【正文】 延伸，改進(jìn)了8048的缺點(diǎn)，增加了如乘、除、減、比較、16位數(shù)據(jù)指針、布爾代數(shù)運(yùn)算等指令，通信能力和5個(gè)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(gè)16為定時(shí)計(jì)數(shù)器，兩個(gè)外中斷，兩個(gè)定時(shí)計(jì)數(shù)中斷，以及一個(gè)串行中斷，并有4個(gè)8位并行串口。80C51內(nèi)部有時(shí)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(shí)間精度的要求，而且產(chǎn)品產(chǎn)量豐富來(lái)源廣，應(yīng)用也很成熟，故采用來(lái)作控制核心。 80C51性能簡(jiǎn)介80C51具有如下特點(diǎn)：40個(gè)引腳，4k byte flash片內(nèi)程序存儲(chǔ)器，128bytes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(jí)，2個(gè)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，片內(nèi)時(shí)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(jī)的特性80C51核心處理單元布爾處理器12時(shí)鐘操作，可選6個(gè)時(shí)鐘存儲(chǔ)器尋址范圍128字節(jié)RAM和4字節(jié)ROM電源控制模式時(shí)鐘可停止和恢復(fù)空閑模式掉電模式兩個(gè)工作頻率范圍6時(shí)鐘模式時(shí)為020MHz12時(shí)鐘模式時(shí)為033MHz擴(kuò)展溫度范圍雙數(shù)據(jù)指針3個(gè)加密位5個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)6個(gè)中斷源4個(gè)8為I/O口雙全工增強(qiáng)型UART幀數(shù)據(jù)錯(cuò)誤檢測(cè)自動(dòng)地址識(shí)別可編程時(shí)鐘輸出異步端口復(fù)位低EMI掉電模式可通過(guò)外部中斷喚醒3個(gè)16為定時(shí)計(jì)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(chǔ)器，128字節(jié)內(nèi)部RAM，32個(gè)I/O口線，兩個(gè)數(shù)據(jù)指針，兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，一個(gè)5向量?jī)杉?jí)中斷結(jié)構(gòu)，一個(gè)全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時(shí)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(gè)硬件復(fù)位。 80C51引腳功能說(shuō)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(shí)，每位能驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL邏輯門電路，對(duì)端口寫“1”可作為高阻抗輸入端口。在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器或程序存儲(chǔ)器時(shí)，這組I口線分時(shí)轉(zhuǎn)換地址（低8位）和數(shù)據(jù)總線復(fù)用，在訪問(wèn)期間激活內(nèi)部上拉電阻。在Flash編程時(shí)，P0口接收指令字節(jié)，而在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)，校驗(yàn)時(shí)，要求外接上拉電阻。P1口：P1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(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4個(gè)TTL邏輯電路[12]。對(duì)端口寫“1”，通過(guò)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)引腳被外部信號(hào)校驗(yàn)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(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(jí)可驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL邏輯門電路。對(duì)端口寫“1”，通過(guò)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)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流I。在訪問(wèn)8位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（如執(zhí)行：MOVX@Ri指令）時(shí)，P2口線上的內(nèi)部（即特殊功能寄存器）在整個(gè)訪問(wèn)期間不改變。Flash編程或校驗(yàn)時(shí)，P2也接收高位地址和其他控制信號(hào)。P3口：P3口輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4個(gè)TTL邏輯門電路。對(duì)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。做輸入端口時(shí)，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(shí)/計(jì)數(shù)器0外部輸入TXD()串行輸出口T1()定時(shí)/計(jì)數(shù)器1外部輸入INT0()外中斷0WR()外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通INTI()外中斷1RD()外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩工作時(shí)，RST引腳出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期上高電平將視單片機(jī)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(wèn)外部程序存儲(chǔ)器或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，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(wèn)外部存儲(chǔ)器，ALE仍以時(shí)鐘振蕩頻率的1/6輸出的正脈沖信號(hào)，因此它可對(duì)外輸出時(shí)鐘或用于定時(shí)目的，更注意的是：當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過(guò)一個(gè)ALE脈沖。如有必要，可通過(guò)對(duì)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(huì)被激活。此外，該引腳被微弱拉高，單片機(jī)執(zhí)行內(nèi)部程序時(shí)，應(yīng)設(shè)置ALE無(wú)效。PSEN：程序儲(chǔ)存允許（PSEN）輸出時(shí)外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)，當(dāng)AT89C51由外部程序存儲(chǔ)器取指令（或數(shù)據(jù)）時(shí)，每個(gè)機(jī)器周期兩次PSEN有效，即輸出兩個(gè)脈沖。當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，有兩次有效的PSEN信號(hào)。EA/VPP：外部訪問(wèn)允許。欲使CPU訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)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(shí)內(nèi)部會(huì)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(chǔ)器中的指令。Flash存儲(chǔ)器編程時(shí)，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(shí)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(gè)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(gè)中斷源的中斷優(yōu)先級(jí)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(shí)鐘指針寄存器：為方便的訪問(wèn)內(nèi)部和外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，提供了兩個(gè)16位數(shù)據(jù)指針存儲(chǔ)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(shí)選擇DP0，而DPS=1時(shí)選擇DP1。在使用前初始化DPS。圖33 雙時(shí)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(shí)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(chǔ)器：如果EA引腳接地（GND），全部程序執(zhí)行外部存儲(chǔ)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(chǔ)器，在執(zhí)行地址為1000HFFFFH(60KB)的外部程序存儲(chǔ)器。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)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(wèn)，堆棧操作可利用間接尋址方式進(jìn)行，128字節(jié)均可設(shè)置為堆棧區(qū)間。 存儲(chǔ)芯片AT24C01AT24C01是美國(guó)ATMEL公司的低功耗CMOS型E2PROM，內(nèi)含2568位存儲(chǔ)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(qiáng)、數(shù)據(jù)不易丟失、體積小等特點(diǎn)。而且它是采用了I2C總線式進(jìn)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(jìn)行數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)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(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)后，該地址寄存器自動(dòng)加1，以實(shí)現(xiàn)對(duì)下一個(gè)存儲(chǔ)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(shí)間，一次操作可寫入多于8個(gè)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(guò)SDA（串行數(shù)據(jù)線）及SCL（串行時(shí)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(shí)別每個(gè)器件。AT24C01正是運(yùn)用了I2C規(guī)程，使用主/從機(jī)雙向通信，主機(jī)（通常為單片機(jī)）和從機(jī)（AT24C01）均可工作于接收器和發(fā)送器狀態(tài)。主機(jī)產(chǎn)生串行時(shí)鐘信號(hào)（通過(guò)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(wú)論是主機(jī)還是從機(jī)，接收到一個(gè)字節(jié)后必須發(fā)出一個(gè)確認(rèn)信號(hào)ACK。AT24C01的控制字由8位二進(jìn)制數(shù)構(gòu)成，在開始信號(hào)發(fā)出以后，主機(jī)便會(huì)發(fā)出控制字，以選擇從機(jī)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(yàn)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(guò)這條雙向I2C總線進(jìn)行串行傳送。第6腳SCL為串行時(shí)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(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)后，該地址寄存器自動(dòng)加1，以實(shí)現(xiàn)對(duì)下一個(gè)存儲(chǔ)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(shí)間，一次操作可寫入多達(dá)8個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)。 4位8段共陽(yáng)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(gè)發(fā)光二極管單元[13]；按能顯示多少個(gè)“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(yáng)極數(shù)碼管和共陰極數(shù)碼管。共陽(yáng)數(shù)碼管是指所有發(fā)光二極管的陽(yáng)極接到一起形成公共陽(yáng)極的數(shù)碼管。共陽(yáng)數(shù)碼管在應(yīng)用時(shí)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(shí)，相應(yīng)字段就點(diǎn)亮。當(dāng)某一字段的陰極均為高電平時(shí)，相應(yīng)字段就不亮。數(shù)碼管要正常顯示，就要用驅(qū)動(dòng)電路來(lái)驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管的各個(gè)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(dòng)方式不同，可以分為靜態(tài)式和動(dòng)態(tài)式兩類。 數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)方式靜態(tài)驅(qū)動(dòng)又稱直流驅(qū)動(dòng)。靜態(tài)驅(qū)動(dòng)是指每個(gè)數(shù)碼管的每一個(gè)段碼都由一個(gè)單片機(jī)的I/O端口進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，或者使用如BCD碼二十進(jìn)制譯碼器譯碼進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。靜態(tài)驅(qū)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是編程簡(jiǎn)單，顯示亮度高，缺點(diǎn)是占用I/O端口多，如驅(qū)動(dòng)5個(gè)數(shù)碼管靜態(tài)顯示則需要40跟I/O端口來(lái)驅(qū)動(dòng)，而一個(gè)80C51單片機(jī)可用的I/O端口不夠40根，實(shí)際應(yīng)用時(shí)必須增加譯碼驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，增加了硬件電路的復(fù)雜性。數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示接口是單片機(jī)中應(yīng)用最為廣泛的一種顯示方式之一，動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)是將所有數(shù)碼管的8個(gè)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(gè)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(dú)立的I/O線控制，當(dāng)單片機(jī)輸出字形碼時(shí)，所有數(shù)碼管都接收到相同的字形碼，但究竟是那個(gè)數(shù)碼管會(huì)顯示出字形，取決于單片機(jī)對(duì)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(huì)亮。通過(guò)分時(shí)輪流控制各個(gè)數(shù)碼管的的COM端，就使各個(gè)數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)。在輪流顯示過(guò)程中，每位數(shù)碼管的點(diǎn)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(shí)際上各位數(shù)碼管并非同時(shí)點(diǎn)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(huì)有閃爍感，動(dòng)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(yáng)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(lái)表示。長(zhǎng)*寬*高：長(zhǎng)——數(shù)碼管正方時(shí)，水平方向的長(zhǎng)度；寬——數(shù)碼管正方時(shí)，垂直方向上的長(zhǎng)度；高——數(shù)碼管的厚度。時(shí)鐘點(diǎn)：四位數(shù)碼管中，第二位8與第三位8字中間的兩個(gè)點(diǎn)。一般用于顯示時(shí)鐘中的秒。電流：靜態(tài)時(shí)，推薦使用1015mA；動(dòng)態(tài)時(shí)，16/1動(dòng)態(tài)掃描時(shí)，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(shí)，；當(dāng)綠色或藍(lán)色時(shí)。 晶體振蕩器晶體振蕩器，簡(jiǎn)稱晶振，其作用在于產(chǎn)生原始的時(shí)鐘頻率，這個(gè)頻率經(jīng)過(guò)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(duì)這兩種音頻同時(shí)支持的話，聲卡就需要有兩個(gè)晶振。但是現(xiàn)在的娛樂(lè)級(jí)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(huì)對(duì)音質(zhì)帶來(lái)?yè)p害，而且現(xiàn)在的娛樂(lè)級(jí)聲卡都沒有很好的解決這個(gè)問(wèn)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(lái)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(jī)、影碟機(jī)、錄像機(jī)、無(wú)線通信設(shè)備、電子鐘表、單片機(jī)、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(shí)鐘信號(hào)和為特定系統(tǒng)提供基準(zhǔn)信號(hào)。在單片機(jī)為其提供時(shí)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(jiǎn)稱為晶片，它可以是正方形、矩形或圓形等），在它的兩個(gè)對(duì)應(yīng)面上涂敷銀層作為電極，在每個(gè)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(jiǎn)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(huì)使晶片產(chǎn)生機(jī)械變形振動(dòng)，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(shí)，就會(huì)發(fā)生壓電諧振，從而導(dǎo)致機(jī)械變形的振幅突然增大。第四章 系統(tǒng)硬件構(gòu)成 設(shè)計(jì)原理本設(shè)計(jì)主要由單片機(jī)、矩陣鍵盤、數(shù)碼管顯示器和密碼存儲(chǔ)等部分組成。其中矩陣鍵盤用于輸入數(shù)字密碼和進(jìn)行各種功能的實(shí)現(xiàn)。由用戶通過(guò)連接單片機(jī)的矩陣鍵盤輸入密碼，后經(jīng)過(guò)單片機(jī)對(duì)用戶輸入的密碼與自己保存的密碼進(jìn)行對(duì)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(bào)警電路控制開鎖還是報(bào)警，實(shí)際使用時(shí)只要將單片機(jī)的負(fù)載由繼電器換成電子密碼鎖的電磁鐵