【文章內(nèi)容簡介】 學院本科畢業(yè)論文（設計） 第 6 頁 顯示模塊的選型 方案一： 采用 LED 數(shù)碼管，如圖 所示，它是設備常用簡易顯示電子元器件之一。LED 數(shù)碼管的主要優(yōu)點如下： (1)能在低電壓、小電流條件下驅(qū)動發(fā)光，能與 CMOS、 ITL電路兼容。 (2)發(fā)光響應時間極短，高頻特性好，單色性好，亮度高。 (3)體積小，重 量輕，抗沖擊性能好。 (4)壽命長，使用壽命在 10 萬小時以上，甚至可達 100 萬小時。（ 5）成本低，使用簡單方便。然而， LED 也有缺點的：（ 1）其散熱性能稍差（ 2）用單片機控制時需要配置恒流驅(qū)動芯片（ 3）容易出現(xiàn)光衰甚至 “死燈 ”現(xiàn)象。（ 4）只能顯示數(shù)字，而不能顯示簡單的字符?；谏鲜鎏攸c， LED 數(shù)碼管常用于設備簡易的數(shù)字顯示中。 圖 LED數(shù)碼管外形 方案二：采用 LCD 1602A，如圖 ，其為標準型 16X2液晶顯示字符模塊。 LCD 1602A的特點如下：（ 1）機身薄，節(jié)省空間：與比較笨重的 CRT顯示器相比，液晶顯示器只要前者三分之一的空間。（ 2）省電，不產(chǎn)生高溫：屬于低耗電產(chǎn)品，可以做到完全不發(fā)燙，相對與 CRT顯示器，因顯像技術不可避免產(chǎn)生高溫。（ 3）無輻射，益健康：液晶顯示器完全無輻射，這對于整天在電腦前工作的人來說是一個福音。（ 4）畫面柔和不傷眼：不同于 CRT技術，液晶顯示器畫面不會閃爍，可以減少顯示器對眼睛的傷害，眼睛不容易疲勞。 LCD 1602A能現(xiàn)顯示簡單的字符。其也存在缺點 ，如價格較貴，可視角度小，反應時間較慢等。綜合比較方案一與方案二，數(shù)碼管作為溫度檢測的顯示，LCD1602A 作為溫度接收的顯示。 圖 LCD1602A 外形 貴州大學科技學院本科畢業(yè)論文（設計） 第 7 頁 第三章 MCS51 單片機的結(jié)構與原理簡介 作為單片機市場的主流產(chǎn)品， 51 系列單片機具有省電耐用、可多次編程、性能穩(wěn)定、物美價廉等優(yōu)點，所以選擇 MCS51 單片機作為此溫度監(jiān)測系統(tǒng)的控制核心 。本章將對其結(jié)構及原理進 行簡要的介紹。 MCS51 單片機的內(nèi)部結(jié)構 MCS51 單片機的組成 MCS51 單片機是在一塊芯片上集成 CPU、 RAM、 ROM、定時器 /計數(shù)器和 I/O 口等基本功能部件。單片機內(nèi)部包含以下幾個部件： （ 1） 一個 8 位 CPU （ 2） 一個片內(nèi)振蕩器及時鐘電路 （ 3） 4 KB ROM 程序存儲器 （ 4） 128 B RAM 數(shù)據(jù)存儲器 （ 5） 兩個 16 位定時器 /計算器 （ 6） 可尋址 64 KB 外部數(shù)據(jù)存儲器和 64 KB 外部程序存儲器空間的控制 電路 （ 7） 32 條可編程的 I/0 線 （ 8） 一個可編程全雙工串行接口 （ 9） 具有 5 個中斷源、兩個優(yōu)先級嵌套中斷結(jié)構 CPU CPU 是單片機的核心部件，它由運算器和控制器等部件組成。 1） 運算器 運算器的 功能是進行算述運算和邏輯運算?？梢詫Π胱止?jié)、單字節(jié)等數(shù)據(jù)進行操作。例如能完成加、減、乘、除、 BCD 碼十進制調(diào)整等操作。此外， 8051 運算器還包含有一個 布爾處理器，用來處理位操作。 2） 程序計數(shù)器 PC 程序計數(shù)器 PC 用來存放即將要執(zhí)行的指令地址，共 16 位，可對 64KB 的程序存 儲器直接尋址。執(zhí)行指令時， PC 內(nèi)容的低 8 位 P0 口輸出，高 8 位經(jīng) P2 口輸出。 3）指令寄存器 指令 寄存器中存放指令代碼。 CPU 執(zhí)行指令時，由程序存儲器中讀取的指令代碼送入指令寄存器，經(jīng)譯碼后由定時與控制電路發(fā)出相應的控制信號，完成指令功能 [2]。 貴州大學科技學院本科畢業(yè)論文（設計） 第 8 頁 4）定時與控制部件 （ 1）時鐘電路 8051 片內(nèi)設有一個由反向放大器所構成的振蕩電路， XTAL1 和 XTAL2 分別振蕩電路的輸入和輸出端，時鐘可以由內(nèi)部方式產(chǎn)生。內(nèi)部方式時鐘電路如圖 所示。外部方式的時鐘很少用，若要用時，只要將 XTAL1 接地， XTAL2 接 外部振蕩器即可。 圖 （ 2）時序 MCS51 典型的指令周期為一個機器周期，一個機器周期由 6 個狀態(tài)個振蕩周期組成。每個狀態(tài)又被分成兩個時相進行。如圖 所示，為 8051 單片機的取指令和執(zhí)行指令的定時關系。 圖 8051時序 MCS51 單片機外部結(jié)構 MCS51 單片機引腳功能 MCS 單片機都采用 40 引腳的雙列直插 封裝方式，其引腳功能如下： 1）主電源引腳 VSS 和 VCC VSS 接地； VCC 正常操作時為 +5V 電源。 貴州大學科技學院本科畢業(yè)論文（設計） 第 9 頁 2）外接晶振引腳 XTAL1 和 XTAL2 XTAL1 內(nèi)部振蕩電路反相放大器的輸入端，是外接晶體的一個引腳。當采用外部振蕩器時，此引腳接地。 XTAL2 內(nèi)部振蕩電路反相放大器的輸出端。是外接晶體的另一端。當采用外部振蕩器時，此引腳接外部振蕩源。 3） 控制或與其他電源利用引腳 RST/VPD， ALE/PROG， PSEN 和 EA/VPP （ 1） RST/VPD 當振蕩器運行時，在此引腳上出現(xiàn)兩個機器周期的高電平， 將使單片機復位。 在 VCC 掉電期間，在引腳可接上備用電源，由 VPD 向內(nèi)部提供備用電源，以保持內(nèi)部 RAM 中的數(shù)據(jù)。 （ 2） ALE/PROG 正常操作時為 ALE 功能提供把地址的低字節(jié)鎖存到外部鎖存器， ALE 引腳以不變的頻率周期性地發(fā)出正脈沖信號。因此，它可用作對外輸出的時鐘，或用于定時目的。 （ 3） PSEN 外部程序存儲器讀選通信號輸出端，在從外部程序存儲器取指令或數(shù)據(jù)期間， PSEN在每個機器周期內(nèi)兩次有效。 （ 4） EA/VPP EA/VPP 為內(nèi)部程序存儲器和外部程序存儲器選擇端。當 EA/VPP 為 高電平時，訪問內(nèi)部程序存儲器；當 EA/VPP 為低電平時，訪問外部程序存儲器。 4） 輸入輸出引腳 ～ ， ～ ， ～ ， ～ P0 口（ ～ ）是一個 8 位漏極開路型雙向 I/O 口，在訪問外部存儲器時，它分時傳送低字節(jié)地址和數(shù)據(jù)總線， P0 口以吸收電流的方式驅(qū)動 8 個 LSTTL 負載。 P1口（ ～ ）是一個帶有內(nèi)部提升電阻的 8位準雙向 I/O口。能驅(qū)動 4 個 LSTTL負載。 P2 口（ ～ ）是一個帶有內(nèi)部提升電阻的 8 位準雙向 I/O 口，在訪 問外部存儲器時，它輸出高 8 位地址。 P2 口可以驅(qū)動 4 個 LSTTL 負載。 P3口（ ～ ）是一個帶有內(nèi)部提升電阻的 8位準雙向 I/O口。能驅(qū)動 4 個 LSTTL負載。 貴州大學科技學院本科畢業(yè)論文（設計） 第 10 頁 T1 方式控制字 T0 方式控制字 復位和復位電路 在單片機系統(tǒng)中，復位電路是非常關鍵的，當程序跑飛或死機時，就需要進行復位。MCS5l 系列單片機的復位引腳 RST 出現(xiàn) 2 個機器周期以上的高電平時，單片機就執(zhí)行復位操作。 MCS51 單片機的復位電路如圖 所示： 圖 在 RESET（圖中表示為 RST）輸入端出現(xiàn)高電平時實現(xiàn)復位和初始化。復位后，各內(nèi)部寄存器狀態(tài)如表 所示： 表 寄存器 內(nèi)容 寄存器 內(nèi)容 PC 0000H TMOP 00H ACC 00H TCON 00H B 00H TH 00H PSW 00H TL 00H SP 07H TH 00H DPTR 0000H TL 00H P0～ P3 0FFH SCON 00H IP 00000 SBUF 不定 IE 000000 PCON 0 MCS51 單片機的定時器 /計數(shù)器 定時器 /計數(shù)器的結(jié)構 1） 特殊功能寄存器 TMOD 特殊功能寄存器 TMOD 為定時器的方式控制寄存器，寄存器中每位的定義如圖 所示。其中 M M0 用來確定所選的工作方式，如表 所示： 圖 TMOD寄存器各位定義 表 工作方式選擇 D7 D6 D5 D6 D3 D2 D1 D0 GATE C/T M1 M0 GATE C/T M1 M0 貴州大學科技學院本科畢業(yè)論文（設計） 第 11 頁 M1 M0 方式 說明 0 0 0 13 位定時器 /計數(shù)器 0 1 1 16 位定時器 /計數(shù)器 1 0 2 自動裝入時間常數(shù)的 8 位定時器 /計數(shù)器 1 1 3 對 T0 分為兩個 8 位獨立計數(shù)器；對 T1 置方式 3 時停止工作 （ 1） C/T 定時器方式或計數(shù)器方式選擇位。 C/T=1 時，為計數(shù)器方式； C/T=0 時，為定時器方式。 （ 2） GATE 定時 器 /計數(shù)器運行控制位，用來確定對應的外部中斷請求引腳，是否參與 T0 或 T1 的操作控制。 2)定時器控制寄存器 TCON 特殊功能寄存器 TCON 用于控制定時器的操作及對定時器中斷的控制。其各位定義如圖 所示： D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 TF1 TR1 TF0 TR0 IE1 IT1 IE0 IT0 用于外部中斷 圖 TCON寄存器各位定義 (1)TR0 T0 的運行控制位。該位置 1 或清 0 用來實現(xiàn)啟動計 數(shù)或停止計數(shù)。 (2)TF0 T0 的溢出中斷標志位。當 T0 計數(shù)溢出時由硬件自動置 1；在 CPU 中斷處理時由硬件清為 0。 (3)TR1 T1 的運行控制位，功能同 TR0。 (4)TF1 T1 的溢出中斷標志位，功能同 TF0。 工作方式 MCS51片內(nèi)的定時器 /計數(shù)器可以通過對特殊功能寄存器 TMOD中的控制位 C/T的設置來選擇定時器方式或計數(shù)器方式；通過對 M1M0 兩位的設置來選擇 4 種工作方式，以 T0 為例加以說明 [3]。 1)方式 0 當 M1M0 設置為 00 時，定時器選定為方式 0 工作。在這種方式下， 16 位寄存 器只用了 13 位， TL0 的高 3 位未用。由 TH0 的 8 位和 TL0 的低 5 位組成一個 13 位計數(shù)器。當 GATE=0 時，只要 TCON 中的 TR0 為 1， TL0 及 TH0 組成的 13 位計數(shù)器就開始計數(shù)；當 GATE=1 時，此時僅 TR0=1 仍不能使計數(shù)器計數(shù)，還需要 INT0 引腳為 1 才能使計數(shù) 貴州大學科技學院本科畢業(yè)論文（設計） 第 12 頁 器工作。 2)方式 1 方式 1 和方式 0 的工作相同，唯一的差別是 TH0 和 TL0 組成一個 16 位計數(shù)器。 3)方 式 2 方式 2 把 TL0 配置成一個可以自動恢復初值的 8 位計數(shù)器， TH0 作為常數(shù)緩沖器，TH0 由軟件預置值。當 TL0 產(chǎn)生溢出時，一方面使溢出標志 TF0 置 1，同時把 TH0 中的 8 位數(shù)據(jù)重新裝入 TL0 中。 4)方式 3 方式 3 對定時器 T0 和定時器 T1 是不相同的。若 T1 設置為方式 3，則停止工作。所以方式 3 只適用于 T0。方式 3 使 MCS51 具有 3 個定時器 /計數(shù)器。當 T0 設置為方式3 時，將使 TL0 和 TF0 成為兩個相互獨立的 8 位計數(shù)器， TL0 利用了 T0 本身的一些控制（ C/T， GATE， TR0， INTO 和 TF0）方式，它的操作