【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 lash閃速存儲(chǔ)器，128字節(jié)內(nèi)部RAM，32 個(gè)I/O 口線，兩個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，一個(gè)5向量?jī)杉?jí)中斷結(jié)構(gòu)，一個(gè)全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路。同時(shí)，AT89C51可降至0Hz的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式?？臻e方式停止CPU的工作，但允許RAM，定時(shí)/計(jì)數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存RAM中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一個(gè)硬件復(fù)位。 AT89C51管腳說(shuō)明VCC：供電電壓。GND：接地。P0口：P0口為一個(gè)8位漏級(jí)開(kāi)路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門(mén)電流。當(dāng)P0口的管腳第一次寫(xiě)1時(shí)，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的低八位。在FIASH編程時(shí)，P0 口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，P0輸出原碼，此時(shí)P0外部必須接上拉電阻。P1口：P1口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門(mén)電流。P1口管腳寫(xiě)入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口作為低八位地址接收。P2口：P2口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個(gè)TTL門(mén)電流，當(dāng)P2口被寫(xiě)“1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫(xiě)時(shí)，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。P3口：P3口管腳是8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個(gè)TTL門(mén)電流。當(dāng)P3口寫(xiě)入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能管腳備選功能 RXD（串行輸入口） TXD（串行輸出口） /INT0（外部中斷0） /INT1（外部中斷1） T0（計(jì)時(shí)器0外部輸入） T1（計(jì)時(shí)器1外部輸入） /WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選通） /RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通）P3口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持RST腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。ALE/PROG：當(dāng)訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的低位字節(jié)。在FLASH編 程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時(shí)，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過(guò)一個(gè)ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時(shí)， ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無(wú)效。/PSEN：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次/PSEN有效。但在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的/PSEN信號(hào)將不出現(xiàn)。/EA/VPP：當(dāng)/EA保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（0000HFFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。注意加密方式1時(shí)，/EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)/EA端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）。XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。XTAL2：來(lái)自反向振蕩器的輸出。振蕩器特性:XTAL1和XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)器件，XTAL2應(yīng)不接。有余輸入至內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)要通過(guò)一個(gè)二分頻觸發(fā)器，因此對(duì)外部時(shí)鐘信號(hào)的脈寬無(wú)任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì) 軟件系統(tǒng)主程序流程圖 圖310 主程序流程圖本程序主要由AT89C51單片機(jī)控制，通過(guò)對(duì)單片機(jī)寫(xiě)入C語(yǔ)言程序代碼，對(duì)單片機(jī)各引腳賦予初值進(jìn)行系統(tǒng)初始化，調(diào)鍵盤(pán)掃描子程序，脈沖計(jì)數(shù)子程序和顯示子程序。軟件調(diào)通后，通過(guò)編程器下載到AT89C51芯片中，然后插到系統(tǒng)中即可獨(dú)立完成所有的控制。 鍵盤(pán)掃描流程圖圖311 鍵盤(pán)掃描流程圖單片機(jī)系統(tǒng)中，鍵盤(pán)掃描是CPU工作的一個(gè)主要內(nèi)容之一。CPU忙于各項(xiàng)工作任務(wù)時(shí)，如何兼顧鍵盤(pán)掃描。既保證不失時(shí)機(jī)的響應(yīng)鍵盤(pán)操作，又不過(guò)多占用CPU時(shí)間。因此，要根據(jù)應(yīng)用系統(tǒng)中的CPU的忙、閑情況，選擇好鍵盤(pán)的工作方式。在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，為了節(jié)省硬件，通常采用非編碼鍵盤(pán)，在這種鍵盤(pán)結(jié)構(gòu)中，單片機(jī)對(duì)它的控制有三種方式：程序控制掃描方式；定時(shí)掃描工作方式；中斷工作方式。本系統(tǒng)采用程序控制掃描工作方式。在該設(shè)計(jì)中的按鍵連接于89C51的P3口上。鍵盤(pán)掃描程序自復(fù)位后就開(kāi)始工作，時(shí)刻監(jiān)視鍵盤(pán)，有無(wú)鍵按下。在監(jiān)視鍵盤(pán)過(guò)程中，允許定時(shí)器中斷。一旦有鍵按下，先延時(shí)，去除鍵的抖動(dòng)，然后關(guān)中斷，不允許定時(shí)器發(fā)生中斷。 脈沖計(jì)數(shù)流程圖圖312 脈沖計(jì)數(shù)流程圖該部分程序采用脈沖計(jì)數(shù)控制單片機(jī)以使得鎖相頻率合成器合成輸出最終所需要的頻率值，程序運(yùn)行初通過(guò)對(duì)定時(shí)計(jì)數(shù)器賦初值，單片機(jī)打開(kāi)相應(yīng)中斷以此啟動(dòng)定時(shí)計(jì)數(shù)器與顯示程序，循環(huán)判斷中斷延時(shí)信號(hào)，最終將存儲(chǔ)計(jì)數(shù)結(jié)果轉(zhuǎn)換成ASCII碼值再次循環(huán)送給定時(shí)計(jì)數(shù)器賦初值。4 電路仿真 仿真軟件介紹 proteusProteus軟件是英國(guó)Lab Center Electronics公司出版的EDA工具軟件（該軟件中國(guó)總代理為廣州風(fēng)標(biāo)電子技術(shù)有限公司）。它不僅具有其它EDA工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機(jī)及外圍器件。它是目前比較好的仿真單片機(jī)及外圍器件的工具。雖然目前國(guó)內(nèi)推廣剛起步，但已受到單片機(jī)愛(ài)好者、從事單片機(jī)教學(xué)的教師、致力于單片機(jī)開(kāi)發(fā)應(yīng)用的科技工作者的青睞。Proteus是世界上著名的EDA工具(仿真軟件)，從原理圖布圖、代碼調(diào)試到單片機(jī)與外圍電路協(xié)同仿真，一鍵切換到PCB設(shè)計(jì)，真正實(shí)現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的完整設(shè)計(jì)。是目前世界上唯一將電路仿真軟件、PCB設(shè)計(jì)軟件和虛擬模型仿真軟件三合一的設(shè)計(jì)平臺(tái)，其處理器模型支持805HC1PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC3AVR、ARM、8086和MSP430等，2010年又增加了Cortex和DSP系列處理器，并持續(xù)增加其他系列處理器模型。在編譯方面，它也支持IAR、Keil和MATLAB等多種編譯器。Proteus可提供的仿真元器件資源：仿真數(shù)字和模擬、交流和直流等數(shù)千種元器件，有30多個(gè)元件庫(kù)。Proteus可提供的仿真儀表資源 ：示波器、邏輯分析儀、虛擬終端、SPI調(diào)試器、I2C調(diào)試器、信號(hào)發(fā)生器、模式發(fā)生器、交直流電壓表、交直流電流表。理論上同一種儀器可以在一個(gè)電路中隨意的調(diào)用。除了現(xiàn)實(shí)存在的儀器外，Proteus還提供了一個(gè)圖形顯示功能，可以將線路上變化的信號(hào)，以圖形的方式實(shí)時(shí)地顯示出來(lái)，其作用與示波器相似，但功能更多。這些虛擬儀器儀表具有理想的參數(shù)指標(biāo)，例如極高的輸入阻抗、極低的輸出阻抗。這些都盡可能減少了儀器對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。Proteus可提供的調(diào)試手段 Proteus提供了比較豐富的測(cè)試信號(hào)用于電路的測(cè)試。這些測(cè)試信號(hào)包括模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)。運(yùn)行界面如圖41所示：圖41 運(yùn)行界面 Keil編譯軟件Keil C是美國(guó)Keil Software公司出品的51系列兼容單片機(jī)C語(yǔ)言軟件開(kāi)發(fā)系統(tǒng)，與匯編相比，C語(yǔ)言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢(shì)，因而易學(xué)易用。Keil提供了包括C編譯器、宏匯編、連接器、庫(kù)管理和一個(gè)功能強(qiáng)大的仿真調(diào)試器等在內(nèi)的完整開(kāi)發(fā)方案，通過(guò)一個(gè)集成開(kāi)發(fā)環(huán)境（uVision）將這些部分組合在一起。運(yùn)行Keil軟件需要WIN9NT、WIN2000、WINXP等操作系統(tǒng)。如果使用C語(yǔ)言編程，那么Keil幾乎就是不二之選，即使不使用C語(yǔ)言而僅用匯編語(yǔ)言編程，其方便易用的集成環(huán)境、強(qiáng)大的軟件仿真調(diào)試工具也會(huì)事半功倍。Keil C生成的目標(biāo)代碼效率非常之高，多數(shù)語(yǔ)句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。在開(kāi)發(fā)大型軟件時(shí)更能體現(xiàn)高級(jí)語(yǔ)言的優(yōu)勢(shì)，與匯編相比，C語(yǔ)言有明顯的優(yōu)勢(shì)，用過(guò)匯編語(yǔ)言后再使用C來(lái)開(kāi)發(fā)，體會(huì)更加深刻。Keil C軟件提供豐富的庫(kù)函數(shù)和功能強(qiáng)大的集成開(kāi)發(fā)調(diào)試工具，全Windows界面，是一個(gè)非常實(shí)用的編譯軟件，運(yùn)行界面如圖42所示。圖42 keilc軟件運(yùn)行界面 硬件電路仿真 鎖相環(huán)模塊圖43 鎖相環(huán)模塊仿真電路 該模塊中其核心芯片74HC4046， 7腳外接振蕩電容，11腳外接振蕩電阻。CD4046鎖相環(huán)采用的是RC型壓控振蕩器，必須外接電容C3和電阻R4作為充放電元件。當(dāng)PLL對(duì)跟蹤的輸入信號(hào)的頻率寬度有要求時(shí)還需要外接電阻R2。由于VCO是一個(gè)電流控制振蕩器，對(duì)定時(shí)電容C3的充電電流與從9腳輸入的控制電壓成正比，使VCO的振蕩頻率亦正比于該控制電壓。當(dāng)VCO控制電壓為0時(shí)，其輸出頻率最低；當(dāng)輸入控制電壓等于電源電壓VDD時(shí)，輸出頻率則線性地增大到最高輸出頻率。VCO振蕩頻率的范圍由RR3和C1決定。由于它的充電和放電都由同一個(gè)電容C3完成，故它的輸出波形是對(duì)稱(chēng)方波。 4522分頻器模塊圖44 分頻器模塊CD4522是可預(yù)置數(shù)的二一十進(jìn)制1/N減計(jì)數(shù)器。其中P0P3是預(yù)置端，Q0—Q3是計(jì)數(shù)器輸出端，其余控制端的功能如下：PE（3）=“1”時(shí)P0—P3值置進(jìn)計(jì)數(shù)器；INH（4）=“0”且CLK（6）=1時(shí)，計(jì)數(shù)器（Q0—Q3）減計(jì)數(shù)；CF（13）=“1”且計(jì)數(shù)器（Q0—Q3）減到“0”時(shí)，QC(12)=“1”；MR(10) =“1”時(shí)，計(jì)數(shù)器清零。 單片機(jī)模塊圖45 單片機(jī)模塊單片機(jī)模塊主要由AT89C51芯片，晶振電路，復(fù)位電路，上拉電阻構(gòu)成。單片機(jī)其實(shí)是一種高集成的電路芯片，其執(zhí)行程序的過(guò)程就是逐條執(zhí)行指令的過(guò)程。此處所謂的指令是指需要單片機(jī)執(zhí)行的相關(guān)操作采用命令的形式寫(xiě)出來(lái)，通常一種基本操作對(duì)應(yīng)一條指令，主要是由設(shè)計(jì)人員賦予單片機(jī)的指令系統(tǒng)來(lái)決定的。由于單片機(jī)在執(zhí)行指令的過(guò)程中需要遵循特定的順序，所以程序中的指令也是根據(jù)同樣的順序逐條存放的，單片機(jī)在執(zhí)行程序時(shí)只需逐條取出這些指令然后執(zhí)行即可，不過(guò)要求具備一個(gè)程序計(jì)數(shù)器PC對(duì)指令地址進(jìn)行追蹤，在程序執(zhí)行過(guò)程中，給PC賦予執(zhí)行程序中對(duì)應(yīng)指令的地址，那么PC獲取該條命令時(shí)會(huì)自動(dòng)增加相應(yīng)的內(nèi)容，通常指令的長(zhǎng)度決定其增加量。 顯示及按鍵模塊圖46 顯示及按鍵模塊顯示部分與單片機(jī)相連，輸出經(jīng)過(guò)74HC4046合成的頻率值，兩個(gè)頻率計(jì)分別顯示整個(gè)系統(tǒng)的輸入與輸出頻率值。按鍵P32調(diào)節(jié)頻率步進(jìn)值個(gè)十百，P33調(diào)按鍵頻率值。結(jié)論利用鎖相技術(shù)來(lái)設(shè)計(jì)頻率合成器是目前應(yīng)用最為廣泛的一種頻率合成方法，優(yōu)點(diǎn)是能夠提供長(zhǎng)期穩(wěn)定度和短期穩(wěn)定度的信號(hào)輸出，再加上用單片機(jī)來(lái)控制它的頻率分頻比，使得它可程控和頻率輸出可靈活配置，可作為一般智能化儀器的信號(hào)源。針對(duì)應(yīng)用要求，本文完成了基于單片機(jī)AT89C51的鎖相頻率合成器的電路設(shè)計(jì)與調(diào) 試，從理論的角度對(duì)所實(shí)現(xiàn)的電路性能作了邏輯上的推導(dǎo)和分析。本次的頻率合成器的設(shè)計(jì)，是在經(jīng)典的頻率鎖相合成器電路的基礎(chǔ)上，加入了單片機(jī)控制環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)了頻率輸出的自動(dòng)控制，增加了預(yù)置頻率值、顯示頻率等功能，這正是本設(shè)計(jì)最具特色的地方，也是創(chuàng)新所在。本課題是設(shè)計(jì)一個(gè)由單片機(jī)、定時(shí)計(jì)數(shù)器及單片機(jī)集成鎖相環(huán)路組成的可程控頻率合成器，所以設(shè)計(jì)過(guò)程會(huì)涉及到鎖相環(huán)路、頻率合成器和單片機(jī)方面的知識(shí)。由于鎖相環(huán)相當(dāng)于一窄帶跟蹤濾波器，它具有良好的窄帶跟蹤特性，能很好地選擇所需頻率的信號(hào)，抑制寄生分量，而且避免了大量使用濾波器，有利于集成化和小型化。此外，一個(gè)設(shè)計(jì)良好的 LC 壓控振蕩器具有較高的短期頻率穩(wěn)定度，而高精度標(biāo)準(zhǔn)晶體振蕩器則具有很好的長(zhǎng)期頻率穩(wěn)定度，利用鎖相環(huán)路把二者的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合在一起，就使鎖相式頻率合成法能夠提供長(zhǎng)期穩(wěn)定度和短期穩(wěn)定度都比較高的信號(hào)輸出致 謝本論文是在趙亞威導(dǎo)師的悉心指導(dǎo)下完成的。導(dǎo)師淵博的專(zhuān)業(yè)知識(shí)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，精益求精的工作作風(fēng)，誨人不倦的高尚師德，嚴(yán)于律己、寬以待人的崇高風(fēng)范，樸實(shí)無(wú)法、平易近人的人格魅力對(duì)本人影響深遠(yuǎn)。不僅使本人樹(shù)立了遠(yuǎn)大的學(xué)習(xí)目標(biāo)、掌握了基本的研究方法，還使本人明白了許多為人處事的道理。本次論文從選題到完成，每一步都是在導(dǎo)師的悉心指導(dǎo)下完成的，傾注了導(dǎo)師大量的心血。在此，謹(jǐn)向?qū)煴硎境绺叩木匆夂椭孕牡母兄x！在寫(xiě)論文的過(guò)程中，遇到了很多的問(wèn)題，在老師的耐心指導(dǎo)下，問(wèn)題都得以解決。所以在此，再次對(duì)老師道一聲：老師，謝謝您！時(shí)光匆匆如流水，轉(zhuǎn)眼便是大學(xué)畢業(yè)時(shí)節(jié)，春夢(mèng)秋云，聚散真容易。離校日期已日趨漸進(jìn)，畢業(yè)論文的完成也隨之進(jìn)入了尾聲。從開(kāi)始進(jìn)入課題到論文的順利完成，一直都離不開(kāi)老師、同學(xué)、朋友給我熱情的幫助，在這里請(qǐng)接受我誠(chéng)摯的謝意！在此我向沈陽(yáng)理工大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院測(cè)控技術(shù)與儀器專(zhuān)業(yè)的所有老師表示衷心的感謝，謝謝你們四年的辛勤栽培，謝謝你們?cè)诮虒W(xué)的同時(shí)更多的是傳授我們做人的道理，謝謝四年里面你們孜孜不倦的教誨！最后，感謝各位老師對(duì)我論文的精心評(píng)閱，我將以我今后勤奮的工作回報(bào)大家對(duì)我的厚愛(ài)和殷切期望！在即將畢業(yè)之際，感謝母校對(duì)我的辛勤培育，我定會(huì)自我激勵(lì)，為社會(huì)多做貢獻(xiàn)，祝福母校！參考文獻(xiàn)[1] ：高等教育出版社，2009[2] 周航慈，：北京航空航天大學(xué)出版社，2005[3] 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