【文章內(nèi)容簡介】 些被外部信號拉低的引腳會輸出一個電流。 P2 端口 （～） P2 是一個帶有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 端口。P2南京工程學(xué)院自動化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）16的輸出緩沖器可驅(qū)動（吸收或輸出電流方式）4 個 TTL 輸入。對端口寫 1 時，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電位，這時可用作輸入口。P2 作輸入口使用時，因為有內(nèi)部的上拉電阻，那些被外部信號拉低的引腳會輸出一個電流。P3 端口（～） 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(dāng) 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，這是由于上拉的緣故。P3 口也可作為 AT89C51 的一些特殊功能，這些特殊功能見表 。表 P3 端口的特殊功能 端口引腳 兼 用 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 （ 定時器 0 的外部輸入） T1 （定時器 1 的外部輸入） /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） AT89C51 單片機的內(nèi)置功能AT89C51 單片機與 MCS51 完全兼容。 定時/計數(shù)器：AT89C51 單片機內(nèi)含有 2 個 16 位的定時器 /計數(shù)器。當(dāng)用于定時器方式時，定時器的輸入來自內(nèi)部時鐘發(fā)生電路，每過一個機器周期，定時器加1，而一個機器周期包含有 12 個振蕩周期，所以，定時器的技術(shù)頻率為晶振頻率的1/12，而計數(shù)頻率最高為晶振頻率的 1/24。為了實現(xiàn)定時和計數(shù)功能，定時器中含有 3 種基本的寄存器：控制寄存器、方式寄存器和定時器/計數(shù)器。控制寄存器是一個 8 位的寄存器，用于控制定時器的工作狀態(tài)，方式寄存器是一個 8 位的寄存器，用于確定定時器的工作方式，定時器/計數(shù)器是 16 位的計數(shù)器，分為高字節(jié)和低字節(jié)兩部分。RAM：高于 7FH 內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器的地址是 8 位的，也就是說其地址空間只有256 字節(jié)，但內(nèi)部 RAM 的尋址方式實際上可提供 384 字節(jié)。的直接地址訪問同一個存儲空間，高于 7FH 的間接地址訪問另一個存儲空間。這樣，雖然高 128 字節(jié)區(qū)分與專用寄器 ，即特殊功能寄存器區(qū)的地址是重合的，但實際上它們是分開的。究竟訪問哪一區(qū)，存是通過不同的尋址方式加以區(qū)分的。南京工程學(xué)院自動化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）17SFR： SFR 是具有特殊功能的所有寄存器的集合，共含有 22 個不同寄存器，它們的地址分配在 80H～FFH 中。雖然如此，不是所有的單元都被特殊功能寄存器占用，未被占用的單元，其內(nèi)容是不確定的。如對這些單元進(jìn)行讀操作，得到的是一些隨機數(shù)，而寫入則無效，所以在編程時不應(yīng)該將數(shù)據(jù)寫入這些未確定的地址單元中，特殊功能寄存器主要有累加器 ACC、B 寄存器、程序狀態(tài)字寄存器 PSW、堆棧指針 SP、數(shù)據(jù)指針 DPTR、I/O 端口、串行口數(shù)據(jù)緩沖器 SBUF、定時器寄存器、捕捉寄存器、控制寄存器。中斷系統(tǒng)：AT89C51 單片機有 5 個中斷源，中斷系統(tǒng)主要由中斷允許寄存器IE、中斷優(yōu)先級寄存器 IP、優(yōu)先級結(jié)構(gòu)和一些邏輯門組成。IE 寄存器用于允許或禁止中斷；IP 寄存器用于確定中斷源的優(yōu)先級別；優(yōu)先級結(jié)構(gòu)用于執(zhí)行中斷源的優(yōu)先排序；有關(guān)邏輯門用于輸入中斷請求信號。在整個中斷響應(yīng)過程中 CPU 所執(zhí)行的操作步驟如下（1）完成當(dāng)前指令的操作（2）將 PC 內(nèi)容壓入堆棧（3）保存當(dāng)前的中斷狀態(tài)（4）阻止同級的中斷請求（5）將中斷程序入口地址送 PC 寄存器（6）執(zhí)行中斷服務(wù)程序（7）返回時鐘電路：AT89C51 系列單片機的內(nèi)部振蕩器，由一個單極反相器組成。XTAL1 反相器的輸入， XTAL2 為反相器的輸出?？梢岳盟鼉?nèi)部的振蕩器產(chǎn)生時鐘，只要 XTAL1 和 XTAL2 引腳上一個晶體及電容組成的并聯(lián)諧振電路，便構(gòu)成一個完整的振蕩信號發(fā)生器，此方式稱為內(nèi)部方式。另一種方式由外部時鐘源提供一個時鐘信號到 XTAL1 端輸入，而 XTAL2 端浮空。在組成一個單片機應(yīng)用系統(tǒng)時，多數(shù)采用這種方式，這種方式結(jié)構(gòu)緊湊，成本低廉，可靠性高。C1 和 C2 的作用有兩個：其一是使振蕩器起振，其二是對振蕩器的頻率 f 期微調(diào)作用。 （C1,C2 變大，f 變?。?，其典型值為 30pF。振蕩器在加電后 10ms 開始起振，XTAL2 輸出 3V 左右的正弦波。振蕩器產(chǎn)生的時鐘脈沖送至單片機內(nèi)部的各個部件。NMOS 型單片機也可以不適用內(nèi)部時鐘電路，直接總外部輸入時鐘脈沖。我們一般采用 12M 的晶振，因為一個機器周期為 1/12 時鐘周期，所以這樣用 12M 的話，一個時鐘周期為 12us那么定時器計一次數(shù)就是 1us 了，時鐘電路電路圖如圖 。接單片機南京工程學(xué)院自動化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）18圖 時鐘電路內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖復(fù)位電路: 復(fù)位電路的基本功能是：系統(tǒng)上電時提供復(fù)位信號，直至系統(tǒng)電源穩(wěn)定后，撤銷復(fù)位信號。為可靠起見，電源穩(wěn)定后還要經(jīng)一定的延時才撤銷復(fù)位信號，以防電源開關(guān)或電源插頭分合過程中引起的抖動而影響復(fù)位。如圖 所示的 RC 復(fù)位電路可以實現(xiàn)上述基本功能。左邊的電路為高電平復(fù)位有效。 （右邊為低電平,RESET 為手動復(fù)位開關(guān) ，C 可避免高頻諧波對電路的干擾）圖 RC 復(fù)位電路 時鐘電路設(shè)計計時控制模塊是微波爐控制系統(tǒng)設(shè)計的核心，用來完成基本功能中的加熱倒計時，以及時間顯示和定時兩項擴(kuò)展功能。時間顯示功能被用來在待機狀態(tài)顯示當(dāng)前的時間和用戶預(yù)先設(shè)定的時間。允許手動調(diào)時，并且會自動與計算機進(jìn)行時間同步。定時啟動則會根據(jù)用戶設(shè)定的火力屬性，在預(yù)定的時間內(nèi)啟動任務(wù)。為了實現(xiàn)上述功能，在設(shè)計中，我們采用AT89C51 的內(nèi)部定時器與軟件計數(shù)器相結(jié)合的方式獲得1Hz的時鐘。定時器0自動裝入模式以保證精度。這時定時器周期T可由下式表示：T = (28?K) 12/ CLK …………………………………………………………（1）其中K 為定時器初值、CLK 為系統(tǒng)晶振?？紤]到串口通信，我們選定 CLK為， K 為27。從式（1）中不難看出，這時要獲取1Hz 的時鐘，計數(shù)器的預(yù)置數(shù)N 應(yīng)對T/1取整，即：N=[22118400/12（25627）]=8049 …………………………………………（2）則系統(tǒng)獲取的時鐘頻率即為：南京工程學(xué)院自動化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）19f = 12/22118400（2 827）8049 ≈完全可以滿足系統(tǒng)的計時要求。 鍵盤電路設(shè)計在按鍵設(shè)計中，為了滿足設(shè)計的要求，需要使用的按鍵較多所以我們采用 44矩陣式鍵盤，矩陣式鍵盤比較節(jié)省單片機的 I/O 的資源。鍵盤的接口分別連入單片機 I/O 接口的 ,,。通過單片機內(nèi)部判斷這些 I/O接口來確定按鍵是否被按下。Key0Key06 、Key07 、Key08 通過一個與門接到 接口，這樣可以通過 口來判斷有沒有按鍵被按下。通過特定的掃描程序?qū)︽I盤進(jìn)行掃描。 接口為中斷 0 接口，也可用此端口進(jìn)行中斷操作。為了防止電路出現(xiàn)異常而無法控制特設(shè)計了一個復(fù)位按鍵。鍵盤設(shè)計電路如圖 （復(fù)位電路中的獨立式按鍵）和圖 所示。圖 復(fù)位電路南京工程學(xué)院自動化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）20圖 矩陣式鍵盤電路 檔位顯示電路設(shè)計檔位顯示模塊是由三個發(fā)光二極管顯示，分別代表“大火” 、 “中火” 、 “小火”三個火力檔位，直接將發(fā)光二極管通過三極管接至單片機 I/O 接口通過單片機發(fā)送低電平使發(fā)光二極管發(fā)光，用來模擬三個檔位輸出。具體電路設(shè)計如圖 。圖 檔位顯示電路設(shè)計注：以上火力輸出電路 LEDLED2 、LED3 分別代表大火、中火、小火，在研究中我們將采用不同顏色的發(fā)光二極管分別代表大火、中火、小火進(jìn)行模擬仿真。 顯示電路設(shè)計根據(jù)前面章節(jié)的分析與方案選擇，我們只需實現(xiàn)定時顯示，只要能顯示時間即可，信息量少，只需顯示時、分、秒。所以我們采用 8 位數(shù)碼管進(jìn)行顯示，完全能夠達(dá)到設(shè)計要求，我們選擇 MAX7221 作為 8 位 LED 驅(qū)動芯片。 驅(qū)動數(shù)碼管芯片（1）芯片簡介MAX7221 是Maxim（美信）公司專為LED 顯示驅(qū)動而設(shè)計生產(chǎn)的串行接口八南京工程學(xué)院自動化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）21位LED 顯示驅(qū)動芯片 .該芯片包含有七段譯碼器、位和段驅(qū)動器、多路掃描器、段驅(qū)動電流調(diào)節(jié)器、亮度、脈寬調(diào)節(jié)器及多個特殊功能寄存器。該芯片采用串行接口方式，可以很方便地和單片機相連，未經(jīng)擴(kuò)展最多可用于8 位數(shù)碼顯示或64 段碼顯示。經(jīng)實際使用發(fā)現(xiàn)，該芯片具有占用單片機I/O 口少（僅三線）、顯示多樣、可靠性高、簡單實用、編程靈活方便的特點。（2）芯片引腳介紹Din 腳，串行數(shù)據(jù)輸入端，數(shù)據(jù)存入內(nèi)部16 位移位寄存器。DIG0~DIG7 腳，8 位共陰極數(shù)碼管的控制輸入端，顯示關(guān)閉時輸出高電平。GND 腳，接地端，4 和9 腳都要接地。CS 腳，片選輸入端，當(dāng)CS=0 時，串行數(shù)據(jù)存入移位寄存器，當(dāng)CS 為上升沿時鎖存最后16 位數(shù)據(jù)。CLK 腳，串行時鐘輸入端，最高頻率10MHz，在時鐘上升沿數(shù)據(jù)移位存入內(nèi)部移位寄存器，當(dāng)時鐘下降沿時，數(shù)據(jù)由Dout 輸出，CLK 輸入僅當(dāng)CS=0 時有效。SEGA~SEGG，SEGDP 腳，數(shù)碼管七段驅(qū)動和小數(shù)點驅(qū)動端，關(guān)閉顯示時各段驅(qū)動輸出為高電平。Iset 腳，連接到 Vdd 的電阻連接端，用來模擬設(shè)定各段驅(qū)動電流。Vdd 腳，5V 正電壓輸入端。Dout 腳，串行數(shù)據(jù)輸出端，數(shù)據(jù)由Din 輸入， 個時鐘延遲后由Dout 引腳輸出，此引腳用來擴(kuò)展MAX7221。圖 MAX7221 芯片（3）MAX7221 功能南京工程學(xué)院自動化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）22串行數(shù)據(jù)輸入輸出時 CS 必須為低電平，串行數(shù)據(jù)由 Din 送入一個16 位的數(shù)據(jù)包，并在每個時鐘上升沿時存入內(nèi)部16 位移位寄存器。 個周期后，在時鐘的下降沿由Dout 引腳輸出。16 位數(shù)據(jù)D0~D15 ~D7 包含數(shù)據(jù)，D8~D11 包含寄存器地址，D12~D15 為未定義位，芯片最先接收D15 位。MAX7221允許工作在省電模式，在該模式下，供電電流可降低到150uA 。器件在這種模式下上電時，250us 內(nèi)即可進(jìn)入正常工作模式 .在測試狀態(tài)下，省電模式被屏蔽。譯碼模式寄存器可以設(shè)置對每一位數(shù)字的 BCD 譯碼模式或非譯碼模式，寄存器的每一位對應(yīng)一個數(shù)字，高電平代表譯碼，低電平代表旁路譯碼器。當(dāng)芯片處于譯碼模式時，數(shù)據(jù)位只有D0~D3 有效，D4~D6 位為無效位，D7 為小數(shù)點位。當(dāng)芯片處于非譯碼模式時，數(shù)據(jù)D0~D7 位對應(yīng)8 個筆劃段。本芯片允許由外加在 Vdd 和Iset 之間的電阻Rset調(diào)節(jié)LED 亮度，Rset 阻值至，它也允許由亮度控制寄存器進(jìn)行設(shè)置，通過設(shè)置每一筆劃的掃描脈沖占空比達(dá)到調(diào)整亮度的目的。掃描位數(shù)控制寄存器可以設(shè)置顯示 1~8 位，多路掃描器在顯示8 位時典型的掃描頻率為800Hz. 顯示位數(shù)減少時，掃描頻率上升為8f/N（f 為掃描頻率，N 為顯示位數(shù)）。當(dāng)顯示位數(shù)為3 位、2 位、1 位時，Rset 應(yīng)至少增大為15K、20K、40K。示測試寄存器操作有兩種模式：正常模式和顯示測試模式。顯示測試時屏蔽所有功能設(shè)置，全部8 位的每一筆劃的掃描脈沖占空比均為15/16 ?？詹僮髂Ｊ接糜谛酒瑪U(kuò)展，后面的芯片要顯示的數(shù)據(jù)經(jīng)過前面的芯片時，前面的芯片應(yīng)處于空操作模式。 數(shù)碼管我們采用數(shù)碼管動態(tài)驅(qū)動。動態(tài)驅(qū)動是將所有數(shù)碼管的 8 個顯示筆劃a,b,c,d,e,f,g,dp的同名端連在一起，另外為每個數(shù)碼管的公共極 COM 增加位選通控制電路，位選通由各自獨立的 I/O 線控制，當(dāng)單片機輸出字形碼時，所有數(shù)碼管都接收到相同的字形碼，但究竟是那個數(shù)碼管會顯示出字形，取決于單片機對位選南京工程學(xué)院自動化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）23通 COM 端電路的控制，所以我們只要將需要顯示的數(shù)碼管的選通控制打開，該位就顯示出字形，沒有選通的數(shù)碼管就不會亮。通過分時輪流控制各個數(shù)碼管的COM 端，就使各個數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是動態(tài)驅(qū)動。在輪流顯示過程中，每位數(shù)碼管的點亮?xí)r間為 1～2ms，由于人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余輝效應(yīng)，盡管實際上各位數(shù)碼管并非同時點亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)，不會有閃爍感，動態(tài)顯示的效果和靜態(tài)顯示是一樣的，能節(jié)省大量的 I/O 端口，而且功耗更低。AT89C51 單片機的 、 、 分別接 MAX7221 的 DIN、CS、CLK 引腳。顯示電路如圖 。圖 顯示電路 響鈴、提示電路設(shè)計在微處理器的發(fā)聲裝置成為蜂鳴器（buzzer） 。一般來說，蜂鳴器就是小型喇叭（speaker） ，也是一種電感性負(fù)載。單片機驅(qū)動蜂鳴器的信號為各頻率的脈沖。南京工程學(xué)院自動化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）24 蜂鳴器發(fā)聲原理蜂鳴器的聲音是由蜂鳴器的振動產(chǎn)生的。蜂鳴器就像一個電磁鐵，電流經(jīng)過它即可產(chǎn)生磁性，這樣蜂鳴器里發(fā)生的膜片將被吸??；電流消失時，膜片將被放開。若要產(chǎn)生頻率為 f 的脈沖，則需要在 T 時間內(nèi)進(jìn)行吸放各一次，換言之，產(chǎn)生磁性、消除此磁性的時間各位 T/2，稱為