基于at89c51的频率和功率因数的测量

基于at89c51的频率和功率因数的测量内容摘要：

湖北师范学院机电与控制工程学院 2020届学士学位论文（设计） 10 （ 3） 振荡器特性 : XTAL1和 XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。 该反向放大器可以配置为片内振荡器。 石晶 振荡和陶瓷振荡均可采用。 如采用外部时钟源驱动器件， XTAL2应不接。 有余输入至内部 时钟信号 要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。 触发器 74LS74 74LS74 内含两个独立的 D 上升沿双 d 触发器，每个触发器有数据输入（ D）、置位输入（ DS ）复位输入（ DR ）、时钟输入（ CP）和数据输出（ Q 、 Q ）。 DS 、 DR 的低电平使输出预置或清除，而与其它输入端的电平无关。 当 DS 、 DR 均无效（高电平式）时，符合建立时间要求的 D数据在 CP 上升沿作用下传送到输出端。 定 时器 /计数器 由于在本课题的设计中会用到单片机的定时 /计数功能，所以在这里将定时器 /计数器的特点详细介绍。 定时和计数是计算机控制系统中两个重要的功能，在实际系统中应用极为 普遍，89C51 单片机内部有两个 16 位可编程定时 /计数器，即定时器 T0 和定时器 T1。 89C51单片机内部还有两个专用寄存器 TMOD、 TCON，可通过编程来设定有关参数，如方式选择、定时计数选择、运行控制、溢出标志、触发方式等控制字。 （一） TMOD 和 TCNO 寄存器 89C51 单片机内部设置的两个 16 位可编程的定时器 /计数器 T0和 T1，它们可以处于计数方式或定时方式。 可通过设置特殊功能寄存器 TMOD 中都有一个控制位来选择 T0或 T1 位定时器还是计数器。 其状态字均在响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 4 中工作模式中的一种。 图 89C51单片机定时器 /计数器的结构图 湖北师范学院机电与控制工程学院 2020届学士学位论文（设计） 11 89C51 单片机定时器 /计数器的结构如图。 其中，特殊功能寄存器 TMOD 用于控制和确定个定时器 /计数器的功能和工作模式；特殊功能寄存器 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。 它们的内容靠软件设置。 系统复位时，寄存器的所有位都被清零。 1. 工作方式控制寄存器 TMOD 图 TMOD寄存器个为定义 TMOD 用于设定定时器 /计数器的工作方式及四种工作模 式中的一种，其各位的定义如图 所示。 TMOD 地址为 89H，高 4 位位定时器 T1 的方式控制字段，低 4 位位定时器 T0 的方式控制字段。 （ 1）门控位 GATE：当 GATE=0 时，定时器 /计数器只有软件控制位 TR0 或 TR1 来控制启停。 TR1 位为 1，定时器启动开始工作；位 0 时，定时器调整工作。 当 GATE=1 时，定时器 /计数器的启动要由外部中断引脚和 TR1 为共同控制。 只有当中断引脚 0INT 和1INT 为高时， TR0 或 TR1置 1才能启动定时器工作。 （ 2） C/T : C/T =0 为定时器方式，采用晶振脉冲的 12 分频信号作为计数器的计数脉冲，即对机器周期进行计数。 若选择 12MHz 晶振，则定时器的计数脉冲为 1MHz。 从定时器的计数值便可求得技术时间，故称为定时器方式。 C/T =1 为计数器方式，采用外部引脚（ T0为 ， T1 为 ）的输入脉冲作为计数脉冲。 当 T0（或 T1）输入发生高到低的负跳变时， 计数器加 1，最高计数频率为晶振频率的 1/14。 M1 M0：定时器的工作方式由 M1M0 二位的状态确定，对应关系如下所示。 M1 M0 工作方式 功能描述 0 0 方式 0 13 位的计数器， TL0 只用低 5位 0 1 方式 1 16 位的计数器 1 0 方式 2 8 位的自动重装计数初值的计数器 湖北师范学院机电与控制工程学院 2020届学士学位论文（设计） 12 1 1 方式 3 T0 分成 2 个独立的 8位计数器 2. 定时器 /计数器控制寄存器 TCON 控制寄存器 TCON 的主要 功能是用于定时器的启动、停止以及在溢出时设定标志位和外部中断触发方式。 它的字节地址位 88H，位地址位 88H~8FH。 其控制字各位的定义如表 所示。 低 4位与外部中断有关，高 4位的功能如下： （ 1） TF1 位 T1的溢出标志位 当定时器 T1 溢出时，由硬件将 TF1 置 1，并申请中断。 当进入中断服务程序时，硬件又自动将 TF1 清零（也可以用软件清零）。 （ 2） TR1 位定时器 T1 的运行控制位 该位由软件置位和复位。 当 GATE()为 0 时， TR1 为 1 时允许 T1 计数， TR1为 0时禁止 T1计数；当 GATE 为 1时， TR1 为 1时而且 1INT 输入高电平时，才允许 T1计数， TR1 为 0或 1INT 输入为低电平时禁止 T1计数。 （ 3） TF0 为定时器 T0 的溢出标志位 当定时器 T0 溢出时，由硬件将 TF0 置 1，并申请中断。 当进入中断服务程序时，硬件又自动将 TF0 清零（也可以用软件清零）。 （ 4） TR0 为定时器 T0 的运行控制位 该位由软件置位和复位。 当 GATE（ ）为 0 时， TR0 为 1 时允许 T0 计数 TR0为 0时禁止 T0计数；当 GATE 为 1时， TR0 为 1而且 0INT 输入高电平时，才允许 T0 计数， TR0 为 0 或 0INT 输入为低电平时，禁止 T0计数。 （二）定时器 /计数器的初始化 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 表 TCON寄存器个位定义 TF1 TR1 TF0 TR00O IE1 IT1 IE0 IT0 湖北师范学院机电与控制工程学院 2020届学士学位论文（设计） 13 定时器的功能是由软件来设置的，所以一般在使用定时器 /计数器前均要对其进行初始化。 初始化的步骤 1） 确定工作模式（是计数还是定时）、工作方式、启动控制方式，将其写入 TMOD寄存器。 2） 设置定时或计数器的初值：可直接将初值写入 TH0、 TL0 或 TH TL1 中。 16位计数初值必须分两次写入对应的计数器。 3） 根据要求是否采用中断方式：直接对 IE 为赋值。 开放中断时，对应位置位；采用程序查询方式 IE 位应清 0 进行中断屏蔽。 4） 启动定时器工作：可使用 SETB TR1 启动。 若第一步设置为软启动，即 GATE 设置为 0时，以上指令执行后，定时器即可开始工作。 若 GATE 设置为 1 时，还必须由外部中断引脚 INTi (其中 i为 0或 1)共同控制，只有当 INTi 引脚电平为高时，以上指令执行后定时器方可启动工作。 定时器一旦启动就按规定的方式定时或计数。 中断系统 当 CPU正在处理某事件时外界发生了更为紧急的请求，要求 CPU 暂停当前的工作，转而去处理这个紧急事件。 处理完成后，再回到原来被中断的地方继续原来的工作，这样的过程称为中断。 实现这一功能的部件称为中断系统，请示 CPU 中断的请求源称为中断源。 中断系统是使处理机对外界异步事件具有处理能力而设置的。 功能越强的中断系统，其对外界异步事件的处理能力越强。 89C51 单片机有 5个中断源，当中断源同时向 CPU请求中断时，就存在 CPU 优先响应哪个中断源的问题。 通常根据中断源的轻重缓急排队，优先处理最紧急事件的中断请求源，即规定每一个中断源有一个优先级别， CPU 总是最先响应级别最高的中断。 它可分为两个中断优先级，即高级优先级和低级优先级；可实现两级中断嵌套。 用户可以用关中断指令（或复位）来屏蔽所有的中断请求，也可以用开中断指令使 CPU 接受中断申请。 即每一个中断源的优先级都可以由程序来设定。 （一） 中断源 湖北师范学院机电与控制工程学院 2020届学士学位论文（设计） 14 在 89C51 单片机中，有 5个中断源：两个外部 0INT （ ）和 1INT （ ）输入的中断源、两个定时器 T0 和 T1 的溢出中断和一个串行发送 /接收中断。 (1)外部中断源： 0INT 和 1INT 89C51 外部中断 0 和外部中断 1 的中断请求信号分别有 和 引脚输入。 并允许外部中断源以低电平活负边沿两种中断取法方式来输入中断请求信号。 请求信号的有效电平可由定时器控制寄存器 TCON 的 IT0 和 IT1 设置，如图 所示。 图 定时器控制寄存器 TCON各位的定义 89C51 会在每个机器周期的 S5P2 时对 0INT 和 1INT 线上中断请求信号进行一次检测，检测方式和中断触发方式的选取有关。 若 89C51 设定为电平触发方式（即 IT0=0 或IT1=0），则 CPU 检测到 0INT / 1INT 上低电平时就可认定其上中断请求有效；若设定为边沿触发方式（即 IT0=1 或 IT1=1 时），则 CPU 会在相继的两个周期内两次检测0INT / 1INT 线上电平才能确定其上的中断请求是否有效，即前一次检测为高电平和后一次检测到为低电平时 0INT / 1INT 上中断请求才有效。 由于外部中断信号每个机器周期被采样一次，有引脚 0INT 和 1INT 输入的信号应至少保持一个机器周期，即 12 个振荡周期。 如果外部为边沿触发方式， 则引脚出输入的信号的搞电平个低电平至少各保持一个周期，才能确保 CPU 检测到电平的调变；而如果采用电平触发方式，外部中断源应一直保持中断请求有效，直到得到响应为止。 （二 ）中断控制 CPU 对中断源的开放和屏蔽，以及每个中断源是否被允许中断，都受中断允许寄存器 IE控制。 每个中断源优先级的设定，则由中断优先级寄存器 IP控制。 寄存器状态可湖北师范学院机电与控制工程学院 2020届学士学位论文（设计） 15 通过程序由软件设定。 (1)中断的开放和屏蔽 89C51 没有专门的开中断和关中断指令，中断的开放和关闭是通过中断允许寄存器 IE进行两级控制的。 所谓两 级控制是指有一个中断允许总控制位 EA，配合各中断源的中断允许控制位共同实现对中断请求的控制。 这些中断允许控制位集成在中断允许寄存器 IE 中，如表。 表 中断允许寄存器 IE 现对 IE 各位的说明如下： EA() 为 CPU 中断走允许位， EA=0， CPU 关中断，禁止一切中断。 EA=1,CPU 开放中断，而每个中断源是否开放还是屏蔽分别由各自的允许位确定。 （ ） 保留位。 ET2（ ） 为定时器 2 中断允许位，仅用于 52 子系列单片机中， ET2=1 允许 定时器 2中断，否则禁止中断。 ES（ ） 为串行口中断允许位。 ES=1，允许串行口的接收和发送中断； ES=0 禁止串行口中断。 ET1（ ） 为定时器 1（ T1溢出中断）中断允许位。 ET1=1，允许 T1中断，否则禁止中断。 EX1() 为外部中断 1（ 1INT ）的中断允许位。 EX1=1 允许外部中断 1 中断；否则禁止中断。 ET0() 为定时器 0（ T0 溢出中断）的中断允许位。 ET0=1 允许 T0 中断，否则禁止中断。 EX0() 为外部中断 0（ 0INT ）的中断允许位。 EX0=1 允许外部中断 0 中断，否则禁止中断。 中断允许寄存器 IE 的单元地址是 A8H，个控制位（位地址为 A8H~AFH）也可位寻址，可以进行字节寻址也可位寻址。 所以既可以用字节传送指令又可以用位操作指令来对各个中断请求加以控制。 湖北师范学院机电与控制工程学院 2020届学士学位论文（设计） 16 LCD1602 液晶显示 1602 液晶也叫 1602 字符型液晶它是一种专门用来显示字母、数字、符号等的 点阵型液晶模块它有若干个 5X7 或者 5X11 等点阵字符位组成，每个点阵字符位都可以显示一个字符。 每位之间有一个点距的间隔每 行之间也有间隔起到了字符间距和行间距的作用，正因为如此所以他不能显示图形。 （ 1）管脚功能： 1602 采用标准的 16脚接口，其中： 第 1脚： VSS 为电源地 第 2脚： VDD 接 5V 电源正极 第 3脚： V0 为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地电源时对比度最高（对比度过高时会 产生 “ 鬼影 ” ，使用时可以通过一个 10K 的电位器调整对比度）。 第 4脚： RS 为寄存器选择，高电平 1时选择数据寄存器、低电平 0时选择指令寄存器。 第 5脚： RW 为读写信号线，高电平 (1)时进行读操作，低电平 (0)时 进行写操作。