【文章內(nèi)容簡介】 大限度的發(fā)揮單片機(jī)的功能。 學(xué)會使用 KeilC 進(jìn)行編輯、編譯及仿真調(diào)試，實現(xiàn)對單片機(jī)進(jìn)行C 語言開發(fā)。 以 Proteus 為平臺，對單片機(jī)外圍各個功能模塊進(jìn)行軟件仿真驗證功能。 （ 3）開發(fā)板板上資源的硬件實現(xiàn)及下載器的制作。 對軟硬件設(shè)計仿真驗證功能無誤后，將 Protel 繪制的 PCB 進(jìn)行加工、焊接元器件，制作出 S51開發(fā)板及下載器。 二．單片機(jī)及各模塊簡介 十個模塊，分別是： S51 單片機(jī)主控制器模塊、鍵盤模塊、 DS1302時鐘模塊、數(shù)碼管模塊、 LCDCPS364BR 模塊、 ARK 點陣模塊、下載器模塊、流水燈模塊、蜂鳴器模塊、電源模塊。其中以 S51 單片機(jī)作為核心控制器； 鍵盤模塊用來向單片機(jī)輸入特定編碼的信息； DS1302時鐘模塊用來實現(xiàn)實時時鐘； 數(shù)碼管模塊用來顯示簡單的數(shù)字、字母； LCD 模塊用來顯示字母、數(shù)字、符號； 點陣模塊用來顯示圖像、符號、漢字； 下載器模塊用來實現(xiàn) S51單片機(jī)的 ISP 在線編程； 流水燈模塊用來顯示單片機(jī) I/O口電平的變化； 蜂鳴器模塊用來發(fā)出聲音?？傮w硬件電路如下圖 1所示： 圖 1總體硬件電路 S51單片機(jī)最小系統(tǒng)包括： MCU、復(fù)位電路、晶振電路。 S51 系列單片機(jī)內(nèi)部具有 128 字節(jié) RAM、 5 個中斷源、 32 條 I/O口線、 2個 16 位定時器、4KB 的程序存儲器、一個全雙工異步串行口 ,具有 ISP 在線編程功能，該單片機(jī)不需要燒寫器，可在開發(fā)板上 ISP在線編程， S51單片機(jī)除兼容 C51 單片機(jī)外，還具有工作頻率 0至 33MHz的高工作 頻率。 原理圖如圖 2所示： 圖 2主控制模塊 鍵盤模塊按鍵模塊，通過外部中斷 INT1 實現(xiàn)按鍵功能，并通過軟件編程識別按鍵 K0K3 四個按鍵，進(jìn)而實現(xiàn)相關(guān)功能，例如數(shù)碼管顯示字符數(shù)字的加減， LED 燈速度的變換等。原理圖如圖 3 所示： DS1302的引腳如圖 4所示： 圖 3 按鍵模塊圖 4DS1302 引腳圖 Vcc1 為后備電源， Vcc2 為主電源。在主電源關(guān)閉的情況下，也能保持時鐘的連續(xù)運行。 DS1302 由 Vcc1或 Vcc2 兩者中的較大者供電。當(dāng) Vcc2 高于 Vcc1+ 時， Vcc2 給DS1302 供電。當(dāng) Vcc2低于 Vcc1 時， DS1302 由 Vcc1 供電。 X X2 為振蕩源，外接 晶振。 I/O 為串行數(shù)據(jù)輸入 /輸出端 (雙向 )，SCLK 為時鐘輸入端。 RST 是復(fù)位片選線，通過把 RST 輸入驅(qū)動置為高電平來啟動所有的數(shù)據(jù)傳送。 RST 輸入有兩種功能： RST 接通控制邏輯，允許地址 /命令序列送入移位寄存器； RST 提供了終止單字節(jié)或多字節(jié)數(shù)據(jù)的傳送手段。當(dāng) RST 為高電平時，所有的數(shù)據(jù)傳送被初始化，允許 DS1302進(jìn)行操作。如果在傳送過程中置 RST 為低 電平，則會終止此次數(shù)據(jù)傳送，并且 I/O 引腳變?yōu)楦咦钁B(tài)。上電運行時，在 Vcc 高于 之前， RST 必須保持低電平。只有在 SCLK為低電平時，才能將 RST 置為高電平。 DS1302時鐘模塊的原理圖如圖 5 所示： 圖 5DS1302 時鐘原理圖單片機(jī)與 DS1302 通過 、 、 相連，分別為時鐘信號線、輸入輸出線、復(fù)位信號線。 DS1302 的晶振引腳連接 32768HZ的晶振。 串口通信模塊串口通信模塊的原理圖如圖 6所示： 圖 6 串口通信模塊的原理圖單片機(jī)與 MAX232 通過 、 相連，分別為發(fā)送線、接收線，另外單片機(jī)要與 MAX232共地。 LED顯示器有靜態(tài)顯示和動態(tài)顯示兩種顯示方式。 LED 靜態(tài)顯示方式： LED 顯示器工作于靜態(tài)顯示方式時，各位的共陰極（或共陽極）連接在一起并接地（或 +5V）； 每位的段選線（ a~dp）分別與一個 8 位的鎖存器輸出相連。各個LED的顯示字符一經(jīng)確定，相應(yīng)鎖存器的輸出將維持不變，直到顯示另一個字符為止。 LED 動態(tài)顯示方式：在多位 LED 顯示時，將所有位的段選線相應(yīng)的并聯(lián)在一起， 有一個 8 位 I/O 口控制，形成段選線的多路復(fù)用。而各位的共陽極或共陰極分別由相應(yīng)的 I/O 線控制，實現(xiàn)各位的分時選通。要各位 LED 能夠顯示出與本位相應(yīng)的顯示字符，就必須采用掃描顯示方式，段選線上輸出相應(yīng)位要顯示字節(jié)的段碼。 流水燈模塊包含 8個 LED燈，單片機(jī)的 P0 口接 10K 上拉電阻，八個 LED 的負(fù)極依次連接單片機(jī) P0 口的 8 個引腳，八個 LED的正極依次與 510 歐姆的排阻的八個端子相連。 LED 數(shù)碼管和流水燈模塊原理圖如圖 7： 圖 8LCD 數(shù)碼管和流水燈模塊 下載線模塊下載器模塊實現(xiàn)將USB信號轉(zhuǎn)換為能通過 SPI協(xié)議傳輸?shù)男盘?，從而實現(xiàn)對單片機(jī)的編程。下載模塊原理圖如圖 9所示： 圖 9 下載線接口模塊圖 10 蜂鳴器模塊 蜂鳴器模塊單片機(jī)的 與 Q1 的基極通過 1K 歐姆電阻連接，當(dāng) 為高電平時， Q1 導(dǎo)通， Q1 的發(fā)射極與集電極導(dǎo)通，將發(fā)射極下拉為低電平，蜂鳴器兩端出現(xiàn)電位差，蜂鳴器發(fā)聲； 當(dāng) 為低電平時， Q1 不導(dǎo)通，蜂鳴器兩端沒有電流流過，蜂鳴器不發(fā)聲。 I2CEEPROM模塊用于程序或數(shù)據(jù)存儲器的擴(kuò)展功能，片外可最大擴(kuò)展到 64KB,地址為 0000~FFFFH。此存儲芯片支持電科擦除，即可寫。 電源模塊通過整流電橋?qū)崿F(xiàn)交直流的轉(zhuǎn)換功能，直接供單片機(jī)使用。 原理圖如圖 11圖 12 所示： 圖 11 電源模塊圖 12I2CEEPROM 模塊三．開發(fā)板（串口通信模塊）設(shè)計原理介紹 1．實驗項目要求實驗任務(wù)是通過串口通信實現(xiàn)單片機(jī)數(shù)據(jù)的自發(fā)自收以及雙機(jī)通信功能，并且通過數(shù)碼管循環(huán)顯示 0~F 來表現(xiàn)其實現(xiàn)過程。 元器件功能介紹 AT89S51:At89s51 是一種低功耗、高性能CMOS8 位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程 Flash 存儲器。使 用 Atmel公司高密度非易失性存儲器技術(shù)制造，與工業(yè) 80C51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上 Flash 允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的 8位 CPU和在系統(tǒng)可編程 Flash，使得AT89S51 為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。AT89S51具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8k字節(jié) Flash， 256 字節(jié) RAM， 32 位 I/O口線，看門狗定時器， 2 個數(shù)據(jù)指針，三 16 位定時器 /計數(shù)器，一個 6向量 2 級中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時鐘電路。另外 AT89S51可降至 0Hz 靜態(tài)邏輯 操作，支持 2 種軟件可選擇節(jié)電模式。空閑模式下， CPU 停止工作，允許 RAM、定時器 /計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下， RAM 內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復(fù)位為止。 8 位微控制器 8K 字節(jié)在系統(tǒng)可編程 FlashAT89S51。 RS232 ： RS232 是 由 電 子 工 業(yè) 協(xié) 會(ElectronicIndustriesAssociation， EIA)所制定的異步傳輸標(biāo)準(zhǔn)接口。對于一般雙工通信，僅需幾條信號線就可實現(xiàn)，如一條發(fā)送線、一條接收線及一條地線。 RS232 與 TTL 電路之間需要進(jìn)行電平和邏輯關(guān)系的變換。實現(xiàn)這種變換的方法可用分立元件，也可用集成電路芯片。 MAX232 芯片可完成 TTL←→ RS232雙向電平轉(zhuǎn)換。 MAX232： MAX232 芯片是 RS232 標(biāo)準(zhǔn)接口芯片，使用 +5v 單電源供電。是 PC 機(jī)與單片機(jī)串口進(jìn)行通訊的電平轉(zhuǎn)換芯片。內(nèi)部結(jié)構(gòu)基本可分三個部分： 第一部分是電荷泵電路。由 6 腳和 4 只電容構(gòu)成。功能是產(chǎn)生 +12v和 12v兩個電源，提供給 RS232串口電平的需要。 第二部分是數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換通道。由 1 1 1 14 腳構(gòu)成兩個數(shù)據(jù)通道。其中 13 腳（ R1IN）、 12 腳（ R1OUT）、 11 腳（ T1IN）、14 腳（ T1OUT）為第一數(shù)據(jù)通道。 8 腳（ R2IN）、 9 腳（ R2OUT）、 10 腳（ T2IN）、 7腳（ T2OUT）為第二數(shù)據(jù)通道。 TTL/CMOS 數(shù)據(jù)從 T1IN、 T2IN輸入轉(zhuǎn)換成 RS232數(shù)據(jù)從 T1OUT、 T2OUT送到電腦 DP9 插頭； DP9 插頭的 RS232 數(shù)據(jù)從 R1IN、 R2IN 輸入轉(zhuǎn)換成 TTL/CMOS 數(shù)據(jù)后從 R1OUT、 R2OUT輸出。 第三部分是供電。 15 腳 DNG、 16 腳 VCC（ +5V）。 圖 13RS232芯片引腳圖圖 14MAX232芯片引腳圖 S51 單片機(jī)內(nèi)部有一個全雙工的串行接收和發(fā)射緩沖器（ SBUFF），這兩個在物理上獨立的接收發(fā)射器，即可以接收也可以發(fā)射數(shù)據(jù)，但接收緩沖器只可以讀出不能寫入，而發(fā)送緩沖器只能寫入不能讀出，它們的地址是 99H。這個通信口即可以用于網(wǎng)絡(luò)通信，亦可以實現(xiàn)串行異步通信，還可以構(gòu)成同步移位寄存器使用。如果在串行口的輸入輸出引腳上加上電平轉(zhuǎn)換器，就可以方便的構(gòu)成標(biāo)準(zhǔn)的 RS232接口。 S51 單片機(jī) 串行口專用寄存器。 SBUF 為串行口的收發(fā)緩沖器，它是一個可尋址的專用寄存器，其中包含了接收器和發(fā)射器寄存器，可以實現(xiàn)全雙工通信。但這兩個寄存器具有同一地址（ 99H）。 S51 的串行數(shù)據(jù)傳輸很簡單，只要向緩沖器寫入數(shù)據(jù)就可發(fā)送數(shù)據(jù)。而從接收緩沖器讀出數(shù)據(jù)既可接收數(shù)據(jù)。串行通信寄存器 SCON控制寄存器，它是一個可尋址的專用寄存器，用于串行數(shù)據(jù)通信的控制。 數(shù)據(jù)通信的傳輸方式：常用于數(shù)據(jù)通信的傳輸方式有單工、半雙工、全雙工和工方式。串行通信的兩種通信形式，包括異步通信和同步通信。 SCON 控制寄存器是一個可 尋址的專用寄存器，用于串行數(shù)據(jù)通信的控制，其結(jié)構(gòu)格式如下： 表 1 寄 存 器 SCON 結(jié)構(gòu)SCOND7D6D5D4D3D2D1D0SM0SM1SM2RENTB8RB8TIRI 位 地 址9FH9EH8DH9CH9BH9AH99H98H 下面我們對個控制位功能介紹如下： （ 1） SM0、 SM1：串行口工作方式控制位（ 2） SM2：多機(jī)通信控制位多機(jī)通信是工作方式 2和方式 3， SM2位主要用于方式 2 和方式 3。接收狀態(tài)，當(dāng)串行口工作方式 2或 3，以及 SM2=1時，只有當(dāng)接收到第9 位數(shù)據(jù)（ RB8）為 1時，才把接收的前 8位數(shù) 據(jù)送入 SBUF，且置位 RI發(fā)出中斷申請，否則會將收到的數(shù)據(jù)放棄。當(dāng) SM2=0 時，只有在接收到有效停止位時才啟動 RI，若沒接收到有效停止位，則 RI 清“ 0”。在方式 0 中 SM2應(yīng)該為“ 0”。 REN：允許接收控制位。由軟件置“ 1”時，允許接收； 軟件置“ 0”時，不許接收。 TB8：在方式 3和方式 3 中要發(fā)送的第 9 位數(shù)據(jù)，需要時用軟件置位和清零。 TB8：在方式 2 和方式 3 中是接收到的第 9位數(shù)據(jù)。在方式 1 時，如 SM2=0， RB8 接收到的停止位。在方式 0中，不使用 RB8。 TI：發(fā) 送中斷標(biāo)志。由硬件在方式 0 發(fā)送完第 8 位時置“ 1”，或在其它方式中串行發(fā)送停止位的開始時置“ 1”。必須由軟件清“ 0”。 RI：接收中斷標(biāo)志。由硬件在方式 0串行發(fā)射第 8位結(jié)束時置“ 1”B:特殊功能寄存器 PCONPCON：主要是是 CHMOS 型單片機(jī)的電源控制而設(shè)置的專用寄存器 2．原理圖的繪制 2． 1 串口通信模塊仿真電路設(shè)計（ 1）打開 ISIS7professional 窗口，執(zhí)行菜單命令 Filenewdesign，新建一個 DEFAULT命名為“單片機(jī)串口通信自發(fā)自收 .DSN”。 （ 2）在器件選擇按鈕單擊 “ P”按鈕，添加如表所示的原件： 單片機(jī) AT89S51電容 CAPELECCAPPOLMAX232COMPIM 按鈕 BUTTON數(shù)碼管 7SEGMPX4CA74LS244 排阻 RX8 三極管 NPN 晶振 CRYSTAL（ 3）在 ISIS 原理圖編輯窗口中，放置電源和地。布好線，設(shè)置好相應(yīng)原件的參數(shù)。完成電騾圖的設(shè)計。 （ 4）調(diào)試與仿真：加載生成的 .HEX 文件，進(jìn)行調(diào)試，觀察是否符合預(yù)期效果。 仿真效果圖如圖 15 所示： 圖 15 仿真效果圖 3．程序的編寫 操作過程 1）．打開桌面上 的 keil 軟件：，下面新建一個工程，選擇 projectnew新建一個名字叫“單片機(jī)串口通信”的工程，保存在事先創(chuàng)建的文件夾下，點擊保存按鈕。出現(xiàn)選擇器件型號對話框：選擇實驗板上的所用芯片的型號 atm