【正文】 在此引腳上出現(xiàn)兩個機器周期的高電平由低到高跳變將使單片機復(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)出正脈沖信號因此它可用作對外輸出的時鐘或用于定時目的對于 EPROM型單片機在 EPROM編程期間此引腳接收編程脈沖功能 ③ 外部程序存儲器讀選通信號輸出端在從外部程序存儲取指令 或數(shù)據(jù)期間在每個機器周期內(nèi)兩次有效同樣可以驅(qū)動八 LSTTL 輸入 ④ VppVpp 為內(nèi)部程序存儲器和外部程序存儲器選擇端當(dāng) Vpp 為高電平時訪問內(nèi)部程序存儲器當(dāng) Vpp為低電平時則訪問外部程序存儲器對于 EPROM型單片機在 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 8 位漏極開路型雙向 IO 口在訪問外部存儲器時它是分時傳送的低字節(jié)地址和數(shù)據(jù)總線 P0 口能以吸收電流的方式驅(qū)動八個LSTTL 負(fù)載 ② P1 口 P10 P17 是一個帶有內(nèi)部提升電阻的 8 位準(zhǔn)雙向 IO 口能驅(qū)動 吸收或輸出電流 四個 LSTTL 負(fù)載 ③ P2 口 P20 P27 是一個帶有內(nèi)部提升電阻的 8 位準(zhǔn)雙向 IO 口在訪問外部存儲器時它輸出高 8 位地址 P2 口可以驅(qū)動 吸收或輸出電流 四個 LSTTL 負(fù)載 ④ P3 口 P30 P37 是一個帶有內(nèi)部提升電阻的 8 位準(zhǔn)雙向 IO 口能驅(qū)動 吸收或輸出電流 四個 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 個數(shù)據(jù)指針兩個 16 位定時器計數(shù)器一個全 雙工串行口片內(nèi)晶振及時鐘電路另外 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定時器計數(shù)器串口中斷繼續(xù)工作掉電保護方式下 RAM內(nèi)容被保存振蕩器被凍結(jié)單片機一切工作停止直到下一個中斷或硬件復(fù)位為止 CPU 是單片機的核心部件它由運算器和控制器等部件組成 1 運算器 運算器的功能是進行算術(shù)運算和邏輯運算可以對半字節(jié) 4 位單字節(jié)等數(shù)據(jù)進行操作例如能完成加減乘除加 1 減 1BCD 碼十進制調(diào)整比較等算術(shù)運算和與或異或求補循環(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 運算器 還包含有一個布爾處理器用來處理位操作 2 程序計數(shù)器 PC 程序計數(shù)器 PC用來存放即將要執(zhí)行的指令地址共 16位可對 64K程序存儲器直接尋址執(zhí)行指令時 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)行指令時由程序存儲器中讀取的指令代碼送入指令寄存器經(jīng)譯碼后由定時與控制電路發(fā)出相應(yīng)的控制信號完成指令功能 13 顯示電路的選擇與設(shè)計 對于數(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)顯示和動態(tài)顯示兩種由于本設(shè) 計需要采用五位數(shù)碼管顯示時間如果靜態(tài)顯示則占用的口線多硬件電路復(fù)雜所以采用動態(tài)顯示 圖 13 顯示電路基本原理圖 動態(tài)顯示是一位一位地輪流點亮各位數(shù)碼管這種逐位點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 8 位的 IO 口控制各位的公共陰極位選線由另外的 IO 口線控制動態(tài)方式顯示時各數(shù)碼管分時輪流選通要使其穩(wěn)定顯示必須采用掃描方式即在某一時刻只選通一位數(shù)碼管并送出相應(yīng)的段碼在另一時刻選通另一位數(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刻分別顯示 但由于人眼存在視覺暫留效應(yīng)只要每位顯示間隔足夠短就可以給人同時顯示的感覺 數(shù)碼顯示管分為共陽數(shù)碼管和共陰數(shù)碼管兩種 共陽極數(shù)碼管的 8個發(fā)光二極管的陽極二極管正端連接在一起如圖 14b通常公共陽極接高電平一般接電源其它管腳接段驅(qū)動電路輸出端當(dāng)某段驅(qū)動電路的輸出端為低電平時則該端所連接的字段導(dǎo)通并點亮根據(jù)發(fā)光字段的不同組合可顯示出各種數(shù)字或字符此時要求段驅(qū)動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)通電流來確定相應(yīng)的限流電阻 共陰極數(shù)碼管的 8個發(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)動電路輸出端當(dāng)某段驅(qū)動電路的輸出端為高電平時則該端所連接的字段導(dǎo)通并點亮根據(jù)發(fā)光字段的不同組合可顯示出各種數(shù)字或字符此時要求段驅(qū)動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)通電流來確定相應(yīng)的限流電阻 圖 14 a 數(shù)碼管引腳圖 b 共陽極內(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應(yīng)的二極管就會發(fā)光使數(shù)碼顯示管顯示 0～ 9 的編碼見表 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 動態(tài)顯示電路由顯示塊字形碼驅(qū)動模塊字位驅(qū)動模塊三部分組成如圖 13 所示為本系統(tǒng)的 5位 LED動態(tài)顯示器接口電路圖中 5個數(shù)碼管的 8段段選線分別與外接上拉電阻的單片機 P0 口對應(yīng)相連而 5 個數(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的 P20P24口則分別對應(yīng)數(shù)碼顯示管的最低位到最高位 P20P24口分別和五個 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)計的要求另外數(shù)碼管顯示是采用動態(tài)顯示所以對三極管的開關(guān)頻率有一定的要求根據(jù)電子秒表的設(shè)計計算可知動態(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)計的要求所以最終選取 9013 三極管最為位控制開關(guān) 由于數(shù)碼管是有 P0 口來驅(qū)動它內(nèi)部沒有上拉電阻如果電阻過小勢必會形成灌電流過大造成單片機 IO 的損壞如果電阻過大那么對拉電流沒有太大的影響Ω電阻時灌電流為 22mA不會損壞單片機的 IO口同時也可以為數(shù)碼顯示管起到限制電流的保護作用 14 按鍵電路的選擇與設(shè)計 本設(shè)計中有四個按鍵分別實現(xiàn)開始暫停復(fù)位和查看功能這四個鍵可以采用中斷的方法也可以采用查詢的方法來識別對于復(fù)位鍵和查看鍵主要功能在于數(shù)值復(fù)位和對上次計時時間的查看對于時間的要求不是很嚴(yán)格而開始和暫停鍵主要用于時間的鎖定需要比較準(zhǔn)確的控制因此可以考慮對復(fù)位鍵和查看鍵采用查詢的方式而對于開始和暫停鍵采用外部中斷四個按鍵均采用低電平有效具體電路連接圖如圖 15 所示 當(dāng)按鍵沒有按下時單片機的 IO 口直接連接電源因此需要接 上拉電阻來進行限流本設(shè)計中選取阻值為 2kΩ 的電阻作為上拉電阻根據(jù)計算可知此時的灌電流為 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 請求輸入端 P33 INT1 外部中斷 1 請求輸入端 P34 T0 定時器計數(shù)器 0 計數(shù)脈沖輸入端 P35 T1定時器計數(shù)器 1計數(shù)脈沖輸入端 P36 WR 片外數(shù)據(jù)存儲器寫選通信號輸出端 P37 RD 片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器讀選通信號輸出端 15 時鐘電路的選擇與設(shè)計 單片機的時鐘信號用來提供單片機內(nèi)各種微操作的時間基準(zhǔn) 8051 片內(nèi)設(shè)有一個由反向放大器所構(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 單片機的時鐘信號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鐘很少用若要用時只要將 XTAL1接地 XTAL2接外部振蕩器就行對外部振蕩信號無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 時鐘發(fā)生器把振蕩頻率兩分頻產(chǎn)生一個兩相時鐘信號 P1和 P2供單片機使用P1在每一個狀態(tài) S的前半部分有效 P2在每個狀態(tài)的后半部分有效本設(shè)計采用的內(nèi)部振蕩方式內(nèi)部振蕩方式所得的時鐘信號比較穩(wěn)定實用電路中使用較多本設(shè)計系統(tǒng)的時鐘電路如圖 14所示只要按照圖 16所示電路進行設(shè)計連接就能使系統(tǒng)可靠起振并能穩(wěn)定運行圖中電容器 C1C2 起穩(wěn)定振蕩頻率快速起振的作用電容值一般為 5～ 33pF 但在時鐘電路的實際應(yīng)用中一定要注意正確選擇其大小并保證電路的對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 時序 8051 典型的指令周期執(zhí)行一條指令的時間稱為指令周期為一個機器周期一個機器周期由六個狀態(tài)十二振蕩周期組成每個狀態(tài)又被分成兩個時相 P1 和 P2所以一個機器周期可以依次表示為 S1P1S1P2S6P1S6P2 通常算術(shù)邏輯操作在 P1時相進行而內(nèi)部寄存器傳送在 P2 時相進行 圖 17 8051 時序 圖 17給出了 8051單片機的取指和執(zhí)行指令的定時關(guān)系這些內(nèi)部時鐘信號不能從外部觀察到所用 XTAL2振蕩信號作參考在圖中可看到低 8位地址的鎖