【文章內(nèi)容簡介】 腳圖及其引腳功能說明 硬件電路設(shè)計 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)總線復用口。作為輸出口用時，每位能吸收電流的方式驅(qū)動 8 個 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) 存儲器或程序存儲器時，這組口線分時轉(zhuǎn)換地址（低 8 位）和數(shù)據(jù)總線復用，在訪問期間激活內(nèi)部上拉電阻。 在 FLASH 編程時， P0 口接收指令字節(jié)，而在程序校驗時，輸出指令字節(jié)，校驗時，要求外接上拉電阻。 P1 口： P1 是一個帶內(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（吸收或輸出電流） 4 個 TTL 邏輯門電路。對端口寫“ 1”，通過北部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口。作輸入口使用時，因為內(nèi)部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流。 Flash 編程和程序校驗期間， P1 接收低 8 位地 址。 P2 口： P2 是一個帶有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 的輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流） 4 個 TTL 邏輯門電路。對端口寫“ 1”，通過北部的上拉電硬件電路設(shè)計 第 5 頁 (共 61 頁 ) 阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口。作輸入口使用時，因為內(nèi)部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流。 在訪問外部程序存儲器或 16 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器（例如執(zhí)行 MOVX @DPTR 指令）時， 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)存儲器（如執(zhí)行 MOVX@RI 指令）時， 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），在整個訪問期間不改變。 Flash 編程和程序校驗期間， P2 亦接收高地址和其他控制信號。 P3 口： P3 是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P3 的輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流） 4 個 TTL 邏輯門電路。對 P3 口寫入“ 1”時，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，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 閃速存儲器編程和程序校驗的控制信號。 RST：復位輸入，當振蕩器工作時， RST 引腳出現(xiàn)兩個機器周期以上高電平將使單片機復位。 ALE：當訪問外部程序存儲器或數(shù)據(jù)存儲器時， 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器， ALE 仍以時鐘振蕩頻率的 1/6輸出固定的正脈沖信號，因此它可對外輸出時鐘或用于定時目的，要注意的是：每當硬件電路設(shè)計 第 6 頁 (共 61 頁 ) 訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時將跳過一個 ALE 脈沖 對 FLASH 存儲器編程期間，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 才會被激活。此外，該引腳會被微弱拉高，單片機執(zhí)行外部程序時，應(yīng)設(shè)置 ALE 無效。 PSEN：程序儲存允許輸出是外部程序存儲器的讀選通信號，當 AT89C51 由外部程序存儲器取指令（或數(shù)據(jù)）時，每個機器周期兩次 PSEN 有效，即輸出兩個脈沖。在此期間，當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器，這兩次有效的 PSEN 信號不出現(xiàn)。 EA/VPP：外部訪問允許。欲使 CPU 僅訪問外部存儲器（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，復位時內(nèi)部會鎖存 EA 端狀態(tài)。 如 EA 端為高電平（接 VCC 端）， CPU 則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲器中的指令。 Flash 存儲器編程時，該引腳加上 +12V 的編程允許電源，當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 振蕩時鐘電路的設(shè)計 XTAL1和 XTAL2各為內(nèi)部放大器的輸入和輸出端，在使用單片機內(nèi)部振蕩電路時，這兩個端子用來外接石英晶體和微調(diào)電容 。在使用外部時鐘時，則用來輸入時鐘脈沖。XTAL1 和 XTAL2 放大器可被配置為一個片內(nèi)振蕩器。本設(shè)計是使用單片機內(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 第 7 頁 (共 61 頁 ) 圖 4 振蕩時鐘電路 2． 2． 5 復位電路設(shè)計 通過某種方式，使單片機內(nèi)各寄存器的值變?yōu)槌跏紶顟B(tài)操作稱為復位。復位可分為上電復位和外部復位兩種方式 ，如圖 5 所示。 上電復位是在單片機接通電源時，對單片機的復 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。上電復位所需的最短時間是振蕩器振蕩建立時間的 2個機器周期。適當選擇電容 C 和電阻 R 的數(shù)值，就能使 RST 引腳上的高電平保持 2個以上的周期，實現(xiàn)復位操作。 復位電路的容阻參數(shù)通常取 22uF， R取 1KΩ，可在 RST/VPD 端提供足夠的高電平脈沖，使 單片機能夠可靠地上電自動復位。 單片機在啟動或斷電后，程序需要從頭開始執(zhí)行，機器內(nèi)全部寄存器、 I/O 接口等都必須重新復位。當 89C51 的 ALE及 PSEN 兩引腳輸出高電平， RST 引腳高電平到時，單片機復位。 RST/VPD 端的高電平直接由上電瞬間產(chǎn)生則上電復位，若通過按動按鈕產(chǎn)生高電平復位稱為外部復位。 圖 5 中，上電時，剛接通電源、電容 C 相當于瞬間短路， +5V 立即加到了 RST/VPD端，該高電平 89C51 全機復位。 若運行過程中 ，需要程序從頭執(zhí)行只需按動按鈕 K即可。按下 K，則直接把 +5V加到了 RST/VPD 端從而復位，這就是外部復位。 C2 C1 XTAL2 XTAL1 GND 注：用晶體時 C C2=30PF177。10PF（包括分布電容）。 硬件電路設(shè)計 第 8 頁 (共 61 頁 ) 圖 5 上電 /外部復位電路 2． 2． 6 報警電路設(shè)計 報警電路由蜂鳴器和發(fā)光二極管構(gòu)成聲光報警系統(tǒng)，其驅(qū)動電路由三極管實現(xiàn)，如圖 6所示： 圖 6 報警電路 2． 3 LED顯示器與單片機接口電路設(shè)計 在單片機的應(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，它特別適用于強光和光線極弱的場合。 在單片機應(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。為簡化電路設(shè)計，顯示電路采用動態(tài)掃描顯示，接 4 個大屏幕一 LED 顯示器。 為簡化89C51 5V 100Ω 89C51 RST/VPD VSS R1 C R Vcc 硬件電路設(shè)計 第 9 頁 (共 61 頁 ) 電路，降低成本，此處采用 動態(tài)掃描驅(qū)動顯示。這時需解決好兩個問題：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。實驗證明，若要達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)動電路的驅(qū)動能力和限流電阻值。動態(tài)掃描顯示驅(qū)動電路的設(shè)計與靜態(tài)顯示驅(qū)動電路的設(shè)計有很大的不同，若點亮時的正向電流和靜態(tài) 顯示時一樣的話，那么動態(tài)掃描中顯示器的亮度將明顯低于靜態(tài)顯示方式。若一般器件手冊上給出靜態(tài)顯示方式工作電流為 Ip0(每段 )，則在動態(tài)掃描方式時，可按下式計算工作電流： Ip， Ip=N Ip0。 本文設(shè)計的遙控定時系統(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。當段選輸入為高電平 l時，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點亮，當段選輸入為低電平 O，三極管處于截止狀態(tài)，該段 LED不亮。驅(qū)動電路如下圖所示： 圖 7 LED顯示驅(qū)動電路 2． 3． 1 LED 顯示器與單片機一般接口 硬件電路設(shè)計 第 10 頁 (共 61 頁 ) 它是由單片機 89C51 擴展 I/O（如 8155）組成，然后再使用邏輯門驅(qū)動芯片（如7407 等）驅(qū)動相應(yīng)的位碼和段碼。這種設(shè)計，芯片間連線十分復雜。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)計思想是預先在內(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)動器上即可顯示出數(shù)字或字符。具體顯示時，采用掃描的方法控制哪一位 LED 被點亮，在本接口中先從最右一位 LED 開始，逐個左移，直到最后一個 LED顯示完畢，然后重復上述過程，由于人眼的視覺暫留，看起來不會有閃動感覺。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)動器，顯示時從最右邊的一位 LED開始點亮。 ~ ALE /ER /RD 89C51 AD0~AD7 PB口 ALE /WR /RD /CE IO/M PA 口 8155 驅(qū) 動 器 反向驅(qū)動器 八位 LED 顯示器 硬件電路設(shè)計 第 11 頁 (共 61 頁 ) 存儲器 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（十六進制） 共陽極接法段碼（十六進制） 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 顯示器與單片機簡單接口 從圖 2中可以看出，這種設(shè)計，芯片間連線十分復雜，系統(tǒng)工作可靠性不高，己越來越 不適應(yīng)單片機系統(tǒng)集成化、小型化的發(fā)展要求。特別是系統(tǒng)并行擴展 I/O，其缺點十分明顯： 連線太多，系統(tǒng)連線復雜，印制板布線不方便； 硬件電路設(shè)計 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)計一種簡單的接口，如圖 9所示