【正文】 MPU 更新?lián)Q代的速度越來(lái)越快，以 38 48 586為代表的 MPU，很短的時(shí)間內(nèi)就被淘汰出 局而傳統(tǒng)的單片機(jī)如 68HC0 8051 等年齡已有 15 歲，產(chǎn)量仍是上升的?？梢灶A(yù)見(jiàn)，一些成功上市的相對(duì)年輕的 CPU 核心，也會(huì)隨 著 I/O 功能模塊的不斷豐富，有著相當(dāng)長(zhǎng)的生存周期。 8位、 16 位、 32位單片機(jī)共同發(fā)展 這是當(dāng)前單片機(jī)技術(shù)發(fā)展的另一動(dòng)向。隨著移動(dòng)通訊、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、多媒體技術(shù)等高科技產(chǎn)品 進(jìn)入家庭， 32 位單片機(jī)應(yīng)用得到了長(zhǎng)足發(fā)展。過(guò)去認(rèn)為由于 8位單片機(jī)功能越來(lái)越強(qiáng)， 32 位機(jī)越來(lái)越便宜，使 16 位 單片機(jī)生存空間有限，而 16 位單片機(jī)的發(fā)展無(wú)論從品種和產(chǎn)量方面，近年來(lái)都有較大幅 度的增長(zhǎng)。而單片機(jī)則有所不同，為提高單片機(jī)抗干擾能力，降低噪聲，降低時(shí)鐘頻率而不 犧 牲運(yùn)算速度是單片機(jī)技術(shù)發(fā)展之追求。 68HC08 單片機(jī)使 用 外部振蕩器而內(nèi)部時(shí)鐘達(dá) 32M，而 M68K系列 32 位單片機(jī)使用 32K 的外部振蕩器頻率 內(nèi)部時(shí)鐘可達(dá) 16MHz 以上。 Motorola 最近推出任選的 可在 電壓下以 50M/48MIPS全速工作，功率約為 20mW。允許使用的電源電壓范圍也 越來(lái)越寬。低電壓供電的單片機(jī)電源下限已由 降至 、 。 低噪聲與高可靠性技術(shù) 為提高單片機(jī)系統(tǒng)的抗電磁干擾能力，使產(chǎn)品能適應(yīng)惡劣的工 作環(huán)境，滿足電磁兼容性方面更高標(biāo)準(zhǔn)的要求，各單片機(jī)商家在單片機(jī)內(nèi)部電路中采取 了一些新的技術(shù)措施。 Motorola 也推出了低噪聲的 LN 系列單片機(jī)。過(guò)去認(rèn)為一個(gè)單片機(jī)產(chǎn)品的成熟是以投產(chǎn)掩膜 型單片機(jī)為標(biāo)志的。它較之掩膜具有生產(chǎn)周期短、風(fēng)險(xiǎn)小的 特點(diǎn)。未編程的 OTP 芯片可采用裸片 Bonding 技術(shù)或表面貼 技術(shù)，先焊在印刷板上，然后通過(guò)單片機(jī)上引出的編程線、串行數(shù)據(jù)、時(shí)鐘線等對(duì)單片 機(jī)編程。使 OTP 的裸 片得以廣泛使用，降低了產(chǎn)品的成本。而一些生產(chǎn)廠商推出 的單片機(jī)不再有掩膜型，全部為有 ISP功能的 OTP。一些單片機(jī)廠商以 MTP 的性能、 OTP 的價(jià)位推出 他們的單片機(jī)，如 ATMEL AVR 單片機(jī)，片內(nèi)采用 FLASH，可多次編程。這些單片機(jī)都使用了 ISP 技術(shù)，等安裝到印刷線路板上以后再下載程序。EM78系列 OTP型單片機(jī) : 臺(tái)灣義隆電子股份有限公司 ,直接替代 PIC16CXX,管腳兼容 ,軟件可轉(zhuǎn)換 . （ 4） Scenix 單片機(jī) : Scenix 公司推出的 8 位 RISC 結(jié)構(gòu) SX 系列單片機(jī)與 Intel 的 Pentium II 等一起被 Electronic Industry Yearbook 1998評(píng)選為 1998 年世界十大處理器 .在技術(shù)上有其獨(dú)到之處， SX系列雙時(shí)鐘設(shè)置 ,指令運(yùn)行速度可達(dá) 50/75/100MIPS(每秒執(zhí)行百萬(wàn)條指令 ,XXX M Instruction Per Second) 。開(kāi)發(fā)單片機(jī)通常用到開(kāi)發(fā)軟件、仿真器、編程器，以及諸如邏輯筆、萬(wàn)用表等輔助工具，當(dāng)然 PC機(jī)是少不了的。當(dāng)然設(shè)計(jì)中有的功能可由軟件代替硬件實(shí)現(xiàn)，但要考慮編程的復(fù)雜性，有時(shí)雖然可以降低成本，但會(huì)給自己帶來(lái)麻煩 。有的是在 PC 上寫(xiě)好程序，檢查無(wú)語(yǔ)法錯(cuò)誤后用軟件下載到編程器對(duì)AT89C51 等單片機(jī)進(jìn)行編程，或者對(duì)可在線編程的單片機(jī)有例如 PIC16F8PICBASIC（ PS1016）等進(jìn)行編程。 其二是采用通用實(shí)時(shí)再線仿真器，用設(shè)斷點(diǎn)，單步運(yùn)行，實(shí)時(shí)查看寄存器、 I/O口、存儲(chǔ)器內(nèi)容等方法調(diào)試單片機(jī)系統(tǒng)真是 感覺(jué)好極了，一切盡在掌握。高檔的仿真器支持許多型號(hào)的單片機(jī)，并有 WINDOWS 下集成開(kāi)發(fā)環(huán)境（包括編輯，匯編，仿真等），大多數(shù)做單片機(jī)系統(tǒng)的人都是采用這種方法開(kāi)發(fā)，只是仿真器大多較貴，業(yè)余愛(ài)好者要根據(jù)自己的情況決定?，F(xiàn)在片內(nèi)帶有 EEPROM 的單片機(jī)開(kāi)發(fā)起來(lái)很方便（就像 CI取代 BIOS 一樣）， EEPROM 既 像靜態(tài) RAM 那樣讀寫(xiě)簡(jiǎn)便，又在掉電時(shí)數(shù)據(jù)不會(huì)丟失的，大大簡(jiǎn)化應(yīng)用系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。 近年來(lái)出現(xiàn)了 IIC 串行總線結(jié)構(gòu)，這種總線是用兩條數(shù)據(jù)線代替現(xiàn)行的 8位數(shù)據(jù)總線，從而大大地減少了單片機(jī)引線，目前許多電子公司正在積極開(kāi)發(fā) IIC 總線的產(chǎn)品，也為我們使用提供了方便。 （ 2） 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 (RAM)： 8051 內(nèi)部有 128 個(gè) 8 位用戶數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元 和 128 個(gè)專(zhuān)用寄存器單元，它們是統(tǒng)一編址的，專(zhuān)用寄存器只能用于存放控制指令數(shù)據(jù)，用戶只能訪問(wèn)，而不能用于存放用戶數(shù)據(jù)，所以，用戶能使用的 RAM只有 128 個(gè)，可存放讀寫(xiě)的數(shù)據(jù)，運(yùn)算的中單片機(jī)實(shí)訓(xùn) 5 間結(jié)果或用戶定義的字型表。 （ 4） 定時(shí) /計(jì)數(shù)器 (ROM)： 8051 有兩個(gè) 16 位的可編程定時(shí) /計(jì)數(shù)器，以實(shí)現(xiàn)定時(shí)或計(jì)數(shù)產(chǎn)生中斷用于其中的控制程序轉(zhuǎn)向。 （ 6） 中斷系統(tǒng)： 8051 具備較完善的中斷功能，有兩個(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(jí)的優(yōu)先級(jí)別選擇。 單片機(jī)的結(jié)構(gòu)有兩種類(lèi)型，一種是程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器分開(kāi)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(chǔ)器與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器合二為一的結(jié)構(gòu)，即普林斯頓 (Princeton)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。當(dāng)訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，它分時(shí)作為低 8位地址 /數(shù)據(jù)總線。在驗(yàn)證程序時(shí)，則輸出指令。在對(duì) 8751 片內(nèi) EPROM編程校驗(yàn)時(shí)，用來(lái)傳送低 8位地址。當(dāng)訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器及 8751 片內(nèi) EPROM編程時(shí)，用以傳輸高 8位地址信號(hào)。 ALE信號(hào)的頻率為振蕩頻率的 1/6。另外它又可做為 8751 片內(nèi) EPROM 的編程脈沖輸入端。在執(zhí)行內(nèi)部程序存儲(chǔ)器中的程序時(shí) ，該信號(hào)無(wú)輸出，在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，該信號(hào)將不會(huì)出現(xiàn)。對(duì)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。 VCC：主電源 +5V。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。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。 （ 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)。 （ 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(lái)用。我們知道作定時(shí)、計(jì)數(shù)器來(lái)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(lái)用，那就要兩套控制及、溢出標(biāo)記了，從何而來(lái)呢？ TL0 還是用原來(lái)的 T0 的標(biāo)記，而 TH0 則借用 T1的標(biāo)記。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。 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。電機(jī)轉(zhuǎn)速采用光電脈沖傳感器來(lái)測(cè)量，通過(guò)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(duì)光電傳感器傳過(guò)來(lái)的脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，電動(dòng)機(jī)測(cè)速采用測(cè)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(cè)量的脈沖個(gè)數(shù)為 n，故測(cè)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。 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。 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。 4) 采樣時(shí)間用定時(shí) /計(jì)數(shù)器 0來(lái)實(shí)現(xiàn)。 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(guò) 3 軟件定時(shí)實(shí)現(xiàn)。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(guò)軟件延時(shí)程序?qū)崿F(xiàn) 1s 定時(shí)。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。 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(duì)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(chēng)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(jiǎn)單，編程方便等優(yōu)點(diǎn)；另一種方式是矩陣式鍵盤(pán)的設(shè)計(jì)，它適用于對(duì)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。設(shè)計(jì)圖如 ：由上到下的按鍵分別是復(fù)位、停止、啟動(dòng)。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(yáng)極連接的方法連接圖如圖 所示。如圖 所示 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(shuō)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。 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。本次采用的是直接連接的獨(dú)立式按鍵，在鍵盤(pán)掃描過(guò)程中必須解決以下問(wèn)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(kāi)。圖 43 為 鍵盤(pán)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(guó) Labcenter electronics 公司出版的 EDA 工具軟件。它是目前最好的仿真單片機(jī)及外圍器件的工具。 : Proteus 軟件具有其它 EDA 工具軟件（例： multisim）的功能。 （ 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)。配合系統(tǒng)配置的虛擬邏輯分析儀、示波器等， Proteus 建立了完備的電子設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)環(huán)境。 （ 2） Proteus 可提供的仿真儀表資源 ：示波器、邏輯分析儀、虛擬終端、 SPI調(diào)試器、 I2C 調(diào)試器、信號(hào)發(fā)生器、模式發(fā)生器、交直流電壓表、交直流電流表。 （ 3）除了 現(xiàn)實(shí)存在的儀器外， Proteus 還提供了一個(gè)圖形顯示功能，可以將線路上變化的信號(hào)，以圖形的方式實(shí)時(shí)地顯示出來(lái)，其作用與示波器相似，但功能更多。這些都盡可能減少了儀器對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。這些測(cè)試信號(hào)包括模擬信號(hào)