【文章內容簡介】 其低價質優(yōu)的優(yōu)勢，占據(jù)一定的市場分額。此外還有 MOTOROLA公司的產品，日本幾大公司的專用單片機。在一定的時期內，這種情形將得以 延續(xù)，將不存在某個單片機一統(tǒng)天下的壟斷局面，走的是依存互補，相輔相成、共同發(fā)展的道 路。 單片機的硬件結構及特點 美國 Intel 公司 1980 年推出了 MCS51 系列高檔 8 位單片機。提高了芯片的集成度，性能上大為提高，增加了多種片內硬件功能，并擴展了功能單元的種類和數(shù)量 [3]。 1） 內部程序存儲器和內部數(shù)據(jù)存儲器 2） 輸入 /輸出口 MCS51 單片機內 I/O 口數(shù)量和種類較多且齊全，尤其是它有一個全雙工的串行口 。 3） 外部程序存儲器和外部數(shù)據(jù)存儲器尋址空間 MCS51 可對 64KB 的外部數(shù)據(jù) 存儲器尋址且不受該系列中各種芯片型號的影響，而對程序存儲器是內外總空間為 64KB。 4） 中斷與堆棧 MCS51 有 5 個中斷源，分為 2 個優(yōu)先級，每個中斷源的優(yōu)先級是可編程的，它的堆棧位置也是可編程的，堆棧深度可達 128 字節(jié)。 MCS51 子系列有 2 個 16 位的定時 /計數(shù)器，通過編程可以實現(xiàn)四種工作模式。 MCS52 子系列有 3 個 16 位的定時 /計數(shù)器。MCS51 在內部 RAM 中開設了四個通用工作寄存器區(qū)，共 32 個通用寄存器，以適應多種中斷或子程序嵌套的要求。 5） 指令系統(tǒng) MCS51 是一個功能很強的指令系統(tǒng)，主 要表現(xiàn)在 MCS51 的指令系統(tǒng)中增添了減法、乘法、除法、比較、堆棧操作和多種位操作指令。當振蕩器頻率接最高 12MHZ 時，大部分指令執(zhí)行時間為 1181。s，少部分為 2181。s，乘除指令的執(zhí)行時間也只有 4181。s。 6） 布爾處理器 特別值得一提的是 MCS51 的布爾處理器。它實際上是一個完整的一個微計算機，這個一位的微機有自己的 CPU位寄存器、 I/O 口和指令集。把八位微機和一位微機結合在一起，是微機技術上的一個突破。一位機在開關決策、邏輯電路仿真和實時測控方面非常有效，而八位機在運算處理、智能儀表常用的數(shù)據(jù)采集方面有明顯的 長處。在MCS51 系列單片機中八位機和一位機 （ 布爾處理器 ） 的硬件資源是復合在一起的，二者相輔相成，這是 MCS51 在設計上的精美之處，也是一般微機所不具備的。 9 89C51 的引腳介紹 掌 握 MCS51 單片機，應先了解其引腳的功能。 MCS51 系列中各種芯片的引腳是互相兼容的。制造工藝為 HMOS 的 MCS51 單片機采用 40 只引腳的雙列直插封裝 DIP方式。制造工藝為 CHMOS 的 8031/89C51/87C51 除采用 DIP 封裝方式外，還采用表貼式封裝方式，為 44 只引腳（其中 4 只是無用的引腳） [4]。其引腳圖如圖 所示。 圖 89C51 引腳圖 40 只引腳按其功能來分，可分為如下 4 類： 1） 電源引腳： Vcc、 Vss；電源引腳接入單片機的工作電源； 2） 時鐘引腳： XTAL XTAL2； 2 個時鐘引腳 XTAL1， XTAL2 外接晶體與片內 的反相放大器構成了 1 個振蕩器，為單片機提供時鐘信號。 2 個時 鐘引腳也可以外接獨立的晶體振蕩器。 XTAL1 是片內振蕩器的反 相放大器輸入端， XTAL2 是輸出端，使用外部振蕩器時 ，外部振 蕩信號應直接加到 XTAL1，而 XTAL2 懸空。內部方式時，時鐘發(fā) 生器對振蕩脈沖二分頻，如晶振為 12MHz，時鐘頻率就為 6MHz； 3） 控制引腳： /PSEN、 ALE、 /EA、 RESET；此類引腳提供控制信號； 4） I/O 口引腳： P0、 P P P3，為 4 個 8 位 I/O 口的外部引腳； P1 口， P2 口， P3 口是 3 個 8 位雙向 I/O 口，各口線在片內均有固定的上拉電阻。 當這 3 個準雙向 I/O 口 作輸入口使用時，要向該口先寫 1，另外 準雙向 I/O 口無高阻的“浮空”狀態(tài)，故稱為雙向三態(tài) I/O 口 [5]。 E A / V P31X119X218R E S E T9RD17WR16IN T 012IN T 113T014T115P 1 0 / T1P 1 1 / T2P 1 23P 1 34P 1 45P 1 56P 1 67P 1 78P 0 039P 0 138P 0 237P 0 336P 0 435P 0 534P 0 633P 0 732P 2 021P 2 122P 2 223P 2 324P 2 425P 2 526P 2 627P 2 728P S E N29A L E / P30T X D11R X D10U28 9 C 5 1 10 下面結合表 來介紹各引腳的功能。 表 89C51 引腳 功能表 引腳 功能 符號 引腳 功能說明 電源引腳 VSS 40 接 +5V電源 VSS 20 接地 時鐘引腳 XTAL1 19 接外部 晶體的 1 個引腳。該引腳內部是 1 個反相放大器輸入端。這 個反相放大器構成了片內振蕩器，如果采用外接晶體振蕩器時，此 引腳應接地 XTAL2 18 接外部晶體的另一端，在該引腳內部接至內部反相放大器輸出端。 若采用外部時鐘振蕩器時，該引腳接收時鐘振蕩器的信號，即把此 信號直接接到內部時鐘發(fā)生器的輸入端 控制引腳 RST/Vpd 9 RST（ RESET）是復位信號輸入端，高電平有效。當單片機運行時， 在此引腳加上持續(xù)時間大于 2 個機器周期的高電平時候，就可以完 成復位操作。 Vpd 為本引腳的第二功能，即備用電源的輸入端。 ALE/P 30 輸出為地址鎖存允許信號，當單片機上電正常工作后， ALE 引腳不 斷輸出正脈沖信號。當單片機訪問外部存儲器時， ALE 輸出信號的 負跳沿用于單片機發(fā)出的低 8 位地址經外部鎖存器鎖存的鎖存控制 信號。 /PROG 為本引腳的第二功能。在對片內 EPROM 型單片機編 程寫入時，此引腳作為編程脈沖輸入端 /PSEN 29 程序存儲器允許輸出 控制端。在單片機訪問外部程序存儲器時，此 引腳輸出脈沖負跳沿作為讀外部程序存儲器的選通信號。 /EA/Vpp 31 /EA功能為內外程序存儲器選擇控制端。 Vpp 為本引腳的第二功能。 I/O 口引腳 P0口 雙向 8 位三態(tài) I/O 口，此口為地址總線（低 8 位）及數(shù)據(jù)總線分時 復用口，可驅動 8 個 LS 型 TTL 負載 P1口 8 位準雙向 I/O 口，可驅動 4 個 LS 型 TTL 負載 P2口 8 位準雙向 I/O 口，與地址總線（高 8 位）復用，可驅動 4 個 LS 型 TTL負載 11 P3口 8 位準雙向 I/O 口，雙功能復用口，可驅動 4 個 LS 型 TTL 負載 11 單片機最小系統(tǒng)的設計 此次設計選用 89C51 的最小系統(tǒng)， 89C51 內部有 4KB 閃爍存儲器， 芯片本身就是一個最小系統(tǒng)。在能滿足系統(tǒng)的性能要求情況下，可優(yōu)先考慮采用此種方案。用這種芯片構成的最小系統(tǒng)簡單很可靠。用 89C51 單片機構成的最小應用系統(tǒng)時，只要將單片機接上時鐘電路和復位電路即可，該系統(tǒng)與其他最小系統(tǒng)相比，省去了外擴程序存儲器的工作，該最小應用系統(tǒng)只能用作一些小型的數(shù)字量的測控單元 [6]。單片機最小系統(tǒng)電路如圖 所示。 圖 89C51 最小系統(tǒng) 1） 復位電路 微處理器在上電、掉電及低壓供電時，監(jiān)控器產生脈沖信號這可以保證微處理器實現(xiàn)上電自動復位：當供電壓過低時，防止 CPU 失控。 電源電壓 Vcc 升到 1V 時 RESET引腳變?yōu)榈碗娖剑S著 Vcc 的繼續(xù)升高， RESET 一直保持低電平。當 Vcc 高于復位門限電平時， RESET 并不馬上變?yōu)楦唠娖?，而是要滯后一個復位脈沖寬度 （ 約 200ms） 后再變?yōu)楦唠娖?。?Vcc 低于復位門限電平， RESET 引腳馬上變成低電平，即使以后 Vcc恢復且高于復位門限電平， RESET 也不馬上變成高電平，而是要延遲一個復位脈沖寬度。掉電時， Vcc 只要低于復位門限電平， RESET 立即變?yōu)榈碗娖健? 2） 晶振電路 本單片機芯片所用晶振電路由 12MHZ 晶振與兩個 20μP 的電容組成， 為單片機提 12 供外來的震蕩周期，通過改變晶振與電容的大小可以改變單片機的運行周期。 顯示部分的電路設計 方案一：采用 LED 顯示，這種方案的優(yōu)點是軟件實現(xiàn)簡單，價格低。但是可靠性能較差、智能化程度不高。 方案二：采用 LCD 顯示，這種方案的優(yōu)點是顯示功能比較全面，功能多，硬件電路簡單，可視化效果好，能顯示字母與文字，標示性強，運行穩(wěn)定可靠，但是可靠性能差、軟件比較復雜；相對于本設計而言，使用此方案，能夠更好的完成設計，到達一定的智能化效果。本設計選用常用的 LCD 顯示 1602。 顯示器 1602 電路設計 LCD1602 為 工業(yè)字符型液晶，能夠同時顯示 16x02 即 32 個字符 ，使用簡單方便，具有背光功能，顯示字符清晰準確，能同時顯示字母與數(shù)字，可以區(qū)分大小寫字母，具有較強的功能并且連線簡單，背光亮度可調，并且耗電量小，是一款不錯的顯示器件 [7]。 1） LCD 主要參數(shù) 驅動芯片 KS0066（兼容 HD44780） 背光 黃光 /藍光 字色 黑色 /白色 字庫 ASCII 碼字庫（英文，數(shù)字，基本符號） 類型 STN 液晶模塊尺寸 (mm) 80 * 36 * 2） 引腳介紹 引腳圖如圖 所示。 圖 1602 引腳圖 1602 字符型 LCD 通常有 14 條引腳線或 16 條引腳線的 LCD，多出來的 2 條線是背光電源線 。 13 VCC(15 腳 )和地線 GND(16 腳 )，其控制原理與 14 腳的 LCD 完全一樣，其中 引腳介紹如表 所示 。 表 1602 功能表 引腳 符號 功能說明 1 VSS 一般接地 2 VDD 接電源（ +5V） 3 V0 液晶顯示器對比度調整端，接正電源時對比度最弱，接地電源時對比度最高（對 比度過高時會產生 “ 鬼影 ” ，使用時可以通過一個 10K的電位器調整對比度）。 4 RS RS為寄存器選擇，高電平 1時選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平 0時選擇指令寄存器。 5 R/W R/W為讀寫信號線，高電平 (1)時進行讀操作，低電平 (0)時進行寫操作。 6 E E(或 EN)端為使能 (enable)端，下降沿使能。 7 DB0 底 4位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 0位（最低位） 8 DB1 底 4位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 1