【文章內(nèi)容簡介】 振蕩器頻率的 1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。 注意：每 當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個 ALE 脈沖。如想禁止ALE 的輸出可在 SFR8EH 地址上置 0。此時， 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，置位無效。 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址期間，在每個機器周期中，當(dāng) PSEN 有效時，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 8個 LSTTL 負(fù)載。 AT89S51 系列單片機的功能單元 1．并行 I/O 接口： 單片機芯片內(nèi)有一項主要 功能就是并行 I/O 口。 51 系列共有 4 個 8位的并行 I/O 口，分別記作 P0、 P P P3 每個口都包含一個鎖存器，一個輸出驅(qū)動器和輸入緩沖器。實際上，它們已被歸入專用寄存器之列，河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 11 并且具有字節(jié)尋址和位尋址功能。在訪問片外擴展存儲器時，低八位地址和數(shù)據(jù)由 P0口分時傳送，高八位地址由 P2 口傳送。 2．定時器 /計數(shù)器 定時器 /計數(shù)器（ timer/counter）是單片機中的重要部件，其工作方式靈活、編程簡單，使用它對減輕 CPU 的負(fù)擔(dān)和簡化外圍電路都大有好處。 S51 系列包含有兩個 16 位的可編程定時器 /計數(shù)器分別稱為定 時器 /計數(shù)器 T0 和定時器 /計數(shù)器 T1；在 C51 部分產(chǎn)品中，還包含有一個用做看門狗的 8 位定時器。定時器 /計數(shù)器的核心是一個加 1 計數(shù)引腳上施加器，其基本功能是加 1 功能。在單片機的定時器 T0或 T1 中，有一個定時器發(fā)生由 0到 1的跳變時，計數(shù)器增 1，即為計數(shù)功能；在單片機內(nèi)部對機器周期或其分頻進行計數(shù)，從而得到定時，這就是定時功能。在單片機中，定時功能和計數(shù)功能的設(shè)定和控制都是通過軟件來進行的。 定時器 /計數(shù)器內(nèi)部結(jié)構(gòu)及其原理：由定時器 0、定時器 定時器方式寄存器 TMOD 和定時器控制寄存器 TCON 組成。當(dāng)定時器 /計 數(shù)器設(shè)置為定時工作方式時，計數(shù)器對內(nèi)部機器周期計數(shù)，每過一個機器周期，計數(shù)器加 1，直至計滿溢出。定時器的定時時間與系統(tǒng)的振蕩頻率緊密相關(guān)，因為 S51 系列單片機的一個機器周期由 12 個振蕩脈沖組成，所以，計數(shù)頻率 fc=fosc/12。 當(dāng)定時器 /計數(shù)器設(shè)置為計數(shù)工作方式時，計數(shù)器對來自輸入引腳 T0（ ）和 T1（ ）的外部信號計數(shù)，外部脈沖的下降沿將觸發(fā)計數(shù)。在每個機器周期的 S5P2 期間采樣引腳輸入電平，若前一個機器周期采樣值為 1，后一個機器周期采樣值為 0，則計數(shù)器加 1。新的計數(shù)值是在檢測到輸入引腳電 平發(fā)生 1到 0 的負(fù)跳變后，于下一個機器周期的 S3P1 期間裝入計數(shù)器中的，可見，檢測一個由 1 到 0 的負(fù)跳變需要兩個機器周期，所以最高檢測頻率為振蕩頻率的 1/24。計數(shù)器對外部輸入信號的占空比河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 12 沒有特別的限制，但必須保證輸入信號的高電平與低電平的持續(xù)時間在一個機器周期以上。 3．振蕩器 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。如采用外部時鐘源驅(qū)動器件， XTAL2 應(yīng)不接。當(dāng)輸入至內(nèi)部時鐘信號時要通過一個二分頻觸發(fā)器，而對外部時鐘信號的脈寬 無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。 4．芯片擦除 整個 PEROM 陣列和三個鎖定位的電擦除可通過正確的控制信號組合，并保持 ALE 管腳處于低電平 10ms 來完成。在芯片擦除操作中，代碼陣列全被寫“ 1”且在任何非空存儲字節(jié)被重復(fù)編程以前，該操作必須被執(zhí)行。 AT89S51 設(shè)有穩(wěn)態(tài)邏輯，可以在低到零頻率的條件下靜態(tài)邏輯，支持兩種軟件可選的掉電模式。在閑置模式下， CPU 停止工作。但 RAM、定時器、計數(shù)器、串口和中斷系統(tǒng)仍在工作。在掉電模式下，保存 RAM 的內(nèi)容并且凍結(jié)振蕩器，禁止所用其他芯片功能，直 到下一個硬件復(fù)位為止。 5．中斷系統(tǒng) 中斷系統(tǒng)是單片機的重要組成部分。實時控制、故障自動處理、單片機與外圍設(shè)備間的數(shù)據(jù)傳送往往采用中斷系統(tǒng)。中斷系統(tǒng)大大提高了系統(tǒng)的效率。 C51 系統(tǒng)有關(guān)中斷的寄存器有 4 個，分別為中斷源寄存器 TCON 和SCON、中斷允許控制寄存器 IE 和中斷優(yōu)先級控制寄存器 IP；中斷源有 5個，分別為外部中斷 0 請求 INT0、外部中斷 1請求 INT定時器 0溢出中斷請求 TF0、定時器 1 溢出中斷請求 TF1 和串行中斷請求 R1 或 T1。 5個中斷源的排列順序由中斷優(yōu)先級控制寄存器 IP 和順序查詢邏輯電路共河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 13 同決 定， 5 個中斷源分別對應(yīng) 5 個固定的中斷入口地址。中斷的特點是分時操作，實時處理和故障處理。 簡單介紹一下本次設(shè)計所需的單片機芯片 AT89S51 的中斷系統(tǒng)中要用到的中斷類型。 （ 1） 外部中斷源 AT89S51 有 INT0 和 INT1 兩條外部中斷請求輸入線 ,用于輸入兩個外部中斷源的中斷請求信號 ,并允許外部中斷源以低電平或負(fù)邊沿兩種中斷觸發(fā)方式來輸入中斷請求信號。 AT89S51 究竟工作于哪種中斷觸發(fā)方式 ,可由用戶對定時器控制寄存器 TCON 中 IT0 和 IT1 位狀態(tài)的設(shè)定來選取。AT89S51 在每個機器周期的 S5P2 時對 INT0、線上中斷請求信號進行一次檢測 ,檢測方式和中斷觸發(fā)方式的選取有關(guān)。若 AT89S51 設(shè)定為電平觸發(fā)方式 (IT0=0 或 IT1=0),則 CPU 檢測到 INT0、 INT1 上低電平時就可認(rèn)定其上中斷請求有效 。若設(shè)定為邊沿觸發(fā)方式 (IT0=1 或 IT1=1),則 CPU 需要兩次檢測 INT0、 INT1 線上電平方能確定其上中斷請求是否有效 ,即前一次檢測為高電平和后一次檢測為低電平時中斷請求才有效。 （ 2） 定時器溢出中斷源 定時器溢出中斷由 AT89S51 內(nèi)部定時器分的中斷源產(chǎn)生 ,故它們屬于內(nèi)部中斷。 AT89S51 內(nèi)部有兩個 16位定時器 /計數(shù)器 ,受內(nèi)部定時脈沖 (主脈沖經(jīng) 12分頻后 )或 T0/T1引腳上輸入的外部定時脈沖計數(shù)。定時器 T0/T1在定時脈沖作用下從全“ 1”變成全“ 0”時可以自動向 CPU 提出溢出中斷請求 ,以表明定時器 T0 或 T1 的定時時間已到。 （ 3） 串行口中斷源 串行口中斷由 AT89S51 內(nèi)部串行口的中斷源產(chǎn)生 ,也是一種內(nèi)部中斷。串行口中斷分為串行口發(fā)送中斷和串行口接收中斷兩種。在串行口進行發(fā)送 /接收數(shù)據(jù)時 ,每當(dāng)串行口發(fā)送 /接收完一組串行數(shù)據(jù)時串行口電路河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 14 自動使串行口控制寄存器 SCON 中的 RI或 TI 中斷標(biāo)志位置位，并自動 向CPU 發(fā)出串行口中斷請求 ,CPU 響應(yīng)串行口中斷后便立即轉(zhuǎn)入串行口中斷服務(wù)程序執(zhí)行。因此 ,只要在串行口中斷服務(wù)程序中安排一段對 SCON 中RI 和 TI 中斷標(biāo)志位狀態(tài)的判斷程序 ,便可區(qū)分串行口發(fā)生了接收中斷請求還是發(fā)送中斷請求。 （ 4） 中斷標(biāo)志 AT89S51在 S5P2時檢測 (或接收 )外部 (內(nèi)部 )中斷源發(fā)來的中斷請求信號后先使相應(yīng)中斷標(biāo)志位置位 ,然后便在下個機器周期檢測這些中斷標(biāo)志位狀態(tài) ,以決定是否響應(yīng)該中斷。 AT89S51引腳圖 AT89S51最小系統(tǒng) 單片機最小系統(tǒng)，是指用最少的元件組成以單片機為 核心元件的可以正常工作具有特定功能的單片機系統(tǒng)，是 單片機產(chǎn)品開發(fā)的核心電路。 一、原理圖的設(shè)計 對 51系列單片機來說，單片機要正常工作，必須具有 五個基本電路： 電源電路、時鐘電路、復(fù)位電路、程序存 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 15 儲器選擇電路、外圍電路。因此，單片機最小系統(tǒng)一般應(yīng) 該包括單片機、晶振電路、復(fù)位電路 、外圍電路等。 單片機芯片的第 40腳為正電源引腳 VCC，一般外接 +5V電壓。第 20腳為接地引腳 GND。 單片機是一種時序電路，必須要有時鐘信號才能正常 工作。芯片的 18腳（ XTAL2）、 19腳（ XTAL1）分別為片 內(nèi)反向放大器的輸出端和輸入端，只要在 18腳（ XTAL2） 和 19腳（ XTAL1）之間接上一個晶振，再加上 2個 30PF的 瓷片電容即可構(gòu)成單片機所需的時鐘電路。注意，當(dāng)采用 外部時鐘時， 19腳（ XTAL1）接地， 18腳（ XTAL2）接外 部時鐘信號。 的設(shè)計 單片機芯片的第 9腳 RST（ Reset）是復(fù)位信號輸入 端。在開機或工作中因干擾而使程序失控，或工作中程序 處于某種死循環(huán)狀態(tài)等情況下都需要復(fù)位。 MCS51系列 單片機的復(fù)位靠外部電路實現(xiàn)，信號從 RST引腳輸入，高 電平有效，只要保持 RST引腳高電平 2個機器周期，單片機 就能正常復(fù)位。常見的復(fù)位電路有上電復(fù)位電路和按鍵復(fù) 位電路二種。 單片機芯片的第 31腳（ EA）為內(nèi)部與外部程序存儲器 選擇輸入端。當(dāng) EA引腳接高電平時， CPU先訪問片內(nèi) 4KB 的程序存儲器，執(zhí)行內(nèi)部程序存儲器 中的指令，當(dāng)程序計 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 16 數(shù)器超過 0FFFH時，將自動轉(zhuǎn)向片外程序存儲器，既是從 1000H地址單元開始執(zhí)行指令；當(dāng) EA引腳接低電平時，不 管片內(nèi)是否有程序存儲器， CPU只訪問片外程序存儲器。 AT89S51內(nèi)部有 4KB的程序存儲器，所以根據(jù)該腳的 引腳功能，只有將該腳接上高電平，才能先從片內(nèi)程序存 儲器開始取指令。 常見的程序存儲器選擇電路就是將第 31腳直接接到正 電源上。 單片機的主要控制功能是通過單片機的 I/O口按不同時 序輸出不同的高低電平控制外部的電路實現(xiàn)特定的功能。 AT89S51共有 4個 8位并行 I/O端口： P0、 P P P3 口，共 32個引腳。這四個口的電路結(jié)構(gòu)不完全相同，使用 也就有所區(qū)別。 因此，由 AT89S51單片機組成的最小系統(tǒng)如圖 ： 圖 的最小系統(tǒng)， 74HC14可以提高復(fù)位的可靠性；另外，當(dāng) P0用作 I/O口時，需要接 10k~20k的上拉電阻。 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 17 ABABI N 2I N 1E N AD11N40 0 6D21N40 0 6D31N40 0 6D41N40 0 6Q12S K 10 5 8Q22S K 10 5 8Q32S K 10 5 8Q42S K 10 5 8R11KV1+ 9 V2 31U174 12 62 31U274 12 6直流電機驅(qū)動電路直流電機+ 88 . 8 電機驅(qū)動模塊 根據(jù)直流電機的工作原理，從 PROTEUS 選取元器件如下，放置元器件、放置電源和地 ]連線，我們參此設(shè)計的直流電機驅(qū)動模塊電路如圖 所示 ● 2SK1058 : CMOSS 管 ● 74L26 : 三太門 ● 1N4006 : 二極管 ● VSCOURCE : 電源 ● MOTORENCODER : 直流電機 ● RES : 電阻 ● AT89S51 : 單片機 (在此并未顯示 ) 圖 直流電機驅(qū)動電路 然而考慮市場的行情，既然已有專門地為電機驅(qū)動而設(shè)計的芯片，就沒必要再從新來設(shè)計；選用 L298 芯片來構(gòu)成的電路結(jié)構(gòu)基本上跟上圖一河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 18 樣，由 L298 芯片組裝的驅(qū)動模塊如圖 所示。所用元器件如下所示： ● 1N4006 : 二極管 ● AT89S51 : 單片機 (在此并未顯示 ) ● RES : 電阻 ● MOTORENCODER : 直流電機 ● L298 : 電機驅(qū)動芯片 ● RESPACK8: 排阻 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 19 I N 15I N 27E N A6O U T 12O U T 23E N B11O U T 313O U T 414I N 310I N 412S E N S A1S E N S B15G N D8VS4V C C9 U2L2 9 8+ 1 2 VR410 0R510 0R610 0+ 88 . 823456789 1R P 1R E S P A C K 8+ 1 2 VD1