【正文】 外部擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器，電路可以簡化。 AT89S51是一個(gè)低功耗，高性能CMOS 8位單片機(jī)，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(chǔ)器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)制造，兼容標(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(chǔ)單元，功能強(qiáng)大的微型計(jì)算機(jī)的AT89S51可為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高性價(jià)比的解決方案。AT89S51具有如下特點(diǎn)：40個(gè)引腳，4k Bytes Flash片內(nèi)程序存儲(chǔ)器，128 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM），32個(gè)外部雙向輸入/輸出（I/O）口，5個(gè)中斷優(yōu)先級2層中斷嵌套中斷，2個(gè)16位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器,2個(gè)全雙工串行通信口，看門狗（WDT）電路，片內(nèi)時(shí)鐘振蕩器。此外，AT89S51設(shè)計(jì)和配置了振蕩頻率可為0Hz并通過軟件設(shè)置節(jié)電模式?？臻e模式下，CPU暫停工作，而RAM定時(shí)計(jì)數(shù)器，串行口，外中斷系統(tǒng)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)，停止芯片其他功能直至外中斷激活或硬件復(fù)位。同時(shí)該芯片還具有PDIP、TQFP和PLCC等三種封裝形式，以適合不同產(chǎn)品的需求。 AT89S51引腳配置圖AT89S51各引腳功能：VCC：AT89S51 電源正端輸入，接+5V。VSS:電源地端。XTAL1：單芯片系統(tǒng)時(shí)鐘的反相放大器輸入端。XTAL2：系統(tǒng)時(shí)鐘的反相放大器輸出端，一般在設(shè)計(jì)上只要在XTAL1和 XTAL2 上接上一只石英振蕩晶體系統(tǒng)就可以動(dòng)作了，此外可以在兩引腳與地之間加入一 30PF 的小電容，可以使系統(tǒng)更穩(wěn)定，避免噪聲干擾而死機(jī)。RESET：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。EA/Vpp：EA為英文“External Access”的縮寫，表示存取外部程序代碼之意，低電平動(dòng)作，也就是說當(dāng)此引腳接低電平后，系統(tǒng)會(huì)取用外部的程序代碼（存于外部EPROM中）來執(zhí)行程序。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）。ALE/PROG：ALE是英文“Address Latch Enable”的縮寫，表示地址鎖存器啟用信號。AT89S51可以利用這支引腳來觸發(fā)外部的8位鎖存器（如74LS373），將端口0的地址總線（A0～A7）鎖進(jìn)鎖存器中，因?yàn)锳T89S51是以多工的方式送出地址及數(shù)據(jù)。平時(shí)在程序執(zhí)行時(shí)ALE引腳的輸出頻率約是系統(tǒng)工作頻率的1/6，因此可以用來驅(qū)動(dòng)其他周邊晶片的時(shí)基輸入。PSEN：此為“Program Store Enable”的縮寫，其意為程序儲(chǔ)存啟用，當(dāng)8051被設(shè)成為讀取外部程序代碼工作模式時(shí)（EA=0），會(huì)送出此信號以便取得程序代碼，通常這支腳是接到EPROM的OE腳。AT89S51可以利用PSEN及RD引腳分別啟用存在外部的RAM與EPROM，使得數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器與程序存儲(chǔ)器可以合并在一起而共用64K的定址范圍。PORT0（～）：端口0是一個(gè)8位漏級開路雙向I/O口，，P0在當(dāng)作I/O用時(shí)可以推動(dòng)8個(gè)LS的TTL負(fù)載。當(dāng)EA引腳為低電平時(shí)（即取用外部程序代碼或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器），P0就以多工方式提供地址總線（A0～A7）及數(shù)據(jù)總線（D0～D7）。設(shè)計(jì)者必須外加一個(gè)鎖存器將端口0送出的地址鎖存成為A0～A7，再配合端口2所送出的A8～A15合成一個(gè)完整的16位地址總線，而定址到64K的外部存儲(chǔ)器空間。 PORT2（～）：端口2是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，每一個(gè)引腳可以推動(dòng)4個(gè)LS的TTL負(fù)載，若將端口2的輸出設(shè)為高電平時(shí)，此端口便能當(dāng)成輸入端口來使用。P2除了當(dāng)作一般I/O端口使用外，若是在AT89S51擴(kuò)充外接程序存儲(chǔ)器或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，也提供地址總線的高字節(jié)A8～A15，這個(gè)時(shí)候P2便不能當(dāng)作I/O來使用了。PORT1（～）：端口1也是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，其輸出緩沖器可以推動(dòng)4個(gè)LS TTL負(fù)載，同樣地若將端口1的輸出設(shè)為高電平，便是由此端口來輸入數(shù)據(jù)。如果是使用8052或是8032的話，，可以做外部中斷輸入的觸發(fā)腳位。PORT3（～）：端口3也具有一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，其輸出緩沖器可以推動(dòng)4個(gè)TTL負(fù)載，同時(shí)還具有其他的額外特殊功能，包括串行通信、外部中斷控制、計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)控制及外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器內(nèi)容的讀取或?qū)懭肟刂频裙δ堋?其引腳分配如下：：RXD，串行通信輸入。：TXD，串行通信輸出。：INT0，外部中斷0輸入。：INT1，外部中斷1輸入。：T0，計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)器0輸入。：T1，計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)器1輸入。：WR，外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的寫入信號。：RD，外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的讀取信號。 時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)時(shí)鐘是單片機(jī)的心臟，單片機(jī)各功能部件的運(yùn)行都是以時(shí)鐘頻率為基準(zhǔn)，有條不紊的一拍一拍地工作。因此，時(shí)鐘頻率直接影響單片機(jī)的速度，時(shí)鐘電路的質(zhì)量也直接影響單片機(jī)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。常用的時(shí)鐘電路有兩種方式：一種是內(nèi)部時(shí)鐘方式，另一種為外部時(shí)鐘方式。本文用的是內(nèi)部時(shí)鐘方式。電路圖如下： 時(shí)鐘電路AT89S51單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器，該高增益反向放大器的輸入端為芯片引腳XTAL1，輸出端為引腳XTAL2。這兩個(gè)引腳跨接石英晶體振蕩器和微調(diào)電容，就構(gòu)成一個(gè)穩(wěn)定的自激振蕩器。 復(fù)位電路設(shè)計(jì) 單片機(jī)的復(fù)位是由外部的復(fù)位電路來實(shí)現(xiàn)的。復(fù)位引腳RST通過一個(gè)斯密特觸發(fā)器與復(fù)位電路相連，斯密特觸發(fā)器用來抑制噪聲，在每個(gè)機(jī)器周期的S5P2，斯密特觸發(fā)器的輸出電平由復(fù)位電路采樣一次，然后才能得到內(nèi)部復(fù)位操作所需要的信號。復(fù)位電路通常采用上電自動(dòng)復(fù)位。上電復(fù)位電路是—種簡單的復(fù)位電路，只要在REST復(fù)位引腳接一個(gè)電容到VCC，接一個(gè)電阻到地就可以了。上電復(fù)位是指在給系統(tǒng)上電時(shí)，復(fù)位電路通過電容加到REST復(fù)位引腳一個(gè)短暫的高電平信號，這個(gè)復(fù)位信號隨著VCC對電容的充電過程而回落，所以REST引腳復(fù)位的高電平維持時(shí)間取決于電容的充電時(shí)間。為了保證系統(tǒng)安全可靠的復(fù)位，RST引腳的高電平信號必須維持足夠長的時(shí)間。電路圖如下： 復(fù)位電路上電自動(dòng)復(fù)位是通過外部復(fù)位電路的電容充電來實(shí)現(xiàn)的。只要Vcc的上升時(shí)間不超過1ms，就可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)上電復(fù)位。 單片機(jī)最小應(yīng)用系統(tǒng)用AT89S51芯片構(gòu)成最小應(yīng)用系統(tǒng)時(shí)，只需將單片機(jī)接上時(shí)鐘電路和復(fù)位電路即可。 單片機(jī)最小應(yīng)用系統(tǒng)其應(yīng)用特點(diǎn)是：（1）受集成度所限，只能用于小型控制單元。（2）有可供用戶使用的大量的I/O口線。因無外部寄存器擴(kuò)展，這時(shí)EA接高電平，P0、PPP3都可作為用戶I/O口使用。（3）因僅有芯片內(nèi)部的存儲(chǔ)器，故存儲(chǔ)器的容量有限。（4）應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)具有特殊性，PP2口的應(yīng)用于開發(fā)環(huán)境差別較大，由于它的應(yīng)用程序量不大，外電路簡單，所以采用模擬開發(fā)手段較好。（5）AT89S51的應(yīng)用軟件要依靠半導(dǎo)體掩膜技術(shù)置入，因此比較適用于在大批量生產(chǎn)的應(yīng)用系統(tǒng)中采用 LED顯示電路設(shè)計(jì)與器件選擇單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，通常都需要進(jìn)行人機(jī)對話。這包括人對應(yīng)用系統(tǒng)的狀態(tài)干預(yù)與數(shù)據(jù)輸入，以及應(yīng)用系統(tǒng)向人們顯示運(yùn)行狀態(tài)與運(yùn)行結(jié)果等。顯示器、鍵盤電路就是用來完成人機(jī)對話活動(dòng)的人機(jī)通道。 LED顯示器的驅(qū)動(dòng)是一個(gè)非常重要的問題，由系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)框圖可知，顯示電路由LED顯示器、段驅(qū)動(dòng)電路和位驅(qū)動(dòng)電路組成。由于單片機(jī)的并行口不能直接驅(qū)動(dòng)LED顯示電路，必須采用專用的驅(qū)動(dòng)電路芯片，使之產(chǎn)生足夠大的電流，顯示器才能夠正常工作。如果驅(qū)動(dòng)能力差，即負(fù)載能力不夠時(shí)，顯示器亮度就低，而且驅(qū)動(dòng)電路長期在超負(fù)荷下運(yùn)行容易損壞。因此，在實(shí)際使用中必須接入LED驅(qū)動(dòng)電路。數(shù)碼管是由8個(gè)發(fā)光二極管構(gòu)成的顯示器件。在數(shù)碼管中，若將二極管的陽極連在一起，稱為共陽極數(shù)碼管；若將二極管的陰極連在一起，稱為共陰極數(shù)碼管。本文用到的4個(gè)數(shù)碼管均是共陰極的。當(dāng)發(fā)光二極管導(dǎo)通時(shí)，它就會(huì)發(fā)光。每個(gè)二極管就是一個(gè)筆劃，若干個(gè)二極管發(fā)光時(shí)，就構(gòu)成了一個(gè)顯示字符。將單片機(jī)的I/O口控制相應(yīng)的芯片與數(shù)碼管的ag相連，高電平的位對應(yīng)的發(fā)光二極管亮，這樣，由I/O口輸出不同的代碼，就可以控制數(shù)碼管顯示不同的字符。例如：當(dāng)I/O口控制芯片輸出的代碼是00111111時(shí)，數(shù)碼管顯示的字符為0。這樣形成的顯示字符的代碼稱為顯示代碼或段選碼。LED顯示器的顯示控制方式分為靜態(tài)顯示和動(dòng)態(tài)顯示兩種，因此在選擇LED驅(qū)動(dòng)器時(shí)一定要先確定顯示方式。若選擇靜態(tài)顯示，則LED驅(qū)動(dòng)器的選擇較為簡單，只要驅(qū)動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)能力與顯示器電流匹配即可。而且只須考慮段的驅(qū)動(dòng)，因?yàn)楣碴枠O接+5V，而共陰極接地，所以位的驅(qū)動(dòng)不需要考慮。動(dòng)態(tài)顯示則不同，由于一位數(shù)據(jù)的顯示是由段選和位選共同配合完成的，因此，要同時(shí)考慮段和位的驅(qū)動(dòng)能力，而且段的驅(qū)動(dòng)能力決定位的驅(qū)動(dòng)能力。 LED顯示器的選擇在應(yīng)用系統(tǒng)中，由于設(shè)計(jì)要求不同，生產(chǎn)廠家就生產(chǎn)了位數(shù)、尺寸、型號不同的LED顯示器供選擇。在本設(shè)計(jì)中，選擇4位一體的時(shí)鐘型LED顯示器，簡稱“4LED”。用“：”前的2位顯示“分”的十位和個(gè)位，用“：”后的2位顯示“秒”的十位和個(gè)位。 4LED顯示器引腳4LED顯示器引腳如圖所示，是一個(gè)共陰極接法的4位時(shí)鐘型LED顯示器。其中a、b、c、d、e、f、g為4位LED各段的公共引出端。DDDD4分別是每一個(gè)的共陰極輸出端，dp是小數(shù)點(diǎn)引出端。4位一體時(shí)鐘型LED顯示器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)是由4個(gè)單獨(dú)的LED和一個(gè)“:”LED組成，每個(gè)LED的段輸出引腳在內(nèi)部并聯(lián)后，引出到器件的外部。 對于這種結(jié)構(gòu)的LED顯示器，它的體積和結(jié)構(gòu)都符合設(shè)計(jì)要求，由于4位LED陰極的各段已經(jīng)在內(nèi)部接在一起，所以是用動(dòng)態(tài)掃描方式。 LED段驅(qū)動(dòng)芯片的選擇LED的段驅(qū)動(dòng)電路有很多種，在本設(shè)計(jì)中，可以選擇BCD7段譯碼/驅(qū)動(dòng)器作為段驅(qū)動(dòng)電路。這類芯片的型號有74LS474LS474LS2474LS248等，該類芯片具有譯碼、驅(qū)動(dòng)的功能。即在輸入端輸入要顯示字形的BCD碼，在輸出端可以得到具有一定驅(qū)動(dòng)能力的7段顯示字形碼。 74LS48芯片引腳 圖7給出了74LS48的引腳圖和結(jié)構(gòu)原理圖。引腳圖中大寫字母A、B、C、D為BCD碼的輸入端，小寫字母a、b、c、d、e、f、g為字形碼輸出端，LT測試輸入端，RBI為消隱輸入，RBO為消隱輸出。表給出了74LS48BCD7段譯碼/驅(qū)動(dòng)器的輸入與輸出信號的對應(yīng)關(guān)系。在使用時(shí)，將該芯片的輸入端引腳A、B、C、D與單片機(jī)的P0口連接，該芯片的輸出端7個(gè)引腳，與LED顯示器的7個(gè)段碼引腳相連接。74LS48的作用 是接受來自單片機(jī)的BCD碼型的輸入信號，經(jīng)過譯碼和放大后，輸出7段字形碼到LED顯示器，完成對BCD碼到7段字形碼的譯碼和驅(qū)動(dòng)的功能。 74LS48 BCD7 段譯碼器輸入/