【正文】 待時間將取決正在進行的中斷服務(wù)程序。如果正在執(zhí)行的是 RETI 指令或者是訪問 IE 或 IP 的指令，則附加的等待時間不會超過 5 個周期 (為 完成正在執(zhí)行的指令，還需要一個周期，加上為完成下一條指令所需要的最長時間 —— 4 個周期，故最長為 5 個周期 )。 單片機的工作方式 單片機的工作方式包括：復(fù)位方式、程序執(zhí)行方式、單步執(zhí)行方式、低功耗操作方式以及 EPROM 編程和校驗方式。復(fù)位信號是高電平有效。若時鐘頻率為 6MHz，則復(fù)位信號至少應(yīng)持續(xù) 4us 以上，才可以使單片機復(fù)位。只要該腳保持高電平， MCS51 便循環(huán)復(fù)位。 MCS51 的復(fù)位操作不影響內(nèi)部 RAM 的內(nèi)容。 單片機的復(fù)位方式有上電自動復(fù)位和手工復(fù)位兩種。所執(zhí)行的程序可以在內(nèi)部ROM、外部 ROM 或者同時放在內(nèi)外 ROM 中。由于復(fù)位之后 PC=0000H，所以程序的執(zhí)行總是從地址 0000H開始的。 3. 單步執(zhí)行方式 單步執(zhí)行方式是使程序的執(zhí)行處于外加脈沖（通常用一個按鍵產(chǎn)生）的控制下，逐次逐條執(zhí)行指令，即按一次鍵，執(zhí)行一條指令。其中斷系統(tǒng)規(guī)定：從中斷服務(wù)程序返回以后至少要執(zhí)行一條指令后才能重新進入中斷。通過編程規(guī)定使 0INT 信號低電平有效，因此不來脈沖時總是處于響應(yīng)中斷的狀態(tài)。從而實現(xiàn)來一個脈沖執(zhí)行一條指令的單步操作。在節(jié)電方式時， CPU 停止工作，而 RAM、定時器、串行口和中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。 14 CMOS 型單片機用軟件來選擇操作方式，由電源控制寄存器 PCON 中的有關(guān)位控制。 IDL=1 時，激活節(jié)電方式 PD() ；掉電方式位。這時提供給 CPU 的時鐘信號被切斷，但時鐘信號仍提供給 RAM、定時器、中斷系統(tǒng)和串行口，同時 CPU 的狀態(tài)被保留起來，也就是棧指針 SP、程序計數(shù)器PC、程序狀態(tài)字 PSW、累加器 Acc 及通用寄存器的內(nèi)容 ?？梢杂袃蓷l途徑退出節(jié)電方式恢復(fù)到正常方式。中斷返回時將回到進入節(jié)電方式的指令后的一條指令，恢復(fù)到正常方式。推出節(jié)電方式的另一種方法是靠硬件復(fù)位，復(fù)位后 PCON中各位均被清零。掉電后，片內(nèi)振蕩器停止工作，時鐘凍結(jié)，一切工作都停止，只有片內(nèi) RAM 的內(nèi)容被保持， SFR 內(nèi)容也被破壞。退出掉電方式恢復(fù)正常工作方式的唯一途徑是硬件復(fù)位，應(yīng)在 VCC 恢復(fù)到正常值后再進入復(fù)位，復(fù)位時間需 10ms 時間，以保證振蕩器再啟動并達到穩(wěn)定，實際上復(fù)位本身只需 24 個振蕩周期（ 24 us）。 5. EPROM 編程和校驗方式 對于內(nèi)部集成有 EPROM 的 MCS51 單片機，可以進入編程或校驗方式。 8751 的 EPROM 編程一般要用專門的單片機編程器來完成。在讀出時，除 腳保持為 TTL 低電平之外，其他引 腳與 EPROM 的連接方式相同。在校驗操作時，需在 P0 口、 P1 口和 P2 口的 的狀態(tài)隨意。 保密位一旦寫入，內(nèi)部程序存儲器便不能再被寫入和讀出校驗，而且也不能執(zhí)行外部程序存儲器的程序。 單片機的性能特點 單片機把各功能部件集成 在一塊芯片上，因此它結(jié)構(gòu)緊湊、超小型化、可靠性高、價格低廉、易于開發(fā)應(yīng)用。在單片機芯片中，除中央處理器 CPU 之外，還有存儲器 ROM/RAM， I/O 接口電路、定時器 /計數(shù)器等部件，因此集成度高，在幾至幾十平方毫米的芯片上可制作上萬個晶體管電路。單片機把各功能部件集成在一塊芯片上，采用內(nèi)部總線結(jié)構(gòu)，減少了多片機中各芯片之間的連線，大大提高了單片機的抗干擾能力。 (3) 數(shù)據(jù)處理能力強、速度快。同時，由于中央處理器與存儲器在同一芯片上，因而減少了多片之間數(shù)據(jù)傳遞所需時間，提高了數(shù)據(jù)處理速度。 (4) 功耗小、成本低。 單片機內(nèi)部電路雖然比相應(yīng)微處理器芯片復(fù)雜，但是一旦設(shè)計好后，進入批量生產(chǎn)，成本不會提高。內(nèi)部程序可由廠方在制作芯片時代為燒制，也可由用戶自己寫入，這樣可使單片機成為具有不同特殊功能的專用機，易于形成產(chǎn)品。 (1) 智能儀表 用單片機系統(tǒng)取代老式的測量、控制儀表，實現(xiàn)從模擬儀表向數(shù)字化、智能化儀表的轉(zhuǎn)化，如各種溫度儀表、壓力儀 表、流量儀表、電能計量儀表等。 (3) 電能變換 應(yīng)用單片機設(shè)計變頻調(diào)速控制電路。 (5) 機電產(chǎn)品 應(yīng)用單片機檢測、控制傳統(tǒng)的機械產(chǎn)品，使傳統(tǒng)的機械產(chǎn)品結(jié)構(gòu)簡化，控制智能化，提高了機電產(chǎn)品的可靠性，增強了產(chǎn)品的功能 (6) 智能接口 17 在數(shù)據(jù)傳輸中，用單片機實現(xiàn)外部設(shè)備與微機通信。單片機是微計算 機的一個分支，在原理和結(jié)構(gòu)上，單片機與微型機之間沒有根本性的差別，而且微計算機的許多技術(shù)都被單片機繼承下來。 18 第 3 章 電路的硬件設(shè)計 總體方案設(shè)計 系統(tǒng)總體框圖 整體的設(shè)計方案為：系統(tǒng) 采用單片微處理器 89C51 為核心， 同時利用74LS373 緩沖器、 74LS138 譯碼器、 7404 反相器、 DAC0832 D/A 轉(zhuǎn)換器 等完成 智能去 電控制 功能。當 去電信號的 上下限值設(shè)定好后，按下‘ *’號鍵，則產(chǎn)生 去電信號 輸出。用戶可以在鍵盤上輸入所需的 去電信號 上下限頻率值，每次輸入以‘ ’號鍵為結(jié)束標志； 模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊：實現(xiàn)數(shù)字量到模擬量的 模數(shù)轉(zhuǎn)換 ，使最后的輸出為電壓形式的 去電 信號 ； 去電輸出接口模塊：用于把去電信號由系統(tǒng)輸出到電話線上。因為該系統(tǒng)所產(chǎn)生的 去電信號 頻率 范圍主要集中在低頻段，大約在幾千赫茲左右，所以在信號產(chǎn)生方面系統(tǒng)采用了 DDS(直接數(shù)字頻率合成 )技術(shù)：用隨機讀寫存儲器 RAM 存儲 去電信號 的量化數(shù)據(jù)，按照不同頻率變化要求以頻率控制字 K 為步進，對相位增量進行累加，以累加相位值作為地址碼讀取存放在存儲器內(nèi)的 去電信號 ，再經(jīng)過 D/A 轉(zhuǎn)換和濾波即可得到 去電輸出信號 。 DDS基本工作過程如下 ： 模數(shù)為 N2 的相位累加器 ， 在時鐘 sf 的控制下 ，將頻率控制字 K進行累加 ， 對每個時鐘脈沖 ,相位累加器在原值基礎(chǔ)上加 K，滿量 (即到 2n) 后 ， 以剩余數(shù)為基礎(chǔ)重復(fù)進行 K的累加過程 ， 累加器的輸出作為 去電信號 查詢表的地址 ， 去電信號 查詢表內(nèi)所存儲的內(nèi)容是相應(yīng)的? ?NR 22sin ? 的值。 復(fù)位電路 MCS51 單片機的復(fù)位是由外部的復(fù)位電路來實現(xiàn)的。 本電路采用的是上電復(fù)位方式。上電復(fù)位是指在給系統(tǒng)上電時，復(fù)位電路通過電容加到 RST 復(fù)位 引腳一個短暫的高電平信號，這個復(fù)位信號隨著 Vcc 對電容的充電過程而回落，所以 RST 引腳復(fù)位的高電平維持時間取決于電容的充電時間。 手動復(fù)位：手動復(fù)位需要人為在復(fù)位輸入端加高電平讓系統(tǒng)復(fù)位。 上電自動復(fù)位是通過外部復(fù)位電路的電容充電來實現(xiàn)的。除了上電復(fù)位外，有時還需要按鍵手動復(fù)位。 時鐘電路 時鐘是單片機的心臟，單片機各功能部件的運行都是以時鐘頻率為基準，有條不紊的一拍一拍地工作。常用的時鐘電路有兩種方式：一種是內(nèi)部時鐘方式，另一種為外部時鐘方式。 時鐘電路如下圖所示： 圖 34 時鐘電路 21 MCS51 單片機內(nèi)部有一個用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器，該高增益反向放大器的輸入端為芯片引腳 XTAL1，輸出端為引腳 XTAL2。 按鍵電路 按鍵是一組常開的按鍵開關(guān) ,每個按鍵都被賦予一個代碼，稱為鍵碼。按鍵閉合過程在相應(yīng)的 I/O 端口形成一個負脈沖。抖動持續(xù)時間的常長短與開關(guān)的機械特性有關(guān)，一般在 510ms 之間。本文在軟件中采用了相應(yīng)的軟件程序來消除抖動。 本文采用的是獨立式按鍵，直 接用 I/O 口線構(gòu)成單個按鍵電路，每個按鍵占用一條 I/O 口線，每個按鍵的工作狀態(tài)不會產(chǎn)生互相影響。本裝置的鍵盤共 12 鍵，其中‘ 0’～‘ 9’鍵用于輸入 去電信號 上、下限頻率值；‘ ’號鍵是數(shù)值輸入結(jié)束標志；‘ *’號鍵是頻率設(shè)定結(jié)束后的 去電 開始標志。每個按鍵有兩個連接端：一端通過阻值為 1K 的電阻與電源相連，另一端通過一個 阻值為 10K 的電阻與地相連。 模數(shù)轉(zhuǎn)換 及去電輸出 電路 模數(shù)轉(zhuǎn)換 電路 電路圖如下所示： 圖 37 模數(shù)轉(zhuǎn)換 及去電輸出 電路 D/ A 轉(zhuǎn)換器是 這部分 的核心器件 ,它的速度和特性直接影響整個系統(tǒng)的性能。而性能指標中轉(zhuǎn)換時間和精度又最為主要 美國國家半導(dǎo)體公司的 模數(shù)轉(zhuǎn)換 器DAC0832 是 具有兩個輸入數(shù)據(jù)寄存器的 8 位 DAC,，已能滿足系統(tǒng)要 求， 23 如果選用 12 位芯片 ,雖然轉(zhuǎn)換精度會提高，但成本會提高，綜合系統(tǒng)的性能價格比考慮，選用 8 位 模數(shù)轉(zhuǎn)換 器合適。 去電信號輸出前要經(jīng)過濾波來區(qū)分黑白名單電話號碼。 由 RC元件與運算放大器組成的濾波器稱為 RC有源濾波器，其功能是讓一定頻率范圍內(nèi)的 去電 信號通過，抑制或急劇衰減此頻率范圍以外的 去電 信號。 具有理想幅頻特性的濾波器是很難實現(xiàn)的，只能用實際的幅頻特性去逼近理想的。濾波器的階數(shù)越高 , 幅頻特性衰減的速率越快，但 RC網(wǎng)絡(luò)的節(jié)數(shù)越多，元件參數(shù)計算越繁瑣，電路調(diào)試越困難。隨著階數(shù)的增加濾波效果會相應(yīng)變好，但硬件復(fù)雜度會增加。本文采用的是 二階 RC有源低通濾波器。 本章小結(jié) 本章介紹的是本設(shè)計的硬件結(jié)構(gòu)，單片機的相關(guān) I/O 口輸入輸出接口電路和各部分模塊的設(shè)計。各部分都附有 Protel 電路連接圖。實踐證明：用模塊化程序設(shè)計方法設(shè)計出來的程序，與用其他方法設(shè)計出來的程序相比，不僅效果好、代價小；而且易于閱讀、理解、修改、調(diào)試、驗證、維護和移植，是控制程序流程的主體程序結(jié)構(gòu)。 根據(jù)程序模塊化思想，本設(shè)計的軟件程序包 括主程序、 去電信號 發(fā)生子程序、鍵盤子程序、 黑白名單區(qū)分子程序、 模數(shù)轉(zhuǎn)換 及 去電 輸出 接口 程序和延時子程序等。 由于計算機系統(tǒng)軟件的進步和飛速發(fā)展，在系統(tǒng)設(shè)計中，耗用了大量的開發(fā)時間，充分發(fā)揮軟件功能，盡可能擴展軟件的應(yīng)用范圍，這就相對地簡化了硬件結(jié)構(gòu)，降低了成本，提高了系統(tǒng)的性能。設(shè)置系統(tǒng)各芯片工作方式，包括 89C51 內(nèi)部定時計數(shù)器工作方式和 8255A 三組 I/O 口輸出、輸入方式； (2) 鍵盤讀入； (3) 模數(shù)轉(zhuǎn)換； (4) 黑白名單區(qū)分 ； (5) 去電信號 輸出； 考慮到系統(tǒng)欲實現(xiàn)的較快的運行效率和較高的實時性要求，系統(tǒng)軟件未采用 C 語言編程，而是全部采用匯編語言編制，節(jié)約了硬件資源，同時提高了系統(tǒng)的實時性。 25 軟件總體流程圖 軟件程序總體流程圖如下： 圖 41 軟件總體流程圖 是 ‘ *’ ？ 開始 初始化 去電信號產(chǎn)生 黑白電區(qū)分 鍵盤讀取去電信號頻率 延時 (DELAY) 通過 白名單去電信號 數(shù)模轉(zhuǎn)換 讀 C 口 是 ‘ ’ ？ 去電 信號輸出 (SPFS) Y Y N N 26 去電信號 產(chǎn)生 子程序 產(chǎn)生頻率周期變化的 去電信號 實際上就是 由一個單一穩(wěn)定的頻率源進行分頻或混頻來實現(xiàn)的。由于系統(tǒng)實現(xiàn)的 去電 范圍為低頻，而且 89C51的晶體驅(qū)動頻率高達 12MHz，要實現(xiàn)這一頻率段無需太多采樣點，采用固定的 64個采樣點即可滿足要求。對不同頻率值計算并改變計數(shù)器重裝的初值，借以改變計數(shù)器溢出周期。 直接數(shù)字式頻率合成技術(shù)是根據(jù) 去電 信號的特點、 Nyquist 取樣定律及數(shù)字計算技術(shù) ， 把一系列事先對模擬 去電 信號抽樣得到的數(shù)字 去電 信號存于存儲器中 ,再通過數(shù) / 模轉(zhuǎn)換成模擬信號 ,在時域中來實現(xiàn)頻率合成。 DDS 基本工作過程如下 ： 模數(shù)為 N2 的相位累加器 ， 在時鐘 sf 的控制下 ，將頻率控制字 K 進行累加 ， 對每個時鐘脈沖 ， 相位累加器在原值基礎(chǔ)上加K,滿量 (即到 2n) 后 ， 以剩余數(shù)為基礎(chǔ)重復(fù)進行 K 的累加過程 ， 累加器的輸出作為 去電信號 查詢表的地址 ， 去電信號 查詢表 內(nèi)所存儲的內(nèi)容是相應(yīng)的? ?NR 22sin ? 的值。 依靠 DDS 技術(shù)，即將 去電信號 的一個周期量化，編程數(shù)組放在存儲器中，輸出時按照順序調(diào)用的超低頻系統(tǒng)，這比傳統(tǒng)的對 去電信號 進行硬件濾波來實現(xiàn) 白去電信號 輸出的方法節(jié)約了硬件資源，降低了成本，提高了系統(tǒng)的性價比 。 黑去電信號和白去電信號分別用不同的頻率段區(qū)分，這樣只需對去電信號進行頻率區(qū)分即可區(qū)分黑白名單信號。 LPH=HPH？ A+DPTR送 DAC0832 PL送 LPL； PH送 LPH LPL=HPL？？ 開中斷1 10H 送 TM