【文章內(nèi)容簡介】 單字節(jié)指令雙機器周期 雙字節(jié)指令單機器周期 12 雙字節(jié)指令雙機器周期 三字節(jié)指令雙機器周期 單字節(jié)指令四機器周期 (如單字節(jié)的乘除法指令 ) 本次設(shè)計中 MCU 單片機外接晶振為 12MHz 時具體值為： 振蕩周期 (時鐘周期 )＝ 1/12MHz＝ 1/12μs ＝ 機器周期＝ 12*1/12μs ＝ 1μs 指令周期＝ 1～ 4μs 說明： ， 12MHz=1210 的 6 次方，即每秒發(fā)出 12020000 個脈沖信號，那么發(fā)出一個脈沖的時間就是時鐘周期，即 1/12微秒。 12 個 振蕩 周期，所以是 1微秒。 、 LED 燈管 LED 具有功耗少、壽命長、光譜寬（眼睛看得舒適度好 ）、使用廣泛，能靈活拼裝各種需要的形狀等優(yōu)點。一般來說 LED 的工作電壓是 。工作電流是。這就是說：它消耗的電能不超過 。在恰當(dāng)?shù)碾娏骱碗妷合?，LED的使用壽命可達 10萬小時。此外， LED基本上是一塊很小的晶片被封裝在環(huán)氧樹脂里面，所以它非常的小，非常的輕，硬件電路實現(xiàn)起來比較方便。因此本設(shè)計采用 15 個發(fā)光二級管，組合成三角形，從而控制其靈活變化，設(shè)計出展示的方案。 、數(shù)碼管 數(shù)碼管是一種半導(dǎo)體發(fā)光 器件 ，其基本單元是 發(fā)光二極管 。本設(shè)計之所以選擇數(shù)碼管是因為在設(shè)計方案里面計劃 LED 跑馬燈共有九種變化模式，而數(shù)碼管在各種模式變化過程當(dāng)中負責(zé)顯示 19九個數(shù)字，從而示意模式的轉(zhuǎn)換，使展示更加明了，效果明顯且有條理。 、蜂鳴器 蜂鳴器是一種一體化結(jié)構(gòu)的電子訊響器，采用 直流電壓 供電，廣泛應(yīng)用于 計算機 、打印機、復(fù)印機、報警器、 電子玩具 、汽車電子設(shè)備、電話機、 定時器 等 13 電子產(chǎn)品中作發(fā)聲 器件 。由于使用 15個 LED， 閑置，再根據(jù)蜂鳴器的各種用途受到啟發(fā)，在本設(shè)計中加一個蜂鳴器，當(dāng) LED 九種模式展示完畢之后，蜂鳴器發(fā)出聲響，以示九種模式展示完畢，然后繼續(xù)回到一模式進行展示，直到關(guān)掉電源為止。 、鎖存器 由于本設(shè)計中需要數(shù)碼管維持某個數(shù)據(jù)，那么往往要持續(xù)快速的刷新，為了減少對處理器處理能力的消耗，利用鎖存器對所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進行鎖存，直到下一個新的數(shù)據(jù)需要被鎖存為止。這樣一來，鎖存器保持數(shù)據(jù)狀態(tài)期間處理器的處理時間和 I/O 引腳便可以 釋放。此外，鎖存器的緩存作用使快速工作的 CPU 與緩慢工作的鎖存器相協(xié)調(diào)，從而使數(shù)碼管中各段管子亮起時間差減小。因而本設(shè)計加用了鎖存器，使系統(tǒng)工作方便，顯示效果得到完善。 系統(tǒng)框圖 電源 STC89C52 單片機 晶 振 電路 LED 顯示 復(fù)位電路 14 單片機最小系統(tǒng)主要由電源、復(fù)位、振蕩電路以及擴展部分等部分組成。最小系統(tǒng)原理圖如圖 。 圖 原理圖 電源供電模塊 的實現(xiàn) 對于一個完整的電子設(shè)計來講，首要問題就是為整個系統(tǒng)提供電源供電模塊，電源模塊的穩(wěn)定可靠是系統(tǒng)平穩(wěn)運行的前提和基礎(chǔ)。 51 系列 單片機雖然使用時間最早、應(yīng)用范圍最廣，但是在實際使用過程中，一個和典型的問題就是相比其他系列的單片機， 51 系列 單片機更容易受到干擾而出現(xiàn)程序跑飛的現(xiàn)象，克服這種現(xiàn)象出現(xiàn)的一個重要手段就是為單片機系統(tǒng)配置一個穩(wěn)定可靠的電源 15 供電模塊。 此最小系統(tǒng)中的電源供電模塊的電源可以通過計算機的 USB 口供給 復(fù)位電路 單片機的復(fù)位，是為了把電路初始化到一個確定的狀態(tài)，一般來說，單片機復(fù)位電路作用是把一些寄存器以及存儲設(shè)備裝入廠商預(yù)設(shè)的一個值。 單片機復(fù)位電路原理是在單片機的復(fù)位引腳 RST 上外接電阻和電容，實現(xiàn)上電復(fù)位。當(dāng)復(fù)位電平持續(xù)兩個機器周期以上時復(fù)位有效。復(fù)位電平的持續(xù)時間必須大于單片機的兩個機器周期。具體數(shù)值可以由 RC電路計算出時間常數(shù)。 復(fù)位電路 有 按鍵復(fù)位和上電復(fù)位兩 種 。 （ 1） 上電復(fù)位 ： STC89C52RC 系列單片 機 為高電平復(fù)位，通常在復(fù)位引腳 RST上連接一個電容到 VCC，再連接一個電阻到 GND，由此形成一個 RC充放電回路保證單片機在上電時 RST腳上有足夠時間的高電平進行復(fù)位，隨后回歸到低電平進入正常工作狀態(tài)，這個電阻和電容的典型值為 10K 和 10uF。 如圖 所示。 圖 上電復(fù)位電路圖 （ 2） 按鍵復(fù)位： 按鍵復(fù)位就是在復(fù)位電容上并聯(lián)一個開關(guān)，當(dāng)開關(guān)按下時電容被放電、 RST也被拉到高電平，而且由于電容的充電，會保持一段時間的高電平來使單片機復(fù)位。 如圖 。 16 圖 由于 按鍵復(fù)位 可控性稍強， 比較適合樣品制作或者實驗室調(diào)試場合 ，本設(shè)計采用按鍵復(fù)位。如圖 所示。 圖 復(fù)位電路圖 晶振電路 圖 晶振 電路圖 單片機系統(tǒng)里都有晶振，在單片機系統(tǒng)里晶振作用非常大，全 稱 叫晶體振蕩器， 它 結(jié)合單片機內(nèi)部電路產(chǎn)生單片機所需的時鐘頻率，單片機 晶振提供的時鐘頻率越高，那么單片機運行速度就越快，單片 機 的一切指令的執(zhí)行都是建立在單片機晶振提供的時鐘頻率。 在通常工作條件下，普通的晶振頻率絕對精度可達百萬分之五十。高級的精 17 度更高。有些晶振還可以由外加電壓在一定范圍內(nèi)調(diào)整頻率，稱為壓控振蕩器（ VCO）。晶振用一種能把電能和機械能相互轉(zhuǎn)化的晶體在共振的狀態(tài)下工作，以提供穩(wěn)定，精確的 單頻振蕩 。 單片機晶振的 作用是為系統(tǒng)提供基本的時鐘信號。通常一個系統(tǒng)共用一個晶振，便于各部分保持同步。有些通訊系統(tǒng)的基頻和射頻使用不同的晶振，而通過電子調(diào)整頻率的方法保持同步。 晶振通常與鎖相環(huán)電路配合使用，以提供系統(tǒng)所需的時鐘頻率。如果不同子系統(tǒng)需要不同頻率的時鐘信號，可以用與同一個晶振相連的不同鎖相環(huán)來提供。 STC89C52RC使用 12MHz的晶體振蕩器作為振蕩源，由于單片機內(nèi)部帶有振蕩電路，所以外部只要連接一個晶振和兩個電容即可，外接電容的作用是對振蕩器進行頻率微調(diào)，使振蕩信號頻率與晶振頻率一致，同時起到穩(wěn)定頻率的作用，一般選用 20~30pF的瓷片電容。 LED電路 的實現(xiàn) (1) LED 結(jié)構(gòu) (2) LED 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。 晶片的一端附在一個支架上，一端是 負極 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(dāng)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。而光的波長也就是光的顏色，是由形成 PN 結(jié)的材料決定的。 根據(jù)不同材料 發(fā)光二極管的發(fā)光顏色有：紅色光、黃色光、綠色光、紅外光等 。LED有共陰極和共陽極兩種。在此設(shè)計中我們采用共陽極，共陽極將發(fā)光二極管 18 的陽極連接在一起，接入 +5V 的電壓。普通發(fā)光二級管的工作電流是 520 毫安，本設(shè)計中采用的是 3mm發(fā)光二級管，所以采用 470Ω電阻限流，使其正常工作，工作電流約為 10毫安（一 般有色發(fā)光二極管工作電流約為 10毫安，透明發(fā)光二極管工作電流為 20 毫安）。 D1L E DD2L E DD3L E DD4L E DD5L E DD6L E DD7L E DD8L E DD9L E DD 10L E DD 11L E DD 12L E DD 13L E DD 14L E DD 15L E DD 16L E DD 17L E DD 18L E DD 19L E DD 20L E DD 21L E DD 22L E DD 23L E DD 24L E DD 25L E DD 26L E DD 27L E DD 28L E DD 29L E DD 30L E DD 31L E DD 32L E DR12. 2KR22. 2KR32. 2KR42. 2KR52. 2KR62. 2KR72. 2KR82. 2KR92. 2KR 102. 2KR 112. 2KR 122. 2KR 132. 2KR 142. 2KR 152. 2KR 162. 2KR 172. 2KR 182. 2KR 192. 2KR 202. 2KR 212. 2KR 222. 2KR 232. 2KR 242. 2KR 252. 2KR 262. 2KR 272. 2KR 282. 2KR 292. 2KR 302. 2KR 312. 2KR 322. 2KV C CP 00P 01P 02P 03P 04P 05P 06P 07P 20P 21P 22P 23P 24P 25P 26P 27P 10P 11P 12P 13P 14P 15P 16P 17P 30P 31P 32P 33P 34P 35P 36P 37 圖 LED 電路圖 圖 中主要元件有 、 LED。 電阻 為每個 LED 的限流電阻。此最小系統(tǒng)提供了 32個獨立 LED，由 IO 口控制，采用共陽級接法所以只有當(dāng) IO口輸出低電平時 LED 才會點亮。 19 4. 系統(tǒng)的軟件設(shè)計 軟件介紹 Keil C51 Keil C51 是美國 Keil Software公司出品的 51 系列兼容單片機 C 語言軟件開發(fā)系統(tǒng)，與匯編相比， C 語言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護性上有明顯的優(yōu)勢，因而易學(xué)易用。用過匯編語言后再使用 C 來開發(fā)，體會更加深刻。 Keil C51 軟件提供豐富的庫函數(shù)和功能強大的集成開發(fā)調(diào)試工具，全 Windows 界面。另外重要的一點，只要看一下編譯后生成的匯編代碼，就能體會到 Keil C51 生成的目標(biāo)代碼效率非常之高，多數(shù)語句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。在開發(fā)大型軟件時更能體現(xiàn)高級語言的優(yōu)勢。下面詳細介紹 Keil C51開發(fā)系統(tǒng)各部分功能和使用。 Keil_c 軟件界 面如圖 41 所示 圖 41 Keil_c軟件界面 Protel99SE Protel99SE 是 PORTEL 公司在 80 年代末推出的 EDA軟件。 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，可以網(wǎng)設(shè)計，具 20 有很強的數(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 個機加工層。 Protel99SE 軟件的特點： (1) 可生成 30 多種格式的電氣連接網(wǎng)絡(luò)表； (2) 強大的全局編輯功能； (3) 在原理圖中選擇一級器件， PCB 中同樣的器件也將被選中； (4) 同時運行原理圖和 PCB，在打開的原理圖和 PCB 圖間允許雙向交叉查找元器件、引腳、