1、第 7 章 微控制器应用技术 第 7 章 微控制器应用技术 7.1 微控制器微控制器 7.2 典型微控制器简介典型微控制器简介 7.3 微控制器在通信设备中的应用微控制器在通信设备中的应用 习题习题7 第 7 章 微控制器应用技术 7.1 微控制器微控制器 微控制器MCU(Micro Controller Unit)又称单片机，即单片微计算机，顾名思义就是将整个计算机系统集成到一块芯片中。在一块MCU芯片上集成了CPU、ROM、RAM、I/O口、定时器系统、计数器、串行口、振荡器、总线、总线逻辑、WatchDog(看门狗)以及各种特殊功能的I/O，如A/D、D/A、LED驱动、LCD驱动、脉宽
2、调制输出PWM、双音多频DTMF、实时时钟产生、音频输出、曼彻斯特编解码、锁相环PLL等各种功能的I/O口，以适应不同的应用需求。一般一个系列的微控制器具有多种衍生产品，每种衍生产品的CPU内核都是一样的，所不同的是存储器、特殊功能的配置以及封装，以使微控制器最大限度地和应用需求相匹配。单片微控制器的基本组成如图7-1所示。第 7 章 微控制器应用技术 图 7-1 单片微控制器的基本组成 第 7 章 微控制器应用技术 7.1.1 基本组成基本组成 1.CPU内核内核 在微控制器中，最重要的模块是CPU内核，它控制着微控制器运行的每一步。CPU内核中包括数据总线缓冲器、程序计数器、算术/逻辑运算
3、器、累加器、变址寄存器、堆栈指针、状态寄存器、内核总线锁存器、地址产生器、指令寄存器、指令译码器、时序及控制模块等。它通过接口数据总线、地址总线以及时钟、复位、中断和测试等有限的信号与外部模块相联系。第 7 章 微控制器应用技术 2.存储器存储器 存储器分为程序存储器和数据存储器两种。程序存储器存放程序指令以及常数、表格等不同应用的用户程序；数据存储器则存放缓冲数据。数据存储器一般包括系统状态寄存器、工作寄存器及一些特殊作用的寄存器。早期的单片微控制器的存储器多采用传统的冯诺依曼结构，即程序存储器和数据存储器共用同一地址总线；而目前的单片微控制器的存储器多采用哈佛结构，即用两组分离的地址总线分
4、别寻址程序存储器和数据存储器。第 7 章 微控制器应用技术 存储器的类型很多。程序存储器主要有掩膜存储器(Masked ROM)、一次掩膜存储器(OTP ROM)、可重复编程只读存储器(EPROM)、电可擦可编程存储器(EEPROM)及闪烁存储器(Flash Memory)。而数据存储器则有随机存取存储器(RAM)、电可擦可编程存储器及闪烁存储器。程序存储器和数据存储器可以集成在单片微控制器芯片上，也可以外部扩展。第 7 章 微控制器应用技术 3.时钟时钟 时钟模块为其它单元提供所需的时钟，通常包括振荡器、系统时钟产生器、系统时钟模式寄存器、系统时钟控制寄存器等。第 7 章 微控制器应用技术
5、4.复位复位 复位是为了使整个电路有一个稳定的状态。在单片微控制器中实现复位的方式有许多种，如上电复位、人工复位、低电压复位、看门狗复位等。当进入复位状态时，一般微控制器将发生以下变化：所有双向口定义成输入反向；I/O 寄存器标志位被清除；复位矢量中的地址进入程序计数器；状态寄存器被设置；所有寄存器被用户程序初始化。第 7 章 微控制器应用技术 5.中断中断 中断指当单片微控制器运行到某个时刻时，接收到中断源发出的中断请求，若中断请求不被阻塞或挂起，并且其优先级高于CUP状态寄存器所设置的中断屏蔽级，则微控制器就去执行中断处理程序，中断处理程序完成后返回到原来的断点处，如图 7-2 所示。第
6、7 章 微控制器应用技术 图 7-2 中断 第 7 章 微控制器应用技术 6.定时器定时器 定时器在微控制器中提供可编程内部定时和读取计数器数值功能。微控制器中的定时器种类很多，如通用定时器、基准定时器、看门狗定时器、空闲定时器等。第 7 章 微控制器应用技术 7.输入输入/输出输出 输入/输出(I/O)是微控制器与外界交换数据的接口。一般单片微控制器都采用双向的I/O口，每条I/O 线都可由软件来定义其作为输入还是输出。通过软件控制还可以确定 I/O 口的电压类型、是否使用内部上拉电阻以及是否选择带施密特触发特性的输入等。微控制器的I/O口结构如图7-3所示。第 7 章 微控制器应用技术 图
7、 7-3 微控制器的I/O口结构 第 7 章 微控制器应用技术 7.1.2 过程通道过程通道 微控制器通过过程通道与被控对象建立起联系，从而构成完整的微控制器应用系统。通道按所完成的功能可分为前向通道、后向通道、人机对话通道和计算机相互通道等。被控对象的状态信息由前向通道进入微控制器，成为微控制器的数据。微控制器依据程序进行处理之后，通过后向通道输出至外部控制元件，实现对被控对象的控制。前向通道与后向通道也可通称为过程通道。人机对话通道是为了对系统进行干预及了解系统运行状态所设置的通道，主要有键盘、显示器、打印机等通道接口。计算机相互通道是解决计算机间相互通信的接口通道，即为微控制器的通信接口
8、。第 7 章 微控制器应用技术 1.前向通道前向通道 前向通道为被测对象与系统相互联系的信号输入通道，即为原始参数输入通道。主要由传感器和信号放大、调节、变换等电路组成。要求其能实时地反映被测对象的真实状态，并具有一定的测量精度，同时应使测量信号满足微控制器输入接口电平要求。A/D转换一般都设置在前向通道中，完成将模拟信号转换成适合微控制器运算、处理的数字信号。第 7 章 微控制器应用技术 2.后向通道后向通道 后向通道是对控制对象实施控制操作的输出通道，其结构特点与控制对象及控制任务密切相关。第 7 章 微控制器应用技术 3.人机对话通道人机对话通道 在微控制器应用系统中，通常需要具有人机对
9、话功能。人机对话通道的一般配置如图7-4所示。图 7-4 人机对话通道的一般配置 第 7 章 微控制器应用技术 4.计算机相互通道计算机相互通道 相互通道是指在多机系统中CPU之间的信号传送通道，用于传送控制指令或数据。微控制器通过相互通道可以方便地构成形形色色的多机系统。相互通道的结构与多机系统配置的状况有关。图7-5为双机系统的相互通道的两种典型结构，图7-6为多机系统的相互通道的两种典型结构。第 7 章 微控制器应用技术 图 7-5 双机系统的相互通道(a)串行总线；(b)并行总线 第 7 章 微控制器应用技术 图 7-6 多机系统的相互通道(a)主从式；(b)串行总线式 第 7 章 微
10、控制器应用技术 7.1.3 控制软件控制软件 控制软件主要包括初始化程序、主控程序、I/O程序、各种中断服务程序以及各功能模块子程序等。主控程序将整个系统的功能划分为若干个模块，每个功能模块对应于一个子程序，各功能模块子程序彼此独立，各自完成不同的功能，由主程序协调各模块之间的关系，共同完成系统功能。I/O程序是控制软件与过程通道的软接口，通过I/O口来实现微控制器与外界的数据、信息交换。各种中断服务程序可以及时处理实时任务，在发生中断请求时，即刻执行中断服务程序，而不必按原程序的执行顺序运行，实现实时任务处理。保证系统正常运行所必需的系统初始状态的设定由初始化程序完成。第 7 章 微控制器应
11、用技术 控制软件是微控制器应用系统的灵魂，程序的优劣直接影响系统的功能和可靠运行。一个好的程序不但要满足系统的功能要求，还要做到简洁、易操作、运行速度快、占用存储空间少。优秀的控制软件一般应具有以下特点：结构清晰、简捷，流程合理；各功能程序实现模块化、子程序化；程序存储区、数据存储区规划合理；运行状态实现标志化管理；人机界面友好；具有软件抗干扰措施及自诊断程序等。第 7 章 微控制器应用技术 目前微控制器应用系统尚未实现标准化、模块化，因此，应用程序编制必须根据硬件配置、器件选择、总线连接方式等具体情况来进行。地址选择与分配、控制信号配置与时序、外部芯片与外设的状态控制等硬件环境要求与应用程序
12、的编制密切相关。在进行应用程序设计时，了解微控制器的存储器地址分配、寻址方式、状态寄存器、特殊功能寄存器，中断控制及入口地址、复位等主要特性以及外围硬件环境是必不可少的。一个好的应用程序编制者必须具备微控制器应用系统的硬件设计能力。第 7 章 微控制器应用技术 微控制器应用系统程序设计大多数采用汇编语言，虽然这样比使用高级语言繁琐，但可充分发挥指令系统的功能和效率，可获得最简练的目标程序。微控制器应用系统不具备自开发能力，应用程序的开发必须借助于一定的开发工具。微控制器应用系统的程序设计、调试过程的难易程度与开发环境密切相关。最基本的开发环境应满足：程序指令及相关数据输入、存储及修改；可设断点
13、运行的程序调试方式以及查询运行状态功能；具有可实现应用系统仿真调试的仿真头；程序固化功能；反汇编及汇编程序文本打印等功能。较经济且常用的开发手段是利用PC机加开发模板及开发软件包，即充分利用PC机系统的软、硬件资源进行微控制器应用系统的开发。微控制器应用系统的开发流程如图7-7 所示。第 7 章 微控制器应用技术 图 7-7 微控制器应用系统的开发流程图 第 7 章 微控制器应用技术 7.2 典型微控制器简介典型微控制器简介 7.2.1 KS56/KS57 三星公司生产的KS56/KS57是在通信产品中应用较多的四位单片机系列，这两个系列的微控制器的指令系统兼容，ROM容量一般为216 KB，
14、RAM容量为2561024字节（4位），I/O口功能丰富，包括有串行口、A/D转换、DTMA、LCD、8位/16位的定时器，为用户编写软件提供了丰富的资源。本节主要介绍其中较典型、应用较广泛的KS57C002。第 7 章 微控制器应用技术 如图7-8所示为KS57C002 的原理框图。KS57C002是一个低成本且较实用的微控制器，它有BUZ口可直接输出音频信号；有串行口，可以方便地对EEPROM或PLL进行操作；有键盘接口；有比较器；有大电流的I/O口，可直接驱动LED；有省电模式；一些常用的功能已用硬件实现，不必再用软件而占用ROM。若 需 要 更 复 杂 的 功 能，可 选 择 KS57
15、C004。KS57C004与 KS57C002 的结构基本一致，它是KS57C002的改进型，它将比较器发展为A/D转换器，增加了I/O口，扩展了ROM空间，并增加了一些其它的辅助功能。第 7 章 微控制器应用技术 图 7-8 KS57C002 的原理框图 第 7 章 微控制器应用技术 KS57C002 的引脚图如图7-9所示。它有两组输入口和五组双向I/O口，共24个I/O引脚，即有6个输入引脚和18个可定义（其中包括6个大电流I/O口）的双向I/O口引脚。I/O口的正常工作取决于口的状态寄存器(PMGn)和上拉状态寄存器(PUMOD)。PMGn是定义口状态的8位寄存器，若置1则相应位为输出
16、引脚，若置0则相应位为输入引脚；PUMOD决定各组口是否接内部上拉电阻，置1时定义上拉电阻有效，置0时则无效。其中，PORT2中的4个引脚还要由口2状态寄存器(P2MOD)来定义是模拟口或数字口，置1时则相应位引脚为数字口，置0时则相应位为模拟口。第 7 章 微控制器应用技术 图 7-9 KS57C002 的引脚排列图 第 7 章 微控制器应用技术 KS57C002 片内有20488 bit的程序存储器ROM，分为矢量地址区、REF指令区和通用程序区三部分；有2564 bit的数据存储器RAM，包括第0区和第15区两个区，其中第0区中包括了32个4位的工作寄存器、通用数据区以及堆栈，第15区为
17、硬件专用寄存器区。第 7 章 微控制器应用技术 KS57C002 一般外接4.19 MHz晶体，产生系统时钟，经分频后提供CPU时钟。基本定时器、定时/计数器、时钟定时器、串行接口、比较器等电路都需要系统时钟的支持。系统时钟经分频后亦可输出到CLO口，时钟的频率以及是否输出受时钟输出状态寄存器(CLMOD)状态的控制。基准定时器提供内部计时功能，用了计数寄存器(BCNT)和状态寄存器(BMOD)两个寄存器，BCNT的工作取决于BMOD的状态，且BCNT中的内容可以读出。KS57C002提供一个8 bit的定时/计数器(TC0)，可软件编程定义定时的时间，并可在TCLO0口输出指定频率的方波信号
18、。第 7 章 微控制器应用技术 定时/计数器用到三个寄存器：参考寄存器(TREF0)、计数器(TCNT0)和状态寄存器(TMOD0)。TREF0中存放定时参考数据，用于TCNT0计数比较之用，TCNT0的工作受TMOD0状态的影响。时钟定时器能产生实时时钟的秒、分、小时等功能，并能产生 2 kHz、4 kHz、8 kHz或16 kHz 的音调信号，由BUZ口输出。8位状态寄存器WMOD决定时钟定时器的工作方式。第 7 章 微控制器应用技术 KS57C002的比较器为四通道结构，有两种工作方式：四通道方式和三通道方式。四通道方式时参考电平采用内部电平，P2.0P2.3均作为模拟信号输入口；而三通
19、道方式是将P2.3口电平作为参考电平，只有P2.0P2.2作为模拟信号输入口。比较器共用了三个寄存器：比较状态寄存器(CMOD)、PORT2状态寄存器(P2MOD)和结果寄存器(CMPREG)。CMOD定义了比较器的工作方式和转换时间，P2MOD决定相应位P2.0P2.3是模拟口还是数字口，CMPREG存放比较以后的结果。第 7 章 微控制器应用技术 串行接口是8位数据，使用了两个寄存器：串行状态寄存器(SMOD)和串行数据缓冲器(SBUF)。SMOD定义串行接口的工作模式，SBUF的内容可读可写。KS57C002提供了7种中断：2个外部中断(INT0、INT1)，3个内部中断(INTB、IN
20、TS、INTT0)，2个准中断(INTK、INTW)。除了准中断外，其余五种中断均为矢量中断，每种矢量中断都有相应固定的矢量地址，可映射到中断服务程序的入口地址。可通过中断状态位(ISX)的设置，实现中断嵌套。中断的优先级取决于中断优先级寄存器(IPR)的定义。外部中断触发方式的选择由中断状态寄存器(IMOD0、IMOD1)决定，键盘中断INTK只有下降沿触发一种方式。第 7 章 微控制器应用技术 KS0KS2作为键盘中断引脚时，须定义为输入口，键盘中断输入口是否有效取决于键盘中断状态寄存器(IMODK)的状态。位顺序传送器(BSC)是一个16位通用寄存器，它可将存放其中的16位数据以任意格式
21、的串行方式传送出去，实现16位串行数据的发送。KS57C002有两种省电模式：停止模式和休眠模式。由电源控制寄存器(PCON)定义省电模式的状态，可通过复位或外部中断退出省电模式。第 7 章 微控制器应用技术 7.2.2 MC68HC05 MC68HC05是MOTOROLA公司生产的系列8位微控制器产品，它功耗小，功能强，常被用于家用电器、仪器仪表或控制设 备 中。通 信 产 品 中 应 用 较 多 的 有 MC68HC05C4/C8、MC68HC05P1/P4/P6、MC68HC05F6/F8等。其中，MC68HC05T由于具有屏幕显示(OSD)、A/D转换和9路PWM输出等功能，特别适合彩
22、色电视机的应用场合。第 7 章 微控制器应用技术 所有的MC68HC05的CPU结构都相同，均为8位结构，图7-10为其结构框图。累加器A是一个通用的8位寄存器，用于存放算术或数据处理运算时的第一操作数和结果。变址寄存器X是8位寄存器，用于变址寻址。程序计数器PC大多是13位寄存器，内容为下一条将执行的指令地址。堆栈指针SP大多也是13位寄存器，其中低6位可变，高7位固定为0000011。每调用一次子程序，需占用两个堆栈单元；每响应一次中断，需占用五个堆栈单元。条件码寄存器CCR即程序状态字(PSW)寄存器，为5位寄存器，从低位到高位依次为进位/借位标志C、零标志位Z、负标志位N、中断控制位I
23、和半进位标志位H。第 7 章 微控制器应用技术 图 7-10 MC68HC05 的CPU结构框图 第 7 章 微控制器应用技术 MC68HC05将所有存储器统一在一个地址空间中，一般包括以下几个部分：I/O口寄存器和控制寄存器的寄存器区；数据存储器RAM区，RAM区底端为堆栈区；程序存储器ROM区；自检或自启动ROM区及矢量地址区。MC68HC05有多组I/O口，每组I/O口中的每个引脚，都可以通过方向寄存器(DDR)控制为输入口或输出口。当引脚为输入口时，读入的是该引脚的电平；当引脚为输出口时，数据先输出到锁存器中，再送至引脚。除普通的I/O口外，MC68HC05还具有一些如同步串行口(SP
24、I)、异步串行通信口(SCI)、A/D口等特殊的I/O口。第 7 章 微控制器应用技术 MC68HC05系统时钟的产生可采用晶体振荡器、陶瓷振荡器、外部时钟以及RC电路。系统时钟二分频后作为CPU时钟，并且支持定时器系统。定时器有三个功能：定时器溢出、输出比较和输入捕捉，可完成定时、规定方波频率输出以及输入波形测量等功能。MC68HC05有多种中断方式：外部中断、定时器中断、SCI中断、SPI中断及软件中断。复位方式有：上电复位、外部RESET引脚低有效复位、监视定时器复位、内部时钟复位以及非法地址取址复位。第 7 章 微控制器应用技术 MC68HC05有两种省电模式：停止模式(STOP)和等
25、待模式(WAIT)。停止模式时，系统时钟停止振荡，CPU、定时器、SCI、SPI等电路停止工作。外部中断和复位可退出停止模式。等待模式时，CPU停止工作，系统始终保持振荡，定时器、SCI、SPI等电路继续工作。外部中断、定时器中断、SCI、SPI中断以及复位可退出等待模式。在MC68HC05掩膜ROM芯片中，自检ROM存放的自校程序可以检测I/O口、定时器、RAM、SCI、SPI、ROM、中断等功能是否正常。对于EPROM或EEPROM芯片，自启动ROM中存放的自启动程序，可执行对EPROM、EEPROM的编程、检验、加密、读出等功能。第 7 章 微控制器应用技术 图 7-11 MC68HC0
26、5C4 的原理框图 第 7 章 微控制器应用技术 图7-11所示为MC68HC05C4的原理框图，图7-12为其引脚排列图。MC68HC05C4的功能特点是：外接晶体或陶瓷振荡体组成片内振荡器；存储器映像I/O口；176字节片内RAM；4160字节的片内用户ROM；24个双向I/O引脚和7个输入口；16位输入捕捉/输出比较定时器；串行通信接口系统SCI；串行外围接口系统SPI；停止、等待省电模式及数据保持模式；COP监视定时器；自检模式；全静态操作；外部、定时器、SCI、SPI四个硬中断。第 7 章 微控制器应用技术 MC68HC05C4中的PD口为多功能I/O口，可用作普通I/O口，还可用于
27、SCI、SPI功能。用作SCI、SPI功能时，PD0、PD1分别为SCI的接收数据输入(RDI)脚和发送数据输出(TDO)脚；PD2、PD3、PD4、PD5分别为SPI的主机输入/从机输出数据线(MISO)、主机输出/从机输入数据线(MOSI)、串行时钟(SCK)和从机选择(SS)。第 7 章 微控制器应用技术 图 7-12 MC68HC05C4 的引脚排列图 第 7 章 微控制器应用技术 图7-13为MC68HC05P4 的引脚排列图。与MC68HC05C4相比较，MC68HC05P4的功能要简单一些：有20个双向I/O引脚和7个输入口;具有同步串行I/O接口，可完成简单的同步串行数据通信功
28、能；SIOP的功能比SPI简单，SIOP需要三个引脚，即串行数据输入SDI、串行数据输出SDO和串行时钟输入/输出SCK；PB口为多功能I/O口，即可用作普通I/O口，又可作为SIOP接口，由SIOP控制寄存器(SCR)的状态决定PB口的功能；不具有SCI和SPI功能。其它功能与MC68HC05C4基本相同。第 7 章 微控制器应用技术 图 7 13 MC68HC05P4 的引脚排列图 第 7 章 微控制器应用技术 7.3 微控制器在通信设备中的应用微控制器在通信设备中的应用 微控制器在通信设备中主要完成各种所需的控制功能，包括收发控制、定时通信、频道预置、信道扫描、自动应答、自动转发、限时发
29、射、发射禁止、功率控制、频道自动选择、扫频控制、自动调谐、频率微调、自动静噪、编码与解码、自动故障检测及告警、键盘操作、显示打印等。无线通信电台受微控制器控制的框图如图7-14所示。第 7 章 微控制器应用技术 图 7-14 无线通信电台受微控制器控制的框图 第 7 章 微控制器应用技术 7.3.1 主控程序主控程序 通信设备控制程序是一个实时多任务系统，控制程序任务多，实时要求高，并且各个任务又都属于一个统一的整体而互相牵连。主控程序的主要工作就是调度多任务操作，为了满足实时性要求，要把大量工作放到中断程序中去完成。在程序结构上，为了尽可能满足实时性要求，一般可采用多级调度任务分配方案，分层
30、次管理。例如对于具有屏幕显示功能的设备，由屏显中断服务程序承担屏幕显示工作实时操作中的中的底层调度，屏显中断始终开放，实时完成屏幕显示的后台刷新。定时中断程序在控制程序中完成实时操作中的中层调度功能。同步信号检测、AFC信号测量等都可由定时中断程序自行完成并设置好标志，为主程序实时提供最新的同步、AFC等信息。有了底层、中层中断调度支持，主程序的工作可变得相对轻松、流畅。图7-15为一般主控程序的流程框图。第 7 章 微控制器应用技术 图 7-15 主控程序的流程图 第 7 章 微控制器应用技术 当要求系统功能更全面、控制任务更繁重时，可采用多机系统完成复杂的控制任务。实际中常采用双机主从结构
31、方式，此时主机主要完成主控程序及主要功能的实现，以及对整机的软件控制和逻辑控制，而控制面板、键盘操作、屏幕显示控制及系统实时时钟则主要由从机来完成。也可采用嵌入式系统结构，由嵌入式微控制器或DSP完成那些控制过程复杂、计算量较大的专项功能。例如在高频自适应通信系统中就是由嵌入式微控制器与DSP来完成通信信道链路质量分析和通信链路的自动建立的。第 7 章 微控制器应用技术 微控制器技术在无线通信中的应用，提高了通信的效率，增加了通信的控制功能方式，大大增强了通信的自动化程度以及灵活性。图7-16为一具有GPS接收功能的移动电台的自动与基站建立联络并报告现状的自动应答通信控制程序的流程图。第 7
32、章 微控制器应用技术 图 7-16 自动应答通信控制程序的流程图(a)主控程序；(b)命令处理子程序 第 7 章 微控制器应用技术 7.3.2 频率合成器的控制与频道选择频率合成器的控制与频道选择 频率合成器作为通信设备中的发射、接收振荡频率源，是微控制器重点控制的部件之一。直接模拟式频率合成器(DAS)频率的改变由微控制器输出指令控制电子开关实现；直接数字式频率合成器(DDS)频率的改变由微控制器输出频率相位控制字实现。锁相式频率合成器频率的改变由微控制器输出指令改变可变分频器的分频比实现。为了保证稳定的输出，压控振荡器VCO的控制电压、鉴相器产生的失锁或锁定信息被送到微控制器进行判断，只有
33、当环路锁定的情况下才允许信号输出，否则不输出信号。第 7 章 微控制器应用技术 对于波段工作的通信设备，通信频道的选择通过频率调谐完成，频率调谐是其正常工作所必要的操作之一。采用微控制器控制频率合成器实现频率调谐，与传统的机械调谐相比，既提高了频率准确度和改频速度，又减小了设备的体积和重量，并扩展了通信控制方式。使用键盘设置或旋转调谐轮，都可以实现微控制器控制的频率调谐。键盘设置方式是通过键盘直接键入工作频率值，再经微控制器将其转换成频率合成器可接受的频率控制码，送入频率合成器而实现频率调谐的。采用传统的旋转调谐轮方式调谐时，可利用光电转换装置将旋转调谐轮的旋转转换成脉冲信号，旋转的方向由脉冲
34、的正、反记忆，分别代表调谐频率的增加、减少。将此脉冲信号送给微控制器去控制频率合成器，完成频率调谐。图7-17为旋转调谐轮调谐控制程序的流程图。第 7 章 微控制器应用技术 图 7-17 旋转调谐轮调谐控制程序的流程图第 7 章 微控制器应用技术 除了调整频率合成器的输出频率外，在频率调谐过程中，微控制器的另一个重要的控制任务是选择与工作频率相适应的射频滤波器，对于采用调谐回路的电路还应控制调谐回路的谐振，使其谐振在工作频率上。微控制器输出的射频回路调谐信号，通过D/A转换可直接加到电调谐元件上调谐回路谐振。采用微控制器后，传统的人工手动频率调谐被自动调谐所取代，在微控制器自动控制下完成本振频
35、率输出、滤波器选择、谐振放大器调整等工作。频道选择、预置、信道扫描、频率微调等都可由微控制器自动完成。图7-18为由微控制器控制的信道扫描程序的流程图。第 7 章 微控制器应用技术 图 7-18 由微处理器控制的信道扫描程序的流程图(a)扫频接收；(b)扫频呼叫 第 7 章 微控制器应用技术 7.3.3 发射功率控制及天线调谐发射功率控制及天线调谐 为了保证通信发射机输出功率适宜、频率满足要求且稳定的射频通信信号，在射频功率放大电路中通常采用较复杂的信号检测及控制电路，它们在微控制器统一协调下相互配合工作。由于射频功率放大器的工作频率高、功率大、元器件工作在极限边缘，故对它进行监测和保护至关重
36、要。现代通信设备在射频功率放大电路中广泛采用微控制器来检测、调整、控制电路的工作状态。图7-19为微控制器控制功放电路框图。它主要完成功率等级控制，波段自动转换，自动电平控制，天线开路保护，负载失配保护，温度检测，风机自动控制，收/发转换以及输入、输出功率指示，电源电压欠压指示，故障指示及告警等功能。通过正反向功率检测、电流检测、负载静态检测以及温度检测，将功放电路的工作状态信息经前向通道送入微控制器，由微控制器分析处理后经后向通道对功放中的相应电路进行控制调整，保证功率放大器始终工作在良好的工作状态下。第 7 章 微控制器应用技术 图 7-19 功放电路控制框图 第 7 章 微控制器应用技术
37、 在长、中、短波通信中，天线阻抗对频率变化异常敏锐，故在波段工作时，天线匹配网络需随工作频率的变化相应地改变网络参数，以保证天线与末级功放的良好匹配。微控制器技术在天线自动调谐中的应用，大大提高了天线匹配调谐时间，目前大量使用的短波自适应通信、跳频通信系统广泛采用了微控制器控制的天线自动调谐系统。经天线自动调谐后，驻波比一般在1.5以下，每个频率点调谐时间典型值为1.0 s左右，在有预置情况下，调谐时间小于0.5 s。天线自动调谐系统又称为自动天线调谐器(Automatic Antenna Couplers)，主要由检测单元、匹配网络单元以及以微控制器为核心的控制单元这三部分组成。第 7 章
38、微控制器应用技术 图7-20为自动天线调谐器的组成框图。当微控制器收到调谐指令后，控制各部分电路进入调谐状态，同时微控制器读入调谐频率代码，并发出相应控制信号选择接入的波段滤波器，使之与谐振频率范围相适应。微控制器对检测单元送来的相位、阻抗、驻波比等信息进行分析处理，根据相位正负及阻抗大小判别匹配网络所处的状况，相应地控制调整匹配网络中的电感L和电容C，同时判别驻波比是否达到要求，一般当驻波比小于1.5后，即可认为匹配达到要求，调谐结束。若驻波比大于1.5，则继续调谐，直至驻波比达到要求。第 7 章 微控制器应用技术 图 7-20 自动天线调谐器的组成框图 第 7 章 微控制器应用技术 7.3
39、.4 显示器与键盘显示器与键盘 显示器与键盘为操作人员提供人机界面，是实现人机对话的纽带。微控制器通过显示将通信电台的工作状态、性能参数、指标及操作提示等信息实时提供给操作人员；操作人员由键盘将各种控制命令送给微控制器，经微控制器处理后，将指令发送给电台各受控单元，使之完成相应的状态转换，实现操作人员的意图。键盘是通信电台中不可缺少的输入装置。第 7 章 微控制器应用技术 1.显示器显示器 LED是一种会发光的二极管，当它的两端加上0.7 V以上的电压时就会立刻发光，通常用来作为信号与状态指示。LED驱动电路的连接有两种：一种是将LED的正极(P)连接到电源，负极(N)加上一个限流电阻后由I/
40、O管脚控制，当I/O管脚输出为低电平时，LED点亮；另一种接法是将LED的负极连接到地，在正极加上一个限流电阻后由I/O管脚控制，当I/O管脚输出高电平时，LED点亮。通常需要10 mA左右的电流才可以驱动LED，若I/O管脚的驱动能力不够，则需加三极管驱动电路。LED可以单个作为显示，也可以多个组合起来构成显示器。七段LED显示器如图7-21所示。第 7 章 微控制器应用技术 图 7-21 七段LED显示器(a)共阳极；(b)共阴极；(c)引脚图 第 7 章 微控制器应用技术 液晶显示LCD由于工作电压低、功耗小、厚度薄、重量轻、可使用CMOS电路直接驱动等特点，被广泛应用于小型化通信设备中
41、。LCD驱动方式有静态驱动和动态驱动两种。静态驱动常用于笔段显示方式，对于点阵式LCD，多使用动态驱动。动态驱动结构将LCD电极组成矩阵形式，使每个LCD像素都由其所在行和列的位置唯一确定，它采用逐行扫描方式和给出列电极像素选择或非选择驱动脉冲来实现所有显示像素的驱动。LCD驱动方式由其内部电极引线的连接方式确定，通常使用者无法改变驱动方式。微控制器中LCD显示模块包括LCD周期控制、偏置控制、开关控制、电压开关、电压产生、亮度调节、显示RAM、时序控制、时序产生、LCD公共驱动、LCD段驱动等功能，图7-22为LCD显示功能框图。第 7 章 微控制器应用技术 图 7-22 LCD显示功能框图
42、 第 7 章 微控制器应用技术 真空荧光屏VFD是一种平板显示器，它依靠电子撞击荧光粉，使荧光粉发光。VFD的特点是显示清晰悦目，发光亮度高于LED和LCD，易于与集成电路配套使用。VFD的工作方式也可分成静态和动态两种。静态工作方式时，栅极始终加有正电压，阳极（段）与电极端子相接，当电极端子加上正电压时，阳极（段）电位为正，从而使显示面发光。图 7-23 为VFD的显示控制结构图。第 7 章 微控制器应用技术 图 7-23 VFD的显示控制结构图 第 7 章 微控制器应用技术 2.键盘键盘 微控制器的键输入可采用独立式按键或矩阵式键盘。独立式按键指直接用I/O口线构成的单个按键电路。矩阵式键
43、盘用I/O口线组成行列结构，按键设置在行列交点上，且按键两端分别与行列线相连接，可通过将行线经上拉电阻接电源，给列线送低电平后读行线状态来判别按键情况；也可通过将列线经上拉电阻接电源，给行线送低电平后读列线状态来判别按键情况。图 7-24 所示为44矩阵式键盘接口的原理图。第 7 章 微控制器应用技术 图 7-24 44矩阵式键盘接口的原理图 第 7 章 微控制器应用技术 键盘工作方式有编程扫描、定时扫描和中断扫描三种。编程扫描工作方式利用CPU工作空闲，调用键盘扫描子程序，来响应键输入要求；定时扫描利用微控制器内部的定时中断，定时调用键盘扫描子程序，来响应键输入要求；中断扫描在有键按下时，才
44、执行键盘扫描。如图7-24所示为中断方式键盘接口，当键盘中有键按下时，与门输出低电平，向CPU申请中断，然后调用键盘扫描子程序响应键的输入要求。第 7 章 微控制器应用技术 在矩阵式键盘中，判别键盘有键按下后，还要判定是哪一个键被按下。通常有扫描法和反转法两种方式。扫描法就是逐行（或逐列）置低电平，同时读入列（或行）状态判定所按下键的位置。反转法采用先置所有行为低电平并同时读列状态，再置所有列为低电平并同时读行状态，而后将两次读数拼接起来的方法判定所按键的位置，反转法只需两步即可判定出按键位置。第 7 章 微控制器应用技术 3.8279键盘、键盘、显示接口芯片显示接口芯片 Intel8279芯
45、片是一种通用的可编程序的键盘、显示接口器件，单个芯片就能完成键盘输入和LED显示控制两种功能。键盘部分提供扫描方式，可与64个按键或传感器阵列相连，并能自动消除开关抖动以及n个键同时按下的保护。显示部分按扫描方式工作，可以显示8或16位LED显示块。图7-25为8279 的内部结构框图。其中：引脚A0为数据选择线，当A0=1时，写入数据为命令字，读出数据为状态字，当A0=0时，读写字节均为数据；SL03为输出扫描线，用来扫描键盘和显示器，可编程设定为编码或译码输出；RL07为回复输入线，是键盘矩阵的行（或列）信号输入线；OUTA03和OUTB03 分别是A、B两组显示信号输出线，两组可独立使用
46、，也可合并使用；BD显示消隐输出；SHIFT移位信号输入，可用作扩展键盘上、下挡功能键；CNTL/STB控制选通输入，可作为控制功能键。第 7 章 微控制器应用技术 图 7-25 8279的内部结构框图 第 7 章 微控制器应用技术 8279与微控制器接口非常方便，由8279构成的标准键盘和显示接口电路如图7-26所示。8379 的键盘最大配置为88，扫描线由SL02经3-8译码器提供，查询线由反馈输入RL07 提供；8279 的显示器最大配置为16位显示，位选线由扫描线SL03经4-16译码器通过驱动器提供，段选线由OUTA03和OUTB03 通过驱动器提供，BD信号线可用来控制译码器，实现显示器消隐。第 7 章 微控制器应用技术 图 7-26 由8279 构成的标准键盘和显示接口电路 第 7 章 微控制器应用技术 习习 题题 7 7-1 简述微控制器的基本组成及各部分的基本工作原理。7-2 什么是过程通道？按功能可分为哪几类？各自所完成的功能是什么？7-3 微控制器的控制软件主要包括哪几部分？各部分的功能是什么？7-4 某渔船具有GPS接收机和与岸台通信的电台，试设计该船与岸台定时联络并传送渔船船名、渔船位置以及航行速度信息的微控制器控制流程。7-5 试设计一微控制器控制的自动转发通信流程。7-6 试设计采用反转法判定矩阵式键盘按键位置的工作流程。
