【文章內(nèi)容簡介】 電源引腳電源引腳接入單片機的工作電源。（1） Vcc（40引腳）：供電電壓，接+5V。（2） Vss（20引腳）：接地。2. 時鐘引腳2個時鐘引腳XTALXTAL2外接晶體與片內(nèi)的反相放大器構(gòu)成了1個振蕩器，它為單片機提供了時鐘控制信號。2個時鐘引腳也可以外接獨立的晶體振蕩器。（1） XTAL1（19引腳）：接外部晶體的1個引腳。該引腳內(nèi)部是1個反相放大器的輸入端。這個反相放大器構(gòu)成了片內(nèi)振蕩器。如果采用外接晶體振蕩器時，此引腳應(yīng)接地。（2） XTAL2（18引腳）：外接晶體的另一端，在該引腳內(nèi)部接至內(nèi)部方向放大器的輸出端。3. 控制引腳此類引腳提供控制引腳，有的引腳還具有復(fù)用功能。（1） RST/Vpd（9引腳）：RST（RESET）是復(fù)位信號輸入端，高電平有效。Vpd是本引腳的第二功能，即備用電源的輸入端。PROG （2） ALE/PROG (30引腳) ：ALE引腳輸出為地址鎖存允許信號，當(dāng)單片機上電正常工作后，此引腳不斷輸出正脈沖信號。為本引腳的第二功能，在對片內(nèi)單片機（EPROM型）編程寫入時，此引腳作為編程脈沖輸入端。PROG（3） （29引腳）：程序存儲器允許輸出控制端。EA/VppEA（4）（31引腳）：功能為內(nèi)外程序存儲器選擇控制端。Vpp為本引腳的第二功能。對于89C51而言，加在Vpp引腳的編程電源電壓為+12V或+5V。4. I/O口引腳（1） P0口：雙向8位三態(tài)I/O口，此口為地址總線（低8位）及數(shù)據(jù)總線分時復(fù)用口，可驅(qū)動8個LS型TTL負(fù)載。（2） P1口：8位準(zhǔn)雙向I/O口，可驅(qū)動4個TTL負(fù)載。（3） P2口：8位準(zhǔn)雙向I/O口，與地址總線（高8位）復(fù)用，可驅(qū)動4個LS型TTL負(fù)載。（4） P3口：8位準(zhǔn)雙向I/O口，雙功能復(fù)用口，可驅(qū)動4個LS型TTL負(fù)載。 AT89C51的CPU1. 運算器運算器主要用來對操作數(shù)進行算術(shù)、邏輯運算和位操作。主要包括算術(shù)邏輯運算單元ALU、累加器A、位處理器、程序狀態(tài)字寄存器PSW以及BCD碼修正電路等。2. 控制器 控制器是單片機的指揮控制部件，控制器的主要任務(wù)是識別指令，并根據(jù)指令的性質(zhì)控制單片機各功能部件，從而保證單片機各部分能自動而協(xié)調(diào)地工作?？刂破髦饕ǔ绦蛴嫈?shù)器、程序地址寄存器、指令寄存器IR、指令譯碼器、條件轉(zhuǎn)移邏輯電路及時序控制邏輯電路。 AT89C51的存儲器和并行I/O端口 MCS51單片機采用的是哈佛結(jié)構(gòu)，即程序存儲器空間和數(shù)據(jù)存儲器空間是各自獨立的。這種結(jié)構(gòu)對于單片機“面向控制”的實際應(yīng)用極為方便。它的存儲空間可劃分為5類：程序存儲器、內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器、特殊功能存儲器、位地址空間和外部數(shù)據(jù)寄存器。 AT89C51共有4個雙向的8位并行I/O端口，分別記作P0~P3，共有32根口線，端口的每一位均由鎖存器、輸出驅(qū)動器和輸入緩沖器所組成。P0~P3的端口寄存器屬于特殊功能寄存器，這4個端口除了按字節(jié)尋址之外，還可按位尋找。由于它們在結(jié)構(gòu)上有一些差異，故各端口的性質(zhì)和功能會有一些差異。 AT89C51振蕩器特性和芯片擦除特性 1. 振蕩器特性：XTAL1和XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時鐘源驅(qū)動器件，XTAL2應(yīng)不接。有余輸入至內(nèi)部時鐘信號要通過一個二分頻觸發(fā)器，因此對外部時鐘信號的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。2. 芯片擦除：整個PEROM陣列和三個鎖定位的電擦除可通過正確的控制信號組合，并保持ALE管腳處于低電平10ms 來完成。在芯片擦操作中，代碼陣列全被寫“1”且在任何非空存儲字節(jié)被重復(fù)編程以前，該操作必須被執(zhí)行。此外，AT89C51設(shè)有穩(wěn)態(tài)邏輯，可以在低到零頻率的條件下靜態(tài)邏輯，支持兩種軟件可選的掉電模式。在閑置模式下，CPU停止工作。但RAM，定時器，計數(shù)器，串口和中斷系統(tǒng)仍在工作。在掉電模式下，保存RAM的內(nèi)容并且凍結(jié)振蕩器，禁止所用其他芯片功能，直到下一個硬件復(fù)位為止。 AT89C51與AT89S51的區(qū)別及優(yōu)點AT89S51 是一個低功耗，高性能CMOS 8位單片機，片內(nèi)含8K Bytes ISP(InSystem Programmable)的可反復(fù)擦寫1000次的Flash只讀程序存儲器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)制造，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS51指令系統(tǒng)及80C51引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用8位中央處理器和ISP Flash存儲單元，功能強大的微型計算機的AT89S51可為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)供給高性價比的解決方案。AT89S51具有如下特點：40個引腳，8K Bytes Flash片內(nèi)程序存儲器，128 Bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM），32個外部雙向輸入/輸出（I/O）口，5個中斷優(yōu)先級2層中斷嵌套中斷，2個16位可編程定時計數(shù)器,2個全雙工串行通信口，看門狗（WDT）電路，片內(nèi)時鐘振蕩器。此外，AT89S52設(shè)計和配置了振蕩頻率可為0Hz并可通過軟件設(shè)置省電模式?？臻e模式下，CPU暫停工作，而RAM定時計數(shù)器、串行口、外中斷系統(tǒng)可繼續(xù)工作，掉電模式凍結(jié)振蕩器而保存RAM的數(shù)據(jù)，停止芯片其它功能直至外中斷激活或硬件復(fù)位。同時該芯片還具有PDIP、TQFP和PLCC等三種封裝形式，以適應(yīng)不一樣產(chǎn)品的需求。AT89S51與AT89C51相比，外型引腳完全相同，AT89C51的HEX程序無須任何轉(zhuǎn)換可直接在AT89S51運行，結(jié)果一樣。AT89S51比AT89C51還新增了一些功能，支持在線編程和看門狗是其中主要特點。它們之間主要區(qū)別在于以下幾點：1. 引腳功能：管腳幾乎相同,變化的有,、即這3個引腳的第二功能組成了串行ISP編程的接口。2. 編程功能：AT89C51僅支持并行編程，而AT89S51不但支持并行編程還支持ISP再線編程。在編程電壓方面,AT89C51的編程電壓除正常工作的5V外，另Vpp需要12V,而AT89S51僅僅需要45V即可。3. 燒寫次數(shù)更高：AT89S51標(biāo)稱燒寫次數(shù)是1000次，實為100010000次，這樣更有利開始學(xué)習(xí)者反復(fù)燒寫，降低學(xué)習(xí)成本。4. 工作頻率更高：AT89C51極限工作頻率是24MHZ，而AT89S51最高工作頻率是33MHz，(AT89S51芯片有兩中型號，支持最高工作頻率分別為24MHz和33MHz)從而具有更快的計算速度。5. 電源范圍更寬：AT89S51工作電壓范圍，達4~。：AT89S51內(nèi)部集成看門狗計時器(Watchdog Timer)，而AT89C51需外接看門狗計時器電路，或者用單片機內(nèi)部定時器構(gòu)成軟件看門狗來實現(xiàn)軟件抗干擾。雖然現(xiàn)在AT89S51因為它的優(yōu)點正得到大力推廣使用，但是AT89C51具有指令簡單，易學(xué)易懂，外圍電路簡單，硬件設(shè)計方便，I/O口操作簡單，無方向寄存器，資源豐富的優(yōu)點，一般的設(shè)計足夠用在簡單控制系統(tǒng)中。并且它的價格便宜、容易購買，網(wǎng)上或者書面資料豐富容易查到，程序燒寫的過程也比較簡單。所以選用AT89C51作為論文的單片機芯片[5][6]。 外擴電路論文選用的E2PROM芯片是2864A。 2864A芯片2864A引腳圖如圖所示。圖32 2864A E2PROM引腳圖2864A的主要性能如下表31所示[7]。表31 2864A主要性能參數(shù)參數(shù)值讀取時間/ns250讀操作電壓/V5寫/擦操作電壓/V5字節(jié)擦除時間/ms10寫入時間/ms10容量/B8K8封裝DIP28兼容6264A2864A的工作方式見下表32所示。表32 2864A的工作方式CEOEWE 輸入/輸出 引腳號（20）（22）（27）（11~13,15~19）待機VIH任意任意高阻讀VILVILVIHDOUT寫VILVIH負(fù)脈沖DINDATA查詢VILVILVINDOUT由上表32可知，2864A的工作方式有4種：1. 維持方式當(dāng)為高電平時，2864A進入低耗維持方式。此時，輸出線呈高阻態(tài)，芯片的電流從140mA降至維持電流60mA。2. 讀方式當(dāng)和均為低電平而為高電平時，內(nèi)部的數(shù)據(jù)緩沖器被打開，數(shù)據(jù)送上總線，此時，可進行讀操作。3. 寫方式2864A提供了兩種數(shù)據(jù)方式：頁寫入和字節(jié)寫入。（1） 頁寫入：2864A片內(nèi)設(shè)置了16字節(jié)的“頁緩沖器”，并將整個存儲器陣列劃分成512頁，每頁16個字節(jié)。頁的區(qū)分可由地址的高9位來確定，地址線的低4位用以選擇頁緩沖器中的16個地址單元之一。寫方式時，為低電平，在下降沿，地址碼A0～A12被片內(nèi)鎖存器鎖存，在上升時數(shù)據(jù)被鎖存。片內(nèi)還有一個字節(jié)裝載限時定時器，只要時間未到，數(shù)據(jù)可以隨機地寫入頁緩沖器。在連續(xù)向頁緩沖器寫入數(shù)據(jù)的過程中，不用擔(dān)心限時定時器會益處，因為每當(dāng)下降沿時，限時定時器自動被復(fù)位并重新啟動計時。（2） 字節(jié)寫入：字節(jié)寫入的過程與頁寫入的過程類似，不同之處是僅寫入一個字節(jié)，限時定時器就溢出。4. 數(shù)據(jù)查詢方式數(shù)據(jù)查詢是指用軟件來檢測寫操作中的頁存儲周期是否完成。在頁存儲期間，如對2864A執(zhí)行讀操作，那么讀出的是最后寫入的字節(jié)，若芯片的轉(zhuǎn)儲工作未完成，則讀出數(shù)據(jù)的最高位是原來寫入字節(jié)最高位的反碼。據(jù)此，CPU可判斷 的編程是否結(jié)束。如果讀出的數(shù)據(jù)與寫入的數(shù)據(jù)相同，表示芯片已完成編程，CPU可繼續(xù)向2864A裝載下一頁數(shù)據(jù)。 74LS373芯片2864A與單片機接口時，=0才能選中2864A，這種線選法決定了2864A對應(yīng)多組地址空間，即：0000H～1FFFFH，2000H～3FFFH，4000H～5FFFH，6000H～7FFFH。這8K字節(jié)存儲器可作為數(shù)據(jù)存儲器使用，但掉電后數(shù)據(jù)不丟失。2864A與AT89C51接口電路如圖：單片機由于受引腳數(shù)的限制，數(shù)據(jù)線和地址線是復(fù)用的，由P0口兼用。為了將它們分離出來，以便同單片機片外的擴展芯片正確的連接，需要在單片機外部增加地址鎖存器。論文中使用74LS373。 74LS373是帶有三態(tài)門的八D鎖存器。芯片引腳圖如下圖33所示。圖33 74LS373引腳圖當(dāng)使能信號線OE為低電平時，三態(tài)門處于導(dǎo)通狀態(tài)，允許1Q8Q輸出到OUT1OUT8；當(dāng)OE端為高電平時，輸出三態(tài)門斷開，輸出線OUT1OUT8處于浮空狀態(tài)。G是數(shù)據(jù)輸入鎖存選通信號，當(dāng)74LS373用作地址鎖存器時，首先應(yīng)使三態(tài)門的使能信號OE為低電平，這時，當(dāng)G端輸入端為高電平時，鎖存器輸出（1Q8Q）狀態(tài)和輸入端（1D8D）狀態(tài)相同；當(dāng)G端從高電平返回到低電平（下降沿）時，輸入端（1D8D）的數(shù)據(jù)鎖入1Q8Q的八位鎖存器中。當(dāng)用74LS373作為地址鎖存器時，它們的G端可直接與單片機的鎖存控制信號端ALE相連，在ALE下降沿進行地址鎖存。引腳說明如下：D0～D7：鎖存器8位數(shù)據(jù)輸入線Q0～Q7：鎖存器8位數(shù)據(jù)輸出線。GND：接地引腳。Vcc：電源引腳，＋5V有效。OE ：片選信號引腳G：鎖存控制信號輸入引腳。綜上所述，存儲器外擴電路連線圖如下圖34所示。圖34 存儲器外擴電路 LED電路LED顯示電路采用74LS377驅(qū)動器和MC14511B譯碼器來控制LED數(shù)碼管。 74LS37774LS377是一種八D邊沿觸發(fā)器。當(dāng)允許控制端EN為低電平，在時鐘端CP脈沖上升沿作用下，輸出端Q與數(shù)據(jù)段D相一致。當(dāng)CP為高電平或低電平，D對Q沒影響。其引出端符號如下：EN：允許控制端（低電平有效）；CP：時鐘輸入端（上升沿有效）；1D~8D：數(shù)據(jù)輸入端；1Q~8Q：輸出端。74LS377的主要電特性的典型值如下表33所示：表33 74LS377的電特性型號fmPDCT74LS37740MHz80mW74LS377的極限值見下表所示：表34 74LS377的極限值條件極限值電源電壓7V輸入電壓7V工作環(huán)境溫度0~70℃貯存環(huán)境65~150℃74LS377功能表如下表所示：表35 74LS377的功能表輸入輸出ENCPDQHXXQ0L↑HHL↑LLXLXQ0各字符所表示的意義如下所示：H：高電平；L：低電平；↑：低到高電平跳變；X：任意；Q0：規(guī)定的穩(wěn)態(tài)輸入條件建立前Q的電平[8]。74LS377的引腳圖如下圖35所示。圖35 74LS377引腳圖 MC14511B譯碼器該器件包含保護電路，以保護輸入以免受到損害。它內(nèi)部具有一個高阻抗電路，用來避免電壓值超過額定最大電壓。MC14511B是 BCD七段鎖存器/解碼器/驅(qū)動器，它擁有具有互補MOS（CMOS）增強模式結(jié)構(gòu)以及具有一個NPN雙極型的輸出驅(qū)動器。它還提供了1個4Bit的存儲單元。應(yīng)用范圍包括儀器（例如，計數(shù)器，DVM等）顯示；用以驅(qū)動程序，如計算機/計算器顯示驅(qū)動器，座艙顯示驅(qū)動器；充當(dāng)各種時鐘信號和定時器的用途[8]。 它的引腳圖如下所示。圖36 MC14511B引腳圖MC14511B的真值表如下表36所示[9]。表36 MC14511B的真值表輸入輸出LEBILTDCBAabcdefg顯示01111118010000