【正文】 性問題的專業(yè)課題。 學(xué)習(xí)單片機(jī)課程以后，為了加深對理論知識的理解，加強(qiáng)理論知識在實(shí)際當(dāng)中的運(yùn)用，強(qiáng)化自己的動手能力， 通過畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文），提高學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識來解決實(shí)際問題、使用文獻(xiàn)資料、及進(jìn)行科學(xué)實(shí)驗(yàn)或技術(shù)設(shè)計(jì)的初 步能力，為畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）打基礎(chǔ) 。 設(shè)計(jì)要求 （ 1）采用單片機(jī) STC89C52RC 做成最小系統(tǒng) 來控制。 （ 2）利用最小系統(tǒng)做出 循環(huán)彩 燈，其 LED 燈的閃爍間隔時(shí)間采用延時(shí)程序控制 ,每種模式可采用不同的延時(shí)，靈活多變。 系統(tǒng)基本方案選擇和論證 單片機(jī)最小系統(tǒng) ,或者稱為最小應(yīng)用系統(tǒng) ,是指用最少的元件組成的單片機(jī)可以工作的系統(tǒng)。對 51 系列單片機(jī)來說 ,最小系統(tǒng)一般應(yīng)該包括 :單片機(jī)、晶振電路、復(fù)位電路、按鍵輸入、顯示輸出等。各功能模塊的選擇及論證如下 : 復(fù)位電路 :由電容 和 電阻構(gòu)成 ,由 電路 圖并結(jié)合 電容電壓不能突變 的性質(zhì) ,可以知道 ,當(dāng)系統(tǒng)一上電 ,RST 腳將會出現(xiàn)高電平 ,并且 ,這個高電平持續(xù)的時(shí)間由電路的 RC 值來決定 .典型的 51單 6 片機(jī)當(dāng) RST 腳的高電平持續(xù)兩個機(jī)器周期以上就將復(fù)位 ,所以 ,適當(dāng)組合 RC 的 取 值 就可 以 保 證 可靠 的 復(fù) 位 。 本設(shè) 計(jì) 中R=10K,C=10uF。 晶振電路 :典型的晶振取 (因?yàn)榭梢詼?zhǔn)確地得到9600波特率和 19200波特率 ,用于有串口通訊的場合 )同時(shí)也可取12MHz(產(chǎn)生精確 的微秒 級時(shí)歇 ,方便定時(shí)操作 )，因設(shè)計(jì)需要，本設(shè)計(jì)采用 12M 晶振。 單片機(jī) :一片 AT89S51/52 或其他 51系列兼容單片機(jī) ，本設(shè)計(jì)采用 STC89C52RC。 接口電路 :具有人機(jī)交互接口。 具有一定的可擴(kuò)展性，單片機(jī)I/O 口可方便地與其他電路板連接。 通過該最小系統(tǒng)，我們可以用 keil 軟件進(jìn)行編程從而實(shí)現(xiàn)對一些外設(shè)的控制！比如一些簡單的實(shí)驗(yàn)：閃爍燈、跑馬燈、數(shù)碼管的展示等等！ 、 STC89C52RC 介紹 PDIP 封裝的 STC89C52引腳圖 7 STC89C52 為 8 位 通用微處理器 ，采用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 C51 內(nèi)核，在內(nèi)部功能及管腳排布上與通用的 8xc52 相同，其主要用于會聚調(diào)整時(shí)的功能控制。功能包括對會聚主 IC 內(nèi)部寄存器、數(shù)據(jù) RAM及外部接口等功能部件的初始化，會聚調(diào)整控制，會聚測試圖控制，紅外遙控信號 IR 的接收解碼及與主板 CPU 通信等。主要管腳有： XTAL1（ 19 腳）和 XTAL2（ 18 腳）為振蕩器輸入輸出端口，外接 12MHz 晶振。 RST/Vpd（ 9 腳）為復(fù)位輸入端口，外接電阻電容組成的復(fù)位電路。 VCC（ 40 腳）和 VSS（ 20 腳）為供電端口，分別接 +5V 電源的正負(fù)端。 P0~P3 為可編程通用 I/O 腳，其功能用途由軟件定義，在本設(shè)計(jì)中， P0 端口（ 32~39 腳）被定義為N1 功能控制端口，分別與 N1 的相應(yīng)功能管腳相連接， 13 腳定義為 IR 輸入端， 10 腳和 11 腳定義為 CI2 總線控制端口，分別連接 N1 的 SDAS（ 18 腳）和 SCLS（ 19 腳）端口， 12 腳、 27 腳及28 腳定義為握手信號功能端口，連接主板 CPU 的相應(yīng)功能端，用于當(dāng)前制式的檢測及會聚調(diào)整狀態(tài)進(jìn)入的控制功能。 RST/VPD（ 9腳） 復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器工作時(shí)， RST 引腳出現(xiàn)兩個機(jī)器周期以上高電平將使單片機(jī)復(fù)位。 RST 即 RESET,VPD 為備用電源，所以該引腳為單片機(jī)的上電復(fù)位或掉電保護(hù)端。當(dāng)單片機(jī)振蕩器工作時(shí)，該引腳出現(xiàn)持續(xù)兩個機(jī)器周期的高電平，就可實(shí)現(xiàn)復(fù)位操作，使單片機(jī)恢復(fù)到初始狀態(tài)。當(dāng) VCC 發(fā)生故障、降低低電平規(guī)定值或掉電時(shí)，該引腳可接上備用電源 VDP（ +5+/）為內(nèi)部 RAM供電，以保證 RAM 中數(shù)據(jù)不丟失。 ALE/PROG （ 30腳） 8 當(dāng)訪問外部程序存儲器或數(shù)據(jù)存儲器時(shí)， ALE（地址鎖存允許） 以每周期兩次的信號輸出，用于鎖存出現(xiàn)在 P0 口的低 8 為地址。在不訪問外部存儲器時(shí)， ALE 仍以上述不變的頻率（振蕩周期的 1/6），周期行地出現(xiàn)正脈沖信號，可作為對外輸出的時(shí)鐘脈沖或用于定時(shí)目的。但要注意，在訪問片外數(shù)據(jù)存儲器期間，ALE 脈沖會跳過一個，此時(shí)作為時(shí)鐘輸出就不妥當(dāng)了。對于片 內(nèi)含有 EPROM 的單片機(jī)，在 EPROM 編程期間，該引腳為編程脈沖PROG 的輸入端。 PSEN （ 29腳） 片外程序存儲器讀選通信號輸出端 ， 低電平有效， 當(dāng) AT89C52 由外部程序存儲器取指令（或數(shù)據(jù)）時(shí)，每個機(jī)器周期兩次 PSEN 有效，即輸出兩個脈沖 ，以通過數(shù)據(jù)總線口讀回指令或常數(shù)， 在此期間，當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器，將跳過兩次 PSEN 信號 ，即PSEN 信號不出現(xiàn) 。 EA /VPP（ 31腳） 外部訪問允許 ，即為訪問外部程序存儲器控制信號，低電平有效 。 當(dāng) EA 保持高電平時(shí)，單片機(jī)訪問片內(nèi)程 序存儲器的程序8KB(MCS— 52 子系列為 8KB,MCS— 51 子系列為 4KB)。若超出該范圍時(shí)自動轉(zhuǎn)去執(zhí)行外部存儲器的程序。 欲使 CPU僅訪問外部程序存儲器（地址為 0000H— FFFFH）， EA 端必須保持低電平（接地）。對于片內(nèi)含有 EPROM(Erasable Programmable Readonly Memory ,可編程可擦寫只讀存儲器 )的單片機(jī)，在 EPROM 編程期間，該引 9 腳用于接 21V 的編程電源 VPP。 XTAL1（ 19腳） 振蕩器反相放大器及內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端。 接外部石英晶體的一端。在單片機(jī)內(nèi)部，它是一個反相放大器的輸入端，這個放大器構(gòu)成了片內(nèi)振蕩器。當(dāng)采用外部時(shí)鐘時(shí)，對于 HMOS 單片機(jī)，該引腳接地；對于 CHMOS 單片機(jī)，該引腳作為外部振蕩信號輸入。 注： CHMOS 是 CMOS（ Complementary Metal Oxide Semiconductor，互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體 ） 和 HMOS(高密度溝道 MOS 工藝 )的結(jié)合 ,除了保持 HMOS 高速度和高密度之外 ， 還有 CMOS 低功耗的特點(diǎn) 。兩類器件的功能是完全兼容的 ， 區(qū)別 在 CHMOS 器件具有低功耗的特點(diǎn) 。 (HMOS:高性能金屬氧化物半導(dǎo)體 ) XTAL2（ 18腳） 振蕩器反相放大器的輸出端。 接外部晶體的另一端。在單片機(jī)內(nèi)部，接至片內(nèi)振蕩器的反相放大器的輸出端。當(dāng)采用外部時(shí)鐘時(shí)，對于 HMOS 單片機(jī)，該引腳作為外部振蕩信號的輸入端；對于 CHMOS 芯片，該引腳懸空不接。 、時(shí)間周期 STC89C52 的時(shí)間周期分為如下幾個周期： 振蕩周期、狀態(tài)周期、機(jī)器周期、指令周期 ： （ 1）單片機(jī)提供定時(shí)信號源的振蕩源的周期。 （ 2）是計(jì)算機(jī)中最基本的時(shí)間單位。 周期 （時(shí) 鐘周期）： 10 （ 1） 1 個狀態(tài)周期 =2 個振蕩周期。 （ 2）分為 P1節(jié)拍和 P2 節(jié)拍。 P1 節(jié)拍通常完成技術(shù)操作； P2 節(jié)拍完成內(nèi)部 寄存器間的傳送。 周期 （ 1） 1 個機(jī)器周期 =12 個振蕩周期。 （ 2）為 CPU 訪問存儲器一次所需要的時(shí)間。 （ 3）執(zhí)行一條指令所需要的時(shí)間以機(jī)器周期為單位。 、 LED 燈管 LED 具有功耗少、壽命長、光譜寬（眼睛看得舒適度好）、使用廣泛，能靈活拼裝各種需要的形狀等優(yōu)點(diǎn)。一般來說 LED 的工作電壓是 。工作電流是 。這就是說：它消耗的電能不超過 。在恰當(dāng)?shù)碾娏骱碗妷合拢?LED 的使用壽命可達(dá) 10 萬小時(shí)。此外， LED 基本上是一塊很小的晶片被封裝在環(huán)氧樹脂里面，所以它非常的小，非常的輕，硬件電路實(shí)現(xiàn)起來比較方便。因此本設(shè)計(jì)采用 15 個發(fā)光二級管，組合成三角形，從而控制其靈活變化，設(shè)計(jì)出展示的方案。 、數(shù)碼管 數(shù)碼管是一種半導(dǎo)體發(fā)光 器件 ，其基本單元是 發(fā)光二極管 。本設(shè)計(jì)之所以選擇數(shù)碼管是因?yàn)樵谠O(shè)計(jì)方案里面計(jì)劃 LED 跑馬燈共有九種變化模式，而數(shù)碼管在各種模式變化過程當(dāng)中負(fù)責(zé)顯示19 九個數(shù)字，從而示意模式的轉(zhuǎn)換，使展示更加明了，效果明顯且有條理。 、鎖存器 由于本設(shè)計(jì)中需要數(shù)碼管維持某個數(shù)據(jù)，那么往往要持續(xù)快 11 速的刷新，為了減少對處理器處理能力的消耗，利用鎖存器對所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行鎖存，直到下一個新的數(shù)據(jù)需要被鎖存為止。這樣一來，鎖存器保持?jǐn)?shù)據(jù)狀態(tài)期間處理器的處理時(shí)間和 I/O 引腳便可以釋放。此外，鎖存器的緩存作用使快速工作的 CPU 與緩慢工作的鎖存器相協(xié)調(diào)，從而使數(shù)碼管中各段管子亮起時(shí)間差減小。因而本設(shè)計(jì)加用了鎖存器，使系統(tǒng)工作方便，顯示效果得到完善。 系統(tǒng)框圖 電源 STC89C52 單片機(jī) 晶振電路 LED 顯示 復(fù)位電路 12 單片機(jī)最小系統(tǒng)主要由電源、復(fù)位、振蕩電路以及擴(kuò)展部分等部分組成。最小系統(tǒng)原理圖如圖 所示。 圖 原 理圖 13 電源供電模塊 的實(shí)現(xiàn) 對于一個完整的電子設(shè)計(jì)來講，首要問題就是為整個系統(tǒng)提供電源供電模塊，電源模塊的穩(wěn)定可靠是系統(tǒng)平穩(wěn)運(yùn)行的前提和基礎(chǔ)。 51 系列 單片機(jī)雖然使用時(shí)間最早、應(yīng)用范圍最廣，但是在實(shí)際使用過程中，一個和典型的問題就是相比其他系列的單片機(jī)， 51系列 單片機(jī)更容易受到干擾而出現(xiàn)程序跑飛的現(xiàn)象，克服這種現(xiàn)象出現(xiàn)的一個重要手段就是為單片機(jī)系統(tǒng)配置一個穩(wěn)定可靠的電源供電模塊。 此最小系統(tǒng)中的電源供電模塊的電源可以通過計(jì)算機(jī)的 USB口供給 復(fù)位電路 單片機(jī)的復(fù)位，是為了把電路初始化到一個確定 的狀態(tài)，一般來說，單片機(jī)復(fù)位電路作用是把一些寄存器以及存儲設(shè)備裝入廠商預(yù)設(shè)的一個值。 單片機(jī)復(fù)位電路原理是在單片機(jī)的復(fù)位引腳 RST 上外接電阻和電容，實(shí)現(xiàn)上電復(fù)位。當(dāng)復(fù)位電平持續(xù)兩個機(jī)器周期以上時(shí)復(fù)位有效。復(fù)位電平的持續(xù)時(shí)間必須大于單片機(jī)的兩個機(jī)器周期。具體數(shù)值可以由 RC 電路計(jì)算出時(shí)間常數(shù)。 復(fù)位電路 有 按鍵復(fù)位和上電復(fù)位兩 種 。 （ 1） 上電復(fù)位 ： STC89C52RC 系列單片 機(jī) 為高電平復(fù)位，通常在復(fù)位引腳 RST 上連接一個電容到 VCC，再連接一個電阻到GND，由此形成一個 RC 充放電回路保證單片機(jī)在上電時(shí) RST 腳上 14 有足夠時(shí) 間的高電平進(jìn)行復(fù)位，隨后回歸到低電平進(jìn)入正常工作狀態(tài)，這個電阻和電容的典型值為 10K 和 10uF。 如圖 所示。 圖 上電復(fù)位電路圖 （ 2） 按鍵復(fù)位： 按鍵復(fù)位就是在復(fù)位電容上并聯(lián)一個開關(guān)，當(dāng)開關(guān)按下時(shí)電容被放電、 RST也被拉到高電平，而且由于電容的充電，會保持一段時(shí)間的高電平來使單片機(jī)復(fù)位。 如圖 所示。 圖 由于 按鍵復(fù)位 可控性稍強(qiáng)， 比較適 合樣品制作或者實(shí)驗(yàn)室調(diào)試場合 ，本設(shè)計(jì)采用按鍵復(fù)位。如圖 所示。