作者：雷林均
出版社：电子工业出版社
格式: AZW3, DOCX, EPUB, MOBI, PDF, TXT
单片机控制装置安装与调试 (下册)(含CD光盘1张)试读：
前言
单片机技术的应用越来越广泛，电子技术的应用领域中，几乎可以说“想得到就用得上”。为了推广单片机技术，推动电工电子类专业课程改革，全国技能大赛电工电子类设置了“单片机控制装置安装与调试”竞赛项目。为了满足广大师生对单片机教学及参加技能大赛训练的需要，特编撰此书奉献给读者。
本书以行动导向的思想为指导，通过大量实例，围绕单片机控制装置，由浅入深、由简到繁地安排训练项目。将单片机硬件知识和C语言编程知识分解到实例中，通过“做中学”来教授单片机硬件知识和编程知识，特别适合“做、学、教”一体化教学方案。书中既有基础知识和基本技能的训练，又有满足大赛需要的高级技术、技巧。
单片机编程有汇编语言和C语言两种。采用C语言编程具有代码短、可读性强、可移植性强、开发周期短的优点，特别是在较大规模的单片机运用场合及比较复杂的算法实现上，C语言明显优于汇编语言。因此本书采用C语言进行编程。
笔者在编写过程中，针对每一个模块，总是尽量采用多种程序算法和列举较多的应用实例，以拓展读者思维。例如，对一个简单的“开关控制LED”实验，介绍if语句法、问号语句法、赋值法、函数法等；矩阵键盘取键值的函数，介绍扫描法、反转法、单键判断法等；流水灯效果，介绍十余种程序算法；各种显示器，不但介绍基本的显示技术，还介绍许多显示特效的程序算法；对定时器的应用，给出计数器、频率计、脉宽测量、交通灯、音乐演奏、电子钟、闹钟、农历日历钟等大量实例。
书中实例涵盖全国单片机技能大赛指定设备的所有模块，但不限22于大赛模块，还介绍了并行存储器、IC存储器、IC实时时钟芯片、压力传感器、PS2键盘、非接触式IC卡、USB接口等大量其他常用模块的应用。
本书还特别介绍了基于RTX-51 Tiny多任务操作系统的编程，使读者面对复杂应用系统的开发也能应对自如。
作为综合应用系统设计示例，书中介绍了物料搬运、微波炉、电梯等典型控制系统，还对全国单片机大赛试题进行了详细解析。
即使您是一个单片机“外行”，相信通过本书的学习和实战训练，也一定能快速成长，成为能独立运用单片机技术解决实际问题的技术人才。
本书配套光盘中提供书中所有示例的源程序，同时提供Proteus ISIS仿真电路，方便读者进行实验。
在本书的编写过程中，王莉负责大量文稿处理和校对工作，雷磊负责源程序验证实验工作，在此表示感谢！
由于作者水平有限，书中难免存在一些错误和不足之处，希望广大读者批评指正。
编 者
2011年1月
第6章 AT89S52特殊功能
6.1 节电控制
6.1.1 节电控制寄存器PCONAT89S52单片机可以通过置位PCON的IDL及PD，来进入空闲工作模式或掉电保持模式，从而减少单片机的能耗。
表6.1.1所示为PCON的位定义表6.1.1 PCON的位定义IDL：空闲模式启动位。PD：掉电模式启动位。GF0，GF1：通过标志位。POF：掉电标志。SMOD：波特率加倍控制。使用定时器1作为串行通信波特率发生器时，SMOD置
1，波特率加倍。
PCON只能以字节操作，不能直接进行位操作。例如，置位IDL，可以是PCON|=0x01，不能为IDL=1。
1.空闲节电模式
IDL位置1时，立即进入空闲工作模式。空闲模式下，振荡器继续工作，中断系统、定时器、串行口有效（所有片内的外设仍保持激活状态）；但时钟停止提供给CPU，CPU保持睡眠状态；片内RAM和所有特殊功能寄存器的内容保持不变。
在空闲模式下，任何允许的中断请求，将使IDL清零，退出空闲模式，同时进入中断服务程序。中断函数返回后，执行的第一条指令，是前面进入空闲模式时置位IDL指令的下一条指令。
使用空闲模式时，通常把大多数的任务都放入中断函数；主程序只进行必要的初始化，然后就进入空闲模式；CPU只在中断函数执行时工作，大大降低了单片机的功耗。
2.掉电模式
PD位置1时，立即进入掉电模式。掉电模式下，振荡器停止工作，定时器、串行口停止工作；片内RAM和特殊功能寄存器的内容保持不变。
掉电模式下，原来的AT89C51只能通过硬件复位来结束掉电模式状态。AT89S52进入掉电模式后，还可以由处于使能状态的外中断结束。
如果外中断允许，则外中断的中断请求将清零PD位，退出掉电模式。然后执行中断函数，中断函数返回时，接着执行主程序中置位PD指令的下一条指令。
使用外中断来唤醒单片机时，不管是跳变触发还是低电平触发，均要求低电平能保持足够的时间，让单片机时钟振荡电路起振并稳定工作。
掉电模式可以使单片机处于最低功耗状态。
空闲模式和掉电模式都可以通过硬件复位结束。复位将重新定义除POF位外的全部特殊功能寄存器，但不改变RAM中的内容。复位必须是在V恢复到正常工作电平后进行，且必须保持一定时间。CC
3.掉电标志POF
当AT89S52首次上电时，POF被硬件置1。POF位可以由软件置1或清零，且不受复位影响。利用此标志可以区别初始上电的复位与工作过程中的复位，以便程序做不同的处理。6.1.2 节电模式实验
1.任务书
通过如图6.1.1所示电路，利用上的按钮切换，表现AT89S52不同的节电工作模式。图6.1.1 节电模式实验
2.分析
正常工作模式、空闲模式、掉电模式分别通过点亮D1、D2、D3来指示。空闲模式与掉电模式都能被外部中断唤醒，所以可以实现按钮K对模式的切换。
为了测试POF位，在程序段中让D1通过不同频率的闪烁来表现。
3.程序示例
08行：开启外部中断0。第24行外部中断函数为“空”，仅用于唤醒CPU。
10行：根据掉电标志POF来选择11行或14行。
17行：从空闲模式唤醒，D2闪烁5次。
19行：从掉电模式唤醒，D3闪烁5次。
4.测试（1）上电效果观察。首次上电，D1慢闪2次，按复位键，D1快闪5次。（2）接着LED关闭，说明CPU进入空闲模式。（3）按一下K按钮，D2闪5次，说明空闲模式被INT0中断结束。（4）接着LED又关闭，说明CPU又进入掉电模式。（5）再按一下K按钮，D3闪5次，掉电模式被INT0中断结束。（6）接着D1快闪5次，说明主循环返回。（7）无论空闲模式还是掉电模式，按复位键，D1闪烁5次，说明节电模式可以通过复位结束。复位将使程序重新开始。6.1.3 掉电检测与后备电源
工作中突然停电是不可避免的，为了防止突然停电带来的数据丢失，必须对掉电进行检测。一旦掉电，立即启动数据保护程序，在电源降到下限值之前，将数据移至可靠的位置存储。
后备电源的作用，是在市电掉电时维持单片机的全部或部分工作，保护数据如图6.1.2所示。图6.1.2 后备电源
当市电正常时，通过电源给单片机I/O引脚一个信号，可以是市电经隔离、整流、限幅、整形等处理后的脉冲，也可以是某种电平信号。一旦市电掉电，这个信号及时反映到单片机。单片机通过定时查询或中断等方式获取掉电信号，并立即进行掉电处理，比如关闭电源消耗大的外部设备、将单片机切换成空闲工作模式或掉电模式。
6.2 看门狗WDT
6.2.1 看门狗的作用在微型计算机系统中，由于外界电磁场的干扰，单片机运行时可能出现“死机”。这是由于干扰造成程序的跑飞，陷入了死循环，使单片机控制系统无法正常工作，这将发生不可预料的后果。
为了防止程序跑飞出现死机现象，通常利用“看门狗”来监控单片机的工作。看门狗实际上是一个定时装置，看门狗启动后开始定时，一旦定时到达某个阈值，就会输出复位脉冲。看门狗的定时器可以通过程序清零，编程时需要在程序主循环适当位置添加“清零”看门狗定时器的指令。单片机程序正常运行时，看门狗定时器被不断清零达不到阈值，看门狗电路不会输出复位脉冲。一旦程序跑飞、进入某个死循环后，用于清零看门狗的指令不能被执行，看门狗定时器很快达到预设阈值而输出复位脉冲，使单片机复位。单片机因复位而重新开始工作，退出死机状态。
看门狗具有监视单片机工作的作用。把清零看门狗定时值的指令称为“喂狗”。单片机“喂狗”的时间间隔必须比看门狗定时器的阈值时间小，否则看门狗就会复位单片机。
看门狗定时，可以利用单稳态电路来设计，也可以使用专用看门狗芯片，还可以利用单片机定时器设计软件设计看门狗。很多单片机已经内置了看门狗电路。6.2.2 硬件看门狗
对于不带内置看门狗的单片机，可以使用外置硬件看门狗。实现看门狗功能的电路很多，如时基集成电路555、单稳态触发器74LS123、带振荡电路的计数器CC4060等，都可以设计出看门狗电路。
下面以555时基为例，简要说明其设计原理。如图6.2.1所示，正常工作时，单片机送来的喂狗脉冲WDT_IN经C1使VT导通，不断给C2充电，555保持低电平输出；一旦单片机因进入死循环停止喂狗，则VT截止，555开始振荡，RST_OUT输出高电平使单片机复位。在555输出低电平期间，单片机重新开始工作，喂狗脉冲开始产生，555被锁定在低电平输出。图6.2.1 时基555构成的看门狗复位电路6.2.3 软件抗干扰
1.端口刷新
特殊功能寄存器，特别是I/O寄存器的状态很可能被干扰破坏。程序中通过反复刷新I/O寄存器，能使其受干扰破坏的状态及时得到恢复。
2.程序陷阱
陷阱，就是在程序中间插入一些跳转指令，希望程序跑飞后能落入“陷阱”，实现跳转，进行出错处理或者恢复工作。（1）指令沉余
51单片机的指令有单字节、双字节、三字节几种，如果干扰使程序跑飞后，落到51单片机的多字节指令中间，程序代码的意义就面目全非了。因此在程序中间嵌入一些“空操作”指令，希望程序跑飞后能遇上空操作指令，使程序回归正轨。（2）空操作+跳转
这是指在程序中间嵌入“一长串空操作，后面加一条长跳转汇编指令”。正常工作时，这些指令不被执行；程序跑飞后，一旦进入这个区域，则强制程序跳到出错处理及初始化部分。
3.中断控制
中断控制是指利用定时中断，监视主程序的运行。主程序在定时器没有溢出时，反复清零计数器；如果主程序跑飞，定时器有可能溢出，则通过执行中断程序强制单片机初始化复位。
软件陷阱只能在一定程度上解决程序跑飞问题。与硬件看门狗比起来，软件陷阱程序复杂，降低了程序效率，且效果不佳，特别是在C语言编程中实现起来更是不容易。6.2.4 内置看门狗
AT89S51/52内置有看门狗定时器（WDT）。它由一个14位定时器和看门狗复位（WDTRST）电路构成。单片机复位时，WDT默认为关闭状态。要打开WDT，只要向看门狗定时器（地址为0xA6）顺序写入0x1E、0xE1即可。程序如下：
执行以上两行代码后，WDT即启动。看门狗定时器会在每个机器周期加1。除硬件复位或WDT溢出复位外，没有办法关闭WDT。看门狗定时器不能读取，也不能赋值。当WDT定时器溢出时，将使RST引脚输出持续时间为98个晶振周期的高电平复位脉冲，使单片机复位。
程序正常执行时，为了防止WDT定时器溢出复位单片机，需在程序适当位置放“喂狗”指令。喂狗也是向WDTRST顺序写入0x1E、0xE1。喂狗的目的是清零看门狗定时器，以避免WDT 计数溢出。因WDT定时器是14位的，所以在每16 383个机器周期内必须喂狗一次。
看门狗测试程序如下：
07～09行：复位时，LED闪5次。
10～14行：主循环。进入主循环后，LED停止闪烁。
11行：延时，代替程序正常工作指令。
12，13行：喂狗。每次主循环喂狗一次。
测试：将第11行延时函数参数值改为2 046及以上，发光管会不停闪烁，说明看门狗复位起了作用，单片机被反复重新启动，第08行被执行；如果将延时参数改为2 045及以下，则LED闪烁5次后停止，说明程序正常在10～14行循环。
目前ISIS仿真不能仿真AT89S52的看门狗，请在实验台上实验。
看门狗不是万能的，必须在硬件上进行抗干扰设计，“软硬兼施”提高抗干扰能力。6.2.5 掉电和空闲方式下的WDT
在掉电模式下，晶体振荡停止，WDT也停止。掉电模式下，用户不能复位WDT。有两种方法可以退出掉电模式：通过硬件复位或激活外部中断。当通过硬件复位退出掉电模式时，处理WDT可像通常的上电复位一样。而由中断退出掉电模式则有所不同，中断低电平状态持续到晶体振荡稳定，当中断电平变为高即响应中断服务。为防止中断误复位，当器件复位、中断引脚持续为低时，WDT并未开始计数，直到中断引脚被拉高为止。这为在掉电模式下的中断执行中断服务程序而设置。
为保证WDT在退出掉电模式时极端情况下不溢出，最好在进入掉电模式前复位WDT。
在进入空闲模式前，WDT打开时，WDT是否继续计数由特殊功能寄存器AUXR的WDIDLE位决定，在空闲（IDLE）期间（位WDIDLE=0）默认状态是继续计数。为防止单片机在空闲模式中被复位，应通过定时器中断周期性喂狗，然后重新进入空闲模式。
当位WDIDLE被置位时，在空闲模式中WDT将停止计数，直到从空闲（IDLE）模式中退出才重新计数。6.2.6 辅助寄存器AUXR
表6.2.1所示为辅助寄存器AUXR的位定义。表6.2.1 辅助寄存器AUXR的位定义
DISALE：ALE使能标志位。DISALE=0时，ALE以1/6晶振频率输出信号；DISALE=1时，ALE只在执行MOVX或MOVC指令（访问外部数据或程序）时激活。
DISTRO：看门狗复位禁止。DISTRO=0时，允许看门狗在其定时结束时输出高电平复位信号；DISTRO置1时，看门狗不输出复位信号。
WDIDLE：空闲模式下看门狗使能标志。空闲模式下，WDIDLE=0时，WDT继续计数；WDIDLE=1时，WDT停止计数。
AUXR的地址为0x8E，不能直接进行位操作，只能以字节操作。示例如下：
第7章 扩展单片机的功能
7.1 扩展I/O口
AT89S52有P0，P1，P2，P3四个I/O口，共32根I/O线，如果不能满足应用需要，可以扩展I/O口。7.1.1 串—并转换扩展输出口
通过串—并转换，利用单片机的少量I/O线就可以扩展较多的输出线。下面用74164集成电路做一个简单的示例。关于74164的介绍，请见上册3.1.1节的内容。
1.任务书
利用单片机的两根I/O线，扩展两片74164，用16个LED实现两个LED“相向”和“同向”流动的流水灯效果。
2.电路图
将两片74164级联，只占用单片机两根I/O线。如图7.1.1所示，数据由单片机发送至第一块74164的输入端（1，2脚），第一块74164移位输出（13脚）发送至第二块74164的输入端。两块74164的时钟线并联，同时进行串行移位。通过级联的方式，可以连接更多的74164，扩展出更多的输出线。图7.1.1 74164扩展输出驱动线
3.程序示例
06～12：将16位数据串行发送到74164的函数。
08行：为脉冲上升沿做准备。
试读结束[说明：试读内容隐藏了图片]