【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 腳圖及其引腳功能說明 硬件電路設(shè)計(jì) 第 4 頁 (共 61 頁 ) 圖 3 AT89C51引腳圖 VCC:電源電壓 GND：地 PO 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)，每位能吸收電流的方式驅(qū)動(dòng) 8 個(gè) TTL 邏輯門電路，對(duì)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)，這組口線分時(shí)轉(zhuǎn)換地址（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(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流） 4 個(gè) TTL 邏輯門電路。對(duì)端口寫“ 1”，通過北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(hào)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。 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 的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流） 4 個(gè) TTL 邏輯門電路。對(duì)端口寫“ 1”，通過北部的上拉電硬件電路設(shè)計(jì) 第 5 頁 (共 61 頁 ) 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(hào)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 R2寄存器 的內(nèi)容），在整個(gè)訪問期間不改變。 Flash 編程和程序校驗(yàn)期間， P2 亦接收高地址和其他控制信號(hào)。 P3 口： P3 是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P3 的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流） 4 個(gè) TTL 邏輯門電路。對(duì) P3 口寫入“ 1”時(shí)，他們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可作為輸入端口。作輸入端口時(shí)，被外部拉低的 P3 口將用上拉電阻輸出電源。 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，如下表所示： 表 1 P3 口第 2 功能表 P3 口還接 收一些用于 Flash 閃速存儲(chǔ)器編程和程序校驗(yàn)的控制信號(hào)。 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。 ALE：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 位自己。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(hào)，因此它可對(duì)外輸出時(shí)鐘或用于定時(shí)目的，要注意的是：每當(dāng)硬件電路設(shè)計(jì) 第 6 頁 (共 61 頁 ) 訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)將跳過一個(gè) ALE 脈沖 對(duì) 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(duì)待特殊功 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)被微弱拉高，單片機(jī)執(zhí)行外部程序時(shí)，應(yīng)設(shè)置 ALE 無效。 PSEN：程序儲(chǔ)存允許輸出是外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)，當(dāng) AT89C51 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。在此期間，當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，這兩次有效的 PSEN 信號(hào)不出現(xiàn)。 EA/VPP：外部訪問允許。欲使 CPU 僅訪問外部存儲(chǔ)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(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 的編程允許電源，當(dāng)然這必須是該器件是使用 12V 編程電壓。 XTAL1：振蕩器反相放大器的及內(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。 2． 2． 4 振蕩時(shí)鐘電路的設(shè)計(jì) XTAL1和 XTAL2各為內(nèi)部放大器的輸入和輸出端，在使用單片機(jī)內(nèi)部振蕩電路時(shí)，這兩個(gè)端子用來外接石英晶體和微調(diào)電容 。在使用外部時(shí)鐘時(shí)，則用來輸入時(shí)鐘脈沖。XTAL1 和 XTAL2 放大器可被配置為一個(gè)片內(nèi)振蕩器。本設(shè)計(jì)是使用單片機(jī)內(nèi)部的振蕩電路，如圖 4所示。 XTAL1 反向振蕩器的放大器輸入端和內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入端。 XTAL2 反向振蕩器的放大器輸出端。 硬件電路設(shè)計(jì) 第 7 頁 (共 61 頁 ) 圖 4 振蕩時(shí)鐘電路 2． 2． 5 復(fù)位電路設(shè)計(jì) 通過某種方式，使單片機(jī)內(nèi)各寄存器的值變?yōu)槌跏紶顟B(tài)操作稱為復(fù)位。復(fù)位可分為上電復(fù)位和外部復(fù)位兩種方式 ，如圖 5 所示。 上電復(fù)位是在單片機(jī)接通電源時(shí)，對(duì)單片機(jī)的復(fù) 位。在上電瞬間 RST/VPD 端與VCC 電位相同，隨著電容上電壓的逐漸上升， RST/VPD 端電位逐漸下降。上電復(fù)位所需的最短時(shí)間是振蕩器振蕩建立時(shí)間的 2個(gè)機(jī)器周期。適當(dāng)選擇電容 C 和電阻 R 的數(shù)值，就能使 RST 引腳上的高電平保持 2個(gè)以上的周期，實(shí)現(xiàn)復(fù)位操作。 復(fù)位電路的容阻參數(shù)通常取 22uF， R取 1KΩ，可在 RST/VPD 端提供足夠的高電平脈沖，使 單片機(jī)能夠可靠地上電自動(dòng)復(fù)位。 單片機(jī)在啟動(dòng)或斷電后，程序需要從頭開始執(zhí)行，機(jī)器內(nèi)全部寄存器、 I/O 接口等都必須重新復(fù)位。當(dāng) 89C51 的 ALE及 PSEN 兩引腳輸出高電平， RST 引腳高電平到時(shí)，單片機(jī)復(fù)位。 RST/VPD 端的高電平直接由上電瞬間產(chǎn)生則上電復(fù)位，若通過按動(dòng)按鈕產(chǎn)生高電平復(fù)位稱為外部復(fù)位。 圖 5 中，上電時(shí)，剛接通電源、電容 C 相當(dāng)于瞬間短路， +5V 立即加到了 RST/VPD端，該高電平 89C51 全機(jī)復(fù)位。 若運(yùn)行過程中 ，需要程序從頭執(zhí)行只需按動(dòng)按鈕 K即可。按下 K，則直接把 +5V加到了 RST/VPD 端從而復(fù)位，這就是外部復(fù)位。 C2 C1 XTAL2 XTAL1 GND 注：用晶體時(shí) C C2=30PF177。10PF（包括分布電容）。 硬件電路設(shè)計(jì) 第 8 頁 (共 61 頁 ) 圖 5 上電 /外部復(fù)位電路 2． 2． 6 報(bào)警電路設(shè)計(jì) 報(bào)警電路由蜂鳴器和發(fā)光二極管構(gòu)成聲光報(bào)警系統(tǒng)，其驅(qū)動(dòng)電路由三極管實(shí)現(xiàn)，如圖 6所示： 圖 6 報(bào)警電路 2． 3 LED顯示器與單片機(jī)接口電路設(shè)計(jì) 在單片機(jī)的應(yīng)用系統(tǒng)中，顯示器是必不可少的外部設(shè)備之 一，其中 LED（發(fā)光二極管顯示器）是應(yīng)用較多的一種，它特別適用于強(qiáng)光和光線極弱的場(chǎng)合。 在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中使用 LED顯示塊構(gòu)成 N位 LED 顯示器，根據(jù)顯示方式不同，位選線與段選線的連接方法不同。段選線控制顯示不同的字符，位選線控制顯示器某一位的亮、暗。為簡(jiǎn)化電路設(shè)計(jì)，顯示電路采用動(dòng)態(tài)掃描顯示，接 4 個(gè)大屏幕一 LED 顯示器。 為簡(jiǎn)化89C51 5V 100Ω 89C51 RST/VPD VSS R1 C R Vcc 硬件電路設(shè)計(jì) 第 9 頁 (共 61 頁 ) 電路，降低成本，此處采用 動(dòng)態(tài)掃描驅(qū)動(dòng)顯示。這時(shí)需解決好兩個(gè)問題：顯示 不閃爍和有足夠的顯示亮度。為使顯示不閃爍，通常采用較高的字刷新頻率。實(shí)驗(yàn)證明，若要達(dá)到顯示不閃爍需刷新頻率應(yīng)不低于 lOOHz，這主要由軟件設(shè)計(jì)來保證；要獲得足夠的顯示亮度，就應(yīng)合理地選擇 LED 的正向電流， 并據(jù)此來選擇驅(qū)動(dòng)電路的驅(qū)動(dòng)能力和限流電阻值。動(dòng)態(tài)掃描顯示驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)與靜態(tài)顯示驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)有很大的不同，若點(diǎn)亮?xí)r的正向電流和靜態(tài) 顯示時(shí)一樣的話，那么動(dòng)態(tài)掃描中顯示器的亮度將明顯低于靜態(tài)顯示方式。若一般器件手冊(cè)上給出靜態(tài)顯示方式工作電流為 Ip0(每段 )，則在動(dòng)態(tài)掃描方式時(shí)，可按下式計(jì)算工作電流： Ip， Ip=N Ip0。 本文設(shè)計(jì)的遙控定時(shí)系統(tǒng)，顯示器選用字符高度為 60ram的 LED數(shù)碼管。根據(jù)字符高度與可視距離的關(guān)系，可得 適宜觀察距離為 20米以內(nèi)。 Q1A(7407)接段選， U2A(7407)接位選。當(dāng)段選輸入為高電平 l時(shí)，電流經(jīng) R R2向左流，三極管處于飽和狀態(tài)，發(fā)射極電流近似等于集電極電流， LED點(diǎn)亮，當(dāng)段選輸入為低電平 O，三極管處于截止?fàn)顟B(tài)，該段 LED不亮。驅(qū)動(dòng)電路如下圖所示： 圖 7 LED顯示驅(qū)動(dòng)電路 2． 3． 1 LED 顯示器與單片機(jī)一般接口 硬件電路設(shè)計(jì) 第 10 頁 (共 61 頁 ) 它是由單片機(jī) 89C51 擴(kuò)展 I/O（如 8155）組成，然后再使用邏輯門驅(qū)動(dòng)芯片（如7407 等）驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的位碼和段碼。這種設(shè)計(jì)，芯片間連線十分復(fù)雜。其結(jié)構(gòu)圖如圖 8所示： 圖 8 結(jié)構(gòu)圖 此電路是采用軟件譯碼的多位 LED 掃描顯示的接口電路。它的設(shè)計(jì)思想是預(yù)先在內(nèi)存中存放一張如表 2所示的段碼表，根據(jù)要顯示的數(shù)字或字符去查表取得相應(yīng)的段碼，將找到的段碼加到七段 LED的驅(qū)動(dòng)器上即可顯示出數(shù)字或字符。具體顯示時(shí)，采用掃描的方法控制哪一位 LED 被點(diǎn)亮，在本接口中先從最右一位 LED 開始，逐個(gè)左移，直到最后一個(gè) LED顯示完畢，然后重復(fù)上述過程，由于人眼的視覺暫留，看起來不會(huì)有閃動(dòng)感覺。在接口電路中，用可編程并行接口芯片 8155 的 PB口作 為 LED 的字形輸出口， PA 口作為 LED 的字位控制口，由于字位控制器為反向驅(qū)動(dòng)器，顯示時(shí)從最右邊的一位 LED開始點(diǎn)亮。 ~ ALE /ER /RD 89C51 AD0~AD7 PB口 ALE /WR /RD /CE IO/M PA 口 8155 驅(qū) 動(dòng) 器 反向驅(qū)動(dòng)器 八位 LED 顯示器 硬件電路設(shè)計(jì) 第 11 頁 (共 61 頁 ) 存儲(chǔ)器 中地址 數(shù)字 共陰極接法七段狀態(tài) g f e d c b a 共陰極接法段碼（十六進(jìn)制） 共陽極接法段碼（十六進(jìn)制） SEG SEG+1 SEG+2 SEG+3 SEG+4 SEG+5 SEG+6 SEG+7 SEG+8 SEG+9 SEG+10 SEG+11 SEG+12 SEG+13 SEG+14 SEG+15 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A B C D E F 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 0 1 0 1 1 0 1 1 1 0 0 1 1 1 1 1 1 0 0 1 1 0 1 1 0 1 1 0 1 1 1 1 1 1 0 1 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 1 1 1 0 0 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 0 0 1 1 1 1 0 0 0 1 3F 06 5B 4F 66 6D 7D 07 7F 67 77 7C 39 5E 79 71 40 79 24 30 19 12 01 78 00 18 08 03 46 21 06 0E 表 2 段碼表 2． 3． 2 LED 顯示器與單片機(jī)簡(jiǎn)單接口 從圖 2中可以看出，這種設(shè)計(jì)，芯片間連線十分復(fù)雜，系統(tǒng)工作可靠性不高，己越來越 不適應(yīng)單片機(jī)系統(tǒng)集成化、小型化的發(fā)展要求。特別是系統(tǒng)并行擴(kuò)展 I/O，其缺點(diǎn)十分明顯： 連線太多，系統(tǒng)連線復(fù)雜，印制板布線不方便； 硬件電路設(shè)計(jì) 第 12 頁 (共 61 頁 ) 并行總線上掛靠的器件太多，系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性很低； 體積太大，集成度不高。 根據(jù)以上的分析可設(shè)計(jì)一種簡(jiǎn)單的接口，如圖 9所示