【文章內(nèi)容簡介】 汽車通過出車門傳感器，打開出大門，已停車位數(shù)減 1， 經(jīng)過 一段時(shí)間，讓汽車通過出車門，關(guān)閉出車門 。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙 共 62 頁 第 10 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 單片機(jī) 簡介 單片機(jī) 的 選擇 美國 Intel 公司 1980 年推出了 MCS51 系列高檔 8位單片機(jī)。提高了芯片的集成度，性能上大為提高，增加了多種 片內(nèi)硬件功能，并擴(kuò)展了功能單元的種類和數(shù)量。 MCS51 單片機(jī)硬件結(jié)構(gòu)及其一些主要特點(diǎn)： /輸出口 MCS51 單片機(jī)內(nèi)的 I/O 口的數(shù)量和種類較多且齊全，尤其是它有一個(gè)全雙工的串行口。 MCS51 可對 64KB 的外部數(shù)據(jù)存儲器尋址且不受該系列中各種芯片型號的影響，而對程序存儲器是內(nèi)外總空間為 64KB. MCS51 有 5 個(gè)中斷源，分為 2 個(gè)優(yōu)先級，每個(gè)中斷源的優(yōu)先級是可編程的，它的堆棧位置也是可編程的，堆 棧深度可達(dá) 128 字節(jié)。 MCS51 子系列有 2 個(gè) 16 位的定時(shí) /計(jì)數(shù)器，通過編程可以實(shí)現(xiàn)四種工作模式。 MCS52 子系列有 3個(gè) 16 位的定時(shí) /計(jì)數(shù)器。 MCS51在內(nèi)部 RAM 中開設(shè)了四個(gè)通用工作寄存器區(qū)，共 32個(gè)通用寄存器，以適應(yīng)多種中斷或子程序嵌套的要求。 MCS51 是一個(gè)功能很強(qiáng)的指令系統(tǒng)，主要表現(xiàn)在 MCS51的指令系統(tǒng)中增添了減法、乘法、除法、比較、堆棧操作和多種位操作指令。 [5]當(dāng)振蕩器頻率接最高 12MHZ時(shí)，大部分指令執(zhí)行時(shí)間為 1181。s，少部分為 2181。s，乘除指令的執(zhí)行時(shí)間也只有 4181。s。 特別值得一提的是 MCS51 的布爾處理器。它實(shí)際上是一個(gè)完整的一個(gè)微計(jì)算機(jī)，這個(gè)一位的微機(jī)有自己的 CPU ,位寄存器、 I/O 口和指令集。把八位微機(jī)和一位微機(jī) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙 共 62 頁 第 11 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 結(jié)合在一起，是微機(jī)技術(shù)上的一個(gè)突破。一位機(jī)在開關(guān)決策、邏輯電路仿真和實(shí)時(shí)測控方面非常有效，而八位機(jī)在運(yùn)算處理、智能儀表常用的數(shù)據(jù)采集方面有明顯的長處。在 MCS51系列單片機(jī)中八位機(jī)和一位機(jī) （ 布爾處理器 ） 的硬件資源是復(fù)合在一起的，二者相輔相成，這是 MCS51在設(shè)計(jì)上的精美之處，也是一般微機(jī)所不具備的。 [1] 89C51 的引腳介紹 圖 31 單片機(jī)引腳圖 掌握 MCS51 單片機(jī)，應(yīng)首先了解 MCS51 的引腳，熟悉并牢記各引腳的功能。MCS51 系列中各種芯片的移交是互相兼容的。制造工藝為 HMOS 的 MCS51 的單片機(jī)都采用 40 只引腳的雙列直插封裝（ DIP 方式，如圖所示。目前大多樹為此類封裝方式。制造工藝為 CHMOS 的 8031/89C51/87C51 除采用 DIP 封裝方式以外，還采用方行封裝方式，為 44 只引腳（其中 4只是無用的引腳）如圖上圖所示。 40 只引腳按其功能來分，可分為如下 3 類： 1. 電源及時(shí)鐘引腳： Vcc、 Vss。XTAL XTAL2。 2. 控制引腳： /PSEN、 ALE、 /EA、 RESET 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙 共 62 頁 第 12 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 3. I/O 口引腳； P0、 P P P為 4 個(gè) 8 位 I/O 口的外部引腳。 下面 來介紹各引腳的功能。 電源及時(shí)鐘引腳 1 電源引腳 電源引腳接入單片機(jī)的工作電源 （ 1） Vcc(40 引腳 )：接 +5V 電源。 （ 2） Vss(20 引腳 )：接地 2 時(shí)鐘引腳 2 個(gè)時(shí)鐘引腳 XTAL1， XTAL2 外接晶體與片內(nèi)的反相放大器構(gòu)成了 1 個(gè)振蕩器，它為單片機(jī)提供了時(shí)鐘信號。 2 個(gè)時(shí)鐘引腳也可以外接獨(dú)立的晶體振蕩器。 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(shí)，外部振蕩信號應(yīng)直接加到 XTAL1，而 XTAL2 懸空。內(nèi)部方式時(shí)，時(shí)鐘發(fā)生器對振蕩脈沖二分頻，如晶振為 12MHz，時(shí)鐘頻率就為 6MHz。 [8]晶振的頻率可以在 1MHz24MHz 內(nèi)選擇。電容取 30PF 左右。型號同樣為 AT89C51 的芯片，在其后面還有頻率編號，有12,16,20,24MHz 可選。大家在購買和選用時(shí)要注意了。如 AT89C51 24PC 就是最高振蕩頻率為 24MHz,40P6 封裝的普通商用芯片。 根據(jù)綜上分析，此次設(shè)計(jì)中的最小系統(tǒng)的設(shè)計(jì)采用 89C51 芯片作為最小系統(tǒng) 芯片是最佳選擇。 [1] （ 1） XTAL1（ 19 引腳）：接外部晶體 1個(gè)引腳。該引腳內(nèi)部是 1 個(gè)反相放大器的輸入端。這個(gè)反相放大器構(gòu)成了片內(nèi)振蕩器 /如果采用外接晶體振蕩器時(shí)，此引腳應(yīng)接地。 （ 2） XTAL2（ 18 引腳）：接外部晶體的另一端，在該引腳內(nèi)部接至內(nèi)部反相放大器的輸出端。若采用外部時(shí)鐘振蕩器時(shí)，該引腳接收時(shí)鐘振蕩器的信號，即把此信號直接接到內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端。 2 控制引腳 此類引腳提供控制信號，有的引腳還具有復(fù)用功能。 （ 1） RST/Vpd(9 引腳 )： RST（ RESET）是復(fù)位信號輸入斷，高電平有效。 當(dāng)單片機(jī)運(yùn)行時(shí)，在此引腳加上持續(xù)時(shí)間大于 2 個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)候，就可以完成復(fù)位操作。在單片機(jī)正常工作時(shí)，此引腳應(yīng)為≦ 低電平。 Vpd 為本引腳的第二功能，即備用電源的輸入斷。當(dāng)主電源 Vcc 發(fā)生故障，降低到某一規(guī)定值的低電平時(shí)，將 +5V電源自動(dòng)接入 RST 端，為內(nèi)部 RAM 提供備用電源，以保證片內(nèi) RAM 中的信息不丟失，從而使單片機(jī)在復(fù)位后能繼續(xù)正常運(yùn)行。 ALE 引腳輸出為地址鎖存允許信號，當(dāng)單片機(jī)上電正常工作后， ALE 引腳不斷輸出正脈沖信號。當(dāng)單片機(jī)訪問外部存儲器時(shí)， ALE 輸出信號的負(fù)跳沿用于單片機(jī)發(fā)出 的低8位地址經(jīng)外部鎖存器鎖存的鎖存控制信號。即使不訪問外部鎖存器， ALE 端仍有正脈沖號輸出，此頻率為時(shí)鐘振蕩頻率的 1/6。如果有脈沖信號輸出，則單片機(jī)基本上 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙 共 62 頁 第 13 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 是完好的。 應(yīng)該注意的是，每當(dāng) MCS51訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時(shí)，在 2 個(gè)機(jī)器周期中 ALE 只出現(xiàn)1次，即丟失 1個(gè) ALE 脈沖。因此，嚴(yán)格來說，用戶不宜用 ALE 做精確的時(shí)鐘源或定時(shí)信號。 ALE 端可以驅(qū)動(dòng) 8個(gè) LS型 TTL 負(fù)載。 /PROG 為本引腳的第二功能。在對片內(nèi) EPROM 型單片機(jī)編程寫入時(shí)，此引腳作為編程脈沖輸入端 （ 3） /PSEN：程序存儲器允許輸出控制端。 在單片機(jī)訪問外部程序存儲器時(shí)，此引腳輸出脈沖負(fù)跳沿作為讀外部程序存儲器的選通信號。此引腳外接部程序存儲器的 /OE端。 /PSEN 端可以驅(qū)動(dòng) 8個(gè) LS 型 TTL 負(fù)載。 如果檢查一個(gè) MCS51 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)上電后， CPU 能否正常到外部程序存儲器讀取指令碼，可用示波器查 /PSEN 端有無脈沖輸出。 （ 4） /EA/Vpp（ Enable Address/Voltage Pulse of Programing,31 腳）： /EA 功能為內(nèi)外程序存儲器選擇控制端。 當(dāng) /EA引腳為高電平時(shí)，單片機(jī)訪問片內(nèi)程序存儲器， 但在 PC（程序計(jì)數(shù)器）值超過 0FFFH 時(shí)，即超出片內(nèi)程序存儲器的 4KB 地址范圍，將自動(dòng)轉(zhuǎn)向執(zhí)行外部程序存儲器內(nèi)的程序。 當(dāng) /EA引腳為低電平時(shí)，單片機(jī)則只訪問外部程序存儲器，不論是否有內(nèi)部程序存儲器。對于 8031 來說，因其無內(nèi)部程序存儲器，所以該引腳必須接地，這樣只能選擇外部程序存儲器。 Vpp 為本引腳的第二功能。在對 EPROM 型單片機(jī) 8751 內(nèi) EPROM 固化編程時(shí)，用于施加叫高的編程電壓。 [10]對于 89C51，則加在 Vpp 引腳的編程電壓為 +12V 或 +5V。 I/O 口引腳 （ 1） P0 口： 雙向 8位三態(tài) I/O 口，此口為地址總線（低 8 位）及數(shù)據(jù)總線分時(shí)復(fù)用口，可驅(qū)動(dòng) 8個(gè) LS型 TTL 負(fù)載。 （ 2） P1 口： 8位準(zhǔn)雙向 I/O 口，可驅(qū)動(dòng) 4個(gè) LS型 TTL 負(fù)載。 （ 3） P2 口： 8位準(zhǔn)雙向 I/O 口，與地址總線（高 8位）復(fù)用，可驅(qū)動(dòng) 4 個(gè) LS 型 TTL負(fù)載。 （ 4） P3 口： 8位準(zhǔn)雙星 I/O 口，雙功能復(fù)用口，可驅(qū)動(dòng) 4 個(gè) LS 型 TTL負(fù)載。 這里要特別注意準(zhǔn)雙向與雙向三態(tài)口的差別。 P3 口的第二功能 RST: 復(fù)位輸入。晶振工作時(shí)， RST腳持續(xù) 2個(gè)機(jī)器周期高電平將使單片機(jī)復(fù)位?？撮T狗計(jì)時(shí)完成后， RST腳輸出 96個(gè)晶振周期 的高電平。特殊寄存器 AUXR(地址 8EH)上的 DISRTO位可以使此功能無效。 DISRTO默認(rèn)狀態(tài)下，復(fù)位高電平有效。 ALE/PROG： 地址鎖存控制信號（ ALE）是訪問外部程序存儲器時(shí)，鎖存低 8位地址 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙 共 62 頁 第 14 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 的輸出脈沖。在 flash編程時(shí)，此引腳（ PROG）也用作編程輸入脈沖。在一般情況下，ALE以晶振六分之一的固定頻率輸出脈沖，可用來作為外部定時(shí)器或時(shí)鐘使用。然而，特別強(qiáng)調(diào)，在每次訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時(shí)， ALE脈沖將會(huì)跳過。如果需要，通過將地址為 8EH的 SFR的第 0位置 “ 1” ， ALE操作將無效。這一位置 “ 1” ， ALE僅在執(zhí)行 MOVX或 MOVC指令時(shí)有效。否則， ALE將被微弱拉高。這個(gè) ALE 使能標(biāo)志位（地址為 8EH的 SFR的第 0位）的設(shè)置對微控制器處于外部執(zhí)行模式下無效。 PSEN:外部程序存儲器選通信號（ PSEN）是外部程序存儲器選通信號。當(dāng) AT89S52從外部程序存儲器執(zhí)行外部代碼時(shí)， PSEN在每個(gè)機(jī)器周期被激活兩次，而在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時(shí)， PSEN將不被激活。 EA/VPP:訪問外部程序存儲器控制信號。為使能從 0000H到 FFFFH的外部程序存儲器讀取指令， EA必須接 GND。為了執(zhí)行內(nèi)部程序指令， EA應(yīng)該接 VCC。 P1 口， P2口， P3 口是 3個(gè) 8位雙向的 I/O 口，各口線在片內(nèi)均有固定的上拉電阻。當(dāng)這 3 個(gè)準(zhǔn)雙向 I/O 口作輸入口使用時(shí)，要向該口先寫 1，另外準(zhǔn)雙向 I/O 口無高阻的“浮空”狀態(tài)，故稱為雙向三態(tài) I/O 口。 [6] 89C51 單片機(jī)的存儲器 MCS51 單片機(jī)的存儲器分為： 1)程序存儲器（最大空間 64K） 2)片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器（ 00H1FH:工作寄存器，只有 R0、 R1可作為指針使用、 20H2FH： 位尋址區(qū)、 30H7FH：數(shù)據(jù)緩沖區(qū)） 3)特