【文章內(nèi)容簡介】 P 1 .5 / M O S I6P 1 .6 / M I S O7P 1 .7 / S C K8R E S T9P 3 .0 / R X D10P 3 .1 / T X D11P 3 .2 / IN T 012P 3 .3 / IN T 113P 3 .4 / T 014P 3 .5 / T 115P 3 .6 / W R16P 3 .7 / R D17X T A L 218X T A L 119GND20A T 8 9 S 5 1 圖 21 引腳圖 1 電源和晶振： Vcc—— 運(yùn)行和 程序校驗(yàn)時(shí)加 +5V。 Vss—— 接地。 XTAL1—— 輸入到振蕩器的反相放大器。 XTAL2—— 反相放大器的輸出，輸入到內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器。 當(dāng)用外部振蕩器時(shí)， XTAL2 不用， XTAL1 接收振蕩器信號 。 xx 工業(yè)大學(xué) xx 學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 12 2 控制線，共 4根。 （ 1）輸入： RST—— 復(fù)位輸入信號，高電平有效。在振蕩器工作時(shí)，在 RST 上作用兩個(gè)機(jī)器周期以上的高電平，將器件復(fù)位。 EA/Vpp—— 片外程序存儲器訪問允許信號，低電平有效。在編程時(shí)，其上施加21V 的編程電壓。 （ 2）輸入，輸出： ALE/PROG—— 地址鎖存允許信號，輸出。用做片外 存儲器訪問時(shí)，低字節(jié)地址鎖存。 ALE 以 1/6 的振蕩頻率穩(wěn)定速率輸出，可用做對外輸出的時(shí)鐘或用于定時(shí)。在 EPROM 編程期間，作輸入。輸入編程脈沖。 ALE可以驅(qū)動(dòng) 8個(gè) LSTTL 負(fù)載。 （ 3）輸出： PSEN—— 片外程序存儲器選通信號，低電平有效。在從片外程序存儲器取指期間，在每個(gè)機(jī)器周期中，當(dāng) PSEN 有效時(shí)，程序存儲器的內(nèi)容被送上 P0 口（數(shù)據(jù)總線）。PSEN 可以驅(qū)動(dòng) 8個(gè) LSTTL 負(fù)載。 3 I/O 口： 4 個(gè)口， 32 根 單片機(jī) 51系列共有四個(gè) 8位雙向并行 I/O通道口，分別是 P0、 P P P3，各具有特殊的電 路結(jié)構(gòu)，每位均有自己的鎖存器、輸出驅(qū)動(dòng)器和輸入緩沖器。這種結(jié)構(gòu)，在數(shù)據(jù)輸出時(shí)可鎖存，即輸出新的數(shù)據(jù)之前，通道口上原數(shù)據(jù)一直保持不變，但對輸入信息是不鎖存的，因此從外部輸入的信息必須保持到取數(shù)指令執(zhí)行完為止。在這四個(gè) 8位雙向并行 I/O通道口中，我們應(yīng)該選擇哪一個(gè)通道口作為輸入信號和輸出信號的端口呢？下面我們先來了解一下四個(gè)通道口的結(jié)構(gòu)。 （ 1） P0口介紹 P0口在訪問外部存儲器時(shí)， P0口既是一個(gè)真正的雙向數(shù)據(jù)總線口，又是從分時(shí)輸出 8位地址口。它包括一個(gè)輸出鎖存器，兩個(gè)三態(tài)緩沖器，一個(gè)輸出驅(qū)動(dòng)電路和一個(gè)輸出控 制電路 (2） P1口 介紹 P1口是專門為用戶使用的 I/O 口，是準(zhǔn)雙向口， P1 口為 8位準(zhǔn)雙向口，每一位均可單獨(dú)定義為輸入或輸出口。 在編程校驗(yàn)期間，用做輸入低位字節(jié)地址。 P1口可以驅(qū)動(dòng) 4 個(gè) LSTTL 負(fù)載。 xx 工業(yè)大學(xué) xx 學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 13 (3） P2口介紹 P2口也是雙向口。它是供系統(tǒng)擴(kuò)展時(shí)輸出高 8位地址。如果沒有系統(tǒng)擴(kuò)展時(shí)，也可以作為用戶的 I/O口使用。 P2口作為外部數(shù)據(jù)存儲器或程序存儲器的地址總線的高 8位輸出口 AB8AB15， P0口由 ALE選通作為地址總線的低 8位輸出口 AB0AB7。外部的程序存儲器由 PSEN信 號選通，數(shù)據(jù)存儲器則由 WR和 RD讀寫信號選通，因?yàn)?16=64k，所以 89S51最大可外接 64kB的程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器 (4） P3口介紹 P3口 是個(gè)雙功能口，第一功能作通用 I/O口，第二功能是作變異功能用， 為適應(yīng)引腳的第二功能的需要，增加了第二功能控制邏輯，在真正的應(yīng)用電路中，第二功能顯得更為重要。由于第二功能信號有輸入輸出兩種情況，我們分別加以說明。 P3 口的輸入輸出及 P3 口鎖存器、中斷、定時(shí) /計(jì)數(shù)器、串行口和特殊功能寄存器有關(guān)， P3口的第一功能和 P1 口一樣可作為輸入輸出端口，同樣具有字節(jié)操作和位操作兩種方式，在位操作模式 下，每一位均可定義為輸入或輸出 端口引腳 功能特征 串行輸入口（ RXD） 串行輸出口 (TXD) 外中斷 0(INT0) 外中斷 1(INT1) 定時(shí) /計(jì)數(shù)器 0的外部輸入口 (T0) 定時(shí) /計(jì)數(shù)器 1的外部輸入口 (T1) 外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通 (WR) 外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通 (RD) 表 22 P3口的 第二功能 89S51 單片機(jī)的中斷系統(tǒng) 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的汽車多功能報(bào)警器是利用外部中斷觸發(fā)單片機(jī)中斷處理程序，以 實(shí)現(xiàn)防盜報(bào)警的功能。所以，以下內(nèi)容是對 89S51 單片機(jī)的中斷系統(tǒng)的介紹。 1 中斷：程序執(zhí)行過程中，允許外部或內(nèi)部事件通過硬件打斷程序的執(zhí)行，使其xx 工業(yè)大學(xué) xx 學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 14 轉(zhuǎn)向?yàn)樘幚韮?nèi)部事件的中斷服務(wù)程序中去；完成中斷服務(wù)的程序后， CPU繼續(xù)原來被打斷的程序，這樣的過程稱為中斷過程。 2 中斷源：能產(chǎn)生中斷的外部和內(nèi)部事件。 89S51 有 5個(gè)中斷源： (1) INT0：外部中斷 0 請求，低電平有效。通過 引腳輸入。 (2) INT1：外部中斷 1 請求，低電平有效。通過 引腳輸入。 (3) T0：定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 0溢出中斷請求 。 (4) TI：定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 1溢出中斷請求。 (5) TXD/RXD：串行口中斷請求。當(dāng)串行口完成一幀數(shù)據(jù)的發(fā)送或接收時(shí)，便請求中斷。 每一個(gè)中斷源都對應(yīng)一個(gè)中斷請求標(biāo)志位，它們設(shè)置在特殊功能寄存器TCON 和 SCON 中。當(dāng)這些中斷源請求中斷時(shí)，相應(yīng)的標(biāo)志分別有 TCON 和 SCON 中的相應(yīng)位來鎖存。 3 89S51 中斷系統(tǒng)有以下 4 個(gè)特殊功能寄存器： （ 1） 定時(shí)器控制寄存器 TCON（用 6 位）； （ 2）串行口控制寄存器 SCON（用 2 位）； （ 3）中斷允許寄存器 IE； （ 4）中斷優(yōu)先級寄存器 IP。 其中， TCON 和 SCON 只有一部分用于中斷控制。通過對以上各特殊功能寄存器的各位進(jìn)行置位或復(fù)位等操作，可實(shí)現(xiàn)各種中斷控制功能。 4中斷的響應(yīng)過程及中斷矢量地址 中斷處理過程可分為 3 個(gè)階段：中斷響應(yīng)、中斷處理和中斷返回。 89C51 的CPU 在每個(gè)機(jī)器周期的 S5P2 期間順序采樣每個(gè)中斷源， CPU 在下一個(gè)機(jī)器周期S6期間按優(yōu)先級順序查詢中斷標(biāo)志。如查詢到某個(gè)中斷標(biāo)志為 1，則將在接下來的機(jī)器周期 S1 期間按優(yōu)先級進(jìn)行中斷處理。中斷系統(tǒng)通過硬件自動(dòng)將相應(yīng)的中斷矢量地址裝入 PC， 以便進(jìn)入相應(yīng)的中斷服務(wù)程序。表 2 既是各個(gè)中斷源對應(yīng)的中斷矢量地址。 由于 89S51 系列單片機(jī)的兩個(gè)相鄰的中斷源中斷服務(wù)程序入口地址相距只xx 工業(yè)大學(xué) xx 學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 15 有八個(gè)單元，一般的中斷服務(wù)程序是容納不下的，通常是在相應(yīng)的中斷服務(wù)程序入口地址中放一條常跳轉(zhuǎn)指令 LJMP，這樣就可以轉(zhuǎn)到 64KB 任何可用區(qū)域了。 表 23 中斷源及其對應(yīng)的矢量地址 中斷服務(wù)程序從矢量地址開始執(zhí)行，一直到返回指令 RETI 為止。 RETI 指令的操作一方面告訴中斷系統(tǒng)該中斷服務(wù)程序已執(zhí)行完畢，另一方面把原來壓入堆棧保護(hù)斷點(diǎn)地址從棧頂彈出，裝入程序寄存器 PC，使程序返回到被中斷的程序斷點(diǎn)處繼續(xù)執(zhí)行。 5 在編寫中斷服務(wù)程序時(shí)應(yīng)注意： （ 1）在中斷矢量地址單元處存放一條無條件轉(zhuǎn)移指令（如 LJMP H），使中斷程序可靈活的安排在 64KB 程序存儲器的任何空間 。 （ 2）在中斷服務(wù)程序中，用戶應(yīng)注意用軟件保護(hù)現(xiàn)場，以免中斷返回后丟失原寄存器、累加器中的信息。 （ 3）若要在執(zhí)行當(dāng)前中斷程序時(shí)禁止更高優(yōu)先級中斷，則可先用軟件關(guān)閉 CPU中斷或禁止某中斷源中斷，在中斷返回前在開放中斷。 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器是單片機(jī)中重要部件，其工作方式靈活、編程簡單。 89C51單片機(jī)片內(nèi)有兩個(gè) 16位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器，即定時(shí)器 0（ T0）定時(shí)器 1（ T1）。它們都有定時(shí)和事件記數(shù)的功能，可用于定時(shí)控制、延時(shí)、對外部事件計(jì)數(shù)和檢測等場合。 兩個(gè) 16 位定時(shí)器實(shí)際上都是 16 位加 1 計(jì)數(shù)器。其中， T0 由兩個(gè) 8 位特殊功能寄存器 TH0 和 TL0 構(gòu)成； T1 由 TH1 和 TL1 構(gòu)成。每個(gè)定時(shí)器都可由軟件設(shè)置為定時(shí)工作方式或計(jì)數(shù)工作方式及其他靈活多樣的可控功能方式。這些功能都中斷源 中斷矢量地址 外部中斷 0（ 0INT ） 0003H 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 0（ T0） 000BH 外部中斷 1（ 1INT ） 0013H 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 1（ T1） 001BH 串行口中斷（ RI、 TI） 0023H xx 工業(yè)大學(xué) xx 學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 16 由特殊功能寄存器 TMOD 和 TCON 所控制。 設(shè)置為定時(shí)工作方式時(shí)，定時(shí)器計(jì)數(shù) 89S51 片內(nèi)振蕩器輸出的經(jīng) 12 分頻后的脈沖，即每個(gè)機(jī)器周期使定時(shí)器（ T0 或 T1）的數(shù)值加 1 直至計(jì)滿溢出。當(dāng) 89S51采用 12MHZ 晶振時(shí)，一個(gè)機(jī)器周期為 1us，計(jì)數(shù)頻率為 1MHZ。 設(shè)置為計(jì)數(shù)工作方式時(shí)，通過引腳 T0（ ）和 T1（ ）對外部脈 沖信號計(jì)數(shù)。當(dāng)輸入脈沖信號產(chǎn)生由 1至 0的下降沿時(shí)，定時(shí)器的值加 1。在每個(gè)機(jī)器周期的 S5P2 期間采樣 T0 和 T1 引腳的輸入電平，若前一個(gè)機(jī)器周期采樣值為1，下一個(gè)機(jī)器周期采樣值為 0，則計(jì)數(shù)器加 1。此后的機(jī)器周期 S3P1 期間，新的數(shù)值裝入計(jì)數(shù)器。所以，檢測一個(gè) 1至 0的跳變需要兩個(gè)機(jī)器周期，故最高計(jì)數(shù)頻率為振蕩頻率底 1/24。 不管是定時(shí)還是計(jì)數(shù)工作方式，定時(shí)器 T0 或 T1 在對內(nèi)部時(shí)鐘或?qū)ν獠渴录?jì)數(shù)時(shí)，不占用 CPU 時(shí)間，除非定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器溢出，才可能中斷 CPU 的當(dāng)前操作。由此可見，定時(shí)器是單片機(jī)中效率高而且工作靈活 的部件。 89S51 單片機(jī)的外圍電路的設(shè)計(jì) 89S51單片機(jī)內(nèi)含有一個(gè)高增益的反相放大器，通過 XTAL XTAL2 外接作為反饋元件的晶體后，構(gòu)成自激振蕩器，所以 89S51單片機(jī)正常工作時(shí)需要外接晶振和微調(diào)電容。本設(shè)計(jì)的復(fù)位電路采用 最簡單的上電復(fù) 位電路，上電復(fù)位電路的工作原理為：上電瞬間， RC電路充電， RST引腳端出現(xiàn)正脈沖，只要 RST端保持10MS以上高電平，就能使單片機(jī)有效地復(fù)位。本系統(tǒng)還采用硬件看門狗電路，以解決因程序跑飛而使系統(tǒng)不能正常工作的問題，提高系統(tǒng)的可靠性。為此，使用MAX813L來設(shè)計(jì)單片機(jī)監(jiān)控電路，以保證系統(tǒng)可靠運(yùn)行。 MAX813L芯片及其工作原理： 加電、掉電以及供電電壓下降情況下的復(fù)位輸出，復(fù)位脈沖寬度典型值為200 ms；獨(dú)立的看門狗輸出，如果看門狗輸入在 1． 6 s 內(nèi)未被觸發(fā)，其輸出將變?yōu)楦唠娖剑? V 門限值檢測器，用于電源故障報(bào)警、電池低電壓檢測或＋ 5 V以外的電源；門限電壓為 ；低電平有效的手動(dòng)復(fù)位輸入。 xx 工業(yè)大學(xué) xx 學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 17 (1)手動(dòng)復(fù)位輸入端（ ） 當(dāng)該端輸入低電平保持 140 ms 以上，MAX813L 就輸出復(fù)位信號 .該輸入端的最小輸入脈寬要求可以有效地消除開關(guān)的抖動(dòng)。 (2)工作電源端（ VCC）：接 +5V 電源。 (3)電源接地端（ GND）：接 0 V參考電平。 (4)電源故障輸入端（ PFI） 當(dāng)該端輸入電壓低于 1． 25 V 時(shí)， 5 號引腳輸出端的信號由高電平變?yōu)榈碗娖健? (5)電源故障輸出端（ ) 電源正常時(shí)，保持高電平，電源電壓變低或掉電時(shí)，輸出由高電平變?yōu)榈碗娖健? (6)看門狗信號輸入端（ WDI） 程序正常運(yùn)行時(shí)，必須在小于 1． 6 s 的時(shí)間間隔內(nèi)向該輸入端發(fā)送一個(gè)脈沖信號，以清除芯片內(nèi)部的看門 狗定時(shí)器。若超過 1． 6 s 該輸入端收不到脈沖信號，則內(nèi)部定時(shí)器溢出， 8 號引腳由高電平變?yōu)榈碗娖健? (7)復(fù)位信號輸出端（ RST） 上電時(shí)，自動(dòng)產(chǎn)生 200 ms 的復(fù)位脈沖；手動(dòng)復(fù)位端輸入低電平時(shí)，該端也產(chǎn)生復(fù)位信號輸出。 (8)看門狗信號輸出端（ ） 正常工作時(shí)輸出保持高電平，看門狗輸出時(shí)，該端輸出信號由高電平變?yōu)榈碗娖健? 3．基本工作原理 工業(yè)環(huán)境中的干擾大多是以窄脈沖的形式出現(xiàn)，而最終造成微機(jī)系統(tǒng)故障的多數(shù)現(xiàn)象為 “ 死機(jī) ” 。究其原因是 CPU 在執(zhí)行某條指令時(shí)，受干擾的沖擊，使它的操作碼或地址碼發(fā)生改變，致使 該