【正文】 設(shè)計(jì)（論文） 14 鎖存器P 3 . XDCP讀鎖存器寫(xiě)鎖存器內(nèi)部總線(xiàn)讀引腳V C CP 3 . X引腳內(nèi)部上拉電阻amp。 P1 口能驅(qū)動(dòng)為 4 個(gè) LSTTL 門(mén)。 P0 口 —— 8 位雙向 I/O 口 在不并行擴(kuò)展外存儲(chǔ)器 (包括并行擴(kuò)展 I/O 口 )時(shí) ， P0 口可用作雙向 I/O 口。 EA/Vpp — — 內(nèi)外 ROM 選擇 /片內(nèi) EPROM 編程電源 EA 功能：正常工作時(shí)， EA 為內(nèi)外 ROM 選擇端。 ALE 端 可驅(qū)動(dòng) 8 個(gè) LSTTL 門(mén)電路。 三、 控制引腳 RST/VPD、 ALE/PROG、 PSEN、 EA/Vpp RST/Vpd(9)—— 復(fù)位 /備用電源 正常工作時(shí)， RST（ Reset）端為復(fù)位信號(hào)輸入端，只要在該引腳上連續(xù)保持兩個(gè)機(jī)器周期以上高電平， 80C51 芯片即實(shí)現(xiàn)復(fù)位操作，復(fù)位后一切從頭開(kāi)始， CPU 從 0000H 開(kāi)始執(zhí)行指令。 另外 ， 許多 80C51 芯片的還具有程序存儲(chǔ)器保密機(jī)制，以防止應(yīng)用程序泄露或被復(fù)制。 80C51 單片機(jī)內(nèi)部包含以下一些功能部件： ① 一個(gè) 8 位 CPU； ② 一個(gè)片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路； ③ 4KB ROM（ 80C51 有 4KB 掩膜 ROM， 87C51 有 4KB EPROM， 80C31 片內(nèi)有無(wú) ROM）； ④ 128B 內(nèi) RAM； ⑤ 可尋址 64KB 的外 ROM 和外 RAM 控制電路； ⑥ 兩個(gè) 16 位定時(shí) /計(jì)數(shù)器； ⑦ 21 個(gè)特許功能寄存器； ⑧ 4 個(gè) 8 位并行 I/O 口，共 32 條可編程 I/O 端線(xiàn)； ⑨ 一個(gè)可編程全雙工串行口； ⑩ 5 個(gè)中斷源，可設(shè)置成 2 個(gè)優(yōu)先級(jí)。 其中 8051 主要包括算術(shù) /邏輯部件 ALU、累加器 A、只讀存儲(chǔ)器 ROM、隨機(jī)存儲(chǔ)器 RAM、程序計(jì)數(shù)器 PC、定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器、 I/O 接口電路等，還有堆棧寄存器 SP等部件。在工業(yè)自動(dòng)化的領(lǐng)域中，機(jī)電一體化技術(shù)將發(fā)揮愈來(lái)愈重要的作用，在這種集機(jī)械、微電子和計(jì)算機(jī)技術(shù)于一體的綜合技術(shù)中，單片機(jī)將發(fā)揮越來(lái)越大的作用。 二、 單片機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域 單片機(jī)廣泛應(yīng)用于儀器儀表、家用電器、醫(yī)用設(shè)備、航空航天、專(zhuān)用設(shè)備的智能化管理及過(guò)程控制等 多個(gè) 領(lǐng)域， 為各個(gè)領(lǐng)域的快速發(fā)展做出了巨貢獻(xiàn)。 第二階段（ 1974～ 1978 年）：初級(jí)單片機(jī)階段 以 Intel 公司 MCS48 為代表，這個(gè)系列的單片機(jī)內(nèi)集成了 8 位 CPU，若干并行 I/O， 8位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器，容量有限的 RAM 和 ROM，尋址范圍不大于 4K，且無(wú)串行口，簡(jiǎn)單的中斷處理功能。在單片機(jī)系統(tǒng)中，單片機(jī) 處于核心地位， 是構(gòu)成單片 機(jī)系統(tǒng)的硬件和軟件基礎(chǔ)。 單片機(jī)在應(yīng)用時(shí)，通常是處于控制系統(tǒng)的核心地位并融入其中，即以嵌入的方式進(jìn)行使用，為了強(qiáng)調(diào)其 “ 嵌入 ” 的特點(diǎn)，也常常將單片機(jī)稱(chēng)為嵌入式微控制器 EMCU（ Embedded micro controller unit）。 第三節(jié) 本章小結(jié) 本章介紹了本次設(shè)計(jì)的倒計(jì)時(shí)系統(tǒng)的功能說(shuō)明和開(kāi)發(fā)意義。這種軟件代替硬件的控制技術(shù)也稱(chēng)為微控制技術(shù)，是傳統(tǒng)控制技術(shù)的一次革命。 通過(guò) Keil uVision3 軟件對(duì)程序進(jìn)行編譯，在確認(rèn)程序無(wú)誤的時(shí)候，將實(shí)驗(yàn)板插到電腦上（通過(guò) USB 連接），進(jìn)行硬件仿真。 然后通過(guò)鍵盤(pán)掃描原理對(duì)鍵盤(pán)進(jìn)行掃描， 返回掃描值， 判斷是否有鍵按下 ，如果有鍵重慶郵電大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 按下，判斷是哪個(gè)鍵被按下。微控制技術(shù)是一種全新的概念，是對(duì)傳統(tǒng)控制技術(shù)的一次革命。因此，單片機(jī)的應(yīng)用依然大有想象和拓展空間。 本論文針對(duì)倒計(jì)時(shí)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)的需求，介紹了 MCS51 單片機(jī)的部分基本原理，如 51單片機(jī)的接口功能、中斷、定時(shí)器等等。但是僅 單片機(jī)方面知識(shí)是不夠的，還應(yīng)根據(jù)具體硬件結(jié)構(gòu)，以及針對(duì)具體應(yīng)用對(duì)象特點(diǎn)的軟件結(jié)合，以作完善。 盡管 現(xiàn)在單片機(jī)在社會(huì)上的應(yīng)用已經(jīng)很普遍了，但仍有許多可以 用單片機(jī)控制而尚未實(shí)現(xiàn)的項(xiàng)目。這種以軟件取代硬件并提高系統(tǒng)性能的控制系統(tǒng) “ 軟化 ” 技術(shù)，稱(chēng)之為微控制技術(shù)。 中 央 處 理 模 塊S S T 8 9 E 5 1 6 R D矩 陣 鍵 盤(pán)L E D 數(shù) 碼 顯 示 器鎖 存 器D M 7 4 L S 5 7 3 N鎖 存 器S N 7 4 L S 2 4 4 N 圖 倒計(jì)時(shí)器的硬件模塊 本系統(tǒng) 首先通過(guò) 中 中央處理模塊（ SST89E516RD）對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的狀態(tài)進(jìn)行判斷 （如定時(shí)器、中斷等） ，它的輸入輸出口是 雙向接口， 所以要通過(guò)鎖存器來(lái)賦給不同的硬件 接口 不同的值 。通過(guò)倒計(jì)時(shí)系統(tǒng)的要求，逐步寫(xiě)出 C 語(yǔ)言程序。從前必須由模擬電路或數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)的大部分功能，現(xiàn)在已能用單片機(jī)通過(guò)軟件方法來(lái)實(shí)現(xiàn)了。若作為一個(gè)部件生產(chǎn)產(chǎn)品，有很大的挖掘價(jià)值，也非常有吸引力。在國(guó)際上， ―微控制器 ‖的叫法似乎更通用一 些，而在我國(guó)則比較習(xí)慣與 “ 單片機(jī) ” 這一名稱(chēng)。 重慶郵電大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 通常所說(shuō)的單片機(jī)系統(tǒng)都是為實(shí)現(xiàn)某一控制應(yīng)用需要由用戶(hù)設(shè)計(jì)的，是一個(gè)圍繞單片機(jī)芯片而組建的計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。這些微處理器雖說(shuō)還不是單片機(jī)，但從此拉開(kāi)了研制單片機(jī)的序幕 [2]。此外，專(zhuān)用化也是單片機(jī)的一個(gè)發(fā)展方向，針對(duì)單一用途的專(zhuān)用單片機(jī)將會(huì)越來(lái)越多。例如工廠(chǎng)流 水線(xiàn)的智能化管理，電梯智能化控制、各種報(bào)警系統(tǒng)等。 第二節(jié) MCS51 單片機(jī)的組成原理 不同型號(hào) MCS51 單片機(jī) CPU 處理能力和指令系統(tǒng)完全兼容，只是存儲(chǔ)器和 I/O 接口的配置有所不同 。 80C51 芯片內(nèi)部集成了 CPU、 RAM、 ROM、定時(shí) /計(jì)數(shù)器和 I/O 口等各功能部件，并由內(nèi)部總線(xiàn)把這些部件連接在一起。 此外，在 80C51 系列芯片中，內(nèi)部程序存儲(chǔ)器除了 ROM 型和 EPROM 型之外，還有 EEPROM 型，例如 89C51 就是 4KB EEPROM，并且隨著集成技術(shù)的提高， 80C51 系列片內(nèi)程序存儲(chǔ)器的容量也越來(lái)越大 ， 目前已有 64KB 的芯片了 。當(dāng)采用外部時(shí)鐘方式時(shí)， XTAL1 接地， XTAL2 接外來(lái)振蕩信號(hào)。但是，當(dāng) CPU執(zhí)行 MOVX 指令時(shí)， ALE 將跳過(guò)一個(gè) ALE 脈沖。 PSEN 可驅(qū)動(dòng) 8 個(gè) LSTTL 門(mén)電路。所有 4 個(gè)端口都是雙向口，每個(gè)口都包含一個(gè)鎖存器，即專(zhuān)用寄存器 P0~P3，一個(gè)輸出驅(qū)動(dòng)器和輸入緩沖器。 位結(jié)構(gòu)如圖 所示。 P3 口驅(qū)動(dòng)能力為 4 個(gè) LSTTL 門(mén)。 ——RD： 外 RAM 讀選通信號(hào)輸出端。 CPU 暫時(shí)中斷原來(lái)的事務(wù) A，轉(zhuǎn)去處理事件 B，對(duì)事件 B 處理完畢后，再回到原來(lái)被中斷的地方（即斷點(diǎn)），稱(chēng)為中斷返回。 (1)、 IT0() 外部中斷 0( 0INT )觸發(fā)方式控制位。 (4)、 TF1（ ） 重慶郵電大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 片內(nèi)定時(shí) /計(jì)數(shù)器 T1 溢出中斷申請(qǐng)位。 PX0（ ）： 外部中斷 0 優(yōu)先級(jí)設(shè)定位； PT0（ ）： 定時(shí) /計(jì)數(shù)器 T0 優(yōu)先級(jí)設(shè)定位； PX1（ ）： 外部中 斷 0 優(yōu)先級(jí)設(shè)定位； PT1（ ）： 定時(shí) /計(jì)數(shù)器 T1 優(yōu)先級(jí)設(shè)定位； PS （ ）： 串行口優(yōu)先級(jí)設(shè)定位； PT2 () ： 定時(shí) /計(jì)數(shù)器 T2 優(yōu)先級(jí)設(shè)定位。其格式如下： 各位功能如下： (1) GATE：門(mén)控位。 TCON 的高 4 位用于控制定時(shí) /計(jì)數(shù)器的啟動(dòng)和中斷申請(qǐng)。 TR1 置 1 時(shí)， T1 開(kāi)始工作； TR1 置 0 時(shí)， T1 停止工作。 ④ 使 TR0 或 TR1 置位 (TCON)，啟動(dòng)定時(shí) /計(jì)數(shù)器定時(shí)或計(jì)數(shù)。 圖 單片機(jī)的最小系統(tǒng) 這次設(shè)計(jì)的倒計(jì)時(shí)系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)主要由中央處理模塊、矩陣鍵盤(pán)、鎖存器、 LED數(shù)碼顯示器四個(gè)模塊組成，再加上一些基本元器件實(shí)現(xiàn)倒計(jì)時(shí)的功能。所以工作方式寄存器 TMOD 的 M1M0 兩位為 01。 圖中由按鍵 RESET 以及電解電容 C3 構(gòu)成了復(fù)位電路。當(dāng) 段選鎖存器使能端 LE=1（高電平）時(shí)，打開(kāi)鎖存器，此時(shí) SEG0~SEG7 的值分別等于 D0~D7（即 ~）的值，然后將 使能端 LE 置為低電平，此時(shí)便將 SEG0~SEG7 的值鎖定為剛才的值，不再隨著 D0~D7 值的變而改變。這樣鍵盤(pán)上按鍵的個(gè)數(shù)就為 4 4 16?? 個(gè)。當(dāng)有鍵閉合時(shí)，與閉合鍵相連的兩條 I/O 口線(xiàn)之間短路。 C 號(hào)鍵 ——等待初值設(shè)置鍵，即無(wú)論在任何倒計(jì)時(shí)的過(guò)程中， 若 按下改建，則 數(shù)碼顯示器 四位清 0，等待設(shè)置初值 ，鍵盤(pán)代號(hào)為 KC。如圖 34 所 示，鎖存器的 OE 是鎖存器的使能端，本設(shè)計(jì)是將 與 OE 相連。 二、鎖存器 鎖存器 (Latch)是一種對(duì)脈沖電平敏感的存儲(chǔ)單元電路，它們可以在特定輸入脈沖電平作用下改變狀態(tài)。所以工作方式TMOD=0000 0001H=0X01H。 一、 中央處理器 模塊 SST89E516RD 芯片 圖 是 中央處理器（ SST89E516RD） 在本設(shè)計(jì)中的引腳圖，其功能和前面介紹的MCS51 的功能基本一樣。第五，比較簡(jiǎn)單的介紹了定時(shí)器。 TR0（ ）： T0 運(yùn)行控制位，其功能與 TR1 類(lèi)同。 T1 工作時(shí)， CPU 可隨時(shí)查詢(xún) TF1 的狀態(tài)。 /CT＝ 0 為定時(shí)模式； /CT=1 為計(jì)數(shù)模式。每來(lái)一個(gè)脈沖計(jì)數(shù)器加 1，當(dāng)加到計(jì)數(shù)器為全 1 時(shí)，再輸入一個(gè)脈沖就使計(jì)數(shù)器回零，且計(jì)數(shù)器的溢出使 TCON 中 TF0 或 TF1 置1，向 CPU 發(fā)出中斷請(qǐng)求（定時(shí) /計(jì)數(shù) 器中斷允許時(shí)）。 中斷控制 (1)、 中斷允許控制寄存器 IE 特殊功能寄存器 IE 為中斷允許寄存器，控制 CPU 對(duì)中斷系統(tǒng)所有中斷以及某個(gè)中斷源的開(kāi)放和屏蔽（禁止），以及每個(gè)中斷源是否允許中斷。 IT1=0 時(shí)，外部中斷 1 程控為電平觸發(fā)方式； IT1=1時(shí)外部中斷 1 為邊沿觸發(fā)方式。4 個(gè)用于中斷控制的寄存器 IE、 IP、 TCON 和 SCON——用于控制中斷的類(lèi)型、中斷 的開(kāi) /關(guān)和各種中斷源的優(yōu)先級(jí)別。 P3 口根據(jù)需要常用于第二功能 ， 真正可提供給用戶(hù)使用的 I/O 口是 P1 口和一部分未用作第二功能的P3 口端線(xiàn)。 ——INT0： 外部中斷 0 請(qǐng)求輸入端 。在并行擴(kuò)展外存儲(chǔ) 器 (包括并行擴(kuò)展 I/O 口 )時(shí) ， P2 口可用于傳送高 8 位地址 (屬地址總線(xiàn) ) ， P2 口能驅(qū)動(dòng) 4 個(gè) LSTTL 門(mén)。 P0 口能驅(qū)動(dòng) 8 個(gè) LSTTL 門(mén)。當(dāng) EA 保持低電平時(shí)，則只訪(fǎng)問(wèn)外 ROM，不管芯片內(nèi)有否內(nèi) ROM。 80C51 讀外 ROM 時(shí)，沒(méi)個(gè)機(jī)器周期內(nèi) PSEN 兩次有效輸出。 80C51 在并行擴(kuò)展外存儲(chǔ)器（包括并行擴(kuò)展 I/O 口）時(shí)， P0 口用于分時(shí)傳送低 8 位地址和數(shù)據(jù)信號(hào)，且均為二進(jìn)制數(shù)。 在 40 條引腳中，有 2 條專(zhuān)用于主電源的引腳， 2 條外接晶體的引腳，4 條控制引腳， 3 條 I/O 引腳 [2]。 這兩種單片機(jī)是完全可移植的。 但是后來(lái)愈來(lái)愈多的廠(chǎng)商生產(chǎn) 80C51 的系列芯片，例如 PHILIPS， ATMEL， LG，華邦等公司。軍事裝備方面 科技強(qiáng)軍、國(guó)防現(xiàn)代化離不開(kāi)計(jì)算機(jī)，在現(xiàn)代化的飛機(jī)、軍艦、坦克、大炮、導(dǎo)彈火箭和雷達(dá)等各種軍用裝備上，都有單片機(jī)深入其中。例如精密的測(cè)量設(shè)備（功率計(jì)，示波器，各種分析儀）。 第四階段（ 1983 年～）： 8 位單片機(jī)鞏固發(fā)展及 16 位單片機(jī)推出階段 在此階段，一方面發(fā)展 16 位單片機(jī)及專(zhuān)用單片機(jī)，另一方面不斷完善高檔 8 位單片機(jī)，重慶郵電大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 改善其結(jié)構(gòu)，以滿(mǎn)足不同的用戶(hù)需要。從 1971 年微型計(jì)算機(jī)問(wèn)世以來(lái)，由于實(shí)際應(yīng)用的需要， 微型計(jì)算機(jī)向著兩個(gè)不同的方向發(fā)展： 一個(gè)是向高速度，大容量，高性能的高檔微機(jī)方向發(fā)展；而另一個(gè)則是向穩(wěn)定可靠、體積小和價(jià)格廉價(jià)的單片機(jī)方向發(fā)展。 一、 單片機(jī)基礎(chǔ) 單片機(jī)與單片機(jī)系統(tǒng) 單片機(jī)通常是指芯片本身，它是有芯片制造商生產(chǎn)的，在它上面 集成的是一些 作為基本組成部分的運(yùn)算器電路、控制器電路、存儲(chǔ)器、中斷系統(tǒng)、 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器以及輸入 /輸出口電路 等。第二節(jié)介紹了本次設(shè)計(jì)的 作用和系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)意義。本次設(shè)計(jì)的 9999秒倒計(jì)時(shí)器是在計(jì)時(shí)器的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)的，以倒計(jì)時(shí)器為基礎(chǔ)，還可以設(shè)計(jì)更多對(duì)日常生活密切相關(guān)的設(shè)備，諸如定時(shí)自動(dòng)報(bào)警、按時(shí)自動(dòng)打鈴、時(shí)間程序自動(dòng)控制、定時(shí)廣播、自動(dòng)起閉路燈、定時(shí)開(kāi)關(guān)烘箱、通斷動(dòng)力設(shè)備、甚至各種定時(shí)電氣的自動(dòng)啟用等，都是以計(jì)時(shí)器為基礎(chǔ)的。 當(dāng)初值設(shè)置完成后， 再按下 KF 鍵 開(kāi)始 進(jìn)行倒計(jì)時(shí)。 由于數(shù)碼管的段選、位選和 4*4 的矩陣鍵盤(pán)的輸入輸出都是接到 ~ 口，所以需要鎖存器來(lái)鎖存不同時(shí)刻不同模塊需要的 ~ 的值。 重慶郵電大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 第一章 倒計(jì)時(shí)系統(tǒng)簡(jiǎn)介 第一節(jié) 功能說(shuō)明 一、 設(shè)計(jì)要求 ① 以 MCS51 系統(tǒng)單片機(jī)為核心器件，組成一個(gè) 9999 秒 以?xún)?nèi)任意秒數(shù) 的倒計(jì)時(shí)系統(tǒng)，即 初值 為 9999 秒 以?xún)?nèi)任意秒數(shù) ，以一秒的速度進(jìn) 行倒計(jì)時(shí)。另外，還可根據(jù)不同的需要增加