【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 里程表硬件電路設(shè)計(jì) 7 DABCEVC C( 1 )( 2 )G N DO U T( 3 )( a )0 5 1 01 5 2 03691 2VO/ VB / m T釋 放 點(diǎn)( O F F )工 作 點(diǎn)( O N )( V )( b ) 圖 集成開關(guān)型霍爾傳感器 圖 集成霍爾開關(guān)接線圖 單片機(jī)的原理及應(yīng)用 單片機(jī)原理簡(jiǎn)介 單片機(jī)是指集成在一個(gè)芯片上的微型計(jì)算機(jī)，也就是把組成微型計(jì)算機(jī)的各種功能部件，包括 CPU(Central Processing Unit)、隨機(jī)存儲(chǔ)器 RAM(Random Access Memory)、只讀存儲(chǔ)器 ROM(Readonly Memory)、基本輸入 /輸出 (Input/Output)接口電路。定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器等部件都制作在一塊集成芯片上，構(gòu)成一個(gè)完整的微型計(jì)算機(jī)從而實(shí)現(xiàn)微型計(jì)算機(jī)的基本功能。單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖如圖 所示。 8 圖 單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖 （ CPU） 中央處理器是單片機(jī)最核心的部分，主要完成運(yùn)算和控制功能。 內(nèi)部存儲(chǔ)器包括內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（內(nèi)部 RAM）和內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。存儲(chǔ)器是由大量的寄存器所組成，其中每一個(gè)寄存器就稱為一個(gè)存儲(chǔ)單元。 /計(jì)數(shù)器 單片機(jī)的定時(shí)器和計(jì)數(shù)器是同一結(jié)構(gòu)，只是計(jì)數(shù)器記錄的是單片機(jī)外部發(fā)生的事件，由單片機(jī)的外部電路提供計(jì)數(shù)信號(hào)；而定時(shí)器是由單片機(jī)內(nèi) 部提供一個(gè)非常穩(wěn)定的計(jì)數(shù)信號(hào)。 中斷系統(tǒng)在計(jì)算機(jī)中起著十分重要的作用，是現(xiàn)代計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中廣泛采用的一種實(shí)時(shí)控制技術(shù)，能對(duì)突發(fā)事件進(jìn)行及時(shí)處理，從而大大提高系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性能。 I/O 接口 串行 I/O 口的數(shù)據(jù)各位按順序傳輸，其特點(diǎn)是需要一對(duì)傳輸線，成本低；但速度慢，效率低，適合靜態(tài)顯示。 I/O 接口 并行 I/O 接口的數(shù)據(jù)所有位同時(shí)傳送。其特點(diǎn)是傳輸速度快，效率高；但傳送多少位就需要多少根傳輸線，因此傳送成本高，適合動(dòng)態(tài)顯示 。 單片機(jī)的引腳功能介紹 AT89C52 是美國(guó) ATMEL 公司生產(chǎn)的低電壓，高性能 CMOS 8 位單片機(jī)，片內(nèi)含8K Bytes 的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲(chǔ)器（ EPROM）和 256 字節(jié)的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（ RAM），器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，與標(biāo)準(zhǔn) 定時(shí) /計(jì)數(shù)器 中斷系統(tǒng) CPU 存儲(chǔ)器 并行I/O口 串口I/O口 TXD TXD RXD T INT P0P3 3 自行車的速度里程表硬件電路設(shè)計(jì) 9 MCS51 指令系統(tǒng)及 8052 產(chǎn)品引腳兼容，片內(nèi)置通用 8 位中央處理器（ CPU）和 Flash存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大， AT89C52 單片機(jī)適合于許多較為復(fù)雜控制場(chǎng)合應(yīng)用。 圖 AT89C52 引腳圖 AT89C52 提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8K 字節(jié) Flash 閃速存儲(chǔ)器， 256 字節(jié)內(nèi)部 RAM，32 個(gè) I/O 口線， 3 個(gè) 16 位定時(shí) /計(jì)數(shù)器， 5 個(gè)中斷源， 一個(gè)全雙工串行通信口，片內(nèi)具有振蕩器及時(shí)鐘電路。 AT89C52 管腳圖如圖 所示。 AT89C52 的主要管腳功能如下： ～ ： P0 口是一組 8 位漏極開路型雙向 I/O 口，也是地址 /數(shù)據(jù)總線復(fù)用口。 ～ ： P1 是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口 。 ～ ： P2 是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口。 ～ ： P3 是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口。 ALE：地址鎖存控制信號(hào)。在系統(tǒng)擴(kuò)展時(shí)， ALE 用于控制把 P0 口輸出的低 8 位地址鎖存起來(lái)，以實(shí)現(xiàn)低位地址和數(shù)據(jù)的 分時(shí)傳送 。此外，由于 ALE 是以晶振 1／ 6的固定頻率輸出的正脈沖，因此，可作為外部時(shí)鐘或外部定時(shí)脈沖使用。 PSEN：外部程序存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)。在讀外部 ROM 時(shí)， PSEN有效 (低電平 )，以實(shí)現(xiàn)外部 ROM 單元的讀操作。 EA ：訪問(wèn)程序存儲(chǔ)控制信號(hào)。當(dāng) EA 信號(hào)為低電平時(shí)， 對(duì) ROM 的讀操作限定在外部程序存儲(chǔ)器；當(dāng) EA 信號(hào)為高電平時(shí)，對(duì) ROM 的讀操作是從內(nèi)部程序存儲(chǔ)器開始，并可延至外部程序存儲(chǔ)器。 RST：復(fù)位信號(hào)。當(dāng)輸入的復(fù)位信號(hào)延續(xù)兩個(gè)機(jī)器周期以上的高電平時(shí)即為有效，用以完成單片機(jī)的復(fù)位初始化操作。 XTALl 和 XTAL2：外接晶體引線端。當(dāng)使用芯片內(nèi)部時(shí)鐘時(shí)，此二引線端用于外接石英晶體和微調(diào)電容；當(dāng)使用外部時(shí)鐘時(shí)，用于接外部時(shí)鐘脈沖信號(hào)。 10 VSS：地線。 VCC： +5V 電源。 如果把前述的信號(hào)定義為引腳第一 功能的話，則根據(jù)需要再定義的信號(hào)就是它的第二功能。 P3 的 8 條口線都定義有第二功能，如表 所示 對(duì)于有內(nèi)部 EPROM 的單片機(jī)芯片 (例如 87C51)，為寫入程序須提供專門的編程脈沖和編程電源。它們也由引腳以第二功能的形式提供的，即： 編程脈沖： 30 腳 ( /ALE PROG) 編程電壓 (25V)： 31 腳 ( /EAVPP ) 表 P3 口引腳與第二功能 引腳 第二功能 信號(hào)名稱 RXD 串行數(shù)據(jù)接收 TXD 串 行數(shù)據(jù)接收 0INT 外部中斷 0 申請(qǐng) 1INT 外部中斷 1 申請(qǐng) T0 定時(shí) /計(jì)數(shù)器 0 的外部輸入 T1 定時(shí) /計(jì)數(shù)器 1 的外部輸入 WR 外部 RAM 寫選通 RD 外部 RAM 讀選通 單片機(jī)中斷系統(tǒng)介紹 中斷是 指 當(dāng)計(jì)算機(jī)執(zhí)行正常程序時(shí)，系統(tǒng)中出現(xiàn)某些急需處理的事件， CPU 暫時(shí)中止 當(dāng)前的程序，轉(zhuǎn)去執(zhí)行服務(wù)程序，以對(duì)發(fā)生的更緊迫的事件進(jìn)行處理，待處理結(jié)束后， CPU 自動(dòng)返回原來(lái)的程序執(zhí)行 AT89C52 系列單片機(jī)的系統(tǒng)有 5 個(gè)中斷源， 2個(gè)優(yōu)先級(jí)，可實(shí)現(xiàn)二級(jí)中斷服務(wù)嵌套。由片內(nèi)特殊功能寄存器中的中斷允許寄存器 IE控制 CPU 是否響應(yīng)中斷請(qǐng)求； 由 中斷優(yōu)先級(jí)寄存器 IP 安排各優(yōu)中斷源的優(yōu)先級(jí)；同一優(yōu)先級(jí)內(nèi)各終端同時(shí)提出中斷請(qǐng)求時(shí)，由內(nèi)部的查詢邏輯確定其響應(yīng)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(qǐng)求信號(hào)分別由單片機(jī)引腳 0INT / 和 1INT / 輸入 。 外部中斷請(qǐng)求有兩種信號(hào)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(qǐng)求是低電平有效。只要在 0INT 和 1INT 引腳上出現(xiàn)有效低電平時(shí)，就激活外部中斷方式。脈沖觸發(fā)方式的中斷請(qǐng)求則是脈沖的負(fù)跳變有效。在這種方式下，在兩個(gè)相3 自行車的速度里程表硬件電路設(shè)計(jì) 11 鄰機(jī)器周期內(nèi)， 0INT 和 1INT 引腳 電平發(fā)生變化，即在第一個(gè)機(jī)器周期內(nèi)為高電平，第二個(gè)機(jī)器周期內(nèi)為低電平，就激活外部中斷。由此可見(jiàn)，在脈沖方式下，中斷請(qǐng)求信號(hào)的高電平和低電平狀態(tài)都應(yīng)至少維持一個(gè)機(jī)器周期，以使 CPU 采樣到電平狀態(tài)的變化，本次設(shè)計(jì)所采用的觸發(fā)方式為脈沖觸發(fā)方式。 CPU 對(duì)中斷系統(tǒng)所有中斷以及某個(gè)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(guò)程序由軟件設(shè)定，某位設(shè)定為 1，相應(yīng)的中斷源中斷允許；某位設(shè)定為 0，相應(yīng)的中斷源中斷屏蔽。 CPU 復(fù)位時(shí)， 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(shí) /計(jì)數(shù)器 T0 中斷允許位； EX1（ ）外部 1INT 中斷允許位； ET1（ ）定時(shí) /計(jì)數(shù)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(jī)有兩個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)，即可實(shí)現(xiàn)二級(jí)中斷服務(wù)嵌套。每個(gè)中斷源的中斷優(yōu)先級(jí)都是由中斷優(yōu)先級(jí)寄存器 IP 中的相應(yīng)的狀態(tài)來(lái)規(guī)定的。 IP 的狀態(tài)由軟件設(shè)定，某位 設(shè)定為 1，則相應(yīng)的中斷源為高優(yōu)先級(jí)中斷；某位設(shè)定為 源為低優(yōu)先級(jí)中斷。單片機(jī)復(fù)位時(shí)， IP 各位清 0，各中斷源同為低優(yōu)先級(jí)中斷。 IP 寄存器各位的定義如下。 PX0（ ）外部中斷 0INT 優(yōu)先級(jí)設(shè)定位； PT0（ ）定時(shí) /計(jì)數(shù)器 T0 中斷優(yōu)先級(jí)設(shè)定位； PX1（ ）外部中斷 1INT 中斷優(yōu)先級(jí)設(shè)定位； PT1（ ）定時(shí) /計(jì)數(shù)器 T1 中斷優(yōu)先級(jí)設(shè)定位； PS（ ）串行口中斷優(yōu)先級(jí)設(shè)定位。 單片機(jī)定 時(shí) /計(jì)數(shù)功能介紹 AT89C52 單片機(jī)定時(shí) /計(jì)數(shù)器的工作由兩個(gè)特殊功能寄存器控制。 TMOD 用于設(shè)置其工作方式； TCON 用于控制其啟動(dòng)和中斷請(qǐng)求。 TMOD 工作方式寄存器 TMOD 用于設(shè)置定時(shí) /計(jì)數(shù)器的工作方式。 GATE：門控位。 GATE=0 時(shí)，只要用軟件使 TCON 中的 TR0 或 TR1 為 1，就可以啟動(dòng)定時(shí) /計(jì)數(shù)器工作； GATE=1 時(shí)，要用軟件 TR0 或 TR1 為 1，同時(shí)外部中斷引腳 0INT 或 1INT 也為高電平時(shí)，才能啟動(dòng)定時(shí) /計(jì)數(shù)器工作。 /CT：定時(shí) /計(jì)數(shù)模式選擇位。 /CT=0 為定時(shí)模式； /CT =1 為計(jì)數(shù)模式。 M1M2：工作方式設(shè)置位。定時(shí) /計(jì)數(shù)器有 4 種工作方式，由 M1M2 進(jìn)行設(shè)置。 12 本次設(shè)計(jì) TMOD 為 90H，即選通定時(shí) /計(jì)數(shù)器 定時(shí)功能、工作方式 1。工作方式 16 位定時(shí) /計(jì)數(shù)器。 TCON TF1（ ）定時(shí) /計(jì)數(shù)器 T1 溢出中斷請(qǐng)求標(biāo)志位。定時(shí) /計(jì)數(shù)器 T1 計(jì)數(shù)溢出時(shí)由硬件自動(dòng)置 TF1 為 1。 CPU 響應(yīng)中斷后 TF1 由硬件自動(dòng)清零。 T1 工作時(shí)， CPU可隨時(shí)查詢 TF 的狀態(tài)。所以， TF1 可用作查詢測(cè)試的標(biāo)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(shí) /計(jì)數(shù)器 T1 運(yùn)行控制位。 TR1 置 1 時(shí)時(shí)，定時(shí) / 計(jì)數(shù)器 T1開始工作； TR1 置 0 時(shí)，定時(shí) /計(jì)數(shù)器 T1 停止工作。 TR1 由軟件置 1 或清 0。 TF0（ ）：定時(shí) /計(jì)數(shù)器 T0 溢出中斷請(qǐng)求標(biāo)志位。 TR0（ ）：定時(shí) /計(jì)數(shù)器 T0 運(yùn)行控制位。 其他器件的介紹 存儲(chǔ)器的介紹 AT24C02 是一個(gè) 2K 位串行 CMOSE2PROM。內(nèi)部含有 256 個(gè) 8 位字節(jié)， ATMEL公司的先進(jìn) CMOS 技術(shù)實(shí)質(zhì)上減少了器件的功耗。 AT24C02 有一個(gè) 16 字節(jié)頁(yè)寫緩沖器，該器件通過(guò) I2C 總線接口進(jìn)行操作有一個(gè)專門的寫保護(hù)功能。 AT24C02 支持 I2C總線數(shù)據(jù)傳送協(xié)議。數(shù)據(jù)傳送是由產(chǎn)生串行時(shí)鐘和所有起始停止信號(hào)的主