[論文]汽車防盜報警器的論文.doc

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1、本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 目錄引言 1任務(wù)指標及要求 2方案確定 3芯片及器件介紹 3.1 MCS-51 微型計算機 3.1.1MCS-5l 基本組成及主要特點 3.1.2MCS-51 內(nèi)部結(jié)構(gòu)及功能簡述 3.1.3 工作原理 3.1.4 定時器 3.1.4.1 定時器的工作原理 3.1.4.2 定時計數(shù)器的控制 3.1.4.3 定時計數(shù)器的初始化 3.1.5 單片機的中斷系統(tǒng) 3.1.5.1AT89C51 的中斷系統(tǒng) 3.1.5.2 中斷處理過程 3.1.5.3 中斷系統(tǒng)的應(yīng)用 3.2 振動傳感器 3.2.1 傳感器的種類、原理和性能 3.2.2 傳感器的選擇 3.2.3 傳感器的安裝要點 3.

2、2.4CLA-3 全向振動傳感器 4電路原理及設(shè)計過程 4.1 電路設(shè)計及原理分析 4.1.1 檢測電路 4.1.2 單片機控制電路 4.1.3 報警電路 4.1.4 整體電路和控制程序 1 引言近些年來,隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展以及工業(yè)發(fā)展的突飛猛進,人民生活水平也有了顯 著提高,世界的距離也在不斷縮小,隨著交通日益發(fā)達，越來越多的汽車進入了人們的日 常生活，隨著科學技術(shù)的發(fā)展，汽車偷盜技術(shù)越來越高，令人們防不勝防，已對全世界 造成極大的危害，汽車防盜問題也成了一個不容忽視的問題,無論是對汽車制造商還是 社會保險業(yè)都具有極其重要的研究價值，如何制定出更為嚴范的法規(guī)，開發(fā)出更為有效 的汽車防盜裝置，

3、減少車主的損失是今后人們研究的重要課題。我在這次設(shè)計汽車防盜報警器時,考慮到了實際情況，決定采用振動傳感器和單片微型 計算機組合來實現(xiàn)。汽車防盜報警器主要由三部分組成：檢測電路，單片機處理電路， 報警電路。當有振動時，通過振動傳感器接受檢測電路發(fā)出信號，經(jīng)過單片微型計算機處理后，輸出報警信號，再由報警電路實現(xiàn)報警。報警電路主要由聲光報警兩個部分組成。首先是對這次設(shè)計能夠采用的方案進行了列舉，具體分析了實際情況后確定了本次設(shè)計采用的方案。然后，對所采用的芯片作了介紹。接著,詳細論述了設(shè)計中所采用的電路以及它們的設(shè)計過程和在系統(tǒng)中所完成的功能。最后,對電路在調(diào)試的過程中所出現(xiàn)的問題作了必要的描述,

4、同時分析了它們產(chǎn)生的原因,并適當?shù)靥岢隽私鉀Q的辦法以及改進方法,并把它們運用于實際電路中,這樣使得電路的整體功能更加突出,更加有實用價值?？傊?整篇論文的論述是使本次畢業(yè)設(shè)計所做的課題付諸實際應(yīng)用時能產(chǎn)生比較完善的功能,在實際應(yīng)用中,能發(fā)揮很好的整體效果,有更高的實用價值。1.1 任務(wù)指標及要求（1）畢業(yè)設(shè)計的內(nèi)容 汽車防盜報警器的設(shè)計：檢測電路、單片機控制電路、聲光報警電路（2）畢業(yè)設(shè)計的要求與數(shù)據(jù)掌握單片機程序設(shè)計技術(shù)以及相應(yīng)的仿真、編程技術(shù)。振動檢測或紅外檢測。聲光報警輸出。2. 方案確定隨著微電子技術(shù)的進步，汽車防盜技術(shù)己向著自動化、智能化方向發(fā)展?，F(xiàn)在已經(jīng)有許多國家的汽車制造商研制出

5、了比較先進和實用性很強的汽車防盜報警器，例如：美國的鑰匙防盜技術(shù)，德國的變密碼防盜技術(shù)，澳大利亞的電子追蹤防盜技術(shù)，中國的全方位遙控防盜技術(shù)等等，這些都是當今世界上比較流行的汽車防盜技術(shù)。但是考慮到實際情況，由于各方面的條件限制，我做的汽車防盜報警器不可能達到 那么高的技術(shù)含量，一方面要考慮自己理論知識的基礎(chǔ)，另一方面又要考慮制作成和制 作所需的時間，還要考慮元器件的購買問題，最后決定采用的方案是：利用 MCS-51 單片機完成汽車防盜報警器的設(shè)計。主要原因有：（1） 學習過有關(guān) MCS-51 單片機的原理與相關(guān)技術(shù)，有一定的理論知識基礎(chǔ)。（2） 相關(guān)的參考資料比較齊全。（3） 使用的元器件比

6、較普遍。（4） 制作成本比較低廉。（5） 實用性強。 整個方案的目的是：利用 MCS-51 單片機完成汽車防盜報警器的設(shè)計，包括檢測電路、單片機控制電路和程序以及報警電路的設(shè)計。預期結(jié)果如下： （1）完成汽車防盜報警器的設(shè)計：利用振動檢測電路來檢測是否有人或物接觸預警中得汽車，如果有則發(fā)出聲光報警，如果沒有則保持預警狀態(tài)。 （2）本設(shè)計主要由以下幾個部分組成：檢測電路，單片機處理電路，報警電路。使用的主要元器件列表如下：通用單片機 AT89C51 一片 振動傳感器器 CLA-3一個 TTL 非門芯片 74LS04一片 石英晶體振蕩器 12M 一個 三極管 9012 一個 獨立式按鍵 一個 發(fā)光

7、二極管 一個 蜂鳴器 一個 電阻 若干 電容 若干3. 芯片及器件介紹31MCS-51 微型計算機單片計算機即單片機，其全稱為單片微型計算機（Single-Chip Microcomputer），亦稱為微控制器（Micro controller）,就是將 CPU、RAM、ROM、定時器/計數(shù)器和多種接口電路都集成到一塊集成電路芯片上的微型計算機。因此，一塊芯片就構(gòu)成了一臺計算機。其特點是體積小、成本低、功能強、功耗低，是微機應(yīng)用產(chǎn)品化的最佳機種之一。因而它適合作本設(shè)計的核心控制器件。單片機可分為多個品種及系列，AT89C51 屬于 8 位通用型 51 系列單片機。3.1.1 MCS-5l 基本

8、組成及主要特點MCS-51 系列單片機基本結(jié)構(gòu)如圖 21 所示。每一片單片機包括：圖 2-1MCS-51 系列單片機基本結(jié)構(gòu)(1)中央處理器CPU；(2)128B 內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器 RAM，用以存放可以讀、寫的數(shù)據(jù)，如運算中間結(jié)果和最終結(jié)果等；(3)4KB 內(nèi)部指令存儲器 ROM,用以存放程序,亦可存放一些原始數(shù)據(jù)和表格；(4)4 個 8 位輸入/輸出接口 P0、P1、P2、P3。每個口既可以用作輸入，也可以用作輸出；(5)2 個定時器/計數(shù)器?？梢杂脕韺ν獠渴录M行計數(shù)，也可以設(shè)置成定時器，并根據(jù)計數(shù)或定時的結(jié)果對計算機進行控制；(6)內(nèi)部中斷控制系統(tǒng)；(7)1 個全雙工 UART(通用異步接

9、收發(fā)送器)串行 I/O 接口，使得數(shù)據(jù)可以一位一位 在計算機與外設(shè)之間傳送，可用于單片機之間或單片機與微機之間的串行通信；(8)內(nèi)部時鐘產(chǎn)生電路，但晶振和微調(diào)電容需要外接。振蕩頻率范圍為 1.212MHz。 以上各部分通過內(nèi)部總線相連接。表 21 MCS-51 系列單片機性能MCS-51 系列單片機有如下一些特點：圖 22 雙列直插式封裝 (1)單5V 供電，40 腳封裝，常見的封裝有兩種，本設(shè)計使用的 AT89C51 的封裝為長形，引腳排列如圖 3.2.2 所示；(2)1 個由運算器和控制器組成的 8 位微處理器(CPU)；(3)片內(nèi)有振蕩電路和時鐘電路；(4)4 個 8 位并行 I/O 接

10、口，既可用作輸入，也可用作輸出；(5)擴展片外數(shù)據(jù)存儲器的尋址范圍可達到 64KB；(6)擴展片外程序存儲器的尋址范圍可達 64KB；(7)2個 16 位定時/計數(shù)器；(8)具有 2個優(yōu)先級別的 5個中斷源結(jié)構(gòu)；(9)可編程全雙工串行通道；(10)布爾處理器；(11)128 個用戶位可尋址單元。(12)111 條指令，含有乘法指令和除法指令； 3.1.2 MCS-51 內(nèi)部結(jié)構(gòu)及功能簡述MCS-5l 系列單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖 23 所示：圖 23 MCS-51 系列單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)單片機內(nèi)部各基本部件之間通過總線交換信息。所謂總線是信息流通的公共通道，總線上的信息可以同時輸送給幾個部件，但

11、不允許幾個信息同時輸送給總線，否則將產(chǎn)生信息沖突。總線按傳送信息不同來分，可分為數(shù)據(jù)總線(DB)、控制總線(CB)、地址總 線(AB)。數(shù)據(jù)總線用于CPU、存儲器、輸入/輸出接口之間傳送數(shù)據(jù)，如從存儲器取數(shù) 到 CPU，把運算結(jié)果從 CPU送到外部設(shè)備等。數(shù)據(jù)總線是雙向的，控制總線是傳送 CPU 發(fā)出的控制信號，也可以是其它部件輸入到微處理器的信息，對于每一條控制線，其傳送方向是固定的。地址總線用來傳輸 CPU 發(fā)出的地址信息，以選擇需要訪問的存儲器和 I/O 接口電路。地址總線是單向的，只能是 CPU 向外傳送地址信息。單片機采用上述三組總線的連接方式。（1）微處理器(CPU)微處理器又稱

12、CPU，是單片機的控制和指揮中心，由運算器和控制器兩大部分組成。運算器運算器以算術(shù)邏輯運算單元 ALU 為核心，含累加器 A、暫存器 1、暫存器 2、程序狀態(tài)字 PSW、B 寄存器等許多部件。算術(shù)邏輯單元(ALU)：它在控制器所發(fā)出內(nèi)部控制信號作用下，進行各種算術(shù)運算和邏輯運算。如帶進位位加法、不帶進位位加法、帶借位位減法、加 1、減 1、BCD數(shù)十進制調(diào)整、邏輯與、邏輯或、邏輯異或、求補、循環(huán)移位以及數(shù)據(jù)傳送、程序轉(zhuǎn)移等操作，此外，還具有以下功能:在 B寄存器配合下，能完成乘法與除法操作：可進行內(nèi)容交換操作；能作比較判斷跳轉(zhuǎn)操作；很強的位操作功能。累加器 A：是最常用的專用寄存器。進入 AL

13、U作算術(shù)運算和邏輯運算的操作數(shù)大多來自累加器 A，操作的結(jié)果也常送回 A。除此之外，A累加器還經(jīng)常作數(shù)據(jù)傳送的中轉(zhuǎn)站，實現(xiàn)將一個存儲單元中的數(shù)送到另一個存儲單元的任務(wù)。程序狀態(tài)字 PSW：是程序狀態(tài)字寄存器，簡稱程序狀態(tài)字，PSW是一個 8 位特殊功能寄存器用于存放指令執(zhí)行后結(jié)果的狀態(tài)信息。其各位的含義如圖 24所示，其中 D1 位未定義。圖 24 累加器 A各位的含義8位特殊功能寄存器 B：B 寄存器又稱乘法寄存器，它與累加器 A協(xié)同工作，可進行乘法操作和除法操作。在乘、除運算時，B 寄存器用來存放其中的一個操作數(shù)，或存放運算后的一部分結(jié)果，若不作乘除法運算時，則可作為通用寄存器使用。此外，

14、8051 片內(nèi)還有個布爾處理器(圖中未繪出)，它以 PWS中的進位標志 Cy為其累加器，專門用于位操作，可執(zhí)行置位、位清零、位取反、位等于 1 轉(zhuǎn)移、位等于0 轉(zhuǎn)移、位等于 1 轉(zhuǎn)移并清零以及位累加器 C 與其它可尋址位之間進行信息傳送等位操作，也能使用 C與其它可尋址位之間進行邏輯“與”、邏輯“或”操作，結(jié)果存放在進位標志位 C 中。控制器控制器包括程序計數(shù)器 PC、指令寄存器 IR、指令譯碼器 ID、振蕩器、定時電路及控制電路等部件，能根據(jù)不同的指令產(chǎn)生相應(yīng)的操作時序和控制信號。程序計數(shù)器 PC：由兩個 8 位計數(shù)器 PCH 及 PCL 組成，共 16 位。PC 實際上是程 序字節(jié)地址計數(shù)

15、器，PC 中的內(nèi)容是將要執(zhí)行的下一條指令的地址。改變 PC 的內(nèi)容就可改變程序執(zhí)行的方向。PC 可對 64KB 程序存儲器直接尋址，也可對 64KB 片外擴展數(shù)據(jù)存儲器尋址。指令寄存器 IR 及指令譯碼器 ID：當 CPU 根據(jù) PC 程序計數(shù)器的值從指定的存儲單 元中取出選取的指令時，送到指令寄存器 IR，再送到指令譯碼器 ID，由指令譯碼器 ID 對指令譯碼并送 PLA 邏輯陣列產(chǎn)生一定序列的控制信號，以執(zhí)行指令所規(guī)定的操作。振蕩器及定時電路：8051 單片機內(nèi)有振蕩電路，只需外接石英晶體和頻率微調(diào)電容就可以產(chǎn)生 8051 工作的基本節(jié)拍脈沖。（2）存儲器配置概述MCS-51 單片機，片內(nèi)

16、除了 CPU 之外，還有存儲器。其中，片內(nèi)只讀存儲據(jù)(ROM) 用作程序存儲器，在計算機工作時，事先存入已編好的各種程序、常數(shù)、表格；片內(nèi)讀 寫存儲器(RAM)又稱隨機存儲器，它的存儲單元的內(nèi)容根據(jù)需要既可隨時讀出也可寫 入，用作數(shù)據(jù)存儲器，存放輸入、輸出數(shù)據(jù)和中間計算結(jié)果或與外存交換信息，以及 作為堆棧，在必要時可保存斷點、保存現(xiàn)場。MCS-51 系列單片機內(nèi)含有的存儲器容量(以 字節(jié)為單位)見表 21。在容量不夠時，可以另外擴展片外程序存儲器或片外數(shù)據(jù)存儲器。（3）MCS-51 單片機 I/O 口概述MCS-51 單片微型計算機芯片有 4 個 8 位并行輸入輸出口，分別稱為 P0 口、P1

17、 口、 P2 口和 P3 口，每個口都是 8 位準雙向口，這 4 個接口可以并行輸入或輸出 8 位數(shù)據(jù)， 也可按位使用，即每一個根輸入輸出線都能獨立的用作輸入或輸出；每個端口都包括一個數(shù)據(jù)鎖存器(即特殊功能寄存器 P03)，個輸出驅(qū)動器和輸入緩沖器。作輸出時數(shù)據(jù)可以鎖存，作輸入時數(shù)據(jù)可以緩沖，但這四個通道的功能并不完全相同。3.1.3 工作原理（1）電源引腳VCC ：接十 5V 電源。VSS ：接電源地端。（2）外接晶體引腳XTAL1：片內(nèi)反相放大器輸入端。XTAL2：片內(nèi)反相放大器輸出端。外接晶體時,XTAL1 與 XTAL2各接晶體一端，借外接晶體與片內(nèi)反相放大器構(gòu)成振蕩器。MCS-51

18、系列單片機內(nèi)含有一個高增益的反相放大器，通過 XTAL1、XTAL2外接作為反饋元件的晶體后，構(gòu)成自激振蕩器，接法如圖 25 所示。圖 25MCS-51 單片機晶體振蕩器電路晶體呈感性，與 C1、C2 構(gòu)成并聯(lián)諧振電路。振蕩器的振蕩頻率主要取決于晶體；電容對振蕩頻率有微調(diào)作用，通常取 30pF 左右。電容的安裝位置應(yīng)盡量靠近單片機芯 片。也可采用片外振蕩器，按不同工藝制造的單片機芯片接法也不同。電路中的石英晶體又稱石英晶體諧振器，是一種用于穩(wěn)定頻率和選擇頻率的電子元 件。石英晶體是一種各向異性的結(jié)晶體，從一塊晶體上按一定的方位角切下薄片稱為晶片，然后在晶片的兩個對應(yīng)表面上涂敷銀層并裝上一對金屬

19、板，就構(gòu)成了石英晶體諧振器。石英晶體之所以能做諧振器是基于它的“壓電效應(yīng)”，從物理學中已知，若在晶片的兩個極板間加上一電場，會使晶體產(chǎn)生機械變形；反之，若在極間施加機械力，又會在相應(yīng)的方向上產(chǎn)生電場，這種現(xiàn)象稱為壓電效應(yīng)。如在極板間所加的是交變電壓，就會產(chǎn)生機械變形振動，同時機械變形振動又會產(chǎn)生交變電場。一般來說，這種機械振動的振幅是比較小的，但振動頻率則是很穩(wěn)定的。但當外加交變電壓的頻率與晶片的固有頻率（決定于晶片的尺寸）相等時，機械振動的幅度將急劇增加，這種現(xiàn)象稱為“壓電 諧振”。石英晶體諧振器的壓電諧振現(xiàn)象可以用圖 26 所示的等效電路來模擬，等效電路 中的 C0 為切片與金屬板構(gòu)成的靜

20、電電容，L 和 C 分別模擬晶體的質(zhì)量（代表慣性）和彈性，而晶片振動時，因摩擦而造成的損耗則用電阻 R來等效。 (a) 代表符號 (b) 等效電路圖 26 石英晶體諧振器石英晶體的一個可貴的特點在于它具有很高的質(zhì)量與彈性的比值，因而它的品質(zhì)因數(shù) Q高達 10000500000 的范圍內(nèi)。由石英諧振器組成的振蕩器，其最大特點是頻率穩(wěn)定度極高，可達 108/日109/日，甚至更高，如 1011/日。本設(shè)計中使用的是內(nèi)部時鐘電路方式，如圖 25 左圖所示。晶體振蕩器與單片機內(nèi)部時鐘電路連接，振蕩信號從 XTAL2端輸入到片內(nèi)的時鐘發(fā)生器上，時鐘發(fā)生器是 一個 2 分頻的觸發(fā)器電路，它將振蕩器的信號頻

21、率經(jīng) 2 分頻后，向 CPU 提供了兩相時鐘信號 P1 和 P2，控制單片機各部件協(xié)調(diào)工作。（3）輸入/輸出引腳 P0口：P0口為一個8位漏級開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當P1口的管腳第一次寫1時，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為 數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時，P0 口作為原碼輸入口，當FIASH進行校驗時，P0 輸出原碼，此時P0外部必須被拉高。P1口：P1口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)

22、部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗時，P1口作為第八位地址接收。P2口：P2口為一個內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個TTL門電流，當P2口被寫“1”時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。P3口：P3口管腳是8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙

23、向I/O口，可接收輸出4個TTL門電流。當 P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。 P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：口管腳備選功能：P3.0 RXD（串行輸入口） P3.1 TXD（串行輸出口） P3.2 /INT0（外部中斷0） P3.3 /INT1（外部中斷1） P3.4 T0（記時器0外部輸入） P3.5 T1（記時器1外部輸入）P3.6 /WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通） P3.7 /RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通）（4）MCS-51 機器周期和指令周期晶體振蕩器的振蕩信號

24、從 XTAL2 端輸入到片內(nèi)的時鐘發(fā)生器上，如圖 27 所示， 時鐘發(fā)生器是一個 2分頻的觸發(fā)器電路，它將振蕩器的信號頻率經(jīng) 2 分頻后，向 CPU提供了兩相時鐘信號 P1 和 P2。一個時鐘信號的周期稱為一個機器狀態(tài)周期，它是振蕩周期的 2 倍，在每個時鐘周期的前半周期，相位 1(P1)信號有效，在每個時鐘周期的后半周期，相位 2(P2)信號有效。即每個時鐘周期(又稱為狀態(tài)周期)有兩個節(jié)拍，P1 和 P2， CPU 以兩相節(jié)拍 Pl 和 P2 為基本節(jié)拍，控制單片機各部件協(xié)調(diào)工作。6 個時鐘周期構(gòu)成 1個機器周期。CPU 執(zhí)行一條指令的時間稱為指令周期。指令周期以機器周期為單位的。例如：單周

25、期指令是指執(zhí)行一條指令的時間為 1個機器周期， 而雙字節(jié)指令執(zhí)行時間為 2個機器周期。若用 12MHz 晶振，則單周期指令和雙周期指令的執(zhí)行時間分別為 1 s 和 2 s，乘法指令和除法指令為 4 s。如以 S1，S2S6 表示一個機器周期的 6 個時鐘周期，以 P1，P2 表示每個時鐘周期的 2個節(jié)拍，則一個機器周期依次有 S1P1、S1P2，S2P1、S2P2S6P6 共 12個振蕩周期。圖 278051 片內(nèi)振蕩器及時鐘發(fā)生器ALE 脈沖在每個機器周期的 S1P2S2P1 和 S4P2S5P1 期間各發(fā)生一次有效。但 當對外部 RAM 進行讀/寫時，ALE 信號不是周期性的，但在其它情況

26、下，ALE 信號是一種周期信號，可以用作其它外部設(shè)備的時鐘信號。（5）CPU 取指令、執(zhí)行指令周期時序 每一條指令的執(zhí)行都包括取指令和執(zhí)行指令兩個階段。在 8051 指令系統(tǒng)中，其指令有單字節(jié)、雙字節(jié)和多字節(jié)指令，但從指令的執(zhí)行速度來看，單字節(jié)指令和雙字節(jié)指令都可以是單周期或雙周期，而三字節(jié)指令都是雙周期的，只有乘法指令、除法指令是 4個機器周期指令。圖 28 為典型指令執(zhí)行周期的 CPU 時序，其中圖 28(a)是單字節(jié)單周期指令，圖 28(b)是雙字節(jié)單周期指令。二者都在 S1P2 期間由 CPU 取指令， 即將指令代碼讀入指令寄存器，同時程序計數(shù)器 PC 加 1；后者在同個機器周期的 S

27、4 再讀第二字節(jié)；前者在 S4 雖也讀操作碼，但既是單字節(jié)指令，讀的已是下一條指令， 故讀后丟棄不用，PC 也不加 1，兩種指令在 S6P2 結(jié)束時都會完成操作。圖 28(c)是單字節(jié)雙周期指令，圖 28(d)是雙字節(jié)雙周期指令。單字節(jié)雙周期指令，在兩個機器周期內(nèi)將 4 次讀操作碼，不過后 3 次讀后都丟棄不用。（6）外接附加電路MCS-51 單片機的工作方式大體可以歸納為四種；復位方式、程序執(zhí)行方式、節(jié)電方式和 EPROM 的編程與校驗方式。本設(shè)計中使用的是復位方式。MCS-51 系列單片機的復位(RST)引腳上只要出現(xiàn) 10ms 以上的高電平，單片機就實現(xiàn)復位。復位的功能是把程序計數(shù)器 P

28、C 值初始化為 0000H，使單片機從 0000H 單元開始執(zhí)行程序。除此之外，復位操作還對些特殊功能寄存器值也有影響。圖 288051 取指令、執(zhí)行指令周期時序復位工作狀態(tài)單片機在 RST 引腳高電平控制下，特殊功能寄存器和程序計數(shù)器 PC 復位后的狀態(tài)如表 22 所示。復位不影響片內(nèi) RAM 存放的內(nèi)容，控制信號 ALE、PSEN 在復位有效期間將輸出高電平。表 22 特殊功能寄存器和程序計數(shù)器 PC 復位后的狀態(tài)表 22 特殊功能寄存器和程序計數(shù)器 PC 復位后的狀態(tài)單片機的各個功能模塊由特殊功能寄存器控制，而程序的運行由 PC 管理，所以上述的復位狀態(tài)決定了單片機的初始狀態(tài)。復位電路M

29、CS-51 單片機系統(tǒng)常常有上電復位和操作復位兩種方法。上電復位，是指單片機 上電瞬間，要在 RST 引腳上出現(xiàn)寬度大于 10ms 的正脈沖，才能使計算機進入復位狀態(tài)。 操作復位是指用戶按下“復位”按鈕使單片機進人復位狀態(tài)。本設(shè)計使用的是操作復位方法。復位是靠外部電路實現(xiàn)的，圖 29 是上電復位及按鈕復位的實用電路。圖 29 上電復位及按鈕復位實用電路按鈕按下時RST上出現(xiàn)高電平，實現(xiàn)了操作復位，在系統(tǒng)運用中，有些外圍芯片也需要復位。如果這些芯片復位端的復位電平與單片機的一致，則可以與單平機的復位腳相連。非門在這里不僅起到了倒相作用，還增大了驅(qū)動能力。電容 Cl、C2起濾波作用，防止干擾竄入復

30、位端產(chǎn)生誤動作。3.1.4 定時器AT89C51單片機內(nèi)部設(shè)有兩個16位可編程的定時器計數(shù)器，簡稱定時器0和定時器1，分別用T0和Tl表示。它們的工作方式、定時時間、量程、啟動方式等均可以通過程序來設(shè)置和改變。AT89C51單片機內(nèi)部定時器的邏輯結(jié)構(gòu)見圖210。它由兩個特殊功能寄存器TCON和 TMOD及T0、Tl組成。其中TMOD為模式控制寄存器，主要用來設(shè)置定時器計數(shù)器的操作模式；TCOK為控制寄存器，主要用來控制定時器的啟動與停止。兩個16位的定時器計數(shù)T0和T1均可以分成2個獨立的8位計數(shù)器即TH0、TL0、THl、TLl，它們用于存定時或計數(shù)的初值。它們是個加1的計數(shù)器。圖2-10A

31、T89C51定時器邏輯結(jié)構(gòu)框圖3.1.4.1 定時器的工作原理MCS5l單片機的兩個定時器均有兩種工作方式，即定時和計數(shù)工作方式。由TMOD 的D6位和D2位選擇，其中D6位選擇T1的工作方式，D2位選擇T0的工作方式。(1)選擇定時工作方式時TMOD的D6或D20，T0或T1工作在定時方式時，計數(shù)脈沖輸人信號是由內(nèi)部時鐘提供的。每一個機器周 期使計數(shù)器的值加1。每個機器周期等于12個振蕩周期，故計數(shù)器的計數(shù)頻率為振蕩器 頻率的l12。例如晶振的頻率fosc12MHz時，則計數(shù)器的計數(shù)頻率fcontf112為1MHz。實質(zhì)上定時工作方式，就是對單片機的機器周期數(shù)進行計數(shù)。由此可知計數(shù)器計數(shù)脈沖

32、的周期：T1fcont1(fosc1l 2)12fosc式中fosc為單片機振蕩器的頻率， fcont為計數(shù)脈沖的頻率，等于fosc12。AT89C51單片機的定時器用于定時，其定時的時間由計數(shù)初值和選擇的計數(shù)器的長 度(如8位、13位或l6位)來確定。(2)選擇計數(shù)工作方式時TMOD的D6或D21T0或T1工作在計數(shù)方式時，計數(shù)脈沖來自相應(yīng)的外部輸入引腳T0或T1，故計數(shù)方式是用于對外部事件進行計數(shù)。當外部輸入脈沖信號產(chǎn)生由1至0的跳變時計數(shù)器的值加1。 計數(shù)器在每個機器周期的s5P2期間，對外部脈沖輸入進行一次采樣。例如在第一個機器 周期中采樣到高電平“1”，而在第二個機器周期中采樣到一個

33、“0”則在緊跟著的再下一個(第三個)機器周期的s3P1期間計數(shù)器加1。由于確認一次由l至0的下跳變要花2個機器周期，即24個振蕩器周期，故計數(shù)器的最高計數(shù)為fcontfosc124。例如fosc為12MHz，則最高的采樣頻率為12124等于0.5MHz。對外部脈沖的占空比并沒有什么限制，但為了確保某一給定的電平在變化之前至少被采樣一次，因此外部計數(shù)脈沖的高電平和低電乎保持時間均要求在一個機器周期以上。3.1.4.2 定時計數(shù)器的控制AT89C51單片機的定時器是一種可編程的部件。它的工作方式、操作模式、計數(shù)初值，啟停操作均要求在定時器工作之前，CPU必須向它寫入一些命令字，下面介紹與定時器工作

34、有關(guān)的寄存器。(1)模式控制寄存器TMOD TMOD是一個專用寄存器，用于控制T1和To的操作模式及工作方式，其各位定義如下：GATE：門控值，用來控制定時器啟動操作方式。當 GATE0 時，定時器只由軟件控制位 TR0 或 TRl 來控制啟停。TR1 位為 1，定時器啟動開始工作；為 0 時，定時器停止工作。當 GATE1 時，定時器的啟動要由外部中斷引腳和 TR1 位共同控制。只有當外部中斷引腳 INT 0 或 INT1為高時，TR0 或 TRl 置 l 才能啟動定時器工作。C/T ：功能選擇位。當 C/T O 時設(shè)置為定時器工作方式；計數(shù)脈沖由內(nèi)部提供，計數(shù)周期等于機器周期。當 C/T

35、1 時設(shè)置為計數(shù)器工作方式，計數(shù)脈沖為外部引腳 T0 或 T1 的引入的外部脈沖信號。M1M0：操作模式控制位，2 位可形成 4 種編碼，對應(yīng)于 4 種操作模式。4 種模式定義如下：M1MO操作模式 功能簡述0 0模式 0 13 位計數(shù)器，TL1 只用低 5 位0 1模式 1 16 位計數(shù)器1 0模式 2 8 位自動重裝計數(shù)器，THi 的值在計數(shù)中不變中的值自動裝入TL1中1 1模式 3 T0 分成 2 個獨立的 8 位計數(shù)器Tl 停止計數(shù)TMOD 模式控制寄存器不能進行位尋址，只能用字節(jié)傳送指令設(shè)置定時器的工作方式及操作模式，低 4 位用于定義定時器 0，高 4 位用于定義定時器 1。系統(tǒng)復

36、位時 TMOD 各有效位均為 0。模式控制字的設(shè)置舉例：若設(shè)置定時器 1 為定時器工作方式，由軟件啟動選擇操作模式 2；定時器 0 為計數(shù)方式；由軟件啟動，選擇操作模式 l。則 TMOD 各位設(shè)置為：00l001Ol25H用 MOV TMOD、425H 指令寫入 TMOD 中(2)控制寄存器TCONTCON 的作用是用于控制定時器的啟、停及定時器的溢出標志和外部中斷觸發(fā)方式等。各位定義如下：TFl 和 TF0；分別為定時器 1 和定時器 0 溢出標志。當定時器計滿產(chǎn)生溢出時，由硬件自動置“1”，并可申請中斷。進人中斷服務(wù)程序后，由硬件自動清 0。達兩位也可作為程序查詢的標志位，在查詢方式下應(yīng)由

37、軟件來清 0。TRl 和 TR0：為定時器 1 和定時器 0 的啟動控制位。當由軟件使 TRi 清 0 而停止定時器的工作。定時器啟動時該位應(yīng)置“1”。IEl 和 IE0：為外部中斷 1 INT1和外部 0 INT 0 的中斷請求標志位。當外部中斷源有請求時其對應(yīng)的中斷標志位置“l(fā)”。其復位由觸發(fā)方式來設(shè)置。IT1 和 IT0：為外部中斷 1 和外部中斷。的觸發(fā)方式選擇位。IT1 設(shè)置為“0”時為電平觸發(fā)方式；設(shè)置為“1”時為邊沿觸發(fā)方式。TCON 中低 4 位是與外部中斷有關(guān)的位，高 4 位為定時器控制位。它是一個可以進 行位尋址的寄存器。當系統(tǒng)復位時所有位均為 0。若要啟動定時器可以使用位

38、操作指令 SETBTR1 來啟動。3.1.4.3 定時計數(shù)器的初始化由于定時器的功能是由軟件來設(shè)置的所以一般在使用定時計效器前均要對其進 行初始化。(1)確定工作方式、操作模式、啟動控制方式寫入 TM0D 寄存器。 (2)設(shè)置定時或計數(shù)據(jù)的初值可直接按初值寫人 TH0、TL0 或 THl、TLl 中。16位計數(shù)初值必須分兩次寫入對應(yīng)的計數(shù)器。(3)根據(jù)要求是否采用中斷方式直接對 IE 位賦值。開放中斷時，對應(yīng)位置 1P采用程序查詢方式 IE 位應(yīng)清 0 進行中斷屏蔽。(4)啟動定時器工作一一可使用 SETB TR1 啟動。若第一步設(shè)置為軟啟動，即 GATE 設(shè)置為 0 時，以上指令執(zhí)行后，定時

39、器即可開始工作。若 CATE 設(shè)置為 1 時，還必須由 外部中斷引腳 INTi 共同控制，只有當 INTi 為引腳電平為高時，以上指令執(zhí)行后定時器 方可啟動工作。定時器一旦啟動就按規(guī)定的方式定時或計數(shù)。(5)計數(shù)初值的計算 定時或計數(shù)方式下計數(shù)初值如何確定，定時器選擇不同助工作方式，不同的操作模式其計數(shù)初值均不相同。若設(shè)最大計數(shù)值為 M，各操作模式下的 M 值為：模式 0：M=2138192模式 1：M21665536 模式 2：M28256模式 3：M256，定時器 T0 分成 2 個獨立的 8 位計數(shù)器，所以 TH0、TL0的M 均為2569。因為 MCS51 的兩個定時器均為加 l 計數(shù)

40、器，當加到最大值(00H 或 0000H)時產(chǎn)生溢 出，將 TF 位置 1可發(fā)出溢出中斷，因此計數(shù)器初值 X 的計算式為；XM-計數(shù)值，式 中的 M 由操作模式確定，不同的操作模式計數(shù)器的長不相同，故 M 值也不相同。 因此式中的計數(shù)值與定時器的工作方式有關(guān)。計數(shù)工作方式時 計數(shù)工作方式時，計數(shù)脈沖由外部引入，是對外部脈沖進行計數(shù)，因此計數(shù)值根據(jù)要求確定。其計數(shù)初值；xM 一計數(shù)值 例如：某工序要求對外部脈沖信號計 100 次，xM 一 100定時工作方式時 定時工作方式時，因為計數(shù)脈沖由內(nèi)部供給，是對機器周期進行計數(shù)，故計數(shù)脈沖頻率為 fCONTfOSC112、計數(shù)周期 T1fCONT12f

41、OSC，定時工作方式的計數(shù)初值 x等于：XM 一計數(shù)值MtTM 一(fOSCt)12式中：fOSC 為振蕩器的振蕩頻率，t 為要求定時的時間。3.1.5單片機的中斷系統(tǒng)中斷技術(shù)是計算機中一項很重要的技術(shù)，中斷系統(tǒng)由硬件和軟件組成。3.1.5.1 AT89C51 的中斷系統(tǒng)(1)中斷系統(tǒng)的組成AT89C51 系列單片機有 5 個中斷源，可分為 2 個中斷優(yōu)先級，即高優(yōu)先級和低優(yōu)先級；每一個中斷源的優(yōu)先級都可以由程序來設(shè)定。AT89C51 的中斷系統(tǒng)組成見圖 215 所示。 它由 4 個與中斷有關(guān)的特殊功能寄存器 (TCON、SCON 的相關(guān)位作中斷源的標志位)，中斷允許控制寄存器 IE 和中斷順

42、序查詢邏輯等組成。圖 2-15 AT89C51 的中斷系統(tǒng)中斷順序查詢邏輯亦稱硬件查詢邏輯，5個中斷源的中斷請求是否會得到響應(yīng)，要受中斷允許寄存器匯各位的控制，它們的優(yōu)先級分別由 IP 各位來確定；同一優(yōu)先級內(nèi)的各中斷源同時請求中斷時就由內(nèi)部的硬件查詢邏輯來確定響應(yīng)次序；不同的中斷源有不同的中斷矢量。(2)中斷源及中斷人口由圖 27 可知 AT89C51 單片機有 5 個中斷源：2 個外部輸人中斷源 INT 0(P3.2) 和 INT1 (P3，3) ；3 個內(nèi)部中斷源 T0 和 T1 的溢出中斷源及串行口發(fā)送接收中斷源。其中斷請求信號的產(chǎn)生如下述： INT 0 和 INT1：外部中斷 0 和

43、外部中斷 1其中斷請求信號分別由 P3.2，P3.3 引 腳輸入。請求信號的有效電平由 IT0 和 IT1 設(shè)置，一旦輸入信號有效，則將 TCON 中的 IE0 或 IE1 標志位置 1，可向 CPU 申請中斷。TF0 和 TF1：定時器 0 和定時器 1 的溢出中斷。當 T0 或 T1 計數(shù)器加 l 計數(shù)產(chǎn)生 溢出時，則將 TCON 中的 TF0 或 TF1 置位，向 CPU 申請中斷。RI 和 TF1：串行口的接收和發(fā)送中斷。當串行口接收或發(fā)送完一幀數(shù)據(jù)時，將 TCON 中的 RI 或 TI 位置 1，向 CPU 申請中斷。當某中斷源的中斷請求被 CPU 響應(yīng)之后，CPU 將自動把此中斷源

44、的中斷人口地址(又稱中斷矢量地址)裝入 PC，中斷服務(wù)程序即從此地址開始執(zhí)行。因此一般在此地址單元中存放一條絕對跳轉(zhuǎn)指令，可以跳至用戶安排的中斷服務(wù)程序的人口處。AT89C51 單片機各中斷源的矢量地址是固定的。見表 23。表 2-3 單片機中斷源的矢量地址表中斷源矢量地址自然優(yōu)先級TNTO 外部中斷 0 中斷0003H最高 最低T0 定時器 0 中斷000BHTNT1 外部中斷 1 中斷0013HT1 定時器 1 中斷002BHR1 或 T1 串行口中斷0023H（3）中斷控制部分的功能AT89C51 單片機中斷控制部分由 4 個專用寄存器組成，它們的功能分述如下：中斷請求標志：5 個中斷源

45、的外部中斷和定時器中斷請求標志位設(shè)置在定時控制寄存器 TCON(是一 個特殊功能寄存器)中，其各位的定義及標志位和建立 2.1 節(jié)中已述，在此僅說明一下 TCON 的 ITO 和 IT1 位，它們是外部中斷的觸發(fā)方式設(shè)置位，決定外部中斷的復位方法。 外部中斷的復位方式為：當 IT0 時，外部中斷為電平觸發(fā)方式，該方式下 CPU 每個機 器周期的 S5P2 期間對 TNT 引腳采樣，若測得為低電平，則認為有中斷申請，隨即使 IE 標志位置位；若測得為高電平，認為無中斷申請或中斷申請已撤除，隨即清除 IE 標志位。在電平觸發(fā)方式中，CPU 響應(yīng)中斷后不能自動清除 IE 標志位，也不能由軟件清除 I

46、E 標志，所以在中斷返回前必須撤消 TNT 引腳上的低電平，否則將再次中斷造成出錯。若 IT1 時，外部中斷設(shè)置為邊沿觸發(fā)方式。CPU 在每個機器周期的 S5P2 期間采樣 而引腳，若在連續(xù)兩個機器周期采樣到先高后低的電平變化，則將 IE 標志位置“1”此 標志一直保持到 CPU 響應(yīng)中斷時，才由硬件自動清除。在邊沿觸發(fā)方式中，為保證 CPU 在兩個機器周朗內(nèi)檢測到由高至低的負跳變，輸入高電平和低電平的持續(xù)時間起碼要保 持 12 個振蕩器周期即一個機器周期的時間。TCON 的其它位在此不再重述。串行口的中斷請求標志由串行口控制寄存器 SCON 的 D0 和 D1 位來設(shè)置。RI(SCON.0)

47、 為接收中斷標志位；TI(SCON.1)為發(fā)送中斷標志位。其中斷申請信號的產(chǎn)生過程為：發(fā)送過程：當 CPU 將一個數(shù)據(jù)寫入發(fā)送緩沖器 SBUF 時，就啟動發(fā)送，每發(fā)送完一 幀數(shù)據(jù)。由硬件自動將 TI 位置位。但 CPU 響應(yīng)中斷時，并不能清除 TI 位，所以必須由軟件清除。接收過程：在串行口允許接收時即可串行接收數(shù)據(jù)，當一幀數(shù)據(jù)接收完畢，由硬 件自動將則位置位。同樣 CPU 響應(yīng)中斷時不能清除 RI 位，必須由軟件清除。AT89C51 單片機系統(tǒng)復位后TCON 和 SCON 中各位均清 0，應(yīng)用時要注意各位的初始 狀態(tài)。中斷開放和屏蔽AT89C51 單片機中，設(shè)有一個專用寄存器 IE 稱為中斷

48、允許寄存器，其作用是用來對各中斷源進行開放或屏蔽的控制。其各位的定義如下：IP.7 和 IP.6 保留位PT2IP5 位為定時器 2 優(yōu)先級設(shè)定位，僅適用于 52 子系列單片機。PT21 時， 設(shè)定為高優(yōu)先級，否則為低優(yōu)先級。PsIP.4 位為串行口優(yōu)先級設(shè)定位。PS1 時，串行口為高優(yōu)先級否則為低優(yōu)先級。PT1IP3 位為定時器 l 優(yōu)先級設(shè)定位。PT11 時，T1 為高優(yōu)先級，否則為低先級。PX1IP.2 位為外部中斷 1 優(yōu)先級設(shè)定位。PX11 時，外部中斷 l 為高優(yōu)先級，否則為低優(yōu)先級。PT0IP.1 位為定時器 0 優(yōu)先級設(shè)定位。PT01 時，T0 為高優(yōu)先級，否則為低優(yōu)先級。PX

49、0IP.0 位為外部中斷 0 優(yōu)先級設(shè)定位。PXO1 時，外部中斷 o 為高優(yōu)先級，否 則為低優(yōu)先級。當系統(tǒng)復位后IP 各位均為 0，所有中斷源設(shè)置為低優(yōu)級中斷。IP也是可進行字節(jié)尋址和位尋址的專用寄存器。（4)優(yōu)先級結(jié)構(gòu)靠設(shè)置 IP 寄存器把各中斷源的優(yōu)先級分為高低 2 級，它們遵循 2 條基本原則；較低優(yōu)先級中斷可以被較高優(yōu)先級中斷所中斷，反之不能。一種中斷(不管是什么優(yōu)先級)一旦得到響應(yīng)，與它同級的中斷不能再中斷它。為了實現(xiàn)這 2 條規(guī)則，中斷系統(tǒng)內(nèi)部包含 2 個不可尋址的“優(yōu)先級激活”觸發(fā)器。其中一個指示較高優(yōu)先級的中斷正在得到服務(wù)，所有后來的中斷都被阻斷。另一個觸發(fā)器指示較低優(yōu)先級的

50、中斷正在得到服務(wù)，所有同級的中斷都被阻斷，但不阻斷高優(yōu)先級的中斷。其中一個指示較高優(yōu)先級的中斷正在得到服務(wù)，所有后來的中斷都被阻斷。另一個觸發(fā)器指示較低優(yōu)先級的中斷正在得到服務(wù)，所有同級的中斷都被阻斷，但不阻斷高優(yōu)先級的中斷。當 CPU 同時收到幾個同一優(yōu)先級的中斷請求時，圓一個的請求將得到服務(wù)取決于內(nèi)部的硬件查詢順序，CPU 將按自然優(yōu)先級順序確定該響應(yīng)四個中斷請求。其自然優(yōu)先級由硬件形成，排列如表 2-4：表 2-4 自然優(yōu)先級中斷源同級自然優(yōu)先級外部中斷 0最高級最低級定時器 0 中斷外部中斷 1定時器 1 中斷串行口中斷定時器 2 中斷最低級（52 系列單片機中）在每一個機器周期中，C

51、PU 對所有中斷源都順序地檢查一遍，這樣到任一機器周期的 S6 狀態(tài)，可找到所有已激活的中斷請求，并排好了優(yōu)先權(quán)。在下一個機器周期的 S1狀態(tài)，只要不受阻斷就開始響應(yīng)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(yīng)會受到阻斷：同級或高優(yōu)先級的中斷正在進行中；現(xiàn)在的機器周期還不是執(zhí)行指令的最后一個機器周期，即正在執(zhí)行的指令還沒完 成前不響應(yīng)任何中斷；正在執(zhí)行的是中斷返回指令 RETI 或是訪問專用寄存器 IE 或 IP 的指令，換而言 之，在 RETI 或者讀寫 IE 或 IP 之后，不會馬上響應(yīng)中斷請求，至少要在執(zhí)行其它一條指令之后才會響應(yīng)。若存在上述任一種情況，中斷查詢結(jié)果就被取消。否則

52、，在緊接著的下一個機器周 期，中斷查詢結(jié)果變?yōu)橛行А?.1.5.2 中斷處理過程中斷處理過程可分為三個階段：即中斷響應(yīng)、中斷處理相中斷返回。由于各計算機 系統(tǒng)的中斷系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)不同，中斷響應(yīng)的方式就有所不同。在此說明 AT89C51 單片機 的中斷處理過程。(1)中斷響應(yīng)中斷響應(yīng)條件CPU 響應(yīng)中斷的條件有：一有中斷源發(fā)出中斷請求；二中斷總允許位 EA1，即 CPU 開中斷；三申請中斷的中斷源的中斷允許位為 1，即沒有被屏蔽。以上條件滿足，一般 CPU 會響應(yīng)中斷，但在上一節(jié)中所述的中斷受阻斷的情況下， 本次的中斷請求 CPU 不會響應(yīng)。中斷響應(yīng)的過程如果中斷響應(yīng)條件滿足，而且不存在中斷受阻的情況下，則 CPU 將響應(yīng)中斷。在此情況下，CPU 首先使被響應(yīng)中斷的相應(yīng)“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，在硬件的控制下內(nèi)部自動形成長調(diào)用指令(LCALL)，此指令的作用將自動把斷點壓人堆棧，但不自動保存 PSW 的內(nèi)容。然后將對應(yīng)的中斷源的矢量地址裝入程序計數(shù)器 PC，使程序轉(zhuǎn)向該中斷的矢量地址，以轉(zhuǎn)至中斷服務(wù)程序?qū)?應(yīng)的入口地址。在 AT89C5