【正文】 在此引腳上出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期的高電平由低到高跳變將使單片機(jī)復(fù)位在 Vcc掉電期間此引腳可接上備用電源由 VPD向內(nèi)部提供備用電源以保持內(nèi)部 RAM 中的數(shù)據(jù) ② ALE正常操作時(shí)為 ALE功能允許地址鎖存提供把地址的低字節(jié)鎖存到外部鎖存器 ALE 引腳以不變的頻率振蕩器頻率的 16周期性地發(fā)出正脈沖信號(hào)因此它可用作對(duì)外輸出的時(shí)鐘或用于定時(shí)目的對(duì)于 EPROM型單片機(jī)在 EPROM編程期間此引腳接收編程脈沖功能 ③ 外部程序存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)輸出端在從外部程序存儲(chǔ)取指令 或數(shù)據(jù)期間在每個(gè)機(jī)器周期內(nèi)兩次有效同樣可以驅(qū)動(dòng)八 LSTTL 輸入 ④ VppVpp 為內(nèi)部程序存儲(chǔ)器和外部程序存儲(chǔ)器選擇端當(dāng) Vpp 為高電平時(shí)訪問(wèn)內(nèi)部程序存儲(chǔ)器當(dāng) Vpp為低電平時(shí)則訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器對(duì)于 EPROM型單片機(jī)在 EPROM 編程期間此引腳上加 21 伏 EPROM 編程電源 Vpp 輸入輸出引腳 P00 P07P10 P17P20 P27P30 P37 ① P0 口 P00 P07 是一個(gè) 8 位漏極開(kāi)路型雙向 IO 口在訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)它是分時(shí)傳送的低字節(jié)地址和數(shù)據(jù)總線 P0 口能以吸收電流的方式驅(qū)動(dòng)八個(gè)LSTTL 負(fù)載 ② P1 口 P10 P17 是一個(gè)帶有內(nèi)部提升電阻的 8 位準(zhǔn)雙向 IO 口能驅(qū)動(dòng) 吸收或輸出電流 四個(gè) LSTTL 負(fù)載 ③ P2 口 P20 P27 是一個(gè)帶有內(nèi)部提升電阻的 8 位準(zhǔn)雙向 IO 口在訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)它輸出高 8 位地址 P2 口可以驅(qū)動(dòng) 吸收或輸出電流 四個(gè) LSTTL 負(fù)載 ④ P3 口 P30 P37 是一個(gè)帶有內(nèi)部提升電阻的 8 位準(zhǔn)雙向 IO 口能驅(qū)動(dòng) 吸收或輸出電流 四個(gè) LSTTL 負(fù)載 8051 具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能 8k 字節(jié) Flash256 字節(jié) RAM32 位 IO 口線 2 個(gè)數(shù)據(jù)指針兩個(gè) 16 位定時(shí)器計(jì)數(shù)器一個(gè)全 雙工串行口片內(nèi)晶振及時(shí)鐘電路另外 8051可降至 0Hz 靜態(tài)邏輯操作支持 2 種軟件可選擇節(jié)電模式空閑模式下 CPU 停止工作允許 RAM定時(shí)器計(jì)數(shù)器串口中斷繼續(xù)工作掉電保護(hù)方式下 RAM內(nèi)容被保存振蕩器被凍結(jié)單片機(jī)一切工作停止直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止 CPU 是單片機(jī)的核心部件它由運(yùn)算器和控制器等部件組成 1 運(yùn)算器 運(yùn)算器的功能是進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算可以對(duì)半字節(jié) 4 位單字節(jié)等數(shù)據(jù)進(jìn)行操作例如能完成加減乘除加 1 減 1BCD 碼十進(jìn)制調(diào)整比較等算術(shù)運(yùn)算和與或異或求補(bǔ)循環(huán)等邏輯操作操作結(jié)果的狀態(tài)信息送至狀態(tài)寄存器 8051 運(yùn)算器 還包含有一個(gè)布爾處理器用來(lái)處理位操作 2 程序計(jì)數(shù)器 PC 程序計(jì)數(shù)器 PC用來(lái)存放即將要執(zhí)行的指令地址共 16位可對(duì) 64K程序存儲(chǔ)器直接尋址執(zhí)行指令時(shí) PC 內(nèi)容的低 8 位經(jīng) P0 口輸出高 8 位經(jīng) P2 口輸出 3 令寄存器 指令寄存器中存放指令代碼 CPU 執(zhí)行指令時(shí)由程序存儲(chǔ)器中讀取的指令代碼送入指令寄存器經(jīng)譯碼后由定時(shí)與控制電路發(fā)出相應(yīng)的控制信號(hào)完成指令功能 13 顯示電路的選擇與設(shè)計(jì) 對(duì)于數(shù)字顯示電路通常采用液晶顯示或數(shù)碼管顯示本設(shè)計(jì)的顯示電路采用7 段數(shù)碼管作為顯示介質(zhì) 數(shù)碼管顯示可以分為靜態(tài)顯示和動(dòng)態(tài)顯示兩種由于本設(shè) 計(jì)需要采用五位數(shù)碼管顯示時(shí)間如果靜態(tài)顯示則占用的口線多硬件電路復(fù)雜所以采用動(dòng)態(tài)顯示 圖 13 顯示電路基本原理圖 動(dòng)態(tài)顯示是一位一位地輪流點(diǎn)亮各位數(shù)碼管這種逐位點(diǎn)亮顯示器的方式稱為位掃描通常各位數(shù)碼管的段選線相應(yīng)并聯(lián)在一起由一個(gè) 8 位的 IO 口控制各位的公共陰極位選線由另外的 IO 口線控制動(dòng)態(tài)方式顯示時(shí)各數(shù)碼管分時(shí)輪流選通要使其穩(wěn)定顯示必須采用掃描方式即在某一時(shí)刻只選通一位數(shù)碼管并送出相應(yīng)的段碼在另一時(shí)刻選通另一位數(shù)碼管并送出相應(yīng)的段碼依此規(guī)律循環(huán)即可使各位數(shù)碼管顯示將要顯示的字符雖然這些字符是在不同的時(shí)刻分別顯示 但由于人眼存在視覺(jué)暫留效應(yīng)只要每位顯示間隔足夠短就可以給人同時(shí)顯示的感覺(jué) 數(shù)碼顯示管分為共陽(yáng)數(shù)碼管和共陰數(shù)碼管兩種 共陽(yáng)極數(shù)碼管的 8個(gè)發(fā)光二極管的陽(yáng)極二極管正端連接在一起如圖 14b通常公共陽(yáng)極接高電平一般接電源其它管腳接段驅(qū)動(dòng)電路輸出端當(dāng)某段驅(qū)動(dòng)電路的輸出端為低電平時(shí)則該端所連接的字段導(dǎo)通并點(diǎn)亮根據(jù)發(fā)光字段的不同組合可顯示出各種數(shù)字或字符此時(shí)要求段驅(qū)動(dòng)電路能吸收額定的段導(dǎo)通電流還需根據(jù)外接電源及額定段導(dǎo)通電流來(lái)確定相應(yīng)的限流電阻 共陰極數(shù)碼管的 8個(gè)發(fā)光二極管的陰極二極管負(fù)端連接在一起如圖 c通常公共陰極接低電 平一般接地其它管腳接段驅(qū)動(dòng)電路輸出端當(dāng)某段驅(qū)動(dòng)電路的輸出端為高電平時(shí)則該端所連接的字段導(dǎo)通并點(diǎn)亮根據(jù)發(fā)光字段的不同組合可顯示出各種數(shù)字或字符此時(shí)要求段驅(qū)動(dòng)電路能提供額定的段導(dǎo)通電流還需根據(jù)外接電源及額定段導(dǎo)通電流來(lái)確定相應(yīng)的限流電阻 圖 14 a 數(shù)碼管引腳圖 b 共陽(yáng)極內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 c 共陰極內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 本設(shè)計(jì)采用共陰極數(shù)碼顯示管做顯示電路由于采用的是共陰的數(shù)碼顯示管所以只要數(shù)碼管的 abcdefgh 引腳為高電平那么其對(duì)應(yīng)的二極管就會(huì)發(fā)光使數(shù)碼顯示管顯示 0～ 9 的編碼見(jiàn)表 11 表 11 共陰極數(shù)碼顯示管字型代碼 字 型 共陰極代碼 字型 共陰極代碼 0 3FH 5 6DH 1 06H 6 7DH 2 5BH 7 07H 3 4FH 8 7FH 4 66H 9 6FH 動(dòng)態(tài)顯示電路由顯示塊字形碼驅(qū)動(dòng)模塊字位驅(qū)動(dòng)模塊三部分組成如圖 13 所示為本系統(tǒng)的 5位 LED動(dòng)態(tài)顯示器接口電路圖中 5個(gè)數(shù)碼管的 8段段選線分別與外接上拉電阻的單片機(jī) P0 口對(duì)應(yīng)相連而 5 個(gè)數(shù)碼管的位控制端則和 NPN 型三極管的集電極相連接單片機(jī)的 P20P24口則分別對(duì)應(yīng)數(shù)碼顯示管的最低位到最高位 P20P24口分別和五個(gè) NPN 型三極管的基極相連做三極管導(dǎo)通的 控制端而 NPN 型三極管選用9013 型三極管根據(jù) 9013 的資料顯示其耐壓值為 40V 最大功率為 065W 最大電流為 05A 電氣性能完全滿足本設(shè)計(jì)的要求另外數(shù)碼管顯示是采用動(dòng)態(tài)顯示所以對(duì)三極管的開(kāi)關(guān)頻率有一定的要求根據(jù)電子秒表的設(shè)計(jì)計(jì)算可知?jiǎng)討B(tài)顯示的頻率最高為 3KHz 而 9013 的導(dǎo)通頻率為 150MHz 完全能滿足本設(shè)計(jì)的要求所以最終選取 9013 三極管最為位控制開(kāi)關(guān) 由于數(shù)碼管是有 P0 口來(lái)驅(qū)動(dòng)它內(nèi)部沒(méi)有上拉電阻如果電阻過(guò)小勢(shì)必會(huì)形成灌電流過(guò)大造成單片機(jī) IO 的損壞如果電阻過(guò)大那么對(duì)拉電流沒(méi)有太大的影響Ω電阻時(shí)灌電流為 22mA不會(huì)損壞單片機(jī)的 IO口同時(shí)也可以為數(shù)碼顯示管起到限制電流的保護(hù)作用 14 按鍵電路的選擇與設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)中有四個(gè)按鍵分別實(shí)現(xiàn)開(kāi)始暫停復(fù)位和查看功能這四個(gè)鍵可以采用中斷的方法也可以采用查詢的方法來(lái)識(shí)別對(duì)于復(fù)位鍵和查看鍵主要功能在于數(shù)值復(fù)位和對(duì)上次計(jì)時(shí)時(shí)間的查看對(duì)于時(shí)間的要求不是很?chē)?yán)格而開(kāi)始和暫停鍵主要用于時(shí)間的鎖定需要比較準(zhǔn)確的控制因此可以考慮對(duì)復(fù)位鍵和查看鍵采用查詢的方式而對(duì)于開(kāi)始和暫停鍵采用外部中斷四個(gè)按鍵均采用低電平有效具體電路連接圖如圖 15 所示 當(dāng)按鍵沒(méi)有按下時(shí)單片機(jī)的 IO 口直接連接電源因此需要接 上拉電阻來(lái)進(jìn)行限流本設(shè)計(jì)中選取阻值為 2kΩ 的電阻作為上拉電阻根據(jù)計(jì)算可知此時(shí)的灌電流為 25mA 查看 8051 的資料得知次電流在安全范圍內(nèi)符合安全設(shè)計(jì)要求 圖 15 按鍵電路 按鍵電路中由于采用了外部中斷所以需要用到 P3口的第二功能 P3口引腳的第二功能如表 12 表 12 P3 口引腳第二功能表 P3 口引腳 特殊功能 P30 RXD 串行輸入口 P31 TXD 串行輸出口 P32 INT0 外部中斷 0 請(qǐng)求輸入端 P33 INT1 外部中斷 1 請(qǐng)求輸入端 P34 T0 定時(shí)器計(jì)數(shù)器 0 計(jì)數(shù)脈沖輸入端 P35 T1定時(shí)器計(jì)數(shù)器 1計(jì)數(shù)脈沖輸入端 P36 WR 片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選通信號(hào)輸出端 P37 RD 片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)輸出端 15 時(shí)鐘電路的選擇與設(shè)計(jì) 單片機(jī)的時(shí)鐘信號(hào)用來(lái)提供單片機(jī)內(nèi)各種微操作的時(shí)間基準(zhǔn) 8051 片內(nèi)設(shè)有一個(gè)由反向放大器所構(gòu)成的振蕩電路 XTAL1 和 XTAL2 分別為振蕩電路的輸入和輸出端 8051 單片機(jī)的時(shí)鐘信號(hào)通常用兩種電路形式得到內(nèi)部振蕩方式與外部振蕩方式外部方式的時(shí)鐘很少用若要用時(shí)只要將 XTAL1接地 XTAL2接外部振蕩器就行對(duì)外部振蕩信號(hào)無(wú)特殊要求只要保證脈沖寬度一般采用頻 率低于 12MHz 的方波信號(hào) 時(shí)鐘發(fā)生器把振蕩頻率兩分頻產(chǎn)生一個(gè)兩相時(shí)鐘信號(hào) P1和 P2供單片機(jī)使用P1在每一個(gè)狀態(tài) S的前半部分有效 P2在每個(gè)狀態(tài)的后半部分有效本設(shè)計(jì)采用的內(nèi)部振蕩方式內(nèi)部振蕩方式所得的時(shí)鐘信號(hào)比較穩(wěn)定實(shí)用電路中使用較多本設(shè)計(jì)系統(tǒng)的時(shí)鐘電路如圖 14所示只要按照?qǐng)D 16所示電路進(jìn)行設(shè)計(jì)連接就能使系統(tǒng)可靠起振并能穩(wěn)定運(yùn)行圖中電容器 C1C2 起穩(wěn)定振蕩頻率快速起振的作用電容值一般為 5～ 33pF 但在時(shí)鐘電路的實(shí)際應(yīng)用中一定要注意正確選擇其大小并保證電路的對(duì)稱性盡可能匹配選用正牌的瓷片或云母電容如果可能的話溫 度系數(shù)盡可能低本設(shè)計(jì)中采用大小為 30pF 的電容和 12MHz 的晶振 圖 16 內(nèi)部振蕩電路 4 時(shí)序 8051 典型的指令周期執(zhí)行一條指令的時(shí)間稱為指令周期為一個(gè)機(jī)器周期一個(gè)機(jī)器周期由六個(gè)狀態(tài)十二振蕩周期組成每個(gè)狀態(tài)又被分成兩個(gè)時(shí)相 P1 和 P2所以一個(gè)機(jī)器周期可以依次表示為 S1P1S1P2S6P1S6P2 通常算術(shù)邏輯操作在 P1時(shí)相進(jìn)行而內(nèi)部寄存器傳送在 P2 時(shí)相進(jìn)行 圖 17 8051 時(shí)序 圖 17給出了 8051單片機(jī)的取指和執(zhí)行指令的定時(shí)關(guān)系這些內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)不能從外部觀察到所用 XTAL2振蕩信號(hào)作參考在圖中可看到低 8位地址的鎖