【文章內(nèi)容簡介】 功能。這類單片機(jī)的運(yùn)算速度比標(biāo)準(zhǔn)的單片機(jī)高出 10 倍以上。由于這類單片機(jī)有極高的指令速度，就可以用軟件模擬其 I/O 功能，由此引入了虛擬外設(shè)的新概念。 小容量、低價格化 與上述相反，以 4 位、 8 位機(jī)為中心的小容量、低價格化也是發(fā)展動向之一。這類單片機(jī)的用途是把以往用數(shù)字邏輯集成電路組成的控制電路單片化，可廣泛用于家電產(chǎn)品。 ○ 5 外圍電路內(nèi)裝化 這也是單片機(jī)發(fā)展的主要方向。隨著集成度的不斷提高，有可能把眾多的各種處圍功能器件集成在片內(nèi)。除 了一般必須具有的 CPU、 ROM、RAM、定時器 /計數(shù)器等以外，片內(nèi)集成的部件還有模 /數(shù)轉(zhuǎn)換器、 DMA 控制器、聲音發(fā)生器、監(jiān)視定時器、液晶顯示驅(qū)動器、彩色電視機(jī)和錄像機(jī)用的鎖相電路等。 ○ 6 串行擴(kuò)展技術(shù) 在很長一段時間里，通用型單片機(jī)通過三總線結(jié)構(gòu)擴(kuò)展外圍器件成為單片機(jī)應(yīng)用的主流結(jié)構(gòu)。隨著低價位 OTP（ One Time Programble）及各種類型片內(nèi)程序存儲器的發(fā)展，加之處圍接口不斷進(jìn)入片內(nèi)，推動了單片機(jī)“單片”應(yīng)用結(jié)構(gòu)的發(fā)展。特別是 I C、 SPI 等串行總線的引入， 可以使單片機(jī)的引腳設(shè)計得更少，單片機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更加簡化及規(guī)范化。 ○ 7 隨著半導(dǎo)體集成工藝的不斷發(fā)展，單片機(jī)的集成度將更高、體積將更小、功能將列強(qiáng)。在單片機(jī)家族中， 80C51 系列是其中的佼佼者，加之 Intel 公司將其 MCS – 51 系列中的 80C51 內(nèi)核使用權(quán)以專利互換或出售形式轉(zhuǎn)讓給全世界許多著名 IC 制造廠商，如 Philips、 NEC、 Atmel、 AMD、華邦等，這些公司都在保持與 80C51 單片機(jī)兼容的基礎(chǔ)上改善了 80C51 的許多特性。這樣， 80C51 就變成有眾多制造廠商 支持的、發(fā)展出上百品種的大家族，現(xiàn)統(tǒng)稱為 80C51 系列。 80C51 單片機(jī)已成為單片機(jī)發(fā)展的主流。專家認(rèn)為，雖然世界上的 MCU 品種繁多，功能各異，開發(fā)裝置也互不兼容，但是客觀發(fā)展表明， 80C51 可能最終形成事實上的標(biāo)準(zhǔn) MCU 芯片。 常州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 3 頁，共 31 頁 LCD 發(fā)展?fàn)顩r 液晶顯示器 TFT LCD，全稱為薄膜晶體管液晶顯示器 (Thin Film Transistor Liquid Crystal Displayer)，一般簡稱 LCD(Liquid Crystal Display)。超薄體形、低功耗、低輻射、無閃爍、完 全物理平面、低反光、清晰的字符顯示等等，都是大家非常熟悉的液晶顯示器 LCD 優(yōu)點。最簡單的液體晶體管就是我們常見的小型計算器以及電子手表上面的液晶字符屏幕。他是把有機(jī)液晶原料夾在兩片透明的玻璃或者有機(jī)玻璃中。沒有電流通過的時候，長棒狀的原料晶體分子是無規(guī)則排列的，光線無法隨意透過玻璃，外表看上去就是黑色。通電的時候，液晶原料排列順序隨電流極向改變，光線在規(guī)則排列的晶體分子中可以透過，液晶管由原來的非透明狀態(tài)變成透明狀態(tài)。通過把液晶材料進(jìn)行不同的排列，組成不同的字符形狀，就能通過電流控制其開關(guān)顯示，以顯示出我們 說需要的字符。液晶技術(shù)發(fā)展的早期，由于液晶管的穩(wěn)定性以及生產(chǎn)技術(shù)，還不能大量大規(guī)模的生產(chǎn)，直到了英國的科學(xué)家發(fā)明了用 ”聯(lián)苯 (Biphenyl)”一作為液晶管的原料，這個問題才得以解決。 1970 年，弗格森制造了第一臺能夠工作的 LCD，而在此之前的所謂 LCD都是耗電量大而且對比度極低的昂貴設(shè)備。到了 1971 年，這種新的液晶顯示器開始普遍地為人們接受。當(dāng)然，那時候的 LCD 還是單色產(chǎn)品，但是已經(jīng)不是簡單的字符型液晶屏幕了。 LCD 技術(shù)是把液晶灌入兩片偏振玻璃之間。所謂偏振玻璃，就是光線通過這樣的玻璃之后，就會從球面波 或者高斯球面波，變成只在一個平面上振動的波，稱為偏振光。偏振光只能通過相應(yīng)方向的偏振玻璃，如果偏振玻璃的偏振方向和偏振光線的有一定的夾角，就會減弱偏振光強(qiáng)度，甚至偏振光無法通過。如果大家對這方面有興趣，可以參閱有關(guān)的大學(xué)物理書籍。夾住液晶的兩片偏振玻璃，假設(shè)為 a、 b，他們的偏振方向會設(shè)置為 90 度夾角。光線通過第一片偏振玻璃 a 后，假設(shè)這 X 方向偏振，通過液晶后，液晶通電流之后，在電場極化作用下，呈規(guī)則排列， X 偏振光不會有任何改變，投射到 b 玻璃上。而 b 玻璃的偏振方向為 Y，就是 X+90 度， X 偏振的光線無法通過，在 b 玻璃外面看上去就是黑色了。而如果液晶沒有電場作用，就是沒有通電流，通過無規(guī)則排列的液晶， X 偏振光的偏振方向會發(fā)生改變，旋轉(zhuǎn) 90 度，旋轉(zhuǎn)后 X 偏振光的偏振方向剛好和 b 偏振玻璃的偏振方向一樣，就是 X+90=Y，光線就能通過 b 玻璃了。 課題分析 貪吃蛇游戲設(shè)計主要硬件由單片機(jī)最小系統(tǒng)， LCD， 4X4 矩陣鍵盤，整個的游戲設(shè)計外圍電路比較少，主要核心在于游戲的程序設(shè)計，本設(shè)計的游戲規(guī)則也參照現(xiàn)在手機(jī)流行的貪吃蛇游戲的規(guī)則去設(shè)計，當(dāng)蛇吃到食物時，蛇身就會自動增加一格，食物隨機(jī)出現(xiàn)在屏幕上，當(dāng)蛇碰到墻壁時，游戲結(jié)束。 本設(shè)計需要考慮的問題有以下幾個： 1. 顯示地圖的選擇 2. 保證游戲的流暢性和及時響應(yīng)性 3. 游戲的設(shè)計應(yīng)該接近人性化 電路連接距離應(yīng)盡量短，避免信號線受外界干擾 。 常州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 4 頁，共 31 頁 2 系統(tǒng)主要芯片介紹 AT89S52 芯片 AT89S52 為 ATMEL 所生產(chǎn)的一種低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程 Flsah 存儲器。 AT89S52 主要功能列舉如下： 擁有靈巧的 8 位 CPU 和在系統(tǒng)可編程 Flash 晶片內(nèi)部具時鐘振蕩器（傳統(tǒng)最高工作頻率可至 12MHz） 內(nèi)部程序存儲器（ ROM） 為 8KB 內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器（ RAM）為 256 字節(jié) 32 個可編程 I/O 口線 8 個中斷向量源 三個 16 位定時器 /計數(shù)器 三級加密程序存儲器 全雙工 UART 串行通道 AT89S52 各引腳功能介紹： 圖 AT89S52 引腳 VCC： AT89S52 電源正端輸入，接 +5V。 VSS： 電源地端。 常州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 5 頁，共 31 頁 XTAL1： 單芯片系統(tǒng)時鐘的反相放大器輸入端。 XTAL2： 系統(tǒng)時鐘的反相放大器輸出端，一般在設(shè)計上只要在 XTAL1 和 XTAL2 上接上一只石英振蕩晶體系統(tǒng) 就可以動作了，此外可以在兩引腳與地之間加入一 20PF 的小電容，可以使系統(tǒng)更穩(wěn)定，避免噪聲干擾而死機(jī)。 RESET： AT89S52 的重置引腳，高電平動作，當(dāng)要對晶片重置時，只要對此引腳電平提升至高電平并保持兩個機(jī)器周期以上的時間， AT89S51 便能完成系統(tǒng)重置的各項動作，使得內(nèi)部特殊功能寄存器之內(nèi)容均被設(shè)成已知狀態(tài)，并且至地址 0000H處開始讀入程序代碼而執(zhí)行程序。 EA/Vpp： EA為英文 External Access的縮寫，表示存取外部程序代碼之意，低電平動作，也就是說當(dāng)此引腳接低電平后， 系統(tǒng)會取用外部的程序代碼（存于外部EPROM 中）來執(zhí)行程序。因此在 8031 及 8032 中， EA 引腳必須接低電平，因為其內(nèi)部無程序存儲器空間。如果是使用 8751 內(nèi)部程序空間時，此引腳要接成高電平。此外，在將程序代碼燒錄至 8751 內(nèi)部 EPROM 時，可以利用此引腳來輸入 21V 的燒錄高壓（ Vpp）。 ALE/PROG： ALE 是英文 Address Latch Enable的縮寫，表示地址鎖存器啟用信號。AT89S52 可以利用這支引腳來觸發(fā)外部的 8 位鎖存器（如 74LS373），將端口 0的地址總線（ A0～ A7）鎖 進(jìn)鎖存器中，因為 AT89S52 是以多工的方式送出地址及數(shù)據(jù)。平時在程序執(zhí)行時 ALE 引腳的輸出頻率約是系統(tǒng)工作頻率的 1/6，因此可以用來驅(qū)動其他周邊晶片的時基輸入。此外在燒錄 8751 程序代碼時，此引腳會被當(dāng)成程序規(guī)劃的特殊功能來使用。 PSEN： 此為 Program Store Enable的縮寫，其意為程序儲存啟用，當(dāng) 8051 被設(shè)成為讀取外部程序代碼工作模式時（ EA=0），會送出此信號以便取得程序代碼，通常這支腳是接到 EPROM 的 OE 腳。 AT89S52 可以利用 PSEN 及 RD 引腳分別啟用存在外部的 RAM 與 EPROM，使得數(shù)據(jù)存儲器與程序存儲器可以合并在一起而共用 64K 的定址范圍。 PORT0（ ～ ）： 端口 0 是一個 8 位寬的開路汲極（ Open Drain）雙向輸出入端口，共有 8 個位， 表示位 0， 表示位 1，依此類推。其他三個 I/O 端口（ P P P3）則不具有此電路組態(tài)，而是內(nèi)部有一提升電路， P0 在當(dāng)做 I/O 用時可以推動 8個 LS 的 TTL 負(fù)載。如果當(dāng) EA 引腳為低電平時（即取用外部程序代碼或數(shù)據(jù)存儲器）， P0 就以多工方式提供地址總線（ A0～ A7）及數(shù)據(jù)總線（ D0～ D7）。設(shè)計者必須外加 一鎖存器將端口 0 送出的地址栓鎖住成為 A0～ A7，再配合端口 2所送出的 A8～ A15 合成一完整的 16 位地址總線，而定址到 64K 的外部存儲器空間。 PORT2（ ～ ）： 端口 2 是具有內(nèi)部提升電路的雙向 I/O 端口，每一個引腳可以推動 4 個 LS的 TTL 負(fù)載，若將端口 2 的輸出設(shè)為高電平時，此端口便能當(dāng)成輸入端口來使用。 P2 除了當(dāng)做一般 I/O 端口使用外，若是在 AT89S52 擴(kuò)充外接程序存儲器或常州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 6 頁，共 31 頁 數(shù)據(jù)存儲器時，也提供地址總線的高字節(jié) A8～ A15，這個時候 P2 便不能當(dāng)做 I/O來使用了。 PORT1（ ～ ）： 端口 1 也是具有內(nèi)部提升電路的雙向 I/O 端口，其輸出緩沖器可以推動 4 個LS TTL 負(fù)載，同樣地若將端口 1 的輸出設(shè)為高電平，便是由此端口來輸入數(shù)據(jù)。如果是使用 8052 或是 8032 的話， 又當(dāng)做定時器 2 的外部脈沖輸入腳，而 可以有 T2EX 功能，可以做外部中斷輸入的觸發(fā)腳位。 PORT3（ ～ ）： 端口 3 也具有內(nèi)部提升電路的雙向 I/O 端口，其輸出緩沖器可以推動 4 個TTL 負(fù)載，同時還多工具有其他的額外特殊功能，包括串行通信、外部中斷控制、計時計數(shù)控制及外部數(shù)據(jù)存儲器內(nèi)容的讀取或?qū)懭肟?制等功能。 其引腳分配如下： ： RXD，串行通信輸入。 ： TXD，串行通信輸出。 ： INT0，外部中斷 0 輸入。 ： INT1，外部中斷 1 輸入。 ： T0，計時計數(shù)器 0 輸入。 ： T1，計時計數(shù)器 1 輸入。 ： WR：外部數(shù)據(jù)存儲器的寫入信號。 ： RD，外部數(shù)據(jù)存儲器的讀取信號。 此外， P3 口還接收一些用 于 FALAH 閃存 編程和程序校驗的控制信號。 RST： 復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器工作時， RST 引腳出現(xiàn)兩個機(jī)器周期以上高電平將是單片機(jī)復(fù)位。 ALE/PROG： 當(dāng)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）輸出脈沖用于鎖存地址的低 8 位字節(jié)。一般情況下， ALE仍以時鐘振蕩頻率的 1/6輸出固定的脈沖信號，因此它可對外輸出時鐘或用于定時目的。要注意的是：每當(dāng)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（ PROG）。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，可禁止 ALE 操作。該位置位后，只有一條 MOVX 和 MOVC 指令才能將 ALE 激活。此外，該引腳會被微弱拉高，單片機(jī)執(zhí)行外 部程序時，應(yīng)設(shè)置 ALE 禁止位無效。 PSEN： 程序儲存允許（ PSEN）輸出是外部程序存儲器的讀選通信號，當(dāng) AT89S52 由外部程序存儲器取指令（或數(shù)據(jù)）時，每個機(jī)器周期兩次 PSEN有效，即輸出兩個脈沖，在此期間，當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器，將跳過兩次PSEN 信號。 EA/VPP： 外部訪問允許，欲使 CPU 僅訪問外部程序存儲器（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(fù)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(dāng)然這必須是該器件是使用 12V 編程電壓 Vpp。 XTAL1： 振蕩器反相放大器和內(nèi)部時鐘發(fā)生電路的輸入端。 常州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 7 頁，共 31 頁 XTAL2： 振蕩器反相放大器的輸出端。 3 系統(tǒng)總體設(shè)計 軟件開發(fā)環(huán)境 對于 序的編寫，在 C51 單片機(jī)中，可以用匯編語言編寫程序，也可以用 C語言編寫。匯編語言是一種用文字助記符來表示機(jī)器指令的符號語言 ,是最接近機(jī)器碼的一種語言，其主要優(yōu)點是占用資源少、程序執(zhí)行效率高，但是不同的CPU,其匯編語言可能有所差異 ,所以不易 移植。 C 語言是一種結(jié)構(gòu)化的高級語言，其優(yōu)點是可讀性好 ,移植容易