀態(tài)由軟件設定，某位設定為 1，則相 應的中斷源為高優(yōu)先級中斷；某位設定為 源為低優(yōu)先級中斷。單片機復位時， IP 各位清 0，各中斷源同為低優(yōu)先級中斷。 IP 寄存器各位的定義如下。 PX0（ ）外部中斷 0INT 優(yōu)先級設定位； PT0（ ）定時 /計數器 T0 中斷優(yōu)先級設定位； PX1（ ）外部中斷 1INT 中斷優(yōu)先級設定位； PT1（ ）定時 /計數器 T1 中斷優(yōu)先級設定位； PS（ ） 串行口中斷優(yōu)先級設定位。 單片機定時 /計數功能介紹 AT89C52 單片機定時 /計數器的工作由兩個特殊功能寄存器控制。 TMOD 用于設置其工作方式； TCON 用于控制其啟動和中斷請求。 TMOD 工作方式寄存器 TMOD 用于設置定時 /計數器的工作方式。 GATE：門控位。 GATE=0 時，只要用軟件使 TCON 中的 TR0 或 TR1 為 1，就可以啟動定時 /計數器工作； GATE=1 時，要用軟件 TR0 或 TR1 為 1，同時外部中斷引腳 0INT 或 1INT 也為高電平時，才能啟動定時 /計數器工作。 /CT：定時 /計數模式選擇位。 /CT=0 為定時模式； /CT =1 為計數模式。 12 M1M2：工作方式設置位。定時 /計數器有 4 種工作方式，由 M1M2 進行設置。 本次設計 TMOD 為 90H，即選通定時 /計數器 定時功能、工作方式 1。工作方式 16 位定時 /計數器。 TCON TF1（ ）定時 /計數器 T1 溢出中斷請求標志位。定時 /計數器 T1 計數溢出時由硬件自動置 TF1 為 1。 CPU 響應中斷后 TF1 由硬件自動清零。 T1 工作時， CPU可隨時查詢 TF 的狀態(tài)。所以， TF1 可用作查詢測試的標志。 TF1 也可以用軟件置 1或清零，同硬件置 1 或清零的效果一樣。 TR1（ ）定時 /計數器 T1 運行控制位。 TR1 置 1 時時，定時 / 計數器 T1開始工作； TR1 置 0 時，定時 /計 數器 T1 停止工作。 TR1 由軟件置 1 或清 0。 TF0（ ）：定時 /計數器 T0 溢出中斷請求標志位。 TR0（ ）：定時 /計數器 T0 運行控制位。 其他器件的介紹 存儲器的介紹 AT24C02 是一個 2K 位串行 CMOSE2PROM。內部含有 256 個 8 位字節(jié)， ATMEL公司的先進 CMOS 技術實質上減少了器件的功耗。 AT24C02 有一個 16 字節(jié)頁寫緩沖器，該器件通過 I2C 總線接口進行操作有一個專門的寫保護功能。 AT24C02 支持 I2C總線數據傳送協議。數據傳送是由產生串行時鐘和 所有起始停止信號的主器件控制的。主器件和從器件都可以作為發(fā)送器或接收器，但由主器件控制傳送數據（發(fā)送或接收）的模式，通過器件地址輸入端 A0、 A1 和 A2 可以實現將最多 8 個 24C02 器件連接到總線上。管腳圖如 所示。 圖 24C02 管腳圖 SCL 串行時鐘： AT24C02 串行時鐘輸入管腳用于產生器件所有數據發(fā)送或接收的時鐘。 SDA 串行數據 /地址： CAT24WC02 雙向串行數據 /地址管腳用于器件所有數據的發(fā)送或接收，是一個開漏輸出管腳可與其它開漏輸出或集電極開路輸出進行線或（ wireOR）。 WP 寫保護：如果 WP 管腳連接到 Vcc 所有的內容都被寫保護，只能讀。當 WP管腳連接到 Vss 或懸空，允許器件進行正常的讀 /寫操作。 3 自行車的速度里程表硬件電路設計 13 本次設計采用的 24C02 是為了防止掉電時里程數據的丟失，由于 24C02 的數據線和地址線是復用的，采用串口的方式傳輸數據，所以只用兩根線 SCL 和 SDA 與單片機傳輸數據。在軟件編程時采用 2EPROM 程序包來控制 24C02 發(fā)送或接受數據。 74LS74 芯片的介紹 74LS74 是 D 觸發(fā)器的 一種 ,它是一個具有記憶功能的二進制信息存儲器件，是構成多種時序電路的最基本邏輯單元。觸發(fā)器具有兩個穩(wěn)定狀態(tài)，即 “0”和 “1”，在一定的外界信號作用下，可以從一個穩(wěn)定狀態(tài)翻轉到另一個穩(wěn)定狀態(tài)。由于其狀態(tài)的更新發(fā)生在 CP 脈沖的邊沿故又稱之為上升沿觸發(fā)的邊沿觸發(fā)器， D 觸發(fā)器的狀態(tài)只取決于時針到來前 D 端的狀態(tài)。引腳圖如圖 所示。 圖 74LS74 引腳圖 在本題目中 74LS74 芯片起分頻的作用。當車輪每轉一圈，霍爾傳感器輸出一個低電平脈沖，通過 74LS74 進行二分頻后，定時器 T1 的開啟時間為車輪轉 1 圈的時間，這樣就可以算出自行車的速度。分頻前后對比圖如圖 所示。 圖 分頻前后對比圖 由圖可見，二分頻后的波形的高或地電平的時間正好是霍爾傳感器開關的一個周期，霍爾傳感器輸出脈沖到 0INT ，即 口接收到對圈數計數的脈沖。經 74LS74二分頻后的信號輸入到 1INT ，內 部定時計數器測得每轉一圈所用的時間，通過計算即可得里程值和即時速度。 t t 0 0 v v 霍爾輸出圈脈 沖 二分頻后的波形 14 74LS244 芯片的介紹 本次設計中的采用驅動數碼管的芯片為 74LS244， 74LS244 為三態(tài)輸出的八位緩沖器和線驅動器，若單片機輸出口直接接顯示部分電路，則電流太小，會導致顯示部分不能正常工作。所以在單片機輸出口先接入驅動芯片 74LS244，增大電流，使 LED能夠正常工作。其邏輯圖如圖 所示，可以看出 74LS244 由 2 組組成、每組由四路輸入、輸出構成。每組有一個控制端高或低電平決定該組數據被接通還是斷開。 圖 74LS244 邏輯圖 單片機外圍電路的設計 時鐘電路的設計 時鐘是單片機的心臟，單片機各功能部件的運行都是以時鐘頻率為基準，有條不紊地一拍一拍地工作。因此，時鐘頻率直接影響單片機的速度，時鐘電路的質量也直接影響單片機系統的穩(wěn)定性。 AT89C52 片內由一個反相放大器構成振蕩器，可以由它產生時鐘。常用的時鐘電路有兩種方式，一種是內部時鐘方式，另一種為外部時鐘方式。本設計采用前者。 單片機內部有一個用于構成振蕩器的高增益反相放大器，該高增益反相放大器的輸入為芯片引腳 XTAL1，輸出端為引腳 XTAL2。這兩個引腳跨接石英晶體振蕩器和電容，就構成一個穩(wěn)定的自激振蕩器。單片機內部時鐘方式的振蕩電路如圖 所示。 3 自行車的速度里程表硬件電路設計 15 圖 單片機片內振蕩電路 電路中的電容 C1 和 C2 常選擇為 30P 左右。對外接電容的值雖然沒有嚴格的要求，但電容的大小會影響振蕩器的高低、振蕩器的穩(wěn)定性、起振的快速性和溫度的穩(wěn)定性。而外接晶體的振蕩頻率的大小，主要取決于單片機的工作頻率范圍，每一種單片機都有自己的最大工作頻率，外接的晶體振蕩頻率不大于單片機的最大工作頻率即可。此外，如果單片機有串行通信，則應該選擇振蕩頻率除以串行通 信頻率可以除盡的晶體。本設計晶振采用 12MHz，則計數周期為 6 1 11 2 1 0 1 1 2T Hz???? μ（ ）S 復位電路的設計 AT89C52 單片機的復位輸入引腳 RET 為 AT89C52 提供了初始化的手段。有了它可以使程序從指定處開始執(zhí)行，即從程序存儲器中的 0000H 地址單元開始執(zhí)行程序。在 89C52 的時鐘電路工作后，只要在 RET 引腳上出現兩個機器周期以上的高電平時，單片機內部則初始復位。只要 RET 保持高電平，則 89C52 循環(huán)復位。只有當 RET 由高電平變成低電平 以后， 89C52 才從 0000H 地址開始執(zhí)行程序。 本系統的復位電路是采用按鍵復位的電路，如圖 所示，是常用復位電路之一。單片機復位通過按動按鈕產生高電平復位稱手動復位。上電時，剛接通電源，電容 C相當于瞬間短路， +5V 立即加到 RET/VPD 端，該高電平使 89C52 全機自動復位，這就是上電復位；若運行過程中需要程序從頭執(zhí)行，只需按動按鈕即可。按下按鈕，則直接把 +5V 加到了 RET/VPD 端從而復位稱為手動復位。復位后， P0 到 P3 并行 I/O口全為高電平，其它寄存器全部清零，只有 SBUF 寄存器狀態(tài)不確定。 16 圖 按鍵復位電路 工作原理：通電瞬間， RC 電路充電， RST 引腳出現高電平，只要 RST 端保持 10ms以上高電平，就能使單片機有效地復位。 顯示電路的設計 本設計中采用 LED 數碼管顯示。在單片機系統中，通常用 LED 數碼顯示器來顯示各種數字或符號。由于它具有顯示清晰、亮度高、使用電壓低、壽命長的特點，因此使用非常廣泛。八段 LED 顯示器由 8 個發(fā)光二極管組成。其中 7 個發(fā)光二極管構成字型 “8”的各個筆畫段，另一個小數點為 dp 發(fā)光二極管。 LED 顯示器有兩種不同的形式：一種是發(fā)光二極管的陽極都連在一起的 ，稱之為共陽極 LED 顯示器；另一種是發(fā)光二極管的陰極都連在一起的，稱之為共陰極 LED 顯示器。如圖 所示。本次設計采用共陰極接法。 LED 顯示方式有動態(tài)顯示和靜態(tài)顯示兩種方式。本系統采用動態(tài)掃描顯示接口電路，動態(tài)顯示接口電路是把所有顯示器的 8 個筆劃段 ah 同名端連在一起，而每一個顯示器的公共極 COM 各自獨立地受 I/O 線控制。 CPU 向字段輸出口送出字型碼時，所有顯示器接收到相同的字型碼，但究竟是哪個顯示器亮，則取決于 COM 端。也就是說我們可以采用分時的方法，輪流控制各個顯示器的 COM 端，使各個顯示器輪流點 亮。在輪流點亮掃描過程中，每位顯示器的點亮時間是極為短暫的（約 1ms），由于人的視覺暫留現象及發(fā)光二極管的余輝效應，盡管實際上各位顯示器并非同時點亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示數據，不會有閃爍感。 圖 七 (八 )段 LED 顯示器 3 自行車的速度里程表硬件電路設計 17 本設計 、 、 、 信號一起組成位選通的位選信號， ～ 信號一起組成段碼選通的段選信號，通過軟件編程，先把所要顯示的數據放入存儲單元，然后把數據送入段選通對應的地址，再選通某一個 LED，逐步完成四個 LED 的顯示。 報警電路的設計 本次報警電路采用蜂鳴器報警，當即時速度超過預定值是蜂鳴器響，指示燈閃爍，提示應該減速。報警電路圖如圖 所示。 圖 報警電路圖 18 4 自行車的速度里程表軟件