【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 ，所以很多場(chǎng)合會(huì)看到 8031 的名稱。 INTEL 公司將 MCS51 的核心技術(shù)授權(quán)給了很多其它公司，所以有很多公司在做以 8051 為核心的單片機(jī)，當(dāng)然，功能或多或少有些改變，以滿足不同的需求，其中 89C51 就是這幾年在我國非常流行的單片機(jī)，它是由美國 ATMEL 公司開發(fā) 生產(chǎn)的。 MCS51 單片機(jī)的內(nèi)部總體結(jié)構(gòu)其基本特性如下： 8位 CPU、片內(nèi)振蕩器、 4k字節(jié) ROM、 128 字節(jié) RAM、 21個(gè)特殊功能寄存器、 32根I/O 線、可尋址的 64k 字節(jié)外部數(shù)據(jù)、程序存貯空間、 2 個(gè) 16 位定時(shí)器、計(jì)數(shù)器中斷結(jié)構(gòu)：具有二個(gè)優(yōu)先級(jí)、五個(gè)中斷源一個(gè)全雙口串行口位尋址（即可尋找某位的內(nèi)容）功能，適于按位進(jìn)行邏輯運(yùn)算的位處理器。除 128 字節(jié) RAM、 4k 字節(jié)ROM 和中斷、串行口及定時(shí)器模塊外，還有 4組 I/O 口 P0～ P3，余下的就是 CPU的全部組成。把 4kROM 換為 EPROM 就是 8751 的結(jié)構(gòu)，如去掉 ROM/EPROM 部分即為 8031，如果將 ROM 置換為 Flash 存貯器或 EEPROM，或再省去某些 I/O，即可得到 51 系列的派生品種，如 89C5 AT89C2051 等單片機(jī)。單片機(jī)各部分是通過內(nèi)部的總線有機(jī)地連接起來的。 第二章 頻率計(jì)總體設(shè)計(jì)方案 第 4 頁 第 二 章 頻率計(jì)總體方案設(shè)計(jì) 方案比較 方案 一：（定時(shí) 1s 測(cè)信號(hào)脈沖次數(shù)） 本方案主要以單片機(jī)為核心，利用單片機(jī)的計(jì)數(shù)定時(shí)功能來實(shí)現(xiàn)頻率的計(jì)數(shù)并且利用單片機(jī)的動(dòng)態(tài)掃描法把測(cè)出的數(shù)據(jù)送到數(shù)字顯示電路顯示。具體是 用一個(gè)定時(shí)計(jì)數(shù)器做定時(shí)中斷，定時(shí) 1s，另一定時(shí)計(jì)數(shù)器僅做計(jì)數(shù)器使用，初始化完 畢后同時(shí)開啟兩個(gè)定時(shí)計(jì)數(shù)器，直到產(chǎn)生 1s 中斷，產(chǎn)生 1s 中斷后立即關(guān)閉T0和 T1（起保護(hù)程序和數(shù)據(jù)的作用）取出計(jì)數(shù)器寄存器內(nèi)的值就是 1s 內(nèi)待測(cè)信號(hào)的下跳沿次數(shù)即待測(cè)信號(hào)的頻率。用相關(guān)函數(shù)顯示完畢后再開啟 T0 和 T1 這樣即可進(jìn)入下一輪測(cè)量。 其 原理示意圖如 21所示 ： 圖 21 方案一原理示意圖 方案 二（測(cè)信號(hào)正半周期） 對(duì)于 1： 1占空比的方波，僅用一個(gè)定時(shí)計(jì)數(shù)器做計(jì)數(shù)器，外部中斷引腳作待測(cè)信號(hào)輸入口，置計(jì)數(shù)器為外部中斷引腳控制（外部中斷引腳為“ 1”切 TRx=1計(jì)數(shù)器開始計(jì)數(shù)）。單片機(jī)初始化完畢后程序 等待半個(gè)正半周期（以便準(zhǔn)確打開TRx）打開 TRx，這時(shí)只要 INTx（外部中斷引腳）為高電平計(jì)數(shù)器即不斷計(jì)數(shù)，低電平則不計(jì)數(shù)，待信號(hào)從高電平后計(jì)數(shù)器終止計(jì)數(shù)，關(guān)閉 TRx保護(hù)計(jì)數(shù)器寄存器的值，該值即為待測(cè)信號(hào)一個(gè)正半周期的單片機(jī)機(jī)器周期數(shù)，即可求出待測(cè)信號(hào)的周期：待測(cè)信號(hào)周期 T=2*t/(12/fsoc) t為測(cè)得待測(cè)信號(hào)的一個(gè)正半周期機(jī)器周期數(shù)； fsoc 為單片機(jī)的晶振。所以待測(cè)信號(hào)的頻率 f=1/T。 其 原理示意圖如 22 所示 ： 第二章 頻率計(jì)總體設(shè)計(jì)方案 第 5 頁 圖 22 方案二原理示意圖 方案論證 根據(jù)方 案一實(shí)驗(yàn)原理 ： 待測(cè)信號(hào)的頻率不應(yīng)該大于計(jì)數(shù)器的最大值 65535，也就是說待測(cè)信號(hào)應(yīng)小于 65535Hz。實(shí)驗(yàn)的誤差應(yīng)當(dāng)是均與的與待測(cè)信號(hào)的頻率無關(guān)。 利用單片機(jī)的計(jì)數(shù)器和定時(shí)器的功能對(duì)被測(cè)信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)。編寫相應(yīng)的程序可以使單片機(jī)自動(dòng)調(diào)節(jié)測(cè)量的量程，并把測(cè)出的頻率數(shù)據(jù)送到顯示電路顯示。 根據(jù)方案二實(shí)驗(yàn)原理：該方法只適用于 1： 1占空比的方波信號(hào)，要測(cè)非 1：1占空比的方波信號(hào)。由于有執(zhí)行 f=1/（ 2*t/(12/fsoc)）的浮點(diǎn)運(yùn)算，而數(shù)據(jù)類型轉(zhuǎn)換時(shí)未用 LCD 浮點(diǎn)顯示，故測(cè)得的頻率將會(huì)被取整，如 論顯示為 1234Hz，測(cè)得結(jié)果會(huì)有一定程度的偏小。也就是說測(cè)量結(jié)果與信號(hào)頻率的奇偶有一定關(guān)系。 單片機(jī)計(jì)數(shù)器的寄存器取值在 1~65535 之間，用該原理時(shí)，待測(cè)信號(hào)的頻率小于單片機(jī)周期的 1/12 時(shí)，單片機(jī)方可較標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)得待測(cè)信號(hào)的正半周期。故用該原理測(cè)得信號(hào)的最高頻率理論應(yīng)為 fsoc/12 如 12MHZ 的單片機(jī)為 1MHz。而最小頻率為 f=1/（ 2*65535/(12/fsoc)） 如 12MHZ 的單片機(jī)為 8Hz。 方案選擇 比較以上兩種方案可以知道， 方案一的核心是單片機(jī)，使用的元器件少，原理電路簡(jiǎn)單 ，調(diào)試簡(jiǎn)單只要改變程序的設(shè)定值則可以實(shí)現(xiàn)不同頻率范圍的測(cè)試，能自動(dòng)選擇測(cè)試的量程 ； 誤差均衡，且可測(cè)量任意占空比的方波信號(hào)，但由于單片機(jī)的限制頻率越高誤差將表現(xiàn)更明顯 。與方案一相比較方案二在量程內(nèi)誤差比方法一稍小，占用 CPU 資源較小，但量程比方案一小， 且 不能測(cè)量非均衡占空比的頻率信號(hào)，超過量程測(cè)量結(jié)果完全錯(cuò)誤?；谏鲜霰容^，所以選擇了方案一。 第 三 章 系統(tǒng) 硬件電路的設(shè)計(jì) 第 4 頁 第 三 章 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì) 系統(tǒng) 硬件電路設(shè)計(jì) 數(shù)字頻率計(jì)是一個(gè)將被測(cè)頻率顯示出來的計(jì)數(shù)裝置，它主要由單片機(jī) 89C51控制、 LED 顯示器、電源等組成。該系統(tǒng)的功 能是將信號(hào)輸入 口，通過單片機(jī)程序控制，對(duì) LED 顯示器進(jìn)行段控和位控，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)顯示。數(shù)字頻率計(jì)是計(jì)算機(jī)、通訊設(shè)備、音頻視頻等科研生產(chǎn)領(lǐng)域不可缺少的測(cè)量?jī)x器。在進(jìn)行有關(guān)電子技術(shù)的設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試過程中，由于其使用十進(jìn)制數(shù)顯示，測(cè)量迅速，精確度高，顯示直觀，會(huì)被經(jīng)常使用到。圖 31 為數(shù)字頻率計(jì) 的系統(tǒng)硬件電路原理圖。 圖 31 系統(tǒng)硬件電路原理圖 硬件電路圖中，單片機(jī)的 EA管腳必須接高電平，因?yàn)榻拥碗娖綍r(shí)只選用片第 三 章 系統(tǒng) 硬件電路的設(shè)計(jì) 第 5 頁 外程序存儲(chǔ)器， 而試驗(yàn)所用的是片內(nèi)程序存儲(chǔ)器。液晶顯示器 1602 的 VL管腳必須接一個(gè)電位器來調(diào)節(jié)，因?yàn)?VL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 ” ， 對(duì)比度過弱時(shí)，看不到屏幕上顯示的數(shù)據(jù)。 數(shù)字頻率計(jì)的主 電路設(shè)計(jì) ATC89C51 可以完成 ISP 在線編程功能， ATC89C51 內(nèi)部有 EEPROM，可以在程序中修改，斷電不丟失。還增加了兩級(jí)中斷優(yōu)先級(jí)， STC 推出的系列 51單片機(jī)芯片是全面兼容其它 51 單片機(jī)的，而且 51單片機(jī)是主流大軍。 89C51 芯片介紹 許多硬件設(shè)計(jì)中都使用到單片機(jī) 89C51，其功能比以往的單片機(jī)強(qiáng)大的多。89C51 引腳圖如圖 32 所示 。 圖 32 89C51 引腳圖 第 三 章 系統(tǒng) 硬件電路的設(shè)計(jì) 第 6 頁 （ 1） 芯片引腳功能： 主電源引腳 Vcc 和 Vss ?Vcc（ 40 腳）：接＋ 5V 電壓； ?Vss（ 20 腳）：接地。 89C51 晶振接法如圖 33。 圖 33 89C51 晶振接法圖 選用 6MHz 頻率的晶體，允許輸入的脈沖頻率為 250kHz。電容的大小范圍為20pF～ 40pF，本設(shè)計(jì)選用 30pF 電 容。 P0 口： P0 口是一個(gè) 8位漏極開路的雙向 I/O口。作為輸出口，每位能驅(qū)動(dòng)8個(gè) TTL 邏輯電平。對(duì) P0端口寫“ 1”時(shí)，引腳用作高阻抗輸入。當(dāng)訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)， P0 口也被作為低 8位地址 /數(shù)據(jù)復(fù)用。在這種模式下， P0具有內(nèi)部上拉電阻。在 flash 編程時(shí)， P0口用來接收指令字節(jié)；在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)。程序校驗(yàn)時(shí)，需要外部上拉電阻 [7]。 P1 口： P1 口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P1 輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng) 4個(gè) TTL 邏輯電平。對(duì) P1 端口寫“ 1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作 為輸入口使用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流。此外， 和 分別作定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 2的外部計(jì)數(shù)輸入和定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 2的觸發(fā)輸入， P1口功能具體如表 31所示。在 flash 編程和校驗(yàn)時(shí)， P1口接收低 8 位地址字節(jié)。 表 31 P1 口的第二種功能說明表 引腳號(hào) 第二功能 T2(定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 T2 的外部計(jì)數(shù)輸入 )，時(shí)鐘輸出 T2EX(定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 T2 的捕捉 /重載觸發(fā)信號(hào)和方向控制 ) MOSI(在系統(tǒng)編程用 ) 第 三 章 系統(tǒng) 硬件電路的設(shè)計(jì) 第 7 頁 MISO(在系統(tǒng)編 程用 ) SCK(在系統(tǒng)編程用 ) P2 口： P2 口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng) 4 個(gè) TTL 邏輯電平。對(duì) P2 端口寫“ 1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流。在訪問外部程序存儲(chǔ)器或用 16位地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，P2口送出高八位地址。在這種應(yīng)用中， P2 口使用很強(qiáng)的內(nèi)部上拉發(fā)送 1。在使用 8 位地址訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)， P2口輸出 P2鎖存器的內(nèi)容。在 flash 編程和校驗(yàn)時(shí)， P2 口也接收高 8 位地 址字節(jié)和一些控制信號(hào)。 P3 口： P3 口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng) 4個(gè) TTL 邏輯電平。對(duì) P3端口寫“ 1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流。 P3口亦作為 AT89C51 特殊功能（第二功能）使用， P3口功能如表32 所示。在 flash 編程和校驗(yàn)時(shí)， P3口也接收一些控制信號(hào)。 表 32 P3 口的第二種功能說明表 引腳號(hào) 第二功能 RXD（串行輸入） TXD (串行輸出 ) INT0 （外部中斷 0） （外部中斷 1） T0(定時(shí)器 0 外部輸入 ) T1(定時(shí)器 1 外部輸入 ) WR (外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通 ) RD (外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通 ) RST:復(fù)位輸入。晶振工作時(shí)， RST 腳持續(xù) 2個(gè)機(jī)器周期高電平將使單片機(jī)復(fù)位。看門狗計(jì)時(shí)完成后， RST 腳輸 出 96個(gè)晶振周期的高電平。特殊寄存器 AUXR(地第 三 章 系統(tǒng) 硬件電路的設(shè)計(jì) 第 8 頁 址 8EH)上的 DISRTO 位可以使此功能無效。 DISRTO 默認(rèn)狀態(tài)下，復(fù)位高電平有效。 （ 2） 外接晶體引腳： XTAL1:振蕩器反相放大器和內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生電路的輸入端。 XTAL2:振蕩器反相放大器的輸出端。 （ 3） 控制線 ： ALE/ PROG (30腳）：地址鎖存有效信號(hào)輸出端。 PSEN （ 29 腳）：片外程序存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)輸出端，低電平有效。 RST/VPD（ 9腳）： RST 即為 RESET， VPD 為備用電源。該引腳為單片機(jī)的上電復(fù)位或掉電保護(hù)端。 EA/VPP（ 31 腳）： EA為片外存儲(chǔ)器選用端。該引腳有效（低電平）時(shí)，只選用片外程序存儲(chǔ)器，否則單片機(jī)上電或復(fù)位后選用片內(nèi)程序存儲(chǔ)器。 單片機(jī)復(fù)位狀態(tài) 單片機(jī)的復(fù)位都是靠外部電路實(shí)現(xiàn)的，在時(shí)鐘電路工作后，只要在單片機(jī)的RST 引腳上出現(xiàn) 24 個(gè)時(shí)鐘震蕩脈沖（ 2個(gè)機(jī)器周期）以上的高電平，單片機(jī)便實(shí)現(xiàn)初始化狀態(tài)復(fù)位。為了保證應(yīng)用系統(tǒng)可靠地復(fù)位，在設(shè)計(jì)復(fù)位電路時(shí)，通常使RST 引腳保持 10ms 以上的高電 平。只要保持高電平，則 MCS51單片機(jī)就循環(huán)復(fù)位；當(dāng) RST 從高電平變?yōu)榈碗娖揭院螅?MCS51 單片機(jī)從 0000H 地址開始執(zhí)行程序。在復(fù)位有效期間， ALE、 引腳輸出高電平。 89C51 上電復(fù)位電路圖 34 所示。 圖 34 89C51 上電復(fù)位電路圖 單片機(jī)復(fù)位狀態(tài)表 如表 33 所示 。 第 三 章 系統(tǒng) 硬件電路的設(shè)計(jì) 第 9 頁 表 33 單片機(jī)復(fù)位狀態(tài)表 專用寄存器 復(fù)位狀態(tài) 專用寄存器 復(fù)位狀態(tài) PC 0000H TMOD 00H ACC 00H TCON 00H B 00H TH0 00H PSW 00H TL0 00H SP 07H TH1 00H DPTR 0000H TL1 00H P0～ P3 FFH SCON 00H IP XXX0 0000B SBUF XXXX XXXXB IE 0XX0 0000B PCON 0XXX XXXXB 注： XXX 不定 復(fù)位后， P0口～ P3 口輸出高電平，且使這些準(zhǔn)雙向口皆處于輸入狀態(tài)，并且將 07H 寫入棧指針 SP（即設(shè)定堆棧底為 07H），同時(shí)，將程序計(jì)數(shù)器 PC和其余的特殊功能寄存器清為 0（不定的位除外）。但復(fù)位不影響單片機(jī)內(nèi)部的 RAM 狀態(tài) 單片機(jī)的外圍電路 設(shè)計(jì) 時(shí)鐘電路 設(shè)計(jì) 單片機(jī)的定時(shí)控制功能是用片內(nèi)的時(shí)鐘電路和定時(shí)電路來完成的，而片內(nèi)的時(shí)鐘產(chǎn)生有兩種方式：內(nèi)部時(shí)鐘方式和外部時(shí)鐘方式，實(shí)際中常應(yīng)用內(nèi)部時(shí)鐘方式。設(shè)