【文章內(nèi)容簡介】 設計 9 芯片除了低功耗特性之外，還具有功耗的可控性，使單片機可以工作在功耗精細管理狀態(tài)。這也是今后以 80C51取代 8051為標準 MCU芯片的原因。因為單片機芯片多數(shù)是采用 CMOS（金屬柵氧化物）半導體工藝生產(chǎn)。 CMOS電路的特點是低功耗、高密度、低速度、低價格。采用雙極型半導體工藝的 TTL電路速度快，但功耗和芯片面積較大。隨著技術和工藝水平的提高， 又出現(xiàn)了 HMOS（高密度、高速度 MOS）和 CHMOS工藝。 CHMOS和 HMOS工藝的結合。目前生產(chǎn)的 CHMOS電路已達到 LSTTL的速度，傳輸延遲時間小于 2ns，它的綜合優(yōu)勢已在于 TTL電路。因而，在單片機領域 CMOS正在逐漸取代 TTL電路。 低功耗化 單片機的功耗已從 Ma級，甚至 1uA以下；使用電壓在 3~6V之間，完全適應電池工作。低功耗化的效應不僅是功耗低，而且?guī)砹水a(chǎn)品的高可靠性、高抗干擾能力以及產(chǎn)品的便攜化。 低電壓化 幾乎所有的單片機都有 WAIT、 STOP等省電運行方式。允許使用的電壓范圍越來越寬，一般在 3~6V范圍內(nèi)工作。低電壓供電的單片機電源下限已可達 1~2V。目前 電的單片機已經(jīng)問世。 低噪聲與高可靠性 為提高單片機的抗電磁干擾能力，使產(chǎn)品能適應惡劣的工作環(huán)境，滿足電磁兼容性方面更高標準的要求，各單片廠家在單片機內(nèi)部電路中都采用了新的技術措施。 大容量化 以往單片機內(nèi)的 ROM為 1KB~4KB， RAM為 64~128B。但在需要復雜控制的場合，該存儲容量是不夠的，必須進行外接擴充。為了適應這種領域的要求，須運用新的工藝，使片內(nèi)存儲器大容量化。目前，單片機內(nèi) ROM最大可達 64KB， RAM最大為 2KB。 高性能化主要是指進一步改進 CPU的性能，加快指令運算的速度和提高系統(tǒng)控制的可靠性。采用精簡指令集（ RISC）結構和流水線技術，可以大幅度提高運行速度?，F(xiàn)指令速度最高者已達 100MIPS（ Million Instruction Per Seconds，即兆指令每秒），并加強了位處理功能、中斷和定時控制功能。這類單片機的運算速度比標準的單片機高出 10 倍以上。由于這類單片機有極高的指令速度，就可以用軟件模擬其 I/O功能，由此引入了虛擬外設的新概念。 小容量、低價格化 與上述相反，以 4位、 8位 機為中心的小容量、低價格化也是發(fā)展動向之一。這類單片機的用途是把以往用數(shù)字邏輯集成電路組成的控制電路單片化，可廣泛用于家電產(chǎn)品。 外圍電路內(nèi)裝化 這也是單片機發(fā)展的主要方向。隨著集成度的不斷提高，有可能把眾多的各種處圍功能器件集成在片內(nèi)。除了一般必須具有的 CPU、 ROM、 RAM、定時器 /計數(shù)器等以外，片內(nèi)集成的部件還有模 /數(shù)轉(zhuǎn)換器、 DMA控制器、聲音發(fā)生器、監(jiān)視定時器、液晶顯示驅(qū)動器、彩色電視機和錄像機用的鎖相電路等。 單片機課程設計 10 串行擴展技術 在很長一段時間里，通用型單片機通過三總線結構擴展外圍器件成為單片機應用 的主流結構。隨著低價位 OTP（ One Time Programble）及各種類型片內(nèi)程序存儲器的發(fā)展，加之處圍接口不斷進入片內(nèi)，推動了單片機 “ 單片 ” 應用結構的發(fā)展。特別是 I C、SPI等串行總線的引入，可以使單片機的引腳設計得更少，單片機系統(tǒng)結構更加簡化及規(guī)范化。 隨著半導體集成工藝的不斷發(fā)展，單片機的集成度將更高、體積將更小、功能將列強。在單片機家族中， 80C51系列是其中的佼佼者，加之 Intel公司將其 MCS – 51系列中的 80C51內(nèi)核使用權以專利互換或出售形式轉(zhuǎn)讓給全世界許多著名 IC制造廠商，如 Philips、 NEC、Atmel、 AMD、華邦等，這些公司都在保持與 80C51單片機兼容的基礎上改善了 80C51的許多特性。這樣， 80C51就變成有眾多制造廠商支持的、發(fā)展出上百品種的大家族，現(xiàn)統(tǒng)稱為 80C51系列。 80C51單片機已成為單片機發(fā)展的主流。專家認為，雖然世界上的 MCU品種繁多，功能各異，開發(fā)裝置也互不兼容，但是客觀發(fā)展表明， 80C51 可能最終形成事實上的標準 MCU芯片。 單片機課程設計 11 4 硬件設計 總體設計 圖 31 顯示屏電路框圖 如圖 31 所示，本產(chǎn)品擬采用以 AT89C51 單片機為 核心芯片的電路來實現(xiàn)，主要由AT89C51芯片、電源、 74HC15 16 16 LED點陣 5部分組成。 從理論上說，不論顯示圖形還是文字，只要控制與組成這些圖形或文字的各個點所在的位置相對應的 LED器件發(fā) 光，就可以得到我們想要的顯示結果，這種同時控制各個發(fā)光點亮滅的方法稱為靜態(tài)驅(qū)動顯示方式。 16ｘ 16 的點陣共有 256 個發(fā)光二極管，顯然單片機沒有這么多的端口，這個數(shù)字很龐大，因為我們僅僅是 16ｘ 16 的點陣，在實際應用中的顯示屏往往要大得多，這樣在鎖存器上花的成本將是一個很龐大的數(shù)字。因此在實際應用中的顯示屏幾乎都不采用這種設計，而采用另外一種稱為動態(tài)掃描的顯示方法。 動態(tài)掃描的意思簡單地說就是逐行輪流點亮，這樣掃描驅(qū)動電路就可以實現(xiàn)多行（比如16行）的同名列共用一套驅(qū)動器。具體就 16ｘ 16的點陣來說，把所有同 1行的發(fā)光管的陽極連在一起，把所有同 1列的發(fā)光管的陰極連在一起（共陽極的接法），先送出對應第一行發(fā)光管亮滅的數(shù)據(jù)并鎖存，然后選通第 1行使其燃亮一定時間，然后熄滅；再送出第二行的數(shù)據(jù)并鎖存，然后選通第 2行使其燃亮相同的時間，然后熄滅；以此類推，第 16 行之后，又重新燃亮第 1行，反復輪回。當這樣輪回的速度足夠快（每秒 24次以上），由于人眼的視覺暫留現(xiàn)象，就能夠看到顯示屏上穩(wěn)定的圖形了。 采用掃描方式進行顯示時，每一行有一個行驅(qū)動器，各行的同名列共用一個驅(qū)動器。顯示數(shù)據(jù)通常存儲在單片機的存儲器中，按 8位一個字節(jié)的形 式順序排放。顯示時要把一行中單片機課程設計 12 各列的數(shù)據(jù)都傳送到相應的列驅(qū)動器上去，這就存在一個顯示數(shù)據(jù)傳輸?shù)膯栴}。從控制電路到列驅(qū)動器的數(shù)據(jù)傳輸可以采用并列方式或串行方式。顯然，采用并行方式時，從控制電路到列驅(qū)動器的線路數(shù)量大，相應的硬件數(shù)目多。當列數(shù)很多時，并列傳輸?shù)姆桨甘遣豢扇〉摹? . 系統(tǒng)硬件選擇 AT89C51 芯片、 LED、 74HC13阻排 、三極管 等 一些單片機外圍應用電路 組成。 LED 驅(qū)動模塊 采用動態(tài)掃描方式，通過三極管驅(qū)動并聯(lián)在一起的 LED 發(fā)光管的一端 (共陰或共 2 端 )， LED 發(fā)光管的另一腳 接通用 I/O 口，控制其亮滅。該方法能驅(qū)動較多的 LED，控制方式較靈活，而且節(jié)省單片機的資源。 數(shù)據(jù)存儲模塊 采用串行 EEPROM（如 24C256等）存儲 LED 顯示屏要顯示的信息。串行 EEPROM技術是一種非易失性存儲技術，它幾乎具有所有類型存儲器的優(yōu)點：不揮發(fā)性、可更新性、高密度、低功耗和高性價比，非常適合應用于各類工業(yè)測控系統(tǒng)。它克服了常用的 281 281 2864等并行 EEPROM 器件價格高、體積大、可靠性低（這些器件如不采取措施，在上電、下電時常會丟失數(shù)據(jù)） 等不足，在速度要求不是很高的情況下，該器件是最理想的選擇。 各部分電路 單片機課程設計 13 時鐘電路 復位電路 數(shù)據(jù)存儲電路設計 數(shù)據(jù)存儲電路由串行 EEPROM 24C256組成。 24C256是 美國 CATALYST 公司出品的一個 1256K位的支持 I2C總線數(shù)據(jù)傳送協(xié)議的串行 CMOS E2PROM， 可用電擦除 ， 可編程自定時寫周期 （ 包括自動擦除時間不超過 10ms 典型時間為 5ms） 的串行 E2PROM。 該芯片有 兩種寫入方式 ， 一種是字 節(jié)寫入方式 ， 還有另一種頁寫入方式 。 允許在一個寫周期內(nèi)同時對 1個字節(jié)到一頁的若干字節(jié)的編程寫入 。 24C256的引腳排列及引腳功能描述如圖 321和表321 圖 321 24C256 的引腳排列圖 表 321引腳功能描述 該存儲電路僅由芯片 24C256組成， SCL為 串行時鐘引腳，用于產(chǎn)生器件所有數(shù)據(jù)發(fā)送或接收的時鐘。 SDA為 串行數(shù)據(jù) /地址，這是一個雙向傳輸端，用于傳送地址和所有數(shù)據(jù)的發(fā)送單片機課程設計 14 或接收。當 LED顯示屏控制系統(tǒng)工作時，單片機 89C51通過讀 SDA和 SCL腳讀取 24C256中的內(nèi)容，并 將其顯示于 LED顯示屏上。也可以通過上位機（ PC機）將編輯好的數(shù)據(jù)內(nèi)容下載到 24C256芯片內(nèi) 74LS138簡介 系統(tǒng)總體電路圖 單片機課程設計 15 5 常用軟件基礎知識 KEIL軟件使用方法 如何安裝與啟動 KEIL軟件我就不說了，這個軟件的功能有三個：編輯程序源代碼，編譯源程序為目標文件（目標文件就是翻譯過來的機器碼），軟件仿真運行結果。 使用 Keil 軟件建立一個工程 Keil 是目前進行 51 單片機開發(fā)最常用的編譯軟件。關于 Keil 的使用，有很多的資料介紹，這里只介紹其整個編譯過程，在最短時間內(nèi)開始使用 Easy 51DP2開發(fā)板。對于 Keil更詳細的介紹，可以參考一些專門書籍資料。在 Keil里，每一個完整的程序，都是以一個工程的形式建立的。一個工程里可以有一個或多個 *.c 文件和 *.h 文件，但只可以有一個main()函數(shù)。一般的做法是將包含 main()函數(shù)的 C文件加入到工程中，其他文件以 include頭文件的形式加到這個 C文件里。這樣，在編譯的時候，其他的文件會被自動的導入到工程里來。 打開 Keil軟件后，出現(xiàn)（圖 ）所示界面 。當然，如果 Keil在上次關閉時有打開的工程，再一次打開時它會自動加載上一次的工程文件。 圖 Keil軟件主界面 首先點擊 ProjectNew Project? （ ProjectOpen Project? 為打開一個已經(jīng)存在的工程），如圖 。 單片機課程設計 16 圖 Keil 軟件打開新工程界面 點開后，在出現(xiàn)的對話框中選擇工程存在路徑，單擊“保存”后，出現(xiàn)（如圖 ）界面。在此界面上選擇電路板上所用的單片機型號： Atmel AT89S51（或者是 AT89S52，視開發(fā)板上具體型號而定） ，單擊“確定”。 圖 選擇電路板上所用的單片機型號 設置完成后，軟件會提示“是否將 8051上電初始化程序添加入工程？”如圖 ，這個一般選擇“否”。（關于 ） 圖 是否將 8051 上電初始化程序添加入工程 這樣，就建立了一個空的 51工程。 單片機課程設計 17 接下來的事，就是在這個工程里面加入自己的程序代碼。點擊 ，或者 FileNew，便建立了一個空的文本框?，F(xiàn)在，就可以開始在里面輸入你的代碼了。 保存時注意：如果是用 C語言寫的