【正文】 ................................. 46 1 第 1 章 緒 論 課題背景 單片機(jī)自 1976年由 Intel公司推出 MCS48開始，迄今已有二十多年了。單片機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域已從面向工業(yè)控制、通訊、交通、智能儀表等迅速發(fā)展到家用消費(fèi)產(chǎn)品、辦公自動(dòng)化、汽車電子、 PC機(jī)外圍以及網(wǎng)絡(luò)通訊等廣大領(lǐng)域。單片機(jī)的中央處理器（ CPU）和通用微處理器基本相同，只是增設(shè)了“面向控制”的處理功能。 單片機(jī)有兩種基本結(jié)構(gòu)形式：一種是在通用微型計(jì)算 機(jī)中廣泛采用的，將程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器合用一個(gè)存儲(chǔ)器空間的結(jié)構(gòu)，稱為普林斯頓結(jié)構(gòu)。 單片微型計(jì)算機(jī)自從問世以來，作為微型計(jì)算機(jī)一個(gè)很重要的分支，應(yīng)用廣泛，發(fā)展迅速，尤其是美國 Intel 公司生產(chǎn)的 MCS51 系列單片機(jī)，由于其具有集成度高，處理功能強(qiáng)，可靠性高，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，在智能儀器儀表、工業(yè)檢測控制、機(jī)電一體化等方面取得了令人矚目的成就。 20 世紀(jì) 80 年代中期以后， Intel 公司以專利轉(zhuǎn)讓的形式把 89C51 內(nèi)核技術(shù)轉(zhuǎn)讓給許多半導(dǎo)體芯片生產(chǎn)廠家，如 ATMEL、 PHILIPS、 ANALOG、DEVICES、 DALLAS 等。這些兼容機(jī)與 89C51 的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)（主要是指令系統(tǒng)）相同，采用 CMOS 工 藝，因而，常用 89C51 系列來稱呼所有具有 89C51 指令系統(tǒng)的單片機(jī)，它們對 89C51 單片機(jī)一般都 2 作了一些擴(kuò)充，更有特點(diǎn)。 MCS51 系列及 89C51 單片機(jī)有多種品種。目前使用的 MCS51 系列單片機(jī)及其兼容產(chǎn)品通常分成以下幾類：基本型、增強(qiáng)型、低功耗型、專用型、超 8位型、片內(nèi)閃爍存儲(chǔ)器型。這種電話系統(tǒng)一般有一臺(tái)總機(jī)和若干臺(tái)分機(jī)組成，主機(jī)有一個(gè)固定的公用電話號(hào)碼，若干分機(jī)各有自己的局域網(wǎng)號(hào)碼，當(dāng)其他公司或單位的電話打進(jìn)本公司時(shí)，首先是主機(jī)接到來電號(hào)碼，主機(jī)判斷來電是打給公司哪個(gè)部門的，完成判斷后就將來電轉(zhuǎn)到相應(yīng)的部門，來電呼叫處理完畢。 本項(xiàng)目主要是單片機(jī)控制去電電話，即根據(jù)主叫所拔的號(hào)碼，通過檢測存儲(chǔ)器預(yù)設(shè)的黑名單或者白名單控制某個(gè)電話的能夠打出或者禁止，或者控制某一局向號(hào)，來確定能否打出。系統(tǒng)同時(shí)利用 74LS373緩沖器、 74LS138譯碼器、 7404反相器、 DAC0832 D/A轉(zhuǎn)換器完成對黑白名單的區(qū)分和限制。 在完成硬件設(shè)計(jì)和軟件編制后，對系統(tǒng)進(jìn)行了聯(lián)機(jī)仿真調(diào)試，系統(tǒng)的正常運(yùn)行驗(yàn)證了設(shè)計(jì)的正確性。 本設(shè)計(jì)是針 公司的辦公自動(dòng)化而設(shè)計(jì)的，由于 具有工作速度快、信噪比高； 可以節(jié)省通信費(fèi)用，避免公司電話私用，提高公司整體辦公效率，適用于大、中、小型企業(yè) 本論文的工作和特點(diǎn) 本論文探討了一種 基于 單片機(jī) 的智能去電控制 系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)，并 3 搭建硬件電路進(jìn)行軟硬件調(diào)試，驗(yàn)證了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的正確性。首先介紹了單片機(jī)的歷史和發(fā)展現(xiàn)狀；然后對 智能去電控制器 系統(tǒng)進(jìn)行了 分析 ；最后，對本論文所作的工作及論文的特點(diǎn)進(jìn)行了總結(jié)。如果按功能劃分，它由如下功能部件組成，即微處理器（ CPU）、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（ RAM）、程序存儲(chǔ)器（ ROM/EPROM）、并行 I/O 口、串行口、定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器、中斷系統(tǒng)及特殊功能寄存器（ SFR）。但對各種功能部件的控制是采用特殊功能寄存器（ SFR）的集中控制方式。 單片機(jī)執(zhí)行指令是在控制器的控制下進(jìn)行的。這就是執(zhí)行一條指令的全過程，執(zhí)行程序就是不斷重復(fù)這一過程。 程序計(jì)數(shù)器 程序計(jì)數(shù)器 PC 是控制部件中最基本的寄存器，是一個(gè)獨(dú)立的計(jì)數(shù)器，存放著下一條將要從程序存儲(chǔ)器中取出的指令的地址。 程序計(jì)數(shù)器 PC 中內(nèi)容的變化決定程序的流程。在 MCS51 單片機(jī)中，程序計(jì)數(shù)器 PC 是一個(gè) 16 位的計(jì)數(shù)器，故可對 64KB（ 216=65536=64K）的程序存儲(chǔ)器進(jìn)行尋址。 (2) 行有條件或無條件轉(zhuǎn)移指令時(shí)，程序計(jì)數(shù)器將被置入新的數(shù)值，從而使程序的流向發(fā)生變化。 [2] 將子程序的入口地址或中斷向量的地址送入 PC，程序流向發(fā)生變化，執(zhí)行子程序或中斷子程序。 指令控制邏輯電路 指令寄存器 IR 是用來存放指令操作碼的專用寄存器。定時(shí)控制邏輯電路根據(jù)指令的性質(zhì)發(fā)出一系列的定時(shí)控制信號(hào)，控制單片機(jī)的各組成部件進(jìn)行相應(yīng)的工作，執(zhí)行指令。 綜上所述，單片機(jī)整個(gè)程序的執(zhí)行過程就是在控制部件的控制下，將指令從程序存儲(chǔ)器中逐條去處，進(jìn)行譯碼，然后由定時(shí)控制電路發(fā)出各種定時(shí)控制信號(hào)，控制指令的執(zhí)行。以主振頻率為基準(zhǔn) (每個(gè)主振周期為振蕩周 期 )，控制器控制 CPU 的時(shí)序，對指令進(jìn)行譯碼，然后發(fā)出各種控制信號(hào)，它將各個(gè)硬件環(huán)節(jié)的動(dòng)作組織在一起。 這種結(jié)構(gòu)對于單片機(jī)“面向控制”的實(shí)際應(yīng)用極為方便和有利。 MCS51 的存儲(chǔ)器空間可劃分為如下幾類： 1. 程序存儲(chǔ)器 單片機(jī)系統(tǒng)之所以能夠按照一定的次序進(jìn)行工作，主要是程序存儲(chǔ)器中存放了經(jīng)調(diào)試正確的應(yīng)用程序和表格之類的固定常數(shù)。 8031 由于無內(nèi)部存儲(chǔ)器，所以只能外擴(kuò)程序存儲(chǔ)器來存放程序。程序存儲(chǔ)器中的 0000H 地址是系統(tǒng)程序的啟動(dòng)地址。 64K 程序存儲(chǔ)器中有 5 個(gè)單元具有特殊用途。通常在這些中斷入口地址處都放一條絕對跳轉(zhuǎn)指令。 在 MCS51 單片機(jī)的指令系統(tǒng)中，同外部程序存儲(chǔ)器打交道的指令僅有兩條： (1) MOVC A A+DPTR (2) MOVC A A+PC 2. 內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 MCS51 單片機(jī)內(nèi)部有 128 個(gè)字節(jié)的隨機(jī)存取存儲(chǔ)器 RAM，作為用戶的數(shù)據(jù)寄存器，它能滿足大多數(shù)控制型應(yīng)用場合的需要，用作處理問題的數(shù)據(jù)緩沖器。 MCS51 單片機(jī)對其內(nèi)部 RAM 的存儲(chǔ)器有很豐富的操作指令，從而使得用戶在設(shè)計(jì)程序時(shí)非常方便。用戶可以通過指令改變 PSW 中的 RSRS0 這二位來切換當(dāng)前的工作寄存器區(qū)，這種功能給軟件設(shè)計(jì)帶來極大的方便，特別是在中斷嵌套時(shí)，為實(shí)現(xiàn)工作寄存器現(xiàn)場內(nèi)容保護(hù)提供了極大的方便。單元中的每一位都有自己的位地址，這 16 個(gè)單元也可以進(jìn)行字節(jié)尋址。 3. 特殊功能寄存器 (SFRSpecial Function Register) 特殊功能寄存器反映了 MCS51 單片機(jī)的狀態(tài)，實(shí)際上是 MCS51 單片機(jī)各功能部件的狀態(tài)及控制寄存器。 SFR 實(shí)質(zhì)上是一些具有特 殊功能的片內(nèi) RAM 單元，字節(jié)地址范圍為 21 個(gè)，離散的分布在該區(qū)域中，其中有些 SFR 還可以進(jìn)行位尋址。對于尚未定義的字節(jié)地址單元，用戶不能作寄存器使用，若訪問沒有定義的單元，則將得到一個(gè)不確定的隨機(jī)數(shù)。在 MCS51 單片機(jī)的指令系統(tǒng)中，有一個(gè)位處理指令的子集，使用這些指令，所處理的數(shù)據(jù)僅為一位二進(jìn)制數(shù) (0 或 1)。 當(dāng) MCS51 單片機(jī)的片內(nèi) RAM 不夠用時(shí)，可在片外擴(kuò)充數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。 并行 I/O 口 MCS51 單片機(jī)共有 4 個(gè)雙向的 8 位并行 I/O 端口（ Port），分別記作P0P3，共有 32 根口線，各口的每一位均由鎖存器、輸出驅(qū)動(dòng)器和輸入緩沖器所組成。這四個(gè)口除了按字節(jié)尋 址以外，還可以按位尋址。 P0 口是雙向 8 位三態(tài) I/O 口，此口為地址總線（低 8 位）及數(shù)據(jù)總線分時(shí)復(fù)用口，可驅(qū)動(dòng) 8 個(gè) LS 型 TTL 負(fù)載。 P2 口是 8 位準(zhǔn)雙向 I/O 口，與地址總線（高 8 位）復(fù)用，可驅(qū)動(dòng) 4 個(gè) LS 型 TTL 負(fù)載。 P1 口、 P2 口、 P3 口各 I/O 口線片內(nèi) 8 均有固定的上拉電阻，當(dāng)這 3 個(gè)準(zhǔn)雙向 I/O 口做輸入口使用時(shí)，要向該口先寫“ 1”，另 外準(zhǔn)雙向 I/O 口無高阻的“浮空”狀態(tài)，故稱為雙向三態(tài) I/O 口。而 P1 口和 P3 口沒有構(gòu)建系統(tǒng)的數(shù)據(jù)總線和地址總線的功能。由于 P0 口可作為地址 /數(shù)據(jù)復(fù)用線試用，需傳送系統(tǒng)的低 8 位地址和 8 位數(shù)據(jù)，因此， MUX 的一個(gè)輸入端為“地址 /數(shù)據(jù)”信號(hào)。 在 4 個(gè)口中只有 P0 口是一個(gè)真正的雙向口， P1P3 這三個(gè)口都是準(zhǔn)雙向口。不進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞時(shí)，芯片內(nèi)外處于隔離狀態(tài)。 在 P0 口中輸出三態(tài)門是由兩只場效應(yīng)管 (FET)組成，所以說它是一個(gè)真正的雙向口。 P3口的口線具有第二功能，為系統(tǒng)提供一些控制信號(hào)，因此在 P3 口電路增加了第二功能控制邏輯。 時(shí)鐘電路與時(shí)序 時(shí)鐘電路用于產(chǎn)生 MCS51 單片機(jī)工作時(shí)所必需的時(shí)鐘信號(hào)。 在執(zhí)行指令時(shí)， CPU 首先要到程序存儲(chǔ)器中取出需要執(zhí)行的指令操作碼，然后譯碼，并由時(shí)序電路產(chǎn)生 一系列控制信號(hào)去完成指令所規(guī)定的操作。另一類用于片外存儲(chǔ)器或 I/O 端口的控制，這部分時(shí)序?qū)τ诜治?、設(shè)計(jì)硬件接口電路至關(guān)重要。 9 單片機(jī)的中斷 MCS51 系列中，有 5 個(gè)中斷源。 5 個(gè)中斷源的中斷要求是否會(huì)得到響應(yīng)，受允許中斷寄存器 IE 中各位的控制；它們的優(yōu)先級分別由中斷優(yōu)先級寄存器 IP 的各位確定；同 — 優(yōu)先級內(nèi)的各中斷源同時(shí) 要求中斷時(shí)，還要靠內(nèi)部的查詢邏輯來確定響應(yīng)的次序，不同的中斷源有不同的中斷向量。 1. 允許中斷寄存器 IE (1) EA()總允許位。 EA＝ l，則每個(gè)中斷源是允許還是禁止，分別由各自的允許位確定。 (3) ()保留位。 ES＝ 0，禁止串行口中斷。 ET1＝ 0，禁止定時(shí)器 1 中斷。 EX1＝ 0，禁止外部中斷 1。 ET0＝ 0，禁止定時(shí)器 0 中斷。 EX0＝ 0，禁止外部中斷 0。每個(gè)中斷源的優(yōu)先級都可以通過中斷優(yōu)先級寄存器 IP 中的相應(yīng)位來設(shè)定。 (2) ()保留位。 (4) PS()串行口中斷優(yōu)先級設(shè)定位。 (5) PT1()定時(shí)器 1 中斷優(yōu)先級設(shè)定位。 (6) PXl()外部中斷 1 優(yōu)先級設(shè)定位。 (7) PT0()定時(shí)器 0 中斷優(yōu)先級設(shè)定位。 (8) PX0(1P0)外部中斷 0 優(yōu)先級設(shè)定位。 3. 優(yōu)先級結(jié)構(gòu) 靠 IP 寄存器把各中斷源的優(yōu)先級分為高低兩級。 為了實(shí)現(xiàn)這兩條規(guī)則，中斷系統(tǒng)內(nèi)部包含兩個(gè)不可尋址的“優(yōu)先級激活”觸發(fā)器。另一個(gè)觸發(fā)器指示某低優(yōu)先級的中斷正得到服務(wù)，所有同級的中斷都被阻斷，但不阻斷高優(yōu)先級的中斷。如； 中斷源： 同級內(nèi)的優(yōu)先權(quán) 外部中斷 0 最高 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 0 溢出 外部中斷 1 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 1 溢出 串行口 最低 在每一機(jī)器周期中，所有中斷源都順序地被檢查一遍；這樣到任一周期的 S6 狀態(tài)時(shí)，找到了所有已激活的中斷請求，并排好了優(yōu)先權(quán)。若發(fā)生下列情況，中斷響應(yīng)會(huì)受到阻斷： (1) 同級或高優(yōu)先級的中斷已在進(jìn)行中； (2) 正在執(zhí) 行的指令，尚未完成其最后一個(gè)機(jī)器周期 (換言之，正在執(zhí)行的指令完成前，任何中斷請求都得不到響應(yīng) )； (3) 正在執(zhí)行的是一條 RETI 或者訪問專用寄存器 IE 或 IP 的指令 (換言之，在 RETI 或者讀寫 IE 或 IP 之后，不會(huì)馬上響應(yīng)中斷請求，而至少在執(zhí)行一條其他指令之后才會(huì)響應(yīng) )。否則．在緊接著的下一個(gè)機(jī)器周期，中斷查詢結(jié)果變?yōu)橛行?。然后，根?jù)中斷 源的類別，在硬件的控制下，程序轉(zhuǎn)向相應(yīng)的向量單元，執(zhí)行中斷服務(wù)子程序。這些向量地址是： 中斷源 向量單元 外部中斷 0 0003H 定時(shí)器 0 溢出 000BH 外部中斷 1 00l3H 定時(shí)器 1 溢出 001BH 串行口 0023H 中斷服務(wù)子程序的最后一條指令應(yīng)是 RETI(中斷返回 )。然后由堆棧彈出兩個(gè)字節(jié) (下一條指令地址 )裝入到 PC 中。這兩種方式可以靠 TCON寄存器中的中斷方式位 ITI或 IT0來控制。若 INTx ＝ 1，則采用邊沿激活方式：在相繼的兩個(gè)周期中，對 INTx 引腳進(jìn)行連續(xù)兩次采樣，若第一次采樣值為高，第二次為低，則 TCON 寄存器中的中斷請求標(biāo)志 IEx被置 1，以請求中斷。如果外部中斷為邊沿激活方式，則引腳處的高電平和低電平值至少各保持一個(gè)機(jī)器周期，才能確保 CPU 檢測到電平的跳變，而把中斷請求標(biāo)志 IEx 置 1。 6 . 中斷請求的撤除 CPU 響應(yīng)某中斷請求后，在中斷返回 (RETI)前，該中斷請求應(yīng)該撤除，否則會(huì)引起另一次中斷。 對于邊沿激活的外部中斷， CPU 在響應(yīng)中斷后，也用硬件清除了有關(guān)的中斷請求標(biāo)志 IE0()，或 IEl(), 自動(dòng)撤除了中斷請求。因此在 MCS5l的用戶系統(tǒng)中，要另外采取撤除外部中斷的措施。 7. 中斷響應(yīng)時(shí)間 現(xiàn)以外部中斷為例，說明中斷響應(yīng)的最短時(shí)間。如果中斷請求有效，一般情況下，下一條要執(zhí)行的指令將是一條硬件子程序調(diào)用指令，調(diào)用所要求的服務(wù)程序。這樣，從外部中斷請求有效到開始執(zhí)行服務(wù)程序的第一條指令，中間要隔 3 個(gè)周期，這是最短的響應(yīng)時(shí)間。如果一個(gè)同級的或高優(yōu)先級的中斷已經(jīng)在進(jìn)行，則很顯然，附加的等