【文章內(nèi)容簡介】 將通用的微處理器和 Flash 存儲器結(jié)合在一起，特別是可反復(fù)擦寫的 Flash 存儲器可有效地降低開發(fā)成本 。 單片機(jī)的基本結(jié)構(gòu) MCS52 單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu) 8052 單片機(jī)包含中央處理器、程序存儲器 (ROM)、數(shù)據(jù)存儲器 (RAM)、定時(shí) /計(jì)數(shù)器、并行接口、串行接口和中斷系統(tǒng)等幾大單元及數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線等三大總線，現(xiàn)在我們分別加以說明： 中央處理器 中央處理器 (CPU)是整個(gè)單片機(jī)的核心部件，是 8 位數(shù)據(jù)寬度的處理器，能處理基于單片機(jī)的電子時(shí)鐘設(shè)計(jì)與應(yīng)用 11 8 位二進(jìn)制數(shù)據(jù)或代碼， CPU 負(fù)責(zé)控制、指揮和調(diào)度整個(gè)單元系統(tǒng)協(xié)調(diào)的工作，完成運(yùn)算和控制輸入輸出功能等操作。 數(shù)據(jù)存儲器 (RAM) 8052 內(nèi)部有 128 個(gè) 8 位用戶數(shù)據(jù)存儲單元和 128 個(gè)專用寄存器單元，它們是統(tǒng)一編址的，專用寄存器只能用于存放控制指令數(shù)據(jù)，用戶只能訪問，而不能用于存放用戶數(shù)據(jù)，所以，用戶能使用的 RAM 只有 128 個(gè)，可存放讀寫的數(shù)據(jù)，運(yùn)算的中間結(jié)果或用戶定義的字型表。 圖 21 單片機(jī) 8052 的內(nèi)部 結(jié)構(gòu) 程序存儲器 (ROM)： 8052 共有 4096 個(gè) 8 位掩膜 ROM，用于存放用戶程序，原始數(shù)據(jù)或表格。 定時(shí) /計(jì)數(shù)器 (ROM)： 8052 有兩個(gè) 16 位的可編程定時(shí) /計(jì)數(shù)器，以實(shí)現(xiàn)定時(shí)或計(jì)數(shù)產(chǎn)生中斷用于控制程序轉(zhuǎn)向。 并行輸入輸出 (I/O)口 8052 共有 4 組 8 位 I/O 口 (P0、 P P2 或 P3)，用于對外部數(shù)據(jù)的傳輸。 全雙工串行口： 8052 內(nèi)置一個(gè)全雙工串行通信口，用于與其它設(shè)備間的串行數(shù)據(jù)傳送，該串行口既可以用作異步通信收發(fā)器，也可以當(dāng)同步移位器使用。 基于單片機(jī)的電子時(shí)鐘設(shè)計(jì)與應(yīng)用 12 中斷系統(tǒng)： 8052 具備較完善的中斷功能，有兩 個(gè)外中斷、兩個(gè)定時(shí) /計(jì)數(shù)器中斷和一個(gè)串行中斷，可滿足不同的控制要求，并具有 2 級的優(yōu)先級別選擇。 時(shí)鐘電路： 8052內(nèi)置最高頻率達(dá) 12MHz的時(shí)鐘電路，用于產(chǎn)生整個(gè)單片機(jī)運(yùn)行的脈沖時(shí)序，但 8052 單片機(jī)需外置振蕩電容。 單片機(jī)的結(jié)構(gòu)有兩種類型，一種是程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器分開的形式，即哈佛 (Harvard)結(jié)構(gòu)，另一種是采用通用計(jì)算機(jī)廣泛使用的程序存儲器與數(shù)據(jù)存儲器合二為一的結(jié)構(gòu)，即普林斯頓 (Princeton)結(jié)構(gòu)。 INTEL 的 MCS52 系列單片機(jī)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(jī)則采用普林斯頓結(jié)構(gòu)。 下圖是 MCS52 系列單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。 圖 22 MCS52 系列單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu) MCS52 的引腳說明： MCS52 系列單片機(jī)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(gè)引腳中，正電源和地線兩根，外置石英振蕩器的時(shí)鐘線兩根， 4 組 8 位共 32 個(gè) I/O 口，中斷口線與 P3 口線復(fù)用?，F(xiàn)在我們對這些基于單片機(jī)的電子時(shí)鐘設(shè)計(jì)與應(yīng)用 13 引腳的功能加以說明： MCS51 的引腳說明： MCS52 系列單片機(jī)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(gè)引腳中，正電源和地線兩根，外置石英振蕩器的時(shí)鐘線兩根， 4 組 8 位共 32 個(gè) I/O 口，中斷口線與 P3 口線復(fù)用?，F(xiàn)在我們對這些引腳的功能加以說明： 圖 23 單片機(jī)的引腳圖 Pin9:RESET/Vpd 復(fù)位信號復(fù)用腳，當(dāng) 8052 通電，時(shí)鐘電路開始工作，在 RESET引腳上出現(xiàn) 24 個(gè)時(shí) 鐘周期以上的高電平，系統(tǒng)即初始復(fù)位。初始化后，程序計(jì)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(fù)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(fù)位方式可以是自動(dòng)復(fù)位，也可以是手動(dòng)復(fù)位。此外， RESET/Vpd 還是一復(fù)用腳， Vcc 掉電其間，此腳可接上備用電源，以保證單片機(jī)內(nèi)部 RAM 的數(shù)據(jù)不丟失。 基于單片機(jī)的電子時(shí)鐘設(shè)計(jì)與應(yīng)用 14 圖 25 內(nèi)部和外部時(shí)鐘方式圖 Pin30:ALE/ 當(dāng)訪問外部程序器時(shí)， 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(shí)， ALE 端將有一個(gè) 1/6 時(shí)鐘頻率的正脈沖信號，這個(gè)信號可以用于識別單片機(jī)是否工作，也可以當(dāng)作一個(gè)時(shí)鐘向外輸出。更有一個(gè)特點(diǎn)，當(dāng)訪問外部程序存儲器， ALE 會跳過一個(gè)脈沖。 如果單片機(jī)是 EPROM，在編程其間， 將用于輸入編程脈沖。 Pin29: 當(dāng)訪問外部程序存儲器時(shí)，此腳輸出負(fù)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(jī)，內(nèi)置有 4kB的程序存儲器，當(dāng) EA 為高電平并且程序地址小于 4kB 時(shí)，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。 總體設(shè)計(jì) 系統(tǒng)說明 利用單片機(jī)（ AT89S52）制作簡易電子時(shí)鐘，由 八 個(gè) LED 數(shù)碼管分別顯示小時(shí)十位、小時(shí)個(gè)位、 一橫、 分鐘十位、分鐘個(gè)位、 一橫、 秒鐘十位、秒鐘個(gè)位，還有基于單片機(jī)的電子時(shí)鐘設(shè)計(jì)與應(yīng)用 15 年月日的十位和個(gè)位 。 位選芯片 74HC138 控制 八 個(gè)數(shù)碼管的亮滅， 四 個(gè)按鍵用于時(shí)間調(diào)整 ，設(shè)置定時(shí)，當(dāng)定時(shí)時(shí)間到時(shí)， LED 流水燈閃爍，蜂鳴器響 。 系統(tǒng)框圖 圖 31 顯示部分 控制部分 單片機(jī)（ AT89S52） 按鍵 S S S S6 復(fù)位電路 電源部分 直流電源 5V 8 個(gè)七段共陰極數(shù)碼管 顯示秒，分鐘及小時(shí)位 1 個(gè) 74HC138 位選芯片和1 個(gè) 74HC573 段選芯片 8 個(gè)共陰極發(fā)光二極管 基于單片機(jī)的電子時(shí)鐘設(shè)計(jì)與應(yīng)用 16 模塊設(shè)計(jì) 電源部分 圖 32 如圖 32 所示，從外部引入 5V 的直流電，為單片機(jī)、復(fù)位電路提供電源 。 基于單片機(jī)的電子時(shí)鐘設(shè)計(jì)與應(yīng)用 17 復(fù)位電路 圖 33 單片機(jī) 復(fù)位電路主要有四種類型：（ 1）微分型復(fù)位電路；（ 2）積分型復(fù)位電路；（ 3）比較器型復(fù)位電路；（ 4） 看門狗 型復(fù)位電路。 本設(shè)計(jì)用的是微分型復(fù)位電路，常用的上電復(fù)位方式。 在加電時(shí)，復(fù)位電路通過電 容加給 RST 端一個(gè)短暫的高電平信號，此高電平信號隨 著 Vcc 對電容的充電過程而逐漸回落，即 RST 端的高電平持續(xù)時(shí)間取決于電容的充電時(shí)間。為了保證系統(tǒng)能夠可靠地復(fù)位， RST 端的高電平信號必須維持足夠長的時(shí)間。上電時(shí)， Vcc 的上升時(shí)間約為 10ms，而振蕩器的起振時(shí)間取決于振蕩頻率，如 晶振 頻率為 10MHz，起振時(shí)間為 1ms；晶振頻率為1MHz，起振時(shí)間則為 10ms。在圖中，當(dāng) Vcc 掉電時(shí)，必然會使 RST 端電壓迅速下降到 0V 以下，但是，由 于內(nèi)部電路的限制作用，這個(gè)負(fù)電壓將不會對器件產(chǎn)生損害。另外，在復(fù)位期間，端口引腳處于隨機(jī)狀態(tài)，復(fù)位后，系統(tǒng)將端口置為全 “l(fā)”態(tài)。如果系統(tǒng)在上電時(shí)得不到有效的復(fù)位，則程序 計(jì)數(shù)器 PC 將得不到一個(gè)合適的初值，因此， CPU 可能會從一個(gè)未被定義的位置開始執(zhí)行程序。 基于單片機(jī)的電子時(shí)鐘設(shè)計(jì)與應(yīng)用 18 程序下載接口 圖 34 如圖 34 所示，由 AT89S ISP 構(gòu)成的 一 排十針下載口，板圖上有一個(gè)小方框，為1 號引角；下載線的凸口為正方向，凸口的右側(cè)邊的第一個(gè)插孔為 1 號引角。 位選部分 圖 35 圖 35 為位選電路， 74HC138 譯碼器可接受 3 位二進(jìn)制加權(quán)地址輸入（ A0, A1和 A2），并當(dāng)使能時(shí)，提供 8 個(gè)互斥的低有效輸出（ Y0 至 Y7）。 74HC138 特有 3個(gè)使能輸入端：兩個(gè)低有效（ E1 和 E2）和一個(gè)高有效（ E3）。除非 E1 和 E2 置低且 E3 置高，否則 74HC138 將保持所有輸出為高。 當(dāng) P2 口為 0 時(shí)，第一個(gè)數(shù)碼管亮，當(dāng) P2 為 1 時(shí)，第二個(gè)數(shù)碼管亮， 以此類推，當(dāng) P2 口為 7 時(shí)，第八個(gè)數(shù)碼管亮。 基于單片機(jī)的電子時(shí)鐘設(shè)計(jì)與應(yīng)用 19 段選部分 圖 36 圖 36 是一個(gè)段選的引腳圖，主要有鎖存器 74HC573 組成。 數(shù)碼管的連接電路 圖 37 圖 37 為 數(shù) 碼 管 的 引 腳 圖 ， 每 位 的 段（ a,b,c,d,e,f,g,dp）分別與 1 個(gè) 8 位的鎖存器輸出相連，由 AT89S52 控制組合 0－ 9 十個(gè)數(shù)據(jù)，如令其顯示 1 則b,c 引腳（即 2， 3 引腳）送高電平，此時(shí)數(shù)碼管顯示 1。由于各位的段碼線并聯(lián)， 8 位 I/O 口輸出段碼對各個(gè)顯示位來說都是相同的。 基于單片機(jī)的電子時(shí)鐘設(shè)計(jì)與應(yīng)用 20 LED 流水燈部分 圖 38 圖 38 為 LED 流水燈 的 引腳圖，由八個(gè)共陰極的發(fā)光二極管組成，當(dāng) P1 口為低電平時(shí)發(fā)光管將會發(fā)光。 蜂鳴器部分 圖 49 圖 49 為蜂鳴器引腳圖。當(dāng) P1^6 為高電平時(shí)，蜂鳴器響。 基于單片機(jī)的電子時(shí)鐘設(shè)計(jì)與應(yīng)用 21 控制部分 圖 310 AT89S52 是美國 ATMEL 公司生產(chǎn)的低功耗，高性能 CMOS 8 位單片機(jī)，片內(nèi)含 8K bytes 的可系統(tǒng)編程的 Flash只讀程序存儲器，器件采用 ATMEL公司的高密度，非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn) 8051 指令系統(tǒng)及引腳。 AT89S52 提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8K 字節(jié) Flash 閃速存儲器， 128 字節(jié)內(nèi)部 RAM， 32I/O 口線，看門狗（ WDT），兩個(gè)數(shù)據(jù)指針，兩個(gè) 16 位定時(shí) /計(jì)數(shù)器，一個(gè) 5 向量兩級中斷結(jié) 構(gòu)，一個(gè)全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路。 如圖 310 所示， AT89S52 有 40 引腳，雙列直插（ DIP）封裝，所用引腳功能如下： 1. VCC —— 運(yùn)行時(shí)加＋ 5V 2. GND —— 接地 3. XTAL1 —— 振蕩器反相放大器及內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端 4. XTAL2 —— 振蕩器反相放大器的輸出端 5. RST —— 復(fù)位輸入，高電平有效，在晶振工作時(shí)，在 RST 引腳上作用 2個(gè)機(jī)器周期以上的高電平，將使單片機(jī)復(fù)位。 WDT 溢出將使該引腳輸出高電基于單片機(jī)的電子時(shí)鐘設(shè)計(jì)與應(yīng)用 22 平，設(shè)置 SFT AUXR 的 DISRTO 位（地址 8EH）可打 開或關(guān)閉該功能。 DISRTO位缺省為 RESET 輸出高電平打開狀態(tài)。 6. EA/VPP —— 片外程序存儲器訪問允許信號。欲使 CPU 僅訪問外部程序存儲器（地址為 0000HFFFFH）， EA 端必須保持低電平（接地），如果 EA 端為高電平（接 Vcc 端）， CPU 則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲器中的指令。 7. P1 口 ,P2 口 —— P1， P2 是一組帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口。運(yùn)行時(shí)通過P1 口控制驅(qū)動(dòng)電路的工作，將數(shù)據(jù)送到數(shù)碼管，顯示相應(yīng)的段碼，為了達(dá)到減少功耗或滿足端口對最大電流的限制，應(yīng)加上一限流電阻。 —— 口控制數(shù) 碼管的位選，使六個(gè)數(shù)碼管輪流顯示數(shù)據(jù)，等于 1 時(shí)位選三極管導(dǎo)通，等于 0 時(shí)位選三極管截