【正文】 據(jù)總線、地址總線和控制總線等三大總線，現(xiàn)在我們分別加以說明： ? 中央處理器：中央處理器 (CPU)是整個單片機的核心部件，是 8 位數(shù)據(jù)寬度的處理器，能處理 8 位二進制數(shù)據(jù)或代碼， CPU 負責控制、指揮和調(diào)度整個單元系統(tǒng)協(xié)調(diào)的工作，完成運算和控制輸入輸出功能等操作。 ? 程序存儲器 (ROM)： 8951 共有 4096 個 8位掩膜 ROM，用于存放用戶程序，原始 數(shù)據(jù)或表格。 ? 數(shù)據(jù)存儲器 (RAM)： 8951 內(nèi)部有 128 個 8 位用戶數(shù)據(jù)存儲單元和 128 個專用寄存器單元，它們是統(tǒng)一編址的，專用寄存器只能用于存放控制指令數(shù)據(jù)，用戶只能訪問，而不能用于存放用戶數(shù)據(jù)，所以，用戶能使用的 RAM只有 128 個，可存放讀寫的數(shù)據(jù)，運算的中間結(jié)果或用戶定義的字型表。 鍵盤設(shè) 置時間 參數(shù) 單片 機芯片 鎖 存 看門狗 8255A 擴展 CPU 的并行接 口 顯示 時間 交通燈 片選 4 ? 定時 /計數(shù)器 (T0/T1)： 8951 有兩個 16 位的可編程定時 /計數(shù)器，以實現(xiàn)定時或計數(shù)產(chǎn)生中斷用于控制程序轉(zhuǎn)向。 ? 并行輸入輸出 (I/O)口： 8951 共有 4 組 8 位 I/O 口 (P0、 P P2和 P3)，用于對外部數(shù)據(jù)的傳輸。 ? 全 雙工串行口： 8951 內(nèi)置一個全雙工串行通信口，用于與其它設(shè)備間的串行數(shù)據(jù)傳送，該串行口既可以用作異步通信收發(fā)器，也可以當同步移位器使用。 ? 中斷系統(tǒng)： 8951 具備較完善的中斷功能，有兩個外中斷、兩個定時 /計數(shù)器中斷和一個串行中斷，可滿足不同的控制要求，并具有 2 級的優(yōu)先級別選擇。 ? 時鐘電路： 8951 內(nèi)置最高頻率達 24MHz 的時鐘電路，用于產(chǎn)生整個單片機運行的脈沖時序。 但 8951 單片機需外置振蕩電容。 8951 的復位方式可以是自動復位，也可以是手動復位，復位方式電路如圖 4 所示。此外， RESET/Vpd 還是一復用腳 ， Vcc 掉電其間，此腳可接上備用電源，以保證單片機內(nèi)部 RAM 的數(shù)據(jù)不丟失。 8951 的引腳說明 MCS51系列單片機中的 805 8951 及 8751 多采用 40Pin 封裝的雙列直插封裝（ DIP），圖 2 是 8951 芯片的引腳配置， 40 個引腳中，正電源和地線兩根，外置石英振蕩器的時鐘線兩根， 4組 8位共 32 個 I/O 口，中斷口線與 P3 口線復用。 EA/VPP31XTAL119XTAL218RST9(RD)17(WR)16(INT0)12(INT1)13(T0)14(T1)1512345678(AD0)39(AD1)38(AD2)37(AD3)36(AD4)35(AD5)34(AD6)33(AD7)32(A8)21(A9)22(A10)23(A11)24(A12)25(A13)26(A14)27(A15)28PSEN29ALE/PROG30(TXD)11(RXD)10GND20VCC40AT89C51 圖 2 8951引腳圖 Pin9： RESET/Vpd 復位信號復用腳，當 8951 通電，時鐘電路開始工作，在 RESET引腳上出現(xiàn) 24 個時鐘周期以上的高電平，系統(tǒng)即初 始復位。初始化后，程序計數(shù) 5 器 PC 指向 0000H， P0～ P3輸出口全部為高電平，堆棧指針寫入 07H，其它專用寄存器被清“ 0”。 RESET 由高電平下降為低電平后，系統(tǒng)即從 0000H 地址開始執(zhí)行程序。然而，初始復位不改變 RAM（包括工作寄存器 R0～ R7）的狀態(tài)、 8951 的初始態(tài)。 Pin30： ALE / PR/OG 當訪問外部程序器時， ALE(地址鎖存 )的輸出用于鎖存地址的低位字節(jié)。而訪問內(nèi)部程序存儲器時， ALE 端將有一個 1/6 時鐘頻率的正脈沖信號，這個信號可以用于識別單片機是否工作，也可以當作一個時鐘向外輸出。更有一個特點，當訪問外部程序存儲器， ALE 會跳過一個脈沖。 如果單片機 EPROM，在編程其間 PR/OG 將用于輸入編程脈沖。 Pin29： PE/SN 當訪問外部程序存儲器時，此腳輸出負脈沖選通信號， PC 的 16位地址數(shù)據(jù)將出現(xiàn)在 P0 和 P2 口上，外部程序存儲器則把指令數(shù)據(jù)放到 P0 口上，由 CPU 讀入并執(zhí)行。 Pin31： EA/Vpp 程序存儲器的內(nèi)外部選通線， 8951 和 8751 單片機，內(nèi)置有 4kB的程序存儲器，當 EA 為高電平并且程序地址小于 4kB 時，讀取內(nèi)部程序存儲器指令數(shù)據(jù)，而超過 4kB 地址則讀取外部指令數(shù)據(jù)。如 EA 為 低電平，則不管地址大小，一律讀取外部程序存儲器指令。顯然，對內(nèi)部無程序存儲器的 8031， EA 端必須接地。在編程時， EA/Vpp 腳還需加上 21V 的編程電壓。 8951 并行口的擴展 8951 雖然有 4 個 8 位 I/O 端口，但真正能提供借用的只有 P1 口，因為 P2 和P0 口通常用于傳送外部傳送地址和數(shù)據(jù)， P3 口也有它的第二功能。因此， 8951 通常需要擴展。由于我們用外輸出時間時，時間的個位、十位、信號燈的顯示都要用到一個 I/O 端口，顯然 8951 的端口是不夠，需要擴展。擴展的方法有兩種：（ 1）借用外部 RAM 地址來擴展 I/O 端口；（ 2）采用 I/O 接口芯片來擴充。我們用 8255并行接口芯片來擴展 I/O 端口。 8255 芯片簡介 可編程并行接口芯片簡介： 8255 是 20 管腳 可編程并行接口芯片有三個輸入輸出端口，即 A 口、 B 口和 C 口，對應于引腳 PA7～ PA0、 PB7～ PB0 和 PC7～ PC0。其內(nèi)部還有一個控制寄存器，即控制口。通常 A口、 B 口作為輸入輸出的數(shù)據(jù)端口。 C口作為控制或狀態(tài)信息的端口，它在方式字的控制下，可以分成 4 位的端口，每個端口包含一個 4位鎖存器。它們分別與端口 A/B 配合使用，可以用作控制信號輸出或作為狀態(tài)信號 輸入。 8255 包括三個端口，二個工作方式控制電路，一個讀寫控制邏輯電路和 8位總線緩沖器，該緩沖器是一個三態(tài)雙向 8 位緩沖器，用來傳送數(shù)據(jù)、控制命令和外部狀態(tài)信息。 A 組工作方式控制電路、 B組方式控制電路。 A組和 B 組具有一個控制命令寄存器 6 8255內(nèi)部結(jié)構(gòu) 8255 內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 3 所示。由圖可知： 8255 包括三個端口，二個工作方式控制電路，一個讀寫控制邏輯電路和 8位總線緩沖器，現(xiàn)將各部件功能分別加以簡單介紹： ? 端口 A、 B、 C 控制電路分為： A組工作方式控制電路、 B 組方式控制電路。 A 組和 B組具有一個控制命令寄存器，用來接收 CPU 的控制字（命令），根據(jù)控制字決定兩端口的工作方式，也可以用控制字做到 C口按位清“ 0”或者按位置“ 1”。 A 組控制電路用來控制 A口和 C口的上半部分（ PC7～ PC4）。 B 組控制電路用來控制 B 口和 C口的下半部分（ PC3～ PC7）。 ? 數(shù)據(jù)總線緩沖器 該緩沖器是一個三態(tài)雙向 8位緩沖器，用來傳送數(shù)據(jù)、控制命令和 外部狀態(tài)信息。 圖 3 8255內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 ? 讀寫控制邏輯電路 讀寫控制邏輯電路接收 CPU 發(fā)來的控制信號 R/D、 W/R、 RESET、 IO/RQ 和地址信號 A A0 等，然后根據(jù)控制信號的要求，將端口數(shù)據(jù)讀出后送往 CPU，或者將 7 CPU送來的數(shù)據(jù)寫入端口。使用時，一般將 A A0接入地址總線的最低 2位，因而一塊 8255 芯片占用四個設(shè)備地址，分別對應于端口 A，端口 B，端口 C 和控制寄存器。 8255 沒有專門的狀態(tài)字，而是當工作于方式 1和方式 2時，讀取端口 C 的數(shù)據(jù)，即得狀態(tài)字。當狀態(tài)字中有效信息位不滿 8位時，所缺的即為對應端口 C引腳的輸入電平。 8255 引腳功能說明 RESET：復位輸入線，當該輸入端外接高電平時，所有內(nèi)部寄存器（包括控制寄存器）均被清除，所有 I/O 口均被置成輸入方式。 CS ：片選信號線，當這個輸入引腳為低電平時，表示芯片被選中允許 8255 與CPU進行通信。 RD：讀信號線，當這個輸入引腳為低電平時，允許 8255 通過數(shù)據(jù)總線向 CPU發(fā)送數(shù)據(jù)或狀態(tài)信息，即 CPU 從 8255 讀取信息或數(shù)據(jù)。 WR：寫入信號線，當這個輸入引腳為低電平時，允許 CPU 將數(shù)據(jù)或控制字寫入 8255。 D0～ D7：三態(tài)雙向數(shù)據(jù)總線， 8255 與 CPU數(shù)據(jù)傳送的通道，當 CPU 執(zhí)行輸入輸出指令時，通過它實現(xiàn) 8 位數(shù)據(jù)的讀 /寫操作，控制字和狀態(tài)信息也通過數(shù)據(jù)總線傳送。 PA0～ A7：端口 A輸入輸出線，有 8位數(shù)據(jù)輸出鎖存 /緩沖功能和 8 位數(shù)據(jù)輸入鎖存功能。 PB0～ PB7：端口 B輸入輸出線，有 8位的 I/O鎖存功能和 8位的輸入輸出緩沖功能 。 PC0～ PC7：端口 C 輸入輸出線，有 8 位的數(shù)據(jù)輸出鎖存器 /緩沖器和 8 位的數(shù)據(jù)輸入緩沖器。端口 C可以通過工作方式設(shè)定而分成 2個 4位的端口，每個 4位的端口包含一個 4位的鎖存器，分別與端口 A和端口 B配合使用，可作為控制信號輸出或狀態(tài)信號輸入端口。 A A0：端口地址總線， 8255 中有端口 A、 B、 C和一個內(nèi)部控制寄存器，共 4個端口，由 A0、 A1 輸入地址信號來尋址。 8255 芯片功能 8255 可編程并行接口芯片方式控制字格式說明： 8255 有兩種控制命令字；一個是方式選擇控制字；另一個是 C 口按位置 位 /復位控制字。其中 C 口按位置位 /復位控制字方式使用較為繁難，說明也較冗長，故在此不作敘述，需要時用戶可自行查找有關(guān)資料。 8 方式控制字說明： D7：設(shè)定工作方式標志， 1有效。 D D5： A 口方式選擇： 0 0 — 方式 0 0 1 — 方式 1 1 — 方式 2 D4： A口功能 （ 1=輸入， 0=輸出） D3： C口高 4位功能 （ 1=輸入， 0=輸出） D2： B口方式選擇 （ 0=方式 0， 1=方式 1） D1： B口功能 （ 1=輸入， 0=輸出） D0： C口低 4位功能 （ 1=輸入， 0=輸出） 8255 可編程并行接口工作方式說明： 方式 0：基本輸入 /輸出方式。適用于三個端口中的任何一個。每一個端口都可以用作輸入或輸出。輸出可被鎖存，輸入不能鎖存。 方式 1：選通輸入 /輸出方式。這時 A 口或 B口的 8 位外設(shè)線用作輸入或輸出，C口的 4 條線中三條用作數(shù)據(jù)傳輸?shù)穆?lián)絡(luò)信號和中斷請求信號。 方式 2：雙向總線方式。只有 A 口具備雙向總線方式， 8 位外設(shè)線用作輸入或輸出，此時 C口的 5條線用作通信聯(lián)絡(luò)信號和中斷請求信號。 在三種工作方式中，在方式 0時，端口 C和端 口 A、 B一樣工作于基本的輸入 /輸出方式，把數(shù)據(jù)送給外設(shè)，或從外設(shè)接收數(shù)據(jù)。當工作于方式 1 或方式 2 時，端口 C就產(chǎn)生或接收與外設(shè)進行聯(lián)絡(luò)的信號，讀出端口 C的內(nèi)容就能測試或核對各種外設(shè)的狀態(tài)，并由此改變程序的進程。但是，沒有從端口 C讀取狀態(tài)信息的專用指令，而要執(zhí)行端口 C的讀出操作來讀取這些狀態(tài)信息，端口 C 并不是所有的位都用于傳送控制或狀態(tài)信息，剩余的各位可以由控制字設(shè)定為輸入或輸出。當設(shè)定為輸入時，則在對端口 C讀出時，可訪問所有的輸入線；當設(shè)定為輸出時，則端口 C的高 4 位必須用置位 /復位功能單獨訪問，而端口 C 的低 4位則可用置位 /復位功能訪問，也可通過寫入端口 C 的操作進行訪問。當 8255 以方式 1 或方式 2 工作時，提供的控制信號可用作向 CPU 的中斷請求輸入。由端口 C產(chǎn)生的中斷請求信號可通過將有關(guān)的 INTE 觸發(fā)器置位 /復位而加以允許 /禁止， INTE 觸發(fā)器的狀態(tài)可通過 C口的置位 /復位功能來加以設(shè)定。因此， C 口產(chǎn)生的中斷請求是軟件可屏蔽的，由于可允許 /禁止某個 I/O設(shè)備中斷 CPU，從而不影響中斷結(jié)構(gòu)中任何其它設(shè)備。 電源提供方案 為使模塊穩(wěn)定工作，須有可靠電源。我考慮了三種電源方案。 方案一：采用獨立的穩(wěn)壓電源。此方 案的優(yōu)點是穩(wěn)定可靠，且有各種成熟電路 9 可供選用；缺點是各模塊都采用獨立電源，會使系統(tǒng)復雜，且可能影響電路電平。 方案二：采用單片機控制模塊提供電源。該方案的優(yōu)點是系統(tǒng)簡明扼要，節(jié)約成本；缺點是輸出功率不高。 方案三：采用 220V 交流電源與穩(wěn)壓電源塊給系統(tǒng)提供電源，這樣既可以有高的輸出功率，達到題目所給的要求。 綜上所述，我選擇第三種方案。 in1out3gnd278055V