【文章內(nèi)容簡介】 5C 5B 5A 59 582AH 57 56 55 54 53 52 51 5029H 4F 4E 4D 4C 4B 4A 49 4828H 47 46 45 44 43 42 41 4027H 3F 3E 3D 3C 3B 3A 39 3826H 37 36 35 34 33 32 31 3025H 2F 2E 2D 2C 2B 2A 29 2824H 27 26 25 24 23 22 21 2023H 1F 1E 1D 1C 1B 1A 19 1822H 17 16 15 14 13 12 11 1021H 0F 0E 0D 0C 0B 0A 09 0820H 07 06 05 04 03 02 01 00在工作寄存器區(qū)上面，內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器的地址從 20H～2FH 的 16 個字節(jié)范圍內(nèi)，既可以通過字節(jié)尋址的方式進入，也可以通過位尋址的方式進入，位地址范圍從 00H到 7FH。字節(jié)地址與位地址的對應關系如表 所示。內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器地址從 30H～7FH 部分僅可以用作通用數(shù)據(jù)存儲器。內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器的高 128 字節(jié)被稱為特殊功能寄存器（SFR）區(qū)。特殊功能寄存器被用作 CPU 和在片外圍器件之間的接口，它們之間的聯(lián)系方框圖如圖 所示。程序存儲器M C S 5 1 核特殊功能寄存器并行和串行接口定時 / 計數(shù)器中斷管理監(jiān)視定時器等其 他外圍器件圖 特殊功能寄存器（SFR）工作框圖表 AT89S51 單片機特殊功能存儲器地址映射表F8H FFHF0H B F7HE8H EFHE0H ACC E7HD8H DFHD0H PSW D7HC8H CFHC0H C7HB8H IP BFHB0H P3 B7HA8H IE AFHA0H P2 AUXR1 WDERST A7H98H SCON SBUF 9FH90H P1 97H88H TCON TMOD TL0 TL1 TH0 TH1 AUXR 8FH80H P0 SP DP0L DP0H DP1L DP1H PCON 87HCPU 通過向相應的特殊功能存儲器寫入數(shù)據(jù)實現(xiàn)控制對應的在片外圍器件的工作，從相應的特殊功能存儲器讀出數(shù)據(jù)實現(xiàn)讀取對應的在片外圍器件 [7]的工作結果。在 AT89S51 單片機中，包括前面提到的程序狀態(tài)字寄存器（ PSW）的特殊功能存儲器共有 26 個，它們離散地分布在 80H～FFH 的內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器地址空間范圍內(nèi)，如表 所示。在表 中，對于沒有定義的存儲單元用戶不能使用。如果向這些存儲單元寫入數(shù)據(jù)將產(chǎn)生不確定的效果，從它們讀取數(shù)據(jù)將得到一個隨機數(shù)。對于字節(jié)地址低位為 8H 或者 FH 的特殊功能存儲器，既可以進行字節(jié)操作，也可以進行位操作。例如前面提到的用來確定當前工作寄存器組的程序狀態(tài)字寄存器（PSW） ，它的地址為 D0H，因此對它可以進行字節(jié)操作，也可以進行位操作。采用位操作可以直接控制程序狀態(tài)字寄存器中的第 3 位（RS0）或第 4 位（RS1 ）數(shù)據(jù)而不影響其他位的數(shù)據(jù)。低位地址不為 8H 或 FH 的特殊功能存儲器只可以進行字節(jié)操作，當需要修改這些特殊功能存儲器中的某些位時，對其他的位應注意保護。片外數(shù)據(jù)存儲空間 [8]可以被映射為數(shù)據(jù)存儲器、擴展的輸入/輸出接口、模擬/ 數(shù)字轉換器和數(shù)字/模擬轉換器等。這些外圍器件統(tǒng)一編址。所有外圍器件的地址都占用數(shù)據(jù)存儲空間的地址資源，因此 CPU 與片外外圍器件進行數(shù)據(jù)交換時可以使用與訪問外部數(shù)據(jù)存儲器相同的指令。CPU 通過向相應的外部數(shù)據(jù)存儲器地址單元寫入數(shù)據(jù)實現(xiàn)控制對應的片外外圍器件的工作，從相應的外部數(shù)據(jù)存儲器地址單元讀出數(shù)據(jù)實現(xiàn)讀取對應的片外外圍器件的工作結果。 單片機最小應用系統(tǒng)電路單片機的最小應用系統(tǒng)電路指的是它可以正常工作的最簡單電路組成。AT89S51單片機的最小應用系統(tǒng)電路如圖 所示，該系統(tǒng)中包含 4 個電路部分。 供電電路引腳 VCC（引腳 40）接+5V 電源，引腳 GND（引腳 20）接地線。為提高電路的抗干擾能力，一個 （器件標注為 104）的瓷片電容和一個 10μF 的電解電容通常被接在引腳 VCC 和接地線之間。 程序存儲器選擇電路如前所述，Atmel 公司生產(chǎn)的 8051 兼容芯片具有多種容量的內(nèi)部程序存儲器的型號，因此在使用中不需要再擴展外部程序存儲器，這樣在單片機應用電路中引腳（引腳 31）可以總是接高電平。EAP1.12P0.0(AD0)39P1.23P0.1(AD1)38P1.01VCC40P1.34P0.2(AD2)37P1.45P0.3(AD3)36P1.5(MOSI)6P0.4(AD4)35P1.6(MISO)7P0.5(AD5)34P1.7(SCK)8P0.6(AD6)33RST9P0.7(AD7)32P3.0(RXD)10EA/VPP31P3.1(TXD)11ALE/PROG30P3.2(INT0)12PSEN29P3.3(INT1)13P2.7(A15)28P3.4(T0)14P2.6(A14)27P3.5(T1)15P2.5(A13)26P3.6(WR)16P2.4(A12)25P3.7(RD)17P2.3(A11)24XTAL218P2.2(A10)23XTAL119P2.1(A9)22GND20P2.0(A8)21+ 5 V+C 41 0C 50 . 1C 11 0μ F+R 11 0 k ΩC 2 C 33 0 p F 3 0 p FC R Y1 2 M H zμ F圖 AT89S51 單片機最小應用系統(tǒng)電路 時鐘電路AT89S51 芯片的時鐘頻率可以在 0～33MHz 范圍。單片機內(nèi)部有一個可以構成振蕩器的放大電路。在這個放大電路的對外引腳 XTAL2（引腳 18）和 XTAL1（引腳19）接上晶體和電容就可以構成單片機的時鐘電路。圖 所示的時鐘電路由晶體CRY 和電容 C2 與 C3 組成。單片機的時鐘頻率取決于晶體 CRY 的頻率，如果采用面包板來組裝單片機應用電路，晶體 CRY 的推薦值為 12MHz 以下，電容 C2 與 C3的取值范圍為 30pF～50pF。時鐘電路采用晶體的目的是提高時鐘頻率的穩(wěn)定性。 復位電路對于 AT89S51 芯片，如果引腳 RST（引腳 9）保持 24 個時鐘周期的高電平，單片機就可以完成復位。通常為了保證應用系統(tǒng)可靠地復位，復位電路應使引腳 RST保持 10ms 以上的高電平。只要引腳 RST 保持高電平，單片機就循環(huán)復位。當引腳RST 從高電平變?yōu)榈碗娖綍r，單片機退出復位狀態(tài)，從程序空間的 0000H 地址開始執(zhí)行用戶程序。圖 所示復位電路由 C1 和 R1 組成。當系統(tǒng)加電時，由于 C1 兩端的電壓不能突變，因此引腳 RST 為高電平，單片機進入復位狀態(tài)。隨著 C1 充電，它兩端的電壓上升，使得引腳 RST 上電壓下降，最終使單片機退出復位狀態(tài)。合理地選擇 C1 和R1 的取值，系統(tǒng)就能可靠地復位。C1 的推薦值是 10μF，R1 的推薦值是 10kΩ。完成復位后，單片機不僅從程序空間的 0000H 地址開始執(zhí)行用戶程序，而且還影響一些特殊功能存儲器的初始狀態(tài)。相應的特殊功能存儲器的復位值如表 所示。DPTR 稱為數(shù)據(jù)指針，它由兩個特殊功能寄存器 DP0H 和 DP0L 組成。表 特殊功能存儲器的復位值特殊功能寄存器 復 位 值 特殊功能寄存器 復 位 值PC 0000H TMOD 00HACC 00H TCON 00HB 00H TH0 00HPSW 00H TL0 00HSP 07H TH1 00HDPTR 0000H TL1 00HP0～P3 FFH SCON 00HIP XXX0 0000B SBUF XXXX XXXXBIE 0XX0 0000B PCON 0XXX 0000B注：PC 稱為程序指針，它被用來存儲下一條要執(zhí)行的指令地址，PC 的位置并不在特殊功能存儲器區(qū)域。第 3 章 電子鬧鐘的硬件設計 系統(tǒng)要求本課題設計的電子鬧鐘系統(tǒng)要求為：(1) 能隨意設定走時起始時間；(2) 能設定鬧鈴時間；(3) 能指示秒節(jié)奏，即秒指示；(4) 12 小時/24 小時兩種制式可選；(5) 采用交直流供電電源；(7) 具有走時誤差修正能力；(7) 具有溫度顯示的功能；(8) 停電時單片機由電池供電，計時不會停止。 系統(tǒng)組成該數(shù)字鬧鐘包括以下幾個組成部分：(1) 顯 示 屏 ： 由 6 個 七 段數(shù)碼管組成，用于顯示當前時間(時 分 秒) 或設置的鬧鐘時間；(2) KEY 鍵：用于輸入新的時間或新的鬧鐘時間時，對每位輸入數(shù)字的確認；(3) TIME(時間)鍵：用于確定新的時間設置； (4)鬧鐘鍵：用于確定新的鬧鐘時間設置，或顯示已設置的鬧鐘時間；(5) 揚聲器：在當前時鐘時間與鬧鐘時間相同時，發(fā)出蜂鳴聲。 系統(tǒng)設計 控制器控制器是電子鬧鐘設計的核心部分，按設計要求產(chǎn)生相應的控制邏輯，以控制其他各部分的工作。由程序計數(shù)器、指令寄存器、指令譯碼器、時序產(chǎn)生器和操作控制器組成，它是發(fā)布命令的“決策機構” ，即完成協(xié)調(diào)和指揮整個計算機系統(tǒng)的操作?？刂破髦饕δ苋缦拢簭膬?nèi)存中取出一條指令，并指出下一條指令在內(nèi)存中位置對指令進行譯碼或測試，并產(chǎn)生相應的操作控制信號，以便啟動規(guī)定的動作；指揮并控制 CPU、內(nèi)存和輸入/輸出設備之間數(shù)據(jù)流動的方向。 計數(shù)器計數(shù)器 ALARMCOUNTER 實際上是一個異步復位、異步置位的累加器。在中央處理器 CPU 中，累加器 (ACCUMULATOR) 是一種暫存器，用來儲存計算所產(chǎn)生的中間結果。沒有像累加器這樣的暫存器，那么在每次計算 (加法，乘法，移位等等) 后就必須要把結果寫回到內(nèi)存，也許然后再讀回來。然而存取主內(nèi)存的速度是比從數(shù)學邏輯單元(ALU) 到有直接路徑的累加器存取更慢。計數(shù)器的作用是：通常情況下進行時鐘累加計數(shù)，必要時可以置入新的時鐘值，然后從該值開始新的計數(shù)。 寄存器寄存器 ALARMREG 用于保存用戶設置的鬧鐘時間，是一個異步復位寄存器。寄存器是中央處理器內(nèi)的組成部份，是有限存貯容量的高速存貯部件，它們可用來暫存指令、數(shù)據(jù)和位址。在中央處理器的控制部件中，包含的寄存器有指令寄存器(IR)和程序計數(shù)器(PC)。在中央處理器的算術及邏輯部件中，包含的寄存器有累加器(ACC)。 分頻器分頻器 DIVIDER 將高速的外部時鐘頻率分頻成每一分鐘一次的時鐘頻率，以便進行時鐘計數(shù)。由于石英晶體振蕩器產(chǎn)生的頻率很高，要得到秒脈沖，需要用分頻電路。例如，振蕩器輸出 4MHZ 信號，通過 D 觸發(fā)器（74LS74）進行 4 分頻變成1MHZ，然后送到 10 分頻計數(shù)器（74LS90，該計數(shù)器可以用 8421 碼制，也可以用5421 碼制） ，經(jīng)過 6 次 10 分頻而獲得 1HZ 方波信號作為秒脈沖信號。 顯示電路顯示器 DRIVER 根據(jù)需要顯示當前時間、用戶設置的鬧鐘時間或用戶通過鍵盤輸入的新時間，同時判斷當前時間是否已到了鬧鐘時間，實際上是一個多路選擇比較器。多路選擇器是數(shù)據(jù)選擇器的別稱。在多路數(shù)據(jù)傳送過程中，能夠根據(jù)需要將其中任意一路選出來的電路，叫做數(shù)據(jù)選擇器，也稱多路選擇器或多路開關。 輸入電路鍵盤緩沖器KEYBUFFER 是一個移位寄存器，暫存用戶鍵入的數(shù)字，并且實現(xiàn)用戶鍵入數(shù)字在顯示器上從右到左是依次顯示。寄存器的用途：(1)可將寄存器內(nèi)的數(shù)據(jù)執(zhí)行算術及邏輯運算。(2)存于寄存器內(nèi)的地址可用來指向內(nèi)存的某個位置，即尋址。(3)可以用來讀寫數(shù)據(jù)到電腦的周邊設備。AT89S51有8個8位數(shù)據(jù)寄存器，這些8位寄存器可分別組成16位寄存器： AHamp。AL＝ AX：累加寄存器，常用于運算； BHamp。BL＝ BX：基址寄存器，常用于地址索引； CHamp。CL＝ CX：計數(shù)寄存器，常用