【文章內容簡介】 是對 8751片內 ROM 固化程序時，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 8 位雙向輸入輸出端口，每個端口都有鎖存器 、輸出驅動器和輸入緩沖器。 4 個端口都可以做輸入輸出口使用，其中， P0 和 P2 通常用于對外部存儲器的訪問。在這種方式下，把 P0 口作為地址 /數(shù)據(jù)總線使用，分時輸出外部存儲器的地址和傳送 8 位數(shù)據(jù)。當擴充外部存儲器的地址為 16 位時， 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。在不接片外存儲器與不擴展 I/O 口時，可作為準雙向輸入 /輸出口。在接有片外存儲器或擴展 I/O 口時， P0 口分時復用為低 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，可作為準雙向 I/O 口使用。對于 52 子系列， 與 還有第二功能： 可用作定時器 /計數(shù)器 2 的計數(shù)脈沖輸入端 T2， 可用作定時器 /計數(shù)器 2 的外部控制端 T2EX。 (3) P2 口 (2128 腳 )： 統(tǒng)稱為 P2 口，一般可作為準雙向 I/O 口使用；在接有片外存儲器或擴展 I/O 口且尋址范圍超過 256 字節(jié)時， 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 引腳均可獨立定義為第一功能的輸入輸出或第二功能 [7]。 AT89C51 單片機 工作的基本時序 機器周期和指令周期 ： （ 1） 振蕩周期 : 也稱時鐘周期 , 是指為單片機提供時鐘脈沖信號的振蕩源的周期 。 （ 2） 狀態(tài)周期 : 每個狀態(tài)周期為時鐘周期的 2 倍 , 是振蕩周期經(jīng)二分頻后得到的。 （ 3） 機器周期 : 一個機器周期包含 6 個狀態(tài)周期 S1~S6, 也就是 12 個時鐘周期。在一個機器周期內 , CPU 可以完成一個獨立的操作。 （ 4） 指令周期 : 它是指 CPU 完成一條操作所需的全部時間。 每條指令執(zhí)行時間都是有一個 或幾個機器周期組成。 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 的內部結構及存儲器配置 : 基于單片機的鍵盤控制設計 7 AT89C51 單片機的內部結構 圖 23 MCS51 的內部結構框圖 CPU：由運算和控制邏輯組成，同時還包括中斷系統(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)，如運算的中間結果、最終結果以及欲顯示的數(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 8 位并行 I/O 口，既可用作輸入，也可用作輸出； T/C：兩個定時 /記數(shù)器，既可以工作在定時模式，也可以工作在記數(shù)模式。 AT89C51 單片機的存儲器配置 （ b） 圖 24 單片機的內部存儲器配置 基于單片機的鍵盤控制設計 8 從用戶的角度存儲器分 3 個邏輯地址空間： （ 1）片內外統(tǒng)一編址的 64KB 程序存儲器地址空間 0000H~FFFFH 即（ a）圖； （ 2） 256B 的片內數(shù)據(jù)存儲器地址空間 00H~FFH（包括低 128B 的內部 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)存儲器或擴展 I/O 接口地址空間 0000H~FFFFH； （ 4） 畫出 RAM 的組成 ； RAM 共有 256 個單元，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 SFR 有位尋址作用，而且要 說明低 128 單元是單片機的真正 RAM 存儲器 [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 單元是單片機的真正 RAM 存儲器，按其用途劃分為三個區(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)存儲的便利，有利于提高單片機的運算速 度。此外，使用通用存儲器還能提高程序編制的靈活性，因此在單片機的應用編程中應充分利用這些寄存器，以簡化程序設計，提高程序運行速度。 ⒉ 位尋址區(qū) 內部 RAM 的 20H~2FH 單元，即可作為一般 RAM 單元使用，進行字節(jié)操作，也可以對單元中每一位進行位操作，因此把該區(qū)稱之為位尋址區(qū)。 ⒊ 工作寄存區(qū) 用戶存儲數(shù)據(jù)的。 AT89C51 單片機鍵盤設計方案論證 （ 1）此鍵盤利用 AT89C51 單片機的 P1 口接 4*4 矩陣式鍵盤， 以 － 作輸入線，以 － 作輸出線；在數(shù)碼管上顯示每個按鍵的 “0－ F”序號。其中需要接電阻起到電路保護作用 。 基于單片機的鍵盤控制設計 9 圖 25 鍵盤設計 （ 2）以 37,38,39 引腳接其顯示電路，以 22 號引腳接其發(fā)聲電路，以起到報警或者提示作用。 （ 3） 本設計既能實現(xiàn)常規(guī)數(shù)字的顯示，同時還能實現(xiàn)作為電子琴，不同的鍵表示不同的音符；還能夠實現(xiàn)簡單計算功能。 其中 ,鍵 C,D,E,F 分別作為計算功能中的加減乘除運算符 ,而 A 作為復位 鍵 ,B 則作為數(shù)字計算及電子琴之間的功能切換按鈕。 （ 4） 我們利用單片機可以用很少元件實現(xiàn)相同功能，而且單片機性能穩(wěn)定，可操作性強。可以只用 P0 口連接上拉電阻，完成驅動 LED 的功能，利用 P3 口的 XTAL1晶振電路 ， XTAL2 接移位脈沖做時鐘信號。利用單片機程序判斷按鍵是否有效，利用74LS164 移位寄存 8 段數(shù)碼管，實現(xiàn) 按鍵數(shù)字 顯示， 當切換鍵盤控制功能時啟動 蜂鳴器 ，同時發(fā)光二極管發(fā)光 。 通過單片機實現(xiàn)功能可以更人性化，只需單電源供電更方便， 容易實現(xiàn)。電路結構簡單，外圍擴展的電路不是很多，鍛煉我們所學的知識應用 到現(xiàn)實生活當中。為我們提供實踐的機會。單片機是電子專業(yè)發(fā)展的方向，更好的使用單片機可以是我們的產(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加一定的外圍設備實現(xiàn)本次課程設計的要求 [8]。 基于單片機的鍵盤控制設計 10 3 系統(tǒng)硬件設計與實現(xiàn) k5K2K6LS1SpeakerK11234567813121514RESET9EA/VF311716XLAT119393837363534333221222324252627281011ALE/F30PSEN29XLAT218MCU8051VSS40VCC208051R5DS4LED1+5V1 2XTALC130pFC230pFR61KC310pFQ12N3904K3K4K7 K8K9K13K10K14K11K15K12K165KR15KR25KR35KR4KEY+5+5K1f2g3e4d5K6c8DP7b9a10DS1K1f2g3e4d5K6c8DP7b9a10DS2K1f2g3e4d5K6c8DP7b9a10DS3Q42N3906Q22N3906Q32N3906+5 圖 31 設計原理圖 AT89C51 單片機 的最小系統(tǒng)設計 最小系統(tǒng) 設計 圖 32 51 單片機的最小系統(tǒng)圖 基于單片機的鍵盤控制設計 11 時鐘頻率電路的設計 單片機必須在時鐘的驅動下才能工作 .在單片機內部有一個時鐘振蕩電路 ,只需要外接一個振蕩源就能產(chǎn)生一定的時鐘信號送到單片機內部的各個單元 ,決定單片機的工作速度。 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 左右的正弦波時鐘信號 ,其振蕩頻率主要由石英晶振的頻率確定。電路中兩個電容 C1,C2 的作用有兩個 :一是幫助振蕩器起振 。二是對振蕩器的頻率進行微調。 C1,C2 的典型值為 30PF。 單片機在工作時 ,由內部振蕩器產(chǎn)生或由外直接輸入的送至內部控制邏輯單元的時鐘信號的周期稱為時鐘周期。其大小是時鐘信號頻率的倒數(shù) ,常用 fosc 表示。如時鐘頻率為 12MHz,即 fosc=12MHz,則時鐘周期為 1/12181。s。 本設計選用 f=。 復位電路的設計 復位方式比較 使 CPU 進入初始狀態(tài)，從 0000H 地址開始執(zhí)行程序的過程叫系統(tǒng)復位。 從實現(xiàn)系統(tǒng)復位的方法來看，系統(tǒng)復位可分為硬件復位和軟件復位 [9]。 硬件復位必須通過 CPU 外部的硬件電路給 CPU 的 RESET 端加上足夠時間的高電位才能實現(xiàn)。上電復位，人工按鈕復位和硬件看門狗復位均為硬件復位。硬件復位后，各專用寄存器的狀態(tài)均被初始化，且對片內通用寄存器的內容沒有影響。但是，硬件復位還能自動清除中斷激活標志，使中斷系統(tǒng)能夠正常工作，這樣一個事實卻容易為不少編碼人員所忽視。 軟件復位就是用一系列指令來模擬硬件復位功能，最后通過轉移指令使程序從0000H 地址開始執(zhí)行。對各專用寄存器的復位操作是容易的，也沒有必要完全模擬，可根據(jù)實際需要去主程序初始化過程中完成 。而對中斷激活標志的清除工作常被遺忘，因為它沒有明確的位地址可供編程軟件復位是使用軟件陷阱和軟件看門狗后必須進行的工作，這時程序出錯完全有可能發(fā)生在中斷子程序中，中斷激活標志已置位，它將阻止同級中斷響應。由于軟件看門是高級中斷，它將阻止說要中斷響應，由此可見清除中斷激活標志的重要性。 復位方式選擇 基于單片機的鍵盤控制設計 12 為便于人工操作，及令設計更人性化。 本設計選擇手動硬件復位方式， 因而加上手動復位按鈕， 其設計原理圖如圖所示， 圖 34 復位電路 數(shù)碼管的結構 數(shù)碼管由 7 個發(fā)光二極管組成 ,行 成一個日字形 ,它門可以共陰極 ,也可以共陽極 .通過解碼電路得到的數(shù)碼接通相應的發(fā)光二極而形成相應的字 ,這就是它的工作原理 . 基本的半導體數(shù)碼管是由 7 個條狀的發(fā)光二極管（ LED）按圖 1 所示排列而成的，可實現(xiàn)數(shù)字 0～ 9及少量字符的顯示。另外為了顯示小數(shù)點，增加了 1 個點狀的發(fā)光二極管，因此數(shù)碼管就由 8 個 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)顯示和動態(tài)顯示。靜態(tài)顯示的段選位和位選位均單獨連接，因此占用的 I/O 接口多，無法擴展多個數(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 和單片機之間加鎖存器，這種 顯示方式亮度高，編程較簡單，結構清晰，管理也較簡單，占用的 CPU 時間少。 ② 動態(tài)顯示驅動：數(shù)碼管動態(tài)顯示接口是單片機中應用最為廣泛的一種顯示方式之一，動態(tài)驅動是將所有數(shù)碼管的 8 個顯示筆劃 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，位選通由各自獨立的 I/O 線控制，當單片機輸出字形碼時，所有數(shù)碼管都接收到相同的字形碼，但究竟是 哪 個數(shù)碼管會顯示出字形，取決于單片機對位選通 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)碼管就不會亮。通過分時輪流控制各個數(shù)碼管的 COM 端，就使各個數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是動態(tài)驅動。在輪流顯示過程中，每位數(shù)碼管的點亮時間為 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，盡管實際上各位數(shù)碼管并非同時點亮，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)，不會有閃爍感，動態(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)碼管基于單片機的鍵盤控制設計 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