【文章內(nèi)容簡介】 腳序列 口引腳 功能 1~8 ~ 8位準雙向 IO口 9 RST 復(fù)位輸入口 10 11 12 13 14 15 16 17 18~19 XTAL1~XTAL2 時鐘振蕩器的輸入輸出口 20 GND 信號地 21~28 ~ 8位雙向 IO口存儲器的高 8位地址 29 PSEN 程序存儲允許信號端 30 ALE/PROG 片外存儲器地址鎖存信號端 31 EA/VPP 內(nèi)外程序存儲器選擇控制端 32~39 ~ 數(shù)據(jù) /低八位地址復(fù)用口 40 VCC 正向電源輸入端 表 21 引腳定義 復(fù)位電路 STC89c52 單片機的的常用的復(fù)位電路主要有兩種，一種是上電復(fù)位，另外一種是手動復(fù)位，其中手動復(fù)位 包括了上電復(fù)位的功能，由于搖搖棒 設(shè)計中考慮到手動復(fù)位多了這里不需要的功能 ，因此在這里不考慮使用手動復(fù)位，而采用了上電復(fù)位的方式來實現(xiàn)單片機復(fù)位。 上電復(fù)位電路組成的元件由一個 22uf 的電容和一個 1K 的電阻組成，單片機復(fù)位的條海南軟件職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 9 件是：必須使 RST(第 9 引腳 )加上持續(xù)兩個以上機器周期 (即 24 個脈沖振蕩周期 )以上的高電平。若時鐘頻率為 12MHz，每個機器周期為 1us,則需要加上持續(xù) 2us 以上的高電平。單片機的復(fù)位電路如圖 22 所示 。 圖 22 復(fù)位電路 時鐘電路 單片機其實是一個復(fù)雜的同步時序電路，為了保證同步工作方式的實現(xiàn)，電路應(yīng)在唯一的時鐘控制嚴格地按時序進行工作。時鐘電路用于產(chǎn)生單片機工作所需要的信號。 在 MCS51 為核心的單片機內(nèi)部有一個高增益反相放大器，其輸入端引腳為 XTAL1,其輸出端引腳為 XTAL2。只要在 XTAL1 和 XTAL2 之間跨接晶體振蕩器和瓷片電容，就可以構(gòu)成自激振蕩器，在時鐘電路中由 1 個 12MHz 的晶振、 2 個 30pF 的瓷片電容組成具體電路如圖 23 所示。 一般地，晶 振比較常用的有 6MHz、 12MHz。 晶振的頻率越高，系統(tǒng)的時鐘頻率也越高，單片機的運行速度也就越快。 STC 的單片機最到支持可以支持到 40MHz 的晶振，但為了系統(tǒng)能夠穩(wěn)定的運行還是選擇常用的晶震，如果單片機上使用了串行口通信，則一般回考慮使用 的晶振，方便波特率的計算。 海南軟件職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 10 圖 23 時鐘電路 LED 基本介紹及原理 在電路中 并不使用 使用 3MM 的 LED,而是采用了 5MM 的高亮 LED 燈， 5MM 的高亮LED 有多種顏色，除了多種顏色外還有雙色的，一只 LED 可以兩出兩中顏色 ，因此 5MM高亮的 LED 達到想要的效果，遠距離觀看的效果更佳。 LED 內(nèi)部結(jié)構(gòu)及原理 LED（ Light Emitting Diode），發(fā)光二極管，是一種固態(tài)的半導(dǎo)體器件，它可以直接把電轉(zhuǎn)化為光。 LED 的心臟是一個半導(dǎo)體的晶片 。 在一個支架上，一端是負極，另一端連接電源的正極，使整個晶片被環(huán)氧樹脂封裝起來。半導(dǎo)體晶片由兩部分組成，一部分是 P 型半導(dǎo)體，在它里面空穴占主導(dǎo)地位，另一端是 N 型半導(dǎo)體，在這邊主要是電子。但這兩種半導(dǎo)體連接起來的時候，它們之間就形成一個“ PN 結(jié)”。當電流通過導(dǎo)線作用于這個晶片的時候，電子就會被推向 P 區(qū)，在 P 區(qū)里電子跟空穴復(fù)合，然后就會以光子 的形式發(fā)出能量，這就是 LED 發(fā)光的原理。而光的波長決定光的顏色，是由形成 PN 結(jié)材料決定的 。 (圖 24 所示 ) 海南軟件職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 11 圖 24 LED內(nèi)部結(jié)構(gòu) LED 硬件電路 電路中采用了 16 只紅色 5MM 高亮的 LED,所有的 LED 使用共陽極的方案并聯(lián)起來，并給電源端加上了 IN4007 整流二級管，還在 LED 的正級接上了 200 歐姆的保護電阻，經(jīng)過測試如果只接上一只 IN4007 整流管 ,實際測量得到 LED 的電流在 30mA 左右， LED 點亮久后會發(fā)熱，這樣 LED 的壽命就會減短，因此必須加上保護電阻，加上保護電阻 測量電流達到 15~20mA 左右，并卻沒有發(fā)熱的跡象，因此采用此方案， 具體如圖 25 所示。 圖 25 LED電路圖 開關(guān)電路 電路中開關(guān)使用了滾珠開關(guān)，它和水銀開關(guān)的原理類似，水銀是一種有毒的化學(xué)物質(zhì)，而且 不環(huán)保，市面上水銀開關(guān)大多都是玻璃制造的，容易破碎故在電路中沒有使用水銀開關(guān)，而選用了滾珠開關(guān)。 滾珠開關(guān)也叫鋼珠開關(guān)，珠子開關(guān)，其實都是震動開關(guān)的一種只是叫法不一樣是通過珠子滾動接觸導(dǎo)針的原理來控制電路的接通或者斷開的。滾珠開關(guān)簡單來說，就如同打開海南軟件職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 12 或關(guān)掉電燈一樣，開關(guān)觸碰 里頭的金屬板電燈就亮，離開就關(guān)，滾珠開關(guān)也是利用類似的原理。利用開關(guān)中的小珠的滾動，制造與金屬端子的觸碰或改變光線行進的路線，就能產(chǎn)生導(dǎo)通或不導(dǎo)通的效果。 滾珠開關(guān)的原理和水銀開關(guān)的原理和用法差不多相同，當搖晃滾珠滾到金色引腳那一端的時候就會導(dǎo)通，正是這個原理可以用做單片機外部中斷的下降沿的信號控制，在使用滾珠開關(guān)提供單片機下降沿信號時，要給一個 10K 的上拉電阻給單片機這樣滾珠開關(guān)沒有接通的時候外部中斷引腳就會保持高電平，一但接通會產(chǎn)生一個下降沿中斷，搖搖棒要使用滾珠開關(guān)，如果沒有滾珠開關(guān)就搖搖棒就回產(chǎn)生鏡 像效應(yīng)，使用滾珠開關(guān)的作用就在以此，具體的電路如圖 26 所示 ，電路圖中 SWSPST 為滾珠開關(guān) 。 圖 26 開關(guān)電路 ISP 下載電路 STC89 系列單片機大部分具有在系統(tǒng)可編程 (ISP)特性， ISP 的好處是：省去購買通用編程器，單片機在用戶系統(tǒng)上即可下載 /燒錄用戶程序， 無須將單片機從生產(chǎn)好的產(chǎn)品上拆下來，再用通用編程器將程序代碼燒錄進單片機內(nèi)部。有些程序尚未定型的產(chǎn)品可以一邊生產(chǎn)，一邊完善，加快產(chǎn)品進入市場的速度，減小了新產(chǎn)品由于軟件缺陷帶來的風(fēng)險。由海南軟件職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 13 于可以將程序直接下載進單片機看運行結(jié)果故也可以不用仿真器。 大部分 STC89 系列單片機在銷售給用戶之前已在單片機內(nèi)部固化有 ISP 系統(tǒng)引導(dǎo)程序，配合 PC 端的控制程序即可將用戶的程序代碼下載進單片機內(nèi)部，故無須編程器（速度比通用編程器快）。不要用通用編程器編程，否則有可能將單片機內(nèi)部已經(jīng)固化的 ISP系統(tǒng)引導(dǎo)程序擦除，造成無法使用 STC 提供的 ISP 軟件下載用戶程序代碼。 在單片機徹底沒電的情況下，給單片機上電復(fù)位，是它冷啟動。如果外部手動復(fù)位，單片機不會運行 ISP程序。單片機冷啟動后，開始進行系統(tǒng) ISP監(jiān)控程序，同時檢測 有無合法下載命令流，如果沒有則立即跑到 用戶程序。 如下為 STC89 系列單片機的典型 ISP 電路圖，在這里使用了 MAX232 替代了 STC3232但基本電路圖是通用的，電路如圖 27 所示。 圖 27 ISP電路 3 軟件設(shè)計及實現(xiàn) 本節(jié)介紹了搖搖棒軟件設(shè)計過程中所需要的一些軟件和軟件設(shè)計的流程。 開發(fā)環(huán)境 工欲善其事， 必 先利其器。 一個良好的開發(fā)環(huán)境能夠使開發(fā)人員事半功倍。 單片機的開發(fā)工具有很多，各式各樣的都有，其中在 8051 單片機中最常用的就有兩款，分別是 KEIL C5和 SDCC 兩款。其中 SDCCSmall Devicd C Compiler,SDCC 是一個優(yōu)化的標準 C 交叉編譯器，目標 CPU 為基于 INTEL 8051， Maxim 80DS390,Zilog Z80 和 Motorola 68HC08的單片機。 SDCC 是一個免費的開放源代碼。同時 SDCC 也是一款跨平臺的開發(fā)工具，現(xiàn)在支持 Windows、 Linux、 Unix 和 Mac 等系統(tǒng) ，但 SDCC 沒有 IDE 開發(fā)環(huán)境，不過有第三海南軟件職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 14 方的 IDE 軟件，還需要整合比較麻煩 。另外一款開發(fā)工具就是 Keil C51 了，在 8051 單片機開發(fā)上應(yīng)用很廣。 Keil C51 是一個 IDE 開發(fā)工具，除了界面美觀之外， 并對 c 語言支持的很好 。 由于 SDCC 對 8051 單片機方面的資料比較少，故選用了 Keil C51 作為主要的開發(fā)環(huán)境， Keil C51 在 8051 單片機資料非常的廣，因此在它上面做開發(fā)會有較多的參考 ， 圖 31為 Keil C51 的界面。 圖 31 Keil主界面 漢字圖形取模軟件 取模軟件非常之多，但選取的時候應(yīng)該考慮到 LED 電路中是否適合正在使用的取模軟件，經(jīng)過多款取模軟件的測試，選定了 xiaoqi 漢字圖形取模軟件。 Xiaoqi 漢字圖形取模軟件是曉奇工作室所開發(fā)的一款界面友好，多功能的取模軟件。如圖 32 所示。 海南軟件職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 15 圖 32 QiaoQi 主界面 在使用過程中選用了數(shù)據(jù)的排列方式為從上到下從左到右、輸出的格式選擇了 C語言、取模方式選擇了縱向 8 點下高位，其他的不變，取模的方式是根據(jù) LED 電路而決定