无线货架自动控制系统 第10页

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中断系统：IE，IP；
定时器/计数器：TMOD，TCON，T0，T1（分别由两个8位寄存器TL0和THO，TL1和TH1组成）；
串行口：SCON，SBUF，PCON。
（一）单片机电路系统设计
    一个单片机微处理器的硬件电路设计包括两个部分：一是系统扩充，即单片机内部如ROM、RAM、I/O口、计数器、中断系统等容量不够使用时，必须在外部进行扩充，选择适当的扩充IC，设计相容的电路。二是系统装置，即按照系统功能要求配置外围设备，如键盘、显示器、打印机、A/D转换器、D/A转换器、串行通信接口，设计合适的接口电路。
    硬件设计需考虑下列几点：
1. 尽可能选择典型电路（市场已有的）。
2. 系统的扩充和外围装置，应充分满足应用系统的要求，并留一些扩充槽，以便进行二次开发。
3. 硬件结构应结合应用软件一并考虑。软件有执行的功能尽可能由软件来执行，以简化硬件结构。但必须注意，由软件执行硬件的功能，其响应的时间比直接使用硬件要长，且占用CPU时间。
4. 整个系统器件尽可能做到性能匹配。例如选用石英振荡器频率较高时，应选用存取速度较快的IC；选择CMOS单片机构成低功耗系统时，系统所有的IC都应选择低功耗IC。
5. 可靠性及抗干扰设计是硬件设计极其重要的部分，包括器件选择、电路板布线、通道隔离等。
6. 单片机微处理器外接电路较多时，必须考虑其驱动能力，驱动能力不足时，系统工作不可靠。解决办法是增加驱动能力，或减少IC功耗，降低总线负载。
图4.3为实际单片机的最小应用系统。P0口作为一般I/O口使用时，由于内部没有上拉电阻，作为输入或输出使用时需外加上拉电阻。本系统中上拉电阻取值为10K。
 
图 4.3   单片机最小应用系统
1  单片机时钟产生
片内电路与片外器件就构成一个时钟产生电路，CPU的所有操作均在时钟脉冲同步下进行。片内振荡器的振荡频率非常接近晶振频率，一般多在1.2MHz～12MHz之间选取。图中的电容是反馈电容，主要是起谐振作用,其值在5pF～30pF之间选取，典型值为30pF。若电路中选用的电容为30pF，晶振频率为12MHz。这样就确定了单片机的4个周期分别是：
振荡周期＝ ；
机器周期（SM）＝ ；
指令周期＝ 。

 

 

图4.4　时钟产生电路
XTAL1和XTAL2：片内振荡电路输入线，这两个端子用来外接石英晶体和微调电容。在石英晶体的两个管脚加交变电场时，它将会产生一定频率的机械变形，而这种机械振动又会产生交变电场，上述物理现象称为压电效应。一般情况下，无论是机械振动的振幅，还是交变电场的振幅都非常小。但是，当交变电场的频率为某一特定值时，振幅骤然增大，产生共振，称之为压电振荡。这一特定频率就是石英晶体的固有频率，也称谐振频率。即用来连接8051片内OSC的定时反馈回路，如图4.4所示。石英晶振起振后要能在XTAL2线上输出一个3V左右的正弦波，以便使MCS-51片内的OSC电路按石英晶振相同频率自激振荡。通常，OSC的输出时钟频率 为0.5MHz-16MHz，典型值为12MHz或者11.0592MHz。电容C可以帮助起振，典型值为30pF，调节它们可以达到微调 的目的。
2  单片机复位电路
图4.5为单片机复位电路。单片机在开机时都需要复位，以便中央处理器CPU以及其他功能部件都处于一个确定的初始状态，并从这个状态开始工作。单片机的复位后是靠外部电路实现的，在时钟电路工作后，只要在单片机的RST引脚上出现24个时钟振荡脉冲（2个机器周期）以上的高电平，单片机便可实现初始化状态复位。MCS-51单片机的RST引脚是复位信号的输入端。例如：若MCS-51单片机时钟频率为12MHz，则复位脉冲宽度至少应该为2μs。

 
图4.5 开机复位电路

（二）单片机串口电路
8051 串行接口是一个可编程的全双工串行通信接口。它可用作异步通信方式（UART），与串行传送信号的外部设备的外部设备相连接，或用于通过标准异步通信协议进行全双工的8051多机系统，也可以通过同步方式，使用TTL或CMOS移位寄存器来扩充I/O口。
8051单片机通过引脚RXD（P3.0，串行数据接收端）和引脚TXD（P3.1，串行数据发送端）与外界通信。SBUF是串行口缓冲寄存器，包括发送寄存器和接收寄存器。他们有相同名字和地址空间，但不会出现冲突，因为一个只能被CPU读出数据，一个只能被CPU写入数据。
1.串行口的控制与状态寄存器
串行口控制寄存器SCON
用于定义串行口的工作方式及实施接收和发送控制。字节地址为98H，其各位定义如下所示。
D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0
SM0 SM1 SM2 REN TB8 RB8 T1 R1
SM0、SM1：串行口工作方式选择位，其定义如表4.2所示。
表4.2  串行口工作方式选择位
SM0  SM1 工作方式 功能描述 比特率
0        0 方式0 8位移位寄存器 fosc/12
0        1 方式1 10位UART 可变
1        0 方式2 11位UART fosc/64或fosc/32
1        1 方式3 11位UART 可变
    其中fosc为晶振频率。
SM2：多机通信控制位。在方式0时，SM2一定要等于0。在方式1中，当（SM2）=1则只有接收到有效停止位时，R1才置1。在方式2或方式3中，当（SM2）=1且接收到的第9位数据RB=0时，R1才置1。
REN：接收允许控制位。由软件置位以允许接收，又由软件的第9位数据，根据需要由软件置1或清0。例如，可约定作为奇偶校验位，或在多机通信中作为区别地址帧或数据帧的标志位。
TB8：是要发送数据的第9位。在方式2或方式3中，要发送的第9位数据，根据需要由软件置1或清0。例如，可约定作为奇偶校验位，或在多机通信中作为区别地址帧或数据帧的标志位。
RB8：接收到数据的第9位。在方式0中不使用RB8。在方式1中，若（SM2）=0，RB8为接收到的停止位。
TI：发送中断标志。在方式0中，第8位发送结束时，由硬件置位。在其他方式的发送停止位前，由硬件置位。T1置位既表示一帧信息发送结束，同时也是申请中断，可根据需要，用软件查询的方法获得数据已发送完毕的信息，或用中断的方式来发送下一个数据。T1必须用软件清0。
RI：接收中断标志位。在方式0，当接收完第8位数据后，由硬件置位。在其他方式中，在接收到停止位的中间时刻由硬件置位。RI置位表示一帧数据接收完毕，可用查询的方法获知或者用中断的方法获知。RI也必须用软件清0。
1. 特殊功能寄存器PCON
PCON是为了在CHMOS的80C51单片机上实现电源控制而附加的。其中最高位是SMOD—波特率倍增位。当SMOD-1时波特率提高一倍，复位后，SMOD=0，波特率恢复。
2.串行口的工作方式
8051单片机的全双工串行口可编程为4种工作方式，现分述如下。
（1） 工作方式0
方式0为移位寄存器输入/输出方式。也可外接同步输入/输出设备。8位串行数据则是从RXD输入或输出，TXD用来输出同步脉冲。
输出：串行数据从RXD引脚输出，TXD引脚输出移位脉冲。CPU将数据写入发送寄存器时，立即启动发送，将8位数据以fos/12的固定比特率从RXD输出，低位在前，高位在后。发送完一帧数据后，发送中断标志T1由硬件置位。
输入：当串行口以方式0接收时，先置位允许接收控制位REN。此时，RXD为串行数据输入端，TXD仍为同步脉冲移位输出端。当（RI）=0和（REN）=1同时满足时，开始接收。当接收到第8位数据时，将数据移入接收寄存器，并由硬件置位RI。
（2） 工作方式1
方式1为波特率可变的10位异步通信接口方式。发送或接收一帧信息，包括1个起始位0，8位数据位和1个停止位1。
 输出：当CPU执行一条指令将数据写入发送缓冲SBUF时，就启动发送。串

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