【文章內(nèi)容簡介】 組 8 位 I/O 口(P0、 PP2 或 P3)，用于對外部數(shù)據(jù)的傳輸。全雙工串行口：8051 內(nèi)置一個全雙工串行通信口，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。中斷系統(tǒng)：8051 具備較完善的中斷功能，有兩個外中斷、兩個定時/計數(shù)器中斷和一個串行中斷，可滿足不同的控制要求，并具有 2 級的優(yōu)先級別選擇。時鐘電路：8051 內(nèi)置最高頻率達(dá) 12MHz 的時鐘電路，用于產(chǎn)生整個單片機運行的脈沖時序，但 8051 單片機需外置振蕩電容。單片機的結(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算機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 MCS51 系列單片機采用的是哈佛結(jié)構(gòu)的形式，而后續(xù)產(chǎn)品 16 位的MCS96 系列單片機則采用普林斯頓結(jié)構(gòu)。下圖是 MCS51 系列單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖 36圖 36 MCS51 結(jié)構(gòu)圖MCS51 的引腳說明：MCS51 系列單片機中的 8038051 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 個引腳中，正電源和地線兩根，外置石英振蕩器的時鐘線兩根，4 組 8 位共 32 個 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：MCS51 的引腳說明：MCS51 系列單片機中的 8038051 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 個引腳中，正電源和地線兩根，外置石英振蕩器的時鐘線兩根，4 組 8 位共 32 個 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：如圖 37圖 37 雙列直插式封裝引腳圖Pin9:RESET/Vpd 復(fù)位信號復(fù)用腳，當(dāng) 8051 通電，時鐘電路開始工作，在RESET 引腳上出現(xiàn) 24 個時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)，8051 的初始態(tài)。8051 的復(fù)位方式可以是自動復(fù)位，也可以是手動復(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，以保證單片機內(nèi)部 RAM 的數(shù)據(jù)不丟失。見下圖 38 為兩種復(fù)位方式和兩種時鐘方式： 圖 38 復(fù)位方式圖與時鐘方式圖Pin30:ALE/ 當(dāng)訪問外部程序器時，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，ALE 端將有一個 1/6 時鐘頻率的正脈沖信號，這個信號可以用于識別單片機是否工作，也可以當(dāng)作一個時鐘向外輸出。更有一個特點，當(dāng)訪問外部程序存儲器，ALE 會跳過一個脈沖。如果單片機是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，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，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，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。在編程時，EA/Vpp 腳還需加上 21V 的編程電壓。 PCB 版的介紹PCB（PrintedCircuitBoard） ，中文名稱為印制電路板，又稱印刷電路板、印刷線路板,簡單的說就是置有集成電路和其他電子組件的薄板，是重要的電子部件，是電子元器件的支撐體，是電子元器件電氣連接的提供者，是低能耗、低污染的，由于它是采用電子印刷術(shù)制作的，故被稱為“印刷”電路板。印制電路板的設(shè)計是以電路原理圖為根據(jù)，實現(xiàn)電路設(shè)計者所需要的功能。印刷電路板的設(shè)計主要指版圖設(shè)計，需要考慮外部連接的布局、內(nèi)部電子元件的優(yōu)化布局、金屬連線和通孔的優(yōu)化布局、電磁保護(hù)、熱耗散等各種因素。優(yōu)秀的版圖設(shè)計可以節(jié)約生產(chǎn)成本，達(dá)到良好的電路性能和散熱性能。簡單的版圖設(shè)計可以用手工實現(xiàn)，復(fù)雜的版圖設(shè)計需要借助計算機輔助設(shè)計（CAD）實現(xiàn)。根據(jù)電路層數(shù)分類：分為單面板、雙面板和多層板。常見的多層板一般為 4層板或 6 層板，復(fù)雜的多層板可達(dá)十幾層。PCB 板有以下三種主要的劃分類型：單面板（SingleSided Boards） 在最基本的 PCB 上，零件集中在其中一面，導(dǎo)線則集中在另一面上。因為導(dǎo)線只出現(xiàn)在其中一面，所以這種 PCB 叫作單面板（Singlesided） 。因為單面板在設(shè)計線路上有許多嚴(yán)格的限制（因為只有一面，布線間不能交叉而必須繞獨自的路徑） ，所以只有早期的電路才使用這類的板子。雙面板（DoubleSided Boards） 這種電路板的兩面都有布線，不過要用上兩面的導(dǎo)線，必須要在兩面間有適當(dāng)?shù)碾娐愤B接才行。這種電路間的“橋梁”叫做導(dǎo)孔（via） 。導(dǎo)孔是在 PCB 上，充滿或涂上金屬的小洞，它可以與兩面的導(dǎo)線相連接。因為雙面板的面積比單面板大了一倍，而且因為布線可以互相交錯（可以繞到另一面） ，它更適合用在比單面板更復(fù)雜的電路上。多層板（MultiLayer Boards） 為了增加可以布線的面積，多層板用上了更多單或雙面的布線板。用一塊雙面作內(nèi)層、二塊單面作外層或二塊雙面作內(nèi)層、二塊單面作外層的印刷線路板，通過定位系統(tǒng)及絕緣粘結(jié)材料交替在一起且導(dǎo)電圖形按設(shè)計要求進(jìn)行互連的印刷線路板就成為四層、六層印刷電路板了，也稱為多層印刷線路板。板子的層數(shù)就代表了有幾層獨立的布線層，通常層數(shù)都是偶數(shù)，并且包含最外側(cè)的兩層。大部分的主機板都是 4 到 8 層的結(jié)構(gòu)，不過技術(shù)上理可以做到近 100 層的 PCB 板。不過因為這類計算機已經(jīng)可以用許多普通計算機的集群代替，超多層板已經(jīng)漸漸不被使用了。因為 PCB 中的各層都緊密的結(jié)合，一般不太容易看出實際數(shù)目，不過如果仔細(xì)觀察主機板，還是可以看出來。 數(shù)碼管的介紹在本任務(wù)中用 3 位數(shù)碼管顯示當(dāng)前數(shù)值的百，十，個，由于數(shù)碼管個數(shù)多，如采用靜態(tài)顯示方式，則占用單片機的 I/O 口線太多，如果用定時器/計數(shù)器的串行移位寄存器工作方式及外接串入并出移位寄存器 74LS164 的方式，則電路復(fù)雜。所以，在數(shù)碼管個數(shù)較多時，常采用動態(tài)顯示方式。3 位數(shù)碼管的相同段并聯(lián)在一起，由一個 6 位 I/O（P1 口）輸出字形碼控制顯示某一字形，每個數(shù)碼管的公共端由另外一個 I/O 口（P0 口)輸出的字位碼控制，即數(shù)碼管顯示的字形是由單片機 I/O 口輸出的字形碼確定，而哪個數(shù)碼管點亮是由單片機 I/O 口輸出的字位碼確定的。3 個數(shù)碼管分時輪流循環(huán)點亮，在同一時刻只有 1 個數(shù)碼管點亮，但由于數(shù)碼管具有余輝特性及人眼具有視覺暫留特性，所以適當(dāng)?shù)剡x取循環(huán)掃描頻率，看上去所有數(shù)碼管是同時點亮的，察覺不出閃爍現(xiàn)象。動態(tài)顯示方式所接數(shù)碼管不能太多，否則會因每個數(shù)碼管所分配的實際導(dǎo)通時間太少，使得數(shù)碼管的亮度不足。在本任務(wù)中，為了簡便，字形碼和字位碼都沒由加驅(qū)動電路，在實際應(yīng)用中應(yīng)加驅(qū)動電路。數(shù)碼管有共陰極和共陽極兩種，對于共陽數(shù)碼管，字形驅(qū)動輸出 0 有效，字位驅(qū)動輸出 1 有效；而對于共陰數(shù)碼管則相反，即：字形驅(qū)動輸出 1 有效，字位驅(qū)動輸出 0 有效顯示器普遍地用于直觀地顯示數(shù)字系統(tǒng)的運行狀態(tài)和工作數(shù)據(jù)，按照材料及產(chǎn)品工藝，單片機應(yīng)用系統(tǒng)中常用的顯示器有： 發(fā)光二極管 LED 顯示器、液晶LCD 顯示器、CRT 顯示器等。LED 顯示器是現(xiàn)在最常用的顯示器之一， 發(fā)光二極管（LED）由特殊的半導(dǎo)體材料砷化鎵、磷砷化鎵等制成，可以單獨使用，也可以組裝成分段式或點陣式 LED 顯示器件（半導(dǎo)體顯示器） 。分段式顯示器（LED 數(shù)碼管）由 7 條線段圍成 8 字型，每一段包含一個發(fā)光二極管。外加正向電壓時二極管導(dǎo)通，發(fā)出清晰的光。只要按規(guī)律控制各發(fā)光段亮、滅，就可以顯示各種字形或符號。LED 數(shù)碼管有共陽、共陰之分。圖是共陽式、共陰式 LED 數(shù)碼管的原理圖和符號。圖 39 共陽式、共陰式 LED 數(shù)碼管的原理圖和數(shù)碼管的符號圖顯示電路顯示模塊需要實時顯示當(dāng)前的時間,即時、分、秒，因此需要 6 個數(shù)碼管，另需兩個數(shù)碼管來顯示橫。采用動態(tài)顯示方式顯示時間，硬件連接如下圖所示，時的十位和個位分別顯示在第一個和第二個數(shù)碼管，分的十位和個位分別顯示在第四個和第五個數(shù)碼管，秒的十位和個位分別顯示在第七個和第八個數(shù)碼管，其余數(shù)碼管顯示橫線。LED 顯示器的顯示控制方式按驅(qū)動方式可分成靜態(tài)顯示方式和動態(tài)顯示方式兩種。對于多位 LED