【正文】 這個(gè)設(shè)計(jì)是我在綜合了所學(xué)知識的理論的基礎(chǔ)上與同學(xué)合作完成的，與他人的合作，也是共同提高。 基于 FPGA 的 MCS51 單片機(jī)的定時(shí)模塊設(shè)計(jì) 27 第五章 總結(jié)與展望 通過此次的畢業(yè)設(shè)計(jì)，我在更加深刻學(xué)習(xí) VHDL 描述語言的基礎(chǔ)上將之融會貫通，并且和設(shè)計(jì)相結(jié)合進(jìn)行實(shí)踐，提高了自己 EDA 軟件的操 作能力和 vhdl語言的應(yīng)用能力，間接地提高的自己分析解決問題的能力。其高 8 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器占用定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 1 的溢出標(biāo)志位 圖 49 模式 3 下 T0 高 8 位工作于定時(shí)方式低 8 位工作于計(jì)數(shù)方式仿真圖 小結(jié) 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器有四種模式，分別是模式 0，模式 1，模式 2，模式 3，實(shí)現(xiàn)對單片機(jī)的定時(shí) /計(jì)數(shù)。 TL0 8 位 振蕩器 12 分頻 TF1 TL0 8 位 基于 FPGA 的 MCS51 單片機(jī)的定時(shí)模塊設(shè)計(jì) 25 這一變化。給 TH0，TH1 裝載的初值均為 FFH，也就是說 13 位寄存器的初值是 第二個(gè)有效的計(jì)數(shù)脈沖來到之時(shí)，溢出標(biāo)志位將會置位。圖 46 兩個(gè)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器均工作于模式 0 下，其中定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 0 工作于定時(shí)方式而定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 1 工作于計(jì)數(shù)方式的仿真圖。 至此，定時(shí)器的設(shè)計(jì)介紹完畢。 TL0 8 位 TL0 8 位 基于 FPGA 的 MCS51 單片機(jī)的定時(shí)模塊設(shè)計(jì) 24 fosc 控制（高電平有效） T0() GATE /INT0() TR0 (a) fosc 控制（高電平有效） TR1 (b) 圖 45 T0 工作方式 3 結(jié) 對于定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器，設(shè)置為模式 3 將使它保持原有的計(jì)數(shù)值，其作用如同使TR1=0。至于 8 位定時(shí)器的設(shè)計(jì)，可以參考模式 2 中的設(shè)計(jì)方法，需要 注意的是它是借用的定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 1 的控制位和溢出標(biāo)志位。一個(gè) 8 位的定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器和一個(gè) 8 位的定時(shí)器。 對于定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 0 設(shè)置為模式 3，將使 TL0 和 TH0 成為兩個(gè)相互獨(dú)立的 8位計(jì)數(shù)器，圖 45 所示，其中 TL0 利用了定時(shí)器，本身的 一 些控制位， C/T,GATE,TR0,INT0,和 TF0 它的操作情況與模式 0 和模式 1 類似，但 TH0 被規(guī)定只用作定時(shí)器，對機(jī)器周期計(jì)數(shù)，它借用定時(shí)器，計(jì)數(shù)器 1 的控制位 TR1和 TF1，故此時(shí) TH0 控制了定時(shí)器 1 的中斷。至于自動重新裝載計(jì)數(shù)值，只要在 8 位計(jì)數(shù)器的值為 255 時(shí)，其下一個(gè)計(jì)數(shù)值不為 0 而是將 TH 中的值裝入即可實(shí)現(xiàn)。 TH1 的內(nèi)容可以靠軟件置頂，重新裝載后其內(nèi)容不變。兩者實(shí)現(xiàn)的代碼也幾乎一樣，主要把視線模式 0 的代碼中常 數(shù) 65311 改為 65535 即可。 end if。 end if 。 end if。 else if s_countl0=conv_unsigned(255,8)then s_counth0=s_counth0+conv_unsigned(1,1)。 end if。 end if。 else if s_tmr_ctro_en=’1’then if s_c_t0=’0’then if s_count_enable=’1’then if s_count0=conv_unsigned(65311,16)then s_counth0=conv_unsigned(0,8)。 end if 。 end if。 end if 。 基于 FPGA 的 MCS51 單片機(jī)的定時(shí)模塊設(shè)計(jì) 22 else s_countl0=s_countl0+conv_unsigned(1,1)。 end if 。 Else s_countl0=s_countl0+conv_unsigned(1,1)。 這一段用于寫定時(shí)器，計(jì)數(shù)器 0 的低 8 位計(jì)數(shù)寄存器 TL0 If wt_i=”00”and wt_en i=’1’then S_countl0=unsigned(reload_i)。 end if。 If s_tmr_ctro_en=’1’then If (s_c_t0=’0’and s_count_enable=’1’)or (s_ext_edge0=’1’ands_c_t0=’1’)then If s_count=conv_unsigned(65311， 16)then s_tf0=’1’。 由上述對定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器工作于模式 0 的原理分析可知，要實(shí)現(xiàn)這樣 個(gè)電路，其 VHDL 語言的結(jié)構(gòu)體應(yīng)該包括兩個(gè)大的部分：一是置中斷標(biāo)志位，二是改變計(jì)數(shù)寄存器的值，同時(shí)，改變計(jì)寄存器的值又可細(xì)分為兩塊 一 寫高 8 位寄存器和一 寫低 8 位寄存器。當(dāng)計(jì)數(shù)值由全 1 再增 1 變?yōu)槿?0 時(shí)，時(shí) TF1 置 1，請求中斷，若 TR1=1 和 ATE=1，則是否計(jì)數(shù)取決于 INT 1 引腳的信號，當(dāng) INT1 引腳由 0 變 1 時(shí)，開 始計(jì)數(shù)，當(dāng) INT1 由 1 變 0 時(shí)，停止計(jì)數(shù)。 TF1 時(shí)定時(shí)器的溢出標(biāo)志。當(dāng) C/T=0 時(shí)，選擇定時(shí)器方式， C/T=1 時(shí)選擇計(jì)數(shù)器方式，引腳 T1 接外部輸入信號。 TL0 TH0 低 8 位 高 8 位 基于 FPGA 的 MCS51 單片機(jī)的定時(shí)模塊設(shè)計(jì) 21 這種模式下， 16 位寄存器只用了 13 位， TL1 高 3 位未用。在振蕩器 12 分頻 TL0 TH0 低 5 位 高 8 位 TF0 ≥ 1 amp。 end process p_sample_to。 end if。 s_t0ff2=s_toff1。 else if clk’event and clk=。 p_sample_t0:process(clk,reset) begin if reset=’1’then s_t0ff1=’0’。 end process p_divide_clk。 end if。 else s_pre_count=s_pre_ount=conv_unsigned(1,1)。 else if clk’event and clk=。 各 進(jìn)程之間相互關(guān)聯(lián)，內(nèi)部信號將作為傳輸 信息的紐帶。因此本設(shè)計(jì)實(shí)體的結(jié)構(gòu)體將有 3 個(gè)進(jìn)程來實(shí)現(xiàn)。所有的輸出信號全部送往控制器，用于及時(shí)更新特殊功能寄存器的內(nèi)容。圖中的輸入除時(shí)鐘 CLK、復(fù)位 RESET，外部中斷 0 INT_0 和外部中斷1 INT_1 直接來自芯片的外部輸入之外，其余的輸入信號全部來自控制器。 由以上對定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器功能和原理的一個(gè)整體性描述可知，本單元將必須以時(shí)序邏輯電路的方式來實(shí)現(xiàn)。對外部輸入信號的占空比并沒有什么限制，但為了確保某一給定的電平變化之前 至少被采樣一次，則這一電平至少要保持一個(gè)機(jī)器周期。如果在第一個(gè)周期中采得的值為 1，在下一個(gè)周期采得的值為 0，則在緊跟著的再下一個(gè)周期的 S3P1期間，計(jì)數(shù)值就增 1。當(dāng)輸入信號產(chǎn)生由 1 到 0 的負(fù)跳變時(shí)，計(jì)數(shù)寄存器（ TH0， TL0 或 TH1， TH1）的值增 1。每個(gè)機(jī)器周期等于 12 個(gè)振蕩器周期，故計(jì)數(shù)速率為振 蕩器頻率的 1/12。它們分別為： 1. 立即尋址 基于 FPGA 的 MCS51 單片機(jī)的定時(shí)模塊設(shè)計(jì) 16 2. 直接尋找 3. 寄存器尋址 4. 寄存器間接尋址 5. 變址尋址 6. 相對尋址 7. 位尋址 基于 FPGA 的 MCS51 單片機(jī)的定時(shí)模塊設(shè)計(jì) 17 第四章 MCS51 單片機(jī)的定時(shí)模塊設(shè)計(jì) 定時(shí)模塊設(shè)計(jì) MCS51 系列單片機(jī)有 2 個(gè)定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器，即定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 0 和 1，在專用寄存器 TMOD（定時(shí)器方式）中，各有一個(gè)控制位（ C/T），分別用于控制定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 0 和 1 是工作在定時(shí)器方式還是 計(jì)數(shù) 方式。所謂的尋址方式就是尋找確定參與操作的數(shù)的真正地址。如果按功能可以講這些指令分為五類 :數(shù)據(jù)傳送類 (29 條 )、算術(shù)操作類 (24條 )、邏輯操作類 (24 條 )、控制轉(zhuǎn)移類 (17 條 )以及位變量操作類 (17 條 )。 MCS51 單片機(jī)的指令系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)原理 MCS51 系列單片機(jī)的指令系統(tǒng)采用匯編語言，它的指令系統(tǒng)是 種簡明高效的指令系統(tǒng)，由 42種助記符和 7 種尋址方式組合而成。串行口的接收、發(fā)送數(shù)據(jù)均可觸發(fā)中斷系統(tǒng)。 MCS51 系列單片機(jī)內(nèi)部有 個(gè)功能很強(qiáng)的全雙工的串行口，該串行口有四種工作方式，波特率可以由軟件設(shè)置，由片內(nèi)的定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器產(chǎn)生。另 個(gè)特殊功能寄存器 TCON(定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器控制寄存器 )用于 T0 和 T1 的啟動和停止計(jì)數(shù)，同事還包含了 T0 和 T1 的狀態(tài)。 4 種工作方式中，前三種方式對兩個(gè)定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器都是一樣的，方式 3 對兩者時(shí)不同的，這一點(diǎn)在設(shè)計(jì)時(shí)要注意。 /計(jì)數(shù)器 MCS51系列單片機(jī)有 兩個(gè)可編程定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器，即定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 0和 1。 (4)片外數(shù)據(jù)存儲器中，數(shù)據(jù)區(qū)與用戶外部擴(kuò)展的 I/O 口統(tǒng)一編址。 (3)位地址空間有兩個(gè)區(qū)域，即片內(nèi) RAM 中的 20H2 陽的 128 位，以及基于 FPGA 的 MCS51 單片機(jī)的定時(shí)模塊設(shè)計(jì) 15 SFR中的位地址 (有些位沒有意義 )。程序存儲器只 能放置程序指令以及常數(shù)表格。這是因?yàn)椴捎昧瞬煌牟僮髦噶罴?EA 控制選擇。使用各類存儲器，要注意以下幾點(diǎn) : (1)地址的重疊性。 MCS51給用戶提供了最多可以尋址 64K 字節(jié)的外部擴(kuò)充 RAM 能力。 MCS51 應(yīng)用系統(tǒng)往往是一個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)。對于尚未定義的字節(jié)地址單元，用戶不能做寄存器使用，若訪問沒有定義的單元，則得到一個(gè)不確定的隨機(jī)數(shù)。寄存器符號前帶“ *”為可進(jìn)行位尋址的 SFR。 SFR存在于單片機(jī)中，實(shí)質(zhì)上 一些具有特殊功能的 RAM 單元，其地址范圍為 80HFFH。特殊功能寄存器 SFR是用來對片內(nèi)各功能單元進(jìn)行管理、控制、監(jiān)視的控制寄存器和狀態(tài)寄存器。單元中的每 一 位都有自己的位地址，同時(shí)這 16個(gè)單元也可以進(jìn)行字節(jié) (8 位 )尋址?？梢酝ㄟ^指令改變 PSW 中的 RS1， RS0 這兩位來切換寄存器區(qū)，這種功能給用戶程序保護(hù)寄存器內(nèi)容提供了極大的方便。作為用戶的數(shù)據(jù)