【正文】 的開關(guān)。它利用機械鐘帶動開關(guān)來控制煤氣閥門。 定時器確實是一項了不起的發(fā)明，使相當多需要人控制時間的工作變得簡單了許多 ， 家用電器 都安裝了定時器來控制開關(guān)或工作時間。 設(shè)計要求 主要內(nèi)容和任務(wù)：完成單片機最小系統(tǒng)板設(shè)計與制作，在此基礎(chǔ)上通過編程設(shè)計家用多路定時控制器。 目標：通過編寫程序，使單片機最小系統(tǒng)具有正常數(shù)字鐘功能， 包括時間校正，具有至少三路定時開關(guān)控制功能，每路定時時間可以任意設(shè)置。 3 2 關(guān)鍵技術(shù) 及研究 主控電路 51 系列單片機 作為系統(tǒng)設(shè)計的核心，它具有高效能和資源占用率較低等特點，通過對里程的計數(shù)來控制報站的時候，完全無人工介入。 AT89C 單片機的結(jié)構(gòu)主要由 1 個 8位 CPU、片內(nèi) Flash 存儲器、片內(nèi) RAM、 4 個 8 位的雙向可尋址 I/O 接口、一個雙全工UART 的串行借口， 2 個 16 位的定時器 /計數(shù)器、多個優(yōu)先級的潛逃中斷結(jié)構(gòu)，以及一個片內(nèi)振蕩器和時鐘電路?，F(xiàn)在 51 系列的單片機結(jié)合 C 語言、匯編等程序，單片機可以實現(xiàn)豐富的功能，并且部分設(shè)計可以直接進行方針實現(xiàn)相應(yīng)的功能。 設(shè)計選擇單片機的結(jié)構(gòu) 該設(shè)計選擇的單片機為 STC89C52，這種微處理器 是一個低功耗，高性能 CMOS 8位單片機，片內(nèi)含 4k Bytes ISP(Insystem programmable)的可反復(fù)擦寫 1000 次的 Flash只讀程序存儲器，器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)制造，兼容標準MCS 51 指令系統(tǒng)及 80C51 引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用 8 位中央處理器和 ISP Flash存儲單元，功能強大的微型計算機的 STC89C52 可為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高性價比的解決方案。 STC89C52 具有如下特點： 40 個引腳， 4k Bytes Flash 片 內(nèi)程序存儲器， 128 bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（ RAM）， 32 個外部雙向輸入 /輸出（ I/O）口， 5 個中斷優(yōu)先級 2層中斷嵌套中斷， 2 個 16 位可編程定時計數(shù)器 ,2 個 全雙工串行通信口，看門狗（ WDT）電路，片內(nèi)時鐘振蕩器。 此外， STC89C52 可通過軟件設(shè)置省電模式 ，并且 設(shè)計和配置了振蕩頻率可為 0Hz。在 空閑模式下， 單片機的 CPU 暫 時 停 止 工作，而串行口，外中斷系統(tǒng) ， RAM 定時計數(shù)器可繼續(xù)工作，掉電模式凍結(jié)振蕩器而保存 RAM 的數(shù)據(jù)，停止芯片其它功能直至硬件復(fù)位 或者 外 部 中斷激活。， 為了 適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求 ， 同時該芯片還具有 TQFP 、 PDIP、和 PLCC 等三 種封裝形式。 圖 為 STC89C52 單片機的基本組成功能方塊圖。如圖可見，在這一塊芯片上，包括可編程 I/O 口、定時器 /計數(shù)器、 CPU、存儲器、串行口等，各部分通過內(nèi)部總線相連，這些就是一臺微型計算機的主要組成部分。下面介紹幾個主要部分。 圖 STC89C52 功能方塊圖 1. 中央處理器（ CPU） 中央處理器是單片機最核心的部分，是單片機的大腦和心臟，具有運算和控制功能。 STC89C52 的 CPU 是一個字長為 8 位的中央處理單元，即它對數(shù)據(jù)的處理是按字節(jié)為單位進行的。 （內(nèi)部 RAM） 芯片中共有 256B 的 RAM 單元，但其中后 128 個單元（ 80H0FFH）被專用寄存器占用，能作為寄存器提供用戶使用的只是前 128 個單元（ 007FH），用于存放可讀寫的數(shù)據(jù)。因此常說的內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器是指前 128 個單元，簡稱內(nèi)部 RAM。 （內(nèi)部 ROM） 程序存儲器，又稱內(nèi)部 ROM。芯片內(nèi)部有 4 KB 的掩膜 ROM，可用于存放原始數(shù)據(jù)、程序和表格等。 4. 定時器 /計數(shù) 器 為了對單片機進行控制，芯片內(nèi)部共有兩個 16 位的定時器 /計數(shù)器以實現(xiàn)定時或計數(shù)功能，來產(chǎn)生的其定時或計數(shù)結(jié)果，這就是定時器的控制應(yīng)用。 5 5. 并行 I/O 口 為了實現(xiàn)數(shù)據(jù)的并行輸入 /輸出， STC89C52 共有 4 個 8 位的 I/O 口（ P0、 PP P3 口）。 6. 串行口 為了實現(xiàn)其他設(shè)備和單片機之間的串行數(shù)據(jù)傳送， STC89C52 有 1 個全雙工的可編程串行口。該串行口功能較強，既可以作為同步移位寄存器使用，也可以作為全雙工異步通信收發(fā)器使用。 STC89C52 的 中斷系統(tǒng)功能較強，可以滿足一般控制應(yīng)用的需要。它共有 5 個中斷源： 2 個外部中斷源 /INTO 和 /INT1 ； 3 個內(nèi)部中斷源，即 2 個定時 /計數(shù)中斷， 1個串行 口中斷。 8. 時鐘電路 STC89C52 單片機芯片內(nèi)部有時鐘電路，外接石英晶體和微調(diào)電容。單片機產(chǎn)生時鐘脈沖序列需要時鐘電路，系統(tǒng)允許的最高晶振頻率為 12MHz。 9. 內(nèi)部總線 上述部件只有通過內(nèi)部總線將其連接起來才能構(gòu)成一個完整的單片機系統(tǒng)?？偩€在圖中以帶箭頭的空心線表示。系統(tǒng)的地址信號、數(shù)據(jù)信號和控制信號分別通過系統(tǒng)的三大總線 —地址 總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線進行傳送，總線結(jié)構(gòu)減少了單片機的連線和引腳，提高了集成度和可靠性。 由上所述， STC89C52 雖然是一塊芯片，但它包括了構(gòu)成計算機的基本部件，因此可以說它是一臺簡單的計算機。 STC89C52 較詳細的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如 圖 所示。 圖 STC89C52 內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖 管腳說明 STC89C52 是一種高效微控制器 。采用 40 引腳雙列直插封裝（ DIP）形式，如圖 所示。 STC89C52 單片 機是高性能單片機，因為受引腳數(shù)目的限制，所以有不少引腳具有第二功能 。 VCC：供電電壓。 GND：接地。 P0 口： P0 口 是 8 位漏級開路雙向 輸入輸出端 口，每 個引 腳可吸收 8TTL 門電流。高阻輸入 的定義是： 當 P1 口的管腳第一次寫 1 7 時。 P0 可應(yīng) 用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器， 又 被定義為數(shù)據(jù) /地址的第八位。 對 FIASH 的 編程時，原碼輸入口 為 P0 口，當 FIASH 進行校驗時，此時 P0 外部必須被拉高 ，輸出原碼的是 P0。 P1 口： P1 口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的 8 位雙向 輸入輸出 口， P1 口緩沖器 可以 接收 和 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，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在 FLASH 編程和校驗時， P1 口作為第八位地址接收。 P2 口： P2 口為一個內(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 TTL 門電流，當 P2 口被寫 “1” 時，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， 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 口當用于外部程序存儲器或 16 位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時， P2 口輸出地址的高八位。在給出地址 “1” 時，它利用內(nèi) 部上拉優(yōu)勢，當對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時，輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容 是 P2 口。在FLASH 編程和校驗時 用來 接收高八位地址信號和控制信號 也是 P2 口。 P3 口： P3 口 的 管腳是 8 個帶 有 內(nèi)部上拉電阻的雙向 輸入輸出端 口，可 用來 接收 和 輸出 4 個 TTL 門電流。當 P3 口 輸入信號為 “1” 后，它們被內(nèi)部上拉為高電平 信號 ，用作輸入。作為輸入 時 ，因為 外部下拉為低電平，由于上拉的緣故 ， P3 口將輸出電流（ ILL） 。 （行輸入口） TXD（串行輸出口） /INT0（外部中斷 0） /INT1（外部中斷 1） T0（記時器 0 外部輸入） T1（記時器 1 外部輸入） /WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通） /RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通） P3 口 可以 同時為編程校驗和閃爍編程接收一些控制信號。 RST：復(fù)位輸入。 在 振蕩器復(fù)位器件時， 必須 保持 RST 腳兩個機器周期的高電平時間。 ALE/PROG：當訪問外部存儲器時，地址鎖存允許 端 的輸出電平用于鎖存地址的地 址 字節(jié)。在 FLASH 編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時， 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目的。然而要注意的是：每當用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個 ALE 脈沖。如想禁止 ALE 的輸出可在 SFR8EH 地址上置 0。此時， 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：外部程序存儲器的選通信號 端 。在由外部程序存儲器取指期間，每個機器周期兩次 /PSEN 有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的 /PSEN 信號將不出現(xiàn)。 /EA/VPP：當 /EA 保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（ 0000HFFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲器。注意加密方式 1 時， /EA 將內(nèi)部鎖定為 RESET；當 /EA 端保持高電平時，此間內(nèi)部程序存儲器。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)部時鐘工作電路的輸入。 XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。 主要特性 ? 與 MCS51 兼容 ? 4K 字節(jié)可編程閃爍存儲器 ? 壽命： 1000 寫 /擦循環(huán) ? 數(shù)據(jù)保留時間： 10 年 ? 全靜態(tài)工作： 0Hz24Hz ? 三級程序存儲器鎖定 ? 128*8 位內(nèi)部 RAM ? 32 可編程 I/O 線 ? 兩 個 16 位定時器 /計數(shù)器 ? 5 個中斷源 ? 可編程串行通道 ? 低功耗的閑置和掉電模式 ? 時鐘電路和片內(nèi)振蕩器 振蕩器 的 特性 介紹 （ 1） 反向放大器的輸入和輸出分別為 XTAL1 和 XTAL2。 此 反向放大器 能 配置 成片內(nèi)振蕩器。陶瓷振蕩 、 石晶振蕩 都能運用 。 假 如 運 用外部時鐘源驅(qū)動器件 ， XTAL2該 不接。有余輸入 到 內(nèi)部時鐘信號 時需要 通過二分頻觸發(fā)器， 所以 對 于 外部時鐘信號的脈寬 沒有 任何 的 要求， 可是 必須保證 達到 脈沖高低電平 所 要求的寬度。 9 （ 2） 芯片擦除 三個鎖定位電擦 除與 EPROM 陣列可通過正確的控制信號組合， 且 保持 ALE 管腳處低電平 10ms 可 來完成。 處于 芯片擦除操作 當 中， 當 代碼陣列 都 被寫 “1”并 且在 所有非空存儲字節(jié)被重復(fù)編程 之 前， 必須執(zhí)行此項操作 。 另外 ， AT89C51 設(shè)有穩(wěn)態(tài)邏輯，可在低 至 零頻率條件下靜態(tài)邏輯，支持兩種軟件可選擇 的掉電模式。 處于 閑置模式 之 下， CPU 便 停止工作。但 RAM，計數(shù)器，定時器，中斷系統(tǒng)和串口 還處于 工作 模式下 。 當 掉電模式下，凍結(jié)振蕩器并且保存 RAM 的內(nèi)容，停止 所用其他芯片功能，直到下一個硬件復(fù)位。 STC89C52 單片機的工作周期 單片機有了硬件和軟件就可以在控制器發(fā)出的控 制信號作用下有條不紊地工作，控制信號必須定時發(fā)出，為了定時計算機內(nèi)部必須有一個準確的定時脈沖。這種定時脈沖是由晶體振蕩器產(chǎn)生的，并組成下面幾種工作周期，如 圖 所示。 這種定時脈沖是由晶體振蕩器產(chǎn)生的，并組成下面幾種工作周期，如圖 所示。 圖 振蕩周期、狀態(tài)周期、機器周期和指令周期 振蕩周期 ：是指為單片機提供時鐘脈沖信號的振蕩源的周期。 即由單片機的晶體振蕩器產(chǎn)生的時鐘脈沖的周期。 狀態(tài)周期 ：每個狀態(tài)周期為振蕩周期的 2 倍 , 是振蕩周期經(jīng)二分頻后得到的。 在一個狀態(tài)周期中有兩個時鐘脈沖 ，通常稱它為 P P2。 機器周期 ：一個機器周期包含 6 個狀態(tài)周期 S1~S6, 也就是 12 個振蕩周期。 在一個機器周期內(nèi) , CPU 可以完成一個獨立的操作。 指令周期 ：它是指 CPU 完成一條操作所需的全部時間。 控制部件是單片機的神經(jīng)中樞，以主振頻率為基準（主振周期即為振蕩周期），控制器控制 CPU 的時序，對指令進行譯碼，然后發(fā)出各種控制信號，它將各個硬件環(huán)節(jié)組織在一起。 一般情況下，算術(shù)邏輯操作發(fā)生在時相 P1 期間，而內(nèi)部寄存器之間的傳送發(fā)生在時相 P2 期間，這些內(nèi)部時鐘信號無法從外部觀察，故用 XTAL2 引 腳振蕩信號作參考。 單片機的工作過程和工作方式 單片機工作過程遵循 現(xiàn)代計算機的工作原理（馮 諾依曼原理），即程序存儲和程序控制。存儲程序是指人們必須事先把計算機的執(zhí)行步驟序列（即程序）及運行中所需的數(shù)據(jù) , 通過一定的方式輸入并存儲在計算機的存儲器中。程序控制是指計算機能自動地逐一取出程序中的指令，加以分析并執(zhí)行規(guī)定的操作。