【正文】 能。因此，,需傳送系統(tǒng)的低8位地址和8位數(shù)據(jù),因此,MUX的一個輸入端為”地址/數(shù)據(jù)”,不涉及數(shù)據(jù),所以MUX的一個輸入信號為”地址”在4個口中只有P0口是一個真正的雙向口,P0口作為系統(tǒng)的數(shù)據(jù)總線使用時,為保證數(shù)據(jù)的正確傳頌,需要解決芯片內(nèi)外的隔離問題,即只有在數(shù)據(jù)傳送時芯片內(nèi)外才接通。不進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞時,要求P0口的輸出緩沖器是一個三態(tài)門.在P0口中輸出三態(tài)門是由兩只場效應(yīng)管(FET)組成,上拉電阻代替P0口中的場效應(yīng)管,輸出緩沖器不是三態(tài)的,因此不是真正的雙向口,. 時鐘電路與時序時鐘電路用于產(chǎn)生MCS51單片機(jī)工作時所必需的時鐘信號。MCS51單片機(jī)本身就是一個復(fù)雜的同步時序電路，為保證同步工作方式的實現(xiàn)，MCS51單片機(jī)應(yīng)在唯一的時鐘信號控制下，嚴(yán)格地按時序執(zhí)行進(jìn)行工作，而時序所研究的是指令執(zhí)行中各個信號的關(guān)系。在執(zhí)行指令時，CPU首先要到程序存儲器中取出需要執(zhí)行的指令操作碼，然后譯碼，并由時序電路產(chǎn)生一系列控制信號去完成指令所規(guī)定的操作。CPU發(fā)出的時序信號有兩類，一類用于片內(nèi)對各個功能部件的控制，這列信號很多。另一類用于片外存儲器或I/O端口的控制，這部分時序?qū)τ诜治?、設(shè)計硬件接口電路至關(guān)重要。這也是單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計者普遍關(guān)心的問題。 單片機(jī)的工作方式單片機(jī)的工作方式包括：復(fù)位方式、程序執(zhí)行方式、單步執(zhí)行方式、低功耗操作方式以及EPROM編程和校驗方式。1. 復(fù)位方式RST引腳師復(fù)位信號的輸入端。復(fù)位信號是高電平有效。高電平有效的持續(xù)時間應(yīng)為24個振蕩周期以上。若時鐘頻率為6MHz，則復(fù)位信號至少應(yīng)持續(xù)4us以上，才可以使單片機(jī)復(fù)位。復(fù)位以后，07H寫入棧指針SP，P0P3口均置1（允許輸入），程序計數(shù)器PC和其他特殊功能寄存器SFR全部清零。只要該腳保持高電平，MCS51便循環(huán)復(fù)位。當(dāng)RST端由高變低后，MCS51由ROM的0000H開始執(zhí)行程序。MCS51的復(fù)位操作不影響內(nèi)部RAM的內(nèi)容。當(dāng)VCC加電后，RAM的內(nèi)容是隨機(jī)的。單片機(jī)的復(fù)位方式有上電自動復(fù)位和手工復(fù)位兩種。2. 程序執(zhí)行方式程序執(zhí)行方式是單片機(jī)的基本工作方式。所執(zhí)行的程序可以在內(nèi)部ROM、外部ROM或者同時放在內(nèi)外ROM中。若程序放在外部ROM中（如對8031），則應(yīng)使=0,否則，可使=1。由于復(fù)位之后PC=0000H，所以程序的執(zhí)行總是從地址0000H開始的。但真正的程序一般不可能從0000H開始存放，因此，需要在0000H單元開始存放一條轉(zhuǎn)移指令，從而使程序跳轉(zhuǎn)到真正的程序入口地址。3. 單步執(zhí)行方式單步執(zhí)行方式是使程序的執(zhí)行處于外加脈沖（通常用一個按鍵產(chǎn)生）的控制下，一條指令一條指令地執(zhí)行，即按一次鍵，執(zhí)行一條指令。單步執(zhí)行方式可以利用MCS51的中斷控制來實現(xiàn)。其中斷系統(tǒng)規(guī)定：從中斷服務(wù)程序返回以后至少要執(zhí)行一條指令后才能重新進(jìn)入中斷。將外加脈沖加到輸入，平時為低電平。通過編程規(guī)定使信號低電平有效，因此不來脈沖時總是處于響應(yīng)中斷的狀態(tài)。在中斷服務(wù)中要安排這樣的指令：JNB $ ；不往下執(zhí)行JB $ ；不往下執(zhí)行RETI ；返回主程序執(zhí)行一條指令因此，只有/INT0上來一個正脈沖，才能通過第一、第二兩條指令，返回主程序并執(zhí)行一條指令，由于此時已回到0，故重新進(jìn)入中斷，在第一條指令處等待正脈沖的到來。從而實現(xiàn)來一個脈沖執(zhí)行一條指令的單步操作。4. 低功耗操作方式CMOS型單片機(jī)有兩種低功耗操作方式：節(jié)電操作方式和掉電操作方式。在節(jié)電方式時，CPU停止工作，而RAM、定時器、串行口和中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。在掉電方式時，僅給片內(nèi)RAM供電，片內(nèi)所有其他的電路均不工作。CMOS型單片機(jī)用軟件來選擇操作方式，由電源控制寄存器PCON中的有關(guān)位控制。這些有關(guān)的位是：IDL() ；節(jié)電方式位。IDL=1時，激活節(jié)電方式PD() ；掉電方式位。PD=1時，激活掉電方式GF0() ；通用標(biāo)志位GF1() ；通用標(biāo)志位（1）節(jié)電方式一條將IDL位置1的指令執(zhí)行后，MCS51就進(jìn)入節(jié)電方式。這時提供給CPU的時鐘信號被切斷，但時鐘信號仍提供給RAM、定時器、中斷系統(tǒng)和串行口，同時CPU的狀態(tài)被保留起來，也就是棧指針SP、程序計數(shù)器PC、程序狀態(tài)字PSW、累加器ACC及通用寄存器的內(nèi)容。在節(jié)電方式下， VCC仍為5V?？梢杂袃蓷l途徑退出節(jié)電方式恢復(fù)到正常方式。一條途徑是有任一種中斷被激活，此時IDL位將被硬件清除，隨之節(jié)電狀態(tài)被結(jié)束。中斷返回時將回到進(jìn)入節(jié)電方式的指令后的一條指令，恢復(fù)到正常方式。PCON中的標(biāo)志位GF0和GF1可以用作軟件標(biāo)志，若置IDL=1的同時也置GF0=GF1=1，則節(jié)電方式中激活的中斷服務(wù)程序查詢到此標(biāo)志便可以確定服務(wù)的性質(zhì)。推出節(jié)電方式的另一種方法是靠硬件復(fù)位，復(fù)位后PCON中各位均被清零。（2）掉電方式一條將PD位置1的指令執(zhí)行后，80C51就進(jìn)入掉電工作方式。掉電后，片內(nèi)振蕩器停止工作，時鐘凍結(jié)，一切工作都停止，只有片內(nèi)RAM的內(nèi)容被保持，SFR內(nèi)容也被破壞。掉電方式下VCC可以降到2V，耗電僅50A。退出掉電方式恢復(fù)正常工作方式的唯一途徑是硬件復(fù)位，應(yīng)在vcc恢復(fù)到正常值后再進(jìn)入復(fù)位，復(fù)位時間需10ms時間，以保證振蕩器再啟動并達(dá)到穩(wěn)定，實際上復(fù)位本身只需24個振蕩周期（24 us）。但在進(jìn)入掉電方式前，VCC不能掉下來，因此要有掉電監(jiān)測點路。5. EPROM編程和校驗方式對于內(nèi)部集成有EPROM的MCS51單片機(jī)，可以進(jìn)入編程或校驗方式。（1）內(nèi)部EPROM編程編程時，時鐘頻率應(yīng)在4MHz6MHz的范圍內(nèi)，其余有關(guān)引腳的接法和用法如下：1），P1口為低8位地址；2）；3）P0口為編程數(shù)據(jù)輸入；4），其余的都以TTL的高低電平為準(zhǔn)；5）/VPP端加+，此電壓要求穩(wěn)定，否則會破壞EPROM；在/VPP出現(xiàn)正脈沖期間，ALE/PROG端上加50ms的負(fù)脈沖，完成一次寫入。8751的EPROM編程一般要用專門的單片機(jī)編程器來完成。（2）EPROM程序校驗在程序的保密位尚未設(shè)置，無論在寫入的當(dāng)時或?qū)懭胫?，均可將片上程序存儲器的?nèi)容讀出進(jìn)行校驗。在讀出時，其他引腳與EPROM的連接方式相同。，P2口的其他引腳及/PSEN保持低電平，ALE、/EA和RST接高電平，校驗的單元內(nèi)容由P0口送出。在校驗操作時，需在P0口、。加上編程脈沖后就可使保密位寫入。保密位一旦寫入，內(nèi)部程序存儲器便不能再被寫入和讀出校驗，而且也不能執(zhí)行外部程序存儲器的程序。只有EPROM全部擦除時，保密位才能一起擦除，也才可以再次寫入。 單片機(jī)的性能特點單片機(jī)把各功能部件集成在一塊芯片上，因此它結(jié)構(gòu)緊湊、超小型化、可靠性高、價格低廉、易于開發(fā)應(yīng)用。它的的主要特點是：（1）集成度高。在單片機(jī)芯片中，除中央處理器 CPU之外，還有存儲器ROM/RAM，I/O接口電路、定時器/計數(shù)器等部件，因此集成度高，在幾至幾十平方毫米的芯片上可制作上萬個晶體管電路。（2）結(jié)構(gòu)緊湊、可靠性高。單片機(jī)把各功能部件集成在一塊芯片上，采用內(nèi)部總線結(jié)構(gòu)，減少了多片機(jī)中各芯片之間的連線，大大提高了單片機(jī)的抗干擾能力。另外，單片機(jī)超小型化、結(jié)構(gòu)緊湊、體積小，對于強磁場環(huán)境易于采取屏蔽措施，因而抗干擾能力強，可靠性高，適合在一些惡劣環(huán)境中工作。（3）數(shù)據(jù)處理能力強、速度快。單片機(jī)除具有一般微處理器的數(shù)據(jù)處理能力外，在一系列產(chǎn)品（如MCS51）的指令系統(tǒng)中，增加了乘除法指令及布爾（二進(jìn)制）處理機(jī)功能，提高了數(shù)據(jù)處理能力。同時，由于中央處理器與存儲器在同一芯片上，因而減少了多片之間數(shù)據(jù)傳遞所需時間，提高了數(shù)據(jù)處理速度。例如MCS51的CPU,采用12MHz時鐘時。（4）功耗小、成本低。單片機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊，數(shù)據(jù)傳送路徑短，所需要功耗??；內(nèi)部采用準(zhǔn)靜態(tài)RAM類似，但不需要刷新，可使功耗下降。單片機(jī)內(nèi)部電路雖然比相應(yīng)微處理器芯片復(fù)雜，但是一旦設(shè)計好后，進(jìn)入批量生產(chǎn)，成本不會提高。單片機(jī)內(nèi)部設(shè)置一定容量的只讀存儲器ROM/EPROM，用于存儲用戶的專用程序，這些程序稱之為內(nèi)部程序。內(nèi)部程序可由廠方在制作芯片時代為燒制，也可由用戶自己寫入，這樣可使單片機(jī)成為具有不同特殊功能的專用機(jī)，易于形成產(chǎn)品。 單片機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域單片機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域可以歸納為以下幾個方面。1．智能儀表用單片機(jī)系統(tǒng)取代老式的測量、控制儀表，實現(xiàn)從模擬儀表向數(shù)字化、智能化儀表的轉(zhuǎn)化，如各種溫度儀表、壓力儀表、流量儀表、電能計量儀表等。 2. 測控系統(tǒng) 用單片機(jī)取代原有的復(fù)雜的模擬數(shù)字電路，完成各種工業(yè)控制、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等工作。 3．電能變換 應(yīng)用單片機(jī)設(shè)計變頻調(diào)速控制電路。 4．通信 用單片機(jī)開發(fā)通信模塊、通信器材等。 5．機(jī)電產(chǎn)品 應(yīng)用單片機(jī)檢測、控制傳統(tǒng)的機(jī)械產(chǎn)品，使傳統(tǒng)的機(jī)械產(chǎn)品結(jié)構(gòu)簡化，控制智能化，提高了機(jī)電產(chǎn)品的可靠性，增強了產(chǎn)品的功能 6．智能接口在數(shù)據(jù)傳輸中，用單片機(jī)實現(xiàn)外部設(shè)備與微機(jī)通信。 本章小結(jié) 本章介紹了單片機(jī)的一些基本硬件結(jié)構(gòu)。單片機(jī)是微計算機(jī)的一個分支，在原理和結(jié)構(gòu)上，單片機(jī)與微型機(jī)之間沒有根本性的差別，而且微計算機(jī)的許多技術(shù)都被單片機(jī)繼承下來。單片機(jī)的基本結(jié)構(gòu)依然是CPU加上外圍芯片的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)模式，但對各種功能部件的控制是采用特殊功能寄存器的集中控制方式。第3章 電路的硬件設(shè)計 復(fù)位電路 MCS51單片機(jī)的復(fù)位是由外部的復(fù)位電路來實現(xiàn)的。復(fù)位引腳RST通過一個斯密特觸發(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復(fù)位和按鈕復(fù)位兩種方式。 上電復(fù)位：上電復(fù)位電路是—種簡單的復(fù)位電路，只要在RST復(fù)位引腳接一個電容到VCC，接一個電阻到地就可以了。上電復(fù)位是指在給系統(tǒng)上電時，復(fù)位電路通過電容加到RST復(fù)位引腳一個短暫的高電平信號，這個復(fù)位信號隨著VCC對電容的充電過程而回落，所以RST引腳復(fù)位的高電平維持時間取決于電容的充電時間。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間。 手動復(fù)位：手動復(fù)位需要人為在復(fù)位輸入端加高電平讓系統(tǒng)復(fù)位。一般采用的方法是在RST端和正電源VCC之間接一個按鍵，當(dāng)按下按鍵后，VCC和RST端接通，RST引腳處有高電平，而且按鍵動作一般是數(shù)十毫秒、大于兩個機(jī)器周期的時間，能夠安全的讓系統(tǒng)復(fù)位。本電路采用的是上電復(fù)位方式。電路圖如下：上電自動復(fù)位是通過外部復(fù)位電路的電容充電來實現(xiàn)的。只要Vcc的上升時間不超過1ms，就可以實現(xiàn)自動上電復(fù)位。除了上電復(fù)位外，有時還需要按鍵手動復(fù)位。按鍵手動復(fù)位有電平方式和脈沖方式兩種。 時鐘電路時鐘是單片機(jī)的心臟，單片機(jī)各功能部件的運行都是以時鐘頻率為基準(zhǔn)，有條不紊的一拍一拍地工作。因此，時鐘頻率直接影響單片機(jī)的速度，時鐘電路的質(zhì)量也直接影響單片機(jī)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。常用的時鐘電路有兩種方式：一種是內(nèi)部時鐘方式，另一種為外部時鐘方式。本文用的是內(nèi)部時鐘方式。電路圖如下：MCS51單片機(jī)內(nèi)部有一個用于構(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。這兩個引腳跨接石英晶體振蕩器和微調(diào)電容，就構(gòu)成一個穩(wěn)定的自激振蕩器。 按鍵電路 按鍵是一組常開的按鍵開關(guān),每個按鍵都被賦予一個代碼,、低電平狀態(tài)。按鍵閉合過程在相應(yīng)的I/O端口形成一個負(fù)脈沖。閉合和釋放過程都要經(jīng)過一定的過程才能達(dá)到穩(wěn)定，這一過程是處于高、低電平之間的一種不穩(wěn)定狀態(tài)，稱為抖動。抖動持續(xù)時間的常長短與開關(guān)的機(jī)械特性有關(guān)，一般在510ms之間。為了避免CPU多次處理按鍵的一次閉合，應(yīng)采用措施消除抖動。本文在軟件中采用了相應(yīng)的軟件程序來消除抖動。當(dāng)發(fā)現(xiàn)有鍵按下時，延時1020ms再查詢是否有鍵按下，若沒有鍵按下，說明上次查詢結(jié)果為干擾或抖動；若仍有鍵按下。則說明閉合鍵已穩(wěn)定。 本文采用的是獨立式按鍵，直接用I/O口線構(gòu)成單個按鍵電路，每個按鍵占用一條I/O口線，每個按鍵的工作狀態(tài)不會產(chǎn)生互相影響。 電路圖如下： ，按鍵選擇要調(diào)整的時十位、時個位、分十位或分個位。 “+“鍵，按一下則對應(yīng)的數(shù)字加1。 “”鍵，按一下則對應(yīng)的數(shù)字減1。 ，程序默認(rèn)為日常時間表，當(dāng)按下該開關(guān)，使輸入為低電平時，表示當(dāng)前執(zhí)行的是考試時間表，并有綠發(fā)光二極管顯示。再按鍵，使鍵抬起，輸入維高電平時，表示當(dāng)前執(zhí)行的是日常作息時間表，用紅發(fā)光二級管顯示。 相關(guān)控制電路 加熱電路。主程序查詢控制加熱的標(biāo)志位，當(dāng)該標(biāo)志位為1，控制繼電器閉合，從而合上開關(guān)，啟動加熱器進(jìn)行工作。當(dāng)加熱一定時間時，標(biāo)志位置0，輸出低電平，控制繼電器斷開，從而打開開關(guān)，加熱器停止加熱。電路圖如下： 控制打鈴電路。當(dāng)時鐘當(dāng)前的時間和當(dāng)前所執(zhí)行的時間表的時間一致時，相應(yīng)得標(biāo)志位為1，控制繼電器閉合，從而合上開關(guān)，啟動電鈴進(jìn)行打鈴。打鈴一定時間，標(biāo)志位置0，繼電器打開，電鈴?fù)Ｖ构ぷ鳌ｋ娐穲D如下： 時間表顯示電路因為該電路可以執(zhí)行兩個時間表，即正常作息時間表和考試時間表。為了能夠從外觀上看出當(dāng)前正在執(zhí)行的是那種時間表，為此，在電路中加上了紅、綠兩個不同的發(fā)光二極管，當(dāng)紅發(fā)光二極管接通時，表示當(dāng)前正在執(zhí)行日常作息時間表；當(dāng)綠發(fā)光二極管接通時則表示當(dāng)前正在執(zhí)行的是考試時間表。有了紅綠兩發(fā)光二極管表示，就可以明顯看出當(dāng)前執(zhí)行的是何種時間表，不會混淆。電路圖如下： 數(shù)碼管顯示電路 數(shù)碼管顯示器成本低，配置靈活，與單片機(jī)接口簡單，在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用。數(shù)碼管是由8個發(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