基于单片机控制的数控x-y工作台系统设计--插补部分精选资料

基于单片机控制的数控x-y工作台系统设计--插补部分精选资料内容摘要：

AT89C52 单片机的内部结构如图 31 所示。 可分为四大部分：内核 CPU 部分、存储器部分、 I/O 接口部分和特殊功能部分（如定时器 /计数器、外中断控制模块等）。 （ 1） AT89C52 单片机的 CPU AT89C52 单片机的 CPU 是 8 位字长，主要包括运算器和控制器两部分。 运算器的功能是进行算术逻辑运算、位处理操作和数据的传送，主要包括： 算术 /逻辑运算单元（ ALU）运算器的核心部件，用来完成基本的算术运算、逻辑运算和位处理操作。 AT89C52 具有极强的“位”处理 功能，可以进行加、减、乘、除、与、或、非、异或、左移、右移、半字节交换、 BCD 码运算、位处理、位检测等运算和操作； 暂存器 TMP1 和 TMP2 作为 ALU 的两个输入，暂时存放参加运算的数据； 累加器 ACC 是一个 8 位寄存器； 寄存器 B，执行乘法或除法指令前，寄存器 B 用来存放乘数或除数， ALU 的另外一个输入来自于ACC，乘法或除法指令执行完成后，寄存器 B 用来存放乘积的高 8 位或除法的余数；执行非乘法或除法指令时，寄存器 B 可以作为一般用途的寄存器使用； 程序状态字寄存器 PSW 是一个 8 位的标志寄存器，用来存放当前指令执行 后的有关状态，为以后指令的执行提供状态依据，因此一些指令的执行结果会影响 PSW 的相关状态标志； PSW 中各位的状态通常在指令执行过程中自动生成，同时 AT89C52 单片机的 PSW 是可编程的，通常程序可以改变 PSW中各位的状态标志。 程序状态字 PSW 各位的状态标志定义如图 32 和表 31 所示； [4] 丁明亮 ,唐前辉 .51 单片机应用设计与仿真 :基于 Keil C 与 Proteus[M].北京 :北 京航空航天大学出版社 ,2020,第 2 页 . 7 图 31 AT89C52 单片机原理结构图 图 32 PSW 各位的状态标志 表 31 PSW 各位的定义 状态标志 定义 含义 CY 高位进位标志 若当前执行指令的运算结果产生进位或借位，该标志被置成 CY=1；否则 CY=0。 AC 辅助进位标志位 又称为半字节进位标志位，在执行加减指令时，如果低半字节向高半字节产生进位或借位，则 AC=1,否则 AC=0。 F0 用户标志位 用户标识位。 有用户根据需要进行置位、清零或检测。 8 RS RS0 工作寄存器组选择位 工作寄存器组选择位。 00 时为工作寄存器 0 组， 01 时为工作寄存器 1 组， 10 时为工作寄存器 2 组， 11 时为工作寄存器 3 组 OV 溢出标志位 所谓溢出是指运算结果数值的绝对值超过了允许表示的最大值，执行运算指令时，如果运算结果超出了目的寄存器 A 所能够表 示的符号数的范围（ 128~+127），硬件自动置位溢出标志位，即 OV=1；否则 OV=0。 保留位 保留位，无意义。 P 奇偶校验标志位 奇偶效验标志位。 用来指示累加其中内容的奇偶性，该位始终跟踪指示累加器中 1 的个数，硬件自动置 1 或清 0.若逻辑运算后累加其中 1的个数为偶数，则 P=0；否则 P=1.常用于效验串行通信中数据传送是否正确。 CPU 中控制器是控制读取指令，识别指令并根据指令的性质协调、控制单片机个组成部件有序工作的重要部件，是 CPU 乃至整个单片机的中枢神经。 控制器由程序计数器 PC、指令寄 存器 IR、指令译码器 ID、堆栈指针 SP、数据指针 DPTR、定时及控制逻辑电路等组成。 控制器的主要功能是控制指令的读入、译码和执行，并对指令的执行过程进行定时和逻辑控制。 根据不同的指令协调单片机各个单元有序工作。 图 33 存储器空间分布图 （ 2） AT89C52 单片机的存储器 AT89C52 单片机芯片内配置有 8KB（ 0000H~1FFFH）的 Flash 程序存储器 ROM 和 256 字节（ 00H~FFH）的数据存储器 RAM，根据需要可外扩到最大 64KB 的程序存储器和 64KB 的数据存储器，因此 AT89C52 的存储器 结构可分为 4 部分：片内程序存储器、片外程序存储器、片内数据存储器和片外数据存储器（见图 33）。 本次设计选用最小系统设计单片机，即不扩展， AT89C52 的存储器结构较为简单：只有单片机自身提供的 8KB Flash 程序存储器 ROM 和 256 字节数据存储器 RAM。 使用时，引脚EA 要提高电平（ 5V），这时，复位后 CPU 从片内 ROM 区的 0000H 单元开始读取指令代码，一直运行到 1FFFH 单元。 如图 所示，虚线框内左侧为片内自带的数据存储器 RAM，此 256 字节单元（ 00H~FFH）的低 128 字节（ 00H~7FH）单元 为用户使用去，高 128 字节（ 80H~FFH）单元为特殊功能寄存器 SFR区。 片内寄存器的 00H~7FH 区又划分成 3 块： 00H~1FH 块是工作寄存器所用； 20H~2FH 块石有位寻址9 功能的单元区； 30H~7FH 是普通 RAM 区。 工作寄存器又分为 4 组，在当前的运行程序中只有某一组是被激活的，谁被激活由程序状态寄存器 PSW 的 RS RS0 两位决定，如表 32 所列。 如表 33 所列出了特殊功能寄存器 SFR 的名称、符号和地址。 在程序设计中，可直接用寄存器名作为寄存器的符号地址使用。 图 34 片内数据寄存器的结构 表 32 工作寄存器激活地址表 组 号 RS1 () RS1 () R0 R1 R2 R3 R4 R5 R6 R7 0 0 0 00H 01H 02H 03H 04H 05H 06H 07H 1 0 1 08H 09H 0AH 0BH 0CH 0DH 0EH 0FH 2 1 0 10H 11H 12H 13H 14H 15H 16H 17H 3 1 1 18H 19H 1AH 1BH 1CH 1DH 1EH 1FH 表 33 特殊功能寄存器 SFR 特殊功能寄存器 功能名称 物理地址 可否位寻址 B 寄存器 B F0H 可以 A(ACC) 累加器 E0H 可以 PSW 程序状态寄存器（标志寄存器） D0H 可以 IP 中断优先级控制寄存器 B8H 可以 P3 P3 口锁存器 B0H 可以 10 IE 中断允许控制寄存器 A8H 可以 P2 P2 口锁存器 A0H 可以 SBUF 串行数据缓 冲器 99H 不可以 SCON 串行接口控制寄存器 98H 可以 P1 P1 口锁存器 90H 可以 TH1 T1 计数器高 8 位寄存器 8DH 不可以 TH0 T0 计数器高 8 位寄存器 8CH 不可以 TL1 T1 计数器低 8 位寄存器 8BH 不可以 TL0 T0 计数器低 8 位寄存器 8AH 不可以 TMOD 定时器 /计数方式控制寄存器 89H 不可以 TCON 定时器控制寄存器 88H 可以 PCON 电源控制寄存器 87H 不可以 DPH 数据指针高 8 位 83H 不可以 DPL 数据指针低 8 位 82H 不可以 SP 堆栈指针寄存器 81H 不可以 P0 P0 口锁存器 80H 可以 （ 3） AT89C52 单片机的 I/O 接口 AT89C52 单片机内部集成了 4 个可编程的并行 I/O 接口（ P0~P3），每个接口电路都有锁存器和驱动器，输入接口电路具有三态门控制。 P0~P3 口同 RAM 统一编址，可以当作特殊功能寄存器 SFR 来寻址。 AT89C52 单片机可以利用其 I/O 接口直接与外围电路相连，使用时， P0~P3 口在开机或复位时均呈高电平。 AT89C52 单片机的并行 I/O 接口有以下应用特性： P0、 P P P3 作为通用 I/O 口使用时，输入操作是读引脚状态；输出操作是对口的锁存器的写入操作，锁存器的状态立即反映到引脚上。 P P P3 口作为输出口时，由于电路内部带上拉电阻，因此无需外接上拉电阻，而 P0 口由于内部无上啦电阻，因此使用它时，必须外接上拉电阻。 P0、 P P P3 作为通用的输入口时，必须使电路中的锁存器写入高电平“ 1”，使场效应管（ FET）VF1 截止，以避免锁存器输出为“ 0”时场效应管 VF1 导通使引脚状态始终被钳位在“ 0”状态。 I/O 口功能的自动识别。 无论是 P0、 P2 口的总线复用功能， 还是 P3 口的第二功能复用，单片机会自动选择，不需要指令选择。 两种读端口的方式。 包括端口锁存器的“读 — 改 — 写”操作和读引脚的操作。 在单片机中，有些指令是读端口锁存器的，如一些逻辑运算指令、置位 /复位指令、条件转移指令以及将 I/O 口作为目的地址的操作指令；有些指令是读引脚的，如以 I/O 口作为源操作数的指令。 I/O 口的驱动特性。 P0 口每一个 I/O 口可驱动 8 个 LSTTL 输入，而 P P P3 口每一个 I/O 口可驱动 4 个 LSTTL 输入。 （ 4） AT89C52 单片机的特殊功能部分 AT89C52 单片机内部集成有定时 器 /计数器、串行通信控制器、外部中断控制器等特殊功能部件，11 从而使 AT89C52 单片机具有定时 /计数功能、全双工串行通信功能、实现对外部事件实时响应的中断处理功能。 以下将重点介绍定时器 /计数器以及外部中断控制器等特殊功能部件，因为本设计中，会重复多次使用到这些特殊功能部件。 AT89C52 单片机内部设有两个 16 位的可编程定时器 /计数器，即定时器 /计数器 0 和定时器 /计数器 1，以及一个可编程定时器 /计数器 2。 控制寄存器 TCON 见表 34，方式控制寄存器 TMOD 表 35，其相应标志位的功能及编程时的使用方法见表 3 37。 表 34 控制寄存器 TCON D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 TF1 TR1 TF0 TR0 IE1 IT1 IE0 IT0 表 35 方式控制寄存器 TMOD T/C1 T/C0 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 GATE C/T M1 M0 GATE C/T M1 M0 表 36 特殊功能寄存器标志位的功能 特殊功能寄存器 标志位 定义和功能 计数寄存器 TH1 T1 计数器高 8 位寄存器 TH0 T0 计数器高 8 位寄存器 TL1 T1 计 数器低 8 位寄存器 TL0 T0 计数器低 8 位寄存器 控制寄存器 TCON TF1 T/C1 的溢出标志，溢出时由硬件置 1，进入中断后又由硬件自动清 0 TR1 T/C1 的启动和停止位，由软件控制。 置 1 时启动 T/C1；清 0 时停止 T/C1。 TF0 T/C0 的溢出标志，溢出时由硬件置 1，进入中断后又由硬件自动清 0 TR0 T/C0 的启动和停止位，由软件控制。 置 1 时启动 T/C1；清 0 时停止 T/C1。 方式控制寄存器TMOD GATE 当 GATE 位置 1 时， T/C0 受到双重控制；只有 INTO 为高电平 且 TR0 位置 1 时 T/C0 才开始工作；当 GATE 位清 0 时， T/C0 仅受到 TR0的控制。 C/T 当该位置 1 时工作在计数器方式，清 0 时工作在定时器方式 M1amp。 M0 用来选择操作模式（见表 ） 12 表 操作模式 M1 M0 操作模式 计数器配置 0 0 模式 0 13 位计数器 0 1 模式 1 16 位计数器 1 0 模式 2 自动重装载的 8 位计数器 1 1 模式 3 T0 分为两个 8 位计数器， T1 停止计数 AT89C52 有 6 个固定的可 屏蔽中断源，它们分别是两个外部中断 INT0 （ ）和 INT1 （ ），三个片内定时器 /计数器溢出中断 TF0、 TF1 和 TF2，一个片内串行口中断 TI 或 RI。 6 个中断源有两个中断优先级，可形成中断嵌套，并在程序存储器中各有固定的中断入口地址。 6 个中断源的符号、名称及产生的条件如下： INT0 ：外部中断 0，由 端口线引入，低电平或下降沿引起。 INT1 ：外部中断 1，由 端口线引入，低电平或下降沿引起。 T0：定时器 /计数器 0 中断，由 T0 计满回零引起。 T1：定时器 /计数器 1 中断，由 T1 计满回零引起。 TI/RI：串行 I/O 中断，串行端口完成一帧字符发送 /接受后引起中断。 T2：定时器 /计数器 2 中断，由 T2 计满回零引起。 下面将对本次设计中使用到的中断控制其专用寄存器进行分析，由于上述已对定时器 /计数器 0、 1控制寄存器 TCON 做了分析，在此不做重复介绍；中断允许控制寄。