【正文】 CD 顯示的音樂倒數(shù)計(jì)數(shù)器 5 本章主要講以 STC89C52 單片微型計(jì)算機(jī)為中心電路，及 STC15F104 單片微型計(jì)算機(jī)為輔助電路電路硬件設(shè)計(jì)。主要硬件電路有：鍵盤控制電路、顯示電路、復(fù)位電路、音樂電路等。 整體硬件電 路圖 圖 31 接通電源初始化模式 圖 32 設(shè)置好時(shí)間的顯示 圖 33 鬧鐘模式的顯示 由圖 31 我們可以清楚地看到，本電路控制核心是 STC89C51 芯片。該方案通過九個(gè)按鍵進(jìn)行控制，采用 LCD1602 顯示，雙行顯示，位數(shù)足夠多，并且容易 惠州 學(xué)院 —— 單片機(jī)課程設(shè)計(jì) —— 帶有 LCD 顯示的音樂倒數(shù)計(jì)數(shù)器 6 控制，占用 CPU 的時(shí)間少，每次進(jìn)行使能設(shè)置，把一個(gè)數(shù)據(jù)送到外部接口即可。 STC89C51 單片機(jī) STC89C51 是采用 8051 核的 ISP（ In System Programming）在系統(tǒng)可編程芯片，最高工作 時(shí)鐘頻率 為 80MHz，片內(nèi)含 4K Bytes 的可反復(fù)擦寫 1000 次的 Flash只讀 程序存儲器 ， 具有 標(biāo)準(zhǔn) MCS51 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 ，具有在系統(tǒng)可編程（ ISP）特性，配合 PC 端的控制程序即可將用戶的程序代碼下載進(jìn)單片機(jī)內(nèi)部，省去了購買通用編程器，而且速度更快。 STC89C51 系列 單片機(jī) 是單時(shí)鐘 / 機(jī)器周期 (1T)的兼容 8051 內(nèi)核單片機(jī)，是高速 / 低功耗的新一代 8051 單片機(jī)， AT89C51 單片機(jī)可提供許多高性價(jià)比的應(yīng)用場合，可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。 STC89C51 單片機(jī)主要性能參數(shù) STC89C51 單片機(jī)的主要性能特點(diǎn)有： MCS－ 51 產(chǎn)品指令系統(tǒng) 字節(jié)可重擦寫 Flash 閃速存儲器 次擦寫周期 ： 0Hz24Hz *8 字節(jié)內(nèi)部 RAM 個(gè)可編程 I/O 口線， 2 個(gè) 16 位定時(shí) /計(jì)數(shù)器， 6 個(gè)中斷源 UART 通道 。空閑方式停止 CPU 的工作，但允許 RAM，定時(shí) /計(jì)數(shù)器、串行通信口及中斷系統(tǒng)斷續(xù)工作。掉電方式保存 RAM 中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其他所有部件工作直到下一個(gè)硬件復(fù)位。 ，片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路 STC89C51 單片機(jī)的引腳封裝如圖 32 所示。 惠州 學(xué)院 —— 單片機(jī)課程設(shè)計(jì) —— 帶有 LCD 顯示的音樂倒數(shù)計(jì)數(shù)器 7 圖 34STC89C51 的引腳排列 STC89C51 單片機(jī)管腳說明 VCC：供電電壓。 GND：接地。 P0： P0 口為一個(gè) 8 位漏級開路雙向 I/O 口，每腳可吸收 8TTL 門電路。當(dāng) P0口的管腳每一次寫 1 時(shí)，被定義為高阻輸入。 P0 能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù) /地址的低八位。在 FLASH 編程時(shí)， P0 口作為原碼輸入口，當(dāng) FLASH 進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)， P0 輸出原碼，此時(shí) P0 外部必須接上拉電阻。 P1:P1 口是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口 ,P1 的輸出緩沖級可驅(qū)動(dòng)(吸引或輸出電源 )4 個(gè) PPL 邏輯門電路 .對端口寫” 1” ,通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平 ,此時(shí)可作輸入口。作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信呈拉低時(shí)會輸出一個(gè)電流。 Flash 編程和程序校驗(yàn)期間， P1接收低 8 位地址。 P2： P2 口是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 的輸出緩沖級可驅(qū)動(dòng) (吸引或輸出電源 )4 個(gè) PPL 邏輯門電路。對端口寫” 1” ,通過內(nèi)部的上拉電 惠州 學(xué)院 —— 單片機(jī)課程設(shè)計(jì) —— 帶有 LCD 顯示的音樂倒數(shù)計(jì)數(shù)器 8 阻把端口拉到高電平 ,此時(shí)可作輸入口。作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信呈拉低時(shí)會輸出一個(gè) 電流。 在訪問外部程序存儲器或 16 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器（例如執(zhí)行 MOVX @DPTR 指令）時(shí)， P2 口送出高 8 位地址數(shù)據(jù)。在訪問 8 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器（如執(zhí)行 MOVX @R1 指令）時(shí)， P2 口線上的內(nèi)容（也即特殊功能寄存器區(qū)中 R2寄存器的內(nèi)容），在整個(gè)訪問期間不會改變。 Flash 編程或校驗(yàn)時(shí)， P2 亦接收高位地址和其他控制信號。 P3： P3 口是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 的輸出緩沖級可驅(qū)動(dòng) (吸引或輸出電源 )4 個(gè) PPL 邏輯門電路。對 P3 口寫入“ 1”時(shí)，它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可作為輸入端口。作輸 入端時(shí)，被外部拉低的 P3 口將用上拉電阻輸出電流。 P3 口除了作為一般的 I/O 口線外，更重要的用途是它的第二功能，如表 所示： 表 端口引腳 第二功能 RXD（串行輸入口） TXD（串行輸出口） /INT0（外中斷 0） /INT1（外中斷 1） T0（定時(shí) /計(jì)數(shù)器 0） T1（定時(shí) /計(jì)數(shù)器 1） /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 口還接收一些用于 Flash 閃速存儲器編程和程序 校驗(yàn)的控制信號。 RST：復(fù)位輸入，當(dāng)振蕩器工作時(shí)， RST 引腳出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期以上高電平將使單片機(jī)復(fù)位。 ALE//PROG：當(dāng)訪問外部程序存儲器或數(shù)據(jù)存儲器時(shí)， ALE（地址鎖存器允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低 8 位字節(jié)。即使不訪問外部存儲器， ALE 仍以時(shí)鐘振蕩頻率的 1/6 輸出固定的正脈沖信號，因此它可對外輸出時(shí)鐘或用于定時(shí)目的。 惠州 學(xué)院 —— 單片機(jī)課程設(shè)計(jì) —— 帶有 LCD 顯示的音樂倒數(shù)計(jì)數(shù)器 9 要注意的是：每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時(shí)將跳過一個(gè) ALE 脈沖。 對 Flash 存儲器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖（ /PROG）。 如有必要，可通過對特殊功能寄存器（ SFR）區(qū)中的 8EH 單元的 D0 位置位，可禁止 ALE 操作。該位置位后，只有一條 MOVX 和 MOVC 指令 ALE 才會被激活。此外，該引腳會被微弱拉高，單片機(jī)執(zhí)行外部程序時(shí)，應(yīng)設(shè)置 ALE 無效。 /PSEN：程序儲存允許（ /PSEN）輸出是外部程序存儲器的讀選通信號，當(dāng)AT89C51 由自問程序存儲器取指令（或數(shù)據(jù)）時(shí)，每個(gè)機(jī)器周期兩次 /PSEN 有次，即輸出兩個(gè)脈沖。在此期間，當(dāng)訪問外部程序存儲器時(shí)，這兩次有次的 /PSEN 信號不出現(xiàn)。 /EA/Vpp：外部訪問允許。欲使 CPU 僅訪問外部程序存儲器（地址為 0000H－ FFFFH）， EA 端必須 保持低電平（接地）。需注意的是：如果加密位 LB1 被編程，復(fù)位時(shí)內(nèi)部會鎖存 EA 端狀態(tài)。 如 EA 端為高電平（接 VCC 端）， CPU 則執(zhí)行內(nèi)部存儲器中的指令。 Flash 存儲器編程時(shí)，該引腳加上 +12V 的編程允許電源 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：振蕩器反向放大器的輸出端。 STC89C51 單片機(jī)最小系統(tǒng)的設(shè)計(jì) STC89C51 單片機(jī)為 40 引腳雙列直插芯片 ,有四個(gè) I/O 口 P0,P1,P2,P3, MCS51 單片機(jī)共有 4 個(gè) 8 位的 I/O 口（ P0、 P P P3），每一條 I/O 線都能獨(dú)立地作輸出或輸入。 單片機(jī)的最小系統(tǒng)如圖 35 所示 ,18 引腳和 19引腳接時(shí)鐘電路 ,XTAL1 接外部晶振和微調(diào)電容的一端 ,在片內(nèi)它是振蕩器倒相放大器的輸入 ,XTAL2 接外部晶振和微調(diào)電容的另一端 ,在片內(nèi)它是振蕩器倒相放大器的輸出。結(jié)合本設(shè)計(jì)的要求采用內(nèi)部振蕩方式，所選的晶振為 12MHz。第 9 引腳為復(fù)位輸入端 ,接上電容 ,電阻構(gòu)成上電復(fù)位電路。 惠州 學(xué)院 —— 單片機(jī)課程設(shè)計(jì) —— 帶有 LCD 顯示的音樂倒數(shù)計(jì)數(shù)器 10 圖 35 單片機(jī)最小系統(tǒng) 單片機(jī)時(shí)鐘電路 AT89C52 單片機(jī)的時(shí)鐘信號通常用兩種電路形式得到：內(nèi)部振蕩方式和外部振蕩方式 。在本設(shè)計(jì)中，采用內(nèi)部振蕩方式。電路見圖 36 所示。 圖 36 時(shí)鐘電路圖 單片機(jī)引腳 XTAL1 和 XTAL2 外接晶振 12MHz，構(gòu)成了內(nèi)部振蕩方式。由于單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)高增益反相放大器，當(dāng)外接晶振后，就構(gòu)成了自激振蕩，并產(chǎn)生振蕩時(shí)鐘脈沖。電容器 C C2 起穩(wěn)定振蕩頻率，快速起振作用。電容值一般為530pF，內(nèi)容振蕩方式所得時(shí)鐘信號比較穩(wěn)定，實(shí)用電路中使用較多。 單片機(jī)復(fù)位電路 本設(shè)計(jì)系統(tǒng)的復(fù)位電路 見圖 37 所示。 惠州 學(xué)院 —— 單片機(jī)課程設(shè)計(jì) —— 帶有 LCD 顯示的音樂倒數(shù)計(jì)數(shù)器 11 圖 37 復(fù)位電路圖 復(fù)位操作完成單片機(jī)內(nèi)電路的初始化，使單片機(jī)從一種確定的狀態(tài)開始運(yùn)行。當(dāng) STC89C51 單片機(jī)的復(fù)位引腳 RST 出現(xiàn) 5ms 以上的高電平時(shí)，單片機(jī)就完成了復(fù)位電路操作。需要注意的是，如果 RST 持續(xù)為高電平，單片機(jī)就會處于循環(huán)復(fù)位狀態(tài)，而無法執(zhí)行程序。因此，要求單片機(jī)復(fù)位后能夠脫離復(fù)位狀態(tài)。本系統(tǒng)的復(fù)位電路采用上電開關(guān)復(fù)位電路。上電后，由于電容充電，使 RST 持續(xù)一段高電平時(shí)間。當(dāng)單片機(jī)已經(jīng)在運(yùn)行時(shí)，按下復(fù)位鍵也能使 RST 持續(xù)一段時(shí)間的高電平，從而實(shí)現(xiàn)上電且開關(guān)復(fù)位的操作。通 常選擇 C＝ 1030uF， R＝ 10K?。 本設(shè)計(jì)所使用功能 在本設(shè)計(jì)中，使用了單片機(jī)的最小系統(tǒng)，復(fù)位電路和內(nèi)部震蕩方式。使用了 P0 端口作為 LCD 的數(shù)據(jù)輸出端， P2 端口作為 LCD 的使能端選擇輸出端，使用了 P1 端口和 接控制按鍵，實(shí)現(xiàn)置數(shù)、功能切換等。 作為 STC15F104的觸發(fā)端，使 STC15F104 得 輸出音樂頻率。 STC15F104 單片機(jī) STC15F100系列單片機(jī)簡介 STC15F100系列單片機(jī)是 STC生產(chǎn)的單時(shí)鐘/機(jī)器周期 (1T)的單片機(jī) ，是高速 /高可靠 /低功耗 超強(qiáng) 抗干擾的新一代 8051 單片機(jī) 。，采 用第八代 加密 技術(shù)， 加密性超強(qiáng) ，指令代碼 完 全兼容傳統(tǒng) 快 62 倍。內(nèi)部高度 集成 R/C 時(shí)鐘， 177。1% 溫飄，常溫下溫飄 5‰ 。 5MHz~35MHz寬范圍可設(shè)置，可徹底省掉外部昂貴的晶振。內(nèi)部高可靠復(fù)位， 8 級可選復(fù)位門檻電壓，可徹底省掉外部復(fù)位電路。 惠州 學(xué)院 —— 單片機(jī)課程設(shè)計(jì) —— 帶有 LCD 顯示的音樂倒數(shù)計(jì)數(shù)器 12 1 增 強(qiáng) 型 8051 CPU， 1T，單時(shí)鐘 /機(jī)器周期，速度比普通 805 快 62 倍 2 工作電壓： STC15F00 系列工作電壓： （ 5V 單片機(jī)） STC15L00 系列工作電壓： （ 3V 單片機(jī)） 3 內(nèi)部高可靠復(fù)位， 8 級可選復(fù)位門檻電壓，徹底省掉外部復(fù)位電路 4 內(nèi)部高 ?度 R/C時(shí)鐘 ?177。% 溫飄 (40oC~+85oC)?常溫下溫飄 5‰ ?內(nèi)部時(shí)鐘從 5MHz ~ 35MHz 可選 ( / .0592MHz / / ) 5 工作頻率范圍： 5MHz ~ 35MHz，相當(dāng)于普通 805 的 60MHz～ 420MHz 6 低功耗設(shè)計(jì)：低速模式，空閑模式，掉電模式 /停機(jī)模式 (可由外部中斷喚醒 ) 7 支持掉電喚醒的管腳： INT0/, INT/, INT2, INT3, INT4 8 ， 擦寫次數(shù) 10 萬次以上 9 片上集成 28 字節(jié) RAM 10 有 EEPROM 功能，擦寫次數(shù) 10 萬次以上 11 ISP/IAP，在系統(tǒng)可編程 /在應(yīng)用可編程，無需編程器 /仿真器 12 2 個(gè) 16 位可重裝載定時(shí)器，兼容普通 8051 的定時(shí)器 T0/T1 并可實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘輸出和 PWM 功能。 13 可編程時(shí)鐘輸出功能， T0 在 輸出時(shí)鐘， T1 在 輸出時(shí) 鐘 ?在 口還可輸出內(nèi)部高高度 R/C 時(shí)鐘 IRC_CLK(也可 2 分頻輸出 IRC_CLK/2)。 14 硬件看門狗 (WDT) 15 串口功能可由 [,P3.]結(jié)合定時(shí)器實(shí)現(xiàn) 16 先進(jìn)的指令集結(jié)構(gòu)，兼容普通 8051 指令集，有硬件乘法 /除法指令 17 6 個(gè)通用 I/O 口，復(fù)位后為： 準(zhǔn)雙向口 /弱上拉（普通 8051 傳統(tǒng) I/O 口） 可設(shè)置四種模式：準(zhǔn)雙向口 /?上拉，強(qiáng)推挽 /弱上拉，僅為輸入 /高阻，開漏推挽 / 上拉，僅為輸入 /高阻，開漏每個(gè) I/O 口驅(qū)動(dòng)能力均可達(dá)到 20mA，但整個(gè)芯片最大不要超過 70mA。 18 封裝： SOP8, DIP8 19 全部 75oC 八小時(shí)高溫烘烤，高品質(zhì)制造保證。 惠州 學(xué)院 —— 單片機(jī)課程設(shè)計(jì) —— 帶有 LCD 顯示的音樂倒數(shù)計(jì)數(shù)器 13