【文章內(nèi)容簡介】 部時鐘或外部定時脈沖使用。：外部程序存儲器讀選通信號。在讀外部ROM時，有效(低電平)，以實現(xiàn)外部ROM單元的讀操作。：訪問程序存儲控制信號。當信號為低電平時，對ROM的讀操作限定在外部程序存儲器；當信號為高電平時，對ROM的讀操作是從內(nèi)部程序存儲器開始，并可延至外部程序存儲器。RST：復位信號。當輸入的復位信號延續(xù)兩個機器周期以上的高電平時即為有效，用以完成單片機的復位初始化操作。XTALl和XTAL2：外接晶體引線端。當使用芯片內(nèi)部時鐘時，此二引線端用于外接石英晶體和微調(diào)電容；當使用外部時鐘時，用于接外部時鐘脈沖信號。VSS：地線。 VCC：+5V電源。以上是MCS51單片機芯片40條引腳的定義及簡單功能說明。由于工藝及標準化等原因，芯片的引腳數(shù)目是有限制的。例如，MCS51系列把芯片引腳數(shù)目限定為40條，但單片機為實現(xiàn)其功能所需要的信號數(shù)目卻遠遠超過此數(shù)，因此就出現(xiàn)了需要與可能的矛盾。如何解決這個矛盾? “兼職”是唯一可行的辦法，即給一些信號引腳賦以雙重功能。如果把前述的信號定義為引腳第一功能的話，則根據(jù)需要再定義的信號就是它的第二功能。下面介紹一些信號引腳的第二功能。(1) P3 口線的第二功能。P3的8條口線都定義有第二功能， P3口引腳與第二功能引腳第二功能信號名稱RXD串行數(shù)據(jù)接收TXD串行數(shù)據(jù)發(fā)送外部中斷0申請外部中斷1申請T0定時/計數(shù)器0的外部輸入T1定時/計數(shù)器1的外部輸入外部RAM寫選通外部RAM讀選通 (2) EPROM存儲器程序固化所需要的信號。有內(nèi)部EPROM的單片機芯片(例如8751)，為寫入程序需提供專門的編程脈沖和編程電源，這些信號也是由信號引腳以第二功能的形式提供的，即：編程脈沖：30腳(ALE/)編程電壓(25V)：31腳(/VPP)(3) 備用電源引入。MCS51單片機的備用電源也是以第二功能的方式由9腳(RST/VPD)引入的。當電源發(fā)生故障，電壓降低到下限值時，備用電源經(jīng)此端向內(nèi)部RAM提供電壓，以保護內(nèi)部RAM中的信息不丟失。 單片機中斷系統(tǒng)介紹在本次設計當中，中斷部分的設計尤為重要，所謂中斷，是當計算機執(zhí)行正常程序時，系統(tǒng)中出現(xiàn)某些急需處理的事件，CPU暫時中止當前的程序，轉(zhuǎn)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(jié)束后，CPU自動返回原來的程序執(zhí)行。AT89S52系列單片機的系統(tǒng)有5個中斷源，2個優(yōu)先級，可實現(xiàn)二級中斷服務嵌套。由片內(nèi)特殊功能寄存器中的中斷允許寄存器IE控制CPU是否響應中斷請求；有中斷優(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(nèi)各終端同時提出中斷請求時，由內(nèi)部的查詢邏輯確定其響應次序。本次設計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/。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。只要在和引腳上出現(xiàn)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，在兩個相鄰機器周期內(nèi)，活引腳電平發(fā)生變化，即在第一個機器周期內(nèi)為高電平，第二個機器周期內(nèi)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(tǒng)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（）外部中斷允許位；ET0（）定時/計數(shù)器T0中斷允許位；EX1（）外部中斷允許位；ET1（）定時/計數(shù)器T1中斷允許位；ES（）串行口中斷允許位；EA（）CPU中斷允許位。AT89S52單片機有兩個中斷優(yōu)先級，即可實現(xiàn)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；。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（）外部中斷優(yōu)先級設定位；PT0（）定時/計數(shù)器T0中斷優(yōu)先級設定位；PX1（）外部中斷中斷優(yōu)先級設定位；PT1（）定時/計數(shù)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(shù)功能介紹AT89S52單片機定時/計數(shù)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。工作方式寄存器TMOD用于設置定時/計數(shù)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(shù)器工作；GATE=1時，要用軟件TR0或TR1為1，同時外部中斷引腳或也為高電平時，才能啟動定時/計數(shù)器工作。：定時/計數(shù)模式選擇位。=0為定時模式； =1為計數(shù)模式。M1M2：工作方式設置位。定時/計數(shù)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(shù)器定時功能、工作方式1。工作方式16位定時/計數(shù)器。TF1（）定時/計數(shù)器T1溢出中斷請求標志位。定時/計數(shù)器T1計數(shù)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(shù)器T1運行控制位。TR1置1時時，定時/ 計數(shù)器T1開始工作；TR1置0時，定時/計數(shù)器T1停止工作。TR1由軟件置1或清0。TF0（）：定時/計數(shù)器T0溢出中斷請求標志位。TR0（）：定時/計數(shù)器T0運行控制位。 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(zhì)量也直接影響單片機系統(tǒng)的穩(wěn)定性。AT89S52片內(nèi)由一個反相放大器構(gòu)成振蕩器，可以由它產(chǎn)生時鐘。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。本設計采用前者。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(gòu)成一個穩(wěn)定的自激振蕩器。 單片機片內(nèi)振蕩電路電路中的電容C1和C2常選擇為30pF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(shù)周期為T=S 復位電路的設計AT89S52單片機的復位輸入引腳RET為AT89S52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89S52的時鐘電路工作后，只要在RET引腳上出現(xiàn)兩個機器周期以上的高電平時，單片機內(nèi)部則初始復位。只要RET保持高電平，則89S52循環(huán)復位。只有當RET由高電平變成低電平以后，89S52才從0000H地址開始執(zhí)行程序。本系統(tǒng)的復位電路是采用按鍵復位的電路，是常用復位電路之一。單片機復位通過按動按鈕產(chǎn)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89S52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。 按鍵復位電路工作原理：上電瞬間，RC電路充電，RST引腳出現(xiàn)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(shù)碼管顯示。在單片機系統(tǒng)中，通常用LED數(shù)碼顯示器來顯示各種數(shù)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(gòu)成字型“8”的各個筆畫段，另一個發(fā)光二極管為小數(shù)點。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。本次設計采用共陽極接法。 八段LED顯示器LED顯示方式有動態(tài)顯示和靜態(tài)顯示兩種方式。本系統(tǒng)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(xiàn)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(shù)據(jù)，不會有閃爍感。、~，通過軟件編程，先把所要顯示的數(shù)據(jù)放入存儲單元，然后把數(shù)據(jù)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時蜂鳴器響，指示燈亮。 報警電路圖4 自行車速度/里程表軟件程序設計 概述在硬件設計完畢之后，接下來就是設計中最核心和最為主要的軟件部分設計。所謂軟件設計就是把軟件需求變換成軟件的具體設計方案（即模塊結(jié)構(gòu)）的過程。模塊化結(jié)構(gòu)設計即是根據(jù)要求和硬件設計的結(jié)構(gòu)，將整個系統(tǒng)的功能分成許多小的功能模塊，再根據(jù)這些小的功能模塊進行程序編寫的過程。這樣的設計方法，使得系統(tǒng)的整個功能和各部分的功能趨于明朗化。當系統(tǒng)出現(xiàn)問題，就可以根據(jù)功能設置找出問題的根源，從而更快地解決問題。所以說，在整個設計過程中，軟件設計必須與硬件設計緊密地結(jié)合在一起?；诨魻杺鞲衅髯孕熊囁俣?里程表的軟件設計包括上電初始化程序、中斷子程序、速度調(diào)用子程序、里程調(diào)用子程序、LED顯示子程序、延時子程序等幾大部分。由于要實現(xiàn)很多功能，所以采用模塊化設計，下面就其主要部分分別加以分析。 自行車速度/里程表總體程序設計在主程序模塊中，需要完成對各接口芯片的初始化、自行車里程和速度的初始化、中斷向量的設計以及開中斷、循環(huán)等待等工作。另外，在主程序模塊中還需要設置啟動/清除標志寄存器、里程寄存器、速度寄存器，并對它們進行初始化。然后主程序?qū)⒏鶕?jù)各標志寄存器的內(nèi)容，分別完成啟動、清除、計程和計速等不同的操作。，低電平為顯示速度，高電平為顯示里程。中斷0用于對輪子圈數(shù)的計數(shù)輸入，輪子每轉(zhuǎn)一圈，霍爾傳感器輸出一個低電平脈沖。將根據(jù)里程寄存器中的內(nèi)容計算和判斷出行駛里程數(shù)。中斷1用于控制定時器T1的啟/停，當輸入為0時關(guān)閉定時器。此控制信號是將輪子圈數(shù)的計數(shù)經(jīng)二分頻后形成。這樣，每次定時器T1的開啟時間剛好為轉(zhuǎn)一圈的時間，根據(jù)輪子的周長就可以計算出自行車的速度。 開始初始化開中斷，啟動定時器=1?調(diào)用速度處理子程序NY調(diào)用里程處理子程序 主程序流程圖 中斷子程序的設計定時中斷是為滿足定時或計數(shù)的需要而設置的。為此在單片機內(nèi)部有兩個定時/計數(shù)器，以對其中的計數(shù)結(jié)構(gòu)進行計數(shù)的方法，來實現(xiàn)定時或計數(shù)功能。當結(jié)構(gòu)發(fā)生計數(shù)溢出時，即表明定時時間或計數(shù)值已滿，這時就以計數(shù)溢出信號作為中斷請求，去置位一個溢出標志，作為單片機接受中斷請求的標志。這種中斷請求是在單片機芯片內(nèi)部發(fā)生的，因此無須在芯片上設置引入端。關(guān)中斷開始現(xiàn)場保護開中斷中斷處理關(guān)中斷現(xiàn)場恢復開中斷中斷返回定時/計數(shù)器控制寄存器TCON是8位寄存器，地址為88H，可以位尋址。其高4位用于定時/計數(shù)器中斷控制，低4位借給外部