【文章內容簡介】 ,7H,1H,0H,0H,1H,7H,0FH,3FH,7H,0FFH DB 7FH,3FH,0FH,7H,1H,0H,0H,1H,7H,0FH,3FH,7H DB 7FH,3FH,0FH,7H,1H,0H,0H,1H,7H,0FH,3FH,7H DB 0FFH,7FH,3FH,0FH,7H,1H,0H,0H,1H,7H,0FH,3FH,7H,0FFH 復位電路 AT89C51 核心部件 閃爍系統(tǒng) 震蕩系統(tǒng) 5 3 硬件 設計 AT89C51 單片機的硬件結構 由圖 31可以看出，單片機內部主要包含下列幾個部件： 一個 8 位 CPU； 一個時鐘電路； 4Kbyte 程序存儲器； 128byte 數據存儲器； 兩個 16 位定時 /計數器； 64Kbyte 擴展總線控制電路； 四個 8bit 并行 I/O 端口； 一個可編程串行接口； 五個中斷源，其中包括兩個優(yōu)先級嵌套中斷。 圖 31 AT89C51 硬件結構框圖 主要特性 AT89C51是一種低功耗 /低電壓、高性能的八位 CMOS單片機，片內有一個 4KB的 FLASH可編程可擦除只讀存儲器（ FPEROM— Flash Programmable and Erasable Read Only Memory），它采用了 CMOS 工藝和 ATMEL 公司的高密度非易失性存儲器技術，而且其輸出引腳和指令系統(tǒng)都與 MSC— 51 兼容。片內置通用 8 位中央處理器（ CPU）和 FLASH 存儲 6 單元，片內的存儲器允許在系統(tǒng)內改編程序或用常規(guī)的非易失性存儲器編程。因此，AT89C51 是一種功能強、靈活性高且價格合理的單片機，可方便的應用于各種控制領域。 主要引腳功能 Vcc 和 Vss Vcc：電源端，接＋ 5V。 Vss：接地端。 通常在 Vcc 和 Vss引腳之間接 。 XTAL1 和 XTAL2 XTAL1：接 外部晶振和微調電容的一端，在片內它是振蕩器倒相放大器的輸入，若使用外部 TTL時鐘時，該引腳必須接地。 XTAL2：接外部晶振和微調電容的另一端，在片內它是振蕩器倒相放大器的輸出，若使用外部 TTL 時鐘時，該引腳為外部時鐘的輸入端。 ALE 在系統(tǒng)擴展時， ALE 用于控制地址鎖存器鎖存 P0 口輸出的低 8位地址，從而實現數據與低位地址的復用。當單片機上電正常工作后， ALE 端就周期性地以時鐘頻率的 1/6的固定頻率向外輸出正脈沖信號， ALE 的負載能力為 8個 LSTTL 器件。 信號 是讀外部程序存儲器的選通信號，低電平有效。 CPU 從外部存儲器取指令時，它在每個機器周期中兩次有效。 儲器地址允許輸入端 /VPP 當 為高電平時， CPU 執(zhí)行片內程序存儲器指令，但當 PC中的值超過 0FFFH 時，將自動轉向 執(zhí)行片外程序存儲器指令。當 為低電平時， CPU 只執(zhí)行片外程序存儲器指令。對于 8031，由于其無片內 ROM，故 必須接低電 平。 RST 該信號高電平有效，在輸入端保持兩個機器周期的高電平后，就可以完成復位操作。此外，該引腳還有掉電保護功能，若在該端接＋ 5V備用電源，在使用中若 Vcc 掉電，可保護片內 RAM中信息不丟失。 /輸出口引腳 P0、 P P2和 P3 P0 口（ ～ ）：該端口為漏極開路的 8 位準雙向口，負載能力位 8 高 LSTTL負載，它為 8位地址線和 8位數據線的復用端口。 P1口（ ～ ）：它是一個內部帶上拉電阻的 8 位準雙向 I/O 口， P1口的驅動能力為 4 個 LSTTL 負載。 P2口（ ～ ）：它為一個內部帶上拉電阻的 8 位準雙向 I/O 口， P2口的驅動能力也為 4個 LSTTL 負載。在訪問外部程序存儲器時，它作存儲器的高 8位地址線。 P3 口（ ～ ）： P3口同樣是內部帶上拉電阻的 8 位準雙向 I/O 口， P3口除了作 7 為一般的 I/O口使用之外，其還具有特殊功能。 外部 總線結 構 所謂總線，就是連接單片機與各外部器件的一組公共的信號線。當系統(tǒng)要求擴展時，單片機要與一定數量的外部器件和外圍設備連接。如果各部件及每一種外圍設備都分別用各自的一組線路與 CPU 直接 連接，那么連線將會錯綜復雜，甚至難以實現。為了簡化硬件電路的設計和系統(tǒng)結構，常用一組線路，并配以適當的接口電路來與各個外部 器 件和外圍設備連接，這組共用的連接線路就是總線。采用總線結構便于 擴展 外部 器 件和外圍設備，而統(tǒng)一的總線標準則使不同設備間的互連更容易實現。 利用片外引腳可以構造 MCS51 系列單片機的三總線結構。單片機的引腳除了電源端 VCC、接地端 VSS、復位端 RST、晶振接入端 XTAL1 和 XTAL通用 I/O 口的 ~以外，其余的引腳都是為實現系統(tǒng)擴展而設置的。用這些引腳構造的單片機系統(tǒng)的三總線結構如 圖 32所示。 圖 32 MCS51 系列單片機片外三總線結構 8 （ 1）地址總線（ Address Bus， AB）： MCS51 系列單片機總共有 16根地址線 A15~ A0，片外存儲器可尋址范圍達 64KB（ 216=65536 字節(jié)），由 P2口直接提供高 8 位地址 A15~ A8，P0口經地址鎖存器提供低 8 位地址 A7~ A0。 （ 2）數據總線（ Data Bus， DB）： MCS51系列單片機總共有 8根數據線 D7~D0，全由 P0 口提供。由于 P0口是分時復用總線，分時輸送低 8 位地址（通過地址鎖存器鎖存）和高 8位數據信息 。 （ 3）控制總線（ Control Bus， CB）：控制總線由 P3 口的第二功能 WR()、RD()和 3 根獨立的控制線 EA 、 ALE、 PSEN 組成。 振 蕩 器特性 XTAL1 和 XTAL2 分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時鐘源驅動器件， XTAL2 應不接。有余輸入至內部時鐘信號要通過一個二分頻觸發(fā)器，因此對外部時鐘信號的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度 芯片擦除 AT89C51 設有穩(wěn)態(tài)邏輯，可以在低到零頻率的條件下靜態(tài)邏輯，支持兩種軟件可選的掉 電模式。在閑置模式下， CPU 停止工作。但 RAM，定時器，計數器，串口和中斷系統(tǒng)仍在工作。在掉電模式下，保存 RAM 的內容并且凍結振蕩器，禁止所用其他芯片功能，直到下一個硬件復位為止。 硬件電路設計 震 蕩電 路 為彩燈循環(huán)系統(tǒng)提供穩(wěn)定頻率波在由多片單片機組成的系統(tǒng)中，為了各單片機之間時鐘信號的同步，引入唯一的外部脈沖信號作為各單片機的振蕩脈沖。這時外部的脈沖信號是經單片機 89C51 的 XTAL2 引腳注入的；在 MCS－ 51 單片機片內有一個高增益的反相放大器，反相放大器的輸入端為 XTAL1，輸出端為 XTAL2， 在芯片的外部通過這兩個引腳跨接晶體振蕩器和微調電容 C C2 形成反饋電路，可構成穩(wěn)定的自激振蕩器，振蕩頻率范圍通常是 ~12MHz。晶體振蕩頻率高，則系統(tǒng)的時鐘頻率也高，單片機的運行速度也就快。 圖 34 震蕩電路 晶體振蕩器的振蕩信號從 XTAL2 端送入內部時鐘電路，它將該振蕩信號二分頻，產生一個兩相時鐘信號 P1 和 P2 供單片機使用。時鐘信號的周期稱為狀態(tài)時間 S，它是振蕩周期的 2倍， P1 信號在每個狀態(tài)的前半周期有效，在每個狀態(tài)的后半周期 P2 信號有 9 效。 CPU 就是以兩相時鐘 P1 和 P2 為基本節(jié)拍 協(xié)調單片機各部分有效工作的。 MCS51單片機時鐘電路示意圖如圖 4所示。 X T A L 1X T A L 2f O S C二分頻三分頻六分頻狀態(tài)時鐘機器周期A L E247。 2247。 3247。 6C 1C 2晶振 反相放大器 圖 35 MCS51單片機時鐘振蕩電路示意圖 振蕩電路產生的振蕩脈沖并不直接使用，而是經分頻后再為系統(tǒng)所用。振蕩脈沖在片內通過一個時鐘發(fā)生電路二分頻后才作為系統(tǒng)的時鐘信號。片內時鐘發(fā)生電路實質上是一個二分頻的觸發(fā)器，其輸入來自振蕩器，輸出為二相時鐘信號，即狀態(tài)時鐘信號，其頻率為 fosc/2；狀態(tài)時鐘三分頻后為 ALE 信號，其頻率為 fosc/6；狀態(tài)時鐘六分頻 后為機器周期，其頻率為