【正文】 24MHz，單片機正常工作時，都需要有一個時鐘電路和一個復(fù)位電路。 STC89C52 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖 3 所示： 圖 3 STC89C52 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 52 單片機有 4 個 8 位并行輸入 /輸出接口： P0、 P P2 和 P3 口這四個口既可以并行輸入或輸出 8 位數(shù)據(jù)，又可按位使用，即每一位均能獨立做輸入或輸出用。圖 4 為各接口的電氣結(jié)構(gòu)示意圖： ROM 并行接口 RAM 串行接口 定時器 /計數(shù)器 中斷系統(tǒng) 內(nèi)部總線 SFR特殊功能寄存器 P0 TXD RXD INTO INT1 CPU 微 處 理 器 P1 P2 P3 內(nèi)部總線 T0 T1 9 DC L K鎖 存 器內(nèi) 部 總 線寫 鎖 存 器讀 鎖 存 器M U XP 0 . X地 址 / 數(shù) 據(jù)控 制V c c讀 引 腳DC L K鎖 存 器內(nèi) 部 總 線寫 鎖 存 器讀 鎖 存 器M U XP 2 . X地 址 / 數(shù) 據(jù)控 制V c c讀 引 腳（ a ） P 0 口 位內(nèi) 部上 拉（ c ） P 2 口 位DC L K鎖 存 器內(nèi) 部 總 線寫 鎖 存 器讀 鎖 存 器P 1 . XV c c讀 引 腳內(nèi) 部上 拉DC L K鎖 存 器內(nèi) 部 總 線寫 鎖 存 器讀 鎖 存 器P 3 . XV c c讀 引 腳內(nèi) 部上 拉交 替 輸出 功 能交 替 輸入 功 能（ d ） P 3 口 位（ b ） P 1 口 位圖 4 P0、 P P P3 口的電氣結(jié)構(gòu)圖 I/O 端口的結(jié)構(gòu) （ 1）鎖存器加引腳的典型結(jié)構(gòu) 5 2 的 I/O 端口都由內(nèi)部總線實現(xiàn)操作控制。 P0P3 四個 I/O 端口都可以用作普通 I/O 口，因此，要求有輸出鎖存功能。內(nèi)部總線又是分時操作，故每個 I/O 端口都有 相應(yīng)的鎖存器。然而， I/O 端口又是外部的輸入 /輸出通道，必須有相應(yīng)的引腳，故形成了 I/O 端口的鎖存器加引腳的典型結(jié)構(gòu)。 （ 2） I/O 的復(fù)用結(jié)構(gòu) I/O 端口的總線復(fù)用。在使用并行擴展總線時， P0 口可做數(shù)據(jù)總線口和低8 位地址總線口， P0 口為三態(tài)雙向口。 P0 口輸出并行總線的地址 /數(shù)據(jù)信號；P2 口輸出高 8 位地址信號。 I/O 端口的功能復(fù)用。 P3 口為復(fù)用的 I/O 端口，口內(nèi)有復(fù)用輸出功能的控制端；引腳也有復(fù)用輸入功能的控制端。 P3 口的第二功能輸入引腳功能表如表 1 所示： 表 1 P3 口的第二功能輸入引腳 端口引腳 第 二功能 說 明 RXD 串行數(shù)據(jù)接受 TXD 串行數(shù)據(jù)發(fā)送 10 0INT 外部中斷 0 申請 1INT 外部中斷 1 申請 T0 定時 /計數(shù)器 0 輸入 T1 定時 /計數(shù)器 1 輸入 WR 外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通 RD 外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通 （ 3）準雙向口結(jié)構(gòu) P0、 P P P3 口作為普通 I/O 口使用時，都是準雙向口結(jié)構(gòu)，準雙向口的典型結(jié)構(gòu)如圖 (5)b 所示，準雙向口的輸入操作和輸出操作本質(zhì)不同，輸入操作是讀引腳狀態(tài)；輸出操作是對口鎖存器的寫入操作。由口鎖存器和引腳電路可知：當(dāng)由內(nèi)部總線給口鎖存器置 0 或 1 時，鎖存器中的“ 1”或“ 0”狀態(tài)立即反映到引腳上。但是在輸入操作（讀引腳）時，如果口鎖存器狀態(tài)為“ 0”，引腳被鉗位在“ 0”狀態(tài)，導(dǎo)致無法讀出引腳的高電平輸入。 I/O 端口的應(yīng)用特性 （ 1）端口的自動識別。無論是 P0、 P2 口的總線復(fù)用，還是 P3 口的功能復(fù)用，內(nèi)部資源會 自動選擇，不需要通過指令的狀態(tài)選擇。 （ 2）口鎖存器的讀、改、寫操作。許多涉及到 I/O 端口的操作，實際上只是設(shè)計口鎖存器的讀出、修改、寫入的操作。這些指令都是一些邏輯運算指令、置位 /清除指令、條件轉(zhuǎn)移指令以及將 I/O 口作為目的地址的操作指令。 （ 3） P0 口作為普通 I/O 口使用。當(dāng)不使用并行擴展總線時， P0、 P2 口都可以做普通 I/O 口。但是 P0 口為開漏結(jié)構(gòu)，作 I/O 口時必須外加上拉電阻。 （ 5） I/O 口的驅(qū)動特性。 P0 口每一個 I/O 口可輸出驅(qū)動 8 個 TTL 負載。而P1P3 口只能驅(qū)動 4 個。 時鐘電路 時鐘電路用于產(chǎn)生單片機工作所需要的時鐘信號。設(shè)計中采用了比較典型的內(nèi)部時鐘方式，如圖 5 所示： 其工作原理是：片內(nèi)高增益反向放大器 XTAL XTAL2 外接作為反饋元件的晶體（呈感性）與電容組成的并聯(lián)諧振回路構(gòu)成一個自激振蕩器向內(nèi)部時 鐘電路提供振蕩時鐘。 振蕩器的頻率主要取決于晶體的振蕩頻率，一般晶體可以在 間任選。電容的大小影響振蕩器電路的穩(wěn)定性和快速性，其值有微調(diào)作用，通常取 30pF 左右。在設(shè)計電路板時，晶振和電容應(yīng)盡可能的靠近芯片，以減 11 小分布電容，保證振蕩器振蕩的穩(wěn)定性。 圖 5 單片機外接晶體的接法 復(fù)位電路 復(fù)位是單片機的初始化操作，其主要功能是將程序計數(shù)器 PC 初始化為0000H，使單片機從 0000H 單元開始執(zhí)行程序。復(fù)位操作不影響片內(nèi) RAM 的內(nèi)容，但是對 SFR 中的一些寄存器有影響。 R3R2R1R4 R5S1 S2C1C4C2C3VCCRSTVEEVCCRSTVEEVCCRSTVEEVCC VCC VCC 圖 6 各種復(fù)位電路 單片機的復(fù)位是靠外部電路復(fù)位的。其復(fù)位方式有上電復(fù)位和按鍵手動復(fù)位兩種。復(fù)位電路中的電阻、電容數(shù)值的設(shè)置，是為了保證在 RST 管腳處至少保持兩個機器周期（ 24 個振蕩周期）的高電平而完成復(fù)位過程的，也就是在斯密特觸發(fā)器 的輸入端維持在最低閥值電壓以上足夠長時間，使斯密特觸發(fā)器產(chǎn)生一個正脈沖。電阻值通常為 1K，電容值通常為 22uF。圖 6 為幾種常見的復(fù)位電路接法 。 按鍵電路 鍵盤接口和鍵輸入軟件中應(yīng)解決的幾個問題 （ 1）消除抖動 按鍵的合斷過程存在一個抖動的暫態(tài)過程，這種抖動的暫態(tài)過程大約經(jīng)過510ms 的時間，人的肉眼是察覺不到的，但對于高速的 CPU 是有反應(yīng)的，可能產(chǎn)生誤處理。為了保證鍵動作一次，僅作一次處理，必須采取措施以消XTAL2 XTAL1 晶振 C2 C1 單 片 機 12 除抖動。本設(shè)計中采用了軟件消抖的方法。 軟件消抖是用延時來躲過暫態(tài)抖動過程， 執(zhí)行一段大于 10ms 的延時程序后，再讀取穩(wěn)定的鍵狀態(tài)。 （ 2）鍵盤的監(jiān)測方法 對于計算機應(yīng)用系統(tǒng)，鍵盤掃描只是 CPU 工作的一部分，鍵盤處理只是在有鍵按下時才有意義。對于是否有鍵按下的信息輸入方式有中斷方式和查詢方式兩種。 電路接法如圖 7 所示： 圖 7選手按鍵電路 報警電路 考慮到實驗室現(xiàn)有的元器件，設(shè)計中采用了蜂鳴器報警電路，如果有條件還可以采用更高級的語音報警電路，那樣更加直觀方便。電路的接法如圖 8所示： 3 圖 8 蜂鳴器報警電 路 工作工程：蜂鳴器經(jīng)過 PNP 三極管 接在 口，當(dāng) 輸出為低電平“ 0”時， PNP 三極管 端輸出為“ 1”，晶體管導(dǎo)通，蜂鳴器兩端獲得約 +5V 的電壓而鳴叫；當(dāng) 輸出為高電平“ 1”時，三極管截止，蜂鳴器停止鳴叫。 13 電路中 三極管 不僅起到了反向作用，還有增大負載能力的作用。 顯示電路 顯示電路為六位共陽極 LED 動態(tài)顯示接口電路如圖 9 所示： 圖 9數(shù)碼管顯示電路 單個共陽極 7 段數(shù)碼的段選碼如表 3 所示： 表 2 7 段共陽數(shù)碼管段選碼表 顯示字符 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 共陽極 段選碼 c0H f9H A4H B0H 99H 92H 82H F8H 80H 90H 共陽極 LED 數(shù)碼管將發(fā)光二極管的陽極（正極）短接后作為公共陰極，當(dāng)驅(qū)動信號為低電平、“ +”端接高電平時才能發(fā)光。這樣的多位顯示，將所有位的選線并聯(lián)在一起，由一個 8 位 I/O 口控制，實現(xiàn)各部分的分時選通。由于所有位選皆由一個 I/O 口控制，在每一瞬間 6 位 LED 會顯示相同的字符。想要每一位顯示不同的字符，就必須采用掃描方法輪流點亮各位 LED，即在每一瞬間只使某一位顯示字符。在此瞬間，段選控制 I/O 口輸出相應(yīng)字型碼，而位選則控制 I/O口在該顯示位送出低電平，以保證該位顯示相應(yīng)字符。如此輪流，使每一位分時顯示該位應(yīng)顯示字符。其管腳配置及動態(tài)顯示接口電路如圖 10 所示： 圖 10 共陽極數(shù)碼管管腳配置及動態(tài)顯示接口電路 14 第四 章系統(tǒng)軟件的設(shè)計 眾多軟件的聯(lián)合使用對應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計起到了很重要的作用，在實物制作之前對設(shè)計進行仿真，可以檢驗程序的執(zhí)行結(jié)果是否與設(shè)計的功能相同，這樣可以對程序進行改進。在這里用到了 Keil C和 Proteus，同時在電路制板時用到了 Protel DXP 繪制 PCB 板。 —— Keil C （ 1） Keil C 的使用 Keil C 是眾多單片機應(yīng)用開發(fā)軟件中優(yōu)秀的軟件之一，它集編輯，編譯，仿真等于一體， 同時 支持匯編和 C 語言的程序設(shè)計， 本設(shè)計使用它作為 C 編譯器，使用方法如下： 首先 建立一個 工程，然后將 C 程序文件 添 加到 工程下鏈接 編譯 ，接著設(shè)置生成并輸出 HEX 文件，如果程序編譯后有錯誤就進行調(diào)試 [11]。 （ 2）程序設(shè)計 完整的程序參見附錄。 ○ 1 主流程 主流程圖如圖 11 所示： 矩 陣 鍵 盤 掃 描有 鍵 按 下F l a g = 1啟 動 定 時 器 T 1 倒計 時 6 0 S顯 示F l a g = 0s e c + + / s e c F l a g 3 = 2或 者 F l a g 3 = 4A D D / S U B = 0NYYNN開 始初 始 化按 鍵 掃 描是 否 有 鍵 按 下調(diào) 用 鍵 值 處 理顯 示NYY 圖 11 主流程圖 圖 12 按鍵掃描流程 ○ 2 按鍵掃描流程 每一個按鍵都對應(yīng)一個處理子程序，通過對按鍵掃描進行按鍵識別。按鍵識別的方法包含了行掃描法和反轉(zhuǎn)法。按鍵掃描流程圖如圖 12 所示，包括了對矩 15 陣鍵盤和調(diào)整時間按鍵的掃描。 ○ 3 中斷流程圖 設(shè)計采用了外部中斷，中斷程序流程圖如圖 13 所示： 中 斷 返 回R E S E T = 0中 斷初 始 化定 時 器 T 0 , T 1 。外 部 中 斷 T 1 ,再 次 初 始 化開 啟 T 0 計 時 倒 計時 3 0 SF l a g 3 = 2F l