【正文】 延伸，改進了8048的缺點，增加了如乘、除、減、比較、16位數(shù)據(jù)指針、布爾代數(shù)運算等指令，通信能力和5個中斷源[10]。采用40引腳雙列直插式DIP，內(nèi)有128k的RAM單元及4K的ROM。80C51有兩個16為定時計數(shù)器，兩個外中斷，兩個定時計數(shù)中斷，以及一個串行中斷，并有4個8位并行串口。80C51內(nèi)部有時鐘電路，但需要石英晶體和微調(diào)電容外接[14]。由于80C51的系統(tǒng)特性滿足系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集以及時間精度的要求，而且產(chǎn)品產(chǎn)量豐富來源廣，應(yīng)用也很成熟，故采用來作控制核心。 80C51性能簡介80C51具有如下特點：40個引腳，4k byte flash片內(nèi)程序存儲器，128bytes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個中斷嵌套中斷，2個16位可編程定時計數(shù)器，2個全雙工串行通信口，片內(nèi)時鐘振蕩器[11]。圖31 80C51引腳示意圖其主要功能特性：表31 80C51單片機的特性80C51核心處理單元布爾處理器12時鐘操作，可選6個時鐘存儲器尋址范圍128字節(jié)RAM和4字節(jié)ROM電源控制模式時鐘可停止和恢復(fù)空閑模式掉電模式兩個工作頻率范圍6時鐘模式時為020MHz12時鐘模式時為033MHz擴展溫度范圍雙數(shù)據(jù)指針3個加密位5個中斷優(yōu)先級6個中斷源4個8為I/O口雙全工增強型UART幀數(shù)據(jù)錯誤檢測自動地址識別可編程時鐘輸出異步端口復(fù)位低EMI掉電模式可通過外部中斷喚醒3個16為定時計數(shù)器T0 T1可以看出80C51提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能：4K字節(jié)Flash閃速存儲器，128字節(jié)內(nèi)部RAM，32個I/O口線，兩個數(shù)據(jù)指針，兩個16位定時器/計數(shù)器，一個5向量兩級中斷結(jié)構(gòu)，一個全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時鐘。掉電方式在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接到一個硬件復(fù)位。 80C51引腳功能說明Vcc：電源電壓GND：地P0口：P0口是一組8位漏極開路型雙向I/O口，也即地址/數(shù)據(jù)總線復(fù)用口，作為輸出口用時，每位能驅(qū)動8個TTL邏輯門電路，對端口寫“1”可作為高阻抗輸入端口。在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器或程序存儲器時，這組I口線分時轉(zhuǎn)換地址（低8位）和數(shù)據(jù)總線復(fù)用，在訪問期間激活內(nèi)部上拉電阻。在Flash編程時，P0口接收指令字節(jié)，而在程序校驗時，輸出指令字節(jié)，校驗時，要求外接上拉電阻。P1口：P1是一個帶內(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（吸收或輸出電流）4個TTL邏輯電路[12]。對端口寫“1”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口。作輸入口使用時，因為內(nèi)部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號校驗期間，P1接收低8為地址。表32為P1口第二功能。表32 P1口的第二功能端口引腳第二功能MOSI（用于ISP編程）MISO（用于ISP編程）SCK(用于ISP編程)P2口：P2是一個帶有內(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4個TTL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，此時可作輸入口，作輸入口使用時，因為內(nèi)部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流I。在訪問8位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器（如執(zhí)行：MOVX@Ri指令）時，P2口線上的內(nèi)部（即特殊功能寄存器）在整個訪問期間不改變。Flash編程或校驗時，P2也接收高位地址和其他控制信號。P3口：P3口輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流）4個TTL邏輯門電路。對P3口寫入“1”時，它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可作為輸入端口。做輸入端口時，被外部拉低的P3口將用上拉電阻輸出電流I。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，P3口的第二功能如下表33。表33 P3口的第二功能端口引腳第二功能端口引腳第二功能RXD()串行輸入口T0()定時/計數(shù)器0外部輸入TXD()串行輸出口T1()定時/計數(shù)器1外部輸入INT0()外中斷0WR()外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通INTI()外中斷1RD()外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩工作時，RST引腳出現(xiàn)兩個機器周期上高電平將視單片機復(fù)位。WDT溢出將使該引腳輸出高電平，設(shè)置SFR AUXR的DISRTO位（地址8EH）可打開或關(guān)閉該功能。DISRTO位缺省為RESRT輸出高電平打開狀態(tài)。ALE/PROG:當(dāng)訪問外部程序存儲器或數(shù)據(jù)存儲器時，ALE（地址鎖存允許）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仍以時鐘振蕩頻率的1/6輸出的正脈沖信號，因此它可對外輸出時鐘或用于定時目的，更注意的是：當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個ALE脈沖。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。該位禁位后，只有一條MOVX和MOVC指令A(yù)LE才會被激活。此外，該引腳被微弱拉高，單片機執(zhí)行內(nèi)部程序時，應(yīng)設(shè)置ALE無效。PSEN：程序儲存允許（PSEN）輸出時外部程序存儲器的讀選通信號，當(dāng)AT89C51由外部程序存儲器取指令（或數(shù)據(jù)）時，每個機器周期兩次PSEN有效，即輸出兩個脈沖。當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，有兩次有效的PSEN信號。EA/VPP：外部訪問允許。欲使CPU訪問外部程序存儲器（地址0000HFFFFH），EA端必須保持低電平（接地）。注意的是：如果加密位LBI被編程，復(fù)位時內(nèi)部會鎖存EA端狀態(tài)。如EA端位高電平（接Vcc端），CPU則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲器中的指令。Flash存儲器編程時，該引腳加上+12V的變成電壓Vpp.XTAL1:振蕩器反相放大器及內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入端。XTAL2:振蕩器反相當(dāng)大器的輸出端。 80C51芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)特殊功能寄存器：特殊功能寄存器的片內(nèi)空間分布如下圖32所示。這些地址并沒有全部占用，沒有占用的地址不可使用，讀這些地址將得到一個隨意的數(shù)值。而寫這些地址單元將不能得到預(yù)期的結(jié)果。中斷寄存器：各中斷允許控制位于IE寄存器，5個中斷源的中斷優(yōu)先級控制位于IP寄存器。圖32為AUXR輔助寄存器。圖32 AUXR輔助寄存器雙時鐘指針寄存器：為方便的訪問內(nèi)部和外部數(shù)據(jù)存儲器，提供了兩個16位數(shù)據(jù)指針存儲器：PD0位于SFR區(qū)塊中的地址82H、83H和DP1位于地址84H、85H，當(dāng)SFR中的位DPS=0時選擇DP0，而DPS=1時選擇DP1。在使用前初始化DPS。圖33 雙時鐘指針寄存器電源空閑標(biāo)志：電源空閑標(biāo)志（POF）在特殊功能寄存器SFR中PCON的第四位（），電源打開時POF置“1”，它可由軟件設(shè)置睡眠狀態(tài)并不為復(fù)位所影響。程序存儲器：如果EA引腳接地（GND），全部程序執(zhí)行外部存儲器。在80C51中，加入接至vcc(電源正)，程序首先執(zhí)行從地址0000H0FFFH（4KB）內(nèi)部程序存儲器，在執(zhí)行地址為1000HFFFFH(60KB)的外部程序存儲器。數(shù)據(jù)存儲器：在80C51的具有128字節(jié)的內(nèi)部RAM，這128自己可利用直接或間接尋址方式訪問，堆棧操作可利用間接尋址方式進行，128字節(jié)均可設(shè)置為堆棧區(qū)間。 存儲芯片AT24C01AT24C01是美國ATMEL公司的低功耗CMOS型E2PROM，內(nèi)含2568位存儲空間，具有工作電壓寬（）、擦寫次數(shù)多（大于1000次）、寫入速度快（小于10ms）、抗干擾能力強、數(shù)據(jù)不易丟失、體積小等特點。而且它是采用了I2C總線式進行數(shù)據(jù)讀寫的串行器件，占用很少的資源和I/O線，并且支持在線編程，進行數(shù)據(jù)實時的存取十分方便。AT24C02中帶有的片內(nèi)地址寄存器。每寫入或讀出一個數(shù)據(jù)字節(jié)后，該地址寄存器自動加1，以實現(xiàn)對下一個存儲單元的讀寫。所有字節(jié)均以單一操作方式讀取。為降低總的寫入時間，一次操作可寫入多于8個字節(jié)的數(shù)據(jù)。I2C總線是一種用于IC器件之間連接的二線制總線。他通過SDA（串行數(shù)據(jù)線）及SCL（串行時鐘線）兩根線在連到總線上的器件之間傳送信息，并根據(jù)地址識別每個器件。AT24C01正是運用了I2C規(guī)程，使用主/從機雙向通信，主機（通常為單片機）和從機（AT24C01）均可工作于接收器和發(fā)送器狀態(tài)。主機產(chǎn)生串行時鐘信號（通過SCL引腳）并發(fā)出控制字，控制總線的傳送方向，并產(chǎn)生開始和停止的條件。無論是主機還是從機，接收到一個字節(jié)后必須發(fā)出一個確認(rèn)信號ACK。AT24C01的控制字由8位二進制數(shù)構(gòu)成，在開始信號發(fā)出以后，主機便會發(fā)出控制字，以選擇從機并控制總線傳送的方向。圖34 AT24C01的兩種引腳圖 圖35 AT24C01的電路連接圖圖中AT24C01的3腳是三條地址線，用于確定芯片的硬件地址。在80C51試驗開發(fā)板上它們都接地，第8腳和第4腳分別為正、負(fù)電源。第5腳SDA位串行數(shù)據(jù)輸入/輸出，數(shù)據(jù)通過這條雙向I2C總線進行串行傳送。第6腳SCL為串行時鐘輸入線。第7腳需要接地。24C01中帶有片內(nèi)地址寄存器。每寫入或讀出一個數(shù)據(jù)字節(jié)后，該地址寄存器自動加1，以實現(xiàn)對下一個存儲單元的讀寫。所有自己均以單一操作方式讀取。為降低總的寫入時間，一次操作可寫入多達(dá)8個字節(jié)的數(shù)據(jù)。 4位8段共陽極數(shù)碼管 數(shù)碼管按段數(shù)分為七段數(shù)碼管和八段數(shù)碼管，八段數(shù)碼管比七段數(shù)碼管多一個發(fā)光二極管單元[13]；按能顯示多少個“8”可分為1位、2位、4位等等數(shù)碼管。按發(fā)光二極管的連接方式分為共陽極數(shù)碼管和共陰極數(shù)碼管。共陽數(shù)碼管是指所有發(fā)光二極管的陽極接到一起形成公共陽極的數(shù)碼管。共陽數(shù)碼管在應(yīng)用時應(yīng)將公共極街道+5V，當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陰極為低電平時，相應(yīng)字段就點亮。當(dāng)某一字段的陰極均為高電平時，相應(yīng)字段就不亮。數(shù)碼管要正常顯示，就要用驅(qū)動電路來驅(qū)動數(shù)碼管的各個段碼，從而顯示出需要的數(shù)字，因此根據(jù)數(shù)碼管的驅(qū)動方式不同，可以分為靜態(tài)式和動態(tài)式兩類。 數(shù)碼管的驅(qū)動方式靜態(tài)驅(qū)動又稱直流驅(qū)動。靜態(tài)驅(qū)動是指每個數(shù)碼管的每一個段碼都由一個單片機的I/O端口進行驅(qū)動，或者使用如BCD碼二十進制譯碼器譯碼進行驅(qū)動。靜態(tài)驅(qū)動的優(yōu)點是編程簡單，顯示亮度高，缺點是占用I/O端口多，如驅(qū)動5個數(shù)碼管靜態(tài)顯示則需要40跟I/O端口來驅(qū)動，而一個80C51單片機可用的I/O端口不夠40根，實際應(yīng)用時必須增加譯碼驅(qū)動器進行驅(qū)動，增加了硬件電路的復(fù)雜性。數(shù)碼管動態(tài)顯示接口是單片機中應(yīng)用最為廣泛的一種顯示方式之一，動態(tài)驅(qū)動是將所有數(shù)碼管的8個顯示筆劃a,b,c,d,e,f,g,dp的同名端連在一起，另外為每個數(shù)碼管的公共極COM增加位選通控制電路，位選通由各自獨立的I/O線控制，當(dāng)單片機輸出字形碼時，所有數(shù)碼管都接收到相同的字形碼，但究竟是那個數(shù)碼管會顯示出字形，取決于單片機對位選通COM端電路的控制，所以我們只要將需要顯示的數(shù)碼管的選通控制打開，該位就顯示出字形，沒有選通的數(shù)碼管就不會亮。通過分時輪流控制各個數(shù)碼管的的COM端，就使各個數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是動態(tài)驅(qū)動。在輪流顯示過程中，每位數(shù)碼管的點亮?xí)r間為1～2ms，由于人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余輝效應(yīng)，盡管實際上各位數(shù)碼管并非同時點亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)，不會有閃爍感，動態(tài)顯示的效果和靜態(tài)顯示是一樣的，能夠節(jié)省大量的I/O端口，而且功耗更低。4位8段共陽極數(shù)碼管主要技術(shù)參數(shù)[16]：8字高度：8字上沿與下沿的距離。比外型高度小。通常采用英寸來表示。長*寬*高：長——數(shù)碼管正方時，水平方向的長度；寬——數(shù)碼管正方時，垂直方向上的長度；高——數(shù)碼管的厚度。時鐘點：四位數(shù)碼管中，第二位8與第三位8字中間的兩個點。一般用于顯示時鐘中的秒。電流：靜態(tài)時，推薦使用1015mA；動態(tài)時，16/1動態(tài)掃描時，平均電流為45mA,峰值電流5060mA。 電壓：查引腳排布圖，看每段芯片數(shù)量是多少，當(dāng)紅色與黃綠色時，；當(dāng)綠色或藍(lán)色時。 晶體振蕩器晶體振蕩器，簡稱晶振，其作用在于產(chǎn)生原始的時鐘頻率，這個頻率經(jīng)過頻率發(fā)生器的放大或縮小后就成了電腦中各種不同的總線頻率。以聲卡為例。如果需要對這兩種音頻同時支持的話，聲卡就需要有兩個晶振。但是現(xiàn)在的娛樂級聲卡為了降低成本，通常都采用SCR將輸出的采樣頻率固定在48kHz，但是SRC會對音質(zhì)帶來損害，而且現(xiàn)在的娛樂級聲卡都沒有很好的解決這個問題?，F(xiàn)在應(yīng)用最廣泛的是石英晶體振蕩器。石英晶體振蕩器是一種高精度和高穩(wěn)定度的振蕩器，石英晶體振蕩器也稱石英晶體諧振器，用來穩(wěn)定頻率和選擇頻率，是一種可以取代LC諧振元件。石英晶體振蕩器廣泛的應(yīng)用在電視機、影碟機、錄像機、無線通信設(shè)備、電子鐘表、單片機、數(shù)字儀器儀表等電子設(shè)備中。為數(shù)據(jù)處理設(shè)備產(chǎn)生時鐘信號和為特定系統(tǒng)提供基準(zhǔn)信號。在單片機為其提供時鐘頻率。石英晶體振蕩器是利用石英晶體（二氧化硅的結(jié)晶體）的壓電效應(yīng)制成的一種諧振器件，它的基本構(gòu)成大致是：從一塊石英晶體上按一定方為角切下薄片（簡稱為晶片，它可以是正方形、矩形或圓形等），在它的兩個對應(yīng)面上涂敷銀層作為電極，在每個電極上各焊一根引線接到管腳上，再加上封裝外殼就構(gòu)成了石英晶體諧振器，簡稱石英晶體或晶體、晶振。其產(chǎn)品一般用金屬外殼封裝，也有用玻璃殼、陶瓷或塑料封裝的。只要在晶體振子板極上施加交變電壓，就會使晶片產(chǎn)生機械變形振動，此現(xiàn)象即所謂逆壓電效應(yīng)。當(dāng)外加電壓頻率等于晶體諧振器的固有頻率時，就會發(fā)生壓電諧振，從而導(dǎo)致機械變形的振幅突然增大。第四章 系統(tǒng)硬件構(gòu)成 設(shè)計原理本設(shè)計主要由單片機、矩陣鍵盤、數(shù)碼管顯示器和密碼存儲等部分組成。其中矩陣鍵盤用于輸入數(shù)字密碼和進行各種功能的實現(xiàn)。由用戶通過連接單片機的矩陣鍵盤輸入密碼，后經(jīng)過單片機對用戶輸入的密碼與自己保存的密碼進行對比，從而判斷密碼是否正確，然后控制引腳的高低電平傳到開鎖電路或者報警電路控制開鎖還是報警，實際使用時只要將單片機的負(fù)載由繼電器換成電子密碼鎖的電磁鐵