【文章內(nèi)容簡介】 　　P2口：P2口為一個內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個TTL門電流，當P2口被寫“1”時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號?！　3口：P3口管腳是8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個TTL門電流。當P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故?！　3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：　　口管腳 備選功能　　 RXD（串行輸入口）　　 TXD（串行輸出口）　　 /INT0（外部中斷0）　　 /INT1（外部中斷1）　　 T0（記時器0外部輸入）　　 T1（記時器1外部輸入）　　 /WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通）　　 /RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通）　　P3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號?！　ST：復位輸入。當振蕩器復位器件時，要保持RST腳兩個機器周期的高電平時間?！　LE：當訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時， ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無效。　?。和獠砍绦虼鎯ζ鞯倪x通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機器周期兩次有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的信號將不出現(xiàn)?！?：當保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（0000HFFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲器。注意加密方式1時，將內(nèi)部鎖定為RESET；當端保持高電平時，此間內(nèi)部程序存儲器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）?！　TAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入?！　TAL2：來自反向振蕩器的輸出?！　≌袷幤魈匦?　　XTAL1和XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時鐘源驅(qū)動器件，XTAL2應不接。有余輸入至內(nèi)部時鐘信號要通過一個二分頻觸發(fā)器，因此對外部時鐘信號的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。 單片機的時鐘電路與復位電路1. 時鐘電路與時序 （1）時鐘信號的產(chǎn)生在單片機芯片內(nèi)部有一個高增益反相放大器，其輸入端為芯片引腳XTAL1，其輸出端為引腳XTAL2 。而在芯片的外部，XTAL1和XTAL2之間跨接晶體振蕩器和微調(diào)電容，從而構(gòu)成一個穩(wěn)定的自激振蕩器，這就是單片機的時鐘電路，如圖14所示。時鐘電路產(chǎn)生的振蕩脈沖經(jīng)過觸發(fā)器進行二分頻之后，才成為單片機的時鐘脈沖信號。請讀者特別注意時鐘脈沖與振蕩脈沖之間的二分頻關(guān)系，否則會造成概念上的錯誤。 一般地，電容C1和C2取30 pF左右，～12 MHz。晶體振蕩頻率高，則系統(tǒng)的時鐘頻率也高，單片機運行速度也就快。單片機在通常應用情況下，使用振蕩頻率為6 MHz或12 MHz。圖14 時鐘振蕩電路（2）引入外部脈沖信號在由多片單片機組成的系統(tǒng)中，為了各單片機之間時鐘信號的同步，應當引入惟一的公用外部脈沖信號作為各單片機的振蕩脈沖。這時，外部的脈沖信號是經(jīng)XTAL2引腳注入，其連接如圖15所示。圖15 外部時鐘源接法（3） 時序時序是用定時單位來說明的。單片機的時序定時單位共有4個，從小到大依次是：節(jié)拍、狀態(tài)、機器周期和指令周期。下面分別加以說明。1) 節(jié)拍與狀態(tài)把振蕩脈沖的周期定義為節(jié)拍（用P表示）。振蕩脈沖經(jīng)過二分頻后，就是單片機的時鐘信號的周期，其定義為狀態(tài)（用S表示）。這樣，一個狀態(tài)就包含兩個節(jié)拍，具前半周期對應的拍節(jié)叫節(jié)拍1（P1），后半周期對應的節(jié)拍叫節(jié)拍2(P2）。2) 機器周期單片機采用定時控制方式, 因此它有固定的機器周期。規(guī)定一個機器周期的寬度為6個狀態(tài)，并依次表示為S1～S6。由于一個狀態(tài)又包括兩個節(jié)拍，因此，一個機器周期總共有12個節(jié)拍，分別記作S1PS1P…、S6P2。由于一個機器周期共有12個振蕩脈沖周期, 因此機器周期就是振蕩脈沖的十二分頻。當振蕩脈沖頻率為12 MHz時，一個機器周期為1μs；當振蕩脈沖頻率為6 MHz時，一個機器周期為2μs。3) 指令周期 指令周期是最大的時序定時單位, 執(zhí)行一條指令所需要的時間稱為指令周期。它一般由若干個機器周期組成。不同的指令，所需要的機器周期數(shù)也不相同。通常，包含一個機器周期的指令稱為單周期指令，包含兩個機器周期的指令稱為雙周期指令，等等 指令的運算速度與指令所包含的機器周期有關(guān)，機器周期數(shù)越少的指令執(zhí)行速度越快。單片機單片機通?？梢苑譃閱沃芷谥噶睢㈦p周期指令和四周期指令等三種。四周期指令只有乘法和除法指令兩條，其余均為單周期和雙周期指令。單片機執(zhí)行任何一條指令時都可以分為取指令階段和執(zhí)行指令階段。單片機的取指/執(zhí)行時序如圖16所示由圖16可見，ALE引腳上出現(xiàn)的信號是周期性的，在每個機器周期內(nèi)出現(xiàn)兩次高電平。第一次出現(xiàn)在S1P2和S2P1期間，第二次出現(xiàn)在S4P2和S5P1期間。ALE信號每出現(xiàn)一次，CPU就進行一次取指操作，但由于不同指令的字節(jié)數(shù)和機器周期數(shù)不同，因此取指令操作也隨指令不同而有小的差異。按照指令字節(jié)數(shù)和機器周期數(shù),51的111條指令可分為6類，分別是：單字節(jié)單周期指令、單字節(jié)雙周期指令、單字節(jié)四周期指令、雙字節(jié)單周期指令、雙字節(jié)雙周期指令、三字節(jié)雙周期指令。 圖16（a），（b）所示分別給出了單字節(jié)單周期和雙字節(jié)單周期指令的時序。單周期指令的執(zhí)行始于S1P2，這時操作碼被鎖存到指令寄存器內(nèi)。若是雙字節(jié)，則在同一機器周期的S4讀第二字節(jié)。若是單字節(jié)指令，則在S4仍有讀操作，但被讀入的字節(jié)無效，且程序計數(shù)器PC并不增量。圖16（c）給出了單字節(jié)雙周期指令的時序，兩個機器周期內(nèi)進行4次讀操作碼操作。因為是單字節(jié)指令，所以，后三次讀操作都是無效的。 圖16 單片機的取指/執(zhí)行時序(a) 單字節(jié)單周期指令；(b) 雙字節(jié)單周期指令；(c) 單字節(jié)雙周期指令2. 單片機的復位電路單片機復位是使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)，并從這個狀態(tài)開始工作，例如復位后PC=0000H，使單片機從第一個單元取指令。實訓中已經(jīng)看出，無論是在單片機剛開始接上電源時，還是斷電后或者發(fā)生故障后都要復位，所以我們必須弄清楚單片機型單片機復位的條件、復位電路和復位后狀態(tài)。 單片機復位的條件是：必須使RST/VPD 或RST引（9）加上持續(xù)兩個機器周期（即24個振蕩周期）的高電平。例如，若時鐘頻率為12 MHz，每機器周期為1?μs，則只需2μs以上時間的高電平，在RST引腳出現(xiàn)高電平后的第二個機器周期執(zhí)行復位。單片機常見的復位電路如圖17（a），（b）所示。圖17（a）為上電復位電路，它是利用電容充電來實現(xiàn)的。在接電瞬間，RESET端的電位與VCC相同，隨著充電電流的減少，RESET的電位逐漸下降。只要保證RESET為高電平的時間大于兩個機器周期，便能正常復位。 圖17 單片機常見的復位電路(a) 上電復位電路；(b) 按鍵復位電路 單片機的工作過程單片機的工作過程實質(zhì)上是執(zhí)行用戶編制程序的過程，一般程序的機器碼都已固化到存儲器中，例如實訓1中的步驟2），因此開機復位后，就可以執(zhí)行指令。執(zhí)行指令又是指令和執(zhí)行指令的周而復始的過程。假設機器碼74H、E0H 已存在0000H開始的單元中，則此表示把E0H這個值送入A累加器。下面我們來說明單片機的工作過程。接通電源開機后，PC =0000H，取指令過程如下：(1) PC中的0000H 送到片內(nèi)的地址寄存器；(2) PC的內(nèi)容自動加1變?yōu)?001H，指向下一個指令字(3) 地址寄存器中的內(nèi)容0000H通過地址總線送到存儲器，經(jīng)存儲器中的地址譯碼選中0000H單元；(4) CPU通過控制總線發(fā)出讀命令；(5) 被選中單元的內(nèi)容74H送內(nèi)部數(shù)據(jù)總線上，該內(nèi)容過內(nèi)部數(shù)據(jù)總線送到單片機內(nèi)部的指令寄存器。到此，取指令過程結(jié)束，進入執(zhí)行指令過程。執(zhí)行指令的過程： (1) 指令寄存器中的內(nèi)容經(jīng)指令譯碼器譯碼后，說明這條指令是取數(shù)命令，即把一個立即數(shù)送A中；(2) PC的內(nèi)容為0001H，送地址寄存器，譯碼后選中0001H單元，同時PC的內(nèi)容自動加1變?yōu)?002H；(3) CPU同樣通過控制總線發(fā)出讀命令；(4) 0001H單元的內(nèi)容E0H讀出經(jīng)內(nèi)部數(shù)據(jù)總線送至A。至此，本指令執(zhí)行結(jié)束。PC=0002H，機器又進入下一條指令的取指令過程。機器一直重復上述過程直到程序中的所有指令執(zhí)行完畢，這就是單片機的基本工作過程。 單片機的發(fā)展趨勢從單片機電子時鐘近年的發(fā)展趨勢來看，正朝著多層次用戶、多品種、多規(guī)格、高精度、小體積、低能耗等方面發(fā)展。在這種趨勢下，時鐘的數(shù)字化，智能化已經(jīng)成為現(xiàn)代時鐘生產(chǎn)研究的主導設計方向。帶有時鐘功能的電子產(chǎn)品和電子設備進年來廣泛地出現(xiàn)在國內(nèi)外市場中。例如奧運會倒計時顯示屏、鐵路安全顯示屏、生產(chǎn)線看板、體育比賽記時屏、大型室外高亮度時鐘等，這類產(chǎn)品覆蓋銀行、醫(yī)院、地鐵車站、體育運動、電視臺、監(jiān)控系統(tǒng)、高大建筑物等行業(yè)。作為一種人機接口方式，語音比LCD，鼠標鍵盤等設備更易于使用。而在設計里加上語音提示、音樂或者其他語音功能，還使得設計顯得既人性化又有趣，不但能提高開發(fā)者的興趣和積極性，同時也能讓設計作品與眾不同，從而得到了各界領(lǐng)域的廣泛應用所以對語音的研究有很大的實際意義。第2章 電子時鐘控制系統(tǒng) 控制要求（1）軟件Proteus完成AT89C51的時鐘設計與仿真。（2）程序從0000H開始。程序放置的地址須連續(xù)且靠前，不要在中間留下大量的空間地址，以使目標機可以使用較少的硬件資源。（3）6位LED數(shù)碼管從左到右分別顯示時、 分、 秒（各占用2位），采用24小時標準計時制。開始計時時為000000，到235959后變成000000。（4）在XD1—2鍵盤上選定2個鍵分別作為小時、 分的調(diào)校鍵。每按一次鍵，對應的顯示值便加1。分加到59后變?yōu)?0；小時加到23后再按鍵即變?yōu)?0。再調(diào)校時均不向上一單位進位（例如分加到59后變?yōu)?0；但小時不發(fā)生改變）。（5）軟件設計必須使用AT89C51片內(nèi)定時器，采用定時中斷結(jié)構(gòu)，不得使用軟件延時法。（6）上機調(diào)試程序。（7）寫出設計報告。 設計思路電子時鐘主要由顯示模塊、校時模塊和時鐘運算模塊三大部分組成。其中校時模塊和時鐘運算模塊要對時、分、秒的數(shù)值進行操作，并且秒計算到60時，要自己清零并向分進1；分計算到60時，要自己清零并向時進1；時計算到24時，要清零。這樣，才能循環(huán)記時。 AT89C51主要功能AT89C51是8位CPU，具有片內(nèi)振蕩器和時鐘電路，2個16位的定時器/計數(shù)器，5個中斷源，兩個中斷優(yōu)先級。 主要功能AT89C51單片機的時鐘信號通常用內(nèi)部振蕩方式得到：在引腳XTAL1和XTAL2外接晶體振蕩器(簡稱晶振)或陶瓷諧振器，就構(gòu)成了內(nèi)部振蕩方式。由于單片機內(nèi)部有一個高增益反相放大器，當外接晶振后，就構(gòu)成了自激振蕩器并產(chǎn)生振蕩時鐘脈沖。內(nèi)部振蕩方式的外部電路如下圖所示。圖中，電容器C0l，C02起穩(wěn)定振蕩頻率、快速起振的作用，其電容值一般在530pF。晶振頻率的典型值為12MHZ。 工作原理闡述時鐘要由AT89C51片內(nèi)定時器定時中斷，并取一存儲單元作為計數(shù)器使用，每中斷一次，在中斷服務程序中使計數(shù)器加AT89C51芯片、74LS245驅(qū)動器、LED數(shù)碼顯示管和2按鍵組成。主要用AT89C51片內(nèi)定時器定時中斷服務程序完成秒、分、時的運算即計時功能，TIME0的中斷服務程序完成調(diào)時、調(diào)分、調(diào)秒功能。同時按鍵01鍵、02鍵是分別對時、分的加1校對。 軟件方案 分析論證此實時時鐘的設計與實現(xiàn)，主要采用了6只LED數(shù)碼管，AT89C51內(nèi)部二進制16位定時器/計數(shù)器，包括顯示模塊，運算模塊和校時模塊三大功能模塊。 顯示模塊顯示部分硬件用六只LED為顯示管，這些LED發(fā)光二極管的陽極是互相連接在一起的，所以稱為共陽極數(shù)碼管。通過在這8只發(fā)光二極管的陽極加+5 V或0 V的電壓使不同的二極管發(fā)光，形成不同的數(shù)字。該模塊主要是將運算模塊和校時模塊運算出來并存放在內(nèi)存單元里的十六進制表示的時位、分位和秒位數(shù)值轉(zhuǎn)化為十進制，并通過8只數(shù)碼管顯示出來。采用軟件譯碼，即在程序中設置一個段選碼表。CPU直接往LED輸出八段代碼，省去了硬件譯碼器。P1口作為8段數(shù)據(jù)輸出口，經(jīng)74LS245驅(qū)動后到達各LED。只要做到每送一次段選碼時也送一次位掃描碼，并且每送一次位掃描碼后，位碼中的0右移一位作為下一