【文章內(nèi)容簡(jiǎn)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(fù)位電路 AT89C51 核心部件 閃爍系統(tǒng) 震蕩系統(tǒng) 5 3 硬件 設(shè)計(jì) AT89C51 單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu) 由圖 31可以看出，單片機(jī)內(nèi)部主要包含下列幾個(gè)部件： 一個(gè) 8 位 CPU； 一個(gè)時(shí)鐘電路； 4Kbyte 程序存儲(chǔ)器； 128byte 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器； 兩個(gè) 16 位定時(shí) /計(jì)數(shù)器； 64Kbyte 擴(kuò)展總線控制電路； 四個(gè) 8bit 并行 I/O 端口； 一個(gè)可編程串行接口； 五個(gè)中斷源，其中包括兩個(gè)優(yōu)先級(jí)嵌套中斷。 圖 31 AT89C51 硬件結(jié)構(gòu)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(jī)，片內(nèi)有一個(gè) 4KB的 FLASH可編程可擦除只讀存儲(chǔ)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(chǔ)器技術(shù)，而且其輸出引腳和指令系統(tǒng)都與 MSC— 51 兼容。片內(nèi)置通用 8 位中央處理器（ CPU）和 FLASH 存儲(chǔ) 6 單元，片內(nèi)的存儲(chǔ)器允許在系統(tǒng)內(nèi)改編程序或用常規(guī)的非易失性存儲(chǔ)器編程。因此，AT89C51 是一種功能強(qiáng)、靈活性高且價(jià)格合理的單片機(jī)，可方便的應(yīng)用于各種控制領(lǐng)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(diào)電容的一端，在片內(nèi)它是振蕩器倒相放大器的輸入，若使用外部 TTL時(shí)鐘時(shí)，該引腳必須接地。 XTAL2：接外部晶振和微調(diào)電容的另一端，在片內(nèi)它是振蕩器倒相放大器的輸出，若使用外部 TTL 時(shí)鐘時(shí)，該引腳為外部時(shí)鐘的輸入端。 ALE 在系統(tǒng)擴(kuò)展時(shí)， 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(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)與低位地址的復(fù)用。當(dāng)單片機(jī)上電正常工作后， ALE 端就周期性地以時(shí)鐘頻率的 1/6的固定頻率向外輸出正脈沖信號(hào)， ALE 的負(fù)載能力為 8個(gè) LSTTL 器件。 信號(hào) 是讀外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)，低電平有效。 CPU 從外部存儲(chǔ)器取指令時(shí)，它在每個(gè)機(jī)器周期中兩次有效。 儲(chǔ)器地址允許輸入端 /VPP 當(dāng) 為高電平時(shí)， CPU 執(zhí)行片內(nèi)程序存儲(chǔ)器指令，但當(dāng) PC中的值超過 0FFFH 時(shí)，將自動(dòng)轉(zhuǎn)向 執(zhí)行片外程序存儲(chǔ)器指令。當(dāng) 為低電平時(shí)， CPU 只執(zhí)行片外程序存儲(chǔ)器指令。對(duì)于 8031，由于其無片內(nèi) ROM，故 必須接低電 平。 RST 該信號(hào)高電平有效，在輸入端保持兩個(gè)機(jī)器周期的高電平后，就可以完成復(fù)位操作。此外，該引腳還有掉電保護(hù)功能，若在該端接＋ 5V備用電源，在使用中若 Vcc 掉電，可保護(hù)片內(nèi) 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(zhǔn)雙向口，負(fù)載能力位 8 高 LSTTL負(fù)載，它為 8位地址線和 8位數(shù)據(jù)線的復(fù)用端口。 P1口（ ～ ）：它是一個(gè)內(nèi)部帶上拉電阻的 8 位準(zhǔn)雙向 I/O 口， P1口的驅(qū)動(dòng)能力為 4 個(gè) LSTTL 負(fù)載。 P2口（ ～ ）：它為一個(gè)內(nèi)部帶上拉電阻的 8 位準(zhǔn)雙向 I/O 口， P2口的驅(qū)動(dòng)能力也為 4個(gè) LSTTL 負(fù)載。在訪問外部程序存儲(chǔ)器時(shí)，它作存儲(chǔ)器的高 8位地址線。 P3 口（ ～ ）： P3口同樣是內(nèi)部帶上拉電阻的 8 位準(zhǔn)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(jié) 構(gòu) 所謂總線，就是連接單片機(jī)與各外部器件的一組公共的信號(hào)線。當(dāng)系統(tǒng)要求擴(kuò)展時(shí)，單片機(jī)要與一定數(shù)量的外部器件和外圍設(shè)備連接。如果各部件及每一種外圍設(shè)備都分別用各自的一組線路與 CPU 直接 連接，那么連線將會(huì)錯(cuò)綜復(fù)雜，甚至難以實(shí)現(xiàn)。為了簡(jiǎn)化硬件電路的設(shè)計(jì)和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，常用一組線路，并配以適當(dāng)?shù)慕涌陔娐穪砼c各個(gè)外部 器 件和外圍設(shè)備連接，這組共用的連接線路就是總線。采用總線結(jié)構(gòu)便于 擴(kuò)展 外部 器 件和外圍設(shè)備，而統(tǒng)一的總線標(biāo)準(zhǔn)則使不同設(shè)備間的互連更容易實(shí)現(xiàn)。 利用片外引腳可以構(gòu)造 MCS51 系列單片機(jī)的三總線結(jié)構(gòu)。單片機(jī)的引腳除了電源端 VCC、接地端 VSS、復(fù)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(shí)現(xiàn)系統(tǒng)擴(kuò)展而設(shè)置的。用這些引腳構(gòu)造的單片機(jī)系統(tǒng)的三總線結(jié)構(gòu)如 圖 32所示。 圖 32 MCS51 系列單片機(jī)片外三總線結(jié)構(gòu) 8 （ 1）地址總線（ Address Bus， AB）： MCS51 系列單片機(jī)總共有 16根地址線 A15~ A0，片外存儲(chǔ)器可尋址范圍達(dá) 64KB（ 216=65536 字節(jié)），由 P2口直接提供高 8 位地址 A15~ A8，P0口經(jīng)地址鎖存器提供低 8 位地址 A7~ A0。 （ 2）數(shù)據(jù)總線（ Data Bus， DB）： MCS51系列單片機(jī)總共有 8根數(shù)據(jù)線 D7~D0，全由 P0 口提供。由于 P0口是分時(shí)復(fù)用總線，分時(shí)輸送低 8 位地址（通過地址鎖存器鎖存）和高 8位數(shù)據(jù)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(dú)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(nèi)振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)器件， XTAL2 應(yīng)不接。有余輸入至內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)要通過一個(gè)二分頻觸發(fā)器，因此對(duì)外部時(shí)鐘信號(hào)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(shè)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(shí)器，計(jì)數(shù)器，串口和中斷系統(tǒng)仍在工作。在掉電模式下，保存 RAM 的內(nèi)容并且凍結(jié)振蕩器，禁止所用其他芯片功能，直到下一個(gè)硬件復(fù)位為止。 硬件電路設(shè)計(jì) 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(jī)組成的系統(tǒng)中，為了各單片機(jī)之間時(shí)鐘信號(hào)的同步，引入唯一的外部脈沖信號(hào)作為各單片機(jī)的振蕩脈沖。這時(shí)外部的脈沖信號(hào)是經(jīng)單片機(jī) 89C51 的 XTAL2 引腳注入的；在 MCS－ 51 單片機(jī)片內(nèi)有一個(gè)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(gè)引腳跨接晶體振蕩器和微調(diào)電容 C C2 形成反饋電路，可構(gòu)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(shí)鐘頻率也高，單片機(jī)的運(yùn)行速度也就快。 圖 34 震蕩電路 晶體振蕩器的振蕩信號(hào)從 XTAL2 端送入內(nèi)部時(shí)鐘電路，它將該振蕩信號(hào)二分頻，產(chǎn)生一個(gè)兩相時(shí)鐘信號(hào) P1 和 P2 供單片機(jī)使用。時(shí)鐘信號(hào)的周期稱為狀態(tài)時(shí)間 S，它是振蕩周期的 2倍， P1 信號(hào)在每個(gè)狀態(tài)的前半周期有效，在每個(gè)狀態(tài)的后半周期 P2 信號(hào)有 9 效。 CPU 就是以兩相時(shí)鐘 P1 和 P2 為基本節(jié)拍 協(xié)調(diào)單片機(jī)各部分有效工作的。 MCS51單片機(jī)時(shí)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(shí)鐘機(jī)器周期A L E247。 2247。 3247。 6C 1C 2晶振 反相放大器 圖 35 MCS51單片機(jī)時(shí)鐘振蕩電路示意圖 振蕩電路產(chǎn)生的振蕩脈沖并不直接使用，而是經(jīng)分頻后再為系統(tǒng)所用。振蕩脈沖在片內(nèi)通過一個(gè)時(shí)鐘發(fā)生電路二分頻后才作為系統(tǒng)的時(shí)鐘信號(hào)。片內(nèi)時(shí)鐘發(fā)生電路實(shí)質(zhì)上是一個(gè)二分頻的觸發(fā)器，其輸入來自振蕩器，輸出為二相時(shí)鐘信號(hào)，即狀態(tài)時(shí)鐘信號(hào)，其頻率為 fosc/2；狀態(tài)時(shí)鐘三分頻后為 ALE 信號(hào)，其頻率為 fosc/6；狀態(tài)時(shí)鐘六分頻 后為機(jī)器周期，其頻率為