【正文】 .................. 18 5 總結(jié) ............................................................. 21 1 1 單片機(jī) 概述 什么是 單片機(jī) 單片機(jī)就是一種微型計(jì)算機(jī)，是一種 “程序存儲(chǔ)式 ”計(jì)算機(jī)。它是在一塊硅片上集成了中央處理器（ CPU）、隨機(jī)存儲(chǔ)器（ RAM）、程序存儲(chǔ)器（ ROM 或EPROM）、定時(shí) /計(jì)數(shù)器以及各種 I/O 接口，也就是集成在一塊芯片上的計(jì)算機(jī)。同時(shí)，單片機(jī)具有優(yōu)異的性價(jià)比，而且集成度、可靠性高，但受集成度限制，片內(nèi)存儲(chǔ)器容量較小（一般內(nèi) ROM： 8KB 以下，內(nèi) RAM： 256KB 以內(nèi)） ，單片 機(jī)的控制功能強(qiáng)，易于開(kāi)發(fā)和擴(kuò)展 ，可構(gòu)成各種規(guī)模的應(yīng)用系統(tǒng)。 圖 1 MCS51 單片機(jī)基本組成 單片機(jī)是靠程序運(yùn)行的，并且可以修改。一個(gè)不是很復(fù)雜的功能要是用美國(guó) 50 年代開(kāi)發(fā)的 74 系列，或者 60 年代的 CD4000 系列這些純硬件來(lái)搞定的話，電路一定是一塊大 PCB 板！但是如果要是用美國(guó) 70 年代成功投放市場(chǎng)的系列單片機(jī)，結(jié)果就會(huì)有天壤之別！只因?yàn)?單片機(jī)的通過(guò)你編寫(xiě)的程序可以實(shí)現(xiàn)高智能，高效率，以及高可靠性！ 2 單片機(jī)的應(yīng)用 目前單片機(jī)滲透到我們生活的各個(gè)領(lǐng)域，幾乎很難找到哪個(gè)領(lǐng)域沒(méi)有單片機(jī)的蹤跡。更不用說(shuō)自動(dòng)控制領(lǐng)域的機(jī)器人、智能儀表、醫(yī)療器械了。 單片機(jī)廣泛應(yīng)用于儀器儀表、家用電器、醫(yī)用設(shè)備、航空航天、專用設(shè)備的智能化管理及過(guò)程控制等領(lǐng)域。 SCM 即 單片微型計(jì)算機(jī) （ Single Chip Microputer）階段，主要是尋求最佳的單片形態(tài)嵌入式系統(tǒng)的最佳體系結(jié)構(gòu)。在開(kāi)創(chuàng)嵌入式系統(tǒng)獨(dú)立發(fā)展道路上， Intel 公司功不可沒(méi)。它所涉及的領(lǐng)域都與對(duì)象系統(tǒng)相關(guān)，因此，發(fā)展 MCU 的重任不可避免地落在電氣、電子技術(shù)廠家。在發(fā)展 MCU 方面，最著名的廠家當(dāng)數(shù) Philips 公司。隨著微電子技術(shù)、 IC 設(shè)計(jì)、 EDA 工具的發(fā)展，基于SoC 的 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì) 會(huì)有較大的發(fā)展。 3 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 及 其必需的外接電路 51 單片機(jī) 最小系統(tǒng) 單片機(jī)最小系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖 2 所示。并行擴(kuò)展總線：數(shù)據(jù)總線 P0 口，地址總線 P0 口（低 8 位）、P2 口（高 8 位）和控制總線 ALE、 PSEN、 EA。 I/O 端口： P1 口為普通 I/O 口， P3 口可復(fù)用作普通 I/O 口， P0、P2 口不作并行口時(shí)也可作普通 I/O 口。單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)自激振蕩電路， 它是定時(shí)控制部件中的一部分，可以通過(guò)內(nèi)部自激振蕩或外部提供振蕩源這兩種方式，驅(qū)動(dòng)內(nèi)部時(shí)鐘電路產(chǎn)生系統(tǒng)時(shí)鐘信號(hào)。如圖 所示。晶振頻率：fosc=~12MHZ，常用頻率為 1 MHz。常用于多塊 8051 同時(shí)工作，以便同步，要求信號(hào)低于 12MHz。 需要指出的是， CPU的運(yùn)算操作在 P1 期間，數(shù)據(jù)傳送在 P2 期間。 MCS51 單片機(jī)的復(fù)位信號(hào)，高電平有效。復(fù)位時(shí)，各 SFR 寄存器的狀態(tài)為： （ PC） =0000H； （ SP） =07H； （ P0～ P3） =FFH； 其余 SFR 寄存器內(nèi)容均為 0； RAM 的內(nèi)容保持不變 。如圖 5 所示。 5 圖 4 上電復(fù)位 圖 5 手動(dòng) amp。 當(dāng)定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器為定時(shí)工作方式時(shí)，計(jì)數(shù)器的加 1 信號(hào)由振蕩器的 12分頻信號(hào)產(chǎn)生，即每過(guò)一個(gè)機(jī)器周期，計(jì)數(shù)器加 1，直至計(jì)滿溢出為止。因一個(gè)機(jī)器周期等于 12 個(gè)振蕩周期，所以計(jì)數(shù)頻率 fcount= fosc如果晶振為 12MHz，則計(jì)數(shù)周期為： T=1/（ 12106） Hz12=1μs ， 這是最短的定 時(shí)周期。 當(dāng)定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器為計(jì)數(shù)工作方式時(shí)，通過(guò)引腳 T0 和 T1 對(duì)外部信號(hào)計(jì)數(shù)，外部脈沖的下降沿將觸發(fā)計(jì)數(shù)。若一個(gè)機(jī)器周期采樣值為 1，下一個(gè)機(jī)器周期采樣值為 0，則計(jì)數(shù)器加1。所以檢測(cè)一個(gè)由 1 至 0的跳變需要兩個(gè)機(jī)器周期，故外部事年的最高計(jì)數(shù)頻率為振蕩頻率的 1/24。雖然對(duì)外部輸入信號(hào)的占空比無(wú)特殊要求，但為了確保某給定電平在變化前至少被采樣一次，外部計(jì)數(shù)脈沖的高電平與低電平保持時(shí)間均需在一個(gè)機(jī)器周期以上。 CPU也可以重新設(shè)置定時(shí)器工作方式，以改變定時(shí)器的操作。 6 綜上所述， 已知定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器是一種可編程部件，所以在定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器開(kāi)始工作之前， CPU 必須將一些命令（稱為控制字）寫(xiě)入定時(shí) /計(jì)數(shù)器。在初始化過(guò)程中，要將工作方式控制字寫(xiě)入方式寄存器，工作狀態(tài)字（或相關(guān)位）寫(xiě)入控制寄存器，賦定時(shí) /計(jì)數(shù)初值。其中， TCON 寄存器中另有 4 位用于中斷系統(tǒng)。復(fù)位時(shí)， TMOD 所有位均為 0。它是一種用十進(jìn)制數(shù)字顯示被測(cè)信號(hào)頻率的數(shù)字測(cè)量?jī)x器。在進(jìn)行模擬、數(shù)字電路的設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試過(guò)程中，由于其使用十進(jìn)制數(shù)顯示，測(cè)量迅速，精確度高，顯示直觀，經(jīng)常要用到頻率計(jì)。 圖 6 頻率計(jì)測(cè)頻原理 若被測(cè)量信號(hào)的周期為，分頻數(shù) m1，分頻后信號(hào)的周期為 T，則： T=m1Tx 。 方案 設(shè)計(jì) 有兩種方法設(shè)計(jì)頻率計(jì)。這種方法的缺陷是受限于單片機(jī)計(jì)數(shù)的晶振頻率，輸入的時(shí)鐘頻率通常是單片機(jī)晶振頻率的幾分之一甚至是幾十分之一，在本次設(shè)計(jì) 8 使用的 51 單片機(jī)，由于檢測(cè)一個(gè)由 “1”到 “0”的跳變需要兩個(gè)機(jī)器周期，前一個(gè)機(jī)器周期測(cè)出 “1”，后一個(gè)周期測(cè)出 “0”。 另一種方法是 單片 機(jī)外部使用計(jì)數(shù)器對(duì)脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)值再由單片機(jī)讀取。其于成本考慮，采用單片機(jī)自帶的計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)，基于此種方法又可設(shè)計(jì)如下兩種方案。用相關(guān)函數(shù)顯示完畢后再開(kāi)啟 T0 和 T1 這樣即可進(jìn)入下一輪測(cè)量。 實(shí)驗(yàn)的誤差應(yīng)當(dāng)是均與的 與待測(cè)信號(hào)的頻率無(wú)關(guān)。 對(duì)于 1： 1 占空比的方波，僅用一個(gè)定時(shí)計(jì)數(shù)器做計(jì)數(shù)器，外部中斷引腳作待測(cè)信號(hào)輸入口，置計(jì)數(shù)器為外部中斷引腳控制（外部中斷引腳為 “1”切 TRx=1 計(jì)數(shù)器開(kāi)始計(jì)數(shù)）。所以待測(cè)信號(hào)的頻率 f=1/T。 由于有執(zhí)行 f=1/（ 2*t/(12/fsoc)）的浮點(diǎn)運(yùn)算，而數(shù)據(jù)類型轉(zhuǎn)換時(shí)未用 LCD浮點(diǎn)顯示，故測(cè)得的頻率將會(huì)被取整，如 理論顯示為 1