【正文】 爭力。89SXX 可以像下兼容89CXX 等51 系列芯片。市場上見到的89C51 實際都是Atmel 前期生產(chǎn)的巨量庫存而以。如果市場需要，Atmel當(dāng)然也可以再恢復(fù)生產(chǎn)AT89C51。 AT89S51/LS51單片機(jī)是低功耗的、具有4KB在線課編程Flash存儲器的單片機(jī)。它與通用80C51系列單片機(jī)的指令系統(tǒng)和引腳兼容。片內(nèi)的Flash可允許在線重新編程，也可使用非易失性存儲器編程。他將通用CPU和在線可編程Flash集成在一個芯片上，形成了功能強(qiáng)大、使用靈活和具有較高性能性價比的微控制器。 AT89S51單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)AT89S51單片機(jī)內(nèi)部由CPU、4KB的FPEROM ，128B的RAM，兩個16位的定時/計數(shù)器T0和T1，4個8位的I/O端P0、PPP3等組成。單片微機(jī)內(nèi)部最核心的部分是CPU。CPU主要功能是產(chǎn)生各種控制信號，控制存儲器、輸入/輸出端口的數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)的算術(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算以及位操作處理等，CPU按其功能可分為運(yùn)算器和控制器兩部分?？刂破饔沙绦蛴嫈?shù)器PC、指令儲存器、指令譯碼器、實時控制與條件轉(zhuǎn)移邏輯電路等組成。它的功能是對來自存儲器中的指令進(jìn)行譯碼，通過實時控制電路，在規(guī)定的時刻發(fā)出各種操作所需的內(nèi)部和外部的控制信號，使各部分協(xié)調(diào)工作，完成指令所規(guī)定的操作。運(yùn)算器由算術(shù)邏輯器部件ALU、累加器ACC、暫存器、程序狀態(tài)字寄存器PSW，BCD碼運(yùn)算調(diào)整電路等組成。外部定時元件復(fù)位中斷電源系統(tǒng)時鐘ROMCPU定時/計數(shù)器串行I/O口并行I/O口RAM單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖為了提高數(shù)據(jù)處理和位操作功能，片內(nèi)增加了一個通用寄存器B和一些專用寄存器，還增加了位處理邏輯電路的功能[3]。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖23所示。 第三章 硬件電路的設(shè)計 設(shè)計原理本系統(tǒng)采用AT89S52單片機(jī)作為核心，控制系統(tǒng)的四個模塊分別為：單片機(jī)最小系統(tǒng)、顯示模塊、顯示驅(qū)動模塊、搶答開關(guān)模塊。 圖 搶答器原理框圖總體設(shè)計之后，然后進(jìn)行單元電路設(shè)計。單元電路設(shè)計分為電源電路設(shè)計、時鐘和復(fù)位電路、鍵盤電路、顯示報警電路等。 總電路原理為使硬件電路設(shè)計盡可能合理，應(yīng)注意以下幾方面：(1) 盡可能采用功能強(qiáng)的芯片，以簡化電路，功能強(qiáng)的芯片可以代替若干普通芯片，隨著生產(chǎn)工藝的提高，新型芯片的的價格不斷下降，并不一定比若干普通芯片價格的總和高。(2) 留有設(shè)計余地。在設(shè)計硬件電路時，要考慮到將來修改擴(kuò)展的方便。因為很少有一錘定音的電路設(shè)計，如果現(xiàn)在不留余地，將來可能要為一點小小的修改或擴(kuò)展而被迫進(jìn)行全面返工。(3) 程序空間，選用片內(nèi)程序空間足夠大的單片機(jī)，本設(shè)計采用AT89C51單片機(jī)。(4) RAM空間，AT89S51內(nèi)部RAM不多，當(dāng)要增強(qiáng)軟件數(shù)據(jù)處理功能時，往往覺得不足。如果系統(tǒng)配置了外部RAM，則建議多留一些空間。如選用8155作I/O接口，則應(yīng)配置足夠的RAM，如6264，62256等。隨著軟件設(shè)計水平的提高，往往只要改變或增加軟件中的數(shù)據(jù)處理算法，就可以使系統(tǒng)功能提高很多，而系統(tǒng)的硬件不必做任何更換就使系統(tǒng)升級換代。只要在硬件電路設(shè)計初期考慮到這一點，就應(yīng)該為系統(tǒng)將來升級留足夠的RAM空間，哪怕多設(shè)計一個RAM的插座，暫不插芯片也好。(5) I/O端口：在樣機(jī)研制出來后進(jìn)行現(xiàn)場試用時，往往會發(fā)現(xiàn)一些被忽視的問題，而這些問題不是靠單純的軟件措施來解決的。如有些新的信號需要采集，就必須增加輸入檢測端；有些物理量需要控制，就必須增加輸出端。如果在硬件電路設(shè)計就預(yù)留出一些I/O端口，雖然當(dāng)時空著沒用，那么用的時候就派上用場了。[9]，，數(shù)碼管段選P0口，位選P2口低3位。 時鐘頻率電路的設(shè)計時鐘電路是計算機(jī)的心臟，它控制著計算機(jī)的工作節(jié)奏。MCS51單片機(jī)允許的時鐘頻率是因型號而異的。晶振的選擇：6MHz的晶振，其機(jī)器周期是2us。12MHz的晶振，其機(jī)器周期是1us, 也就是說在執(zhí)行同一條指令時用6MHz的晶振所用的時間是12MHz晶振的兩倍。為了提高整個系統(tǒng)的性能我選擇了12MHz的晶振。振蕩方式的選擇：內(nèi)部振蕩方式，MCS51內(nèi)部都有一個反相放大器，XTALXTAL2分別為反相放大器輸入和輸出端，外接定時反饋元件以后就組成振蕩器，產(chǎn)生時鐘送至單片機(jī)內(nèi)部的各個部件。這樣就構(gòu)成了內(nèi)部振蕩方式外部振蕩方式是把已有的時鐘信號引入單片機(jī)內(nèi)。這種方式適合用來使單片機(jī)的時鐘與外部信號一致。在我的這個設(shè)計中沒有也無需與外部時鐘信號一致，所以我選擇了內(nèi)部振蕩方式，由于單片機(jī)內(nèi)部有一個高增益反相放大器，當(dāng)外接晶振后，就構(gòu)成了自激振蕩器并產(chǎn)生振蕩時鐘脈沖。晶振我選擇了12MHz，相對于6MHz的晶振，整個系統(tǒng)的運(yùn)行速度更快了。電容器CC2起穩(wěn)定振蕩頻率、快速起振的作用，電容值我選擇了30pF。內(nèi)部振蕩方式所得的時鐘信號穩(wěn)定性高。 圖32時鐘電路的設(shè)計,只需要外接一個振蕩源就能產(chǎn)生一定的時鐘信號送到單片機(jī)內(nèi)部的各個單元,決定單片機(jī)的工作速度。一般選用石英晶體振蕩器。此電路在加電大約延遲10ms后振蕩器起振,在XTAL2引腳產(chǎn)生幅度為3V左右的正弦波時鐘信號,其振蕩頻率主要由石英晶振的頻率確定。電路中兩個電容 C1,C2的作用有兩個:一是幫助振蕩器起振。二是對振蕩器的頻率進(jìn)行微調(diào)。C1,C2的典型值為30PF。單片機(jī)在工作時,由內(nèi)部振蕩器產(chǎn)生或由外直接輸入的送至內(nèi)部控制邏輯單元的時鐘信號的周期稱為時鐘周期。其大小是時鐘信號頻率的倒數(shù),常用fosc表示。如時鐘頻率為12MHz,即fosc=12MHz,則時鐘周期為1/12181。s。 復(fù)位電路的設(shè)計 復(fù)位電路的可靠性設(shè)計計算機(jī)在啟動運(yùn)行是都需要復(fù)位，使中央處理器CPU和系統(tǒng)中的其它部件都處于一個確定的初始狀態(tài)，并從這個狀態(tài)開始工作。MCS51的復(fù)位輸入引腳RST為MCS51提供了初始化的手段，可以使程序從指定處開始執(zhí)行，在MCS51的時鐘電路工作后，只要RST引腳上出現(xiàn)超過兩個機(jī)器周期以上的高電平時，即可產(chǎn)生復(fù)位的操作。只要 RST保持高電平，則MCS51循環(huán)復(fù)位。只有當(dāng)RST由高電平變低電平以后，MCS51才從0000H地址開始執(zhí)行程序。本系統(tǒng)采用按鍵復(fù)位方式的復(fù)位電路。MCS51單片機(jī)有一個復(fù)位引腳RST，它是施密特觸發(fā)輸入，當(dāng)振蕩器起振 后，該引腳上出現(xiàn)2個機(jī)器周期（即24個時鐘周期）以上的高電平。使器件復(fù)位，只要RST保持高電平，MCS51保持復(fù)位狀態(tài)。此時ALE、/PSEN、P0、PPP3口都輸出高電平。RST變?yōu)榈碗娖胶?，退出?fù)位，CPU從初始狀態(tài)開始工作。復(fù)位以后內(nèi)部寄存器的初始狀態(tài)為（SP=07，P0、PPP3為0FFH外，其它寄存器都為0。在RST復(fù)位端接一個電容至VccHE 一個電阻至Vss，就能實現(xiàn)上電自動復(fù)位，對于CMOS單片機(jī)只要接一個電容至Vcc即可。如圖，在加電瞬間，電容通過電阻充電，就在RST端出現(xiàn)一定時間的高電平，只要高電平時間足夠長，就可以使MCS51有效地復(fù)位。RST端在加電時應(yīng)保持的高電平時間包括Vcc的上升時間和振蕩器起振時間，Vcc上升時間若為10ms，振蕩器起振時間和頻率有關(guān)。10MHz時間約為1ms，1MHz時約為10ms，所以一般為了可靠地復(fù)位，RST在上電時應(yīng)保持20ms以上的高電平。，RC時間常數(shù)越大，上電時RST端保持高電平的時間越長。當(dāng)振蕩頻率為12MHZ時，典型值為C=10uF,R=. 圖33上電復(fù)位電路除上電自動復(fù)位以外，常常需要人工復(fù)位，將一個按鈕開關(guān)并聯(lián)于上電自動復(fù)位電路，按一下開關(guān)就RST端出現(xiàn)一段時間的高電平，即使器件復(fù)位。如圖所示 圖34上電和開關(guān)復(fù)位而我們在這次的畢業(yè)設(shè)計中運(yùn)用的人工復(fù)位電路. 其中電平復(fù)位是通過RST端經(jīng)電阻和電源Vcc接通而實現(xiàn)的，按鍵手動電平復(fù)位電路如圖。當(dāng)時鐘頻率選用12MHz時，C選取10uF，R選擇1000歐。 顯示電路的設(shè)計顯示功能與硬件關(guān)系極大，當(dāng)硬件固定后，如何在不引起操作者誤解的前提下提供盡可能豐富的信息，全靠軟件來解決。 顯示模塊在系統(tǒng)硬件中的安排操作者主要設(shè)計從顯示設(shè)備上獲取微機(jī)系統(tǒng)的信息的，因此，操作者每操作一下，顯示設(shè)備商都應(yīng)該有一定的反應(yīng)。這說明，顯示模塊與操作有關(guān)，即監(jiān)控程序是需要調(diào)用顯示模塊。不同的操作需要顯示不同的內(nèi)容，這又說明各執(zhí)行模塊對顯示模塊的驅(qū)動方式是不同的。另一方面，在操作者沒有進(jìn)行操作時，顯示內(nèi)容也是變化的，如顯示現(xiàn)場各物理量的變化情況。這時顯示模塊不是由操作者通過命令鍵來驅(qū)動，而是由各類自動執(zhí)行的功能模塊來驅(qū)動。自動執(zhí)行的各類模塊在安排在各種中斷子程序中，這就是說，各種中斷子程序也要調(diào)用顯示模塊。如果監(jiān)控安排在中斷子程序中，兩者的要求就統(tǒng)一了，問題比較好解決，如果監(jiān)控程序安排在主程序中，在監(jiān)控程序調(diào)用顯示模塊的過程中發(fā)生了中斷，中斷子程序也調(diào)用顯示模塊，這時就容易出問題。一種比較妥善的辦法是只讓一處調(diào)用顯示模塊，其他各處均不得直接調(diào)用顯示模塊，但有權(quán)申請顯示。這就要設(shè)置一個顯示申請標(biāo)志，當(dāng)某模塊需要顯示時，將申請標(biāo)志置位，同時設(shè)定有關(guān)顯示內(nèi)容（或指針）。由于一處調(diào)用顯示模塊，故不會發(fā)生沖突。為了使顯示模塊能及時反應(yīng)系統(tǒng)需要，應(yīng)將顯示模塊安排在一個重復(fù)執(zhí)行的循環(huán)（如監(jiān)控循環(huán)或時鐘中斷子程序）中。當(dāng)監(jiān)控程序（鍵盤解釋程序）