【正文】 信口 ， 內(nèi)置一個(gè)精密比較器 ， 片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路。同時(shí) ， AT89C2051可降至 0HZ的靜態(tài)邏輯操作 ， 并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式。空閑方式停止 CPU的工作 ， 但允許 RAM， 定時(shí) /計(jì)數(shù)器 ， 串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存 RAM的內(nèi)容 ， 但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一個(gè)硬件復(fù)位。器件采用 ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn) ， 兼容 MCS51指令系統(tǒng) ， 片內(nèi)置通用 8位中央處理器和 flash存儲(chǔ)單元。 4)出現(xiàn)的問(wèn)題與解決方法 要讓單片機(jī)執(zhí)行程序存儲(chǔ)器內(nèi)的指令 ， 必須使單片機(jī)的 EA/Vpp管腳置為高電平。開(kāi)始沒(méi)有注意這一點(diǎn) ， 直接將閃爍程序燒入單片機(jī) ， 發(fā)現(xiàn)燈一直亮但不閃爍 (復(fù)位后個(gè)管腳將置 4為高電平 )， 開(kāi)始還以為是延時(shí)的問(wèn)題 ， 但到后來(lái)延時(shí)已設(shè)的很長(zhǎng)還是沒(méi)有閃爍。最終才發(fā)現(xiàn)上由于該管腳沒(méi)有接高電平。該管腳要是接地的話執(zhí)行的是片外的程序。 外圍數(shù)據(jù)處理與顯示模塊的焊接與調(diào)試 1)所須器件 單片機(jī)系統(tǒng)與前面焊接的單片機(jī)系統(tǒng)一樣 ， 只不過(guò)這里的 CPU用的是 AT89S52， 另外還需要型號(hào)為 SMC1602A， 容量為 16 2個(gè)字符的液晶顯示器 ， 和用于輸入用戶需求的 2 3按鍵陣列。 2)AT89S52介紹 AT89S52是一種低功耗、高性能 CMOS8位微控制器 ， 具有 8K 在系統(tǒng)可編程 Flash存 26 儲(chǔ)器。使用 Atmel公司高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造 ， 與工業(yè) 80C51產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上 Flash允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程 ， 亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上 ， 擁有靈巧的 8位 CPU和在系統(tǒng)可編程 Flash， 使得 AT89S52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有 效的解決方案。 AT89S52具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8k字節(jié) Flash， 256字節(jié) RAM，32位 I/O口線 ， 看門(mén)狗定時(shí)器 ， 2個(gè)數(shù)據(jù)指針 ， 三個(gè) 16位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 ， 一個(gè) 6向量 2級(jí)中斷結(jié)構(gòu) ， 全雙工串行口 ， 片內(nèi)晶振及時(shí)鐘電路。另外 ， AT89S52可降至 0Hz靜態(tài)邏輯操作 ， 支持 2種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下 ， CPU停止工作 ， 允許 RAM、定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下 ， RAM內(nèi)容被保存 ， 振蕩器被凍結(jié) ， 單片機(jī)一切工作停止 ， 直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。 3)調(diào)試 液晶和鍵盤(pán)的調(diào)試都是建立在單片機(jī)系統(tǒng)的 基礎(chǔ)之上的 ， 也就是說(shuō)它們需要單片機(jī)執(zhí)行程序來(lái)進(jìn)行控制。在保證單片機(jī)系統(tǒng)正常運(yùn)行后首先調(diào)試的是液晶 ， 這樣是為了調(diào)試鍵盤(pán)做準(zhǔn)備。液晶顯示器的調(diào)試主要在于編寫(xiě)的液晶驅(qū)動(dòng)程序 ， 因?yàn)椴煌囊壕э@示器它的控制時(shí)序和控制字是不同的 ， 因此必須針對(duì)不同型號(hào)的液晶顯示器采用與之匹配的驅(qū)動(dòng)程序。 1602A液晶顯示器的操作時(shí)序?yàn)椋? 讀狀態(tài)：輸入： RS=L， RW=H， E=H， 輸出： D0D7=狀態(tài)字 寫(xiě)指令：輸入： RS=L， RW=L， E=高脈沖 H， 輸出：無(wú) 讀數(shù)據(jù)：輸入： RS=H， RW=H， E=H， 輸出： D0D7=數(shù)據(jù) 寫(xiě)數(shù)據(jù)：輸入： RS=H， RW=L， E=高脈沖 ， 輸出：無(wú) 1602A的初始化過(guò)程為： (1)延時(shí) 15ms。 (2)寫(xiě)指令 38H(不檢測(cè)忙信號(hào) )。 (3)延時(shí) 5ms。 (4)寫(xiě)指令 38H(不檢測(cè)忙信號(hào) )。 (5)延時(shí) 5ms。 (6)寫(xiě)指令 38H(不檢測(cè)忙信號(hào)以后每次讀 /寫(xiě)操作之前均要檢測(cè)忙信號(hào) )。 (7)寫(xiě)指令 38H顯示模式設(shè)置 。 (8)寫(xiě)指令 08H顯示關(guān)閉 。 (9)寫(xiě)指令 01H顯示清屏 。 (10)寫(xiě)指令 6H顯示光標(biāo)移動(dòng)設(shè)置 。 (11)寫(xiě)指令 0CH顯示開(kāi) 及光標(biāo)設(shè)置 [11]。 27 液晶顯示器的 VDD和 VO之間接了一個(gè) 10K的電位器是用來(lái)調(diào)節(jié)對(duì)比度用的 ， 在對(duì)液晶調(diào)試的過(guò)程中應(yīng)盡量使對(duì)比度大 ， 也就是使 VO端的輸出端電壓低。其次 ， 液晶顯示器在沒(méi)有給它輸入正確的數(shù)據(jù)的時(shí)候 ， 屏幕的一半是黑屏 ， 這不能說(shuō)液晶顯示器壞了 ，恰恰相反 ， 它說(shuō)明了液晶顯示器是好的你需要檢查你的程序。最后液晶顯示器的初試化也很重要 ， 應(yīng)按照 datasheet上面所給的初始化順序和延時(shí)時(shí)間來(lái)嚴(yán)格進(jìn)行 ， 如有不慎 ，也會(huì)出現(xiàn)半邊黑屏的情況。 鍵盤(pán)采用的是 2 3的按鍵陣列 ， 鍵盤(pán)的調(diào)試 ， 是在液晶調(diào)試完畢后 ， 這樣可以借 助于液晶來(lái)判斷鍵盤(pán)按下是否會(huì)有響應(yīng)。一遇到鍵盤(pán)都會(huì)涉及到鍵盤(pán)的防抖動(dòng)問(wèn)題 ， 鍵盤(pán)的防抖動(dòng)有兩種方法：一種是硬件方法 ， 那就是在硬件電路里加延時(shí)來(lái)去掉抖動(dòng)。另一種方法是軟件方法 ， 就是在對(duì)鍵盤(pán)掃描采用一定的方法和延時(shí)來(lái)防止抖動(dòng)。本次設(shè)計(jì)采用的是軟件的方法 ， 將在軟件調(diào)試中進(jìn)行詳細(xì)的論述。 4)出現(xiàn)的問(wèn)題和解決方法 (1)在一開(kāi)始調(diào)試液晶時(shí)發(fā)現(xiàn)液晶屏幕上即沒(méi)有顯示的字符 ， 也沒(méi)有出現(xiàn)半邊黑屏的現(xiàn)象 ， 以為是接法不當(dāng)將液晶顯示器給燒了 ， 其實(shí)事實(shí)不是這樣 ， 每個(gè) 1602的使用電路中都會(huì)要求配一個(gè)電位器 ， 它是用來(lái)調(diào)整液晶的偏壓的 ， 最后的結(jié)果是可以提高或降低液晶的對(duì)比度 ， 必須選擇適當(dāng)?shù)钠珘?， 因?yàn)槠珘哼^(guò)大就會(huì)出現(xiàn)剛才所說(shuō)的現(xiàn)象 ， 偏壓過(guò)小就會(huì)出現(xiàn)“鬼影現(xiàn)象” ， 兩個(gè)都不是我們所期望的。但是在一開(kāi)始調(diào)試液晶的時(shí)候 ，建議將偏壓調(diào)制最小 ， 這樣無(wú)論如何它會(huì)有所顯示 ， 當(dāng)你將液晶全都驗(yàn)證好時(shí)再將偏壓調(diào)制適中。 (2)也是液晶問(wèn)題 ， 出現(xiàn)黑屏以后 ， 發(fā)現(xiàn)無(wú)論送給液晶什么數(shù)據(jù)它都是黑屏 ， 沒(méi)顯示任何字符串 ， 最終決定讓它只顯示一個(gè)字符 ， 但是還是黑屏。檢查電路后發(fā)現(xiàn) ， 原來(lái)是將 P0_9接為 P0_10， 由于 P0_10是管腳 EA/VPP它是接電源的 ， 也就是說(shuō)給液晶顯示器第 8位數(shù)據(jù)管腳的電平時(shí)刻為高 ， 這樣在你將要顯示的字符送給液晶顯示器時(shí) ， 這個(gè)字符很可能就不是 ASCII字符 ， 所以無(wú)法顯示出現(xiàn)黑屏。因此總結(jié)出調(diào)試液晶時(shí)應(yīng)該注意的問(wèn)題 ，首先 ， 若在在調(diào)試時(shí)液晶出現(xiàn)黑屏 ， 那說(shuō)明液晶顯示器是好的 ， 你應(yīng)檢查你的程序和電路 ， 如果沒(méi)有出現(xiàn)黑屏 ， 你應(yīng)該調(diào)節(jié)電位器使偏壓減小以至有所顯示。其次 ， 如果出現(xiàn)黑屏你應(yīng)該檢查三點(diǎn)兩點(diǎn) ， 一個(gè)是液晶顯示器的初始化 ， 看初始化指令字調(diào)用的順序?qū)Σ粚?duì) ， 中間必要的延時(shí)加沒(méi)加。另一個(gè)是保證向液晶傳入數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)端口無(wú)誤。最后一個(gè)是 ， 看你讀寫(xiě)的時(shí)序和控制字的電平是否嚴(yán)格按照 產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)上的要求。 軟件模塊的調(diào)試與集成 程序部分的調(diào)試采用的是從下到上逐步集成的思想 ， 先將各個(gè)小的模塊驗(yàn)證成功 ， 28 在將它們集成為一個(gè)大的模塊進(jìn)行驗(yàn)證 ， 最后到整個(gè)系統(tǒng)的集成調(diào)試。這里進(jìn)行程序開(kāi)發(fā)所使用的工具是 keil第二版。在進(jìn)行調(diào)試時(shí)程序要不停的寫(xiě)入單片機(jī)進(jìn)行即時(shí)的驗(yàn)證 ，所以必備燒寫(xiě)程序的工具 ， 這里使用的是 TOP2021 燒寫(xiě)器和它的配套燒寫(xiě)軟件。 前端金屬探測(cè)模塊的調(diào)試與集成 程序的作用是對(duì)硬件電路傳過(guò)來(lái)的電信號(hào)進(jìn)行分析、處理、判斷最后發(fā)出控制信號(hào)。這一部分軟件的主要功能是頻率的檢測(cè)與 報(bào)警。由于這一部分所用的單片機(jī)編程存儲(chǔ)空間比較小 ， 且程序的數(shù)據(jù)來(lái)自于底層的電路信號(hào)所以選用 MCS—51匯編指令來(lái)進(jìn)行變成。 1)頻率檢測(cè) 從示波器上可以看到振蕩的頻率大約為 33KHz， 這里的頻率探測(cè)是以 50ms為一個(gè)單位 ， 也就是 50ms內(nèi)計(jì)數(shù)器 1所記錄的脈沖數(shù)。并以此值作為判斷有無(wú)金屬的依據(jù)。在程序中將每次獲得的頻率值存到兩個(gè)內(nèi)存單元中 ， 一個(gè)存高 8位 ， 一個(gè)存低 8位 ， 使用的時(shí)候只需到固定的內(nèi)存單元中進(jìn)行讀取。 2)頻率的分析計(jì)算 由于頻率值分存在兩個(gè)內(nèi)存單元 ， 為 16位 ， 因此對(duì)它的處理都是另外編寫(xiě)的 16位運(yùn)算 ， 其中包括加法、比較。比較程序的程序流程圖詳見(jiàn)第二章 ， 比較程序的結(jié)果保存在自定義的標(biāo)記中 ， 主程序中就是根據(jù)比較子程序的結(jié)果來(lái)判斷是否有金屬。 3)數(shù)據(jù)通信 外圍與前端單片機(jī)之間通信的信息多為 16位的頻率值 ， 在進(jìn)行數(shù)據(jù)接受時(shí) ， 使用一標(biāo)志 ， 用來(lái)完整的接受 16為數(shù)據(jù)。串口通訊的方式選擇方式 2(異步通訊 )， 無(wú)奇偶校驗(yàn)。 4)出現(xiàn)的問(wèn)題與解決方法 (1)在用 MCS—51編寫(xiě)程序時(shí) ， 立即尋址時(shí) ， 一定要在立即數(shù)前加“ ”否則的程序?qū)⒁灾苯訉ぶ返姆绞綄?duì)待 ， 造成不可預(yù)料的錯(cuò)誤。 (2)頻率測(cè)定時(shí)要不停的使用定時(shí)器 ， 因此不停的要 引發(fā)定時(shí)器中斷 ， 在編程的過(guò)程中曾經(jīng)出現(xiàn)過(guò)定時(shí)器中斷處理程序只能被引發(fā)一次 ， 而后面即使發(fā)生中斷 ， 也不會(huì)執(zhí)行中斷處理程序的現(xiàn)象。結(jié)果發(fā)現(xiàn)原來(lái)是將 RETI寫(xiě)為 RET的原因 ， RETI除了執(zhí)行 RET的指令功能外 ， 還清除內(nèi)部響應(yīng)的中斷狀態(tài)寄存器因此中斷服務(wù)子程序必須以 RETI為結(jié)束指令。 (3)寫(xiě)延時(shí)指令時(shí)需小心死循環(huán)。此次調(diào)試過(guò)程中曾經(jīng)出現(xiàn)過(guò)這樣的情況 ， 開(kāi)始不知道問(wèn)題的原因所在 ， 最后在每一步設(shè)標(biāo)志才找出原因。 5)定時(shí)計(jì)數(shù)器的使用介紹 定時(shí)器的結(jié)構(gòu)圖如 圖 71[9]所示 ，其中 TCON用于控制定時(shí) /計(jì)數(shù)器 T0和 T1的啟 動(dòng)和停 29 止，同時(shí)包含定時(shí) /計(jì)數(shù)器的狀態(tài)，它屬于特殊功能寄存器其內(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。定時(shí)計(jì)數(shù)器的工作方式是在 TMOD寄存器中設(shè)置的，TMOD 圖 71 定時(shí) /計(jì)數(shù)器原理框圖 和 TCON的格式如圖 72[9]所示 ， 模式設(shè)置組合如表 71[9]由于這里只用到方式 1所以對(duì)方式1加以說(shuō)明，方式 1的結(jié)構(gòu)如圖 73[7]所示 ，方式 1為計(jì)數(shù)器 THX作為高 8位 TLX作為低 8位，定時(shí)時(shí)間 =(216－ T0初值 )時(shí)鐘周期 12[7]，因此要定時(shí) 50ms需給定時(shí)器 T0的初值為D8F0H。 圖 72 定時(shí) /計(jì)數(shù)器的控制字格式 表 71 模式設(shè)置組合 M1 M0 功能選擇 0 0 方式 0， 13位定時(shí) /計(jì)數(shù)器 0 1 方式 1， 16位定時(shí) /計(jì)數(shù)器 1 0 方式 2常數(shù)自動(dòng)裝入寄存器 1 1 僅適用于 T0， 分為兩個(gè) 8位計(jì)數(shù)器 ， 對(duì) T1停止計(jì)數(shù) TH 1 TL 1 TH 0 TL 0TCON TCON微處理器CPUTF 1 TR 1 TF 0 TR 0 IE 1 IT 1 IE 0 IT 0GAT E C / T M 1 M 0 GAT E C / T M 1 M 0TCONTMOD 30 圖 73 T0定時(shí)計(jì)數(shù)器的工作原理圖 外圍數(shù)據(jù)處理與顯示模塊的調(diào)試與集成 這一部分的程序是用 C語(yǔ)言來(lái)寫(xiě)的 ， 原因是這一部分的程序量 ， 大傾向與數(shù)據(jù)處理而非底層的電路控制。 1)鍵盤(pán)模塊的調(diào)試 鍵盤(pán)模塊包括鍵盤(pán)輸入的接收和鍵盤(pán)輸入的處理 ， 兩個(gè)部分相互依賴。鍵盤(pán)接收部分采用了軟件防抖動(dòng)技術(shù)其基本原理如圖 74所示 。 2)出現(xiàn)的問(wèn)題 按鍵在按下的瞬間，它不是產(chǎn)生一個(gè)完整的脈沖信號(hào)，而是帶有無(wú)數(shù)個(gè)毛刺的信號(hào)序列，要是不加防抖動(dòng)處理或是防抖動(dòng)處理的不好，那么程序接收到的將是按鍵多次按下，這樣會(huì)產(chǎn)生意想不到的錯(cuò)誤。在外圍處理模塊有一個(gè)精度設(shè)置模塊，一個(gè)精度“加”按鈕，一個(gè)精度“減”按鈕，一開(kāi)始程序的防抖動(dòng)是這樣的，沒(méi)有延時(shí)，只有行列值確定和一次校驗(yàn)，最后按下“加”鍵 后，液晶上顯示的數(shù)值從初始值一直往上加，按下減值后數(shù)值有一直往下減。最后加二次檢驗(yàn)和延時(shí)后這種現(xiàn)象消失了。原因是改進(jìn)后的代碼每進(jìn)行一次鍵位的確定都要經(jīng)過(guò) 3個(gè)步驟，每個(gè)步驟 5ms，這三步驟必須同時(shí)滿足，才能確定一個(gè)鍵位的按下，要是其中那一步出現(xiàn)了問(wèn)題都會(huì)重新開(kāi)始，這樣就避免了很多干擾和脈沖中的毛刺。 31 確 定 行 列延 時(shí) 5 m s行 列 確 定 成 功 ？檢 驗(yàn) 一J 1 = R * 3 + C延 時(shí) 5 m s檢 驗(yàn) 一 通 過(guò) ？檢 驗(yàn) 二J 2 = R * 3 + C延 時(shí) 5 m s檢 驗(yàn) 一 通 過(guò) ？J I = = J 2 ?J = J 1 = J 2返 回J = 7否否否是是否是是 圖 74 防抖動(dòng)鍵盤(pán)程序流程圖 R：表示確定的行值； C表示確定的列值； J：最終確定鍵值； J1：第一次確定的鍵值；J2第二次確定的鍵值； 系統(tǒng)性能 分析 這里主要分析一下影響系統(tǒng)探測(cè)精度的因素以及提高探測(cè)精度的方法。 32 基準(zhǔn)頻率測(cè)定方法的優(yōu)缺點(diǎn)分析 基準(zhǔn)頻率測(cè)定所使用的程序流程圖如圖 62所示 ， 由圖可知基準(zhǔn)頻率不是一開(kāi)始就設(shè)定的固定值 ， 而是在系統(tǒng)開(kāi)始運(yùn)行時(shí)進(jìn)行即時(shí)測(cè)定的。當(dāng)然在振蕩電路確定后系統(tǒng)的振蕩頻率也就固定下來(lái) ， 那么為什么不選用這個(gè)固定值作為基準(zhǔn)頻率？只能說(shuō)這兩個(gè)方案各有利弊吧 ， 如果一開(kāi)始就將基準(zhǔn)頻率固定 ， 那么系統(tǒng)要做的是“絕對(duì)金屬的測(cè)量” ，意思是說(shuō) ， 一旦遇見(jiàn)金屬使得振蕩電路的頻率發(fā)生改變 ， 用這個(gè)變化了的頻率與固定的頻率進(jìn)行比較 ， 如果 超出了改變的范圍則進(jìn)行報(bào)警。但是