【正文】 信號?！猂ST：復(fù)位輸入。當振蕩器復(fù)位器件時，要保持RST腳兩個機器周期的高電平時間.——ALE/PROG：當訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時， ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無效。 ——/PSEN：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機器周期兩次/PSEN有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的/PSEN信號將不出現(xiàn)。 ——/EA/VPP：當/EA保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（0000HFFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲器。注意加密方式1時，/EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當/EA端保持高電平時，此間內(nèi)部程序存儲器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）。 ——XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。 ——XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。 什么是單片機系統(tǒng) 單片機系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)框圖如圖4所示。從圖中可以看出，對于一個典型的單片機系統(tǒng)而言，主要由單片機、晶振和復(fù)位電路、輸入控制電路、輸出顯示電路以及外圍功能器件5個部分組成。除了上文中介紹過的單片機外，單片機系統(tǒng)中的其他4個部分的主要作用和器件如下。⑴晶振和復(fù)位電路：單片機系統(tǒng)的必要組成部分，控制單片機的機器周期和功能復(fù)位。⑵輸入控制：是指在一定要求下，采取何種形式的控制方式來實現(xiàn)單片機不同功能的轉(zhuǎn)換，以及控制指令以何種方式傳送到單片機。常用的輸入控制方法有按鍵、矩陣鍵盤、串行通信等方式。晶振、復(fù)位電路輸入控制輸出顯示外圍功能器件單片機圖4 單片機系統(tǒng)的基本組成⑶輸出顯示：是指單片機將需要顯示的數(shù)據(jù)發(fā)送到LED、液晶等顯示模塊，并控制LED等顯示模塊按照一定的格式顯示的功能。此外，輸出對象還有電機、傳感器等特殊的功能器件。⑷外圍功能器件：單片機只是控制器件，對應(yīng)與一定的設(shè)計要求，需要加入特定功能的器件。例如外部存儲器，單片機通過對外部存儲器的讀寫操作，完成對數(shù)據(jù)的存儲器的讀寫操作，完成對數(shù)據(jù)的存儲和讀取，從而擴展單片機的存儲單元和數(shù)據(jù)。此外，常用的外圍器件還有A/D、D/A、74LS07門電路以及特定功能的傳感器等。單片機的最簡單系統(tǒng)是指單片機能正常工作所必須的外圍元件，主要由單片機、晶振電路和復(fù)位電路構(gòu)成。而輸入/輸出部分則通過單片機的I/O口實現(xiàn)。 單片機系統(tǒng)的應(yīng)用單片機的應(yīng)用十分廣泛，在工業(yè)控制領(lǐng)域、家電產(chǎn)品、智能化儀器儀表、計算機外部設(shè)備，特別是機電一體化產(chǎn)品中，都有重要的用途。其主要的用途可以分為以下方面。● 顯示：通過單片機控制發(fā)光二極管或是液晶，顯示特定的圖形和字符?！? 機電控制：用單片機控制機電產(chǎn)品做定時或定向的動作?！? 檢測：通過單片機和傳感器的聯(lián)合使用，用來檢測產(chǎn)品或者工況的意外發(fā)生?！? 通信：通過RS232串行通信或者是USB通信，傳輸數(shù)據(jù)和信號。● 科學(xué)計算：用來實現(xiàn)簡單的算法。那么單片機是不是解決上述應(yīng)用的惟一選擇呢？當然不是！目前，在自動控制中，一般有3種選擇，分別是嵌入式微機、DSP和單片機，他們的性能比較如表22所示。表22 嵌入式微機、DSP、單片機性能比較指標嵌入式微機DSP單片機運算速度一般快慢信息處理量大大小體積和重量大小小系統(tǒng)集成度高一般低開發(fā)成本適中高低典型器件SUPERDX型嵌入式模塊DSP56800TMS320C54XMCS51MCS98單片機最明顯的優(yōu)點是價格便宜，從幾元人民幣到幾十元人民幣。這是因為這類芯片的生產(chǎn)量很大，技術(shù)也很成熟。其次，單片機的體積也遠小于其他兩種方案。單片機本身一般用40腳封裝，當然功能多一些的單片機也有引腳比較多的，如68引腳，功能少的只有10多個或20多個引腳，有的甚至只有8只引腳。當然，單片機無論在速度還是容量方面都遠小于其他兩種方案，但是實際上工作中并不是任何需要計算機的場合都要求計算機有很高的性能。例如，控制電冰箱溫度的控制器就不需要使用嵌入式系統(tǒng)，用一片51就可以輕松實現(xiàn)。所以應(yīng)用的關(guān)鍵是看是否夠用，是否有很好的性能價格比。51系列的單片機已經(jīng)面世十多年，依然沒有被淘汰，還在不斷的發(fā)展中，這就說明是它有廣闊的應(yīng)用前景。、部分電路功能 晶振電路簡單地說，沒有晶振，就沒有時鐘周期，沒有時鐘周期，就無法執(zhí)行程序代碼，單片機就無法工作。單片機工作時，是一條一條地從ROM中取指令，然后一步一步地執(zhí)行。單片機訪問一次存儲器的時間，稱之為一個機器周期，這是一個時間基準。一個機器周期包括12個時鐘周期。如果一個單片機選擇了12MHz晶振，它的時鐘周期是1/12us，它的一個機器周期是12*（1/12）us，也就是1us。MCS51單片機的所有指令中，有一些完成得比較快，只要一個機器周期就行了，有一些完成得比較慢，得要2個機器周期，還有兩條指令要4個機器周期才行。為了衡量指令執(zhí)行時間的長短，又引入一個新的概念：指令周期。所謂指令周期就是指執(zhí)行一條指令的時間。例如，當需要計算DJNZ指令完成所需要的時間時，首先必須要知道晶振的頻率，設(shè)所用晶振為12MHZ，則一個機器周期就是1us。而DJNZ指令是雙周期指令，所以執(zhí)行一次要2us。如果該指令需要執(zhí)行500次，正好1000us，也就是1ms。機器周期不僅對于指令執(zhí)行有著重要的意義，而且機器周期也是單片機定時器和計數(shù)器的時間基準。例如一個單片機選擇了12MHz晶振，那么當定時器的數(shù)值加1時，實際經(jīng)過的時間就是1us，這就是單片機的定時原理。晶振的選擇晶振一般分為晶體振蕩器和晶體諧振器。在單片機系統(tǒng)中，晶體振蕩器將外圍的電容集成到振蕩器的內(nèi)部，無需再設(shè)計晶振電路，只需要將電源加載到晶振上，晶振就可以起振，并通過兩個引腳輸出到單片機的晶振引腳上。一般的，由于晶體振蕩器的體積較大，價格較貴，在實際使用中，還可以選擇晶體諧振器，也就是常說的立式晶振。該晶振需要外部的晶振電路才可以起振，但是由于該電路非常簡單，并且使用靈活，在單片機系統(tǒng)中也有廣泛地應(yīng)用。通用的晶振電路單片機的晶振電路是一種典型電路，分為內(nèi)部時鐘方式和外部時鐘方式兩種。內(nèi)部時鐘方式的電路如圖4所示。圖4 單片機的內(nèi)部晶振電路 HMOS型單片機 CHMOS型單片機圖5 單片機的外部晶振電路內(nèi)部始終的晶振頻率一般都選擇在4MHz～12MHz之間，外接兩個諧振電容。該電容的典型值為30PF，但是在實際應(yīng)用時，需要根據(jù)實際起振情況選擇。如果單片機的時鐘必須使用某一個外接的時鐘信號，就不要外接晶振。由于此時的外接晶振引腳上沒有晶振信號輸入，內(nèi)部的時鐘電路將停振。這種方式稱為外部時鐘方式。圖5給出了兩種外部時鐘的電路，可以根據(jù)不同的單片機型號選擇不同的電路。振蕩器特性： XTAL1和XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時鐘源驅(qū)動器件，XTAL2應(yīng)不接。有余輸入至內(nèi)部時鐘信號要通過一個二分頻觸發(fā)器，因此對外部時鐘信號的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。 復(fù)位電路簡單地說，單片機的復(fù)位就和計算機的重起一樣的概念。任何單片機在工作之前都要有個復(fù)位的過程，復(fù)位對單片機來說，是程序還沒有開始執(zhí)行，是在做準備工作。一般的復(fù)位只需要5ms的時間。復(fù)位引腳RST/Vpd通過片內(nèi)一個施密特觸發(fā)器（抑制噪聲作用）與片內(nèi)復(fù)位電路相連，施密特觸發(fā)器的輸出，在每個機器周期的S5P2有復(fù)位電路采樣依次。當振蕩電路工作，并且在RST引腳加上一個至少保持2個機器周期的高電平時，就能使8051完成一次復(fù)位。按上面所說，時間不少于5ms。為了達到這個要求，需要在外部設(shè)計復(fù)位電路。復(fù)位電路的實現(xiàn)可以有很多種方法，但是從功能上一般分為兩種：一種是電源復(fù)位，即外部的復(fù)位電路在系統(tǒng)通上電源之后直接使單片機工作，單片機的起停通過電源控制；另一種方法是在復(fù)位電路中設(shè)計按鍵開關(guān)，通過按鍵開關(guān)觸發(fā)復(fù)位電平，控制單片機的復(fù)位。通用的復(fù)位電路和晶振電路一樣，復(fù)位電路也是單片機系統(tǒng)的典型外部電路?；镜膹?fù)位電路的原理圖如圖6所示。圖6 單片機的復(fù)位電路從原理上，一般采用上電復(fù)位嗲路。這種復(fù)位電路的工作原理是：通電時，電容兩端相當于是短路，于是RST引腳上為高電平，然后電源通過電阻對電容充電，RST端電壓慢慢下降，降到一定程序，即為低電平，單片機開始正常工作。改進型的復(fù)位電路我根據(jù)設(shè)計的需要，定制滿足實際要求的電路。這里，給出了一種根據(jù)實際需要設(shè)計的上電復(fù)位電路，如圖7所示。圖7 改進型的復(fù)位電路 信號燈控制電路外圍器件選擇的是發(fā)光二極管，發(fā)光二極管在其兩端的電壓差超出其導(dǎo)通壓降時開始工作，～。此外，工作電流要滿足該二極管的工作電流。滿足電流和電壓的要求，發(fā)光二極管就可以發(fā)光了。單片機系統(tǒng)中往往是數(shù)字信號，不是5V就是0V，所以只要將二極管的正負極和電源對應(yīng)上就可以了。但還需在發(fā)光二極管和單片機連接時加一個限流電阻，這個電阻的作用在于限制通過二極管的電流，從而達到減少功耗或者滿足端口對最大電流的限制。圖8 信號燈控制和時間顯示電路一般二極管的點亮電流為5mA至10mA，在5V驅(qū)動時，廠家多采用470歐的限流電阻，在電路中采用了1K的電阻，電流也就3～5mA。當然為了更亮一點，可以減小電阻值，當然，二極管的電流不要超出單片機的I/O最大電流。發(fā)光二極管的參數(shù)分成三大類：一是電參數(shù)；二是光參數(shù)；三是極限參數(shù)。● 電參數(shù)發(fā)光二極管的電參數(shù)主要有下列幾項。 ①正向電壓Vf。它是指：在給發(fā)光二極管加入規(guī)定的正向電流時，發(fā)光二極管正極與負極引腳之間的電壓降。②發(fā)向耐壓Vr。它是指：保證發(fā)光二極管不出現(xiàn)反向擊穿時所允許給發(fā)光二極管加的最大反向電壓。③反向漏電流Ir。它是指：在給發(fā)光二極管加上規(guī)定的反向偏置電壓時，流過發(fā)光二極管的反向電流，即從負極流向正極的電流。④結(jié)電容Co。它是指：發(fā)光二極管PN結(jié)的結(jié)電容，一般為小于100PF，此結(jié)電容愈小愈好。● 光參數(shù)發(fā)光二極管的光參數(shù)主要有發(fā)光峰值波長、半峰寬度和發(fā)光強度。其中發(fā)光強度是發(fā)光二極管的一項重要光參數(shù)，它表征了發(fā)光二極管發(fā)光時的亮度?！?極限參數(shù)發(fā)光二極管的極限參數(shù)關(guān)系到發(fā)光二極管的安全使用，在使用過程中若超過極限參數(shù)，發(fā)光二極管將會損壞。發(fā)光二極管的極限參數(shù)主要有兩項：一是極限功率Pm；二是極限工作電流Im。在小電流發(fā)光二極管中，極限電流一般小于5