【正文】 803 8051 及 8751 均采用 40Pin 封裝的雙列直接 DIP 結(jié)構(gòu)，右圖是它們的引腳配置， 40 個引腳中，正電源和地線兩根，外置石英振蕩器的時鐘線兩根， 4組 8位共 32 個 I/O 口，中斷口線與 P3 口線復(fù)用?，F(xiàn)在我們對這些引腳的功能加以說明： 9 圖 23 單片機的引腳圖 Pin9:RESET/Vpd復(fù)位信號復(fù)用腳，當(dāng) 8052 通電，時鐘電路開始工作，在 RESET 引腳上出現(xiàn) 24 個時鐘周期以上的高電平，系統(tǒng)即初始復(fù)位。初始化后，程序計數(shù)器 PC指向 0000H，P0P3 輸出口全部為高電平，堆棧指 針 寫入 07H，其它專用寄存器被清 “0” 。 RESET 由高電平下降為低電平后，系統(tǒng)即從 0000H 地址開始執(zhí)行程序。然而，初始復(fù)位不改變 RAM（包括工作寄存器 R0R7）的狀態(tài)， 8052 的初始態(tài) 。 8051 的復(fù)位方式可以是自動復(fù)位，也可以是手動復(fù)位，見下圖 4。此外， RESET/Vpd還是一復(fù)用腳， Vcc掉電其間 ，此腳可接上備用電源，以保證單片機內(nèi)部 RAM 的數(shù)據(jù)不丟失。 圖 24 上電自動和手動復(fù)位電路圖 圖 25 內(nèi)部和外部時鐘方式圖 10 Pin30:ALE/ 當(dāng)訪問外部程序器時， ALE(地址鎖存 )的輸出用于鎖存地址的低位字節(jié)。而訪問內(nèi)部程序存儲器時， ALE 端將有一個 1/6 時鐘頻率的正脈沖信號，這個信號可以用于識別單片機是否工作，也可以當(dāng)作一個時鐘向外輸出。更有一個特點，當(dāng)訪問外部程序存儲器， ALE 會跳過一個脈沖。 如果單片機是 EPROM，在編程其間， 將用于輸入編程脈沖。 Pin29: 當(dāng)訪問外部程序存儲器時，此腳輸出負脈沖選通信號， PC 的 16 位地址數(shù)據(jù)將出現(xiàn)在 P0 和 P2 口上，外部程序存儲器則把指令數(shù)據(jù) 放到 P0口上，由 CPU 讀入并執(zhí)行。 Pin31:EA/Vpp程序存儲器的內(nèi)外部選通線， 8051 和 8751 單片機，內(nèi)置有 4kB 的程序存儲器，當(dāng) EA 為高電平并且程序地址小于 4kB 時，讀取內(nèi)部程序存儲器指令數(shù)據(jù)，而超過 4kB地址則讀取外部指令數(shù)據(jù)。如 EA為低電平，則不管地址大小，一律讀取外部程序存儲器指令。顯然，對內(nèi)部無程序存儲器的 8031,EA 端必須接地。 第三章 數(shù)字鐘的硬件設(shè)計 最小系統(tǒng)設(shè)計 11 圖 31 單片機最小系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖 單片機的最小系統(tǒng)是由電源、復(fù)位、晶振、 /EA=1 組成，下面介紹一下每一個組成部分。 Vcc 40 電源端 GND 20 接地端 工作電壓為 5V，另有 AT89LV51 工作電壓則是 , 引腳功能一樣。 圖 32 晶振連接的內(nèi)部、外部方式圖 12 XTAL1 19 XTAL2 18 XTAL1 是片內(nèi)振蕩器的反相放大器輸入端， XTAL2 則是輸出端，使用外部振蕩器時，外部振蕩信號應(yīng)直接加到 XTAL1，而 XTAL2 懸空。內(nèi)部方式時，時鐘發(fā)生器對振蕩脈沖二分頻，如晶振為 12MHz，時鐘頻率就為 6MHz。晶振的頻率可以在 1MHz24MHz 內(nèi)選擇。電容取 30PF左右。 系統(tǒng)的時鐘電路設(shè)計是采用的內(nèi) 部方式，即利用芯片內(nèi)部的振蕩電路。 AT89 單片機內(nèi)部有一個用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器。引腳 XTAL1 和 XTAL2 分別是此放大器的輸入端和輸出端。這個放大器與作為反饋元件的片外晶體諧振器一起構(gòu)成一個自激振蕩器。外接晶體諧振器以及電容 C1 和 C2 構(gòu)成并聯(lián)諧振電路，接在放大器的反饋回路中。對外接電容的值雖然沒有嚴格的要求，但電容的大小會影響震蕩器頻率的高低、震蕩器的穩(wěn)定性、起振的快速性和溫度的穩(wěn)定性。因此，此系統(tǒng)電路的晶體振蕩器的值為 12MHz，電容應(yīng)盡可能的選擇陶瓷電容，電容值約為 22μ F。在焊接刷電路板時 ，晶體振蕩器和電容應(yīng)盡可能安裝得與單片機芯片靠近，以減少寄生電容，更好地保證震蕩器穩(wěn)定和可靠地工作。 3. 復(fù)位 RST 9 在振蕩器運行時，有兩個機器周期（ 24個振蕩周期）以上的高電平出現(xiàn)在此引腿時，將使單片機復(fù)位，只要這個腳保持高電平， 51 芯片便循環(huán)復(fù)位。復(fù)位后 P0－ P3 口均置 1 引腳表現(xiàn)為高電平，程序計數(shù)器和特殊功能寄存器 SFR 全部清零。當(dāng)復(fù)位腳由高電平變?yōu)榈碗娖綍r，芯片為 ROM 的 00H 處開始運行程序。 復(fù)位是由外部的復(fù)位電路來實現(xiàn)的。片內(nèi)復(fù)位電路是復(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，它的輸出在每個機器周期的 S5P2，由復(fù)位電路采樣一次。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，此電路系統(tǒng)采用的是上電與按鈕復(fù)位電路。當(dāng)時鐘頻率選用 6MHz 時， C 取 22μ F， Rs 約為 200Ω， Rk約為 1K。 復(fù)位操作不會對內(nèi)部 RAM 有所影響。 常用的復(fù)位電路如下圖所示： 13 圖 33 常用復(fù)位電路圖 (1) P0 端口 [] P0 是一個 8 位漏極開路型雙向 I/O 端口，端口置 1（對端口寫1）時作高阻抗輸入端。作為輸出口時能驅(qū)動 8個 TTL。 對內(nèi)部 Flash 程序存儲器編程時，接收指令字節(jié) 。校驗程序時輸出指令字節(jié)，要求外接上拉電阻。 在訪問外部程序和外部數(shù)據(jù)存儲器時， P0 口是分時轉(zhuǎn)換的地址 (低 8 位 )/數(shù)據(jù)總線，訪問期間內(nèi)部的上拉電阻起作用。 (2) P1 端口 [－ ] P1 是一個帶有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/0 端口。輸出時可驅(qū) 動 4 個 TTL。端口置 1時，內(nèi)部上拉電阻將端口拉到高電平，作輸入用。 對內(nèi)部 Flash 程序存儲器編程時，接收低 8位地址信息。 (3) P2 端口 [－ ] P2 是一個帶有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/0 端口。輸出時可驅(qū)動 4 個 TTL。端口置 1 時，內(nèi)部上拉電阻將端口拉到高電平，作輸入用。對內(nèi)部 Flash 程序存儲器編程時，接收高 8位地址和控制信息。 在訪問外部程序和 16 位外部數(shù)據(jù)存儲器時， P2 口送出高 8 位地址。而在訪問 8 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器時其引腳上的內(nèi)容在此期間不會改變。 (4) P3 端口 [－ ] P2 是一個帶有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/0 端口。輸出時可驅(qū)動 4 個 TTL。端口置 1時，內(nèi)部上拉電阻將端口拉到高電平，作輸入用。 對內(nèi)部 Flash 程序存儲器編程時，接控制信息。除此之外 P3 端口還用于一些專門功能，具體請看下表。 P3引腳 兼用功能 14 串行通訊輸入（ RXD） 串行通訊輸出（ TXD） 外部中斷 0（ INT0） 外部中斷 1（ INT1） 定時器 0輸入 (T0) 定時器 1輸入 (T1) 外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通 WR 外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通 RD 表 31 P3 端口引腳兼用功能表 LED 顯示電路 顯示器普遍地用于直觀地顯示數(shù)字系統(tǒng)的運行狀態(tài)和工作數(shù)據(jù)，按照材料及產(chǎn)品工藝，單片機應(yīng)用系統(tǒng)中常用的顯示器有： 發(fā)光二極管 LED 顯示器、液晶 LCD 顯示器、 CRT 顯示器等。 LED 顯示器是現(xiàn)在最常用的顯示器之一，如下圖所示。 圖 34 LED 顯示器的符號圖 發(fā)光二極管（ LED）由特殊的半導(dǎo)體材料砷化鎵、磷砷化鎵等制成，可以單獨使用，也可以組裝成分段式或點陣式 LED 顯示器件（半導(dǎo)體顯示器）。分段式顯示器（ LED 數(shù) 碼管）由 7條線段圍成 8 字型，每一段包含一個發(fā)光二極管。外加正向電壓時二極管導(dǎo)通，發(fā)出清晰的光。只要按規(guī)律控制各發(fā)光段亮、滅，就可以顯示各種字形或符號。 LED 數(shù)碼管有共陽、共陰之分。圖是共陽式、共陰式 LED 數(shù)碼管的原理圖和符號 . 15 圖 35 共陽式、共陰式 LED 數(shù)碼管的原理圖和數(shù)碼管的符號圖 顯示電路 顯示模塊需要實時顯示當(dāng)前的時間 ,即時、分、秒，因此需要 6 個數(shù)碼管，另需兩個數(shù)碼管來顯示橫。采用動態(tài)顯示方式顯示時間，硬件連接如下圖所示，時的十位和個位分別顯示在第一個和第二個數(shù)碼管，分的十位和個位分別顯示在第四 個和第五個數(shù)碼管，秒的十位和個位分別顯示在第七個和第八個數(shù)碼管，其余數(shù)碼管顯示橫線。 LED 顯示器的顯示控制方式按驅(qū)動方式可分成靜態(tài)顯示方式和動態(tài)顯示方式兩種。對于多位 LED 顯示器，通常 都是采用動態(tài)掃描的方法進行顯示，其硬件連接方式如下圖所示。 圖 36 數(shù)碼管的硬件連接示意圖 16 數(shù)碼管使用條件： a、段及小數(shù)點上加限流電阻 b、使用電壓：段：根據(jù)發(fā)光顏色決定； 小數(shù)點：根據(jù)發(fā)光顏色決定 c、使用電流：靜態(tài)：總電流 80mA（每段 10mA）；動態(tài)：平均電 流 45mA 峰值電流 100mA 數(shù)碼管使用注意事項說明： （１）數(shù)碼管表面不要用手觸摸，不要用手去弄引角； （２）焊接溫度：２６０度；焊接時間：５Ｓ （３）表面有保護膜的產(chǎn)品 ,可以在使用前撕下來。 17 第四章 數(shù)字鐘的軟件設(shè)計 系統(tǒng)的軟件設(shè)計也是工具系統(tǒng)功能的設(shè)計。單片機軟件的設(shè)計主要包括執(zhí)行軟件（完成各種實質(zhì)性功能）的設(shè)計和監(jiān)控軟件的設(shè)計。單片機的軟件設(shè)計通常要考慮以下幾個方面的問題： （ 1）根據(jù)軟件功能要求，將系統(tǒng)軟件劃分為若干個相對獨立的部分，設(shè)計出合理的總 體結(jié)構(gòu)，使軟件開發(fā)清晰、簡潔和流程合理； （ 2）培養(yǎng)良好的編程風(fēng)格，如考慮結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計、實行模塊化、子程序化。既便于調(diào)試、鏈接，又便于移植和修改； （ 3）建立正確的數(shù)學(xué)模型，通過仿真提高系統(tǒng)的性能，并選取合適的參數(shù)； （ 4）繪制程序流程圖； （ 5）合理分配系統(tǒng)資源 ； （ 6）為程序加入注釋，提高可讀性，實施軟件工程； （ 7）注意軟件的抗干擾設(shè)計，提高系統(tǒng)的可靠性。 系統(tǒng)軟件設(shè)計流程圖 這次的數(shù)字電子鐘設(shè)計用到很多子程序，它們的流程圖如下所示。 主程序是先開始，然后啟動定時器，定時器啟 動后在進行按鍵檢測，檢測完后，就可以顯示時間。 圖 41 主程序流程圖 開始 啟動定時器 按鍵檢測 時間顯示 18 按鍵處理是先檢測秒按鍵是否按下，秒按鍵如果按下，秒就加 1；如果沒有按下，就檢測分按鍵是否按下，分按鍵如果按下，分就加 1；如果沒有按下，就檢測時按鍵是否按下，時按鍵如果按下，時就加 1；如果沒有按下，就把時間顯示出來。 圖 42 按鍵處理流程圖 定時器中斷時是先檢測 1 秒是否到， 1秒如果到，秒單元就加 1；如果沒到，就檢測 1分鐘是否到， 1分鐘如果到，分單元就加 1；如果沒到 ，就檢測 1小時是否到， 1小時如果到，時單元就加 1，如果沒到，就顯示時間。 N Y N Y N Y 時加 1 顯示時間 結(jié)束 開始 秒按鍵按下？ 秒加 1 分按鍵按下？ 分加 1 時按鍵按下？ 19 N 24 小時到？ 分單元清零，時單元加 1 N N N Y Y 時單元清零 時間顯示 中斷返回 開始 一秒時間到？ 60 秒時間到？ 60 分鐘到？ 秒單元加 1 秒單元清零，分單元加 1 Y Y 20 圖 43 定時器中斷流程圖 時間顯示是先秒個位計算顯示，然后是秒十位計算顯示，再是分個位計算顯示，再然后是分十位顯示，再就是時個位計算顯示，最后是時十位顯示。 時十位計算顯示 結(jié)束 開始 秒個位 計算顯示 秒十位計算顯示 分個位計算顯示 分十位計算顯示 時個位計算顯示 21 圖 44 時間顯示流程圖 數(shù)字鐘的原理圖 用 PROTUES 軟件，根據(jù)要求畫出數(shù)字電子鐘的原理圖如下所示 。 圖 45 數(shù)字鐘的原理圖 在此有必要介紹一下數(shù)字電子鐘的工作原理。 工作原理 ： 數(shù)字電子鐘是一個將“ 時”，“分”，“秒”顯示于人的視覺器官的計時裝置。它的計時周 22