【正文】 多，書寫簡單的 C程序就可以實(shí)現(xiàn)各種各樣的算術(shù)算法和邏輯控制， 綜合以上幾種方案比較，我們選擇了第三種方案 方案論證 根據(jù)以上所述，我們選擇了用單片機(jī)，矩陣式鍵盤接口。和 LED 數(shù)碼管顯示進(jìn)行本次的設(shè)計(jì)。 第二章 硬件設(shè)計(jì) 總設(shè)計(jì)圖 四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院課程設(shè)計(jì)報(bào)告 第 4頁 單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì) 時(shí)鐘電路 單片機(jī)必須在時(shí)鐘的驅(qū)動(dòng)下才能工作。在單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)時(shí)鐘振蕩電路，只需要外接一個(gè)振蕩源就能產(chǎn)生一定的時(shí)鐘信號送到單片機(jī)內(nèi)部的各個(gè)單元，決定單片機(jī)的工作速度。時(shí)鐘電路如圖 211 所示。 圖 211 時(shí)鐘電路 一般選用石英晶體振蕩器。此電路在加電大約延遲 10ms 后振蕩器起振，在XTAL2 引腳產(chǎn)生幅度為 3V 左右的正弦波時(shí)鐘信號，其振蕩頻率主要由石英晶振的頻率確定。電路中兩個(gè)電容 C1， C2 的作用有兩個(gè)：一是幫助振蕩器起振；二是對振蕩器的頻率進(jìn)行微調(diào)。 C1， C2的典型值為 30PF。 單片機(jī)在工作時(shí)，由內(nèi)部振蕩器產(chǎn)生或由外直接輸入的送至內(nèi)部控制邏輯單元的時(shí)鐘信號的周期稱為時(shí)鐘周期。其大小是時(shí)鐘信號頻率的倒數(shù)，常用 fosc表示。圖中時(shí)鐘頻率為 12MHz，即 fosc=12MHz，則時(shí)鐘周期為 1/12181。s。 復(fù)位電路 單片機(jī)的第 9腳 RST 為硬件復(fù)位端，只要將該端持續(xù) 4 個(gè)機(jī)器周期的高電平即可實(shí)現(xiàn)復(fù)位，復(fù)位后單片機(jī)的各狀態(tài)都恢復(fù)到初始化狀態(tài)，其電路圖如圖211所示。 四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院課程設(shè)計(jì)報(bào)告 第 5頁 圖 211 復(fù)位電路圖 圖中由按鍵 RESET1 以及電解電容 C電阻 R2 構(gòu)成按鍵及上電復(fù)位電路。由于單片機(jī)是高電平復(fù)位，所以當(dāng)按鍵 RESET1 按下時(shí)候，單片機(jī)的 9 腳 RESET管腳處于高電平，此時(shí)單片機(jī)處于復(fù)位狀態(tài)。當(dāng)上電后，由于電容的緩慢充電，單片機(jī)的 9腳電壓逐步由高向低轉(zhuǎn)化，經(jīng)過一段時(shí)間后，單片機(jī)的 9 腳處于穩(wěn)定的低電平狀態(tài)，此時(shí)單片機(jī)上電復(fù)位完畢，系統(tǒng)程序從 0000H 開始執(zhí)行。 值得注意的是，在設(shè)計(jì)當(dāng)中使用到了硬件復(fù)位和軟件復(fù)位兩種功能，由上面的硬件復(fù)位后的各狀態(tài)可知寄存器及存儲(chǔ)器的值都恢復(fù)到了初始值，而前面的功能介紹中提到了倒計(jì)時(shí)時(shí)間的記憶功能，該功能的實(shí)現(xiàn)的前提條件就是不 能對單片機(jī)進(jìn)行硬件復(fù)位，所以設(shè)定了軟復(fù)位功能。軟復(fù)位實(shí)際上就是當(dāng)程序執(zhí)行完畢之后，將程序指針通過一條跳轉(zhuǎn)指令讓它跳轉(zhuǎn)到程序執(zhí)行的起始地址。 單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的描述 主要特性： 與 MCS51 兼容 4K 字節(jié)可編程閃爍存儲(chǔ)器 壽命： 1000 寫 /擦循環(huán) 數(shù)據(jù)保留時(shí)間： 10 年 全靜態(tài)工作： 0Hz24MHz 三級 程序存儲(chǔ)器 鎖定 128 8 位內(nèi)部 RAM 32 可編程 I/O 線 兩個(gè) 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 5個(gè) 中斷源 可編程串行通道 低功耗的閑置和掉電模式 片內(nèi) 振蕩器 和 時(shí)鐘電路 管腳說明： 四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院課程設(shè)計(jì)報(bào)告 第 6頁 VCC：供電電壓。 GND：接地。 P0 口： P0 口為一個(gè) 8 位漏級開路雙向 I/O 口，每腳可吸收 8TTL 門電流。當(dāng) P1口的管腳第一次寫 1時(shí)，被定義為 高阻 輸入。 P0 能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù) /地址的第八位。在 FIASH 編程時(shí)， P0 口作為原碼輸入口，當(dāng) FIASH 進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)， P0 輸出原碼，此時(shí) P0 外部必須被拉高。 P1口： P1 口是一個(gè)內(nèi)部提供 上拉電阻 的 8位雙向 I/O 口， P1口 緩沖器 能接收輸出 4TTL 門電流。 P1 口管腳寫入 1 后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入， P1 口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在 FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí)， P1 口作為第八位地址接收。 P2口： P2 口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的 8位雙向 I/O 口， P2口緩沖器可接收，輸出4個(gè) TTL 門電流，當(dāng) P2口被寫 “ 1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)， P2 口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。 P2 口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或 16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)， P2 口輸出地址的高八位。在給出地址 “ 1”時(shí) ，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)， P2 口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。 P2口在 FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號和控制信號。 P3口： P3 口管腳是 8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O 口，可接收輸出 4 個(gè) TTL 門電流。當(dāng) P3口寫入 “ 1”后，它們被內(nèi)部上拉為 高電平 ，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平， P3口將輸出電流（ ILL）這是由于上拉的緣故。 P3口也可作為 AT89C51 的一些特殊功能口，如下表所示： 口管腳 備選功能 RXD（串行輸入口） TXD（串行輸出口） /INT0（ 外部中斷 0） /INT1（外部中斷 1） T0（記時(shí)器 0 外部輸入） T1（記時(shí)器 1 外部輸入） 四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院課程設(shè)計(jì)報(bào)告 第 7頁 /WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通） /RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通） P3口同時(shí)為閃爍編程和 編程校驗(yàn)接收一些控制信號。 RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持 RST 腳兩個(gè) 機(jī)器周期 的高電平時(shí)間。 ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的 輸出電平 用于鎖存地址的地位字節(jié)。在 FLASH 編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時(shí)， ALE 端以不變的頻率周期輸出正 脈沖信號 ，此頻率為振蕩器頻率的 1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過一個(gè) ALE 脈沖。如想禁止 ALE 的輸出可在 SFR8EH 地址上置 0。此時(shí)， ALE 只有在執(zhí)行 MOVX， MOVC 指令是 ALE 才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài) ALE 禁止，置位無效。 /PSEN：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次 /PSEN 有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的 /PSEN 信號將不出現(xiàn)。 /EA/VPP：當(dāng) /EA 保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（ 0000HFFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。注意加密方式 1 時(shí)， /EA 將內(nèi)部鎖定為 RESET；當(dāng)/EA端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。在 FLASH 編程期間，此引腳也用于施加 12V 編程電源（ VPP）。 XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。 XTAL2：來自反向振蕩器 的輸出。 振蕩器特性 : XTAL1 和 XTAL2 分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)器件， XTAL2 應(yīng)不接。有余輸入至內(nèi)部 時(shí)鐘信號 要通過一個(gè)二分頻 觸發(fā)器 ，因此對外部時(shí)鐘信號的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度 四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院課程設(shè)計(jì)報(bào)告 第 8頁 顯示電路設(shè)計(jì) 器件簡介 單片機(jī) AT89C51 是一種帶 4K 字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器(FPEROM— Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory)的低電壓，高性能 CMOS8 位微處理器，俗稱單片機(jī)。該器件采用 ATMEL 高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 MCS51指令集和輸出管腳 相兼容。由于將多功能 8 位 CPU和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中， ATMEL 的 AT89C51 是一種高效微控制器 顯示器是由發(fā)光二極管顯示字段的顯示器件，也可稱為數(shù)碼管。單片機(jī)系統(tǒng)中通常使用 8 段 LED 數(shù)碼顯示器， 其外形及引腳如圖 1（ a）所示，由圖可見 8段 LED顯示器由 8 個(gè)發(fā)光二極管組成。其中 7個(gè)長條形的發(fā)光二極管排列成 “ 日 ” 字形，另一個(gè)圓點(diǎn)形的發(fā)光二極管在顯示器的右下角作為顯示小數(shù)點(diǎn)用，通過不同的組合可用來顯示各種數(shù)字，包括 A～ F 在內(nèi)的部分英文字母和小數(shù)點(diǎn)“ ． ” 等字樣 共陰和共陽結(jié)構(gòu)的 LED 顯示器各筆劃段名和安排位置是相同的，當(dāng)二極管導(dǎo)通時(shí)，相應(yīng)的筆劃段發(fā)亮，由發(fā)亮的筆劃段組合從而顯示各種字符。 8個(gè)筆劃段dpgfedcba 對應(yīng)于 1B（ 8 位）的 D D D D D D D D0，于是用 8位二進(jìn)制碼就可以表示欲顯示字符的字形代碼。例如，對于共陰極 LED顯示器，當(dāng)公共陰極接地（為零電平），而陽極 dpgfedcba 各段為 01110011 時(shí)，顯示器顯示 “ P”字符，即對于共陰極 LED 顯示器， “ P”字符的字形碼是 0 73。如果是共陽極 LED顯示器，公共陽極接高電平，顯示 “