【文章內容簡介】 ，維持片內RAM處于“餓電流”供電狀態(tài)保存信息，一直維持到VCC恢復為止。80C51的掉電保護過程則不同。當電壓檢測電路檢測到電源電壓降低時，也觸發(fā)外部中斷，在中斷服務子程序中，除了要將外部RAM中的有用數(shù)據保存以外，還要將特殊功能寄存器的有用內容保護起來，然后對電源控制寄存器PCON進行設置。PCON寄存器的各位定義如下。D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0SMOD———GF1GF0PDIDL其中，SMOD是波特率倍增位，在串行通信中使用。GFGF0：通用標志，由軟件置位、復位。PD：掉電方式控制位，PD=1，則進入掉電方式。IDL：待機方式控制位，IDL=1，則進入待機方式。由軟件將PD置1，就可以使單片機進入掉電保護狀態(tài)。這時，單片機的一切工作都停止，只有內部RAM和專用寄存器的內容被保存。掉電保護時的備用電源是通過VCC引腳接入的。當電源恢復正常后，系統(tǒng)要維持10ms的恢復時間后才能退出掉電保護狀態(tài)，復位操作將重新定義專用寄存器，但內部RAM的內容不變，可將被保護的內容恢復 掉電保護電路2. 低功耗設計在很多情況下，單片機要工作在供電困難的場合，如野外、井下和空中，對于便攜式儀器要求用電池供電，這時都希望單片機應用系統(tǒng)能低供耗運行。以CMOS工藝制造的80C31/80C51/87C51型單片機提供了空閑工作方式?？臻e工作方式（通常也指待機工作方式）是指CPU在不需要執(zhí)行程序時停止工作，以取代不停的執(zhí)行空操作或原地踏步等待操作，達到減小功耗的目的。空閑工作方式是通過設置電源控制寄存器PCON中的IDL位來實現(xiàn)的。用軟件將IDL位置1，系統(tǒng)進入空閑工作方式。這時，送往CPU的時鐘被封鎖，CPU停止工作，但中斷控制電路、定時/計數(shù)器和串行接口繼續(xù)工作，CPU內部狀態(tài)如堆棧指針SP、程序計數(shù)器PC、程序狀態(tài)寄存器PSW、累加器ACC及其他寄存器的狀態(tài)被完全保留下來。在空閑工作方式下，80C51消耗的電流由正常的24mA將為3mA。單片機退出空閑狀態(tài)有如下兩種方法。第一種是中斷退出。由于空閑方式下，中斷系統(tǒng)還在工作，所以任何中斷的響應都可以使IDL位由硬件清零，而退出空閑方式下，單片機就進入中斷服務程序。第二種是硬件復位退出。復位時，各個專用寄存器都恢復默認狀態(tài)，電源控制寄存器PCON也不例外，復位使IDL清零，退出空閑工作方式。MCS—51的掉電保護也是一種節(jié)電工作方式，它和空閑工作方式一起構成了低功耗工作方式。一旦用戶檢測到掉電發(fā)生，在VCC下降之前寫一個字節(jié)到PCON，使 PD=1，單片機進入掉電方式。在這種方式下，片內震蕩器被封鎖，一切功能都停止，只有片內RAM00H—7FH單元的內容被保留。在掉電方式下，Vcc可降至2V，使片內RAM處于50微安左右的“餓電流”供電狀態(tài)，以最小的耗電保存信息，Vcc恢復正常之前，不可進行復位；當Vcc正常后，硬件復位10ms即能使單片機退出掉電方式[17]。在該電路中，退出空閑工作方式采用中斷的方法。當遙控鍵盤上的人任一個按鍵按下以后，與門輸出即為低電平，觸發(fā)INT1引腳，外部中斷1響應，使IDL位清零，退出空閑工作方式，恢復正常狀態(tài)。其硬件電路如下。 低功耗控制電路 CPU時鐘電路 時鐘電路用于產生單片機工作所需要的時鐘信號。時鐘信號可以有兩種方式產生：內部時鐘方式和外部時鐘方式。1． 內部時鐘方式 2051單片機有一個高增益反向放大器，用于構成振蕩器，引腳XTAL1和XTAL2分別是此放大器的輸入端和輸出端。在XTAL1和XTAL2兩端跨接晶體或陶瓷振蕩器，就構成了穩(wěn)定的自激振蕩器，其發(fā)出的脈沖直接送入內部時鐘發(fā)生器，見下圖，外接晶振時，CC2值通常選擇為30pF左右；外接陶瓷振蕩器時，CC2約為47pF。CC2對頻率有微調作用，—12MHz。為了減少寄生電容，更好的保證振蕩器穩(wěn)定可靠的工作，諧振器和電容應盡可能安裝的與單片機芯片靠近。內部時鐘發(fā)生器實質上是一個二分頻的觸發(fā)器，其輸出信號是單片機工作所需的時鐘信號。2． 外部時鐘方式 外部時鐘方式是采用外部振蕩器，外部振蕩信號由XTAL2端接入后直接送至內部時鐘發(fā)生器。輸入端XTAL1應接地，由于XTAL2端的邏輯電平不是TTL的，故建議外接一個上拉電阻。 一般情況下，單片機時鐘輸入均采用內部時鐘方式，外接一個震蕩電路，本系統(tǒng)采用內部時鐘方式，晶振采用12MHz，其電路如下。 AT89C2051時鐘電路 復位電路 計算機在啟動時，系統(tǒng)進入復位狀態(tài)。在復位狀態(tài)，CPU和系統(tǒng)都處于一個確定的初始狀態(tài)或成為原始狀態(tài)，在這種狀態(tài)下，所有的專用寄存器都賦予默認值。其復位狀態(tài)見下表。 復位狀態(tài)各寄存器初值專用寄存器 復位狀態(tài) 專用寄存器 復位狀態(tài)PCACC BPSW SPDPTR P0—P3 IPIE 0000H00H00H00H07H 0000HFFH XXX0 0000B 0XX0 0000B TMOD TCONTH0TL0TH1TL1 SCON SBUF PCON00H00H00H00H00H00H00H XXXX XXXXB 0XXX 0000B 復位電路 單片機復位電路包括片內、片外兩部分，片外復位電路通過引腳加到內部復位電路上，內部復位電路在每個機器周期S5P2對片外信號采樣一次，當RST引腳上出現(xiàn)連續(xù)兩個機器周期的高電平時，單片機就完成一次復位。外部復位電路就是為內部復位電路提供兩個機器周期以上的高電平而設計的，AT89C2051通常采用上電自動復位和按鍵手動復位兩種方式。 上電復位電路在通電瞬間，在RC電路充電過程中，RST端出現(xiàn)正脈沖，從而使單片機復位。按鍵手動復位又分為按鍵電平復位和按鍵脈沖復位，按鍵電平復位是將復位端通過電阻與Vcc相連，按鍵脈沖復位是利用RC微分電路產生正脈沖來達到復位的目的。 本系統(tǒng)設計時采用的是上電復位方式，其電路原理圖如下。 3 復位電路 紅外發(fā)射電路的設計 根據紅外發(fā)射管本身的物理特性，必須要有載波信號與即將發(fā)射的信號相“與”，然后將相“與”后的信號送發(fā)射管，才能進行紅外信號的發(fā)射傳送，而在頻率為38KHz的載波信號下，發(fā)射管的性能最好，發(fā)射距離最遠，所以在硬件設計上，本設計采用38KHz的晶振產生載波信號，與發(fā)射信號進行邏輯“與”運算后，通過三極管的功率驅動到紅外發(fā)光二極管上[18]。 紅外發(fā)送電路由4001MOS或非門38KHz振蕩器，單片機發(fā)送控制電路和紅外發(fā)送管驅動輸出電路組成，“0”時，發(fā)射管不發(fā)光，“1”時，紅外發(fā)送管發(fā)出38KHz調制紅外線[19]。具體的發(fā)射波形與電路如下 調制過程中的波形 紅外發(fā)射電路 紅外接收電路的設計紅外接收電路專門采用集成電路RPM6938，RPM6938有三個引腳，一個接電源一個接地，另外一個接信號端，它集光電轉換，解調和放大于一體[20]。當收到38KHz調制紅外線時，RPM6938輸出為“0”，平時輸出為“1”。，當RPM6938收到第一個紅外脈沖時，觸發(fā)INT1產生中斷，使單片機退出低功耗狀態(tài)，進入工作狀態(tài)，同時使記數(shù)器0和定時器1開始工作 [21] 紅外接收電路 完整的系統(tǒng)電路設計圖 完整的電路圖見附錄1 4 系統(tǒng)軟件設計此系統(tǒng)是一個紅外遙控發(fā)射器，設計目的就是根據按鍵的不同，發(fā)射出不同的紅外信號。傳統(tǒng)的遙控器都是采用遙控發(fā)射專用集成芯片，例如飛利浦公司生產專用芯片SAA3010，三菱公司生產的M50462P專用發(fā)射芯片。由于這些芯片的功能鍵數(shù)及功能受到特定的限制，只適合于某一專用電器產品的應用，應用范圍受到限制。本系統(tǒng)采用單片機制作，采用編程的方法，由于編程具有靈活性，故應用范圍較廣，操作碼可隨意設定[22]。本系統(tǒng)采用的是按紅外發(fā)射頻率的不同，來識別不同的按鍵。操作鍵設定為8個，K0至K7。對應的紅外發(fā)射頻率分別為300Hz、600 Hz、900 Hz、1200 Hz、1500 Hz、1800 Hz、2100 Hz、2400 Hz。發(fā)射時間確定為一個定值，由定時器1來定時，時間為100ms，當100ms時間到定時器1發(fā)生中斷，停止計時，紅外光也停止發(fā)射。由定時/計數(shù)器0來控制發(fā)射頻率，T0作為定時器，當T0定時時間到，然后T0重新工作定時值與前相同，如此往復，紅外信號就按一定的時間間隔發(fā)射出去。通過設定T0的定時時間來控制紅外信號的發(fā)射頻率[23]。平時遙控器工作在空閑方式下，當有鍵按下時，由外部中斷1產生中斷，使CPU回到工作狀態(tài)，待執(zhí)行完操作后又回到低功耗才狀態(tài)。主程序主要由初始化程序、鍵盤掃描程序，定時器0中斷服務程序、定時器1中斷服務程序，外部中斷1中斷服務程序組成。主程序流程圖如下： START調初始化程序進入低功耗節(jié)電方式外部中斷1中斷CPU退出低功耗方式T0時間到T1時間到關T0、T1 調延時程序K1鍵是否按下K2鍵是否按下K1鍵是否松開啟動定時器T1定時50msK3鍵是否按下調延時程序 N N N … Y Y Y .… … … N Y N Y N Y 遙控發(fā)射主程序流程圖當K2至K7鍵按下時，執(zhí)行的程序類似于按下K1鍵所執(zhí)行的程序。 偽指令和初始化程序 在初始化程序前，需要定義一些相關的偽指令，偽指令不能命令CPU執(zhí)行某中操作，也沒有對應的機器代碼，它的作用僅用來給匯編程序提供某中信息。偽指令是匯編程序能夠識別的匯編命令?！狵7來定義；各頻率紅外信號對應的定時器T0的初值分別用K0H、K0L——K7H、K7L來定義，這樣做不影響整個程序的執(zhí)行，但便于閱讀和理解程序。定義格式如下：K0 BIT … K7 BIT 、600 Hz、900 Hz、1200 Hz、1500 Hz、1800 Hz、2100 Hz、2400 Hz，而T1的定時時間是50ms故在這七種狀態(tài)下面，、30次、45次、60次、75次、90次、105次、120次。故定時器T0對應的定時時間分別為50ms/150ms/50ms/450ms/60、50ms/750ms/90、50ms/1050ms/120，即分別為：、、。由前述定時器初值計算方法可算出各狀態(tài)定時器的初值。定時器T1的定時初值計算如下：由于工作在方式一，時鐘頻率為12MHz，故定時最大值M為65536初值 X=M—定時值/T X=65536—50000/1=15536即T1的初值為15536，轉化為十六進制為3CB0H各情況下，定時T0的定時初值計算如下：當按下K0鍵時，此時定時器初值為 X0= 65536—3330/1=62206 轉化為十六進制為0F2FEH當按下K1鍵時，此時定時器初值為 X1=65536—1670/1=63866 轉化為十六進制為0F97AH 當按下K2鍵時，此時定時器初值為 X2=655361110/1=64426 轉化為十六進制為0FBAAH當按下鍵K3時，此時定時器初值為 X3=65536833/1=64703 轉化為十六進制為0FCBFH當按下鍵K4時，此時定時器初值為 X4=65536667/1=64869 轉化為十六進制為0FD65H當按下鍵K5時，此時定時器初值為 X5=65536556/1=64980 轉化為十六進制為0FDD4H當按下鍵K6時，此時定時器初值為 X6=65536476/1=65060 轉化為十六進制數(shù)為0FE24H當按下鍵K7時，此時定時器初值為 X7=65536417/1=65119 轉化為十六進制數(shù)為0FE5FH 為了便于理解源程序，各種情況下定時器的初值采用K0H—K7H和K0L—K7L來表示，分別存入定時器的高8位和低8位。采用賦值偽指令EQU，格式如下：K0H EQU 0F2HK0L