【文章內(nèi)容簡介】 內(nèi)部 RAM 2 個(gè)外部中斷源 低功耗空閑和省電模式 中斷喚醒省電模式 3 級加密位 看門狗（ WDT）電路 軟件設(shè)置空閑和省電功能 靈活的 ISP 字節(jié)和分 頁編程 雙數(shù)據(jù)寄存器指針 5 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/O 口，也即地址 /數(shù)據(jù)總線復(fù)用口。作為輸出口用時(shí)，每位能驅(qū)動(dòng) 8 個(gè) 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(chǔ)器或程序存儲(chǔ)器時(shí)，這組口線同時(shí)轉(zhuǎn)換成地址（低 8 位）和數(shù)據(jù)總線復(fù)用，在訪問期間激活內(nèi)部上拉電阻。在 Flash 編程時(shí)， P0 口接收指令字節(jié)，而在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)，校驗(yàn)時(shí)，要求外接上拉電阻。 P1 口： P1 是一個(gè)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(dòng)（吸收或輸出電流） 4 個(gè) TTL 邏輯門電路。對端口寫 “1”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口。作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流。 Flash 編程和程序校驗(yàn)期間， P1 接收低 8 位地址。 表 22 P1 端口引腳的第二功能 端口引腳 第二功能 MOSI（用于 ISP 編程） MISO（用于 ISP 編程） SCK (用于 ISP 編程 ) P2 口： P2 是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 的輸出緩沖可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電 流） 4 個(gè) TTL 邏輯門電路 [8]。對端口寫 “1”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口，作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流。 在訪問外部程序存儲(chǔ)器或 16 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（例如執(zhí)行MOVX @DPTR 指令）時(shí)， 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(chǔ)器（如執(zhí)行 MOVX @Ri 指令）時(shí)， P2 口線上的內(nèi)容（也即特殊功能寄存器（ SFR）區(qū)中 P2 寄存器的內(nèi)容），在整個(gè)訪問期間不改變。Flash 編程或校驗(yàn)時(shí)， 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(dòng)（吸收或輸出電流） 4 個(gè) TTL 邏輯門電路。對 P3 口寫入 “1”時(shí)，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(shí)，被外部拉低的 P3 口將用作上拉電阻輸出電流。 P3 口除了作為一般的 I/O 口線外，更重要的用途是它的第二功能，如表 23 所示。 6 表 23 P3 端口引腳的第二功能 端口引腳 第二功能 RXD（串行輸入口） TXD（串行輸出口） /INT0（外中斷 0） /INT1（外中斷 1） T0 (定時(shí)／計(jì)數(shù)器 0) T1 (定時(shí)／計(jì)數(shù)器 1) /WR (外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通 ) /RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通） RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器工作時(shí)， RST 引腳出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期以上高電平將使單片機(jī)復(fù)位。 WDT 溢出將使該引腳輸出高電平，設(shè)置 SFR AUXR的 DISRTO 位（地址 8EH）可打開或關(guān)閉該功能。 DISRTO 位缺省為RESET 輸出高電平打開狀態(tài)。 ALE/ （ /PROG）：當(dāng)訪問外部程序存儲(chǔ)器或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)， ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低 8 位字節(jié)。即使不訪問外部存儲(chǔ)器， ALE 仍以時(shí)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(shí)鐘或用于定時(shí)目的。要注意的是：每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)將跳過一個(gè) ALE 脈沖。對 Flash 存儲(chǔ)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 ALE 才會(huì)被激活。此外，該引腳會(huì)被拉高，單片機(jī)執(zhí)行外部程序時(shí)，應(yīng)設(shè)置 ALE 無效。 /PSEN：程序存儲(chǔ)允許（ /PSEN）輸出是外部程序 存儲(chǔ)器的讀選通信號，當(dāng) AT89S51 由外部程序存儲(chǔ)器取指令（或數(shù)據(jù)）時(shí)，每個(gè)機(jī)器周期兩次 PSEN 有效，即輸出兩個(gè)脈沖。當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，沒有兩次有效的/PSEN 信號。 EA/VPP：外部訪問允許。欲使 CPU 僅訪問外部程序存儲(chǔ)器（地址為0000H—FFFFH）， 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(shí)內(nèi)部會(huì)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(chǔ)器中的指令。 Flash 存儲(chǔ)器編程時(shí)，該引腳加上 +12V 的編程電壓 Vpp。 XTAL1：振蕩器反相放 大器及內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端。 XTAL2：振蕩器反相放大器的輸出端。 7 單片機(jī)最小系統(tǒng) 單片機(jī)最小系統(tǒng)統(tǒng)包括 AT89S51 核心控制元件 ，復(fù)位電路，振蕩電路。 硬件電路如 圖 21 所示 。 圖 21 單片機(jī)最小系統(tǒng) 電路 AT89S51 單片機(jī)的復(fù)位是靠外部電路實(shí)現(xiàn)的。 AT89S51 單片機(jī)工作之后，只要在它的 RST 引 腳 上加載 10ms 以上的高電平，單片機(jī)就能有效地復(fù)位。 AT89S51 單片機(jī)通常采用上電自動(dòng)復(fù)位和按鍵復(fù)位兩種方式。 上電瞬間， RC 電路充電， RST 引線出現(xiàn)正脈沖，只要 RST 保持 10ms以上的高電 平，就能使單片機(jī)有效的復(fù)位 [9]。在應(yīng)用系統(tǒng)中，有些外圍芯片也需要復(fù)位。如果這些芯片復(fù)位端的復(fù)位電平與單片機(jī)的復(fù)位電平的要求一致，則可以將復(fù)位信號與之相連。 并接二極管的優(yōu)點(diǎn)在于降低復(fù)位引腳的對地阻抗 ， 可以顯著增強(qiáng)單片機(jī)復(fù)位電路的抗干擾能力 。 二級管可以實(shí)現(xiàn)快速 8 釋放電容電量的功能 ， 滿足短時(shí)間復(fù)位的要求 。 AT89S51 單片機(jī)內(nèi)部的振蕩電路是一個(gè)增益反相放大器，引線 XTAL1和 XTAL2 分別為反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入和來自反向振蕩器的輸出，該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。單片 機(jī)內(nèi)部雖然有振蕩電路，但要形成時(shí)鐘，外部還需要附加電路。石英晶體振蕩和陶瓷振蕩均可采用。輸入至內(nèi)部時(shí)鐘信號要通過一個(gè)二分頻觸發(fā)器，因此對外部時(shí)鐘信號的脈寬無任何要求 [10]，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。 AT89S51 單片機(jī)的時(shí)鐘產(chǎn)生方式有兩種，分別為：內(nèi)部時(shí)鐘方式和外部時(shí)鐘方式。利用其內(nèi)部的振蕩電路 XTAL1 和 XTAL2 引線上外接定時(shí)元件，內(nèi)部振蕩電路便產(chǎn)生自激振蕩，用示波器可以觀察到 XTAL2 輸出的時(shí)鐘信號。在 MCS51 單片機(jī)一般常用內(nèi)部時(shí)鐘方式，也就是在 XTAL1 和XTAL2 之間連接晶體振蕩器 與電容構(gòu)成穩(wěn)定的自激振蕩器，晶體和電容決定了單片機(jī)的工作時(shí)間精度為 1 微秒。晶體可在 之間選擇。AT89S51 單片機(jī)在通常應(yīng)用情況下，使用振蕩頻率為 6MHZ 的石英晶體，而 12MHZ 頻率的晶體主要是在高速串行通信情況下才使用，在這里我用的是 12MHZ 石英晶體。對電容無嚴(yán)格要求，但它的取值對振蕩頻率輸出的穩(wěn)定性、大小及振蕩電路起振蕩速度有一點(diǎn)影響。 C3 和 C4 可在 20100PF 之間取值，一般情況取 30PF。外部時(shí)鐘方式是把外部振蕩信號源直接接入XTAL1 或 XTAL2。由于 XTAL2 邏輯電平不是 TTL 的，所以還要接一個(gè)上拉電阻。 LCD顯示模塊 電路設(shè)計(jì) 本次設(shè)計(jì) 顯示電路采用了 1 個(gè) LCD1062 液晶顯示 器 ， 用于顯示樓梯層數(shù) 、 日期 、 時(shí)間 。 第一行顯示日期和樓層，第二行顯示時(shí)間。 由于液晶顯示器每一個(gè)點(diǎn)在收到信號后就一直保持那種色彩和亮度，恒定發(fā)光而不像陰極射線管顯示器（ CRT）那樣需要不斷刷新亮點(diǎn)，因此，液晶顯示器畫質(zhì)高而且不會(huì)閃爍。即顯示質(zhì)量高。再有，液晶顯示器都是數(shù)字式的比單片機(jī)系統(tǒng)的接口更簡單，操作也更方便。 液晶顯示字符較為復(fù)雜，一個(gè)字符由 6*8 或 8*8 這樣的點(diǎn)陣組成，要正確顯示，必須要找到和屏上某 幾個(gè)位置對應(yīng)顯示 RAM 區(qū)的 8 個(gè)字節(jié)。并 9 且要使每個(gè)字節(jié)的不同的位為 “1”，其他的位為 “0”。為 “1”的點(diǎn)亮，為 “0”的點(diǎn)暗，通過明暗的變化顯示某個(gè)字符。這就是點(diǎn)陣字符液晶顯示器的工作原理。 1602 液晶顯示器采用標(biāo)準(zhǔn)的 16 腳接口，接口功能說明 [11]: 第 1 腳： VSS 為地電源。 第 2 腳： VDD 接 5V 正電源。 第 3 腳： VO 為液晶顯示器對比調(diào)整端， 接正電源時(shí)對比度最弱，接地電源時(shí)對比度最高，對比度過高時(shí)會(huì)產(chǎn)生 “鬼影 ”，使用時(shí)可以通過一個(gè) 10K的電位器調(diào)整對比度。 第 4 腳 ： RS 選擇寄存器， 高電平 為 數(shù)據(jù)寄存器 及 低電平 指令寄存 器。 第 5 腳 ： RW 為讀寫信號線，高電平時(shí) 進(jìn)行讀操作，低電平時(shí)進(jìn)行寫操作 當(dāng) RS 和 RW 共同為低電平時(shí)可以寫入指令或者顯示地址，當(dāng) RS 為低電平 RW 為高電平時(shí)可以讀忙信號，當(dāng) RS 為高電平 RW 為低電平時(shí)可以寫入數(shù)據(jù)。 第 6 腳 ： E 端為使能端， E 端由高電平變成低電平時(shí)模塊執(zhí)行 命令。 第 7～ 14 腳： D0～ D7 為 8 位雙向數(shù)據(jù)線。 第 15～ 16 腳：空腳。 除此之外液晶顯示模塊是一個(gè)慢顯示器件 [12]，所以在執(zhí)行每條指令之一定要確認(rèn)模塊的忙標(biāo)志為低電平，表示不忙，否則當(dāng)輸入指令后失效。要顯示字符時(shí)要先輸入顯示字符地址 ，也就是告訴模塊在哪里顯示字符 。 在 1602 液晶模塊內(nèi)部的控制器共有 11 條控制指令，它的讀寫操作、屏幕和光標(biāo)的操作都是通過指令編程來實(shí)現(xiàn)的（ 1 為高電平、 0 為低電平）。 指令 1：清顯示，指令碼 01H，光標(biāo)復(fù)位到地址 00H 位置。 指令 2：光標(biāo)復(fù)位，光標(biāo)返回到地址 00H。 指令 3：光標(biāo)和顯示模式設(shè)置 I/D 光標(biāo)移動(dòng)方向，高電平右移，低電平左移 。 S 屏幕上所有文字是否左移或者右移。高電平表示有效，低電平則無效。 指令 4：顯示開關(guān)控制。 D 控制整體顯示的開與關(guān)，高電平表示開顯示低電平表示關(guān)顯示 。 C 控制光標(biāo)的開與關(guān)，高電 平表示有光標(biāo)，低電平表示無光標(biāo) 。 B 控制光標(biāo)是否閃爍，高電平閃爍，低電平不閃爍。 指令 5：光標(biāo)或顯示移位 S/C 高電平時(shí)移動(dòng)顯示的文字，低電平時(shí)移動(dòng)光標(biāo)。 10 指令 6：功能設(shè)置命令 DL 高電平時(shí)為 4 位總線，低電平時(shí)為 8 位總線 N 低電平時(shí)為單行顯示，高電平時(shí)雙行顯示 。 F 低電平時(shí)顯示 5x7 的點(diǎn)陣字符，高電平時(shí)顯示 5x10 的點(diǎn)陣字符（有些模塊是 DL 高電平時(shí)為 8 位總線，低電平時(shí)為 4 位總線）。 指令 7：字符發(fā)生器 RAM 地址設(shè)置。 指令 8： DDRAM 地址設(shè)置 。 指令 9：讀忙信號和光標(biāo)地址 。 BF 為忙標(biāo)志位高電平表示忙 ，此 時(shí)模塊 不能接收命令或者數(shù)據(jù)，如果為低電平表示不忙。 指令 10：寫數(shù)據(jù) 。 指令 11：讀數(shù)據(jù) 。 本設(shè)計(jì)的 時(shí)間顯示分兩個(gè)部分，屏幕的第一行顯示的是年，月， 日，樓層。屏幕的第二行顯示的是時(shí)，分，秒，年月日的顯示只是將單片機(jī)中相應(yīng)的存儲(chǔ)字符代碼送到累加器中，然后調(diào)用 LCD1602 的寫數(shù)據(jù)命令及將年月日的信息送到了 LCD 顯示屏幕上。時(shí)分秒的顯示原理與 年月日顯示原理相同。 液晶顯示連接電路如圖 22 所示。 圖 22 LCD 液晶顯示 11 電源電路設(shè)計(jì) 本次設(shè)計(jì)所需電源的模塊有單片機(jī)最小系統(tǒng)，液晶顯示器，蜂鳴器，它們所需電 源都為 +5V。因而電源設(shè)計(jì)只需設(shè)計(jì)到 +5V 電源，采用 7805 三端穩(wěn)壓片即可滿足要求。 本設(shè)計(jì)是采用橋式整流濾波電源，其輸出電壓不穩(wěn)定，隨輸入電壓波動(dòng)，因此利用三端穩(wěn)壓器 7805 穩(wěn)定直流輸出電壓 ，因此 7805 起到的是穩(wěn)壓作用。 C C2 分別為輸入端和輸出端濾波電容， 輸出端電阻 為負(fù)載電阻。 直流穩(wěn)壓電源一般由變壓器、整流器、濾波器和穩(wěn)壓器四部分組成。變壓器把 220V 交流電變?yōu)榉€(wěn)壓所需的低壓交流電 9V， 整流器把低壓交流電變?yōu)橹绷麟?。 整流后的直流電中仍會(huì)含有交流成分，可以通過濾波電路將交流成分濾除 ， 經(jīng)濾波后，穩(wěn)壓器 再把不穩(wěn)定的直流電壓變?yōu)榉€(wěn)定的直流電壓輸出 +5V， 電源電路設(shè)計(jì) 如圖 23 所示 。 圖 23 電源電路設(shè)計(jì) 按鍵、報(bào)警及發(fā)光二極管 部分在設(shè)計(jì)中較為重要，作為按鍵輸入開門、關(guān)門信息，控制指令進(jìn)行電梯的模擬， 由此可見 它是設(shè)計(jì)中尤為重要的部分。常見的單片機(jī)按鍵設(shè)計(jì)分為獨(dú)立式和行列式（矩陣式）。獨(dú)立式按鍵設(shè)計(jì)簡單，但占用 I/O口較多。 本設(shè)計(jì)中共有 9 個(gè)按鍵，能夠?qū)崿F(xiàn) 模擬 電梯的 樓層數(shù) ，復(fù)位鍵和報(bào)警功能。由于是簡單模擬電梯系統(tǒng)，因此采用了獨(dú)立式按鍵設(shè)計(jì) 。 對于初學(xué)單片機(jī)者較為簡單 ， 并采用中斷指令控制按鍵 。 7 個(gè)按鍵分別與 AT89S51 的 口相連，用于模擬樓層按鍵，且 12 為低電平時(shí)有效。 當(dāng) S2 按鍵按下，單片機(jī) 置 0， LED 發(fā)光二極管點(diǎn)亮，