【文章內(nèi)容簡介】 ，所以只能外擴程序存儲器來存放程序。 MCS51 單片機復(fù)位后，程序存儲器 PC 的內(nèi)容為 0000H，故系統(tǒng)必須從 0000H 單元開始取指令，執(zhí)行程序。程序存儲器中的 0000H地址是系統(tǒng)程序的啟動地址。一般在該單元存放一條絕對跳轉(zhuǎn)指令，跳向用戶設(shè)計的主程序的起始地址。 64K 程序存儲器中有 5 個單元具有特殊用途。 5 個特殊單元分別對應(yīng)于 5 種中斷源的中斷服務(wù)程序的入口地址。通常在這些中斷入口地址處都放一條絕對跳轉(zhuǎn)指令。加跳轉(zhuǎn)指令的目的是由于兩個中斷入口間隔僅有 8個單元，存放中斷服務(wù)程序往往是不夠用的。 在 MCS51單片機的指令系統(tǒng)中，同外部程序存儲器打交道的指令僅有兩條： (1) MOVC A @A+DPTR (2) MOVC A @A+PC 2. 內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器 MCS51單片機內(nèi)部有 128個字節(jié)的隨機存取存儲器 RAM，作為用戶的數(shù)據(jù)寄存器，它能滿足大多數(shù)控制型應(yīng)用場合的需要，用作處理問題的數(shù)據(jù)緩沖器。 MCS51單片機的片內(nèi)存儲器的字節(jié)地址為 00H7FH。 MCS51單片機對其內(nèi)部 RAM的存儲器有很豐富的操作指令，從而使得用戶在設(shè) 計程序時非常方便。地址為 00H1FH 的 32個單元是 4 組通用工作寄存器區(qū)，每個區(qū)含八個 8 位寄存器，編號為 R7R0。用戶可以通過指令改變 PSW 中的 RS RS0 這二位來切換當前的工作寄存器區(qū)，這種功能給軟件設(shè)計帶來極大的方便，特別是在中斷嵌套時，為實現(xiàn)工作寄存器現(xiàn)場內(nèi)容保護提供了極大的方便。 地址為 20H2FH 的 16 個單元可進行共 128 位的位尋址，這些單元構(gòu)成了 1 位處理機的存儲空間。單元中的每一位都有自己的位地址，這 16 個單元也可以進行字節(jié)尋址。地址為 30H7FH的單元為用戶 RAM區(qū)，只能進行字節(jié)尋址。 3. 特殊功能寄存器 (SFRSpecial Function Register) 特殊功能寄存器反映了 MCS51單片機的狀態(tài)，實際上是 MCS51單片機各功能部件的狀態(tài)及控制寄存器。 SFR 綜合的，實際的反應(yīng)了整個單片機基本系統(tǒng)內(nèi)部的工作狀態(tài)及工作方式。 SFR實質(zhì)上是一些具有特殊功能的片內(nèi) RAM單元，字節(jié)地址范圍為 功能寄存器的總數(shù)為 21 個，離散的分布在該區(qū)域中，其中有些 SFR 還可以進行位尋址。128個字節(jié)的 SFR塊中僅有 21個字節(jié)是由定義的。對于尚未定義的字節(jié)地址單元，用戶不能作寄 存器使用，若訪問沒有定義的單元，則將得到一個不確定的隨機數(shù)。 4. 位尋址空間 常州信息職業(yè)技術(shù)學院電子與電氣工程學院 畢業(yè)設(shè)計論文 4 MCS51 單片機的一個很大優(yōu)點在于它具有一個功能很強的位處理器。在 MCS51 單片機的指令系統(tǒng)中，有一個位處理指令的子集，使用這些指令，所處理的數(shù)據(jù)僅為一位二進制數(shù) (0或 1)。在 MCS51單片機內(nèi)共有 211個可尋址位，它們存在于內(nèi)部 RAM(共有 128個 )和特殊功能寄存器區(qū) (共有 83 個 )中。 當 MCS51 單片機的片內(nèi) RAM 不夠用時，可在片外擴充數(shù)據(jù)存儲器。 MCS51單片機給用戶提供了可尋址 64K字節(jié)的外擴 RAM 的能力，至 于擴多少 RAM，則根據(jù)用戶實際需要來定。 并行 I/O 口 MCS51 單片機共有 4 個雙向的 8 位并行 I/O 端口（ Port），分別記作 P0P3，共有 32根口線，各口的每一位均由鎖存器、輸出驅(qū)動器和輸入緩沖器所組成。實際上 P0P3已被歸入特殊功能寄存器之列。這四個口除了按字節(jié)尋址以外，還可以按位尋址。由于它們在結(jié)構(gòu)上有一些差異，故各口的性質(zhì)和功能有一些差異。 P0口是雙向 8位三態(tài) I/O口，此口為地址總線（低 8位）及數(shù)據(jù)總線分時復(fù)用口，可驅(qū)動 8 個 LS 型 TTL 負載。 P1 口是 8 位準雙向 I/O 口，可驅(qū)動 4 個 LS 型負載。 P2 口是 8位準雙向 I/O 口，與地址總線（高 8 位）復(fù)用，可驅(qū)動 4 個 LS 型 TTL 負載。 P3 口是 8 位準雙向 I/O口，是雙功能復(fù)用口，可驅(qū)動 4個 LS 型 TTL負載。 P1口、 P2 口、 P3口各 I/O口線片內(nèi)均有固定的上拉電阻，當這 3個準雙向 I/O口做輸入口使用時，要向該口先寫“ 1”，另外準雙向 I/O口無高阻的“浮空”狀態(tài)，故稱為雙向三態(tài) I/O 口。 P0P3 口都是并行 I/O 口，都可用于數(shù)據(jù)的輸入和輸出，但 P0 口和 P2 口出了可進行數(shù)據(jù)的輸入 /輸出外，通常用來構(gòu)建系統(tǒng)的數(shù)據(jù)總線和地址總線，所以在電路中有一個多路 轉(zhuǎn)換開關(guān) MUX，以便進行兩種用途的轉(zhuǎn)換。而 P1 口和 P3 口沒有構(gòu)建系統(tǒng)的數(shù)據(jù)總線和地址總線的功能。因此，在電路中沒有多路轉(zhuǎn)接開關(guān) MUX。由于 P0 口可作為地址 /數(shù)據(jù)復(fù)用線試用，需傳送系統(tǒng)的低 8位地址和 8位數(shù)據(jù)，因此， MUX的一個輸入端為“地址 /數(shù)據(jù)”信號。而 P2口僅作為高位地址線試用，不涉及數(shù)據(jù)，所以 MUX的一個輸入信號為“地址”。 在 4個口中只有 P0 口是一個真正的雙向口， P1P3這三個口都是準雙向口。原因是在應(yīng)用系統(tǒng)中， P0口作為系統(tǒng)的數(shù)據(jù)總線使用時，為保證數(shù)據(jù)的正確傳送，需要解決芯片內(nèi)外的隔離問題，即只有 在數(shù)據(jù)傳送時芯片內(nèi)外才接通 。不進行數(shù)據(jù)傳遞時，芯片內(nèi)外處于隔離狀態(tài)。為此，要求 P0口的輸出緩沖器是一個三態(tài)門。 在 P0口中輸出三態(tài)門是由兩只場效應(yīng)管 (FET)組成，所以說它是一個真正的雙向口。而其他的三個口中，上拉電阻代替 P0 口中的場效應(yīng)管，輸出緩沖器不是三態(tài)的，因此不是真正的雙向口，只能稱其為準雙向口。 P3口的口線具有第二功能，為系統(tǒng)提供一些控制信號，因此在 P3口電路增加了第二功能控制邏輯。這是 P3口與其他各口的不同之處。 時鐘電路與時序 時鐘電路用于產(chǎn)生 MCS51 單片機工作時所必需的時鐘信號 。 MCS51 單片機本身就是一個復(fù)雜的同步時序電路，為保證同步工作方式的實現(xiàn)， MCS51單片機應(yīng)在唯一的時鐘信號控制下，嚴格地按時序執(zhí)行進行工作，而時序所研究的是指令執(zhí)行中各個信號的關(guān)系。 在執(zhí)行指令時， CPU 首先要到程序存儲器中取出需要執(zhí)行的指令操作碼，然后譯碼，并由時序電路產(chǎn)生一系列控制信號去完成指令所規(guī)定的操作。 CPU發(fā)出的時序信號有兩類，一類用于片內(nèi)對各個功能部件的控制，這類信號很多。另一類用于片外存儲器或 I/O端口的控制，這部分時序?qū)τ诜治觥⒃O(shè)計硬件接口電路至關(guān)重要。這也是單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計者普 遍關(guān)心的問題。 常州信息職業(yè)技術(shù)學院電子與電氣工程學院 畢業(yè)設(shè)計論文 5 第三 章 電路的硬件設(shè)計 硬件設(shè)計方案 本論文探討了一種基于單片機的智能去電控制系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計，并搭建硬件電路進行軟硬件調(diào)試，驗證了系統(tǒng)設(shè)計的正確性。 1. 論文所作的工作 (1) 智能去電控制 系統(tǒng)的整體規(guī)劃 (2) 完成 智能去電控制 系統(tǒng)的硬件設(shè)計（包括去電信號產(chǎn)生電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、去電輸出接口電路等各個部分電路的設(shè)計） (3) 完成 智能去電控制 系統(tǒng)的軟件設(shè)計（包括主程序、鍵盤輸入處理子程序、 D/A 轉(zhuǎn)換及去電輸出子程序和黑白名單區(qū)分子程序的編制） (4) 利用 Protel 99SE 繪制了電路原理圖 2. 主要特點 (1) 是基于單片機的 智能去電控制 系統(tǒng)，系統(tǒng)的可擴展性好 (2) 主要依靠軟件來實現(xiàn)的 智能去電控制 系統(tǒng)， 降低了成本、提高了系統(tǒng)的性價比 。 系統(tǒng)總體框圖 整機結(jié)構(gòu)圖 如 圖所示： 圖 21整機結(jié)構(gòu)圖 整體的設(shè)計方案為：系統(tǒng) 采用單片微處理器 89C51 為核心， 同時利用 74LS373 緩沖器、74LS138 譯碼器、 7404 反相器、 DAC0832 D/A 轉(zhuǎn)換器等完成智能去電控制功能。系統(tǒng)的實現(xiàn)可以分為以下幾個模塊： 去電信號產(chǎn)生模塊：用于產(chǎn)生去電信號。當去電信號的上下限值設(shè)定好后，按下‘ *’號鍵，則產(chǎn)生去電信號輸出。這部分是設(shè)計的重中之重，主要是如何控制 64 個采樣點的輸出時序； 鍵盤接口模塊：用于處理鍵盤輸入數(shù)據(jù)。用戶可以在鍵盤上輸入所需的去電信號上下限頻率值，每次輸入以‘ ’號鍵為結(jié)束標志； 模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊：實現(xiàn)數(shù)字量到模擬量的模數(shù)轉(zhuǎn)換，使最后的輸出為電壓形式的去電信號； 去電輸出接口模塊：用于把去電信號由系統(tǒng)輸出到電話線上。 去電信號的產(chǎn)生 產(chǎn)生頻率周期變化的去電信號實際上就是由一個單一穩(wěn)定的頻率源進行 分頻或混頻來實現(xiàn)的。因為該系統(tǒng)所產(chǎn)生的去電信號頻率范圍主要集中在低頻段，大約在幾千赫茲左右，所以在信號產(chǎn)生方面系統(tǒng)采用了 DDS(直接數(shù)字頻率合成 )技術(shù)：用隨機讀寫存儲器鍵盤輸入 89C5 1 8255 數(shù)模轉(zhuǎn)換 去電 輸出 常州信息職業(yè)技術(shù)學院電子與電氣工程學院 畢業(yè)設(shè)計論文 6 RAM 存儲去電信號的量化數(shù)據(jù)，按照不同頻率變化要求以頻率控制字 K 為步進，對相位增量進行累加，以累加相位值作為地址碼讀取存放在存儲器內(nèi)的去電信號，再經(jīng)過 D/A 轉(zhuǎn)換和濾波即可得到去電輸出信號。由于 DDS 技術(shù)采用了全數(shù)字結(jié)構(gòu) ,與傳統(tǒng)的單環(huán)、雙環(huán)、多環(huán)及小數(shù)分頻等頻率合成技術(shù)相比，它具有合成信號相對頻帶寬、工作速度快及信噪比高等優(yōu)點，便于實現(xiàn)后期功能 擴展。 DDS基本工作過程如下：模數(shù)為 N2 的相位累加器，在時鐘 sf 的控制下，將頻率控制字 K進行累加，對每個時鐘脈沖 ,相位累加器在原值基礎(chǔ)上加 K，滿量 (即到 2n) 后，以剩余數(shù)為基礎(chǔ)重復(fù)進行 K的累加過程，累加器的輸出作為去電信號查詢表的地址，去電信號查詢表內(nèi)所存儲的內(nèi)容是相應(yīng)的 ? ?NR 22sin ? 的值。其中 R 為相位累加器的內(nèi)容，去電信號查詢表的輸出經(jīng) DAC 變換在經(jīng)過濾波后就得到所需要的去電輸出信 號。 電路的設(shè)計 復(fù)位電路 MCS51 單片機的復(fù)位是由外部的復(fù)位電路來實現(xiàn)的。復(fù)位電路通常采用上電自動復(fù)位和按鈕復(fù)位兩種方式。 本電路采用的是上電復(fù)位方式。復(fù)位電路如 圖所示： 圖 33 復(fù)位電路 圖 22 復(fù)位電路 上電復(fù)位：上電復(fù)位電路是 — 種簡單的復(fù)位電路，只要在 RST 復(fù)位引腳接一個電容到Vcc，接一個電阻到地就可以了。上電復(fù)位是指在給系統(tǒng)上電時，復(fù)位電路通過電容加到RST 復(fù)位引腳一個短暫的高電平信號，這個復(fù)位信號隨著 Vcc 對電容的充電過程而回落，所以 RST 引腳復(fù)位的高電平維持時間取決于電容的充電時間。為了保證系統(tǒng)安全可靠的復(fù)位， RST 引腳的高電平信號必須維持足夠長的時間。 手動復(fù)位：手動復(fù)位需要人為在復(fù)位輸入端加高電平讓系統(tǒng)復(fù)位。一般采用的方法是在 RST 端和正電源 Vcc 之間接一個按鍵，當按下按鍵后， Vcc 和 RST 端接通， RST 引腳處有高電平，而且按鍵動作一般是數(shù)十毫秒、大于兩個機器周期的時間，能夠安全的讓系統(tǒng)復(fù)位。 上電自動復(fù)位是通過外部復(fù)位電路的電容充電來實現(xiàn)的。只要 Vcc 的上升時間不超過1ms，就可以實現(xiàn)自動上電復(fù)位。除了上電復(fù)位外，有時還需要按鍵手 動復(fù)位。按鍵手動常州信息職業(yè)技術(shù)學院電子與電氣工程學院 畢業(yè)設(shè)計論文 7 復(fù)位有電平方式和脈沖方式兩種。 時鐘電路 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，有條不紊的一拍一拍地工作。因此，時鐘頻率直接影響單片機的速度，時鐘電路的質(zhì)量也直接影響單片機系統(tǒng)的穩(wěn)定性。常用的時鐘電路有兩種方式：一種是內(nèi)部時鐘方式，另一種為外部時鐘方式。本文用的是內(nèi)部時鐘方式。 時鐘電路如 圖所示： 圖 33 時鐘電路 MCS51 單片機內(nèi)部有一個用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器，該高增益反向放大器的輸入端為芯片引腳 XTAL1，輸出 端為引腳 XTAL2。這兩個引腳跨接石英晶體振蕩器和微調(diào)電容，就構(gòu)成一個穩(wěn)定的自激振蕩器。 按鍵電路 按鍵是一組常開的按鍵開關(guān) ,每個按鍵都被賦予一個代碼，稱為鍵碼。按鍵的開關(guān)狀態(tài)通過一定的電路轉(zhuǎn)換為高、低電平狀態(tài)。按鍵閉合過程在相應(yīng)的 I/O 端口形成一個負脈沖。閉合和釋放過程都要經(jīng)過一定的過程才能達到穩(wěn)定，這一過程是處于高、低電平之間的一種不穩(wěn)定狀態(tài)，稱為抖動。抖動持續(xù)時間的常長短與開關(guān)的機械特性有關(guān)，一般在 510ms之間。為了避免 CPU 多次處理按鍵的一次閉合，應(yīng)采用措施消除抖動。本文在軟件中采用了 相應(yīng)的軟件程序來消除抖動。當發(fā)現(xiàn)有鍵按下時，延時 1020ms 再查詢是否有鍵按下，若沒有鍵按下，說明上次查詢結(jié)果為干擾或抖動；若仍有鍵按下，則說明閉合鍵已穩(wěn)定。 本文采用的是獨立式按鍵，直接用 I/O 口線構(gòu)成單個按鍵電路，每個按鍵占用一條 I/O口線，每個按鍵的工作狀態(tài)不會產(chǎn)生互相影響。 鍵盤電路如圖所示： 鍵盤是人機交互的窗口，通過鍵盤實現(xiàn)人對設(shè)備的控制和設(shè)置。本裝置的鍵盤共 12鍵，其中‘ 0’～‘ 9’鍵用于輸入去電信號上、下限頻率值；‘ ’號鍵是數(shù)值輸入結(jié)束標志；‘ *’號鍵是頻率設(shè)定結(jié)束后的去電開始標志。這 12 鍵與 8255A 的 PB 口和 P