【文章內(nèi)容簡介】 為一的結(jié)構(gòu)，即普林斯頓 (Princeton)結(jié)構(gòu)。 INTEL 的 MCS52 系列單片機采用的是哈佛結(jié)構(gòu)的形式，而后續(xù)產(chǎn)品 16位的 MCS96 系列單片機則采用普林斯頓結(jié)構(gòu)。 下圖是 MCS52 系列單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。 圖 22 MCS52 系列單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu) MCS52 的引腳說明： MCS52系列單片機中的 803 8051 及 8751 均采用 40Pin 封裝的雙列直接 DIP 結(jié)構(gòu)，右圖是它們的引腳配置， 40 個引腳中，正電源和地線兩根，外置石英振蕩器的時鐘線兩根， 4 組 8位共 32個 I/O 口，中斷口線與 P3口線復用?，F(xiàn)在我們對這些引腳的功能加以說明： MCS51 的引腳說明： MCS52系列單片機中的 803 8051 及 8751 均采用 40Pin 封裝的雙列直接 DIP 結(jié)構(gòu)，右圖是它們的引腳配置， 40 個引腳中，正電源和地線兩根，外置石英振蕩器的時鐘線兩根， 4組 8位共 32個 I/O 口，中斷口線與 P3口線復用?，F(xiàn)在我們對這些引腳的功能加以說明： 圖 23 單片機的引腳圖 Pin9:RESET/Vpd復位信號復用腳，當 8052 通電，時鐘電路開始工作，在 RESET 引腳上出現(xiàn) 24 個時鐘周期以上的高電平，系統(tǒng)即初始復位。初始化后，程序計數(shù)器 PC 指向 0000H，P0P3 輸出口全部為高電平，堆棧指 針 寫入 07H，其它專用寄存器被清 “0” 。 RESET 由高電平下降為低電平后，系統(tǒng)即從 0000H 地址開始執(zhí)行程序。然而，初始復位不改變 RAM（包括工作寄存器 R0R7）的狀態(tài)， 8052的初始態(tài) 。 8051 的復位方式可以是自動復位，也可以是手動復位，見下圖 4。此外， RESET/Vpd還是一復用腳， Vcc掉電其間，此腳可接上備用電源，以保證單片機內(nèi)部 RAM 的數(shù)據(jù)不丟失。 圖 24 上電自動和手動復位電路圖 圖 25 內(nèi)部和外部時鐘方式圖 Pin30:ALE/ 當訪問外部程序器時， ALE(地址鎖存 )的輸出用于鎖存地址的低位字節(jié)。而訪問內(nèi)部程序存儲器時， ALE 端將有一個 1/6 時鐘頻率的正脈沖信號，這個信號可以用于識別單片機是否工作，也可以當作一個時鐘向外輸出。更有一個特點，當訪問外部程序存儲器， ALE 會跳過一個脈沖。 如果單片機是 EPROM，在編程其間， 將用于輸入編程脈沖。 Pin29: 當訪問外部程序存儲器時，此腳輸出負脈沖選通信號， PC 的 16 位地址數(shù)據(jù)將出 現(xiàn)在 P0和 P2 口上，外部程序存儲器則把指令數(shù)據(jù)放到 P0 口上，由 CPU 讀入并執(zhí)行。 Pin31:EA/Vpp程序存儲器的內(nèi)外部選通線， 8051 和 8751 單片機，內(nèi)置有 4kB 的程序存儲器，當 EA為高電平并且程序地址小于 4kB 時，讀取內(nèi)部程序存儲器指令數(shù)據(jù)，而超過 4kB 地址則讀取外部指令數(shù)據(jù)。如 EA 為低電平，則不管地址大小，一律讀取外部程序存儲器指令。顯然，對內(nèi)部無程序存儲器的 8031,EA 端必須接地。 第三章 數(shù)字鐘的硬件設計 最小系統(tǒng)設計 圖 31 單片機最小系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖 單片機的最小系統(tǒng)是由電源、復位、晶振、 /EA=1 組成，下面介紹一下每一個組成部分。 Vcc 40 電源端 GND 20 接地端 工作電壓為 5V，另有 AT89LV51 工作電壓則是 , 引腳功能一樣。 圖 32 晶振連接的內(nèi)部、外部方式圖 XTAL1 19 XTAL2 18 XTAL1 是片內(nèi)振蕩器的反相放大器輸入端， XTAL2 則是輸出端，使用外部振蕩器時，外部振蕩信號應直接加到 XTAL1，而 XTAL2 懸空。內(nèi)部方式時，時鐘發(fā)生器對振蕩脈沖二分頻，如晶振為 12MHz，時鐘頻率就為 6MHz。晶振的頻率可以在 1MHz24MHz 內(nèi)選擇。電容取 30PF左右。 系統(tǒng)的時鐘電路設計是采用的內(nèi)部方式，即利用芯片內(nèi)部的振蕩電路。 AT89 單片機內(nèi)部有一個用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器。引腳 XTAL1 和 XTAL2 分別是此放大器的輸入端和輸出端。這個放大器與作為反饋元件的片外晶體諧振器一起構(gòu)成一個自激振蕩器。外接晶體諧振器以及電容 C1 和 C2 構(gòu)成并聯(lián)諧振電路，接在放大器的反饋回路中。對外接電容的值雖然沒有嚴格的要求，但電容的大小會影響震蕩器頻率的高低、震蕩器的穩(wěn)定性、起振的快速性和溫度的穩(wěn)定性。因此，此系統(tǒng)電路的晶體振蕩器的值為 12MHz，電容應盡可能的選擇陶瓷電容，電容值約為 22μ F。在焊接刷電路板時，晶體振蕩器和電容應盡可能安裝得與單片機芯片靠近，以減少寄生電容，更好地保證震蕩器穩(wěn)定和可靠地工作。 3. 復位 RST 9 在振蕩器運行時，有兩個機器周期（ 24 個振蕩周期）以上的高電平出現(xiàn)在此引腿時，將使單片機復位，只要這個腳保持高電平， 51 芯片便循環(huán)復位。復位后 P0－ P3 口均置 1 引腳表現(xiàn)為高電平，程序計數(shù)器和特殊功能寄存器 SFR 全部清零。當復位腳由高電平變?yōu)榈碗娖綍r，芯片為 ROM 的 00H 處開始運行程序。 復位是由外部的復位電路來實 現(xiàn)的。片內(nèi)復位電路是復位引腳 RST 通過一個斯密特觸發(fā)器與復位電路相連，斯密特觸發(fā)器用來抑制噪聲，它的輸出在每個機器周期的 S5P2，由復位電路采樣一次。復位電路通常采用上電自動復位和按鈕復位兩種方式，此電路系統(tǒng)采用的是上電與按鈕復位電路。當時鐘頻率選用 6MHz 時， C取 22μ F， Rs 約為 200Ω， Rk 約為 1K。 復位操作不會對內(nèi)部 RAM 有所影響。 常用的復位電路如下圖所示： 圖 33 常用復位電路圖 (1) P0 端口 [] P0 是一個 8位漏極開路型雙向 I/O 端口，端口置 1（對端口寫1）時作高阻抗輸入端。作為輸出口時能驅(qū)動 8 個 TTL。 對內(nèi)部 Flash 程序存儲器編程時，接收指令字節(jié) 。校驗程序時輸出指令字節(jié)，要求外接上拉電阻。 在訪問外部程序和外部數(shù)據(jù)存儲器時， P0 口是分時轉(zhuǎn)換的地址 (低 8 位 )/數(shù)據(jù)總線，訪問期間內(nèi)部的上拉電阻起作用。 (2) P1 端口 [－ ] P1 是一個帶有內(nèi)部上拉電阻的 8位雙向 I/0 端口。輸出時可驅(qū)動 4 個 TTL。端口置 1 時，內(nèi)部上拉電阻將端口拉到高電平，作輸入用。 對內(nèi)部 Flash 程序存儲器編程時，接收低 8 位地址信息。 (3) P2 端口 [－ ] P2 是一個帶有內(nèi)部上拉電阻的 8位雙向 I/0 端口。輸出時可驅(qū)動 4 個 TTL。端口置 1 時，內(nèi)部上拉電阻將端口拉到高電平，作輸入用。對內(nèi)部 Flash 程序存儲器編程時，接收高 8位地址和控制信息。 在訪問外部程序和 16 位外部數(shù)據(jù)存儲器時， P2 口送出高 8 位地址。而在訪問 8 位地址的外部數(shù) 據(jù)存儲器時其引腳上的內(nèi)容在此期間不會改變。 (4) P3 端口 [－ ] P2 是一個帶有內(nèi)部上拉電阻的 8位雙向 I/0 端口。輸出時可驅(qū)動 4 個 TTL。端口置 1 時，內(nèi)部上拉電阻將端口拉到高電平，作輸入用。 對內(nèi)部 Flash 程序存儲器編程時，接控制信息。除此之外 P3端口還用于一些專門功能，具體請看下表。 P3 引腳 兼用功能 串行通訊輸入（ RXD） 串行通訊輸出（ TXD） 外部中斷 0（ INT0） 外部中斷 1（ INT1） 定時器 0 輸入 (T0) 定時器 1 輸入 (T1) 外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通 WR 外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通 RD 表 31 P3 端口引腳兼用功能表 LED 顯示電路 顯示器普遍地用于直觀地顯示數(shù)字系統(tǒng)的運行狀態(tài)和工作數(shù)據(jù)，按照材料及產(chǎn)品工藝，單片機應用系統(tǒng)中常用的顯示器有： 發(fā)光二極管 LED 顯示器、液晶 LCD 顯示器、 CRT 顯示器等。 LED 顯示器是現(xiàn)在最常用的顯示器之一，如下圖所示。 圖 34 LED 顯示器的符號圖 發(fā)光二極管（ LED）由特殊的半導體材料砷化鎵、磷砷化鎵等制成，可以單獨使用，也可以組裝成分段式或點陣式 LED 顯示器件（半導體顯示器）。分段式顯示器（ LED 數(shù)碼管）由 7條線段圍成 8 字型，每一段包含一個發(fā)光二極管。外加正向電壓時二極管導通，發(fā)出清晰的光。只要按規(guī)律控制各發(fā)光段亮、滅，就可以顯示各種字形或符號。 LED 數(shù)碼管有共陽、共陰之分。圖是共陽式、共陰式 LED 數(shù)碼管的原理圖和符號 . 圖 35 共陽式、共陰式 LED 數(shù)碼管的原理圖和數(shù)碼管的符號圖 顯示電路 顯示模塊需要實時顯示當前的時間 ,即時、分、秒，因此需要 6個數(shù)碼管，另需兩個數(shù)碼管來顯示橫。采用動態(tài)顯示方式顯示時間，硬件連接如下圖所示 ，時的十位和個位分別顯示在第一個和第二個數(shù)碼管，分的十位和個位分別顯示在第四個和第五個數(shù)碼管，秒的十位和個位分別顯示在第七個和第八個數(shù)碼管，其余數(shù)碼管顯示橫線。 LED 顯示器的顯示控制方式按驅(qū)動方式可分成靜態(tài)顯示方式和動態(tài)顯示方式兩種。對于多位 LED 顯示器，通常 都是采用動態(tài)掃描的方法進行顯示，其硬件連接方式如下圖所示。 圖 36 數(shù)碼管的硬件連接示意圖 數(shù)碼管使用