【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 是對(duì) 8751片內(nèi) ROM 固化程序時(shí)，作為施加較高編程電壓（ 12V~21V）的輸入端 [7]。 輸入輸出引腳： P0P3： 4 個(gè) 8 位雙向輸入輸出端口，每個(gè)端口都有鎖存器 、輸出驅(qū)動(dòng)器和輸入緩沖器。 4 個(gè)端口都可以做輸入輸出口使用，其中， P0 和 P2 通常用于對(duì)外部存儲(chǔ)器的訪問。在這種方式下，把 P0 口作為地址 /數(shù)據(jù)總線使用，分時(shí)輸出外部存儲(chǔ)器的地址和傳送 8 位數(shù)據(jù)。當(dāng)擴(kuò)充外部存儲(chǔ)器的地址為 16 位時(shí)， P2 口作為地址總線的高 8 位地址使用。 (1)P0 口 (3932 腳 )： 統(tǒng)稱為 P0 口。在不接片外存儲(chǔ)器與不擴(kuò)展 I/O 口時(shí)，可作為準(zhǔn)雙向輸入 /輸出口。在接有片外存儲(chǔ)器或擴(kuò)展 I/O 口時(shí)， P0 口分時(shí)復(fù)用為低 8位地址總線和雙向數(shù)據(jù)總線。 (2) P1 口 (18 腳 )： 統(tǒng)稱為 P1 口，可作為準(zhǔn)雙向 I/O 口使用。對(duì)于 52 子系列， 與 還有第二功能： 可用作定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 2 的計(jì)數(shù)脈沖輸入端 T2， 可用作定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 2 的外部控制端 T2EX。 (3) P2 口 (2128 腳 )： 統(tǒng)稱為 P2 口，一般可作為準(zhǔn)雙向 I/O 口使用；在接有片外存儲(chǔ)器或擴(kuò)展 I/O 口且尋址范圍超過 256 字節(jié)時(shí)， P2 口用作高 8 位地址總線。 (4) P3 口 (1017 腳 )： 統(tǒng)稱為 P3 口。除作為準(zhǔn)雙向 I/O 口使用外，還可以將每一位用于第二功能，而且 P3 口的每一條 引腳均可獨(dú)立定義為第一功能的輸入輸出或第二功能 [7]。 AT89C51 單片機(jī) 工作的基本時(shí)序 機(jī)器周期和指令周期 ： （ 1） 振蕩周期 : 也稱時(shí)鐘周期 , 是指為單片機(jī)提供時(shí)鐘脈沖信號(hào)的振蕩源的周期 。 （ 2） 狀態(tài)周期 : 每個(gè)狀態(tài)周期為時(shí)鐘周期的 2 倍 , 是振蕩周期經(jīng)二分頻后得到的。 （ 3） 機(jī)器周期 : 一個(gè)機(jī)器周期包含 6 個(gè)狀態(tài)周期 S1~S6, 也就是 12 個(gè)時(shí)鐘周期。在一個(gè)機(jī)器周期內(nèi) , CPU 可以完成一個(gè)獨(dú)立的操作。 （ 4） 指令周期 : 它是指 CPU 完成一條操作所需的全部時(shí)間。 每條指令執(zhí)行時(shí)間都是有一個(gè) 或幾個(gè)機(jī)器周期組成。 MCS 51 系統(tǒng)中 , 有單周期指令、雙周期指令和四周期指令。 AT89C51 單片機(jī) 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及存儲(chǔ)器配置 : 基于單片機(jī)的鍵盤控制設(shè)計(jì) 7 AT89C51 單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 圖 23 MCS51 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖 CPU：由運(yùn)算和控制邏輯組成，同時(shí)還包括中斷系統(tǒng)和部 分外部特殊功能寄存器； RAM：用以存放可以讀寫的數(shù)據(jù)，如運(yùn)算的中間結(jié)果、最終結(jié)果以及欲顯示的數(shù)據(jù)； ROM：用以存放程序、一些原始數(shù)據(jù)和表格； I/O 口：四個(gè) 8 位并行 I/O 口，既可用作輸入，也可用作輸出； T/C：兩個(gè)定時(shí) /記數(shù)器，既可以工作在定時(shí)模式，也可以工作在記數(shù)模式。 AT89C51 單片機(jī)的存儲(chǔ)器配置 （ b） 圖 24 單片機(jī)的內(nèi)部存儲(chǔ)器配置 基于單片機(jī)的鍵盤控制設(shè)計(jì) 8 從用戶的角度存儲(chǔ)器分 3 個(gè)邏輯地址空間： （ 1）片內(nèi)外統(tǒng)一編址的 64KB 程序存儲(chǔ)器地址空間 0000H~FFFFH 即（ a）圖； （ 2） 256B 的片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器地址空間 00H~FFH（包括低 128B 的內(nèi)部 RAM 地址00H~7FH 和高 128B 的特殊功能寄存器地址空間）即（ b）圖； （ 3） 64KB 的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器或擴(kuò)展 I/O 接口地址空間 0000H~FFFFH； （ 4） 畫出 RAM 的組成 ； RAM 共有 256 個(gè)單元，按功能分為兩部分低 128 單元（單元地址 00H~7FH）和高128 單元（單元地址 80H~FFH）。其中高 128 單元是供給專用寄存器使用，因這些寄存器的功能已作為專門規(guī)定故此稱之為特殊功能寄存器 SFR—11 個(gè) SFR 有位尋址作用，而且要 說明低 128 單元是單片機(jī)的真正 RAM 存儲(chǔ)器 [8]。 表 RAM 的組成 30H~7FH 通用 RAM 區(qū) 20H~2FH 位尋址區(qū)（ 00H~7FH） 18H~1FH 工作寄存器 3 區(qū)（ R7~R0） 10H~17H 工作寄存器 2 區(qū)（ R7~R0） 08H~0FH 工作寄存器 1 區(qū)（ R7~R0） 00H~07H 工作寄存器 0 區(qū) (R7~R0) 低 128 單元是單片機(jī)的真正 RAM 存儲(chǔ)器，按其用途劃分為三個(gè)區(qū)域： ⒈ 通用寄存器區(qū) 通用寄存器為 CPU 提供了就近數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的便利，有利于提高單片機(jī)的運(yùn)算速 度。此外，使用通用存儲(chǔ)器還能提高程序編制的靈活性，因此在單片機(jī)的應(yīng)用編程中應(yīng)充分利用這些寄存器，以簡(jiǎn)化程序設(shè)計(jì)，提高程序運(yùn)行速度。 ⒉ 位尋址區(qū) 內(nèi)部 RAM 的 20H~2FH 單元，即可作為一般 RAM 單元使用，進(jìn)行字節(jié)操作，也可以對(duì)單元中每一位進(jìn)行位操作，因此把該區(qū)稱之為位尋址區(qū)。 ⒊ 工作寄存區(qū) 用戶存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的。 AT89C51 單片機(jī)鍵盤設(shè)計(jì)方案論證 （ 1）此鍵盤利用 AT89C51 單片機(jī)的 P1 口接 4*4 矩陣式鍵盤， 以 － 作輸入線，以 － 作輸出線；在數(shù)碼管上顯示每個(gè)按鍵的 “0－ F”序號(hào)。其中需要接電阻起到電路保護(hù)作用 。 基于單片機(jī)的鍵盤控制設(shè)計(jì) 9 圖 25 鍵盤設(shè)計(jì) （ 2）以 37,38,39 引腳接其顯示電路，以 22 號(hào)引腳接其發(fā)聲電路，以起到報(bào)警或者提示作用。 （ 3） 本設(shè)計(jì)既能實(shí)現(xiàn)常規(guī)數(shù)字的顯示，同時(shí)還能實(shí)現(xiàn)作為電子琴，不同的鍵表示不同的音符；還能夠?qū)崿F(xiàn)簡(jiǎn)單計(jì)算功能。 其中 ,鍵 C,D,E,F 分別作為計(jì)算功能中的加減乘除運(yùn)算符 ,而 A 作為復(fù)位 鍵 ,B 則作為數(shù)字計(jì)算及電子琴之間的功能切換按鈕。 （ 4） 我們利用單片機(jī)可以用很少元件實(shí)現(xiàn)相同功能，而且單片機(jī)性能穩(wěn)定，可操作性強(qiáng)?？梢灾挥?P0 口連接上拉電阻，完成驅(qū)動(dòng) LED 的功能，利用 P3 口的 XTAL1晶振電路 ， XTAL2 接移位脈沖做時(shí)鐘信號(hào)。利用單片機(jī)程序判斷按鍵是否有效，利用74LS164 移位寄存 8 段數(shù)碼管，實(shí)現(xiàn) 按鍵數(shù)字 顯示， 當(dāng)切換鍵盤控制功能時(shí)啟動(dòng) 蜂鳴器 ，同時(shí)發(fā)光二極管發(fā)光 。 通過單片機(jī)實(shí)現(xiàn)功能可以更人性化，只需單電源供電更方便， 容易實(shí)現(xiàn)。電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，外圍擴(kuò)展的電路不是很多，鍛煉我們所學(xué)的知識(shí)應(yīng)用 到現(xiàn)實(shí)生活當(dāng)中。為我們提供實(shí)踐的機(jī)會(huì)。單片機(jī)是電子專業(yè)發(fā)展的方向，更好的使用單片機(jī)可以是我們的產(chǎn)品小型化，使用更方便，性能更穩(wěn)定，功能更齊全，所以我們選用單片機(jī)加一定的外圍設(shè)備實(shí)現(xiàn)本次課程設(shè)計(jì)的要求 [8]。 基于單片機(jī)的鍵盤控制設(shè)計(jì) 10 3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) k5K2K6LS1SpeakerK11234567813121514RESET9EA/VF311716XLAT119393837363534333221222324252627281011ALE/F30PSEN29XLAT218MCU8051VSS40VCC208051R5DS4LED1+5V1 2XTALC130pFC230pFR61KC310pFQ12N3904K3K4K7 K8K9K13K10K14K11K15K12K165KR15KR25KR35KR4KEY+5+5K1f2g3e4d5K6c8DP7b9a10DS1K1f2g3e4d5K6c8DP7b9a10DS2K1f2g3e4d5K6c8DP7b9a10DS3Q42N3906Q22N3906Q32N3906+5 圖 31 設(shè)計(jì)原理圖 AT89C51 單片機(jī) 的最小系統(tǒng)設(shè)計(jì) 最小系統(tǒng) 設(shè)計(jì) 圖 32 51 單片機(jī)的最小系統(tǒng)圖 基于單片機(jī)的鍵盤控制設(shè)計(jì) 11 時(shí)鐘頻率電路的設(shè)計(jì) 單片機(jī)必須在時(shí)鐘的驅(qū)動(dòng)下才能工作 .在單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)時(shí)鐘振蕩電路 ,只需要外接一個(gè)振蕩源就能產(chǎn)生一定的時(shí)鐘信號(hào)送到單片機(jī)內(nèi)部的各個(gè)單元 ,決定單片機(jī)的工作速度。 圖 33 外部振蕩源電路 一般選用石英晶體振蕩器。此電路在加電大約延遲 10ms 后振蕩器起振 ,在 XTAL2引腳產(chǎn)生幅度為 3V 左右的正弦波時(shí)鐘信號(hào) ,其振蕩頻率主要由石英晶振的頻率確定。電路中兩個(gè)電容 C1,C2 的作用有兩個(gè) :一是幫助振蕩器起振 。二是對(duì)振蕩器的頻率進(jìn)行微調(diào)。 C1,C2 的典型值為 30PF。 單片機(jī)在工作時(shí) ,由內(nèi)部振蕩器產(chǎn)生或由外直接輸入的送至內(nèi)部控制邏輯單元的時(shí)鐘信號(hào)的周期稱為時(shí)鐘周期。其大小是時(shí)鐘信號(hào)頻率的倒數(shù) ,常用 fosc 表示。如時(shí)鐘頻率為 12MHz,即 fosc=12MHz,則時(shí)鐘周期為 1/12181。s。 本設(shè)計(jì)選用 f=。 復(fù)位電路的設(shè)計(jì) 復(fù)位方式比較 使 CPU 進(jìn)入初始狀態(tài)，從 0000H 地址開始執(zhí)行程序的過程叫系統(tǒng)復(fù)位。 從實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)復(fù)位的方法來看，系統(tǒng)復(fù)位可分為硬件復(fù)位和軟件復(fù)位 [9]。 硬件復(fù)位必須通過 CPU 外部的硬件電路給 CPU 的 RESET 端加上足夠時(shí)間的高電位才能實(shí)現(xiàn)。上電復(fù)位，人工按鈕復(fù)位和硬件看門狗復(fù)位均為硬件復(fù)位。硬件復(fù)位后，各專用寄存器的狀態(tài)均被初始化，且對(duì)片內(nèi)通用寄存器的內(nèi)容沒有影響。但是，硬件復(fù)位還能自動(dòng)清除中斷激活標(biāo)志，使中斷系統(tǒng)能夠正常工作，這樣一個(gè)事實(shí)卻容易為不少編碼人員所忽視。 軟件復(fù)位就是用一系列指令來模擬硬件復(fù)位功能，最后通過轉(zhuǎn)移指令使程序從0000H 地址開始執(zhí)行。對(duì)各專用寄存器的復(fù)位操作是容易的，也沒有必要完全模擬，可根據(jù)實(shí)際需要去主程序初始化過程中完成 。而對(duì)中斷激活標(biāo)志的清除工作常被遺忘，因?yàn)樗鼪]有明確的位地址可供編程軟件復(fù)位是使用軟件陷阱和軟件看門狗后必須進(jìn)行的工作，這時(shí)程序出錯(cuò)完全有可能發(fā)生在中斷子程序中，中斷激活標(biāo)志已置位，它將阻止同級(jí)中斷響應(yīng)。由于軟件看門是高級(jí)中斷，它將阻止說要中斷響應(yīng)，由此可見清除中斷激活標(biāo)志的重要性。 復(fù)位方式選擇 基于單片機(jī)的鍵盤控制設(shè)計(jì) 12 為便于人工操作，及令設(shè)計(jì)更人性化。 本設(shè)計(jì)選擇手動(dòng)硬件復(fù)位方式， 因而加上手動(dòng)復(fù)位按鈕， 其設(shè)計(jì)原理圖如圖所示， 圖 34 復(fù)位電路 數(shù)碼管的結(jié)構(gòu) 數(shù)碼管由 7 個(gè)發(fā)光二極管組成 ,行 成一個(gè)日字形 ,它門可以共陰極 ,也可以共陽極 .通過解碼電路得到的數(shù)碼接通相應(yīng)的發(fā)光二極而形成相應(yīng)的字 ,這就是它的工作原理 . 基本的半導(dǎo)體數(shù)碼管是由 7 個(gè)條狀的發(fā)光二極管（ LED）按圖 1 所示排列而成的，可實(shí)現(xiàn)數(shù)字 0～ 9及少量字符的顯示。另外為了顯示小數(shù)點(diǎn)，增加了 1 個(gè)點(diǎn)狀的發(fā)光二極管，因此數(shù)碼管就由 8 個(gè) LED 組成，我們分別把這些發(fā)光二極管命名為 a,b,c,d,e,f,g,dp。 其中數(shù)碼管的顯示可以分為兩種：靜態(tài)顯示和動(dòng)態(tài)顯示。靜態(tài)顯示的段選位和位選位均單獨(dú)連接，因此占用的 I/O 接口多，無法擴(kuò)展多個(gè)數(shù)碼管，在這種采用這種方式，必須要給 LED 恒定的電壓，要求電壓一直保持，所以一般在 LED 和單片機(jī)之間加鎖存器，這種 顯示方式亮度高，編程較簡(jiǎn)單，結(jié)構(gòu)清晰，管理也較簡(jiǎn)單，占用的 CPU 時(shí)間少。 ② 動(dòng)態(tài)顯示驅(qū)動(dòng)：數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示接口是單片機(jī)中應(yīng)用最為廣泛的一種顯示方式之一，動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)是將所有數(shù)碼管的 8 個(gè)顯示筆劃 a,b,c,d,e,f,g,dp的同名端連在一起，另外為每個(gè)數(shù)碼管的公共端 COM 增加位選通控制電路，位選通由各自獨(dú)立的 I/O 線控制，當(dāng)單片機(jī)輸出字形碼時(shí)，所有數(shù)碼管都接收到相同的字形碼，但究竟是 哪 個(gè)數(shù)碼管會(huì)顯示出字形，取決于單片機(jī)對(duì)位選通 COM 端電路的控制，所以我們只要將需要顯示的數(shù)碼管選通控制打開，該位就顯示出字形，沒 有選通的數(shù)碼管就不會(huì)亮。通過分時(shí)輪流控制各個(gè)數(shù)碼管的 COM 端，就使各個(gè)數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)。在輪流顯示過程中，每位數(shù)碼管的點(diǎn)亮?xí)r間為 1～ 2ms，由于人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余輝效應(yīng)，盡管實(shí)際上各位數(shù)碼管并非同時(shí)點(diǎn)亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)，不會(huì)有閃爍感，動(dòng)態(tài)顯示的效果和靜態(tài)顯示是一樣的，能夠節(jié)省大量的 I/O 端口，而且功耗更低 [10]。 從電路上，按數(shù)碼管的接法不同又分為共陰和共陽兩種。圖 11 是共陰和共陽極數(shù)碼管的內(nèi)部電路，它們的發(fā)光原理是一樣的，只是 它們的電源極性不同而已。其數(shù)碼管基于單片機(jī)的鍵盤控制設(shè)計(jì) 13 的外形如下圖所示： 圖 35 數(shù)碼管的共陰和共陽極接法 共陰數(shù)碼管是指將所有