【正文】 C51 的一些特殊功能口，如下表所示： RXD（串行輸入口） TXD（串行 輸出口） /INT0（外部中斷 0） /INT1（外部中斷 1） T0（記時(shí)器 0 外部輸入） T1（記時(shí)器 1 外部輸入） /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） 其它的控制或復(fù)用引腳： XTAL1/XTAL2： 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(shí)，外部振蕩信號應(yīng)直接加到 XTAL1，而 XTAL2 懸空。10pF。不同指令的執(zhí)行時(shí)間可能是不同的，一條指令的執(zhí)行時(shí)間最短為一個(gè)哈爾濱工程大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 11 指令周期。在 FLASH 編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。如想禁止 ALE 的輸出可在 SFR8EH地址上置 0。 PSEN：外部程序存 儲器的選通信號。注意加密方式 1 時(shí)， /EA 將內(nèi)部鎖定為 RESET；當(dāng)/EA 端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲器。 單片機(jī)誕生于 1971 年，經(jīng)歷了 SCM、 MCU、 ScO 三大階段。 當(dāng)今社會(huì)，應(yīng)用單片機(jī)的產(chǎn)品已經(jīng)滲透到我們生活的各個(gè)領(lǐng)域，幾乎很難找到哪個(gè)領(lǐng)域沒有單片機(jī)的足跡。因此，單片機(jī)的學(xué)習(xí)、開發(fā)與應(yīng)用將造就一批計(jì)算機(jī)應(yīng)用與智能化控制的科學(xué)家、工程師。辦公自動(dòng)化領(lǐng)域，比如一臺 PC 機(jī)可能嵌入了 10 個(gè)單片微機(jī)，如控制鍵盤、鼠標(biāo)、顯示器、 CDROM、聲卡、打印機(jī)、軟 /硬盤驅(qū)動(dòng)器、調(diào)制解調(diào)器等。而其中每一個(gè)小系統(tǒng)都是由單片微機(jī)進(jìn)行控制的。比如一臺 RMW7 系列寶馬轎車就用了 63 個(gè) 單片微機(jī)，大部分還是 16 位單片微機(jī)。 學(xué)習(xí)單片機(jī)是社會(huì)發(fā)展的必然需求，也是大學(xué)期間的必修課。 單片機(jī)最小系統(tǒng)和通信模塊的設(shè)計(jì) 單片機(jī)最小系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 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。在電路圖中，電容的的大小是 10uF，電阻的大小是 10k。所以在 內(nèi)， RST 引腳所接收到的電壓是 5V~。當(dāng)按鍵按下的時(shí)候，開關(guān)導(dǎo)通，這個(gè)時(shí)候電容兩端形成了一個(gè)回路，電容被短路，所以在按鍵按下的這個(gè)過程中，電容開始釋放之前充的電量。晶振的取值范圍一般為 0~24MHz，常用的晶振頻率有 6MHz、 12 MHz、 MHz、24 MHz 等。 時(shí)序是單片機(jī)在執(zhí)行指令時(shí) CPU 發(fā)出的控制信號在時(shí)間上的先后順序。 時(shí)鐘周期：振蕩脈沖送入內(nèi)部時(shí)鐘電路，由時(shí)鐘電路對其二分頻后輸出的時(shí)鐘脈沖周期稱為時(shí)鐘周期。 機(jī)器周期：機(jī)器周期是單片機(jī)完成一個(gè)基本操作所需要的時(shí)間。一般用指令執(zhí)行所需機(jī)器周期數(shù)表示。 單片機(jī)最小系統(tǒng)復(fù)位電路的極性電容 C1 的大小直接影響單片機(jī)的復(fù)位時(shí)間，一般采用 10~30uF， 51 單片機(jī)最小系統(tǒng)容值越大需要的復(fù)位時(shí)間越短。 下圖為一個(gè) 51 單片機(jī)的最小系統(tǒng)電路圖。 串口通信的概念非常簡單，串口按位（ bit）發(fā) 送和接收字節(jié)。典型地，串口用于 ASCII 碼字符的傳輸。串口通信最重要的參數(shù)是波 特率、數(shù)據(jù)位、停止位和奇偶校驗(yàn)。當(dāng)我們提到時(shí)鐘周期時(shí)，我們就是指波特率例如如果協(xié)議需要 4800 波特率，那么時(shí)鐘是 4800Hz。高波特率常常用于放置的很近的儀器間的通信，典型的例子就是 GPIB 設(shè)備的通信。比如，標(biāo)準(zhǔn)的 ASCII 碼是 0～ 127（ 7 位）。由于實(shí)際數(shù)據(jù)位取決于通信協(xié)議的選取，術(shù)語 “包 ”指任何通信的情況。因此停止位不僅僅是表示傳輸?shù)慕Y(jié)束，并且提供計(jì)算機(jī)校正時(shí)鐘同步的機(jī)會(huì)。當(dāng)然沒有校驗(yàn)位也是可以的。高位和低位不真正的檢查數(shù)據(jù)，簡單置位邏輯高或者邏輯低校驗(yàn)。 哈爾濱工程大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 17 圖 通信模塊的電路圖 光敏電阻網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì) 光 敏電阻又稱光導(dǎo)管，常用的制作材料為硫化鎘，另外還有硒、硫化鋁、硫化鉛和硫化鉍等材料。在半導(dǎo)體光敏材料兩端裝上電極引線，將其封裝在帶有透明窗的管殼里就構(gòu)成光敏電阻，為了增加靈敏度，兩電極常做成梳狀。光敏電阻器對光的敏感性（即光譜特性）與人眼對可見光（ ~） μm的響應(yīng)很接近，只要人眼可感受的光，都會(huì)引起它的阻值變化。引線，封裝在具有透光鏡的密封殼體內(nèi)，以免受潮影響其靈敏度。在光敏電阻兩端的金屬電極加上電壓，其中便有電流通過，受到波長的光線照射時(shí)，電流就會(huì)隨光強(qiáng)的而變大，從而實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換。它在光線的作用下其阻值往往變小，這種現(xiàn)象稱為光導(dǎo)效應(yīng)，因此，光敏電阻又稱光導(dǎo)管。在半導(dǎo)體光敏材料兩端裝上電極引線，將其封裝在帶有透明窗的管殼里就構(gòu)成光敏電阻，為了增加靈敏度，兩電極常做成梳狀。光照愈強(qiáng)，阻值愈低。光敏二極管是一種將光能變換為電能的器件，它利用了半導(dǎo)體的光生伏特效應(yīng)的原理。該器件一般可用于光的測量、光的控制和光電轉(zhuǎn)換（將光的變化轉(zhuǎn)換為電的變化）。 數(shù)據(jù)選擇器的邏輯功能是在地址選擇信號的控制下，從多路數(shù)據(jù)中選擇一路數(shù)據(jù)作為輸出信號。本實(shí)驗(yàn)中利用模數(shù)轉(zhuǎn)換將模擬電壓值轉(zhuǎn)換為離散的數(shù)字量再送入單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。在某些特定的時(shí)刻對這種模擬信號進(jìn)行測量叫做采樣，量化噪聲及接收機(jī)噪聲等因素的影響，采樣速率一般取 ffs ? 。假設(shè)噪聲信號在量化電平中是均勻分布的， 則量化噪聲均方值與量化間隔和模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入阻抗值有關(guān)。 表 ADC0804 管腳功能 1． CS 片選端， CS=0 時(shí)芯片被選中 2． RD 讀控 制端， RD=0 時(shí)， DB0DB7 才會(huì)輸出 3． WR 寫控制端 4． CLKIN 時(shí)鐘輸入端 5． INTR 中斷輸出端，低電平有效，接單片機(jī)外部中斷 6． Vin+ 模擬電壓同相輸入端 模擬電壓反相輸入端，使用時(shí)一般接模擬地 8． AGND 模擬地 9． Vref/2 參考電壓端，此腳電壓為輸入最高電壓的 1/2 10． DGND 數(shù)字地 1118. D7D0 數(shù)據(jù)輸出 19． CLKR 時(shí)鐘外接電阻端 20． VCC 電源， 5V ADC0804 是 8 位全 MOS 中速 A/D 轉(zhuǎn)換器、 它是逐次逼近式 A/D 轉(zhuǎn)換器，片內(nèi)哈爾濱工程大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 21 有三態(tài)數(shù)據(jù)輸出鎖存器，可以和單片機(jī)直接接口。 CS 與 WR 同時(shí)有效時(shí)啟動(dòng) A/D 轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換結(jié)束產(chǎn)生 INTR 信號（低電平有效），可供查詢或者中斷信號。 圖 A/D 模數(shù)轉(zhuǎn)換電路圖 數(shù)碼管顯示電路的設(shè)計(jì) 數(shù)碼管顯示電路采用兩位共陽數(shù)碼管 LG5022BH，其中由單片機(jī)的 和 作為位選口，輸出低電平時(shí)數(shù)碼管被選中； P1 口作為段選，輸出低電平時(shí)相應(yīng)的段被點(diǎn)亮。共陽數(shù)碼管哈爾濱工程大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 22 是指將所有發(fā)光二極管的陽極接到一起形成公共陽極 (COM)的數(shù)碼管。共陰數(shù)碼管在應(yīng)用時(shí)應(yīng)將公共極 COM 接到地線 GND 上，當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陽極為高電平時(shí)，相應(yīng)字段就點(diǎn)亮。 下圖為數(shù)碼管顯示電路。 哈爾濱工程大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 23 第 4 章 系統(tǒng)軟件 設(shè)計(jì) 軟件流程圖 軟件 流程圖如下 圖： 圖 軟件流程圖 開始 單片機(jī)初始化 A/D 模數(shù)轉(zhuǎn)換函數(shù)定義 光強(qiáng)數(shù)值顯示函數(shù)和光照方向顯示函數(shù)定義 掃描三個(gè)光敏電阻對應(yīng)的端口 判斷它們大小并給出其中最大值及其方向 光強(qiáng)顯示及方向顯示，并延時(shí) 顯示數(shù)值 為（ X40） *10/21 哈爾濱工程大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 24 Keil 軟件 Keil 軟件簡介 Keil C51 是美國 Keil Software 公司出品的 51 系列兼容單片機(jī) C 語言軟件開發(fā)系統(tǒng)，與匯編相比， C 語言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢，因而易學(xué)易用。 Keil C51生成的目標(biāo)代碼效率非常之高，多數(shù)語句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。用過匯編語言后再使用 C 來開發(fā)，體會(huì)更加深刻。 UVison 啟動(dòng)后，程序窗口的左邊有一個(gè)工程管理窗口，該窗口有 3 個(gè)標(biāo)簽，分別是 Files、 Regs、 和 Books，這三個(gè)標(biāo)簽頁分別顯示當(dāng)前項(xiàng)目的文件結(jié)構(gòu)、 CPU的寄存器及部份特殊功能寄存器的值（調(diào)試時(shí)才出現(xiàn)）和所選 CPU的附加說明文件 源文件的建立 使用 菜單“ FileNew”或者點(diǎn)擊工具欄的新建文件按鈕 ,即可在項(xiàng)目窗口的右側(cè)打開一個(gè)新的文本編緝窗口，在該窗口中輸入?yún)R編語言源程序 保存該文件，注意必須加上擴(kuò)展名（匯編語言源程序一般用 asm或 a51 為擴(kuò)展名），這里假定將文件保存為 。點(diǎn)擊“保存”按鈕，出現(xiàn)第二個(gè)對話框， 如圖 所示，這個(gè)對話框要求選擇目標(biāo) CPU（ 即你所用芯片的型號）， Keil 支持 的 CPU很多 ，我們選擇 Atmel 公司的 89C51 芯片 。雙擊文件名，即打開該源程序。正確 設(shè)置該數(shù)值可使顯示時(shí)間與實(shí)際所用時(shí)間一致，一般將其設(shè)置成與你的硬件所用晶振頻率相同，如果沒必要了解程序執(zhí)行的時(shí)間， 也 可以不設(shè)，這里設(shè)置 為 12。 圖 設(shè)置對話框中的 OutPut 頁面，如 圖 所示，這 里面 也有多個(gè)選擇項(xiàng)， 其中 Creat Hex file 用于 生成可執(zhí)行代碼文件（可以用編程器寫入單片機(jī)芯片的 HEX 格式文件，文件的擴(kuò)展名為 .HEX），默認(rèn)情況下該項(xiàng)未被選中，如果要寫片做硬件實(shí)驗(yàn)，就必須選中該項(xiàng)，這一點(diǎn)是初學(xué)者易疏忽的，在此特別提醒注意。 Name of Executable 用于 指定最終生成的目標(biāo)文件的 名字 ，默認(rèn)與工程的名字相同， 這 兩項(xiàng)一般不需要更改。在匯編或編譯完成后將產(chǎn)生哈爾濱工程大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 28 （ *.lst）的列表文件，在連接完成后也將產(chǎn)生（ *.m51）的列表文件，該頁用于對列表文。 圖 以下僅對一些有關(guān)頁面中常用的選項(xiàng)作一個(gè)簡單介紹。 Browse information 是產(chǎn)生瀏覽信息，該信息可以用 菜單 viewBrowse 來 查看，這里取默認(rèn)值。 Code Model 用于設(shè)置 ROM 空間 的使用，同樣也有三個(gè)選擇項(xiàng)， 即 Small 模式 ，只用 低于 2K 的 程序空間； Compact 模式，單個(gè)函數(shù)的代碼量不能 超過 2K，整個(gè)程序可以使用 64K 程序空間； Larget 模式，可用 全部 64K 空間 。 首先點(diǎn)擊左邊 Project 窗口的 Target 1，然后使用菜單“ ProjectOption for target‘ target1’ ” 即出現(xiàn)對工程設(shè)置的對話框，這個(gè)對話框可謂非常復(fù)雜，共有 8 個(gè) 頁面，要全部搞清可 不容易 ，好在絕大部份設(shè)置項(xiàng)取默認(rèn)值就行了。選中其中的“ Add file to Group”“ Source Group1”，出現(xiàn)一個(gè)對話框，要求尋找源文件，注意，該哈爾濱工程大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 26 對話框下面的“文件類型” 默認(rèn)為 C source file(*.c)，也就是以 C 為擴(kuò)展名的文件，而我們的文件是 以 asm為 擴(kuò)展名的，所以在列表框中找不到 ，要 將文件類型改掉，點(diǎn)擊對話框中“文件類型”后的下拉列表，找到并選中“ Asm Source File(*.a51,*.asm)， 這 樣，在列表框中就可以找到 。 建立工程文件 在項(xiàng)目開發(fā)中，并不是僅有一個(gè)源程序就行了，還要為 這個(gè)項(xiàng)目選擇 CPU（ Keil支持?jǐn)?shù)百種 CPU，而這些 CPU 的特性并不完全相同），確定編譯、匯編、連接的參數(shù)，指定調(diào)試的方式，有一些項(xiàng)目還會(huì)有多個(gè)文件組成等，為管理和使用方便， Keil 使用工程（ Project）這一概念，將這些參數(shù)設(shè)置和所需的所有文件都加在一個(gè)工程中，只能對工程而不能對單一的源程序進(jìn)行編譯（匯編）和連接等操作，下面我們就一步一步地來建立工程。下圖為 Keil 軟件主界面。 與匯編相比， C 語言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢，因而易學(xué)易用 。運(yùn)行 Keil 軟件需要 WIN9 NT、 WIN20 WINXP 等操作系統(tǒng)。 經(jīng)查閱相關(guān)資料確 定了本文所需要設(shè)計(jì)的單片機(jī)的類型 — AT89C51。 數(shù)碼管要正常顯示，就要用驅(qū)動(dòng)電路來驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管的各個(gè)段碼，從而顯示出我們要的數(shù)字。當(dāng)某一字段的陰極為高電平時(shí)，相應(yīng)字段就不亮。 數(shù)碼管顯示原理： 數(shù)碼管按段數(shù)分為七段數(shù)碼管和八段數(shù)碼管，八段數(shù)碼管比七段數(shù)碼管多一個(gè)發(fā)光二極管單元（多一個(gè)小數(shù)點(diǎn)顯示）；按能顯示多少個(gè) “8”可分為 1 位、 2 位、4 位等等數(shù)碼管。 電路設(shè)計(jì)中，用單片機(jī)的 、 和 分別控制芯片的使能端和讀寫控制端，電壓模擬量經(jīng)電阻 R5 送給 6 管腳， 1118 管腳對應(yīng)連接單片機(jī)的 P2口，即可將數(shù)字量讀出。ADC0804 轉(zhuǎn)換時(shí)序是：當(dāng) CS＝ 0 許可進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換。這些過程有些是合并進(jìn)行的，例如，采樣和保持就利用一個(gè)電路連續(xù)完成，量化和編碼也是在轉(zhuǎn)換過程中同時(shí)實(shí)現(xiàn)的， 且所用時(shí)間又是保持時(shí)間的一部分。要把一個(gè)采樣輸出信號數(shù)字化，需要將采樣輸出所得的瞬時(shí)