畢業(yè)設(shè)計---智能去電控制器的設(shè)計

1、<p>　　大學生本科畢業(yè)設(shè)計（論文）</p><p>　　題目：智能去電控制器的設(shè)計</p><p><b>　　領(lǐng)域：電子通信類</b></p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　隨著辦公自動化的發(fā)展，越來越多的公司選擇了組建本公司的局域網(wǎng)電話系統(tǒng)，從而達到提高公

2、司整體工作效率和節(jié)約通信費用的目的。這種電話系統(tǒng)一般有一臺總機和若干臺分機組成，主機有一個固定的公用電話號碼，若干分機各有自己的局域網(wǎng)號碼，當其他公司或單位的電話打進本公司時，首先是主機接到來電號碼，主機判斷來電是打給公司哪個部門的，完成判斷后就將來電轉(zhuǎn)到相應的部門，來電呼叫處理完畢。對于打進公司的電話，由于不是公司支付通信費用，一般單位對此無限制，當公司內(nèi)部需要打出電話時，由于通信費用完全是公司自己支付，為了避免公司的員工把公司的電話

3、私用，就必須對去電進行區(qū)分和權(quán)限限制，可以通過設(shè)置黑名單或者白名單控制某個電話的能夠打出或者禁止。本項目主要是單片機控制去電電話，即根據(jù)主叫所拔的號碼，通過檢測存儲器預設(shè)的黑名單或者白名單控制某個電話的能夠打出或者禁止，或者控制某一局向號，來確定能否打出。該系統(tǒng)采用了單片機AT89C51作為CPU，它是系統(tǒng)的控制核心。系統(tǒng)同時利用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

4、和限制。系統(tǒng)的軟件采用匯編語言編寫，</p><p>　　關(guān)鍵詞　智能電話； 單片機； 去電控制</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　With the development of office automation, more and more companies build up the local a

5、rea calling network of itself, in order to increase efficiency and decrease the communication cost. This calling system is generally composed of a master telephone and several extension telephone numbers. The master tel

6、ephone has a fixed number, and the several extension telephones have their own numbers in the network. When the outside phone dials, the master telephone firstly receive the call and decide the</p><p>　　Keyw

7、ords　 intelligent phone； microcontroller；phone number controlling </p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘 要I</b></p><p>　　AbstractII</p><p>　　第1章

8、 緒 論1</p><p>　　1.1 課題背景1</p><p>　　1.2 課題來源2</p><p>　　1.3 本論文的工作和特點2</p><p>　　1.4 本章小結(jié)3</p><p>　　第2章 MCS-51單片機的結(jié)構(gòu)4</p><p>　　2.1 控制器

9、4</p><p>　　2.1.1 程序計數(shù)器4</p><p>　　2.1.2 指令控制邏輯電路5</p><p>　　2.2 存儲器的結(jié)構(gòu)5</p><p>　　2.3 并行I/O口7</p><p>　　2.4 時鐘電路與時序8</p><p>　　2.5 單片機的

10、中斷9</p><p>　　2.6 單片機的工作方式12</p><p>　　2.7 單片機的性能特點15</p><p>　　2.8 單片機的應用領(lǐng)域16</p><p>　　2.9 本章小結(jié)17</p><p>　　第3章 電路的硬件設(shè)計18</p><p>　　3.1

11、 總體方案設(shè)計18</p><p>　　3.1.1 系統(tǒng)總體框圖18</p><p>　　3.1.2 去電信號的產(chǎn)生18</p><p>　　3.2 復位電路19</p><p>　　3.3 時鐘電路20</p><p>　　3.4 按鍵電路21</p><p>　　3.5

12、 模數(shù)轉(zhuǎn)換及去電輸出電路22</p><p>　　3.6 本章小結(jié)23</p><p>　　第4章 電路的軟件設(shè)計24</p><p>　　4.1 軟件程序內(nèi)容24</p><p>　　4.2 軟件總體流程圖25</p><p>　　4.3 去電信號產(chǎn)生子程序26</p><p

13、>　　4.4 黑白名單區(qū)分子程序27</p><p>　　4.5 模數(shù)轉(zhuǎn)換及去電輸出子程序28</p><p>　　4.6 本章小結(jié)29</p><p>　　第5章 電路調(diào)試與仿真30</p><p>　　5.1 硬件焊接30</p><p>　　5.2 調(diào)試30</p>&l

14、t;p>　　5.2.1 硬件調(diào)試方法31</p><p>　　5.2.2 軟件調(diào)試方法32</p><p>　　5.3 仿真中出現(xiàn)的問題及解決辦法32</p><p>　　5.3 本章小結(jié)33</p><p><b>　　結(jié) 論34</b></p><p><b

15、>　　參考文獻35</b></p><p><b>　　附錄36</b></p><p><b>　　致謝45</b></p><p>　　畢業(yè)設(shè)計（論文）評審意見表46</p><p><b>　　第1章 緒 論</b></p>&l

16、t;p><b>　　1.1 課題背景</b></p><p>　　單片機自1976年由Intel公司推出MCS-48開始，迄今已有二十多年了。由于單片機集成度高、功能強、可靠性高、體積小、功耗低、使用方便、價格低廉等一系列優(yōu)點，目前已經(jīng)滲入到人們工作和生活的方方面面，幾乎“無處不在，無所不為”。單片機的應用領(lǐng)域已從面向工業(yè)控制、通訊、交通、智能儀表等迅速發(fā)展到家用消費產(chǎn)品、辦公自動化

17、、汽車電子、PC機外圍以及網(wǎng)絡通訊等廣大領(lǐng)域。</p><p>　　按照內(nèi)部數(shù)據(jù)通道的寬度，單片機可分為4位、8位、16位及32位等。單片機的中央處理器（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。例如：位處理、查表、多種地址訪問方式、多種跳轉(zhuǎn)、乘除法運算、狀態(tài)監(jiān)測、中斷處理等，增強了實時性。</p><p>　　單片機有兩種基本結(jié)構(gòu)形式：一種是在通用微型計算機中廣泛

18、采用的，將程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器合用一個存儲器空間的結(jié)構(gòu)，稱為普林斯頓結(jié)構(gòu)。另一種是將程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器截然分開，分別尋址的哈佛結(jié)構(gòu)，一般需要較大的程序存儲器，目前的單片機以采用程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器截然分開的哈佛結(jié)構(gòu)為多。</p><p>　　單片微型計算機自從問世以來，作為微型計算機一個很重要的分支，應用廣泛，發(fā)展迅速，尤其是美國Intel公司生產(chǎn)的MCS-51系列單片機，由于其具有集成度高，處理功能強，

19、可靠性高，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，價格低廉等優(yōu)點，在智能儀器儀表、工業(yè)檢測控制、機電一體化等方面取得了令人矚目的成就。</p><p>　　本文討論的主要是單片機控制去電電話，即根據(jù)主叫所拔的號碼，通過檢測存儲器預設(shè)的黑名單或者白名單控制某個電話的能夠打出或者禁止，或者控制某一局向號，來確定能否打出。</p><p>　　20世紀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)

20、讓給許多半導體芯片生產(chǎn)廠家，如ATMEL、PHILIPS、ANALOG、DEVICES、DALLAS等。這些廠家生產(chǎn)的芯片是MCS-51系列的兼容產(chǎn)品，準確地說是與MCS-51指令系統(tǒng)兼容的單片機。這些兼容機與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，它們對89C51單片機一般都作了一些擴充，更有特點。其功能和市場競爭力更強，不該把它們直接稱呼為MCS

21、-51系列單片機，因為MCS只是Intel公司專用的單片機系列型號。MCS-51系列及89C51單片機有多種品種。它們的引腳及指令系統(tǒng)相互兼容，主要在內(nèi)部結(jié)構(gòu)上有些區(qū)別。目前使用的MCS-51系列單片機及其兼容產(chǎn)品通常分成以下幾類：基本型、增強型、低功耗型、專用型、超8位型、片內(nèi)閃爍存儲器型。</p><p><b>　　1.2 課題來源</b></p><p>　

22、　隨著辦公自動化的發(fā)展，越來越多的公司選擇了組建本公司的局域網(wǎng)電話系統(tǒng)，從而達到提高公司整體工作效率和節(jié)約通信費用的目的。這種電話系統(tǒng)一般有一臺總機和若干臺分機組成，主機有一個固定的公用電話號碼，若干分機各有自己的局域網(wǎng)號碼，當其他公司或單位的電話打進本公司時，首先是主機接到來電號碼，主機判斷來電是打給公司哪個部門的，完成判斷后就將來電轉(zhuǎn)到相應的部門，來電呼叫處理完畢。對于打進公司的電話，由于不是公司支付通信費用，一般單位對此無限制，當

23、公司內(nèi)部需要打出電話時，由于通信費用完全是公司自己支付，為了避免公司的員工把公司的電話私用，就必須對去電進行區(qū)分和權(quán)限限制，可以通過設(shè)置黑名單或者白名單控制某個電話的能夠打出或者禁止。</p><p>　　本項目主要是單片機控制去電電話，即根據(jù)主叫所拔的號碼，通過檢測存儲器預設(shè)的黑名單或者白名單控制某個電話的能夠打出或者禁止，或者控制某一局向號，來確定能否打出。該系統(tǒng)采用了單片機AT89C51作為CPU，它是系統(tǒng)

24、的控制核心。系統(tǒng)同時利用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。系統(tǒng)的軟件采用匯編語言編寫，主要由主程序、鍵盤輸入子程序、D/A轉(zhuǎn)換子程序、黑白名單區(qū)分子程序組成。在完成硬件設(shè)計和軟件編制后，對系統(tǒng)進行了聯(lián)機仿真調(diào)試，系統(tǒng)的正常運行驗證了設(shè)計的正確性。最后，用Protel 99SE繪制了電路原理圖。</p><p>　　本設(shè)計是針公司的辦

25、公自動化而設(shè)計的，由于具有工作速度快、信噪比高；可以節(jié)省通信費用，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)</p><p>　　1.3 本論文的工作和特點</p><p>　　本論文探討了一種基于單片機的智能去電控制系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計，并搭建硬件電路進行軟硬件調(diào)試，驗證了系統(tǒng)設(shè)計的正確性。</p><p>　　1. 論文所作的工作</p

26、><p>　　(1) 智能去電控制系統(tǒng)的整體規(guī)劃</p><p>　　(2) 完成智能去電控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計（包括去電信號產(chǎn)生電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、去電輸出接口電路等各個部分電路的設(shè)計）</p><p>　　(3) 完成智能去電控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計（包括主程序、鍵盤輸入處理子程序、D/A轉(zhuǎn)換及去電輸出子程序和黑白名單區(qū)分子程序的編制）</p><p>

27、;　　(4) 搭建硬件電路并進行聯(lián)機和脫機調(diào)試，實現(xiàn)了智能去電控制功能</p><p>　　(5) 利用Protel 99SE繪制了電路原理圖</p><p><b>　　2. 主要特點</b></p><p>　　(1) 是基于單片機的智能去電控制系統(tǒng)，系統(tǒng)的可擴展性好</p><p>　　(2) 主要依靠軟件來實現(xiàn)

28、的智能去電控制系統(tǒng)，降低了成本、提高了系統(tǒng)的性價比</p><p><b>　　1.4 本章小結(jié)</b></p><p>　　本章作為論文的開始，介紹了有關(guān)課題背景方面的知識。首先介紹了單片機的歷史和發(fā)展現(xiàn)狀；然后對智能去電控制器系統(tǒng)進行了分析；最后，對本論文所作的工作及論文的特點進行了總結(jié)。</p><p>　　第2章 MCS-51單片機

29、的結(jié)構(gòu)</p><p>　　MCS-51單片機是把那些作為控制應用所必需的基本內(nèi)容都集成在一個尺寸有限的集成電路芯片上。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)存儲器（RAM）、程序存儲器（ROM/EPROM）、并行I/O口、串行口、定時器/計數(shù)器、中斷系統(tǒng)及特殊功能寄存器（SFR）。它們都是通過片內(nèi)單一總線連接而成，其基本結(jié)構(gòu)依舊是CPU加上外圍芯片的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)模式。但對各種功能部件的控制

30、是采用特殊功能寄存器（SFR）的集中控制方式。</p><p><b>　　2.1 控制器</b></p><p>　　控制器是單片機的指揮控制部件，控制器的主要任務是識別指令，并根據(jù)指令的性質(zhì)控制單片機各功能部件，從而保證單片機各部分能自動而協(xié)調(diào)地工作。</p><p>　　單片機執(zhí)行指令是在控制器的控制下進行的。首先從程序存儲器中讀出指令

31、，送指令寄存器保存，然后送至指令譯碼器進行譯碼，譯碼結(jié)果送定時控制邏輯電路，由定時控制邏輯產(chǎn)生各種定時信號和控制信號，再送到單片機的各個部件去進行相應的操作。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這一過程。</p><p>　　控制器主要包括程序計數(shù)器、程序地址寄存器、指令寄存器IR、指令譯碼器、條件轉(zhuǎn)移邏輯電路及時序控制邏輯電路。</p><p>　　2.1.1 程序計數(shù)器&

32、lt;/p><p>　　程序計數(shù)器PC是控制部件中最基本的寄存器，是一個獨立的計數(shù)器，存放著下一條將要從程序存儲器中取出的指令的地址。其基本的工作過程是：讀指令時，程序計數(shù)器將其中的數(shù)作為所取指令的地址輸出給程序存儲器，然后程序存儲器按此地址輸出指令字節(jié)，同時程序計數(shù)器本身自動加1，讀完本指令，PC指向下一條指令在程序存儲器中的地址。</p><p>　　程序計數(shù)器PC中內(nèi)容的變化決定程序的流

33、程。程序計數(shù)器的寬度決定了單片機對程序存儲器可以直接尋址的范圍。在MCS-51單片機中，程序計數(shù)器PC是一個16位的計數(shù)器，故可對64KB（216=65536=64K）的程序存儲器進行尋址。</p><p>　　程序計數(shù)器的基本工作方式有以下幾種：</p><p>　　(1) 序計數(shù)器自動加1，這是最基本的工作方式，這也是為何該寄存器被稱為計數(shù)器的原因。</p><p&

34、gt;　　(2) 行有條件或無條件轉(zhuǎn)移指令時，程序計數(shù)器將被置入新的數(shù)值，從而使程序的流向發(fā)生變化。</p><p>　　(3) 在執(zhí)行調(diào)用子程序指令或響應中斷時，單片機自動完成如下的操作： </p><p>　　[1] PC的現(xiàn)行值, 即下一條將要執(zhí)行的指令的地址，即斷點值，自動送入堆棧。</p><p>　　[2] 將子程序的入口地址或中斷向量的地址送入PC，程

35、序流向發(fā)生變化，執(zhí)行子程序或中斷子程序。子程序或中斷子程序執(zhí)行完畢，遇到返回指令RET或RETI時，將棧頂?shù)臄帱c值彈到程序計數(shù)器PC中，程序的流程又返回到原來的地方，繼續(xù)執(zhí)行。</p><p>　　2.1.2 指令控制邏輯電路</p><p>　　指令寄存器IR是用來存放指令操作碼的專用寄存器。執(zhí)行程序時，首先進行程序存儲器的讀指令操作，也就是根據(jù)PC給出的地址從程序存儲器中取出指令，并

36、送指令寄存器IR，IR的輸出送指令譯碼器；然后由指令譯碼器對該指令進行譯碼，譯碼結(jié)果送定時控制邏輯電路。定時控制邏輯電路根據(jù)指令的性質(zhì)發(fā)出一系列的定時控制信號，控制單片機的各組成部件進行相應的工作，執(zhí)行指令。</p><p>　　條件轉(zhuǎn)移邏輯電路主要用來控制程序的分支轉(zhuǎn)移。</p><p>　　綜上所述，單片機整個程序的執(zhí)行過程就是在控制部件的控制下，將指令從程序存儲器中逐條去處，進行譯碼

37、，然后由定時控制電路發(fā)出各種定時控制信號，控制指令的執(zhí)行。對于運算指令，還要將運算的結(jié)果特征送入程序狀態(tài)寄存器PSW。以主振頻率為基準(每個主振周期為振蕩周期)，控制器控制CPU的時序，對指令進行譯碼，然后發(fā)出各種控制信號，它將各個硬件環(huán)節(jié)的動作組織在一起。</p><p>　　2.2 存儲器的結(jié)構(gòu)</p><p>　　MCS-51單片機存儲器采用的是哈佛(Har-vard)結(jié)構(gòu)，即程序

38、存儲器空間和數(shù)據(jù)存儲器空間截然分開，程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器各有自己的尋址方式，尋址空間和控制系統(tǒng)。</p><p>　　這種結(jié)構(gòu)對于單片機“面向控制”的實際應用極為方便和有利。在89C51/8751單片機中，不僅在片內(nèi)集成了一定容量的程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器及眾多的特殊功能寄存器，而且還具有極強的外存儲器的擴展能力，尋址能力分別可達64KB，尋址和操作簡單方便。MCS-51的存儲器空間可劃分為如下幾類：</p

39、><p><b>　　1. 程序存儲器</b></p><p>　　單片機系統(tǒng)之所以能夠按照一定的次序進行工作，主要是程序存儲器中存放了經(jīng)調(diào)試正確的應用程序和表格之類的固定常數(shù)。程序?qū)嶋H上是一串二進制碼，程序存儲器可以分為片內(nèi)和片外兩部分。8031由于無內(nèi)部存儲器，所以只能外擴程序存儲器來存放程序。</p><p>　　MCS-51單片機復位后，

40、程序存儲器PC的內(nèi)容為0000H，故系統(tǒng)必須從0000H單元開始取指令，執(zhí)行程序。程序存儲器中的0000H地址是系統(tǒng)程序的啟動地址。一般在該單元存放一條絕對跳轉(zhuǎn)指令，跳向用戶設(shè)計的主程序的起始地址。</p><p>　　64K程序存儲器中有5個單元具有特殊用途。5個特殊單元分別對應于5種中斷源的中斷服務程序的入口地址。通常在這些中斷入口地址處都放一條絕對跳轉(zhuǎn)指令。加跳轉(zhuǎn)指令的目的是由于兩個中斷入口間隔僅有8個單元

41、，存放中斷服務程序往往是不夠用的。</p><p>　　在MCS-51單片機的指令系統(tǒng)中，同外部程序存儲器打交道的指令僅有兩條：</p><p>　　(1) MOVC A @A+DPTR</p><p>　　(2) MOVC A @A+PC</p><p>　　2. 內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器</p><p>　　M

42、CS-51單片機內(nèi)部有128個字節(jié)的隨機存取存儲器RAM，作為用戶的數(shù)據(jù)寄存器，它能滿足大多數(shù)控制型應用場合的需要，用作處理問題的數(shù)據(jù)緩沖器。</p><p>　　MCS-51單片機的片內(nèi)存儲器的字節(jié)地址為00H-7FH。MCS-51單片機對其內(nèi)部RAM的存儲器有很豐富的操作指令，從而使得用戶在設(shè)計程序時非常方便。地址為00H-1FH的32個單元是4組通用工作寄存器區(qū)，每個區(qū)含八個8位寄存器，編號為R7-R0。用

43、戶可以通過指令改變PSW中的RS1、RS0這二位來切換當前的工作寄存器區(qū)，這種功能給軟件設(shè)計帶來極大的方便，特別是在中斷嵌套時，為實現(xiàn)工作寄存器現(xiàn)場內(nèi)容保護提供了極大的方便。</p><p>　　地址為20H-2FH的16個單元可進行共128位的位尋址，這些單元構(gòu)成了1位處理機的存儲空間。單元中的每一位都有自己的位地址，這16個單元也可以進行字節(jié)尋址。地址為30H-7FH的單元為用戶RAM區(qū)，只能進行字節(jié)尋址。&

44、lt;/p><p>　　3. 特殊功能寄存器(SFR-Special Function Register)</p><p>　　特殊功能寄存器反映了MCS-51單片機的狀態(tài)，實際上是MCS-51單片機各功能部件的狀態(tài)及控制寄存器。SFR綜合的，實際的反應了整個單片機基本系統(tǒng)內(nèi)部的工作狀態(tài)及工作方式。SFR實質(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80H-FFH.特殊功能寄存器的

45、總數(shù)為21個，離散的分布在該區(qū)域中，其中有些SFR還可以進行位尋址。128個字節(jié)的SFR塊中僅有21個字節(jié)是由定義的。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，則將得到一個不確定的隨機數(shù)。</p><p><b>　　4. 位尋址空間</b></p><p>　　MCS-51單片機的一個很大優(yōu)點在于它具有一個功能很強的位處理器。在MCS

46、-51單片機的指令系統(tǒng)中，有一個位處理指令的子集，使用這些指令，所處理的數(shù)據(jù)僅為一位二進制數(shù)(0或1)。在MCS-51單片機內(nèi)共有211個可尋址位，它們存在于內(nèi)部RAM(共有128個)和特殊功能寄存器區(qū)(共有83個)中。 當MCS-51單片機的片內(nèi)RAM不夠用時，可在片外擴充數(shù)據(jù)存儲器。MCS-51單片機給用戶提供了可尋址64K字節(jié)的外擴RAM的能力，至于擴多少RAM，則根據(jù)用戶實際需要來定。</p><p>　

47、　2.3 并行I/O口</p><p>　　MCS-51單片機共有4個雙向的8位并行I/O端口（Port），分別記作P0-P3，共有32根口線，各口的每一位均由鎖存器、輸出驅(qū)動器和輸入緩沖器所組成。實際上P0-P3已被歸入特殊功能寄存器之列。這四個口除了按字節(jié)尋址以外，還可以按位尋址。由于它們在結(jié)構(gòu)上有一些差異，故各口的性質(zhì)和功能有一些差異。</p><p>　　P0口是雙向8位三態(tài)I/

48、O口，此口為地址總線（低8位）及數(shù)據(jù)總線分時復用口，可驅(qū)動8個LS型TTL負載。P1口是8位準雙向I/O口，可驅(qū)動4個LS 型負載。P2口是8位準雙向I/O口，與地址總線（高8位）復用，可驅(qū)動4個LS型TTL負載。P3口是8位準雙向I/O口，是雙功能復用口，可驅(qū)動4個LS型TTL負載。P1口、P2口、P3口各I/O口線片內(nèi)均有固定的上拉電阻，當這3個準雙向I/O口做輸入口使用時，要向該口先寫“1”，另外準雙向I/O口無高阻的“浮空”狀態(tài)

49、，故稱為雙向三態(tài)I/O 口。</p><p>　　P0-P3口都是并行I/O口，都可用于數(shù)據(jù)的輸入和輸出，但P0口和P2口出了可進行數(shù)據(jù)的輸入/輸出外，通常用來構(gòu)建系統(tǒng)的數(shù)據(jù)總線和地址總線，所以在電路中有一個多路轉(zhuǎn)換開關(guān)MUX，以便進行兩種用途的轉(zhuǎn)換。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。因此，在電路中沒有多路轉(zhuǎn)接開關(guān)MUX。由于P0口可作為地址/數(shù)據(jù)復用線試用，需傳送系統(tǒng)的低8位地址和8位數(shù)據(jù)

50、，因此，MUX的一個輸入端為“地址/數(shù)據(jù)”信號。而P2口僅作為高位地址線試用，不涉及數(shù)據(jù)，所以MUX的一個輸入信號為“地址”。</p><p>　　在4個口中只有P0口是一個真正的雙向口，P1-P3這三個口都是準雙向口。原因是在應用系統(tǒng)中，P0口作為系統(tǒng)的數(shù)據(jù)總線使用時，為保證數(shù)據(jù)的正確傳送，需要解決芯片內(nèi)外的隔離問題，即只有在數(shù)據(jù)傳送時芯片內(nèi)外才接通;不進行數(shù)據(jù)傳遞時，芯片內(nèi)外處于隔離狀態(tài)。為此，要求P0口的輸

51、出緩沖器是一個三態(tài)門。</p><p>　　在P0口中輸出三態(tài)門是由兩只場效應管(FET)組成，所以說它是一個真正的雙向口。而其他的三個口中，上拉電阻代替P0口中的場效應管，輸出緩沖器不是三態(tài)的，因此不是真正的雙向口，只能稱其為準雙向口。P3口的口線具有第二功能，為系統(tǒng)提供一些控制信號，因此在P3口電路增加了第二功能控制邏輯。這是P3口與其他各口的不同之處。</p><p>　　2.4

52、時鐘電路與時序</p><p>　　時鐘電路用于產(chǎn)生MCS-51單片機工作時所必需的時鐘信號。MCS-51單片機本身就是一個復雜的同步時序電路，為保證同步工作方式的實現(xiàn)，MCS-51單片機應在唯一的時鐘信號控制下，嚴格地按時序執(zhí)行進行工作，而時序所研究的是指令執(zhí)行中各個信號的關(guān)系。</p><p>　　在執(zhí)行指令時，CPU首先要到程序存儲器中取出需要執(zhí)行的指令操作碼，然后譯碼，并由時序電路

53、產(chǎn)生一系列控制信號去完成指令所規(guī)定的操作。CPU發(fā)出的時序信號有兩類，一類用于片內(nèi)對各個功能部件的控制，這類信號很多。另一類用于片外存儲器或I/O端口的控制，這部分時序?qū)τ诜治觥⒃O(shè)計硬件接口電路至關(guān)重要。這也是單片機應用系統(tǒng)設(shè)計者普遍關(guān)心的問題。</p><p>　　2.5 單片機的中斷</p><p>　　MCS-51系列中，有5個中斷源。它們可分為2個優(yōu)先級．其中每一個中斷源的優(yōu)先級

54、都可以由程序排定。5個中斷源的中斷要求是否會得到響應，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)的各中斷源同時要求中斷時，還要靠內(nèi)部的查詢邏輯來確定響應的次序，不同的中斷源有不同的中斷向量。MCS-52子系列的中斷系統(tǒng)與此類同，只不過增加了一個中斷源。</p><p>　　1. 允許中斷寄存器IE</p><p>　　(1) EA(I

55、E.7)總允許位。EA=0，禁止一切中斷。EA＝l，則每個中斷源是允許還是禁止，分別由各自的允許位確定。</p><p>　　(2) (IE.6)保留位。</p><p>　　(3) (IE.5)保留位。</p><p>　　(4) ES(IE.4)串行口中斷允許位。ES＝0，禁止串行口中斷。</p><p>　　(5) ETl(IE.3)定

56、時器1中斷允許這。ET1＝0，禁止定時器1中斷。</p><p>　　(6) EXl(IE.2)外部中斷l(xiāng)允許位。EX1＝0，禁止外部中斷1。</p><p>　　(7) ET0(IE.1)定時器0中斷允許位。ET0＝0，禁止定時器0中斷。</p><p>　　(8) EX0(IE .0)外部中斷0允許位。EX0＝0，禁止外部中斷0。</p><

57、p>　　2. 中斷優(yōu)先級寄存器IP</p><p>　　MCS-51的中斷分為2個優(yōu)先級。每個中斷源的優(yōu)先級都可以通過中斷優(yōu)先級寄存器IP中的相應位來設(shè)定。其中：</p><p>　　(1) (IP.7)保留位。</p><p>　　(2) (IP.6)保留位。</p><p>　　(3) (IP.5)保留位。</p>

58、<p>　　(4) PS(1P.4)串行口中斷優(yōu)先級設(shè)定位。PS＝1，設(shè)定為高優(yōu)先級。</p><p>　　(5) PT1(1P.3)定時器1中斷優(yōu)先級設(shè)定位。PTl＝1．設(shè)定為高優(yōu)先級。</p><p>　　(6) PXl(IP.2)外部中斷1優(yōu)先級設(shè)定位。PXl＝1，設(shè)定為高優(yōu)先級。</p><p>　　(7) PT0(IP.l)定時器0中斷優(yōu)先級設(shè)定

59、位。PT0＝1，設(shè)定為高優(yōu)先級。</p><p>　　(8) PX0(1P0)外部中斷0優(yōu)先級設(shè)定位。PX0＝1，設(shè)定為高優(yōu)先級。</p><p><b>　　3. 優(yōu)先級結(jié)構(gòu)</b></p><p>　　靠IP寄存器把各中斷源的優(yōu)先級分為高低兩級。它們遵循這樣兩條基本規(guī)則：</p><p>　　(1) 低優(yōu)先級中斷可

60、被高優(yōu)先級中斷所中斷，反之不能；</p><p>　　(2) 一種中斷(不管是什么優(yōu)先級)一旦得到響應，與它同級的中斷不能再中斷它。</p><p>　　為了實現(xiàn)這兩條規(guī)則，中斷系統(tǒng)內(nèi)部包含兩個不可尋址的“優(yōu)先級激活”觸發(fā)器。其中一個觸發(fā)器指示某高優(yōu)先級的中斷正在得到服務，所有后來的中斷都被阻斷。另一個觸發(fā)器指示某低優(yōu)先級的中斷正得到服務，所有同級的中斷都被阻斷，但不阻斷高優(yōu)先級的中斷。&

61、lt;/p><p>　　當同時收到幾個同一優(yōu)先級的中斷要求時，哪一個要求得到服務，取決于內(nèi)部的查詢順序，相當于在每個優(yōu)先級內(nèi)，還同時存在另一個輔助優(yōu)先結(jié)構(gòu)。如；</p><p>　　中斷源： 同級內(nèi)的優(yōu)先權(quán)</p><p>　　外部中斷0 最高</p><p>　　定時器

62、/計數(shù)器0溢出</p><p><b>　　外部中斷1</b></p><p>　　定時器/計數(shù)器1溢出</p><p>　　串行口 最低</p><p>　　在每一機器周期中，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，找到了所有已激活的中斷請求，并排好了優(yōu)

63、先權(quán)。在下一機器周期的S1狀態(tài)，只要不受阻斷就開始響應其中最高優(yōu)先級的中斷請求。若發(fā)生下列情況，中斷響應會受到阻斷：</p><p>　　(1) 同級或高優(yōu)先級的中斷已在進行中；</p><p>　　(2) 正在執(zhí)行的指令，尚未完成其最后一個機器周期(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)；</p><p>　　(3) 正在執(zhí)行的是一條RETI或者

64、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，不會馬上響應中斷請求，而至少在執(zhí)行一條其他指令之后才會響應)。</p><p>　　若存在上述任一種情況，中斷查詢結(jié)果就被取消。否則．在緊接著的下一個機器周期，中斷查詢結(jié)果變?yōu)橛行А?lt;/p><p>　　4. 中斷響應協(xié)議</p><p>　　當某中斷源提出中斷請求后，作為應答，CPU首先使

65、相應的“優(yōu)先級激活”觸發(fā)器置位，以阻斷同級和低級的中斷。然后，根據(jù)中斷源的類別，在硬件的控制下，程序轉(zhuǎn)向相應的向量單元，執(zhí)行中斷服務子程序。</p><p>　　硬件中斷服務子程序調(diào)用時，把當時程序計數(shù)器PC的內(nèi)容壓入堆棧(在MCS—5l中，PC是16位的，占用了2個字節(jié)，沒有自動保存程序狀態(tài)字PSW的內(nèi)容)，同時還根據(jù)中斷的來源，把相應的向量單元地址裝入PC中。這些向量地址是：</p><p

66、>　　中斷源 向量單元</p><p>　　外部中斷0 0003H</p><p>　　定時器0溢出 000BH</p><p>　　外部中斷1 00l3H</p>&l

67、t;p>　　定時器1溢出 001BH</p><p>　　串行口 0023H</p><p>　　中斷服務子程序的最后一條指令應是RETI(中斷返回)。RETI指令將清除“優(yōu)先級激活”觸發(fā)器(該觸發(fā)器在響應中斷時被置位)。然后由堆棧彈出兩個字節(jié)(下一條指令地址)裝入到PC中。</p>

68、;<p><b>　　5. 外部中斷</b></p><p>　　外部中斷的激活方式分為兩種：一種是電平激活．另一種是邊沿激活。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＝0(X為0或l，后文中用到類同的符號，其含意相似)，則采用電平激活方式：在引腳上檢測到低電平，將觸發(fā)外部中斷。若＝1，則采用邊沿激活方式：在相繼的兩個周期中，對引腳進行連續(xù)兩次采樣

69、，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志IEx被置1，以請求中斷。</p><p>　　由于外部中斷引腳每個機器周期被采樣一次，為確保采樣，由引腳輸入的信號應至少保持一個機器周期，即12個振蕩器周期。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機器周期，才能確保CPU檢測到電平的跳變，而把中斷請求標志IEx置1。</p><p>　　如果采

70、用電平激活外部中斷方式，外部中斷源應一直保持中斷請求有效，直至所請求的中斷得到響應時為止。</p><p>　　6 . 中斷請求的撤除</p><p>　　CPU響應某中斷請求后，在中斷返回(RETI)前，該中斷請求應該撤除，否則會引起另一次中斷。</p><p>　　對于定時器0或1溢出中斷，CPU在響應中斷后，就用硬件清除了有關(guān)的中斷請求標志TF0(TCON.

71、5)或TFl(TCON.?)，即中斷請求是自動撤除的，無需采取其他措施。</p><p>　　對于邊沿激活的外部中斷，CPU在響應中斷后，也用硬件清除了有關(guān)的中斷請求標志IE0(TCON.1)，或IEl(TCON.3), 自動撤除了中斷請求。</p><p>　　對于電平激活的外部中斷，由于在硬件上，CPU對和引腳的信號完全沒有控制(在專用寄存器中，沒有相應的中斷請求標志)，也不像某些微處

72、理機那樣．響應中斷后會自動發(fā)出一個應答信號。因此在MCS-5l的用戶系統(tǒng)中，要另外采取撤除外部中斷的措施。例如，可以利用單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器對中斷源信號進行整形，使之符合要求。</p><p>　　7. 中斷響應時間</p><p>　　現(xiàn)以外部中斷為例，說明中斷響應的最短時間。在每個機器周期的S5P2，和端的電平被鎖到內(nèi)部保持寄存器中，而實際上在下一個周期才會查詢這些值。如果中斷請求有效，一般

73、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)用所要求的服務程序。調(diào)用本身要花費兩個機器周期。這樣，從外部中斷請求有效到開始執(zhí)行服務程序的第一條指令，中間要隔3個周期，這是最短的響應時間。</p><p>　　如果發(fā)生了第3節(jié)所述的3種情況之一，那么中斷請求受阻，中斷響應時間會更長些。如果一個同級的或高優(yōu)先級的中斷已經(jīng)在進行，則很顯然，附加的等待時間將取決正在進行的中斷服務程序。若正在執(zhí)行的一條指令還沒

74、有進行到最后一個周期，那么附加的等待時間不會超過3個周期，因為一條指令的最長執(zhí)行時間為4個周期(MUL和DIV)。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)。若系統(tǒng)中只有一個中斷源，則響應時間在3個同期到8個周期之間。</p><p>　　2.6 單片機的工作

75、方式</p><p>　　單片機的工作方式包括：復位方式、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。</p><p><b>　　1. 復位方式</b></p><p>　　RST引腳是復位信號的輸入端。復位信號是高電平有效。高電平有效的持續(xù)時間應為24個振蕩周期以上。若時鐘頻率為6MHz，則復位信號至少應持續(xù)4

76、us以上，才可以使單片機復位。復位以后，07H寫入棧指針SP，P0-P3口均置1（允許輸入），程序計數(shù)器PC和其他特殊功能寄存器SFR全部清零。只要該腳保持高電平，MCS-51便循環(huán)復位。當RST端由高變低后，MCS-51由ROM的0000H開始執(zhí)行程序。MCS-51的復位操作不影響內(nèi)部RAM的內(nèi)容。當Vcc加電后，RAM的內(nèi)容是隨機的。</p><p>　　單片機的復位方式有上電自動復位和手工復位兩種。<

77、/p><p>　　2. 程序執(zhí)行方式</p><p>　　程序執(zhí)行方式是單片機的基本工作方式。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。若程序放在外部ROM中（如對8031），則應使=0，否則，可使=1。由于復位之后PC=0000H，所以程序的執(zhí)行總是從地址0000H開始的。但真正的程序一般不可能從0000H開始存放，因此，需要在0000H單元開始存放一條轉(zhuǎn)移指令，從

78、而使程序跳轉(zhuǎn)到真正的程序入口地址。</p><p>　　3. 單步執(zhí)行方式</p><p>　　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。</p><p>　　單步執(zhí)行方式可以利用MCS-51的中斷控制來實現(xiàn)。其中斷系統(tǒng)規(guī)定：從中斷服務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。將外加脈

79、沖加到輸入，平時為低電平。通過編程規(guī)定使信號低電平有效，因此不來脈沖時總是處于響應中斷的狀態(tài)。在中斷服務中要安排這樣的指令：</p><p>　　JNB P3.2 $ ；不往下執(zhí)行</p><p>　　JB P3.2 $ ；不往下執(zhí)行</p><p>　　RETI ；返回主程序執(zhí)行一條指令</p><p>　

80、　因此，只有上來一個正脈沖，才能通過第一、第二兩條指令，返回主程序并執(zhí)行一條指令，由于此時已回到0，故重新進入中斷，在第一條指令處等待正脈沖的到來。從而實現(xiàn)來一個脈沖執(zhí)行一條指令的單步操作。</p><p>　　4. 低功耗操作方式</p><p>　　CMOS型單片機有兩種低功耗操作方式：節(jié)電操作方式和掉電操作方式。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

81、作。在掉電方式時，僅給片內(nèi)RAM供電，片內(nèi)所有其他的電路均不工作。</p><p>　　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。這些有關(guān)的位是：</p><p>　　IDL(PCON.0) ；節(jié)電方式位。IDL=1時，激活節(jié)電方式</p><p>　　PD(PCON.1) ；掉電方式位。PD=1時，激活掉電方式

82、</p><p>　　GF0(PCON.2) ；通用標志位</p><p>　　GF1(PCON.3) ；通用標志位</p><p><b>　　(1) 節(jié)電方式</b></p><p>　　一條將IDL位置1的指令執(zhí)行后，MCS-51就進入節(jié)電方式。這時提供給CPU的時鐘信號被切斷，但時鐘信號仍提供給R

83、AM、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。</p><p>　　在節(jié)電方式下， Vcc仍為5V，但消耗電流由正常工作方式的24mA降為3.7mA。可以有兩條途徑退出節(jié)電方式恢復到正常方式。</p><p>　　一條途徑是有任一種中斷被激活，此時IDL位將被硬件清除，隨之節(jié)電狀態(tài)被結(jié)束。中斷

84、返回時將回到進入節(jié)電方式的指令后的一條指令，恢復到正常方式。</p><p>　　PCON中的標志位GF0和GF1可以用作軟件標志，若置IDL=1的同時也置GF0=GF1=1，則節(jié)電方式中激活的中斷服務程序查詢到此標志便可以確定服務的性質(zhì)。推出節(jié)電方式的另一種方法是靠硬件復位，復位后PCON中各位均被清零。</p><p><b>　　(2) 掉電方式</b><

85、/p><p>　　一條將PD位置1的指令執(zhí)行后，80C51就進入掉電工作方式。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。掉電方式下VCC可以降到2V，耗電僅50A。退出掉電方式恢復正常工作方式的唯一途徑是硬件復位，應在VCC恢復到正常值后再進入復位，復位時間需10ms時間，以保證振蕩器再啟動并達到穩(wěn)定，實際上復位本身只需24個振蕩周期（2-4 us）。但在進

86、入掉電方式前，VCC不能掉下來，因此要有掉電監(jiān)測電路。</p><p>　　5. EPROM編程和校驗方式</p><p>　　對于內(nèi)部集成有EPROM的MCS-51單片機，可以進入編程或校驗方式。</p><p>　　(1) 內(nèi)部EPROM編程</p><p>　　編程時，時鐘頻率應在4MHz-6MHz的范圍內(nèi)，其余有關(guān)引腳的接法和用法如

87、下：</p><p>　　[1] P1口和P2口的P2.0-P2.3為EPROM的4KB的高地址輸入，P1口為低8位地址；</p><p>　　[2] P2.4-P2.6以及應為低電平；</p><p>　　[3] P0口為編程數(shù)據(jù)輸入；</p><p>　　[4] P2.7和RS應為高電平，RST的高電平可為2.5V，其余的都以TTL的高低

88、電平為準；</p><p>　　[5] /VPP端加+12.5V的編程脈沖，此電壓要求穩(wěn)定，不能大于12.5V，否則會破壞EPROM；</p><p>　　在/VPP出現(xiàn)正脈沖期間，ALE/PROG端上加50ms的負脈沖，完成一次寫入。8751的EPROM編程一般要用專門的單片機編程器來完成。</p><p>　　(2) EPROM程序校驗</p>&

89、lt;p>　　在程序的保密位尚未設(shè)置，無論在寫入的當時或?qū)懭胫?，均可將程序存儲器的?nèi)容讀出進行校驗。在讀出時，除P2.7腳保持為TTL低電平之外，其他引腳與EPROM的連接方式相同。要讀出的程序存儲器單元地址由P1口和P2口的P2.0-P2.3送入，P2口的其他引腳及/PSEN保持低電平，ALE、/EA和RST接高電平，校驗的單元內(nèi)容由P0口送出。在校驗操作時，需在P0口、P1口和P2口的P2.0-P2.3的狀態(tài)隨意。加上編程脈

90、沖后就可使保密位寫入。</p><p>　　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。只有EPROM全部擦除時，保密位才能一起擦除，也才可以再次寫入。</p><p>　　2.7 單片機的性能特點</p><p>　　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)應用。它

91、的主要特點是：</p><p>　　(1) 集成度高。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。</p><p>　　(2) 結(jié)構(gòu)緊湊、可靠性高。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。另

92、外，單片機超小型化、結(jié)構(gòu)緊湊、體積小，對于強磁場環(huán)境易于采取屏蔽措施，因而抗干擾能力強，可靠性高，適合在一些惡劣環(huán)境中工作。</p><p>　　(3) 數(shù)據(jù)處理能力強、速度快。單片機除具有一般微處理器的數(shù)據(jù)處理能力外，在一系列產(chǎn)品（如MCS-51）的指令系統(tǒng)中，增加了乘除法指令及布爾（二進制）處理機功能，提高了數(shù)據(jù)處理能力。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)

93、處理速度。例如MCS-51的CPU，采用12MHz時鐘時，單字節(jié)乘除法僅需要6.5us。</p><p>　　(4) 功耗小、成本低。單片機結(jié)構(gòu)緊湊，數(shù)據(jù)傳送路徑短，所需要功耗?。粌?nèi)部采用準靜態(tài)RAM類似，但不需要刷新，可使功耗下降。</p><p>　　單片機內(nèi)部電路雖然比相應微處理器芯片復雜，但是一旦設(shè)計好后，進入批量生產(chǎn)，成本不會提高。單片機內(nèi)部設(shè)置一定容量的只讀存儲器ROM/EPR

94、OM，用于存儲用戶的專用程序，這些程序稱之為內(nèi)部程序。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。</p><p>　　2.8 單片機的應用領(lǐng)域</p><p>　　單片機應用領(lǐng)域可以歸納為以下幾個方面。</p><p><b>　　(1) 智能儀表</b></p&

95、gt;<p>　　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。</p><p><b>　　(2) 測控系統(tǒng)</b></p><p>　　用單片機取代原有的復雜的模擬數(shù)字電路，完成各種工業(yè)控制、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等工作。</p><p><b&

96、gt;　　(3) 電能變換</b></p><p>　　應用單片機設(shè)計變頻調(diào)速控制電路。</p><p><b>　　(4) 通信</b></p><p>　　用單片機開發(fā)通信模塊、通信器材等。</p><p><b>　　(5) 機電產(chǎn)品</b></p><p>

97、;　　應用單片機檢測、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</p><p><b>　　(6) 智能接口</b></p><p>　　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。</p><p><b>　　2.9 本章小結(jié)</b></p>&

98、lt;p>　　本章介紹了單片機的一些基本硬件結(jié)構(gòu)、特點和應用。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。單片機的基本結(jié)構(gòu)依然是CPU加上外圍芯片的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)模式，但對各種功能部件的控制是采用特殊功能寄存器的集中控制方式。</p><p>　　第3章 電路的硬件設(shè)計</p><p>　　3.1 總體方案設(shè)計

99、</p><p>　　3.1.1 系統(tǒng)總體框圖</p><p>　　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。系統(tǒng)的實現(xiàn)可以分為以下幾個模塊：</p><p>　　去電信號產(chǎn)生模塊：用于產(chǎn)生去電信號。當去電信號的上下限值設(shè)定好后，按

100、下‘*’號鍵，則產(chǎn)生去電信號輸出。這部分是設(shè)計的重中之重，主要是如何控制64個采樣點的輸出時序；</p><p>　　鍵盤接口模塊：用于處理鍵盤輸入數(shù)據(jù)。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；</p><p>　　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；</p><p>　　去電輸出接口

101、模塊：用于把去電信號由系統(tǒng)輸出到電話線上。</p><p>　　整機結(jié)構(gòu)圖如下圖所示：</p><p>　　圖3-1 系統(tǒng)總體方案圖</p><p>　　3.1.2 去電信號的產(chǎn)生</p><p>　　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</p><p>　　行分頻或混頻來實現(xiàn)的。因為該系統(tǒng)所

102、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。由于DDS技術(shù)采用了全數(shù)字結(jié)構(gòu),與傳統(tǒng)的單環(huán)、雙環(huán)、多環(huán)及小數(shù)分頻等頻率合成技術(shù)相比，它具有合成信號相對頻帶寬、工作

103、速度快及信噪比高等優(yōu)點，便于實現(xiàn)后期功能擴展。</p><p>　　DDS基本工作過程如下：模數(shù)為的相位累加器，在時鐘的控制下，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)容是相應的 的值。其中R 為相位累加器的內(nèi)容，去電信號查詢表的輸出經(jīng)DAC 變換在經(jīng)過濾波后就得到

104、所需要的去電輸出信號。</p><p><b>　　3.2 復位電路</b></p><p>　　MCS-51單片機的復位是由外部的復位電路來實現(xiàn)的。復位電路通常采用上電自動復位和按鈕復位兩種方式。</p><p>　　本電路采用的是上電復位方式。復位電路如下圖所示：</p><p><b>　　圖3-3 復

105、位電路</b></p><p>　　上電復位：上電復位電路是—種簡單的復位電路，只要在RST復位引腳接一個電容到Vcc，接一個電阻到地就可以了。上電復位是指在給系統(tǒng)上電時，復位電路通過電容加到RST復位引腳一個短暫的高電平信號，這個復位信號隨著Vcc對電容的充電過程而回落，所以RST引腳復位的高電平維持時間取決于電容的充電時間。為了保證系統(tǒng)安全可靠的復位，RST引腳的高電平信號必須維持足夠長的時間。&

106、lt;/p><p>　　手動復位：手動復位需要人為在復位輸入端加高電平讓系統(tǒng)復位。一般采用的方法是在RST端和正電源Vcc之間接一個按鍵，當按下按鍵后，Vcc和RST端接通，RST引腳處有高電平，而且按鍵動作一般是數(shù)十毫秒、大于兩個機器周期的時間，能夠安全的讓系統(tǒng)復位。</p><p>　　上電自動復位是通過外部復位電路的電容充電來實現(xiàn)的。只要Vcc的上升時間不超過1ms，就可以實現(xiàn)自動上電復

107、位。除了上電復位外，有時還需要按鍵手動復位。按鍵手動復位有電平方式和脈沖方式兩種。</p><p><b>　　3.3 時鐘電路</b></p><p>　　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。因此，時鐘頻率直接影響單片機的速度，時鐘電路的質(zhì)量也直接影響單片機系統(tǒng)的穩(wěn)定性。常用的時鐘電路有兩種方式：一種是內(nèi)部時鐘

108、方式，另一種為外部時鐘方式。本文用的是內(nèi)部時鐘方式。</p><p>　　時鐘電路如下圖所示：</p><p><b>　　圖3-4 時鐘電路</b></p><p>　　MCS-51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。這兩個引腳跨接石英晶體振蕩器和微調(diào)電容，

109、就構(gòu)成一個穩(wěn)定的自激振蕩器。</p><p><b>　　3.4 按鍵電路</b></p><p>　　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。按鍵的開關(guān)狀態(tài)通過一定的電路轉(zhuǎn)換為高、低電平狀態(tài)。按鍵閉合過程在相應的I/O端口形成一個負脈沖。閉合和釋放過程都要經(jīng)過一定的過程才能達到穩(wěn)定，這一過程是處于高、低電平之間的一種不穩(wěn)定狀態(tài)，稱為抖動。抖動

110、持續(xù)時間的常長短與開關(guān)的機械特性有關(guān)，一般在5-10ms之間。為了避免CPU多次處理按鍵的一次閉合，應采用措施消除抖動。本文在軟件中采用了相應的軟件程序來消除抖動。當發(fā)現(xiàn)有鍵按下時，延時10-20ms再查詢是否有鍵按下，若沒有鍵按下，說明上次查詢結(jié)果為干擾或抖動；若仍有鍵按下，則說明閉合鍵已穩(wěn)定。</p><p>　　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

111、工作狀態(tài)不會產(chǎn)生互相影響。</p><p>　　鍵盤電路如下圖所示：</p><p>　　圖3-5 鍵盤接口電路</p><p>　　鍵盤是人機交互的窗口，通過鍵盤實現(xiàn)人對設(shè)備的控制和設(shè)置。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。這12鍵與8255A的PB口和P