《通信電子技術(shù)》課件第7章

第7章微控制器應(yīng)用技術(shù)7.1微控制器7.2典型微控制器簡介7.3微控制器在通信設(shè)備中的應(yīng)用習(xí)題77.1微控制器

微控制器MCU(MicroControllerUnit)又稱單片機(jī)，即單片微計(jì)算機(jī)，顧名思義就是將整個計(jì)算機(jī)系統(tǒng)集成到一塊芯片中。在一塊MCU芯片上集成了CPU、ROM、RAM、I/O口、定時器系統(tǒng)、計(jì)數(shù)器、串行口、振蕩器、總線、總線邏輯、WatchDog(看門狗)以及各種特殊功能的I/O，如A/D、D/A、LED驅(qū)動、LCD驅(qū)動、脈寬調(diào)制輸出PWM、雙音多頻DTMF、實(shí)時時鐘產(chǎn)生、音頻輸出、曼徹斯特編解碼、鎖相環(huán)PLL等各種功能的I/O口，以適應(yīng)不同的應(yīng)用需求。一般一個系列的微控制器具有多種衍生產(chǎn)品，每種衍生產(chǎn)品的CPU內(nèi)核都是一樣的，所不同的是存儲器、特殊功能的配置以及封裝，以使微控制器最大限度地和應(yīng)用需求相匹配。單片微控制器的基本組成如圖7-1所示。圖7-1單片微控制器的基本組成7.1.1基本組成

1.CPU內(nèi)核在微控制器中，最重要的模塊是CPU內(nèi)核，它控制著微控制器運(yùn)行的每一步。CPU內(nèi)核中包括數(shù)據(jù)總線緩沖器、程序計(jì)數(shù)器、算術(shù)/邏輯運(yùn)算器、累加器、變址寄存器、堆棧指針、狀態(tài)寄存器、內(nèi)核總線鎖存器、地址產(chǎn)生器、指令寄存器、指令譯碼器、時序及控制模塊等。它通過接口數(shù)據(jù)總線、地址總線以及時鐘、復(fù)位、中斷和測試等有限的信號與外部模塊相聯(lián)系。

2.存儲器存儲器分為程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器兩種。程序存儲器存放程序指令以及常數(shù)、表格等不同應(yīng)用的用戶程序；數(shù)據(jù)存儲器則存放緩沖數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)存儲器一般包括系統(tǒng)狀態(tài)寄存器、工作寄存器及一些特殊作用的寄存器。早期的單片微控制器的存儲器多采用傳統(tǒng)的馮·諾依曼結(jié)構(gòu)，即程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器共用同一地址總線；而目前的單片微控制器的存儲器多采用哈佛結(jié)構(gòu)，即用兩組分離的地址總線分別尋址程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器。

存儲器的類型很多。程序存儲器主要有掩膜存儲器(MaskedROM)、一次掩膜存儲器(OTPROM)、可重復(fù)編程只讀存儲器(EPROM)、電可擦可編程存儲器(EEPROM)及閃爍存儲器(FlashMemory)。而數(shù)據(jù)存儲器則有隨機(jī)存取存儲器(RAM)、電可擦可編程存儲器及閃爍存儲器。程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器可以集成在單片微控制器芯片上，也可以外部擴(kuò)展。

3.時鐘

時鐘模塊為其它單元提供所需的時鐘，通常包括振蕩器、系統(tǒng)時鐘產(chǎn)生器、系統(tǒng)時鐘模式寄存器、系統(tǒng)時鐘控制寄存器等。

4.復(fù)位復(fù)位是為了使整個電路有一個穩(wěn)定的狀態(tài)。在單片微控制器中實(shí)現(xiàn)復(fù)位的方式有許多種，如上電復(fù)位、人工復(fù)位、低電壓復(fù)位、看門狗復(fù)位等。當(dāng)進(jìn)入復(fù)位狀態(tài)時，一般微控制器將發(fā)生以下變化：所有雙向口定義成輸入反向；I/O寄存器標(biāo)志位被清除；復(fù)位矢量中的地址進(jìn)入程序計(jì)數(shù)器；狀態(tài)寄存器被設(shè)置；所有寄存器被用戶程序初始化。

5.中斷中斷指當(dāng)單片微控制器運(yùn)行到某個時刻時，接收到中斷源發(fā)出的中斷請求，若中斷請求不被阻塞或掛起，并且其優(yōu)先級高于CUP狀態(tài)寄存器所設(shè)置的中斷屏蔽級，則微控制器就去執(zhí)行中斷處理程序，中斷處理程序完成后返回到原來的斷點(diǎn)處，如圖7-2所示。圖7-2中斷

6.定時器

定時器在微控制器中提供可編程內(nèi)部定時和讀取計(jì)數(shù)器數(shù)值功能。微控制器中的定時器種類很多，如通用定時器、基準(zhǔn)定時器、看門狗定時器、空閑定時器等。

7.輸入/輸出

輸入/輸出(I/O)是微控制器與外界交換數(shù)據(jù)的接口。一般單片微控制器都采用雙向的I/O口，每條I/O線都可由軟件來定義其作為輸入還是輸出。通過軟件控制還可以確定I/O口的電壓類型、是否使用內(nèi)部上拉電阻以及是否選擇帶施密特觸發(fā)特性的輸入等。微控制器的I/O口結(jié)構(gòu)如圖7-3所示。圖7-3微控制器的I/O口結(jié)構(gòu)7.1.2過程通道

微控制器通過過程通道與被控對象建立起聯(lián)系，從而構(gòu)成完整的微控制器應(yīng)用系統(tǒng)。通道按所完成的功能可分為前向通道、后向通道、人機(jī)對話通道和計(jì)算機(jī)相互通道等。被控對象的狀態(tài)信息由前向通道進(jìn)入微控制器，成為微控制器的數(shù)據(jù)。微控制器依據(jù)程序進(jìn)行處理之后，通過后向通道輸出至外部控制元件，實(shí)現(xiàn)對被控對象的控制。前向通道與后向通道也可通稱為過程通道。人機(jī)對話通道是為了對系統(tǒng)進(jìn)行干預(yù)及了解系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)所設(shè)置的通道，主要有鍵盤、顯示器、打印機(jī)等通道接口。計(jì)算機(jī)相互通道是解決計(jì)算機(jī)間相互通信的接口通道，即為微控制器的通信接口。

1.前向通道

前向通道為被測對象與系統(tǒng)相互聯(lián)系的信號輸入通道，即為原始參數(shù)輸入通道。主要由傳感器和信號放大、調(diào)節(jié)、變換等電路組成。要求其能實(shí)時地反映被測對象的真實(shí)狀態(tài)，并具有一定的測量精度，同時應(yīng)使測量信號滿足微控制器輸入接口電平要求。A/D轉(zhuǎn)換一般都設(shè)置在前向通道中，完成將模擬信號轉(zhuǎn)換成適合微控制器運(yùn)算、處理的數(shù)字信號。

2.后向通道

后向通道是對控制對象實(shí)施控制操作的輸出通道，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與控制對象及控制任務(wù)密切相關(guān)。

3.人機(jī)對話通道在微控制器應(yīng)用系統(tǒng)中，通常需要具有人機(jī)對話功能。人機(jī)對話通道的一般配置如圖7-4所示。圖7-4人機(jī)對話通道的一般配置

4.計(jì)算機(jī)相互通道

相互通道是指在多機(jī)系統(tǒng)中CPU之間的信號傳送通道，用于傳送控制指令或數(shù)據(jù)。微控制器通過相互通道可以方便地構(gòu)成形形色色的多機(jī)系統(tǒng)。相互通道的結(jié)構(gòu)與多機(jī)系統(tǒng)配置的狀況有關(guān)。圖7-5為雙機(jī)系統(tǒng)的相互通道的兩種典型結(jié)構(gòu)，圖7-6為多機(jī)系統(tǒng)的相互通道的兩種典型結(jié)構(gòu)。圖7-5雙機(jī)系統(tǒng)的相互通道(a)串行總線；(b)并行總線圖7-6多機(jī)系統(tǒng)的相互通道(a)主從式；(b)串行總線式7.1.3控制軟件控制軟件主要包括初始化程序、主控程序、I/O程序、各種中斷服務(wù)程序以及各功能模塊子程序等。主控程序?qū)⒄麄€系統(tǒng)的功能劃分為若干個模塊，每個功能模塊對應(yīng)于一個子程序，各功能模塊子程序彼此獨(dú)立，各自完成不同的功能，由主程序協(xié)調(diào)各模塊之間的關(guān)系，共同完成系統(tǒng)功能。I/O程序是控制軟件與過程通道的軟接口，通過I/O口來實(shí)現(xiàn)微控制器與外界的數(shù)據(jù)、信息交換。各種中斷服務(wù)程序可以及時處理實(shí)時任務(wù)，在發(fā)生中斷請求時，即刻執(zhí)行中斷服務(wù)程序，而不必按原程序的執(zhí)行順序運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)實(shí)時任務(wù)處理。保證系統(tǒng)正常運(yùn)行所必需的系統(tǒng)初始狀態(tài)的設(shè)定由初始化程序完成。

控制軟件是微控制器應(yīng)用系統(tǒng)的靈魂，程序的優(yōu)劣直接影響系統(tǒng)的功能和可靠運(yùn)行。一個好的程序不但要滿足系統(tǒng)的功能要求，還要做到簡潔、易操作、運(yùn)行速度快、占用存儲空間少。優(yōu)秀的控制軟件一般應(yīng)具有以下特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)清晰、簡捷，流程合理；各功能程序?qū)崿F(xiàn)模塊化、子程序化；程序存儲區(qū)、數(shù)據(jù)存儲區(qū)規(guī)劃合理；運(yùn)行狀態(tài)實(shí)現(xiàn)標(biāo)志化管理；人機(jī)界面友好；具有軟件抗干擾措施及自診斷程序等。

目前微控制器應(yīng)用系統(tǒng)尚未實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化，因此，應(yīng)用程序編制必須根據(jù)硬件配置、器件選擇、總線連接方式等具體情況來進(jìn)行。地址選擇與分配、控制信號配置與時序、外部芯片與外設(shè)的狀態(tài)控制等硬件環(huán)境要求與應(yīng)用程序的編制密切相關(guān)。在進(jìn)行應(yīng)用程序設(shè)計(jì)時，了解微控制器的存儲器地址分配、尋址方式、狀態(tài)寄存器、特殊功能寄存器，中斷控制及入口地址、復(fù)位等主要特性以及外圍硬件環(huán)境是必不可少的。一個好的應(yīng)用程序編制者必須具備微控制器應(yīng)用系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)能力。

微控制器應(yīng)用系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)大多數(shù)采用匯編語言，雖然這樣比使用高級語言繁瑣，但可充分發(fā)揮指令系統(tǒng)的功能和效率，可獲得最簡練的目標(biāo)程序。微控制器應(yīng)用系統(tǒng)不具備自開發(fā)能力，應(yīng)用程序的開發(fā)必須借助于一定的開發(fā)工具。微控制器應(yīng)用系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)、調(diào)試過程的難易程度與開發(fā)環(huán)境密切相關(guān)。最基本的開發(fā)環(huán)境應(yīng)滿足：程序指令及相關(guān)數(shù)據(jù)輸入、存儲及修改；可設(shè)斷點(diǎn)運(yùn)行的程序調(diào)試方式以及查詢運(yùn)行狀態(tài)功能；具有可實(shí)現(xiàn)應(yīng)用系統(tǒng)仿真調(diào)試的仿真頭；程序固化功能；反匯編及匯編程序文本打印等功能。較經(jīng)濟(jì)且常用的開發(fā)手段是利用PC機(jī)加開發(fā)模板及開發(fā)軟件包，即充分利用PC機(jī)系統(tǒng)的軟、硬件資源進(jìn)行微控制器應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)。微控制器應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)流程如圖7-7所示。圖7-7微控制器應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)流程圖7.2典型微控制器簡介7.2.1KS56/KS57

三星公司生產(chǎn)的KS56/KS57是在通信產(chǎn)品中應(yīng)用較多的四位單片機(jī)系列，這兩個系列的微控制器的指令系統(tǒng)兼容，ROM容量一般為2~16KB，RAM容量為256~1024字節(jié)（4位），I/O口功能豐富，包括有串行口、A/D轉(zhuǎn)換、DTMA、LCD、8位/16位的定時器，為用戶編寫軟件提供了豐富的資源。本節(jié)主要介紹其中較典型、應(yīng)用較廣泛的KS57C002。

如圖7-8所示為KS57C002的原理框圖。KS57C002是一個低成本且較實(shí)用的微控制器，它有BUZ口可直接輸出音頻信號；有串行口，可以方便地對EEPROM或PLL進(jìn)行操作；有鍵盤接口；有比較器；有大電流的I/O口，可直接驅(qū)動LED；有省電模式；一些常用的功能已用硬件實(shí)現(xiàn)，不必再用軟件而占用ROM。若需要更復(fù)雜的功能，可選擇KS57C004。KS57C004與KS57C002的結(jié)構(gòu)基本一致，它是KS57C002的改進(jìn)型，它將比較器發(fā)展為A/D轉(zhuǎn)換器，增加了I/O口，擴(kuò)展了ROM空間，并增加了一些其它的輔助功能。圖7-8KS57C002的原理框圖KS57C002的引腳圖如圖7-9所示。它有兩組輸入口和五組雙向I/O口，共24個I/O引腳，即有6個輸入引腳和18個可定義（其中包括6個大電流I/O口）的雙向I/O口引腳。I/O口的正常工作取決于口的狀態(tài)寄存器(PMGn)和上拉狀態(tài)寄存器(PUMOD)。PMGn是定義口狀態(tài)的8位寄存器，若置1則相應(yīng)位為輸出引腳，若置0則相應(yīng)位為輸入引腳；PUMOD決定各組口是否接內(nèi)部上拉電阻，置1時定義上拉電阻有效，置0時則無效。其中，PORT2中的4個引腳還要由口2狀態(tài)寄存器(P2MOD)來定義是模擬口或數(shù)字口，置1時則相應(yīng)位引腳為數(shù)字口，置0時則相應(yīng)位為模擬口。圖7-9KS57C002的引腳排列圖KS57C002片內(nèi)有2048×8bit的程序存儲器ROM，分為矢量地址區(qū)、REF指令區(qū)和通用程序區(qū)三部分；有256×4bit的數(shù)據(jù)存儲器RAM，包括第0區(qū)和第15區(qū)兩個區(qū)，其中第0區(qū)中包括了32個4位的工作寄存器、通用數(shù)據(jù)區(qū)以及堆棧，第15區(qū)為硬件專用寄存器區(qū)。KS57C002一般外接4.19MHz晶體，產(chǎn)生系統(tǒng)時鐘，經(jīng)分頻后提供CPU時鐘?；径〞r器、定時/計(jì)數(shù)器、時鐘定時器、串行接口、比較器等電路都需要系統(tǒng)時鐘的支持。系統(tǒng)時鐘經(jīng)分頻后亦可輸出到CLO口，時鐘的頻率以及是否輸出受時鐘輸出狀態(tài)寄存器(CLMOD)狀態(tài)的控制。基準(zhǔn)定時器提供內(nèi)部計(jì)時功能，用了計(jì)數(shù)寄存器(BCNT)和狀態(tài)寄存器(BMOD)兩個寄存器，BCNT的工作取決于BMOD的狀態(tài)，且BCNT中的內(nèi)容可以讀出。KS57C002提供一個8bit的定時/計(jì)數(shù)器(TC0)，可軟件編程定義定時的時間，并可在TCLO0口輸出指定頻率的方波信號。

定時/計(jì)數(shù)器用到三個寄存器：參考寄存器(TREF0)、計(jì)數(shù)器(TCNT0)和狀態(tài)寄存器(TMOD0)。TREF0中存放定時參考數(shù)據(jù)，用于TCNT0計(jì)數(shù)比較之用，TCNT0的工作受TMOD0狀態(tài)的影響。時鐘定時器能產(chǎn)生實(shí)時時鐘的秒、分、小時等功能，并能產(chǎn)生2kHz、4kHz、8kHz或16kHz的音調(diào)信號，由BUZ口輸出。8位狀態(tài)寄存器WMOD決定時鐘定時器的工作方式。KS57C002的比較器為四通道結(jié)構(gòu)，有兩種工作方式：四通道方式和三通道方式。四通道方式時參考電平采用內(nèi)部電平，P2.0~P2.3均作為模擬信號輸入口；而三通道方式是將P2.3口電平作為參考電平，只有P2.0~P2.2作為模擬信號輸入口。比較器共用了三個寄存器：比較狀態(tài)寄存器(CMOD)、PORT2狀態(tài)寄存器(P2MOD)和結(jié)果寄存器(CMPREG)。CMOD定義了比較器的工作方式和轉(zhuǎn)換時間，P2MOD決定相應(yīng)位P2.0~P2.3是模擬口還是數(shù)字口，CMPREG存放比較以后的結(jié)果。

串行接口是8位數(shù)據(jù)，使用了兩個寄存器：串行狀態(tài)寄存器(SMOD)和串行數(shù)據(jù)緩沖器(SBUF)。SMOD定義串行接口的工作模式，SBUF的內(nèi)容可讀可寫。

KS57C002提供了7種中斷：2個外部中斷(INT0、INT1)，3個內(nèi)部中斷(INTB、INTS、INTT0)，2個準(zhǔn)中斷(INTK、INTW)。除了準(zhǔn)中斷外，其余五種中斷均為矢量中斷，每種矢量中斷都有相應(yīng)固定的矢量地址，可映射到中斷服務(wù)程序的入口地址?？赏ㄟ^中斷狀態(tài)位(ISX)的設(shè)置，實(shí)現(xiàn)中斷嵌套。中斷的優(yōu)先級取決于中斷優(yōu)先級寄存器(IPR)的定義。外部中斷觸發(fā)方式的選擇由中斷狀態(tài)寄存器(IMOD0、IMOD1)決定，鍵盤中斷INTK只有下降沿觸發(fā)一種方式。KS0~KS2作為鍵盤中斷引腳時，須定義為輸入口，鍵盤中斷輸入口是否有效取決于鍵盤中斷狀態(tài)寄存器(IMODK)的狀態(tài)。位順序傳送器(BSC)是一個16位通用寄存器，它可將存放其中的16位數(shù)據(jù)以任意格式的串行方式傳送出去，實(shí)現(xiàn)16位串行數(shù)據(jù)的發(fā)送。

KS57C002有兩種省電模式：停止模式和休眠模式。由電源控制寄存器(PCON)定義省電模式的狀態(tài)，可通過復(fù)位或外部中斷退出省電模式。7.2.2MC68HC05MC68HC05是MOTOROLA公司生產(chǎn)的系列8位微控制器產(chǎn)品，它功耗小，功能強(qiáng)，常被用于家用電器、儀器儀表或控制設(shè)備中。通信產(chǎn)品中應(yīng)用較多的有MC68HC05C4/C8、MC68HC05P1/P4/P6、MC68HC05F6/F8等。其中，MC68HC05T×由于具有屏幕顯示(OSD)、A/D轉(zhuǎn)換和9路PWM輸出等功能，特別適合彩色電視機(jī)的應(yīng)用場合。

所有的MC68HC05的CPU結(jié)構(gòu)都相同，均為8位結(jié)構(gòu)，圖7-10為其結(jié)構(gòu)框圖。累加器A是一個通用的8位寄存器，用于存放算術(shù)或數(shù)據(jù)處理運(yùn)算時的第一操作數(shù)和結(jié)果。變址寄存器X是8位寄存器，用于變址尋址。程序計(jì)數(shù)器PC大多是13位寄存器，內(nèi)容為下一條將執(zhí)行的指令地址。堆棧指針SP大多也是13位寄存器，其中低6位可變，高7位固定為0000011。每調(diào)用一次子程序，需占用兩個堆棧單元；每響應(yīng)一次中斷，需占用五個堆棧單元。條件碼寄存器CCR即程序狀態(tài)字(PSW)寄存器，為5位寄存器，從低位到高位依次為進(jìn)位/借位標(biāo)志C、零標(biāo)志位Z、負(fù)標(biāo)志位N、中斷控制位I和半進(jìn)位標(biāo)志位H。圖7-10MC68HC05的CPU結(jié)構(gòu)框圖MC68HC05將所有存儲器統(tǒng)一在一個地址空間中，一般包括以下幾個部分：I/O口寄存器和控制寄存器的寄存器區(qū)；數(shù)據(jù)存儲器RAM區(qū)，RAM區(qū)底端為堆棧區(qū)；程序存儲器ROM區(qū)；自檢或自啟動ROM區(qū)及矢量地址區(qū)。MC68HC05有多組I/O口，每組I/O口中的每個引腳，都可以通過方向寄存器(DDR)控制為輸入口或輸出口。當(dāng)引腳為輸入口時，讀入的是該引腳的電平；當(dāng)引腳為輸出口時，數(shù)據(jù)先輸出到鎖存器中，再送至引腳。除普通的I/O口外，MC68HC05還具有一些如同步串行口(SPI)、異步串行通信口(SCI)、A/D口等特殊的I/O口。MC68HC05系統(tǒng)時鐘的產(chǎn)生可采用晶體振蕩器、陶瓷振蕩器、外部時鐘以及RC電路。系統(tǒng)時鐘二分頻后作為CPU時鐘，并且支持定時器系統(tǒng)。定時器有三個功能：定時器溢出、輸出比較和輸入捕捉，可完成定時、規(guī)定方波頻率輸出以及輸入波形測量等功能。

MC68HC05有多種中斷方式：外部中斷、定時器中斷、SCI中斷、SPI中斷及軟件中斷。復(fù)位方式有：上電復(fù)位、外部RESET引腳低有效復(fù)位、監(jiān)視定時器復(fù)位、內(nèi)部時鐘復(fù)位以及非法地址取址復(fù)位。MC68HC05有兩種省電模式：停止模式(STOP)和等待模式(WAIT)。停止模式時，系統(tǒng)時鐘停止振蕩，CPU、定時器、SCI、SPI等電路停止工作。外部中斷和復(fù)位可退出停止模式。等待模式時，CPU停止工作，系統(tǒng)始終保持振蕩，定時器、SCI、SPI等電路繼續(xù)工作。外部中斷、定時器中斷、SCI、SPI中斷以及復(fù)位可退出等待模式。在MC68HC05掩膜ROM芯片中，自檢ROM存放的自校程序可以檢測I/O口、定時器、RAM、SCI、SPI、ROM、中斷等功能是否正常。對于EPROM或EEPROM芯片，自啟動ROM中存放的自啟動程序，可執(zhí)行對EPROM、EEPROM的編程、檢驗(yàn)、加密、讀出等功能。圖7-11MC68HC05C4的原理框圖

圖7-11所示為MC68HC05C4的原理框圖，圖7-12為其引腳排列圖。MC68HC05C4的功能特點(diǎn)是：外接晶體或陶瓷振蕩體組成片內(nèi)振蕩器；存儲器映像I/O口；176字節(jié)片內(nèi)RAM；4160字節(jié)的片內(nèi)用戶ROM；24個雙向I/O引腳和7個輸入口；16位輸入捕捉/輸出比較定時器；串行通信接口系統(tǒng)SCI；串行外圍接口系統(tǒng)SPI；停止、等待省電模式及數(shù)據(jù)保持模式；COP監(jiān)視定時器；自檢模式；全靜態(tài)操作；外部、定時器、SCI、SPI四個硬中斷。MC68HC05C4中的PD口為多功能I/O口，可用作普通I/O口，還可用于SCI、SPI功能。用作SCI、SPI功能時，PD0、PD1分別為SCI的接收數(shù)據(jù)輸入(RDI)腳和發(fā)送數(shù)據(jù)輸出(TDO)腳；PD2、PD3、PD4、PD5分別為SPI的主機(jī)輸入/從機(jī)輸出數(shù)據(jù)線(MISO)、主機(jī)輸出/從機(jī)輸入數(shù)據(jù)線(MOSI)、串行時鐘(SCK)和從機(jī)選擇(SS)。圖7-12MC68HC05C4的引腳排列圖

圖7-13為MC68HC05P4的引腳排列圖。與MC68HC05C4相比較，MC68HC05P4的功能要簡單一些：有20個雙向I/O引腳和7個輸入口;具有同步串行I/O接口，可完成簡單的同步串行數(shù)據(jù)通信功能；SIOP的功能比SPI簡單，SIOP需要三個引腳，即串行數(shù)據(jù)輸入SDI、串行數(shù)據(jù)輸出SDO和串行時鐘輸入/輸出SCK；PB口為多功能I/O口，即可用作普通I/O口，又可作為SIOP接口，由SIOP控制寄存器(SCR)的狀態(tài)決定PB口的功能；不具有SCI和SPI功能。其它功能與MC68HC05C4基本相同。圖7–13MC68HC05P4的引腳排列圖7.3微控制器在通信設(shè)備中的應(yīng)用

微控制器在通信設(shè)備中主要完成各種所需的控制功能，包括收發(fā)控制、定時通信、頻道預(yù)置、信道掃描、自動應(yīng)答、自動轉(zhuǎn)發(fā)、限時發(fā)射、發(fā)射禁止、功率控制、頻道自動選擇、掃頻控制、自動調(diào)諧、頻率微調(diào)、自動靜噪、編碼與解碼、自動故障檢測及告警、鍵盤操作、顯示打印等。無線通信電臺受微控制器控制的框圖如圖7-14所示。圖7-14無線通信電臺受微控制器控制的框圖7.3.1主控程序通信設(shè)備控制程序是一個實(shí)時多任務(wù)系統(tǒng)，控制程序任務(wù)多，實(shí)時要求高，并且各個任務(wù)又都屬于一個統(tǒng)一的整體而互相牽連。主控程序的主要工作就是調(diào)度多任務(wù)操作，為了滿足實(shí)時性要求，要把大量工作放到中斷程序中去完成。在程序結(jié)構(gòu)上，為了盡可能滿足實(shí)時性要求，一般可采用多級調(diào)度任務(wù)分配方案，分層次管理。例如對于具有屏幕顯示功能的設(shè)備，由屏顯中斷服務(wù)程序承擔(dān)屏幕顯示工作實(shí)時操作中的中的底層調(diào)度，屏顯中斷始終開放，實(shí)時完成屏幕顯示的后臺刷新。定時中斷程序在控制程序中完成實(shí)時操作中的中層調(diào)度功能。同步信號檢測、AFC信號測量等都可由定時中斷程序自行完成并設(shè)置好標(biāo)志，為主程序?qū)崟r提供最新的同步、AFC等信息。有了底層、中層中斷調(diào)度支持，主程序的工作可變得相對輕松、流暢。圖7-15為一般主控程序的流程框圖。圖7-15主控程序的流程圖

當(dāng)要求系統(tǒng)功能更全面、控制任務(wù)更繁重時，可采用多機(jī)系統(tǒng)完成復(fù)雜的控制任務(wù)。實(shí)際中常采用雙機(jī)主從結(jié)構(gòu)方式，此時主機(jī)主要完成主控程序及主要功能的實(shí)現(xiàn)，以及對整機(jī)的軟件控制和邏輯控制，而控制面板、鍵盤操作、屏幕顯示控制及系統(tǒng)實(shí)時時鐘則主要由從機(jī)來完成。也可采用嵌入式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，由嵌入式微控制器或DSP完成那些控制過程復(fù)雜、計(jì)算量較大的專項(xiàng)功能。例如在高頻自適應(yīng)通信系統(tǒng)中就是由嵌入式微控制器與DSP來完成通信信道鏈路質(zhì)量分析和通信鏈路的自動建立的。

微控制器技術(shù)在無線通信中的應(yīng)用，提高了通信的效率，增加了通信的控制功能方式，大大增強(qiáng)了通信的自動化程度以及靈活性。圖7-16為一具有GPS接收功能的移動電臺的自動與基站建立聯(lián)絡(luò)并報(bào)告現(xiàn)狀的自動應(yīng)答通信控制程序的流程圖。圖7-16自動應(yīng)答通信控制程序的流程圖(a)主控程序；(b)命令處理子程序7.3.2頻率合成器的控制與頻道選擇頻率合成器作為通信設(shè)備中的發(fā)射、接收振蕩頻率源，是微控制器重點(diǎn)控制的部件之一。直接模擬式頻率合成器(DAS)頻率的改變由微控制器輸出指令控制電子開關(guān)實(shí)現(xiàn)；直接數(shù)字式頻率合成器(DDS)頻率的改變由微控制器輸出頻率相位控制字實(shí)現(xiàn)。鎖相式頻率合成器頻率的改變由微控制器輸出指令改變可變分頻器的分頻比實(shí)現(xiàn)。為了保證穩(wěn)定的輸出，壓控振蕩器VCO的控制電壓、鑒相器產(chǎn)生的失鎖或鎖定信息被送到微控制器進(jìn)行判斷，只有當(dāng)環(huán)路鎖定的情況下才允許信號輸出，否則不輸出信號。

對于波段工作的通信設(shè)備，通信頻道的選擇通過頻率調(diào)諧完成，頻率調(diào)諧是其正常工作所必要的操作之一。采用微控制器控制頻率合成器實(shí)現(xiàn)頻率調(diào)諧，與傳統(tǒng)的機(jī)械調(diào)諧相比，既提高了頻率準(zhǔn)確度和改頻速度，又減小了設(shè)備的體積和重量，并擴(kuò)展了通信控制方式。使用鍵盤設(shè)置或旋轉(zhuǎn)調(diào)諧輪，都可以實(shí)現(xiàn)微控制器控制的頻率調(diào)諧。鍵盤設(shè)置方式是通過鍵盤直接鍵入工作頻率值，再經(jīng)微控制器將其轉(zhuǎn)換成頻率合成器可接受的頻率控制碼，送入頻率合成器而實(shí)現(xiàn)頻率調(diào)諧的。采用傳統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)調(diào)諧輪方式調(diào)諧時，可利用光電轉(zhuǎn)換裝置將旋轉(zhuǎn)調(diào)諧輪的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換成脈沖信號，旋轉(zhuǎn)的方向由脈沖的正、反記憶，分別代表調(diào)諧頻率的增加、減少。將此脈沖信號送給微控制器去控制頻率合成器，完成頻率調(diào)諧。圖7-17為旋轉(zhuǎn)調(diào)諧輪調(diào)諧控制程序的流程圖。圖7-17旋轉(zhuǎn)調(diào)諧輪調(diào)諧控制程序的流程圖

除了調(diào)整頻率合成器的輸出頻率外，在頻率調(diào)諧過程中，微控制器的另一個重要的控制任務(wù)是選擇與工作頻率相適應(yīng)的射頻濾波器，對于采用調(diào)諧回路的電路還應(yīng)控制調(diào)諧回路的諧振，使其諧振在工作頻率上。微控制器輸出的射頻回路調(diào)諧信號，通過D/A轉(zhuǎn)換可直接加到電調(diào)諧元件上調(diào)諧回路諧振。采用微控制器后，傳統(tǒng)的人工手動頻率調(diào)諧被自動調(diào)諧所取代，在微控制器自動控制下完成本振頻率輸出、濾波器選擇、諧振放大器調(diào)整等工作。頻道選擇、預(yù)置、信道掃描、頻率微調(diào)等都可由微控制器自動完成。圖7-18為由微控制器控制的信道掃描程序的流程圖。圖7-18由微處理器控制的信道掃描程序的流程圖(a)掃頻接收；(b)掃頻呼叫7.3.3發(fā)射功率控制及天線調(diào)諧

為了保證通信發(fā)射機(jī)輸出功率適宜、頻率滿足要求且穩(wěn)定的射頻通信信號，在射頻功率放大電路中通常采用較復(fù)雜的信號檢測及控制電路，它們在微控制器統(tǒng)一協(xié)調(diào)下相互配合工作。由于射頻功率放大器的工作頻率高、功率大、元器件工作在極限邊緣，故對它進(jìn)行監(jiān)測和保護(hù)至關(guān)重要?，F(xiàn)代通信設(shè)備在射頻功率放大電路中廣泛采用微控制器來檢測、調(diào)整、控制電路的工作狀態(tài)。圖7-19為微控制器控制功放電路框圖。它主要完成功率等級控制，波段自動轉(zhuǎn)換，自動電平控制，天線開路保護(hù)，負(fù)載失配保護(hù)，溫度檢測，風(fēng)機(jī)自動控制，收/發(fā)轉(zhuǎn)換以及輸入、輸出功率指示，電源電壓欠壓指示，故障指示及告警等功能。通過正反向功率檢測、電流檢測、負(fù)載靜態(tài)檢測以及溫度檢測，將功放電路的工作狀態(tài)信息經(jīng)前向通道送入微控制器，由微控制器分析處理后經(jīng)后向通道對功放中的相應(yīng)電路進(jìn)行控制調(diào)整，保證功率放大器始終工作在良好的工作狀態(tài)下。圖7-19功放電路控制框圖

在長、中、短波通信中，天線阻抗對頻率變化異常敏銳，故在波段工作時，天線匹配網(wǎng)絡(luò)需隨工作頻率的變化相應(yīng)地改變網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，以保證天線與末級功放的良好匹配。微控制器技術(shù)在天線自動調(diào)諧中的應(yīng)用，大大提高了天線匹配調(diào)諧時間，目前大量使用的短波自適應(yīng)通信、跳頻通信系統(tǒng)廣泛采用了微控制器控制的天線自動調(diào)諧系統(tǒng)。經(jīng)天線自動調(diào)諧后，駐波比一般在1.5以下，每個頻率點(diǎn)調(diào)諧時間典型值為1.0s左右，在有預(yù)置情況下，調(diào)諧時間小于0.5s。天線自動調(diào)諧系統(tǒng)又稱為自動天線調(diào)諧器(AutomaticAntennaCouplers)，主要由檢測單元、匹配網(wǎng)絡(luò)單元以及以微控制器為核心的控制單元這三部分組成。圖7-20為自動天線調(diào)諧器的組成框圖。當(dāng)微控制器收到調(diào)諧指令后，控制各部分電路進(jìn)入調(diào)諧狀態(tài)，同時微控制器讀入調(diào)諧頻率代碼，并發(fā)出相應(yīng)控制信號選擇接入的波段濾波器，使之與諧振頻率范圍相適應(yīng)。微控制器對檢測單元送來的相位、阻抗、駐波比等信息進(jìn)行分析處理，根據(jù)相位正負(fù)及阻抗大小判別匹配網(wǎng)絡(luò)所處的狀況，相應(yīng)地控制調(diào)整匹配網(wǎng)絡(luò)中的電感L和電容C，同時判別駐波比是否達(dá)到要求，一般當(dāng)駐波比小于1.5后，即可認(rèn)為匹配達(dá)到要求，調(diào)諧結(jié)束。若駐波比大于1.5，則繼續(xù)調(diào)諧，直至駐波比達(dá)到要求。圖7-20自動天線調(diào)諧器的組成框圖7.3.4顯示器與鍵盤顯示器與鍵盤為操作人員提供人機(jī)界面，是實(shí)現(xiàn)人機(jī)對話的紐帶。微控制器通過顯示將通信電臺的工作狀態(tài)、性能參數(shù)、指標(biāo)及操作提示等信息實(shí)時提供給操作人員；操作人員由鍵盤將各種控制命令送給微控制器，經(jīng)微控制器處理后，將指令發(fā)送給電臺各受控單元，使之完成相應(yīng)的狀態(tài)轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)操作人員的意圖。鍵盤是通信電臺中不可缺少的輸入裝置。

1.顯示器

LED是一種會發(fā)光的二極管，當(dāng)它的兩端加上0.7V以上的電壓時就會立刻發(fā)光，通常用來作為信號與狀態(tài)指示。LED驅(qū)動電路的連接有兩種：一種是將LED的正極(P)連接到電源，負(fù)極(N)加上一個限流電阻后由I/O管腳控制，當(dāng)I/O管腳輸出為低電平時，LED點(diǎn)亮；另一種接法是將LED的負(fù)極連接到地，在正極加上一個限流電阻后由I/O管腳控制，當(dāng)I/O管腳輸出高電平時，LED點(diǎn)亮。通常需要10mA左右的電流才可以驅(qū)動LED，若I/O管腳的驅(qū)動能力不夠，則需加三極管驅(qū)動電路。LED可以單個作為顯示，也可以多個組合起來構(gòu)成顯示器。七段LED顯示器如圖7-21所示。圖7-21七段LED顯示器(a)共陽極；(b)共陰極；(c)引腳圖

液晶顯示LCD由于工作電壓低、功耗小、厚度薄、重量輕、可使用CMOS電路直接驅(qū)動等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于小型化通信設(shè)備中。LCD驅(qū)動方式有靜態(tài)驅(qū)動和動態(tài)驅(qū)動兩種。靜態(tài)驅(qū)動常用于筆段顯示方式，對于點(diǎn)陣式LCD，多使用動態(tài)驅(qū)動。動態(tài)驅(qū)動結(jié)構(gòu)將LCD電極組成矩陣形式，使每個LCD像素都由其所在行和列的位置唯一確定，它采用逐行掃描方式和給出列電極像素選擇或非選擇驅(qū)動脈沖來實(shí)現(xiàn)所有顯示像素的驅(qū)動。LCD驅(qū)動方式由其內(nèi)部電極引線的連接方式確定，通常使用者無法改變驅(qū)動方式。微控制器中LCD顯示模塊包括LCD周期控制、偏置控制、開關(guān)控制、電壓開關(guān)、電壓產(chǎn)生、亮度調(diào)節(jié)、顯示RAM、時序控制、時序產(chǎn)生、LCD公共驅(qū)動、LCD段驅(qū)動等功能，圖7-22為LCD顯示功能框圖。圖7-22LCD顯示功能框圖

真空熒光屏VFD是一種平板顯示器，它依靠電子撞擊熒光粉，使熒光粉發(fā)光。VFD的特點(diǎn)是顯示清晰悅目，發(fā)光亮度高于LED和LCD，易于與集成電路配套使用。VFD的工作方式也可分成靜態(tài)和動態(tài)兩種。靜態(tài)工作方式時，柵極始終加有正電壓，陽極（段）與電極端子相接，當(dāng)電極端子加上正電壓時，陽極（段）電位為正，從而使顯示面發(fā)光。圖7-23為VFD的顯示控制結(jié)構(gòu)圖。圖7-23VFD的顯示控制結(jié)構(gòu)圖

2.鍵盤微控制器的鍵輸入可采用獨(dú)立式按鍵或矩陣式鍵盤。獨(dú)立式按鍵指直接用I/O口線構(gòu)成的單個按鍵電路。矩陣式鍵盤用I/O口線組成行列結(jié)構(gòu)，按鍵設(shè)置在行列交點(diǎn)上，且按鍵兩端分別與行列線相連接，可通過將行線經(jīng)上拉電阻接電源，給列線送低電平后讀行線狀態(tài)來判別按鍵情況；也可通過將列線經(jīng)上拉電阻接電源，給行線送低電平后讀列線狀態(tài)來判別按鍵情況。圖7-24所示為4×4矩陣式鍵盤接口的原理