【文章內(nèi)容簡介】 Flash 片內(nèi)程序存儲器， 128 bytes 的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲器（ RAM）， 32 個外部雙向輸入 /輸出（ I/O）口， 5個中斷優(yōu)先級 2層中斷嵌套中斷， 2個 16 位可編程定時計數(shù)器 ,2 個全雙工串行通信口，看門狗（ WDT）電路，片內(nèi)時鐘振蕩器。 （如圖 26所示）。 基于 單片機(jī)的語音溫度計系統(tǒng)設(shè)計 第 9 頁 共 31 頁 圖 AT89S51 芯片 此外， AT89S51 設(shè)計和配置了振 蕩頻率可為 0Hz 并可通過軟件設(shè)置省電模式?？臻e模式下， CPU 暫停工作，而 RAM 定時計數(shù)器，串行口，外中斷系統(tǒng)可繼續(xù)工作，掉電模式凍結(jié)振蕩器而保存 RAM 的數(shù)據(jù)，停止芯片其它功能直至外中斷激活或硬件復(fù)位。同時該芯片還具有 PDIP、 TQFP 和 PLCC 等三種封裝形式，以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求。 主要功能特性 ： 兼容 MCS51指令系統(tǒng) 32個雙向 I/O 口 2個 16位可編程定時 /計數(shù)器 全雙工 UART 串行中斷口線 ， 2個外部中斷源 中斷喚醒省電模式 看門狗（ WDT）電路 靈活的 ISP 字節(jié)和分頁編程 4k可反復(fù)擦寫 (1000 次） ISP Flash ROM 工作電壓 時鐘頻率 033MHz 128x8bit 內(nèi)部 RAM 低功耗空閑和省電模式 3級加密位 軟件設(shè)置空閑和省電功能 雙數(shù)據(jù)寄存器指針 AT89S51 的 引腳功能介紹： VCC： AT89S51 電源正端輸入，接 +5V。 VSS： 運(yùn)城學(xué)院計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)系畢業(yè)論文 第 10 頁 共 31 頁 電源地端。 XTAL1： 單芯片系統(tǒng)時鐘的反相放大器輸入端。 XTAL2： 系統(tǒng)時鐘的反相放大器輸出端，一般在設(shè)計上只要在 XTAL1 和 XTAL2 上接上 一只石英振蕩晶體系統(tǒng)就可以動作了，此外可以在兩引腳與地之間加入一個 20PF 的小電容，可以使系統(tǒng)更穩(wěn)定，避免噪聲干擾而死機(jī)。 RESET： AT89S51 的重置引腳，高電平動作，當(dāng)要對晶片重置時，只要對此引腳電平提升至高電平并保持兩個機(jī)器周期以上的時間， AT89S51 便能完成系統(tǒng)重置的各項(xiàng)動作，使得內(nèi)部特殊功能寄存器之內(nèi)容均被設(shè)成已知狀態(tài)，并且至地址0000H 處開始讀入程序代碼而執(zhí)行程序。 EA/VPP： EA為英文 External Access的縮寫，表示存取外部程序代碼之意，低電平動作，也就是說 當(dāng)此引腳接低電平后，系統(tǒng)會取用外部的程序代碼（存于外部 EPROM 中）來執(zhí)行程序。因此在 8031 及 8032 中， EA 引腳必須接低電平，因?yàn)槠鋬?nèi)部無程序存儲器空間。如果是使用 8751 內(nèi)部程序空間時，此引腳要接成高電平。此外，在將程序代碼燒錄至 8751 內(nèi)部 EPROM 時，可以利用此引腳來輸入 21V 的燒錄高壓（ VPP）。 ALE/PROG： ALE 是英文 Address Latch Enable的縮寫，表示地址鎖存器啟用信號。AT89S51 可以利用這支引腳來觸發(fā)外部的 8 位鎖存器（如 74LS373），將端口 0的地址 總線（ A0～ A7）鎖進(jìn)鎖存器中，因?yàn)?AT89S51 是以多工的方式送出地址及數(shù)據(jù)。平時在程序執(zhí)行時 ALE 引腳的輸出頻率約是系統(tǒng)工作頻率的 1/6，因此可以用來驅(qū)動其他周邊晶片的時基輸入。此外在燒錄 8751 程序代碼時，此引腳會被當(dāng)成程序規(guī)劃的特殊功能來使用。 PSEN： 此為 Program Store Enable的縮寫，其意為程序儲存啟用，當(dāng) 8051 被設(shè)成為讀取外部程序代碼工作模式時（ EA=0），會送出此信號以便取得程序代碼，通常這支腳是接到 EPROM 的 OE腳。 AT89S51 可以利用 PSEN 及 RD 引腳分別啟 用存在外部的 RAM 與 EPROM，使得數(shù)據(jù)存儲器與程序存儲器可以合并在一起而共用 64K 的定址范圍。 PORT0（ ～ ）： 端口 0是一個 8位寬的雙向輸出入端口，共有 8個位， 表示位 0， 表示位 1，依此類推。其他三個 I/O 端口（ P P P3）則不具有此電路組態(tài)，而是內(nèi)部有一提升電路， P0 在當(dāng)作 I/O 用時可以推動 8 個 LS 的 TTL 負(fù)載。如果當(dāng) EA 引腳為低電平時（即取用外部程序代碼或數(shù)據(jù)存儲器）， P0就以多工方式提供地址總線（ A0～ A7）及數(shù)據(jù)總線（ D0～ D7）。設(shè)計者必須外加一個鎖存器將 端口 0 送出的地址鎖住成為 A0～ A7，再配合端口 2所送出的 A8～ A15 合成一個完整的 16位地址總線，而定址到 64K的外部存儲器空間。 PORT2（ ～ ）： 基于 單片機(jī)的語音溫度計系統(tǒng)設(shè)計 第 11 頁 共 31 頁 端口 2是具有內(nèi)部提升電路的雙向 I/O 端口，每一個引腳可以推動 4 個 LS的 TTL 負(fù)載，若將端口 2 的輸出設(shè)為高電平時，此端口便能當(dāng)成輸入端口來使用。 P2 除了用做一般 I/O 端口使用外，若是在 AT89S51 擴(kuò)充外接程序存儲器或數(shù)據(jù)存儲器時，也提供地址總線的高字節(jié) A8～ A15，這個時候 P2便不能當(dāng)作 I/O來使用了。 PORT1（ ～ ）： 端 口 1 也是具有內(nèi)部提升電路的雙向 I/O 端口，其輸出緩沖器可以推動 4個 LS TTL 負(fù)載，同樣地若將端口 1的輸出設(shè)為高電平，便是由此端口來輸入數(shù)據(jù)。如果是使用 8052 或是 8032 的話， 又當(dāng)作定時器 2的外部脈沖輸入腳，而 可以有 T2EX 功能，可以做外部中斷輸入的觸發(fā)腳位。 PORT3（ ～ ）： 端口 3也具有內(nèi)部提升電路的雙向 I/O 端口，其輸出緩沖器可以推動 4個TTL 負(fù)載，同時還多工具有其他的額外特殊功能，包括串行通信、外部中斷控制、計時計數(shù)控制及外部數(shù)據(jù)存儲器內(nèi)容的讀取或?qū)懭肟刂频裙δ堋? 其引腳分配如下： ： RXD，串行通信輸入。 ： TXD，串行通信輸出。 ： INT0，外部中斷 0輸入。 ： INT1，外部中斷 1輸入。 ： T0，計時計數(shù)器 0輸入。 ： T1，計時計數(shù)器 1輸入。 ： WR：外部數(shù)據(jù)存儲器的寫入信號。 : RD，外部數(shù)據(jù)存儲器的讀取信號。 b 信號顯示 對于數(shù)字顯示系統(tǒng)，我們使用串行移位寄存器 74HC164 來控制 LED 數(shù)碼管，每 2 片為 1組， 用來 構(gòu)成數(shù)碼管的 0~99 秒的數(shù)字提示， 還有 4個 LCD 二極管，用 來控制信號燈 的亮與暗。使用這樣 4組串行連接，這種布局設(shè)計便于我們 PCB板的布局和制作，而且能夠更形象的模擬出 溫度的測控功能。 74HC164 靜態(tài)顯示接口 芯片簡介： M74HC164 為串行輸入、并行輸出移位寄存器， 74HC164 為單向總線驅(qū)動器。 在串行口為方式 0 狀態(tài)，即工作在移位寄存器方式，波特率為振蕩頻率的十二分之一。器件執(zhí)行任何一條將 SBUF 作為目的寄存器的命令時，數(shù)據(jù)便開始從 RXD 端發(fā)送。在寫信號有效時，相隔一個機(jī)器周期后發(fā)送控制端 SEND 有效，即允許 RXD 發(fā)送數(shù)據(jù)，同時，允許從 TXD 端輸出移位脈沖。第一幀（ 8 位 ）數(shù)據(jù)發(fā)送完畢時，各控制信號均恢復(fù)原狀態(tài)，只有 TI 保持高電平，呈中斷申請狀態(tài)。第一個 74HC164 把第一幀數(shù)據(jù)并行輸出， LED1 顯示該數(shù)據(jù)。然后，用軟件將 TI 清零，發(fā)送第二幀數(shù)據(jù)。第二幀數(shù)據(jù)發(fā)送完畢， LED1 顯示第二幀數(shù)據(jù)，第一幀數(shù)據(jù)串行輸入給第二個 74HC164， LED2 顯示第一幀數(shù)據(jù)。依此類推，直到把數(shù)據(jù)區(qū)內(nèi)所有數(shù)據(jù)發(fā)送出去。應(yīng)該注意，數(shù)據(jù)全部發(fā)送完后，第一幀數(shù)據(jù)在最后一個 LED 顯示。由于 TXD 端口最多可以驅(qū)動 8個 TTL 門。 運(yùn)城學(xué)院計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)系畢業(yè)論文 第 12 頁 共 31 頁 各模塊設(shè)計 (1) .電源模塊 采用單片機(jī)控制模塊提供電源。優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)簡 明扼要，節(jié)約成本；缺點(diǎn)是輸出功率不高。其電路圖如圖 27所示 . 圖 電源模塊 (2) .單片機(jī)及復(fù)位鍵控制模塊 單片機(jī)采用 89S51，其中有 8K內(nèi) 存可用。對交通燈的控制主要用其中的計數(shù)器定時來完成。一方面要完成對各模塊的控制，另一方面也要協(xié)調(diào)好各模塊的時序及口線沖突問題。 單片機(jī)復(fù)位電路是使 CPU 和系統(tǒng)中的其他功能部件都處在一個確定的初始狀態(tài)，并從該狀態(tài)開始工作，例如復(fù)位后 PC=0000H，使單片機(jī)從第一個單元取指令。無論是在單片機(jī)剛接上電源時，還是斷電后或者發(fā)生故障后都要復(fù)位。單片機(jī)復(fù)位 的條件是：使 RST/VPD 引腳 加上持續(xù)兩個機(jī)器周期（即 24個振蕩周期）的高電平 。若時鐘頻率為 12MHz，每機(jī)器周期為 1us，則只需 2us 以上時間的高電平，在 RST 引腳出現(xiàn)高電平后的第二個機(jī)器周期執(zhí)行復(fù)位。單片機(jī)常見的復(fù)位電路如圖 按鍵復(fù)位電路 所示。 圖 按鍵復(fù)位電路 該電路除了具有上電復(fù)位電路功能，還可以使 用中復(fù)位，只要按下圖 中的 RESET 鍵，此時電源 VCC 經(jīng)電阻 R1 、 R2 分壓，在 RESET 端產(chǎn)生一個復(fù)位高電平。 單片機(jī)復(fù)位期間不產(chǎn)生 ALE 和 PSEN 信號，即 ALE=1，這表明單片機(jī)復(fù)位不會有任何取 值 操作。 基于 單片機(jī)的語音溫度計系統(tǒng)設(shè)計 第 13 頁 共 31 頁 按鍵復(fù)位電路，易掌握，好操作。 （ 3） 顯示模塊 LED 用來實(shí)現(xiàn)倒計時功能，可直接從 74HC164 的接口上接過來。其控制較為簡單。其電路圖如圖 37 所示。 LED 顯示器的簡單介紹： 簡單的 LED 顯示器有 LED 狀態(tài)顯示器（俗稱發(fā)光二極管）、 LED 七段顯示器（俗稱數(shù)碼管）和 LED 十六 段碼顯示器。發(fā)光二極管用于顯示系統(tǒng)的兩種狀態(tài)：數(shù)碼管用于顯示數(shù)字， LED 十六段顯示器用于字符顯示。本文采用 LED 七段顯示器。 數(shù)碼管的結(jié)構(gòu) ：由 8個發(fā)光二極管（以下簡稱字段）構(gòu)成，通過不同的組合可用來顯示數(shù)字 0～ 9，字符 A～ F 等符號及小數(shù)點(diǎn)“ .”。 有共陽極和共陰極兩種類型。 共 陽極數(shù)碼管中 8 個發(fā)光二極管的陽極（二極管正端）連在一起。通常，公共陽極接高電平（一般接電源），其它管腳接段驅(qū)動電路輸出端。當(dāng)某段驅(qū)動電路的輸入端為低電平時，該端所連接的字段導(dǎo)通并點(diǎn)亮。根據(jù)發(fā)光字段的不同組合可顯示出各種數(shù)字或字符。此 時，要求段驅(qū)動電路能吸收額定的段導(dǎo)通電流，還需根據(jù)外接電源及額定段導(dǎo)通電流來確定相應(yīng)的限流電阻。 共陰極數(shù)碼管中 8 個發(fā)光二極管的陰極（二極管負(fù)端）連在一起。通常，公共陰極接低電平（一般接地），其它管腳接段驅(qū)動電路輸出端。當(dāng)某段驅(qū)動電路的輸出端為高電平時，該端所連接的字段導(dǎo)通并點(diǎn)亮。根據(jù)發(fā)光字段的不同組合可顯示出各種數(shù)字或字符。同樣，要求段驅(qū)動電路能提供額定的段導(dǎo)通電流，還需根據(jù)外接電源及額定段導(dǎo)通電流來確定相應(yīng)的限流電阻 。 我采用共陰極 LED 數(shù)碼管 圖 LED 顯示 運(yùn)城學(xué)院計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)系畢業(yè)論文 第 14 頁 共 31 頁 發(fā)光二極管的作用 發(fā)光二極管是一種由磷化鎵（ GAP）等半導(dǎo)體材料制成的、能直接將電能轉(zhuǎn)變成光能的發(fā)光顯示器件。當(dāng)其內(nèi)部有一定電流通過時，它就會發(fā)光。 二極管是用來控制哪個燈亮， 12 個二極管分別接在 AT89S51 芯片上的, 口。如下圖 所示。 圖 二極管顯示 單片機(jī)的簡介和發(fā)展趨勢 單片機(jī)全稱為單片微型計算機(jī)（ Single Chip Microputer） ,又稱微控制器或嵌入式控制器。它是將計算機(jī)的基本部件微型化并集成到一塊芯片上的微型計算機(jī)，通 常片內(nèi)都含有 CPU、 ROM、 RAM、并行 I/O、串行 I/O、定時器 /計數(shù)器、中斷控制、系統(tǒng)時鐘及系統(tǒng)總線等。隨著技術(shù)的發(fā)展，單片機(jī)片內(nèi)集成的功能越來越強(qiáng)大，并朝著片上系統(tǒng)方向發(fā)展。 單片機(jī)有著體積小、功耗低、功能強(qiáng)、性能價格比高、易于推廣應(yīng)用等顯著優(yōu)點(diǎn)，在自動化裝置、智能儀器儀表、過程控制、通信、家用電器等許多領(lǐng)域得到日益廣泛的應(yīng)用。 單片機(jī)的特點(diǎn) 單片機(jī)與通用微機(jī)相比較 ,在結(jié)構(gòu) ,指令設(shè)置上均有其獨(dú)特之處 ,其主要特點(diǎn)如下 : (1) 單片機(jī)的存儲器 ROM 和 RAM 是嚴(yán)格區(qū)分的 .ROM 稱為程序存儲器 ,只存放程序 ,固定常數(shù)及數(shù)據(jù)表格 .RAM則為數(shù)據(jù)存儲器 ,用作工作區(qū)及存放用戶數(shù)據(jù) .基于 單片機(jī)的語音溫度計系統(tǒng)設(shè)計