【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 湖北師范學(xué)院機(jī)電與控制工程學(xué)院 2020屆學(xué)士學(xué)位論文（設(shè)計(jì)） 10 （ 3） 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。 觸發(fā)器 74LS74 74LS74 內(nèi)含兩個(gè)獨(dú)立的 D 上升沿雙 d 觸發(fā)器，每個(gè)觸發(fā)器有數(shù)據(jù)輸入（ D）、置位輸入（ DS ）復(fù)位輸入（ DR ）、時(shí)鐘輸入（ CP）和數(shù)據(jù)輸出（ Q 、 Q ）。 DS 、 DR 的低電平使輸出預(yù)置或清除，而與其它輸入端的電平無(wú)關(guān)。當(dāng) DS 、 DR 均無(wú)效（高電平式）時(shí)，符合建立時(shí)間要求的 D數(shù)據(jù)在 CP 上升沿作用下傳送到輸出端。 定 時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 由于在本課題的設(shè)計(jì)中會(huì)用到單片機(jī)的定時(shí) /計(jì)數(shù)功能，所以在這里將定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器的特點(diǎn)詳細(xì)介紹。 定時(shí)和計(jì)數(shù)是計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中兩個(gè)重要的功能，在實(shí)際系統(tǒng)中應(yīng)用極為 普遍，89C51 單片機(jī)內(nèi)部有兩個(gè) 16 位可編程定時(shí) /計(jì)數(shù)器，即定時(shí)器 T0 和定時(shí)器 T1。 89C51單片機(jī)內(nèi)部還有兩個(gè)專用寄存器 TMOD、 TCON，可通過編程來(lái)設(shè)定有關(guān)參數(shù)，如方式選擇、定時(shí)計(jì)數(shù)選擇、運(yùn)行控制、溢出標(biāo)志、觸發(fā)方式等控制字。 （一） TMOD 和 TCNO 寄存器 89C51 單片機(jī)內(nèi)部設(shè)置的兩個(gè) 16 位可編程的定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 T0和 T1，它們可以處于計(jì)數(shù)方式或定時(shí)方式?？赏ㄟ^設(shè)置特殊功能寄存器 TMOD 中都有一個(gè)控制位來(lái)選擇 T0或 T1 位定時(shí)器還是計(jì)數(shù)器。其狀態(tài)字均在響應(yīng)的特殊功能寄存器中，通過對(duì)控制寄存器的編程， 用戶可以方便地選擇適當(dāng)?shù)?4 中工作模式中的一種。 圖 89C51單片機(jī)定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器的結(jié)構(gòu)圖 湖北師范學(xué)院機(jī)電與控制工程學(xué)院 2020屆學(xué)士學(xué)位論文（設(shè)計(jì)） 11 89C51 單片機(jī)定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器的結(jié)構(gòu)如圖 。 其中，特殊功能寄存器 TMOD 用于控制和確定個(gè)定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器的功能和工作模式；特殊功能寄存器 TCON 用于控制定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 T0、 T1 的啟動(dòng)和停止計(jì)數(shù)，同時(shí)包含定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器的狀態(tài)。它們的內(nèi)容靠軟件設(shè)置。系統(tǒng)復(fù)位時(shí)，寄存器的所有位都被清零。 1. 工作方式控制寄存器 TMOD 圖 TMOD寄存器個(gè)為定義 TMOD 用于設(shè)定定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器的工作方式及四種工作模 式中的一種，其各位的定義如圖 所示。 TMOD 地址為 89H，高 4 位位定時(shí)器 T1 的方式控制字段，低 4 位位定時(shí)器 T0 的方式控制字段。 （ 1）門控位 GATE：當(dāng) GATE=0 時(shí)，定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器只有軟件控制位 TR0 或 TR1 來(lái)控制啟停。 TR1 位為 1，定時(shí)器啟動(dòng)開始工作；位 0 時(shí)，定時(shí)器調(diào)整工作。當(dāng) GATE=1 時(shí)，定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器的啟動(dòng)要由外部中斷引腳和 TR1 為共同控制。只有當(dāng)中斷引腳 0INT 和1INT 為高時(shí)， TR0 或 TR1置 1才能啟動(dòng)定時(shí)器工作 。 （ 2） C/T : C/T =0 為定時(shí)器方式，采用晶振脈沖的 12 分頻信號(hào)作為計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)脈沖，即對(duì)機(jī)器周期進(jìn)行計(jì)數(shù)。若選擇 12MHz 晶振，則定時(shí)器的計(jì)數(shù)脈沖為 1MHz。從定時(shí)器的計(jì)數(shù)值便可求得技術(shù)時(shí)間，故稱為定時(shí)器方式。 C/T =1 為計(jì)數(shù)器方式，采用外部引腳（ T0為 ， T1 為 ）的輸入脈沖作為計(jì)數(shù)脈沖。當(dāng) T0（或 T1）輸入發(fā)生高到低的負(fù)跳變時(shí)， 計(jì)數(shù)器加 1，最高計(jì)數(shù)頻率為晶振頻率的 1/14。 M1 M0：定時(shí)器的工作方式由 M1M0 二位的狀態(tài)確定，對(duì)應(yīng)關(guān)系如下所示。 M1 M0 工作方式 功能描述 0 0 方式 0 13 位的計(jì)數(shù)器， TL0 只用低 5位 0 1 方式 1 16 位的計(jì)數(shù)器 1 0 方式 2 8 位的自動(dòng)重裝計(jì)數(shù)初值的計(jì)數(shù)器 湖北師范學(xué)院機(jī)電與控制工程學(xué)院 2020屆學(xué)士學(xué)位論文（設(shè)計(jì)） 12 1 1 方式 3 T0 分成 2 個(gè)獨(dú)立的 8位計(jì)數(shù)器 2. 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器控制寄存器 TCON 控制寄存器 TCON 的主要 功能是用于定時(shí)器的啟動(dòng)、停止以及在溢出時(shí)設(shè)定標(biāo)志位和外部中斷觸發(fā)方式。它的字節(jié)地址位 88H，位地址位 88H~8FH。其控制字各位的定義如表 所示。 低 4位與外部中斷有關(guān)，高 4位的功能如下： （ 1） TF1 位 T1的溢出標(biāo)志位 當(dāng)定時(shí)器 T1 溢出時(shí)，由硬件將 TF1 置 1，并申請(qǐng)中斷。當(dāng)進(jìn)入中斷服務(wù)程序時(shí)，硬件又自動(dòng)將 TF1 清零（也可以用軟件清零）。 （ 2） TR1 位定時(shí)器 T1 的運(yùn)行控制位 該位由軟件置位和復(fù)位。當(dāng) GATE()為 0 時(shí)， TR1 為 1 時(shí)允許 T1 計(jì)數(shù)， TR1為 0時(shí)禁止 T1計(jì)數(shù)；當(dāng) GATE 為 1時(shí)， TR1 為 1時(shí)而且 1INT 輸入高電平時(shí)，才允許 T1計(jì)數(shù)， TR1 為 0或 1INT 輸入為低電平時(shí)禁止 T1計(jì)數(shù)。 （ 3） TF0 為定時(shí)器 T0 的溢出標(biāo)志位 當(dāng)定時(shí)器 T0 溢出時(shí)，由硬件將 TF0 置 1，并申請(qǐng)中斷。當(dāng)進(jìn)入中斷服務(wù)程序時(shí)，硬件又自動(dòng)將 TF0 清零（也可以用軟件清零）。 （ 4） TR0 為定時(shí)器 T0 的運(yùn)行控制位 該位由軟件置位和復(fù)位。當(dāng) GATE（ ）為 0 時(shí)， TR0 為 1 時(shí)允許 T0 計(jì)數(shù) TR0為 0時(shí)禁止 T0計(jì)數(shù)；當(dāng) GATE 為 1時(shí)， TR0 為 1而且 0INT 輸入高電平時(shí)，才允許 T0 計(jì)數(shù)， TR0 為 0 或 0INT 輸入為低電平時(shí)，禁止 T0計(jì)數(shù)。 （二）定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器的初始化 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 表 TCON寄存器個(gè)位定義 TF1 TR1 TF0 TR00O IE1 IT1 IE0 IT0 湖北師范學(xué)院機(jī)電與控制工程學(xué)院 2020屆學(xué)士學(xué)位論文（設(shè)計(jì)） 13 定時(shí)器的功能是由軟件來(lái)設(shè)置的，所以一般在使用定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器前均要對(duì)其進(jìn)行初始化。 初始化的步驟 1） 確定工作模式（是計(jì)數(shù)還是定時(shí)）、工作方式、啟動(dòng)控制方式，將其寫入 TMOD寄存器。 2） 設(shè)置定時(shí)或計(jì)數(shù)器的初值：可直接將初值寫入 TH0、 TL0 或 TH TL1 中。 16位計(jì)數(shù)初值必須分兩次寫入對(duì)應(yīng)的計(jì)數(shù)器。 3） 根據(jù)要求是否采用中斷方式：直接對(duì) IE 為賦值。開放中斷時(shí)，對(duì)應(yīng)位置位；采用程序查詢方式 IE 位應(yīng)清 0 進(jìn)行中斷屏蔽。 4） 啟動(dòng)定時(shí)器工作：可使用 SETB TR1 啟動(dòng)。 若第一步設(shè)置為軟啟動(dòng)，即 GATE 設(shè)置為 0時(shí)，以上指令執(zhí)行后，定時(shí)器即可開始工作。 若 GATE 設(shè)置為 1 時(shí)，還必須由外部中斷引腳 INTi (其中 i為 0或 1)共同控制，只有當(dāng) INTi 引腳電平為高時(shí)，以上指令執(zhí)行后定時(shí)器方可啟動(dòng)工作。定時(shí)器一旦啟動(dòng)就按規(guī)定的方式定時(shí)或計(jì)數(shù)。 中斷系統(tǒng) 當(dāng) CPU正在處理某事件時(shí)外界發(fā)生了更為緊急的請(qǐng)求，要求 CPU 暫停當(dāng)前的工作，轉(zhuǎn)而去處理這個(gè)緊急事件。處理完成后，再回到原來(lái)被中斷的地方繼續(xù)原來(lái)的工作，這樣的過程稱為中斷。實(shí)現(xiàn)這一功能的部件稱為中斷系統(tǒng)，請(qǐng)示 CPU 中斷的請(qǐng)求源稱為中斷源。中斷系統(tǒng)是使處理機(jī)對(duì)外界異步事件具有處理能力而設(shè)置的。功能越強(qiáng)的中斷系統(tǒng)，其對(duì)外界異步事件的處理能力越強(qiáng)。 89C51 單片機(jī)有 5個(gè)中斷源，當(dāng)中斷源同時(shí)向 CPU請(qǐng)求中斷時(shí)，就存在 CPU 優(yōu)先響應(yīng)哪個(gè)中斷源的問題。 通常根據(jù)中斷源的輕重緩急排隊(duì)，優(yōu)先處理最緊急事件的中斷請(qǐng)求源，即規(guī)定每一個(gè)中斷源有一個(gè)優(yōu)先級(jí)別， CPU 總是最先響應(yīng)級(jí)別最高的中斷。它可分為兩個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)，即高級(jí)優(yōu)先級(jí)和低級(jí)優(yōu)先級(jí)；可實(shí)現(xiàn)兩級(jí)中斷嵌套。用戶可以用關(guān)中斷指令（或復(fù)位）來(lái)屏蔽所有的中斷請(qǐng)求，也可以用開中斷指令使 CPU 接受中斷申請(qǐng)。即每一個(gè)中斷源的優(yōu)先級(jí)都可以由程序來(lái)設(shè)定。 （一） 中斷源 湖北師范學(xué)院機(jī)電與控制工程學(xué)院 2020屆學(xué)士學(xué)位論文（設(shè)計(jì)） 14 在 89C51 單片機(jī)中，有 5個(gè)中斷源：兩個(gè)外部 0INT （ ）和 1INT （ ）輸入的中斷源、兩個(gè)定時(shí)器 T0 和 T1 的溢出中斷和一個(gè)串行發(fā)送 /接收中斷。 (1)外部中斷源： 0INT 和 1INT 89C51 外部中斷 0 和外部中斷 1 的中斷請(qǐng)求信號(hào)分別有 和 引腳輸入。并允許外部中斷源以低電平活負(fù)邊沿兩種中斷取法方式來(lái)輸入中斷請(qǐng)求信號(hào)。請(qǐng)求信號(hào)的有效電平可由定時(shí)器控制寄存器 TCON 的 IT0 和 IT1 設(shè)置，如圖 所示。 圖 定時(shí)器控制寄存器 TCON各位的定義 89C51 會(huì)在每個(gè)機(jī)器周期的 S5P2 時(shí)對(duì) 0INT 和 1INT 線上中斷請(qǐng)求信號(hào)進(jìn)行一次檢測(cè)，檢測(cè)方式和中斷觸發(fā)方式的選取有關(guān)。若 89C51 設(shè)定為電平觸發(fā)方式（即 IT0=0 或IT1=0），則 CPU 檢測(cè)到 0INT / 1INT 上低電平時(shí)就可認(rèn)定其上中斷請(qǐng)求有效；若設(shè)定為邊沿觸發(fā)方式（即 IT0=1 或 IT1=1 時(shí)），則 CPU 會(huì)在相繼的兩個(gè)周期內(nèi)兩次檢測(cè)0INT / 1INT 線上電平才能確定其上的中斷請(qǐng)求是否有效，即前一次檢測(cè)為高電平和后一次檢測(cè)到為低電平時(shí) 0INT / 1INT 上中斷請(qǐng)求才有效。 由于外部中斷信號(hào)每個(gè)機(jī)器周期被采樣一次，有引腳 0INT 和 1INT 輸入的信號(hào)應(yīng)至少保持一個(gè)機(jī)器周期，即 12 個(gè)振蕩周期。如果外部為邊沿觸發(fā)方式， 則引腳出輸入的信號(hào)的搞電平個(gè)低電平至少各保持一個(gè)周期，才能確保 CPU 檢測(cè)到電平的調(diào)變；而如果采用電平觸發(fā)方式，外部中斷源應(yīng)一直保持中斷請(qǐng)求有效，直到得到響應(yīng)為止。 （二 ）中斷控制 CPU 對(duì)中斷源的開放和屏蔽，以及每個(gè)中斷源是否被允許中斷，都受中斷允許寄存器 IE控制。每個(gè)中斷源優(yōu)先級(jí)的設(shè)定，則由中斷優(yōu)先級(jí)寄存器 IP控制。寄存器狀態(tài)可湖北師范學(xué)院機(jī)電與控制工程學(xué)院 2020屆學(xué)士學(xué)位論文（設(shè)計(jì)） 15 通過程序由軟件設(shè)定。 (1)中斷的開放和屏蔽 89C51 沒有專門的開中斷和關(guān)中斷指令，中斷的開放和關(guān)閉是通過中斷允許寄存器 IE進(jìn)行兩級(jí)控制的。 所謂兩 級(jí)控制是指有一個(gè)中斷允許總控制位 EA，配合各中斷源的中斷允許控制位共同實(shí)現(xiàn)對(duì)中斷請(qǐng)求的控制。這些中斷允許控制位集成在中斷允許寄存器 IE 中，如表 。 表 中斷允許寄存器 IE 現(xiàn)對(duì) IE 各位的說(shuō)明如下： EA() 為 CPU 中斷走允許位， EA=0， CPU 關(guān)中斷，禁止一切中斷。 EA=1,CPU 開放中斷，而每個(gè)中斷源是否開放還是屏蔽分別由各自的允許位確定。 （ ） 保留位。 ET2（ ） 為定時(shí)器 2 中斷允許位，僅用于 52 子系列單片機(jī)中， ET2=1 允許 定時(shí)器 2中斷，否則禁止中斷。 ES（ ） 為串行口中斷允許位。 ES=1，允許串行口的接收和發(fā)送中斷； ES=0 禁止串行口中斷。 ET1（ ） 為定時(shí)器 1（ T1溢出中斷）中斷允許位。 ET1=1，允許 T1中斷，否則禁止中斷。 EX1() 為外部中斷 1（ 1INT ）的中斷允許位。 EX1=1 允許外部中斷 1 中斷；否則禁止中斷。 ET0() 為定時(shí)器 0（ T0 溢出中斷）的中斷允許位。 ET0=1 允許 T0 中斷，否則禁止中斷。 EX0() 為外部中斷 0（ 0INT ）的中斷允許位。 EX0=1 允許外部中斷 0 中斷，否則禁止中斷。 中斷允許寄存器 IE 的單元地址是 A8H，個(gè)控制位（位地址為 A8H~AFH）也可位尋址，可以進(jìn)行字節(jié)尋址也可位尋址。所以既可以用字節(jié)傳送指令又可以用位操作指令來(lái)對(duì)各個(gè)中斷請(qǐng)求加以控制。 湖北師范學(xué)院機(jī)電與控制工程學(xué)院 2020屆學(xué)士學(xué)位論文（設(shè)計(jì)） 16 LCD1602 液晶顯示 1602 液晶也叫 1602 字符型液晶它是一種專門用來(lái)顯示字母、數(shù)字、符號(hào)等的 點(diǎn)陣型液晶模塊它有若干個(gè) 5X7 或者 5X11 等點(diǎn)陣字符位組成，每個(gè)點(diǎn)陣字符位都可以顯示一個(gè)字符。每位之間有一個(gè)點(diǎn)距的間隔每 行之間也有間隔起到了字符間距和行間距的作用，正因?yàn)槿绱怂运荒茱@示圖形 。 （ 1）管腳功能： 1602 采用標(biāo)準(zhǔn)的 16腳接口，其中： 第 1腳： VSS 為電源地 第 2腳： VDD 接 5V 電源正極 第 3腳： V0 為液晶顯示器對(duì)比度調(diào)整端，接正電源時(shí)對(duì)比度最弱，接地電源時(shí)對(duì)比度最高（對(duì)比度過高時(shí)會(huì) 產(chǎn)生 “ 鬼影 ” ，使用時(shí)可以通過一個(gè) 10K 的電位器調(diào)整對(duì)比度）。 第 4腳： RS 為寄存器選擇，高電平 1時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平 0時(shí)選擇指令寄存器。 第 5腳： RW 為讀寫信號(hào)線，高電平 (1)時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平 (0)時(shí) 進(jìn)行寫操作。