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毕业设计
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桂林电子科技大学基于51单片机频率计的设计,毕业设计
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摘 要 数字频率计是数字电路中的一个典型应用，实际的硬件设计用到的器件较多，而且会产生比较大的延时，造成测量误差、可靠性差。传统的数字频率计一般是由分离元件搭接而成，随着单片机的大规模的应用，单片机在频率测量方面也越来越多的被使用 。 在本课题中使用的AT89S51 这种 低功耗 ,高性能 CMOS 8 位单片机 系列的单片机的出现，具有更好的稳定性，更快和更准确的运算精度，推动了工业生产，影响着人们的工作和学习。而本次设计就是要通过以 AT89S51 单片机 为控制核心，实现对 信号频率进行准确计数 的设计。 单片机 是将微型计算机的基本功能部件全部集成在一块半导体电路芯片上，具有功能强、体积小、价格低、稳定可靠、研制周期短等优点，具有广阔的应用前景。 本次毕业设计以 ATMEL公司的 AT89S51 单片机为核心，实现 频率计数 功能。频率计装置 由单片机系统模块， LED显示模块、 MAX232 串口通信模块组成，实现对频率进行测试并在 LED 显示出来。 本次毕业设计基于 AT89S51 单片机的频率计 装置，设计 sch 电路原理图，并根据原理图完成硬件部分的制作， 采用 KEIL-51 单片机应用系统编制 C 语言系统程序，最后通过综合调试，能实现所有要 求的功能，完全满足本次毕业设计的要求。 关键词： 频率计；单片机； LED 显示； MAX232；定时器 /计数器 nts 桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第 2 页 共 4 页 Abstract The digital frequency meter is in a digital circuit model application, the actual hardware design uses component more, moreover can have the quite big time delay, creates the measuring error, the reliability is bad. The traditional digital frequency meter generally is becomes byseparative element joining, along with the monolithic integrated circuit large-scale application, the monolithic integrated circuit more and more are also many in the frequency measurement aspect is used. AT89S51 this kind of low power loss uses which in this topic, high performance CMOS 8 monolithic integrated circuits series monolithic integrated circuit appearance, has a better stability, is quicker and the more accurate operation precision, impelled the industrial production, is interfering with peoples work and the study. But this design is must through take the AT89S51 monolithic integrated circuit as the control core, realizes design which carries on to the signalling frequency accurately counts. The monolithic integrated circuit is completely integrates the microcomputer basic function part on together the semiconductor electric circuit chip, has the function strongly, the volume small, the price low, stable reliable, the development cycle is short and soon the merit, has the broad application prospect. This graduation project take ATMEL Corporations AT89S51 monolithic integrated circuit as the core, the realization frequency counts the function. The frequency meter installment by the monolithic integrated circuit system module, LED demonstrated the module, the MAX232 string mouth connection module composes, realizes carries on the test to the frequency and demonstrates in LED. This graduation project based on the AT89S51 monolithic integrated circuit frequency meter installment, designs the sch electric circuit schematic diagram, and completes the hardware partial manufactures according to the schematic diagram, uses the KEIL-51 monolithic integrated circuit application system to establish the C language system program, finally through the synthesis debugging, can realize all requests function, completely satisfies this graduation project the request. Key words: Frequency meter; Monolithic integrated circuit; LED demonstrated; MAX232; Timer/counter nts 桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第 3 页 共 4 页 目 录 引言 1 1 基于 AT89S51单片机的频率计的设计 装置原理图及其设计思路 2 2 单片机系统模块原理设计 3 2.1 AT89S51 芯片介绍 3 2.2 AT89S51 芯片管脚介绍 3 2.3 AT89S51 复位电路原理 5 2.4 AT89S51 的时钟 6 2.4.1 AT89S51基本时序周期 7 2.5 AT89S51 各端口工作原理讲解 7 2.5.1 P0 口介绍 7 2.5.2 P1 口 介绍 8 2.5.3 P2 口介绍 9 2.5.4 P3 口介绍 10 2.5.5 端口的负载能力和输入 /输出操作 11 2.5.6 串行端口的基本特点 11 2.5.7 串行端口的工作方式 12 2.5.8 串行端口的控制寄存器 14 2.6 定时器 /计数器 14 2.6.1 定时器 /计数器结构 14 2.6.2 定时器 /计数器控制寄存器 14 2.6.3 定时器 /计数器工作模式 15 2.6.4 定时器 /计数器的初始化 16 2.7 中断系统 17 2.7.1 中断系统的结构 17 2.7.2 中断系统的控制寄存器 18 2.7.3 中断的响应过程 19 3 硬件设计 20 3.1 LED 显示模块设计原理 20 3.1.1 LED 发光原理 20 3.1.2 种类和符号 20 3.1.3 LED 的特性 21 nts 桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第 4 页 共 4 页 3.2 LED 数码管介绍 21 3.2.1 LED 数码管原理结构 21 3.2.2 LED 数码管工作方式 22 3.2.3 静态显示方式 23 3.2.4 动态显示方式 24 3.2.5 LED 显示控制原理 24 3.3 MAX232 芯片介绍 25 4 软件设计 25 5 硬件的调试与测试 26 5.1 硬件制作 26 5.1.2 PCB 图的制作 26 5.1.3 电路板制作过程 27 5.2 硬件调试 28 5.3 软件调试 29 5.4 硬件测试 30 6 结论 30 谢辞 31 参考文献 32 附录 33 nts 毕业设计（论文）报告用纸 第 1 页 共 37 页 引言 单片机的英文名字为 Microcontroller(微控制器 )，从词义上理解它已能比较 准确地反映出单片机的本质。 它是将微处理器 (CPU)、数据存储器 (RAM)、程序存储器 (ROM或 EPROM)、定时 计数器及输入输出接口等多个功能部件集成在一块芯片上的一种微型计算机。单片机的主要任务是面向控制，因此又称做控制器 (Microcontroller)。它只需要与很少的软件及外部设备相结合，便可组成为一个单片机控制系统。控制器 (Controller) 一个完全不同于 Computer 和 IT 的名词。有的教材将单片机划分到计算机硬件中，准确地应该将它划到控制器中。单片机无处不有、 BP 机、手机、电视机、打印 机、 IC 卡、语音提示、报警器等，其中都有单片机。单片机作为微型计算机的一个重要分支，它的发展和应用越来越引起人们的重视。 单片机在我国的使用已经 20 余载了，人们的应用水平也有了大幅度的提高，积累了极其丰富的经验和资料。然而，随着计算机应用技术的不断发展，单片机的应用领域越来越广泛，其处理的实际问题也越来越复杂，因此，人们越来越重视单片机应用系统的研发周期和工作效率。随着信息化社会和知识经济的发展，单片机的应用渗透到各行各业，越来越引起人们的重视。单片机控制着当今大多数的电子设备、家用电器与机器设备。单片机的 身影无处不在的存在于工业控制、消费电子、计算机及周边产品、通信和办公设备等领域。而据预测，到 2010年，一个成年人每日会接触到 351个单片机。毫不夸张的说，我们生活在一个单片机的世界里。 单片机的应用领域非常广泛，同时，它的应用也从根本上改变了传统控制系统设计思想和设计方法，取代以微控制技术来实现，这是一个全新的概念。随着单片机应用技术的推广普及，微控制技术必将不断发展、完善。 本文将以 基于 AT89S51单片机的频率计的设计 装置说明单片机的原理和强大的功能，突现单片机的巨大作用。 nts 毕业设计（论文）报告用纸 第 2 页 共 37 页 1 基于 AT89S51单片机的频率计的设计 原理图及其设计思路 电路原理图如下图 1-1所示： 图 1-1 电路原理图 如上图所示，原理图可分为 单片机系统模块，和与 PC 机连接的通信扩展模块。 本设计用 AT89S52单片机 的 T0、 T1 的定时计数器功能，来完成对输入的信号进行频率计数，计数的频率结果通过 8 位动态数码管显示出来。要求能够对 0 200KHZ 的信号频率进行准确计数，计数误差不超过 1HZ。 T0 是工作在计数状态下，对输入的频率信号进行计数，但对工作在计数状态下的 T0，最大计数值为 fOSC/24，由于 fOSC 12MHz，因此： T0 的最大计数频率为 250KHz。对于频率的概念就是在一秒只数脉冲的个数，即为频率值。所以 T1 工作在定时状态下，每定时 1 秒中到，就停止 T0 的计数，而从 T0的计数单元中读取计数的数值，然后进行数据处理。送到数码管显示出来。 T1 工作在定时状态下，最大定时时间为 65ms，达不到 1秒的定时，所以采用定时 50ms，共定时 20次，即可完成 1秒的定时功能 。 另外电路中还扩展了和 PC 机串口通信模块，可以将测试出的频率在电脑中显示，方便对数据进行采集和分析。 nts 毕业设计（论文）报告用纸 第 3 页 共 37 页 2 单片机系统模块原理 2.1 AT89S51芯 片介绍 AT89S51是美国 ATMEL公司生产的低电压，高性能 CMOS8位单片机，片内含 4k bytes 的可反复擦写存储器（ PEROM）和 128 bytes 随即存取数据存储器（ RAM），器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准 MCS-51 指令系统，片内置通用 8 位中央处理器（ CPU）和 Flash 存储单元，功能强大， AT89S51单片机可为您提供许多高性价比的应用场合，可灵活应用于各种控制领域。 AT89S51提供以下标准功能： 4k 字节 Flash 闪速存储器， 128字节内部 RAM， 32 个 I/O 口线，看门狗 WDT，两个 16 位定时 /计数器，一个 5向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器器及时钟电路。同时， AT89S51 可降至 0Hz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止 CPU 工作，但允许 RAM，定时 /计数器，串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存 RAM中的内容，但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位。 2.2 AT89S51芯片管脚介 绍 AT89S51是标准的 40 引脚双列直插式集成电路芯片， 其 引脚图 如图 2-1所示。 图 2-1 AT89S51单片机引脚图 P0.0P0.7 P0口 8位双向口线（在引脚的 3932号端子）。 P1.0P1.7 P1口 8位双向口线（在引脚的 18 号端子）。 nts 毕业设计（论文）报告用纸 第 4 页 共 37 页 P2.0P2.7 P2口 8位双向口线（在引脚的 2128号端子）。 P3.0P3.7 P2口 8位双向口线（在引脚的 1017号端子）。 P0 口： （ 1） 外部扩展存储器时，当数据总线（如图 2-1中的 D0D7为数据总线接口） ； （ 2） 外部扩展存储器时，当作地址总线（如图 2中的 A0A7为地址总线接口） ； （ 3） 不扩展时，可做一般的 I/O 使用 ，但内部无上拉电阻，作为输入或输出时应在外部接上拉电阻。 P1 口 ： 只做 I/O 口使用 ， 其内部有上拉电阻。 P2 口： （ 1） 扩展外部存储器时，当作地址总线使用 ； （ 2） 做一般 I/O 口使用，其内部有上拉电阻 。 P3 口： 除了作为 I/O 使用外（其内部有上拉电阻），还有一些特殊功能，由特殊寄存器来设置，为写入程序需提供专门的编程脉冲和编程电源，这些信号也是由信号引脚的形式提供的 。 RST： 复位输入。当振荡器工作时， RST 引脚出现两个机器周期以上高电平将单片机复位。 WDT 溢出将使该引脚输出高电平，设置 SFR AUXR的 DISRTO 位（地址 8EH）可打开或关闭该功能。 DISRTO位缺省为 RESET输出高电平打开状态。 ： 当访问外部程序存储器或数据存储器时， ALE（地址锁存允许）输出脉冲用于锁存地址的低位字节。对 Flash 存储器编程间，该引脚还用于输入编程脉冲（ ）。即使不访问外部存储器， ALE 仍以时钟振荡频率的 1/6 输出固定的正脉冲信号，因此它可对外输出时钟或用于定时目的。要注意的是：每当访问外部数据存储器时将跳过一个 ALE 脉冲。 对 Flash存储器编程期间，该引脚还用于输入编程脉冲（ ） 如果必要，可通过对待特殊 功能寄存器（ SER）区中的 8EH单位的 D0 位置位，可禁止 ALE 操作。高位置位后，只有一条 MOVX 和 MOVC 指令 ALE 才会被激活。此外，该引脚会被微弱拉高，单片机执行外部程序时，应设置 ALE 无效。 ： 程序存储允许（ ）输出是外部程序存储器的读选通信号，当 AT89C51 由外部程序存储器取指令（或数据）时，每个机器周期两次 有效，即输出两个脉冲。在此期间，当访问外部数据存储器，这两次有效的 信号不出现。 ： 外部访问允许。欲使 CPU 仅访问外部程序存储器（地址为 0000H-FFFFH）， 端必须保持低电平（接 地）。需注意的是：如果加密位 LB1 被编程，复位时内部会锁存 端状态。 如 端接为高电平（接 Vcc端）， CPU则执行内部程序存储器中的指令。 nts 毕业设计（论文）报告用纸 第 5 页 共 37 页 Flash存储器编程时，该引脚加上 +12V的允许编程电压 Vpp。 XTAL1： 振荡器反相放大器及内部时钟发生器的输入端。 XTAL2： 振荡器反相放大器的输出端。 Vcc: 电源电压。 GND: 地。 2.3 AT89S51复位电路原理 RST 引脚是复位信号的输入端。复位信号是高电平有效。高电平有效的持续时间应为 24 个振荡周期以上。若时钟周期为 6MHz，则复 位信号至少应持续 4us 以上，才能使单片机复位。复位以后， 07H写入栈指针 SP， P03口均置 1（允许输入），程序计数器 PC 和其他特殊功能寄存器 SFR全部清“ 0”。只要该脚保持高电平， MSC-51 便循环复位。当 RST端由高变低后， MSC-51 由 ROM 的 0000H 开始执行程序。 MSC-51 的复位不影响内部 ROM的内容。当 VCC加电后， RAM的内容是随机的 复位电路的基本功能是系统上电时提供复位信号，直至系统电源稳定后撤销复位信号。为可靠起见电源稳定后还要经一定的延时才撤销复位信号以防电源开关或电源插头分合过程中 引起的抖动而影响复位。图 2-2所示的 RC复位电路可以实现上述基本功能。左边的电路为高电平复位有效，右边为低电平为手动复位开关，可避免高频谐波对电路的干扰。 复位电路共有 3种： 图 2-2 复位电路图 本设计复位电路采用按键电平复位，电路原理图如图 2-3所示： nts 毕业设计（论文）报告用纸 第 6 页 共 37 页 图 2-3 复位电路原理图 当按键按下的时候，所计数的结果将清零，或者重新接电的时候上电复位，计数结果也会清零。 2.4 AT89S51的时钟 时钟是时序的基础， AT89S51片内由一个反相放大器构成振荡器，可以由它产生时钟，时钟可以由两种方式产生：内部方式和外部方式，具体电路见图 2-4： (a) 内部振荡方式 （ b）外部震荡方式 图 2-4 时钟产生电路图 （ 1） 内部方式：在 XTAL1 和 XTAL2 端外接石英晶体作定时元件，内部反相放大器自激振荡，产生时钟。时钟发生器对振荡脉冲二分频，即若石英频率 Fosc=12MHZ,则时钟频率 =6MHZ，因此，时钟是一个双相信号，由 P1 相和 P2 相构成。 Fosc可在 1.2MHZ12MHZ选择，电容可以选 30pF左右。 （ 2） 外部方式：可以通过 XTAL1 和 XTAL2 接入外部时钟。 所设计振荡电路原理图如图 2-5所示： nts 毕业设计（论文）报告用纸 第 7 页 共 37 页 图 2-5 振荡电路原理图 2.4.1 AT89S51基本时序周期 一条指令译码产生的一系列微操作信号在时间上产生严格的先后次序，这种次序就是计算机的时序 。这里先介绍它的基本时序周期。 （ 1）振荡周期：指振荡源的周期，若为内部产生方式时，为石英晶体的振荡周期。 （ 2）时钟周期（称 S周期）：为振荡周期的两倍，时钟周期 =振荡周期 P1+振荡周期 P2。 （ 3）机器周期：一个机器周期含 6个时钟周期（ S周期），即 12 个振荡周期。 （ 4）指令周期：完成一条指令占用的全部时间。 AT89S51的指令周期喊 14个机器周期，其中多数为单周期指令，还有 2个周期和 4个周期指令。 若 Fosc=6MHZ，则 AT89S51的： 振荡周期 =1/6us; 时钟周期 =1/3us; 机器 周期 =2us; 指令周期 =28us; 2.5 AT89S51各端口工作原理讲解 并行端口： 2.5.1 P0口介绍 图 2-6 P0端口功能结构图 nts 毕业设计（论文）报告用纸 第 8 页 共 37 页 总线 I O端口，双向，三态，数据地址分时复用，该端口除用于数据的输入输出外，在 8051单片机外接程序存储器时，还分时地输出输入地址指令。由 Po端口输出的信号无锁存，输入的信息有读端口引脚和读端口锁存器之分。 P0端口 8位中的一位结构图见图 2-6： 由上图可见， P0 端口由锁存器、输入缓冲器、切换开关与相应控制电路、场效应 管驱动电路构成。 在输出状态下，当切换开关 MUX向下时，从内部总线来的数据经锁存器反相和场效应管 T2 反相，输出到端口引脚线上。此时，场效应管 T1 关断，因而这种输出方式应为外接上拉电阻的漏极开路式。当切换开关 MUX 向上时，一位地址数据信号分时地输出到端口线上。此外，由 T1、 T2 的通断组合，形成高电平、低电平与高阻浮动三态的输出。 在输入状态下，从锁存器和从引脚上读来的信号一般是一致的，但也有例外。例如，当从内部总线输出低电平后，锁存器 Q 0， Q 1，场效应管 T2 开通，端口线呈低电平状态。此时无论端口线上外接的信号是低电乎还是高电平，从引脚读入单片机的信号都是低电平，因而不能正确地读入端口引脚上的信号。又如，当从内部总线输出高电平后，锁存器 Q 1， Q 0，场效应管 T2 截止。如外接引脚信号为低电平，从引脚上读入的信号就与从锁存器读入的信号不同。为此， 8051单片机在对端口 P0-P3 的输入操作上，有如下约定：为此， 8051 单片机在对端口 P0-P3 的输入操作上，有如下约定：凡属于读 -修改 -写方式的指令，从锁存器读入信号，其它指令则从端口引脚线上读入信号。 读 -修改 -写指令的特点是，从端口输入 (读 )信号，在单片 机内加以运算 (修改 )后，再输出 (写 )到该端口上。下 表 2-1是几条读 -修改 -写指令的例子。 表 2-1 指令表 ANL P0,#立即数 ;P0 立即数 P0 ORL P0,A ;P0AP0 INC P1 ;P1+1P1 DEC P3 ;P3-1P3 CPL P2 ;P2P2 这样安排的原因在于读 -修改 -写指令需要得到端口原输出的状态，修改后再输出，读锁存器而不是读引脚，可以避免因外部电路的原因而使原端口的状态被读错。 P0 端口是 8051单片机的总线口 ，分时出现数据 D7-D0、低 8位地址 A7-AO，以及三态，用来接口存储器、外部电路与外部设备。 P0 端口是使用最广泛的 I O 端口。 2.5.2 P1口 介绍 通用 I 0 端口，准双向静态口。输出的信息有锁存，输入有读引脚和读锁存器之分。 P1 端口的一位结构见下图 . 由图可见， P1 端口与 P0 端口的主要差别在于， P1 端口用内部上拉电阻 R 代替了 P0 端口的场效应管 T1，并且输出的信息仅来自内部总线。由内部总线输出的数据经锁存器反相和场效应管反相后，锁存在端口线上，所以， P1 端口是具有输出锁存的静态口。 由下图可见，要正确地 从引脚上读入外部信息，必须先使场效应管关断，以便由外部输入的信息确nts 毕业设计（论文）报告用纸 第 9 页 共 37 页 定引脚的状态。为此，在作引脚读入前，必须先对该端口写入 l。具有这种操作特点的输入输出端口，称为准双向 I O口。 8051 单片机的 P1、 P2、 P3 都是准双向口。 P0 端口由于输出有三态功能，输入前，端口线已处于高阻态，无需先写入 l后再作读操作。 图 2-7 P1端口功能结构图 单片机复位后，各个端口已自动地被写入了 1，此时，可直接作输入操作。如果在应用端口的过程中，已向 P1-P3 端口线输出过 0，则再要输入时，必须先写 1后再读引脚，才能得到正 确的信息。此外，随输入指令的不同， H端口也有读锁存器与读引脚之分。 Pl 端口是 805l 单片机中唯一仅有的单功能 I O 端口，并且没有特定的专用功能，输出信号锁存在引脚 上，故又称为通用静态口。 2.5.3 P2口介绍 P2 端口的一位结构见图 2-8： 图 2-8 P2端口功能结构图 由图可见， P2 端口在片内既有上拉电阻，又有切换开关 MUX，所以 P2 端口在功能上兼有 P0 端口和 P1 端口的特点。这主要表现在输出功能上，当切换开关 MUX向左时，从内部总线输出的一位数据经反相器和场效应管反相后，输出在端口引脚线上； 当 MUX 向右时，输出的一位地址信号也经反相器和场效应管反相后，输出在端口引脚线上。 nts 毕业设计（论文）报告用纸 第 10 页 共 37 页 由于 8051单片机必须外接程序存储器才能构成应用电路，而 P2 端口就是用来周期性地输出从外存中取指令的地址 (高 8 位地址 )，因此， P2 端口的切换开关 MUX 总是在进行切换，分时地输出从内部总线来的数据和从地址信号线上来的地址。因此 P2 端口是动态的 I O端口。输出数据虽被锁存，但不是稳定地出现在端口线上。其实，这里输出的数据往往也是一种地址，只不过是外部 RAM的高 8位地址。 在输入功能方面， P2 端口与 P0 和 H端口相同，有读引脚和读锁 存器之分，并且 P2 端口也是准双向口。 可见， P2 端口的主要特点包括： （ 1） 不能输出静态的数据； （ 2） 自身输出外部程序存储器的高 8位地址； （ 3） 执行 MOVX指令时，还输出外部 RAM的高位地址，故称 P2 端口为动态地址端口。 2.5.4 P3口介绍 双功能静态 I O口 P3 端口的一位结构见图 2-9： 图 2-9 P3端口功能结构图 由上图可见， P3 端口和 Pl 端口的结构相似，区别仅在于 P3 端口的各端口线有两种功能选择。当处于第一功能时，第二输出功能线为 1，此时，内部总线信号经锁存器和场效应管输入输出 ，其作用与P1 端口作用相同，也是静态准双向 I O 端口。当处于第二功能时，锁存器输出 1，通过第二输出功能线输出特定的内含信号，在输入方面，即可以通过缓冲器读入引脚信号，还可以通过替代输入功能读入片内的特定第二功能信号。由于输出信号锁存并且有双重功能，故 P3 端口为静态双功能端口。 P3 端口 特殊功能表如下表 2-2所示： 表 2-2 P3 口的特殊功能 表 （即第二功能） 口线 第二功能 信号名称 P3.0 RXD 串行数据接收 P3.1 TXD 串行数据发送 P3.2 INT0 外部中断 0申请 P3.3 INT1 外部中断 1申请 nts 毕业设计（论文）报告用纸 第 11 页 共 37 页 P3.4 T0 定时器 /计数器 0 计数输入 P3.5 T1 定时器 /计数器 1 计数输入 P3.6 WR 外部 RAM 写选通 P3.7 RD 外部 RAM 读选通 使 P3 端品各线处于第二功能的条件是 : （ 1） 串行 I/O 处于运行状态 (RXD,TXD)； （ 2） 打开了处部中断 (INT0,INT1)； （ 3） 定时器 /计数器处于外部计数状态 (T0,T1)； （ 4） 执行读写外部 RAM的指令 (RD,WR)。 在应用中 ,如不设定 P3 端口各位的第二功能 (WR,RD 信叼的产生不用设置 ),则 P3 端 口线自动处于第一功能状态，也就是静态 I O 端口的工作状态。在更多的场合是根据应用的需要，把几条端口线设置为 第二功能，而另外几条端口线处于第一功能运行状态。在这种情况下，不宜对 P3端口作字节操作，需采用位操作的形式。 2.5.5 端口的负载能力和输入输出操作 P0 端口能驱动 8 个 LSTTL 负载。如需增加负载能力，可在 P0 总线上增加总线驱动器。 P1， P2，P3 端口各能驱动 4个 LSTTL负载。 前已述及，由于 P0-P3 端口已映射成特殊功能寄存器中的 P0-P3 端口寄存器，所以对这些端口寄存器的读写就实现了 信息从相应端口的输入输出。例如： MOV A， P1 ；把 Pl 端口线上的信息输入到 ； MOV P1， A ；把 A的内容由 P1 端口输出 ； MOV P3， #0FFH ；使 P3 端口线各位置 l.。 串行端口 : MCS-51系列单片机片内有一个串行 I O端口，通过引脚 RXD(P3.0)和 TXD(P3.1)可与外设电路进行全双工的串行异步通信。 2.5.6 串行端口的基本特点 8051单片机的串行端口有 4种基本工作方式，通过编程设置，可以使其工作在任一方式，以满足不同应用场合的需要。其中，方式 0主要用于外接 移位寄存器，以扩展单片机的 I O电路；方式 1多用于双机之间或与外设电路的通信；方式 2， 3除有方式 l的功能外，还可用作多机通信，以构成分布式多微机系统。 串行端口有两个控制寄存器，用来设置工作方式、发送或接收的状态、特征位、数据传送的波特率 (每秒传送的位数 )以及作为中断标志等。 串行端口有一个数据寄存器 SBUF(在特殊功能寄存器中的字节地址为 99H)，该寄存器为发送和接收所共同。发送时，只写不读；接收时，只读不写。在一定条件下，向阳 UF写入数据就启动了发送过程；读 SBUf就启动了接收过程。 串行通信的波特率可 以程控设定。在不同工作方式中，由时钟振荡频率的分频值或由定时器 Tl的定时溢出时间确定，使用十分方便灵活。 nts 毕业设计（论文）报告用纸 第 12 页 共 37 页 2.5.7 串行端口的工作方式 （ 1） 方式 0 8位移位寄存器输入输出方式。多用于外接移位寄存器以扩展 I O端口。波特率固定为 fosc/12。其中， fosc为时钟频率。 在方式 0中，串行端口作为输出时，只要向串行缓冲器 SBUF写入一字节数据后，串行端口就把此 8位数据以等的波特率，从 RXD 引脚逐位输出 (从低位到高位 )；此时， TXD 输出频率为 fosc/12的同步移位脉冲。数据发送前，仅管不使用中断，中断标 志 TI还必须清零， 8位数据发送完后， TI自动置 1。如要再发送，必须用软件将 TI清零。 串行端口作为输入时， RXD为数据输入端， TXD仍为同步信号输出端，输出频率为 fosc/12的同步移位脉冲，使外部数据逐位移入 RxD。当接收到 8位数据 (一帧 )后，中断标志 RI自动置。如果再接收，必须用软件先将 RI清零。 串行方式 0发送和接收的时序过程见图 2-10。 （ 2） 方式 1 图 2-10 中断方式 0发送接收时序（ a为发送时序， b为接收时序） 10 位异步通信方式。其中， 1 个起始位 (0)， 8 个数据位 (由低位到高位 )和 1 个停 止位 (1)。波特率由定时器 T1 的溢出率和 SMOD位的状态确定。 一条写 SBUF指令就可启动数据发送过程。在发送移位时钟 (由波特率确定 )的同步下，从 TxD先送出起始位，然后是 8位数据位，最后是停止位。这样的一帧 10 位数据发送完后，中断标志 TI 置位。 在允许接收的条件下 (REN 1)，当 RXD出现由 1到 O的负跳变时，即被当成是串行发送来的一帧数据的起始位，从而启动一次接收过程。当 8位数据接收完，并检测到高电乎停止位后，即把接收到的 8位数据装入 SBUF，置位 RI，一帧数据的接收过程就完成了。 方式 1 的数据 传送波特率可以编程设置，使用范围宽，其计算式为： 波特率 2SMOD/32(定时器 T1 的溢出率 ) 其中， SMOD 是控制寄存器 PCON 中的一位程控位，其取值有 0 和 l 两种状态。显然，当 SMOD 0 时，波特率 1/32(定时器 Tl 溢出率 )，而当 SMOD 1 时，波特率 1/16(定时器 T1 溢出率 )。所谓nts 毕业设计（论文）报告用纸 第 13 页 共 37 页 定时器的溢出率，就是指定时器一秒钟内的溢出次数。波特率的算法，以及要求一定波特率时定时器定时初值的求法，后面将详细讨论。 串行方式 1的发送和接收过程的时序见图 2-11。 图 2-11 串行方式 1发送接收 时序（ a方式 1发送时序 b方式 1接收时序） （ 3） 方式 2， 3 11 位异步通信方式。其中， 1个起始位 (0)， 8 个数据位 (由低位到高位 )， 1个附加的第 9位和 1个停止住 (1)。方式 2和方式 3除波特率不同外，其它性能完全相同。 方式 2， 3的发送、接收时序见下图 2-12。 图 2-12 串行方式 2、 3发送接收时序周期 图 a方式 2、 3发送时序，图 b方式 2、 3接收时序 由图可见，方式 2和方式 3与方式 l的操作过程基本相同，主要差别在于方式 2， 3有第 9位数据。 nts 毕业设计（论文）报告用纸 第 14 页 共 37 页 发送时，发送机的这第 9位数据来自该机 SCON中的 TB8，而接收机将接收到的这第 9位数据送入本机 SCON中的 RB8。这个第 9 位数据通常用作数据的奇偶检验位，或在多机通信中作为地址数据的特征位。 方式 2 和方式 3的波特率计算式如下： 方式 2 的波特率 2SMOD/64fosc 方式 3 的波特率 2SMOD/32定时器 T1 的溢出率 由此可见，在晶振时钟频率一定的条件下，方式 2只有两种波特率，而方式 3 可通过编程设置成多种波特率，这正是这两种方式的差别所在。 2.5.8 串行端口的控制寄存器 串行端口共有 2个控制寄存器 SCON和 PCON，用以设置串行端 口的工作方式、接收发送的运行状态、接收发送数据的特征、波特率的大小，以及作为运行的中断标志等。 2.6定时器 /计数器 51 系列单片机有两个 16 位定时器 /计数器：定时器 /计数器 0、定时器 /计数器 1，它们均可用作定时控制、延时以及对外部事件的计数和检测。 2.6.1定时器 /计数器结构 51 单片机内部设置两个 16 位可编程的定时器 /计数器 T0 和 T1，它们具有计数器方式和定时器方式两种工作方式以及 4 种工作模式。其状态字均在相应的特殊功能寄存器中，通过对控制寄存器的编程，用户可以方便地选择适当的工作模式。对每个定时 器 /计数器（ T0 和 T1），在特殊功能寄存器 TMOD中都有一个控制位，它选择 T0 和 T1 为定时器还是计数器。 51 单片机的微处理器与 T0 及 T1 的关系如图 3-1所示，定时 /计数器 T0 由 TL0、 TH0构成， T1 由TL1、 TH1构成。 图 2-13 微处理与 T0及 T1的关系 其中， TMOD 用于控制和确定各定时 /计数器的功能和工作模式； TCON 用于控制定时器 /计数器T0、 T1 的启动和停止计数，同时包含定时器 /计数器的状态。它们属于特殊功能寄存器，其内容靠软件设置。系统复位时，寄存器的所有位都被清零。 当设置为定时工作 方式时，定时器对单片机片内振荡器输出经过 12 分频的脉冲计数，每个机器周期使定时器的数值加 1直到溢出。 nts 毕业设计（论文）报告用纸 第 15 页 共 37 页 当设置为计数器工作方式时，通过引脚 P3.4 和 P3.5 对外部脉冲计数。当输入脉冲信号产生下降沿时，计数器的值加 1，直到计数器溢出。同时硬件置中断标志位 TFX为零，产生出中断。由于检测脉冲 1到 0的跳变消耗了两个机器周期，前一个机器周期检测“ 1”，后一个机器周期检测“ 0”，所以输入脉冲的最高频率不能高于系统晶振频率的 1/24。 无论是计数工作方式还是定时工作方式，都不占用 CPU 的时间。只有当定时器 /计数器溢出时， 才可能引起 CPU 中断，转入中断服务程序，对中断进行处理。图
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