【文章內(nèi)容簡介】 集長春工程學院畢業(yè)設計（論文）12成到，一塊芯片上。這神芯片能夠完成微機相應部分的功能，人們稱它為單片微型計算機，簡稱單片機。單片機目前還沒有一個確切的定義。普遍以為單片機是將 CPU，RAM，ROM、定時器/計數(shù)器以及輸入/輸出（I/O）接口電路等計算機主要部件集成在一塊芯片上，這樣所組成的芯片級微型計算機稱為單片微型計算機（Single Chip Microputer） ，簡稱為單片機微型機或單片機。由于單片機的硬件結構與指令系統(tǒng)都是按工業(yè)控制要求設計的，常用于工業(yè)的檢測、控制裝置中、因而也稱為微控制器（MicroCotroller）或嵌入式控制器（EbeddsedController） 。AT89C51 是美國 ATMEL 公司生產(chǎn)的低電壓，高性能 CMOS 8 位單片機，片內(nèi)含 4k bytes的可反復擦寫的 Flash 只讀程序存儲器和 128 bytes 的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器(RAM )，器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲技術生產(chǎn)，兼容標準 MCS51 指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用 8 位中央處理器(CPU)和 Flash 存儲單元，功能強大 AT89C51 單片機可提供許多高性價比的應用場合，可靈活應用于各種控制領域。本設計選用的單片機是 Intel 公司生產(chǎn)的 AT89C51，其具備微型化、低功耗、高速化、集成資源多、性能優(yōu)異而且價格便宜等優(yōu)點。在本設計中利用單片機主要目的是為了，實現(xiàn)廣告燈的智能閃爍，從而實現(xiàn)多種花樣顯示，同時也用于控制固態(tài)繼電器的開通與關斷。利用單片機實現(xiàn)的有利條件是價格便宜，而且容易實現(xiàn)便于修改。 AT89C51 單片機功能特性概述AT89C51 提供以下標準功能：4k 字節(jié) Flash 閃速存儲器，128 字節(jié)內(nèi)部 RAM，32 個 I/O口線，兩個 16 位定時/計數(shù)器，一個 5 向量兩級中斷結構，一個全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時鐘電路。同時，AT89C51 可降至 0Hz 的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式?？臻e方式停止 CPU 的工作，但允許 RAM，定時/計數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存 RAM 中的內(nèi)容，但振蕩器停工作并禁止其它所有部件工作直到下一個硬件復位。AT89C51 單片機引腳圖 如下所示：長春工程學院畢業(yè)設計（論文）13 RST9XTAL218XTAL119VSS20PSEN29ALE/PROG30EA/VPP31VCC 40U?P89C51RC2BN/01圖 36 AT89C51 單片機引腳圖AT89C51 單片機引腳功能說明：? Vcc：電源電壓? GND：地? P0 口：P0 口是一組 8 位漏極開路型雙向 I/0 口，也即地址/數(shù)據(jù)總線復用口。作為輸出口用時，每位能吸收電流的方式驅(qū)動 8 個 TTL 邏輯門電路，對端口寫“1”可作為高阻抗輸入端用。在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器或程序存儲器時，這組口線分時轉(zhuǎn)換地址(低 8 位)和數(shù)據(jù)總線復用，在訪問期間激活內(nèi)部上拉電阻。在 Flash 編程時，P0 口接收指令字節(jié)，而在程序校驗時，輸出指令字節(jié)，校驗時，要求外接上拉電阻。? Pl 口：P1 是一個帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口，P1 的輸出緩沖級可驅(qū)動(吸收或輸出電流)4 個 TTL 邏輯門電路。對端口寫“1” ，通過內(nèi)部的上拉電阻時把端口拉到高電平，此時可作輸入口。作輸入口使用時，因為內(nèi)部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流(I IL)。Flash 編程和程序校驗期間，P1 接收低 8 位地址。? P2 口：P2 是一個帶有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口，P2 的輸出緩沖級可驅(qū)動(吸收或輸出電流)4 個 TTL 邏輯門電路。對端口“1” ，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口長春工程學院畢業(yè)設計（論文）14拉到高電平，此時可作輸入口，作輸入口使用時，因為內(nèi)部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流(I IL)。在訪問外部程序存儲器或 16 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器(例如執(zhí)行 MOVX @DPTR 指令)時，P2 口送出高 8 位地址數(shù)據(jù)。在訪問 8 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器(如執(zhí)行 MOVX @RI 指令) 時，P2 口線上的內(nèi)容(也即特殊功能寄存器(SFR )區(qū)中 R2 寄存器的內(nèi)容)，在整個訪問期間不改變 Flash 編程或校驗時，P2 亦接收高位地址和其它控制信號。? P3 口：P3 口是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口。P3 口輸出緩沖級可驅(qū)動(吸收或輸出電流)4 個 TTL 邏輯門電路。對 P3 口寫入“1”時，它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可作為輸入端口。作輸入端時，被外部拉低的 P3 口將用上拉電陽輸出電流(I IL)。P3 口除了作為一般的 I/0 口線外，更重要的用途是它的第二功能，如下表 34 所示:表 34 P3 引腳的第二功能表 RXD（串行輸入口） TXD（串行輸出口） （外中斷 0）INT （外中斷 1） T0（定時/計數(shù)器 0） T1（定時計數(shù)器 1） （外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通）WR （外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通）D? RST：復位輸入。當振蕩器工作時，RST 引腳出現(xiàn)兩個機器周期以上高電平將使單片機復位。? ALE/ ：當訪問外部程序存儲器或數(shù)據(jù)存儲器時，ALE(地址鎖存允許)輸出PROG脈沖用于鎖存地址的低 8 位字節(jié)。即使不訪問外部存儲器， ALE 仍以時鐘振蕩頻率的 1/6 輸出固定的正脈沖信號，因此它可對外輸出時鐘或用于定時目的。要注意的是：每當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時將跳過一個 ALE 脈沖。對 Flash 存儲器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖(FRZG)如有必要，可通過對特殊功能寄存器 (SFR)區(qū)中的 8EH 單元的 D0 位置位，可禁 ALE 操作。該位置位后，只有一條 MOVX 和 MOVC 指令 ALE 才會被激活。此外，該引腳會被微弱拉高，單片機執(zhí)行外部程序時，應設置長春工程學院畢業(yè)設計（論文）15ALE 無效。? ：程序儲存允許( )輸出是外部程序存儲器的讀選通信號，當 PSENPSENAT89C51 由外部程序存儲器取指令(或數(shù)據(jù))時，每個機器周期兩次 T 觸發(fā)下有效，即輸出兩個脈沖。在此期間，訪問外部數(shù)據(jù)存儲器，這兩次有效的 信號不PSEN出現(xiàn)。? EA/VPP：外部訪問允許。欲使 CPU 僅訪問外程序存儲器(地址為 0000HFFFFH)，EA端必須保持低電平(接地)。需注意的是:如果加密位 LB1 被編程，復位時內(nèi)部會鎖存 EA 端狀態(tài)。如 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。Flash 存儲器編程時，該引腳加上+12V 的編程允許電源 Vpp,，當然這必須是該器件是使用 12V 編程電壓 Vpp。? XTAL1：振蕩器反相放人器的及內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入端。? XTAL2：振蕩器反相放人器的輸出端 部分模塊介紹（1）時鐘振蕩器：AT89051 中有一個用于構成內(nèi)部振蕩器的高增益反相放大器，引腳 XTAL1 和 XTAL2分別是該放大器的輸入端和輸出端。這個放大器與作為反饋元件的片外石英晶體或陶瓷諧振器一起構成自激振蕩器，振蕩電路參見圖 。外接石英晶體(或陶瓷諧振器 )及電容 C1, C2 接在放人器的反饋回路中構成并聯(lián)振蕩電路。對外接電容 C1, C2 雖然沒有十分嚴格的要求，但電容容量的大小會輕微影響振蕩頻率的高低、振蕩器工作的穩(wěn)定性、起振的難易程序及溫度穩(wěn)定性，如果使用石英晶體，推薦電容使用 30pF177。10pF，而如使用陶瓷諧振器建議選擇 40pF177。l0F。 用戶也可以采用外部時鐘。采用外部時鐘的電路如圖 右圖所示。這種情況下，外部時鐘脈沖接到 XTAL1 端，即內(nèi)部時鐘，發(fā)生器的輸入端， 則懸空。長春工程學院畢業(yè)設計（論文）16 內(nèi)部振蕩電路 外部振蕩電路 石英晶體時：C1，C2=30pF177。10pF 陶瓷諧振器：C1，C2=40pF177。10pF圖 37 振蕩器電路圖由于外部時鐘信號是通過一個 2 分頻觸發(fā)器后作為內(nèi)部時鐘信號的，所以對外部時鐘信號的占空比沒有特殊要求，但最小高電平持續(xù)時間和最大的低電平持續(xù)時間應符合產(chǎn)品技術條件的要求。（2）空閑節(jié)電模式： AT89C51 有兩種可用軟件編程的省電模式，它們是空閑模式和掉電工作模式。這兩種方式是控制專用寄存器 PCON(即電源控制寄存器)中的即(PCON. 1)和 IDL. ()位來實現(xiàn)的。即是掉電模式，當 PD=1 時，激活掉電工作模式，單片機進入掉電工作狀態(tài)。IDL.是空閑等待方式，當39。IDI=1,激活空閑工作模式，單片機進入睡眠狀態(tài)。如需同時進入兩種工作模式，即 PD 和 IDL 同時為 1，則先激活掉電模式。在空閑工作模式狀態(tài)，CPU 保持睡眠狀態(tài)而所有片內(nèi)的外設仍保持激活狀態(tài)，這種方式由軟件產(chǎn)生。此時，片內(nèi) RAM 和所有特殊功能寄存器的內(nèi)容保持不變。空閑模式可由任何允許的中斷請求或硬件復負位終止。（3）終止：空閑工作模式的方法有兩種，其一是任何一條被允許中斷的事件被激活，IDL. ( PCON. 0)被硬件清除，即刻終止空閑工作模式。程序會首先響應中斷，進入中斷服務程序，執(zhí)行完中斷服務程序并緊隨 RETI， （中斷返回)指令后，下一條要執(zhí)行的指令就是使單片機進入空閑模式那條指令后而的一條指令。其二是通過硬件復位也可將空閑工作模式終止需要注意的是，當硬件復位來終止空閑工作模式時，CPU 通常是從激活空閑模式那條指令的下一條指令開始繼續(xù)執(zhí)行程序的，要完成內(nèi)部復位操作，硬件復位脈沖要保持兩個機器周期(24長春工程學院畢業(yè)設計（論文）17個時鐘周期)有效，在這種情況下，內(nèi)部禁止 CPU 訪問片內(nèi) RAM，而允許訪問其它端口。為了避免可能對端口產(chǎn)生意外寫入，激活空閑模式的那條指令后一條指令不應是一條對端口或外部存儲器的寫入指令。（4）掉電模式： 在掉電模式下，振蕩器停止工作，進入掉電模式的指令是最后一條被執(zhí)行的指令，片內(nèi) RAM 和特殊功能寄存器的內(nèi)容在終止掉電模式前被凍結。退出掉電模式的唯一方法是硬件負位，復位后將重新定義全部特殊功能寄存器但不改變 RAM 中的內(nèi)容，在 Vcc 恢復到正常工作電平前，復位應無效，且必須保持一定時間以使振蕩器重啟動并穩(wěn)定工作?？臻e和掉電模式外部引腳狀態(tài)如下表 35 所示：表 35 空閑和掉電模式外部引腳狀態(tài)模 式 程序存儲器 ALE PSENP0 P1 P2 P3空閑模式 內(nèi)部 1 1 數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù)空閑模式 外部 1 1 浮空 數(shù)據(jù) 地址 數(shù)據(jù)掉電模式 內(nèi)部 0 0 數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù)掉電模式 外部 0 0 浮空 數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù)(5) 定時/計數(shù)器在單片機應用系統(tǒng)中，常需要對外部脈沖進行計數(shù)或者每隔特定時間執(zhí)行某一操作，因此定時/計數(shù)器是單片機控制系統(tǒng)重要的外設部件之一，幾乎所有的單片機控制系統(tǒng)均有一個到數(shù)個定時/計數(shù)器。51 系列單片機內(nèi)置了三個 16 位的定時/計數(shù)器，分別稱為T0,T1,T2。 定時/計數(shù)器的核心部件是一個加法（或減法）計數(shù)器，可工作在定時方式或計數(shù)方式，因此稱為定時/計數(shù)器。不過這兩種工作方式?jīng)]有本質(zhì)的區(qū)別，只是計數(shù)脈沖來源不同而已：如果計數(shù)脈沖是頻率相對穩(wěn)定的系統(tǒng)時鐘信號（一般是系統(tǒng)時鐘的分頻信號）時，則稱為定時方式；反之，當計數(shù)脈沖取自 CPU I/O 引腳的外部信號時，稱為計數(shù)方式。單片機內(nèi)定時/計數(shù)器屬于可編程部件，除了加法計數(shù)器（部分單片機芯片采用減法計數(shù)器 ）外，尚有工作方式控制寄存器，一般具有如下特點：1工作方式寄存器。定時/計數(shù)器有多種定時或計數(shù)方式，使用前必須初始化工作方長春工程學院畢業(yè)設計（論文）18式寄存器，設置定時/計數(shù)器的工作方式（定時還是計數(shù)；硬件啟動還是軟件啟動；計數(shù)長度即作為 16 計數(shù)器使用還是 8 位計數(shù)器使用等）2可以從 0 開始計數(shù)，也可以從特定值開始計數(shù)，因此定時/計數(shù)器是一個可讀寫的寄存器，使用前一般需要設置定時/計數(shù)器的初值。3對于每來一個脈沖加 1 的定時/計數(shù)器，當計數(shù)器溢出時，可向 CPU 發(fā)出中斷請求（定時時間到） ，以便 CPU 處理。(6) 寄存器 1通用寄存器 R0～R7，分成四組，共占據(jù) 32 個單元（片內(nèi) RAM），由程序狀態(tài)字 PSW 的第 第 3 位選擇。表 36 RSRS0 對工作寄存器的選擇RSRS0 R0～R7 組號 地址00 1 00H～07H01 2 08H～0FH10 3 10H～17H11 4 18H～1FH2 專用寄存器 SFR（a） 累加器 A（Accumulator）：地址 EOH,運算指令的目標寄存器，存放操作數(shù)和運算結果：也是用于訪問外部存儲器的唯一寄存器。（b） B 寄存器（B Register）：地址 FOH,專用于乘除法指令，存儲數(shù)據(jù)、乘/除數(shù)；亦用作通用寄存器。（c） 程序狀態(tài)字 PSW：又稱為標志寄存器，地址 DOH，可位尋址。定義為：長春工程學院畢業(yè)設計（論文）19Cy: 進位標志：有進/借位時，Cy=。Ac：半進位標志。FO: 用