【文章內(nèi)容簡介】 級程序存儲器加密，提供了方便靈活而可靠的硬加密手段，能完全保證程序或系統(tǒng)不被仿制 [13]。 另外， AT89C51 還具有 MCS51 系列單片機(jī)的所有優(yōu)點(diǎn)。 128 8 位內(nèi)部 RAM，32 位雙向輸入輸出線，兩個十六位定時 /計數(shù)器， 5 個中斷源，兩級中斷優(yōu)先級，一個全雙 工異步串行口及時鐘發(fā)生器等。 AT89C51 引腳介紹及分配 引腳描述： P0 口： P0 口是一組 8 位漏極開路雙向 I/O 口，也既地址 /數(shù)據(jù)總線復(fù)用口。作為輸出口用時，每位能吸收電流的方式驅(qū)動 8 個 TTL 邏輯門電路，對端口寫“ 1”可作為高阻抗輸入端用。 在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器話程序存儲器時，這組口線分時轉(zhuǎn)換地址（底 8 位）和數(shù)據(jù)總線服用，在訪問期間激活內(nèi)部上拉電阻。 在 Flash 編程時， P0 口接受指令字節(jié)，而在程序校驗(yàn)時，輸出指令字節(jié)，校驗(yàn)時，要求外接上拉電阻。 P1 口： P1 口是一個帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P1 的輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流） 4 個 TTL 邏輯門電路。對端口 寫“ 1”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可操作輸入口。作輸入口使用時，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉底時會輸出一個電流（ IIL）。 Flash 編程和程序校驗(yàn)期間 ， P1 接收底 8 位地址。 P2 口： P2 口是一個帶有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 的輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流） 4 個 TTL 邏輯門電路。對斷口寫“ 1”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口，作輸入口使用時，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻， 某個引腳被外部信號拉底時會輸出一個電流（ IIL）。 在訪問外部程序存儲器或 16 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器（例如執(zhí)行 MOVE @DPTR）時，P2 口送出高 8 位地址數(shù)據(jù)。在訪問 8 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器（如執(zhí)行 MOVE @RI 指令）時， P2 口線上的內(nèi)容 [也即特殊功能存儲器（ SFR）區(qū)中 R2 寄存器的內(nèi)容 ]，在整個訪問期間不改變。 在 Flash 編程或校驗(yàn)時， P2 亦接收高位地址和其他控制信號。 P3 口： P3 口是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口。 P3 口輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流） 4 個 TTL 邏輯門電路。對 P3 口寫 入“ 1”時，它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可作為輸入端口。作輸入端時，被外部拉底的 P3 口將用上拉電阻輸出電流（ IIL）。 P3 口除了作為一般的 I/O 口線外，更重要的用途是它的第二功能，如下表 32 所示 端口引腳 第二功能 RXD（串行輸入口） TXD（串行輸出口） INT0（外部中斷 0） INT1（外部中斷 1） 16 T0（定時 /記數(shù)器 0） T1（定時 /記數(shù)器 1） 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） 表 32 P3 口還接受一些用于 Flash 閃速存儲器編程和程序校驗(yàn)的控制信號。 RST： 復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器工作時， RET 引腳出現(xiàn)兩個機(jī)器周期以上高電平將使單片機(jī)復(fù)位。 ALE/PROG： 當(dāng)訪問外部程序存儲器或數(shù)據(jù)存儲器時， ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的底 8 位字節(jié)。即使不訪問外部存儲器， ALE 仍以時鐘振蕩頻率的1/6 輸出固定的正脈沖信號，因此它可對外部輸出時鐘或用于定時目的。要注意的是：每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時將跳過一個 ALE 脈沖。 對 Flash 存儲器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖（ PROG）。 如有必要，可通過對特殊功能寄存器（ SFR）區(qū)中的 8EH 的 D0 位置位，可禁止ALE 操作。該位置位后，只有一條 MOVE 和 MOVX 指令 ALE 才會被激活，此外，該引腳會被微弱拉高，單片機(jī)執(zhí)行外部程序時，應(yīng)設(shè)置 ALE 無效。 PSEN： 程序存貯允許（ PSEN）輸出是外部程序存儲器的讀選通信號，當(dāng) AT89C51由外部程序存儲器取指令（或數(shù)據(jù)）時，每個機(jī)器周期兩次 PSEN 有效，既輸出兩個脈沖。在此期間，當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器，這兩次有效的 PSEN 信號不出現(xiàn)。 EA/VPP： 外部訪問允許。欲使 CPU 僅訪問外部程序存儲器（地址為 0000H—FFFFH）， EA 端必須保持底電平（接地）。需注意的是：如果加密位 LB1 被編程，復(fù)位時內(nèi)部會鎖存 EA 端狀態(tài)。 如 EA 端為高電平（接 VCC 端）， CPU 則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲器中的指令。 Flash 存儲器編程時，該腳加上 +12V 的編程允許電源 VPP，當(dāng)然這必須是該器件是使用 12V 編程電壓 VPP。 XTAL1： 振蕩器反相放大器的及內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入端。 XTAL2： 振蕩器反相放大器的輸出端。 LED 顯示器系統(tǒng) LED 基本 結(jié)構(gòu) LED 是發(fā)光二極管顯示器的縮寫。 LED 由于結(jié)構(gòu)簡單、價格便宜、與單片機(jī)接口方便等優(yōu)點(diǎn)而得到廣泛應(yīng)用。 LED 顯示器是由若干個發(fā)光二極管組成顯示字段的顯示器件 [6]。在單片機(jī)中使用最多的是七段數(shù)碼顯示器。 LED 七段數(shù)碼顯示器由 8 個發(fā)光二極管組成顯示字段，其中 7 個長條形的發(fā)光二極管排列成“日”字形，另一個圓點(diǎn)形的發(fā)光二極管在顯示器的右下角作為顯示小數(shù)點(diǎn)用，其通過不同的組合可用來顯示各種數(shù)字。 LED 引腳排列如下圖 34 所示 : 圖 34 LED 顯示器的選擇 在應(yīng)用系統(tǒng)中，設(shè)計要求不同，使用的 LED 顯示器的位數(shù)也不同，因此就生產(chǎn)了位數(shù)，尺寸，型號不同的 LED 顯示器供選擇，在本設(shè)計中，選擇 4 位一體的數(shù)碼型 LED顯示器，簡稱“ 4LED”。本系統(tǒng)中前一位顯示電壓的整數(shù)位，即個位，后兩位顯示電壓的小數(shù)位。 4LED 顯示器引腳如圖 9 所示，是一個共陰極接法的 4 位 LED 數(shù)碼顯示管，其中 a，b， c， e， f， g 為 4 位 LED 各段的公共輸出端， 4 分別是每一位的位數(shù)選端，dp 是小數(shù)點(diǎn)引出端， 4 位一體 LED 數(shù)碼顯示管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)是由 4 個單獨(dú)的 LED 組成，每個 LED 的段輸出引腳在內(nèi)部都并聯(lián)后，引出到器件的外部。 圖 35 4位 LED引腳 對于這種結(jié)構(gòu)的 LED 顯示器，它的體積和結(jié)構(gòu)都符合設(shè)計要求，由于 4 位 LED 陰極的各段已經(jīng)在內(nèi)部連接在一起，所以必須使用動態(tài)掃描方式（將所有數(shù)碼管的段選線并聯(lián)在一起，用一個 I/O 接口控制）顯示。 LED 譯碼方式 譯碼方式是指由顯示字符轉(zhuǎn)換得到對應(yīng)的字段碼的方式，對于 LED 數(shù)碼管顯示器，通常的譯碼方式有硬件譯碼和軟件譯碼方式兩種。 硬件譯碼是指利用專門的硬件電路來實(shí)現(xiàn)顯示字符碼的轉(zhuǎn)換。 軟件譯碼就是編寫軟件譯碼 程序，通過譯碼程序來得到要顯示的字符的字段碼，譯碼程序通常為查表程序 [3]。 本設(shè)計系統(tǒng)中為了簡化硬件線路設(shè)計， LED 譯碼采用軟件編程來實(shí)現(xiàn)。由于本設(shè)計采用的是共陰極 LED，其對應(yīng)的字符和字段碼如下表 33 所示。 顯示字符 共陰極字段碼 0 3FH 1 06H 2 5BH 18 3 4FH 4 66H 5 6DH 6 7DH 7 07H 8 7FH 9 6FH 表 33 復(fù)位電路和時鐘電路 復(fù)位電路設(shè)計 單片機(jī)在啟動運(yùn)行時都需要復(fù)位，使 CPU 和系統(tǒng)中的其他部件都處于一 個確定的初始狀態(tài)，并從這個狀態(tài)開始工作。 MCS51 單片機(jī)有一個復(fù)位引腳 RST,采用施密特觸發(fā)輸入 。當(dāng)震蕩器起振后，只要該引腳上出現(xiàn) 2 個機(jī)器周期以上的高電平即可確保時器件復(fù)位 [1]。復(fù)位完成后，如果 RST 端繼續(xù)保持高電平， MCS51 就一直處于復(fù)位狀態(tài)，只要 RST 恢復(fù)低電平后，單片機(jī)才能進(jìn)入其他工作狀態(tài)。單片機(jī)的復(fù)位方式有上電自動復(fù)位和手動復(fù)位兩種，圖 35 是 51 系列單片機(jī)統(tǒng)常用的上電復(fù)位和手動復(fù)位組合電路，只要 Vcc 上升時間不超過 1ms，它們都能很好的工作 [1]。 圖 35 時鐘電路設(shè)計 單片機(jī)中 CPU 每執(zhí)行一條指令，都必須在統(tǒng)一的時鐘脈沖的控制下嚴(yán)格按時間節(jié)拍進(jìn)行，而這個時鐘脈沖是單片機(jī)控制中的時序電路發(fā)出的。 CPU 執(zhí)行一條指令的各個微操作所對應(yīng)時間順序稱為單片機(jī)的時序。 MCS51 單片機(jī)芯片內(nèi)部有一個高增益反相放大器，用于構(gòu)成震蕩器， XTAL1 為該放大器的輸入端， XTAL2 為該放大器輸出端，但形成時鐘電路還需附加其他電路 [1]。 本設(shè)計系統(tǒng)采用內(nèi)部時鐘方式，利用單片機(jī)內(nèi)部的高增益反相放大器，外部電路簡，只需要一個晶振和 2 個電容即可，如圖 37 所示。 圖 37 電路中的器件選擇可以 通過計算和實(shí)驗(yàn)確定，也可以參考一些典型電路的參數(shù)，電路中 C1 和 C2 對振蕩頻率有微調(diào)作用，通常的取值范圍是 2040pF，在這個系統(tǒng)中選擇了 33pF，石英晶振選擇范圍最高可選 24MHz,它決定了單片機(jī)電路產(chǎn)生的時鐘信號振蕩頻率，在本系統(tǒng)中選擇的是 12MHz，因而時鐘信號的振蕩頻率為 12MHz。 7805 簡介 用 78/79系列三端穩(wěn)壓 IC 來組成穩(wěn)壓電源所需的外圍元件極少，電路內(nèi)部還有過流、過熱及調(diào)整管的保護(hù)電路，使用起來可靠、方便，而且價格便宜。 20 第四章 軟件程序設(shè)計 程序設(shè)計總方案 根據(jù)模塊的劃分原則，將該程序劃分初始化模塊， A/D 轉(zhuǎn)換程序，數(shù)據(jù)處理程序，顯示程序，這四個程序模塊構(gòu)成了整個系統(tǒng)軟件的主程序，如圖 圖 41 系統(tǒng)子程序設(shè)計 初始化程序 所謂初始化，是對將要用到的 MCS_51 系列單片機(jī)內(nèi)部部件或擴(kuò)展芯片進(jìn)行初始工作狀態(tài)設(shè)定，初始化子程序的主要工作是設(shè)置定時器的工作模式，初值預(yù)置，開中斷和打開定時器等 [9]。 A/D 轉(zhuǎn)換子程序 開始 初始化 結(jié)束 調(diào)用 A/D 轉(zhuǎn)換子程序 調(diào)用顯示子程序 數(shù)據(jù)處理程序 A/D 轉(zhuǎn)換子程序用來控制對輸入的模塊電壓信號的采集測量，并將對應(yīng)的數(shù)值存入相應(yīng)的內(nèi)存單元，其轉(zhuǎn)換流程圖如圖 42 所示。 圖 42 開始 啟動轉(zhuǎn)換 A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)束？ 輸出轉(zhuǎn)換 結(jié)果 數(shù)值轉(zhuǎn)換 顯示 結(jié)束 N Y 22 顯示子程序 顯示子程序采用動態(tài)掃描實(shí)現(xiàn)四位數(shù)碼管的數(shù)值顯示，在采用動態(tài)掃描顯示方式時，要使得 LED 顯示的比較均勻，又有足夠的亮度，需要設(shè)置適當(dāng)?shù)膾呙桀l率，當(dāng)掃描頻率在 70HZ 左右時，能夠產(chǎn)生比較好的顯示效果。 在本設(shè)計中，為 了簡化硬件設(shè)計，主要采用軟件定時的方式， 本設(shè)計通過軟件延時程序來實(shí)現(xiàn) 5ms 的延時。 第五章 仿真與調(diào)試 相關(guān)軟件簡介 Protel99SE Protel99SE 是應(yīng)用于 Windows9X/2020/NT 操作系統(tǒng)下的 EDA 設(shè)計軟件，采用設(shè)計庫管理模式，可以進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)設(shè)計，具有很強(qiáng)的數(shù)據(jù)交換能力和開放性及 3D 模擬功能，是一個 32 位的設(shè)計軟件，可以完成電路原理圖設(shè)計，印制電路板設(shè)計和可編程邏輯器件設(shè)計等工作，可以設(shè)計 32 個信號層， 16 個電源 地層和 16 個機(jī)加工層。 （ 1） Protel 99 SE 的系統(tǒng)組成 按照系統(tǒng)功能來劃分， Protel99se 主要包含以下倆大部分和 6 個功能模塊。 ①電路原理設(shè)計部分（ Advanced Schematic 99）：電路原理圖設(shè)計部分包括電路圖編輯器（簡稱 SCH 編輯器）、電路圖零件庫編輯器（簡稱 Schlib 編輯器）和各種文本編輯器。本系統(tǒng)的主要功能是：繪制、修改和編輯電路原理圖；更新和修改電路圖零件庫；查看和編輯有關(guān)電路圖和零件庫的各種報表。 ②印刷電路板設(shè)計系統(tǒng)（ Advanced PCB 99）：印刷電路板設(shè)計系統(tǒng)包括印刷電路板編輯器（簡稱 PCB 編輯器）、零件封裝編輯器（簡稱 PCBLib 編輯器）和電路板組件管理器。本系統(tǒng)的主要功能是：繪制、修改和編輯電路板；更新和修改零件封裝；管理電路板組件。 ③自動布線系統(tǒng)（ Advanced Route 99）：本系統(tǒng)包含一個基于形狀（ Shapebased）的無柵格自動布線器，用于印刷電路板的自動布線，以實(shí)現(xiàn) PCB 設(shè)計的自動化。 （ 2）電路仿真與 PLD 部分 ①電路模擬仿真系統(tǒng)（ Advanced SIM 99）：電路模