【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 這組口線分時(shí)轉(zhuǎn)換地址（低 8 位）和數(shù)據(jù)總線復(fù)用，在訪問(wèn)期間激活內(nèi)部上拉電阻。 湖南工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 5 在 flash 編程時(shí)， P0 口作為原碼輸入口 ,接收指令字節(jié)， 在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)。程序校驗(yàn)時(shí)，需要外部上拉電阻。 P1 口： P1 口是一個(gè)帶 內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P1 的輸出緩沖級(jí) 能驅(qū)動(dòng) （吸收或輸出電流） 4個(gè) TTL 邏輯門(mén)電路 。對(duì) P1 端口寫(xiě) “ 1”，內(nèi)部上拉電阻把端口拉 到 高 電平 ，此時(shí)可以作為輸入口使用。 作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流（ IIL）。 Flash 編程和程序校驗(yàn)期間， P1接受低 8位地址。 P2 口： P2 口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng) （吸收或輸出電流） 4 個(gè) TTL 邏輯電平。對(duì) P2 端口寫(xiě) “ 1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉 到 高 電平 ，此時(shí)可以作為輸入 口使用。作 輸入 口 使用時(shí)， 因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流（ IIL）。 在訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器或 16位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 (例如執(zhí)行 MOVX@DPTR指令 )時(shí) ,P2 口送出高 8 位地址數(shù)據(jù)。在訪問(wèn) 8 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（如執(zhí)行 MOVX@RI指令）時(shí)， P2 口線上的內(nèi)容（也即特殊功能寄存器（ SFR）區(qū)中 R2 寄存器的內(nèi)容），在整個(gè)訪問(wèn)期間不改變。 Flash 編程或校驗(yàn)時(shí)， P2 亦接受高位地址和其它控制信號(hào)。 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 輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng) （吸收或輸出電流） 4 個(gè) TTL 邏輯門(mén)電路 。對(duì) P3 端口寫(xiě) 入 “ 1” 時(shí)，他們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可作為輸入端口。作 輸入 口使用 時(shí)，被外部拉低的 P3 口 引腳由于內(nèi)部 上拉電阻的原因?qū)⑤敵鲭娏鳎?IIL） 。 P3口除了作為一般的 I/O 口線外，更重要的功能是它的第二用途，如下表所示： 端口引腳 第二功能 RXD(串行輸入口 ) TXD(串行輸出口 ) 0INT (外中斷 0) 1INT (外中斷 1) T0(定時(shí) /計(jì)數(shù)器 0外部輸入 ) T1(定時(shí) /計(jì)數(shù)器 1外部輸入 ) WR (外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選通 ) RD(外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通 ) P3口還接收一些用于 FLASH 閃存編程和程序校驗(yàn)的控制信號(hào)。 湖南工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 6 ALE/PROG (30腳 )：地址鎖存允許信號(hào) /編程脈沖輸入端 訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)， ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低 8 位字節(jié)。即使不訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器， ALE 仍以時(shí)鐘振蕩頻率的 1/6 輸出固定的正脈沖信號(hào)，因此它可對(duì)外輸出時(shí)鐘或用于定時(shí)目的。要注意的是：每當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)將跳過(guò)一個(gè) ALE 脈沖。 對(duì) FLASH 存儲(chǔ)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(guò)對(duì)特殊功能寄存器（ SFR）區(qū)中的 8EH單元的 D0位置位，可禁止 ALE 操作。該位置位后，只有一條 MOVX 和 MOVC 指令才能將 ALE 激活。此外，該引腳會(huì)被微弱拉高，單片機(jī)執(zhí)行外部程序時(shí)，應(yīng)設(shè)置 ALE 無(wú)效。 PSEN (29腳 ):外部程序存儲(chǔ)器讀選通信號(hào) 當(dāng) AT89C51 由外部程序存儲(chǔ)器取指令（或數(shù)據(jù)）時(shí)，每個(gè)機(jī)器周期兩次 PSEN 有效，即輸出兩個(gè)脈沖，在此期間，當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，將跳過(guò)兩次 PSEN 信號(hào)。 EA/VPP(31 腳 ):內(nèi)部和外部程序存儲(chǔ)器選擇信號(hào) 欲使 CPU 僅訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器（地址為 0000HFFFFH）， EA 端必須保持低電平（接地）。需注意的是：如果加密位 LB1 被編程，復(fù)位時(shí)內(nèi)部會(huì)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(chǔ)器中的指令。 FLASH 存儲(chǔ)器編程時(shí)，該引腳加上 +12V 的編程允許電源 Vpp，當(dāng)然這必須是該器件可以使用 12V 編程電壓 Vpp。 XTAL1:內(nèi)部振蕩電路反相放大器的輸入端。 XTAL2:內(nèi)部振蕩電路反相放大器的輸出端。 湖南工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 7 第三章 硬件電路 設(shè)計(jì) 電源電路 本次設(shè)計(jì)為了電源的簡(jiǎn)潔，采用了 USB 接口為循環(huán)彩燈系統(tǒng)電路提供穩(wěn)定的 5V工作電壓，這樣能使整體電路更簡(jiǎn)潔，更節(jié)約成本，也在一定的程度上減少了硬件設(shè)計(jì)的復(fù)雜性。 單片機(jī) 最小應(yīng)用系統(tǒng)及按鍵電路 一個(gè)單片機(jī)嵌入式系統(tǒng)的核心，其實(shí)就是一個(gè)單片機(jī)的最小系統(tǒng)，或者稱為最小應(yīng)用系統(tǒng)，是指用最少的元件組成的單片機(jī)可以工作的系統(tǒng)。圖 31為 AT89C51 單片機(jī)的最小系統(tǒng)電路圖。 圖 31 單片機(jī)最小系統(tǒng)電路圖 由圖可知單片機(jī)最小系統(tǒng)應(yīng)由復(fù)位電路、振蕩電路構(gòu)成。另外需要注意對(duì)于 31 引腳(EA/VPP)，當(dāng)接高電平時(shí)，單片機(jī)在復(fù)位后從內(nèi)部 ROM開(kāi)始執(zhí)行，當(dāng)接低電平時(shí)，復(fù) 湖南工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 8 位后直接從外部 ROM 開(kāi)始執(zhí)行。 AT89C51 單片機(jī)具有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器，因此在使用中不需要再擴(kuò)展外部存儲(chǔ)器，這樣在單片機(jī)應(yīng)用電路中 31腳可以總是接高電平。 晶振電路 本設(shè)計(jì)采用的是內(nèi)部時(shí)鐘振蕩方式 。 AT89C51 中有一個(gè)用于構(gòu)成內(nèi)部震蕩器的高增益反相放大器，引腳 XTAL1 和 XTAL2 分別是該放大器的輸入端和輸出端。這個(gè)放大器與作為反饋元件的片外石英晶體（或陶瓷諧振器）一起構(gòu)成自激振蕩器，振蕩器電路參見(jiàn)下圖 3— 2。外接石英晶體（或陶瓷諧振器）及電容 C C2 接在放大器的反饋回路中構(gòu)成并聯(lián) 振蕩電路。對(duì)外接電容 C C2雖然沒(méi)有十分嚴(yán)格的要求，但電容容量的大小會(huì)輕微影響震蕩頻率的高低、震蕩器工作的穩(wěn)定性和起振的難易程度。本系統(tǒng)采用 12MHz 的晶振，主要是為了方便定時(shí)操作。 外接 電容 C C2為 f?22 。 圖 32 時(shí)鐘振蕩方式 此設(shè)計(jì)也可以采用外部時(shí)鐘電路， 如圖 3— 5外部時(shí) 鐘方式所示 。 這種情況下 XTAL2接地，外部時(shí)鐘脈沖接到 XTAL1 端，即內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端， 為 AT89C51 提供基準(zhǔn)時(shí)鐘信號(hào)。 復(fù)位電路 在 AT89C51 單片機(jī)復(fù)位引腳 RST出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期（ 24個(gè)振蕩周期）以上的高電平時(shí)，單片機(jī)就執(zhí)行復(fù)位操作。在本系統(tǒng)中采用簡(jiǎn)單的按鍵電平復(fù)位電路。它既可以實(shí)現(xiàn)上電復(fù)位，又能通過(guò)按鈕復(fù)位。上電復(fù)位是利用電容器 C1 充電來(lái)實(shí)現(xiàn)。本系統(tǒng)采用的 f?10 的電容即可滿足 10ms 以上的高電平。按鍵復(fù)位是通過(guò) R1 和 R2 形成回路，使 RESET 端產(chǎn)生高電平，按鍵的時(shí)間決定了復(fù)位時(shí)間。如果 RST 持續(xù)為高電平，單片機(jī)就處于循環(huán)復(fù)位狀態(tài)。單片機(jī)的復(fù)位操作使單片機(jī)進(jìn)入初始化狀態(tài)，其中也包括使程序計(jì)數(shù)器 PC 地址為 0000H，這表明程序從 0000H 地址單元開(kāi)始執(zhí)行。單片機(jī)的復(fù)位電路如下圖所示。 湖南工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 9 X T A L 218X T A L 119A L E30EA31P S E N29RS T9P 0 .0 /A D 039P 0 .1 /A D 138P 0 .2 /A D 237P 0 .3 /A D 336P 0 .4 /A D 435P 0 .5 /A D 534P 0 .6 /A D 633P 0 .7 /A D 732P 1 . 01P 1 . 12P 1 . 23P 1 . 34P 1 . 45P 1 . 56P 1 . 67P 1 . 78P 3 .0 /R X D10P 3 .1 /T X D11P 3 .2 /I NT 012P 3 .3 /I NT 113P 3 .4 /T 014P 3 .7 / R D17P 3 . 6 / W R16P 3 .5 /T 115P 2 .7 /A 1 528P 2 .0 / A 821P 2 .1 / A 922P 2 .2 /A 1 023P 2 .3 /A 1 124P 2 .4 /A 1 225P 2 .5 /A 1 326P 2 .6 /A 1 427U1A T 8 9 C5 1C13 0 p FC2X1CR Y S T A LR11 0 kC3+5V23456789 1234567891 按鍵電路 本系統(tǒng)是在單片機(jī)能夠維持工作的最小應(yīng)用系統(tǒng)上 ,添加 8 個(gè)獨(dú)立按鍵來(lái)構(gòu)成核心主控制模塊 ,每一個(gè)按鍵對(duì)應(yīng)一種顯示模式。 單片機(jī)的 P1 口對(duì)按鍵進(jìn)行檢測(cè)來(lái)控制顯示不同模式的循環(huán)效果。按鍵需要加上上拉電阻， 在按鍵沒(méi)按下時(shí) P1 口能維持高電平。 圖 33為系統(tǒng)原理圖，在最小系統(tǒng)的基礎(chǔ)上添加了輸入設(shè)備和輸出設(shè)備。八組 LED燈即為輸出顯示設(shè)備，由 P2 口和 P0口共同控制。 圖 33 系統(tǒng)原理圖 湖南工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 10 234567891R P 2 顯示電路 此顯示部分時(shí)由一個(gè)個(gè) LED發(fā)光二極管構(gòu)成的，它具有單向?qū)щ娦?，一般通過(guò) 5mA左右的電流即可發(fā)光，一般控制在 3mA～ 20mA 之間。電流越大，其亮度越強(qiáng)，但若電流過(guò)大，會(huì)引起二極管或單片機(jī) I/O口引腳的燒毀。因此在設(shè)計(jì)硬件電路時(shí)，要在 LED二極管電路中串接一個(gè)限流電阻，阻值在 300? ～ 1?? 之間，調(diào)節(jié)阻值的大小可以控制發(fā)光二極管的發(fā)光亮度。 在使用數(shù)字集成電路時(shí)，拉電流輸出和灌電流輸出是一個(gè)很重要的概念，兩者都是針對(duì)端口而言的，是衡量電路輸出驅(qū)動(dòng)能力的參數(shù)。 由于數(shù)字電路的輸出只有高、低（ 0、 1）兩種電平值，對(duì)一個(gè)端口而言，如果電流的方向是向其外部流動(dòng)的則是“拉電流”，一般是對(duì)負(fù)載提供電流，其提供電流的數(shù)值叫“拉電流”。如果電流方向是向其內(nèi)部流動(dòng)的則是“灌電流”，一般是要吸收負(fù)載的電流，其吸收電流的數(shù)值叫“灌電流”。 AT89C51 單片機(jī) I/O 口內(nèi)部 結(jié)構(gòu)決定了灌電流能力比較大，拉電流能力比較小。所以在實(shí)際設(shè)計(jì)中應(yīng)當(dāng)盡量采用灌電流。 圖 34 為可編程彩燈控制器顯示部分。由于 AT89C51 單片機(jī) P0 口內(nèi)部沒(méi)有上拉電阻，呈現(xiàn)高阻狀態(tài)，所以不能正常地輸出高、低電平， 因此該 組 I/O 口在使用時(shí)務(wù)必要外接上拉電阻。本設(shè)計(jì)采用 10k 的排阻。顯示元件采用 8 8 單色 LED點(diǎn)陣顯示器。LED 點(diǎn)陣顯示器單塊使用時(shí)，既可替代數(shù)碼管顯示數(shù)字，也可顯示各種中西文字及符號(hào)。 在實(shí)際應(yīng)用中一般采用動(dòng)態(tài)顯示方式，動(dòng)態(tài)顯示采用掃描的方式工作，從上到下逐次不斷地對(duì)顯示屏的各行進(jìn)行選通，同時(shí)又向各列送出表示圖形或文字信息的列數(shù)據(jù)信號(hào)，反復(fù)循環(huán)以上操作，就可顯示各種圖形或文字。 圖 34 顯示部分 為了保證各個(gè)數(shù)碼管的顯示效果不產(chǎn)生閃爍，則首先應(yīng)保證在 1s 內(nèi)循環(huán)掃描各行 湖南工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 11 的次數(shù)大于 25 次。這里利用了人眼的視覺(jué)滯留效應(yīng)。本例中選擇 40 次，即至少每隔1000ms/40=25ms 將 8 行循環(huán)掃描一次。第二，要注意的是， 在 25ms 時(shí)間內(nèi)，要逐一輪流點(diǎn)亮 8 行，而且每行點(diǎn)亮的持續(xù)時(shí)間要相同，這樣亮度才能均勻。第三，在 25ms內(nèi)點(diǎn)亮每行的時(shí)間，如果這個(gè)時(shí)間長(zhǎng)，則數(shù)碼管的亮度高，反之則暗。 湖南工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 12 第四章 軟件設(shè)計(jì) 軟件開(kāi)發(fā)流程 圖 41 為系統(tǒng)主程序流程圖，系統(tǒng)上電后初始化，進(jìn)入按鍵掃描程序，當(dāng)有相應(yīng)按鍵按下時(shí)，執(zhí)行相應(yīng)顯示方式。本系統(tǒng)共有 8 個(gè)按鍵，對(duì)應(yīng) 8種不同的顯示方式。