【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 值。顯示電路既可用來(lái)顯示輸出的電壓，也可以來(lái)顯示鍵盤(pán)電路的調(diào)整過(guò)程。在使用鍵盤(pán)完成輸出電壓的調(diào)整后，輸出電壓對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)被送入數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器，數(shù)字/ 模擬轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生輸出模擬電壓。數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器輸出的模擬電壓隨著它的輸入數(shù) 7據(jù)的變化而變化，從而實(shí)現(xiàn)輸出電壓的步進(jìn)調(diào)整。在數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器的輸出模擬電壓不滿足輸出電壓范圍的要求，需要增加一個(gè)電壓放大器。模擬信號(hào)放大電路包括電壓放大和電流放大兩個(gè)部分，前者使得輸出電壓滿足要求，后者降低負(fù)載變化對(duì)輸出電壓的影響。 單片機(jī)發(fā)展和組成隨著微型計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)與發(fā)展，它已被廣泛應(yīng)用到各行各業(yè)中，使人們的日常生活、工作都發(fā)生了重大變化。如果沒(méi)有微型計(jì)算機(jī)，人們的工作、生活的質(zhì)量將受很大的損失。單片微型計(jì)算機(jī)是微型計(jì)算機(jī)的一個(gè)重要分支，其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)與性能，越來(lái)越普及地應(yīng)用于國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域。本章主要介紹什么是單片微型計(jì)算機(jī)；它與微型計(jì)算機(jī)的區(qū)別是什么；單片微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展概況及其特點(diǎn)和應(yīng)用。通過(guò)本章的學(xué)習(xí)，可以初略的認(rèn)識(shí)和了解單片微型計(jì)算機(jī) [1]。 單片機(jī)的組成單片微型計(jì)算機(jī)簡(jiǎn)稱單片機(jī)。它在一塊芯片上集成了各種功能部件：中央處理器（CPU ） 、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（RAM ） 、只讀存儲(chǔ)器（ ROM） 、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器和各種輸入/輸出（I/O ）接口（如并行 I/O 口、串行 I/O 口和 A/D 轉(zhuǎn)換器）等。它們之間相互連結(jié)，構(gòu)成一個(gè)完整的微型計(jì)算機(jī) [2]。如圖 所示。圖 單片機(jī)結(jié)構(gòu)框圖單片機(jī)的發(fā)展經(jīng)歷了四個(gè)階段：第一階段（1971～1974 年） ，主要是美國(guó) INTEL公司從早先的第一臺(tái) MCS4 微型計(jì)算機(jī)，到后來(lái)功能較強(qiáng)的 8 位微處理器 Intel8008和 FAIRCHILD 公司的 F8 微處理器。這些微處理器雖說(shuō)還不是單片機(jī)，但從此拉開(kāi)了研制單片機(jī)的序幕。第二階段（1974～1978） ，初級(jí)單片機(jī)階段，以 INTEL 公司的MCS48 為代表。這個(gè)系列的單片機(jī)內(nèi)集成有 8 位 CPU，并行 I/O 口，8 位定時(shí)器/計(jì)數(shù) 8器，尋址范圍不大于 4K，且無(wú)串行口。第三階段（ 1978～1983） ，高性能單片機(jī)階段。在這一階段的單片機(jī)普遍帶有串行口，多級(jí)中斷處理系統(tǒng)和 16 位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器。片內(nèi)ROM，RAM 容量加大，且尋址范圍可達(dá) 64K 字節(jié)，有的片內(nèi)還帶有 A/D 轉(zhuǎn)換器接口。這類單片機(jī)有 INTEL 公司的 MCS51，MOTOROLA 公司的 6801 和 ZILOG 公司的 Z8等。其中 MCS51 系列產(chǎn)品，由于其優(yōu)良的性能價(jià)格比，特別適合我國(guó)的國(guó)情，MCS51 系列單片機(jī)有可能穩(wěn)定相當(dāng)一段時(shí)期?，F(xiàn)在，國(guó)內(nèi)的 MCS51 熱正在升溫，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)步伐的加大，MCS51 系列單片機(jī)必將在各個(gè)領(lǐng)域大顯身手。第四階段（1983～現(xiàn)在） ，8 位單片機(jī)鞏固發(fā)展及 16 位單片機(jī)推出階段。此階段主要特征是一方面發(fā)展 16 位單片機(jī)及專用單片機(jī)；另一方面不斷完善高檔 8 位單片機(jī)，改善其結(jié)構(gòu)，以滿足不同用戶的需要。MCS51 系列屬高檔單片機(jī)，近年來(lái)，INTEL 公司在提高該系列產(chǎn)品性能方面做了不少工作，相繼推出了不少新產(chǎn)品：8052/8752/803低功耗的 CHMOS 工藝芯片80C51/87C51/80C3具有高級(jí)語(yǔ)言編程的芯片 8052AHBASIC、高性能的 C252 系列等。在本次設(shè)計(jì)中我們采用了 MCS51 系列中的 89C51 來(lái)完成產(chǎn)品的 CPU 的功能。 89C51 單片機(jī)的引腳描述及片外總線結(jié)構(gòu)89C51 是一種帶 4K 字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器（ FPEROM—Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能 CMOS8 位微處理器，俗稱單片機(jī)。89C2051 是一種帶 2K 字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器的單片機(jī)。單片機(jī)的可擦除只讀存儲(chǔ)器可以反復(fù)擦除 100 次。該器件采用 ATMEL 高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 MCS51 指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能 8位 CPU 和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，ATMEL 的 89C51 是一種高效微控制器，89C2051 是它的一種精簡(jiǎn)版本。89C 單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。89C51 的主要特性有：與 MCS51 兼容；4K 字節(jié)可編程閃爍存儲(chǔ)器；壽命：1000寫(xiě)/ 擦循環(huán)；數(shù)據(jù)保留時(shí)間：10 年；全靜態(tài)工作： 0Hz24Hz；三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定；128*8 位內(nèi)部 RAM；32 可編程 I/O 線；兩個(gè) 16 位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器；5 個(gè)中斷源；可編程串行通道；低功耗的閑置和掉電模式；片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路 [3]。 9圖 89C51 引腳配置圖下面按其引腳功能分為四部分?jǐn)⑹鲞@ 40 條引腳的功能：1） 主電源引腳 VCC 和 GNDVCC（40 腳）接 +5V 電壓。GND（20 腳）接地。2） 外接晶體引腳 XTAL1 和 XTAL2XTAL1 和 XTAL2 外接晶體振蕩器(簡(jiǎn)稱晶振)或陶瓷諧振器,就構(gòu)成了內(nèi)部振蕩方式。由于單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)高增益反相放大器，當(dāng)外接晶振后，就構(gòu)成了自激振蕩器，并產(chǎn)生振蕩時(shí)鐘脈沖。3） 控制或與其它電源復(fù)用引腳 RST/VPD、ALE/ 、 和 /VPPPROGSENARST/VPD：當(dāng)振蕩器運(yùn)行時(shí)，在此引腳上出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期的高電平將使單片機(jī)復(fù)位。在此引腳與 VSS 引腳之間連接一個(gè)約 10KΩ 的下拉電阻，與 VCC 引腳之間連接一個(gè)約 10μF 的電容，可以保證可靠地復(fù)位。VCC 掉電期間，此引腳可接上備用電源，以保持內(nèi)部 RAM 的數(shù)據(jù)不丟失。當(dāng) VCC 主電源下掉到低于規(guī)定的電平，而 VPD在其規(guī)定的電壓范圍（5 土 ）內(nèi)，VPD 就向內(nèi)部 RAM 提供備用電源。ALE/：當(dāng)訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，ALE（允許地址鎖存）的輸出用于鎖存地址的低位字PROG節(jié)。即使不訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器，ALE 端仍然以不變的頻率周期性地出現(xiàn)正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的 1/6。因此，它可用作對(duì)外輸出的時(shí)鐘，或用于定時(shí)目的。然而要注意的是，每當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過(guò)一個(gè) ALE 脈沖。ALE 端可以驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）8 個(gè) LS 型的 TTL 輸入電路。對(duì)于 EPROM 型的單片機(jī)（如 8751） ，在EPROM 編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖（ ） 。 ：此腳的輸出是外部PROGSEN程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)。在從外部程序存儲(chǔ)器取令（或常數(shù)）期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次 有效。但在此期間，每當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的 信號(hào)PSEN PSE將不出現(xiàn)。 同樣可以驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出）8 個(gè) LS 型的 TTL 輸入。 /VPP：當(dāng)A 10端保持高電平時(shí)，訪問(wèn)內(nèi)部程序存儲(chǔ)器，但在 PC（程序計(jì)數(shù)器）值超過(guò)EA0FFFH（對(duì) 8051/8751/80C51）或 1FFFH（對(duì) 3052）時(shí)，將自動(dòng)轉(zhuǎn)向執(zhí)行外部程序存儲(chǔ)器內(nèi)的程序。當(dāng) 保持低電平時(shí)，則只訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器，不管是否有內(nèi)部程序存E儲(chǔ)器。對(duì)于常用的 8031 來(lái)說(shuō)，無(wú)內(nèi)部程序存儲(chǔ)器，所以 腳必須常接地，這樣才能EA只選擇外部程序存儲(chǔ)器。對(duì)于 EPROM 型的單片機(jī)（如 8751） ，在 EPROM 編程期間，此引腳也用于施加 21 伏的編程電源（VPP） 。4） 輸入/輸出（I/0）引腳 P0、PP2 、P3（共 32 根）P0 口（39 腳 32 腳）：是雙向 8 位三態(tài) I/O 口，在外接存儲(chǔ)器時(shí)，與地址總線的低 8 位及數(shù)據(jù)總線復(fù)用，能以吸收電流的方式驅(qū)動(dòng) 8 個(gè) LS TTL 負(fù)載。P1 口（l 腳8腳）：是 8 位準(zhǔn)雙向 I/O 口。由于這種接口輸出沒(méi)有高阻狀態(tài)，輸入也不能鎖存，故不是真正的雙向 I/O 口。能驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4 個(gè) LS TTL 負(fù)載。對(duì)8058032， 引腳的第二功能為 T2 定時(shí)/計(jì)數(shù)器的外部輸入， 引腳的第二功能為 T2EX 捕捉、重裝觸發(fā)，即 T2 的外部控制端。對(duì) EPROM 編程和程序驗(yàn)證時(shí)，它接收低 8 位地址。P2 口（ 21 腳28 腳）：是 8 位準(zhǔn)雙向 I/O 口。在訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，它可以作為擴(kuò)展電路高 8 位地址總線送出高 8 位地址。在對(duì) EPROM 編程和程序驗(yàn)證期間，它接收高 8 位地址。P2 可以驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4 個(gè) LS TTL 負(fù)載。P3 口（l0 腳17 腳）：是 8 位準(zhǔn)雙向 I/O 口，在 MCS51 中，這 8 個(gè)引腳還用于專門功能，是復(fù)用雙功能口。P3 能驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流） 4 個(gè) LS TTL 負(fù)載。作為第一功能使用時(shí)，就作為普通 I/O 口用；功能和操作方法與 P1 口相同。作為第二功能使用時(shí)，各引腳的定義如表 所示。值得強(qiáng)調(diào)的是，P3 口的每一條引腳均可獨(dú)立定義為第一功能的輸入輸出或第二功能 [4]。表 P3 口的第二功能定義口線 引腳 第二功能 10 RXD（串行輸入口） 11 TXD（串行輸入口） 12 （外部中斷 0）INT0 13 （外部中斷 1）1 14 T0 （定時(shí)器 0 外部輸入） 15 T1 （定時(shí)器 1 外部輸入） 16 （外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)脈沖）WR 17 （外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀脈沖）D 譯碼顯示電路 輸入、輸出接口 P0～P 3 11 單片機(jī)具有 4 個(gè)分別被命名為 P0、P1 、P2 和 P3 的 8 位并行輸入/ 輸出接口，其中各口的功能在前面已經(jīng)做了相應(yīng)的介紹。輸入/輸出口與外設(shè)之間傳遞方式一般有兩種方式：并行輸入/輸出和串行輸入/輸出。 并行輸入/輸出口概述并行輸入輸出方式與外設(shè)之間傳送的位數(shù)為 8 位，數(shù)據(jù)傳送需要 8 條數(shù)據(jù)線。尋址空間的尋址范圍為 64KB，故尋址需要 16 條地址線。 P0 口的 8 個(gè)引腳通過(guò)時(shí)分方式被用作數(shù)據(jù)總線和地址總線的低 8 位，P2 口的 8 個(gè)引腳被單獨(dú)用作地址總線的高 8 位。由于一個(gè)實(shí)際的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)不可避免地需要擴(kuò)展一些外圍器件，這些外圍器件的地址都占用外圍外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間的地址資源，因此 P0 口可 P2 口通常不被通用并行輸入/ 輸出接口。P3 口除了可以被用作通用并行輸入/ 輸出接口外，還具有表 所示的第二功能。如果不對(duì)單片機(jī)的輸入/輸出口進(jìn)行擴(kuò)展，通常能用作通用并行輸入 /輸出接口的端口僅剩下 P1 口。綜上所述，并行通信方式的優(yōu)點(diǎn)是數(shù)據(jù)傳送速度快，所有的數(shù)據(jù)位同時(shí)傳送，缺點(diǎn)是電路比較復(fù)雜，一個(gè)并行的數(shù)據(jù)有多少位，就需要多少條傳輸線。 串行輸入/輸出口概述 采用串行通信方式時(shí)，所有的數(shù)據(jù)位按一定的順序、通過(guò)一條傳輸線逐個(gè)地進(jìn)行傳送。它的優(yōu)點(diǎn)是電路簡(jiǎn)單，僅一條傳輸線；缺點(diǎn)是數(shù)據(jù)傳送速度慢，89C51 系列單片機(jī)提供的同步通信和異步通信兩種串行通信模式。串行通信的接受部分具有緩沖能力，即已經(jīng)受到的第一個(gè)字節(jié)在被讀取之前就可以開(kāi)始接受第二個(gè)字節(jié)。但是應(yīng)當(dāng)注意的是，如果第 2 個(gè)字節(jié)完成接受，而第一個(gè)字節(jié)仍沒(méi)有被讀取，一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)將被丟失。串行輸入/輸出具有獨(dú)立的發(fā)送和接受緩沖寄存器，它們共同被稱為串行數(shù)據(jù)緩沖寄存器（SBUF ） ，并占用特殊功能寄存器的同一地址（99H ） 。發(fā)送緩沖寄存器只能寫(xiě)入不能讀出，接受緩沖寄存器只能讀出不能寫(xiě)入，因此他們的區(qū)分可以通過(guò)指令來(lái)實(shí)現(xiàn)。串行輸入/輸出的數(shù)據(jù)使用引腳 RXD 和引腳 TXD 可以同時(shí)接受和發(fā)送數(shù)據(jù)。引腳RXD 和引腳 TXD 也就是引腳 和引腳 ，這里它們被按 P3 口的第 2 功能來(lái)使用。 串行輸入/輸出口的工作方式89C51 串行口的工作方式可以分為 4 種工作方式。這 4 種工作方式的簡(jiǎn)述如下：1）工作方式 0串行口工作方式 0 為同步移位寄存器方式。在這種方式下，串行數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收都是通過(guò)引腳 RXD 進(jìn)行，引腳 TXD 用來(lái)傳送同步移位脈沖。串行數(shù)據(jù)一幀的位數(shù)為8 位，傳輸時(shí)低位在前，高位在后。數(shù)據(jù)傳送的波特率是固定的，為單片機(jī)時(shí)鐘頻率的 121/12。如果單片機(jī)的時(shí)鐘脈沖頻率為 12MHZ，則數(shù)據(jù)傳送的波特率是 1MB。串行工作方式 0 的數(shù)據(jù)傳輸波特率不受電源控制寄存器（PCON）中 SMOD 位的影響。2）工作方式 1串行口工作方式 1 為異步通信方式。串行數(shù)據(jù)一幀的數(shù)據(jù)為 10 位：1 位起始位、8位數(shù)據(jù)位和一位停止位。數(shù)據(jù)位傳輸時(shí)低位在前，高位在后。串行數(shù)據(jù)的發(fā)送通過(guò)引腳 TXD 進(jìn)行，串行數(shù)據(jù)的接收都是通過(guò)引腳 RXD 進(jìn)行。數(shù)據(jù)傳輸?shù)牟ㄌ芈适强勺兊摹?）工作方式 2串行口工作方式 2 為異步通信方式。串行數(shù)據(jù)一幀的數(shù)據(jù)為 11 位：1 位起始位、8位數(shù)據(jù)位、1 位可編程位和一位停止位。數(shù)據(jù)位傳輸時(shí)低位在前，高位在后，緊接著是可編程位。串行數(shù)據(jù)的發(fā)送通過(guò)引腳 TXD 進(jìn)行，串行數(shù)據(jù)的接收都是通過(guò)引腳 RXD進(jìn)行。數(shù)據(jù)傳輸?shù)牟ㄌ芈适枪潭ǖ?。是單片機(jī)時(shí)鐘頻率的 1/32 或是 1/64。具體工作在哪一種波特率由電源控制寄存器(PCON)SMOD 位的內(nèi)容決定，當(dāng) SMOD 位被置 1，波特率是單片機(jī)時(shí)鐘頻率的 1/32；當(dāng) SMOD 位被清 0，波特率是單片機(jī)時(shí)鐘頻率的1/64。在發(fā)送時(shí)，數(shù)據(jù)幀中可編程位的值取決于串行口控制寄存器(SCON)的位 TB8。例如把程序狀態(tài)字(PSW)的位 P 的值送入 TB8 可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)钠媾夹ｒ?yàn)。在接收時(shí)，數(shù)據(jù)幀中的可編程位送入串行口控制寄存器(SCON) 的位 RB8，停止位這時(shí)被丟失。4）工作方式 3串行口工作方式 3 除數(shù)據(jù)傳輸?shù)牟ㄌ芈适强勺兊耐?，其他與工作方式 2 相同。串行輸入/輸出口的工作控制寄存器