【文章內(nèi)容簡介】 個(gè)外中斷、兩個(gè)定時(shí) /計(jì)數(shù)器中斷和一個(gè)串行中斷，可滿足不同的控制要求，并具有 2 級的優(yōu)先級別選擇。 （ 7） 時(shí)鐘電路： 8051內(nèi)置最高頻率達(dá) 12MHz的時(shí)鐘電路，用于產(chǎn)生整個(gè)單片機(jī)運(yùn)行的脈沖時(shí)序，但 8051 單片機(jī)需外置振蕩電容。 單片機(jī)的結(jié)構(gòu)有兩種類型，一種是程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器分開的形式，即哈佛 (Harvard)結(jié)構(gòu)，另一種是采用通用計(jì)算機(jī)廣泛使用的程序存儲器與數(shù)據(jù)存儲器合二為一的結(jié)構(gòu)，即普林斯頓 (Princeton)結(jié)構(gòu)。 INTEL 的 MCS51 系列單片機(jī)采用的是哈佛結(jié)構(gòu)的形式，而后續(xù)產(chǎn)品 16 位的 MCS96系列單片機(jī)則采用普林斯頓結(jié)構(gòu)。 下圖是 MCS51 系列單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖 圖 單片機(jī)結(jié)構(gòu)圖 單片機(jī)實(shí)訓(xùn) 6 單片機(jī)的引腳功能 MCS51 系列單片機(jī)中的 803 8051 及 8751 均采用 40Pin 封裝的 雙列直接 DIP結(jié)構(gòu)，圖 2是它們的引腳配置， 40 個(gè)引腳中，正電源和地線兩根，外置石英振蕩器的時(shí)鐘線兩根， 4 組 8 位共 32 個(gè) I/O 口，中斷口線與 P3 口線復(fù)用?，F(xiàn)在對這些引腳的功能加以說明： 圖 單片機(jī)引腳功能圖 （ 1） ～ P0 口是 8 位漏極開路型雙向并行 I/O 端口。當(dāng)訪問外部存儲器時(shí)，它分時(shí)作為低 8位地址 /數(shù)據(jù)總線。在 EPROM 編程時(shí)，由 P0輸入指令。在驗(yàn)證程序時(shí)，則輸出指令。 ～ ： P1口 8位準(zhǔn)雙向并行 I/O。在對 8751 片內(nèi) EPROM 編程校驗(yàn)時(shí)，用來傳送低 8位地址。 ～ ： P2 口 8位準(zhǔn)雙向并行 I/O。當(dāng)訪問外部存儲器及 8751 片內(nèi) EPROM編程時(shí)，用以傳輸高 8位地址信號。 單片機(jī)實(shí)訓(xùn) 7 ： P3口 8位準(zhǔn)雙向并行 I/O 線，另外其第二功能為： （串行數(shù)據(jù)接收） （串行數(shù)據(jù)發(fā)送） 0INT （外部中斷 0請求） 1INT （外部中斷 1請求） （定時(shí) /計(jì)數(shù)器 0 外輸入） （定 時(shí) /計(jì)數(shù)器 1 外輸入） （外部數(shù)據(jù)存儲器寫脈沖） （外部數(shù)據(jù)存儲器讀脈沖） (2)ALE/PROG 地址鎖存允許控制信號 當(dāng)訪問外部存儲器時(shí)， ALE 將 P0口輸出的低 8位地址信號鎖存，完成低 8位地址與數(shù)據(jù)的隔離。 ALE 信號的頻率為振蕩頻率的 1/6。它可用于對外輸出時(shí)鐘 ,定時(shí)等。另外它又可做為 8751 片內(nèi) EPROM 的編程脈沖輸入端。 (3)外部程序存儲器讀選通信號 低電平有效，在讀外部程序存儲器時(shí)，每個(gè)機(jī)器周期內(nèi)輸出兩次有效信號。在執(zhí)行內(nèi)部程序存儲器中的程序時(shí) ，該信號無輸出，在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時(shí)，該信號將不會出現(xiàn)。 (4)EA/VPP 當(dāng) EA 為低電平時(shí)， CPU 只訪問外部程序存儲器，當(dāng) EA 為高電平時(shí)， CPU 訪問片內(nèi)程序存儲器 4KB的地址范圍；如果 PC 值超出 4KB 地址時(shí)，將訪問外部程序存儲器。對于 EPROM 型單片機(jī)此引腳 VPP 為內(nèi)部 EPROM 編程提供 +21V 的編程電壓。 (5)主電源引腳 VSS 和 VCC VSS：接地。 VCC：主電源 +5V。 (6)外接晶振引腳 XTAL1 和 XTAL2 (7)RTS/VPD 單片機(jī)復(fù)位 /備用電源引腳，當(dāng)輸入的復(fù)位信號延續(xù) 2個(gè)機(jī)器周期 以上高電平時(shí)為有效，用以完成對單片機(jī)的復(fù)位初始化操作。另外，此腳可接上備用電源，在 VCC掉電時(shí)，可保護(hù)片內(nèi) RAM 中的信息不丟失。 單片機(jī)定時(shí)與工作方式 1. 單片機(jī)定時(shí) /計(jì)數(shù)器的四種工作方式 （ 1）工作方式 0 單片機(jī)實(shí)訓(xùn) 8 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器的工作方式 0稱之為 13 位定時(shí) /計(jì)數(shù)方式。它由 TL（ 1/0）的低5 位和 TH（ 0/1）的 8 位構(gòu)成 13 位的計(jì)數(shù)器，此時(shí) TL（ 1/0）的高 3 位未用，由我們根據(jù)需要自行決定。 （ 2）工作方式 1 工作方式 1是 16 位的定時(shí) /計(jì)數(shù)方式，將 M1M0 設(shè)為 01 即可，其它特性與工作方式 0相同。 （ 3）工作方式 2 通常這種式作方式用于波特率發(fā)生器（我們將在串行接口中講解），用于這種用途時(shí)，定時(shí)器就是為了提供一個(gè)時(shí)間基準(zhǔn)。計(jì)數(shù)溢出后不需要做事情，要做的僅僅只有一件，就是重新裝入預(yù)置數(shù)，再開始計(jì)數(shù)，而且中間不要任何延遲，可見這個(gè)任務(wù)用工作方式 2 來完成是做好的。 （ 4）工作方式 3 這種式作方式之下，定時(shí) /計(jì)數(shù)器 0 被拆成 2 個(gè)獨(dú)立的定時(shí) /計(jì)數(shù)器來用。其中，TL0 可以構(gòu)成 8 位的定時(shí)器或計(jì)數(shù)器的工作方式，而 TH0 則只能作為定時(shí)器來用。我們知道作定時(shí)、計(jì)數(shù)器來用，需要控制，計(jì)滿后溢出需要有溢出標(biāo)記， T0被分成兩 個(gè)來用，那就要兩套控制及、溢出標(biāo)記了，從何而來呢？ TL0 還是用原來的 T0 的標(biāo)記，而 TH0則借用 T1 的標(biāo)記。如此 T1 不是無標(biāo)記、控制可用了嗎？是的。一般情況處，只有在 T1 以工作方式 2運(yùn)行（當(dāng)波特率發(fā)生器用）時(shí)，才讓 T0 工作于方式 3的。 2． 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器的定時(shí) /計(jì)數(shù)范圍 工作方式 0： 13 位定時(shí) /計(jì)數(shù)方式，因此，最多可以計(jì)到 2 的 13 次方，也就是8192 次。 工作方式 1： 16 位定時(shí) /計(jì)數(shù)方式，因此，最多可以計(jì)到 2 的 16 次方，也就是65536 次。 工作方式 2和工作方式 3，都是 8位的定時(shí) /計(jì)數(shù)方式，因此，最多可以計(jì)到 2的 8次方，也說是 256 次 2 工作原理和設(shè)計(jì)思路及方案 基本原理 本次課程設(shè)計(jì)用 STC89C52 作為主控器組成一個(gè)轉(zhuǎn)速表。電機(jī)轉(zhuǎn)速采用光電脈沖傳感器來測量，通過設(shè)置定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 T0為 1S，設(shè)置定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 T1 為計(jì)數(shù)器對光電傳感器傳過來的脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，電動(dòng)機(jī)測速采用測周法，即每旋轉(zhuǎn)一周產(chǎn)生一個(gè)脈沖，則設(shè)在 1s 內(nèi)測量的脈沖個(gè)數(shù)為 n，故測到轉(zhuǎn)速 n就是脈沖頻率，再乘以60 就是電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，單位為 r/min。在此期間定時(shí) 1s，在 1s 內(nèi)允許中斷，每中單片機(jī)實(shí)訓(xùn) 9 斷一次，軟件計(jì)數(shù)器加 1， 1s 后，關(guān)閉中斷，則軟件計(jì)數(shù)器 即為 1s內(nèi)的脈沖數(shù)，通過計(jì)數(shù)一定時(shí)間內(nèi)通過定時(shí)器的脈沖數(shù)通過軟硬件結(jié)合工作即可測出電機(jī)的轉(zhuǎn)速。 設(shè)計(jì)思路 為了確定其設(shè)計(jì)方案，首先必須構(gòu)思好初步的設(shè)計(jì)思路。根據(jù)設(shè)計(jì)要求和實(shí)驗(yàn)仿真條件，初步的設(shè)計(jì)思路可以總結(jié)如下： 1) 用信號發(fā)生器來產(chǎn)生頻率為 0500Hz 的方波脈沖信號。 2) 當(dāng)前轉(zhuǎn)速與電動(dòng)機(jī)的狀態(tài)顯示用 4段 LED 數(shù)碼管。 3) 鍵盤采用獨(dú)立式鍵盤，需要 3個(gè)鍵。 4) 采樣時(shí)間用定時(shí) /計(jì)數(shù)器 0 來實(shí)現(xiàn)。 5) 用定時(shí) /計(jì)數(shù)器 1 來統(tǒng)計(jì)采樣時(shí)間內(nèi)的脈沖數(shù)，進(jìn)而計(jì)算轉(zhuǎn)速。 設(shè)計(jì)方案 在單 片機(jī)中，定時(shí)功能既可以由硬件（定時(shí) /記數(shù)器）實(shí)現(xiàn)，也可通過 3 軟件定時(shí)實(shí)現(xiàn)。硬件定時(shí)是利用單片機(jī)內(nèi)定時(shí)器定時(shí)，啟動(dòng)以后定時(shí)器可與 CPU 并行工作，不占用 CPU 時(shí)間， CPU 有較高的工作效率。采用硬件定時(shí)和軟件定時(shí)并用的方式，即用 T0 溢出中斷功能實(shí)現(xiàn) 50ms 定時(shí)，通過軟件延時(shí)程序?qū)崿F(xiàn) 1s 定時(shí)。定時(shí)器的 TMOD 用于設(shè)置定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器的工作方式 0～ 3，并確定用于定時(shí)還是用于計(jì)數(shù)。TCON 主要功能是為定時(shí)器在溢出時(shí)設(shè)定標(biāo)志位，并控制定時(shí)器的運(yùn)行或停止等。硬件電路設(shè)計(jì)如圖 所示。 單片機(jī)實(shí)訓(xùn) 10 圖 硬件電路設(shè)計(jì) 3 硬件 電路設(shè)計(jì) 按鍵設(shè)計(jì)電路圖 對于按鍵電路的設(shè)計(jì)可以有 2種方式：一種方式是直接按鍵設(shè)計(jì)，也稱獨(dú)立按鍵，這種設(shè)計(jì)電路適用于按鍵較少的控制，具有按鍵電路簡單，編程方便等優(yōu)點(diǎn)；另一種方式是矩陣式鍵盤的設(shè)計(jì)，它適用于對控制按鍵較多的電路控制， 占用較少的 I/O 接口，但是按鍵電路復(fù)雜，編程比較復(fù)雜。本課題總共需要 3 按鍵，所以采用獨(dú)立按鍵設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)圖如 ：由上到下的按鍵分別是復(fù)位、停止、啟動(dòng)。 單片機(jī)實(shí)訓(xùn) 11 圖 按鍵電路 顯示電路設(shè)計(jì)圖 本課題所采用得是由 LED（數(shù)碼管）作為顯示電路，用以顯示由單片機(jī) 所接收的脈沖轉(zhuǎn)換來的 BCD 碼，以及開始測速時(shí)的各種狀態(tài)。硬件電路連接是單片機(jī)~ 接數(shù)碼管的由 A~G、 DP 8 個(gè)各管腳， ~ 接數(shù)碼管的控制端 WW W W1 采用共陽極連接的方法連接圖如圖 所示。 圖 顯示電路 脈沖產(chǎn)生電路設(shè)計(jì)圖 在實(shí)際做試驗(yàn)是由另一塊單片機(jī)產(chǎn)生脈沖，在本次設(shè)計(jì)中我讓另一塊單片機(jī)輸入1Hz 頻率的脈沖，并把脈沖接到現(xiàn)實(shí)的單片機(jī)的 口進(jìn)行計(jì)數(shù)。如圖 單片機(jī)實(shí)訓(xùn) 12 圖 脈沖電路 4 軟件設(shè)計(jì) 主程序流程及說明 本次設(shè)計(jì)用 T0 做定時(shí)器定時(shí)時(shí)間為 50ms 、 T1 作計(jì)數(shù)器，都設(shè)置為工作方式一。如圖 41 所示。 單片機(jī)實(shí)訓(xùn) 13 圖 41 主程序流程圖 中斷服務(wù)子程序 中斷服務(wù)子程序如圖 42 所示。 單片機(jī)實(shí)訓(xùn) 14 圖 42 中斷程序流程圖 鍵盤掃描程序 數(shù)字轉(zhuǎn)速表的鍵盤操作應(yīng)具有 3 個(gè)功能，即：啟動(dòng)、停止、復(fù)位。本次采用的是直接連接的獨(dú)立式按鍵，在鍵盤掃描過程中必須解決以下問題： 是否有鍵按下； 是哪一個(gè)鍵按下； 3 是不是有抖動(dòng)； 按鍵是不是松開。 故在程序應(yīng)該注意以上問題，不然會產(chǎn)生問題，不能正確的對按鍵進(jìn)行識別。圖 43 為 鍵盤流程圖： 單片機(jī)實(shí)訓(xùn) 15 圖 43 按鍵流程圖 5 四位數(shù)碼管轉(zhuǎn)速表的仿真 系統(tǒng)仿真軟件介紹 Proteus 軟件介紹 Proteus 軟件是英國 Labcenter electronics 公司出版的 EDA 工具軟件。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。它是目前最好的仿真單片機(jī)及外圍器件的工具。雖然目前國內(nèi)推廣剛起步，但已受到單片機(jī)愛好者和從事單片機(jī)教學(xué)的教師以及致力于單片機(jī)開發(fā)應(yīng)用的科技工作者的青睞。 : Proteus 軟件具有其它 EDA 工具軟件（例： multisim）的功能。這些功能是： （ 1）原理布圖 （ 2） PCB 自動(dòng)或人工布線 （ 3） SPICE 電路仿真 ： （ 1）互動(dòng)的電路仿真 用戶甚至可以實(shí)時(shí)采用諸如 LED/LCD、鍵盤、 RS232 終端等動(dòng)態(tài)外設(shè)模型來對設(shè)計(jì)進(jìn)行交互仿真。 （ 2）仿真處理器及其外圍電路 單片機(jī)實(shí)訓(xùn) 16 可以仿真 51 系列、 AVR、 PIC 等常用主流單片機(jī)。還可以直接在基于原理圖的