【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 存儲(chǔ)器時(shí)， 當(dāng)作 數(shù)據(jù) /地址總線。 不擴(kuò)展時(shí)，可做一般的 I/O 使用，但內(nèi)部無上拉電阻，作為輸入或輸出時(shí)應(yīng)在外部接上拉電阻。 P1 口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P1 口緩沖器能接收輸出4TTL 門電流。 P1 口管腳寫入 1 后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入， P1 口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在 FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí)， P1 口作為第八位地址接收。 P2 口： P2 口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 口緩沖器可接收，輸出 4 個(gè) TTL 門電流，當(dāng) P2 口被寫 “1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)， P2 口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。 P2 口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或 16 位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)， P2 口輸出地址的高八位。在給出地址 “1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)， P2 口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2 口在 FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí)接收高 八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。 P3 口管腳是 8 個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O 口，可接收輸出 4 個(gè) TTL 門電流。當(dāng) P3 口寫入 “1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平， P3 口將輸出電流（ ILL）這是由于上拉的緣故。 【 3】 3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 9 圖 31 AT89S51引腳圖 VCC:接 +5V電源； GND：接地； ：接啟動(dòng) /停止按鍵，控制計(jì)價(jià)； ：按功能鍵； ：按清零鍵； P0 口接數(shù)碼管選段， P2 口接驅(qū)動(dòng)芯片； （ T0）接模擬開關(guān)按鍵，替代了出租車計(jì)價(jià)器中的傳感器； 、 口接掉電保護(hù)電路。 時(shí)鐘引腳 :XTAL1 和 XTAL2 兩端接晶振和 30PF 的電容，構(gòu)成時(shí)鐘電路，它可以使單片機(jī)穩(wěn)定可靠的運(yùn)行； RST：復(fù)位信號(hào)輸入端，高電平有效。當(dāng)在此引腳加兩個(gè)周期的高電平時(shí)，就可以完成復(fù)位操作； ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)， ALE（地址鎖存允許）輸出電平用于鎖存地址的低 8 位字節(jié) 。在 FLASH 編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時(shí)， ALE 端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的 1/6。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)用 作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過一個(gè) ALE 脈沖。如想禁止 ALE 操作， 可通過特殊功能寄存器（ SFR）區(qū)中的 8EH 單元的 D0 位置位 。 /EA/VPP ：當(dāng) /EA 保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（ 0000HFFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。注意加密方式 1 時(shí)， /EA 將 西安交通大學(xué)城市學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 內(nèi)部鎖定為 RESET；當(dāng) /EA 端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。在FLASH 編程期間，此引腳也用于施加 12V編程電源（ VPP）。 圖 32 AT89C51 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖 AT89S51 主要特性 1） 兼容 MCS51 指令系統(tǒng) ， 4k 可反復(fù) 擦寫 (1000 次） ISP Flash Rom 2） 32 個(gè)雙向 I/O 口 ， 工作電壓 3） 2 個(gè) 16 位可編程定時(shí) /計(jì)數(shù)器 ， 時(shí)鐘頻率 033MHz 3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 11 4） 全雙工 UART 串行中斷口線 ， 128x8Bit 內(nèi)部 RAM 5） 2 個(gè)外部中斷源 ， 低功耗空閑和省電模式 6） 中斷喚醒省電模式 ， 3 級(jí)加密位 7） 看門狗（ WDT）電路 ， 軟件設(shè)置空閑和省電功能 8） 靈活的 ISP 字節(jié)和分頁編程 ， 雙數(shù)據(jù)寄存器指針 驅(qū)動(dòng)電路 74LS245 是我們常用的芯片，用來驅(qū)動(dòng) LED 或者其他的設(shè)備，它是 8 路同相三態(tài)雙向總線收發(fā)器，可雙 向傳輸數(shù)據(jù)。 74LS245 還具有雙向三態(tài)功能，既可以輸出，也可以輸入數(shù)據(jù)。當(dāng) 8051 單片機(jī)的 P0 口總線負(fù)載達(dá)到或超過 P0 最大負(fù)載能力時(shí)，必須接入 74LS245 等總線驅(qū)動(dòng)器。 當(dāng)片選端 /CE 低電平有效時(shí)， DIR=“0”，信號(hào)由 B 向 A 傳輸（接收） ；DIR=“1”，信號(hào)由 A 向 B 傳輸；（發(fā)送）當(dāng) CE 為高電平時(shí)， A、 B 均為高阻態(tài)。 圖 33 74LS245 芯片 顯示電路 用單片機(jī)驅(qū)動(dòng) LED 數(shù)碼管有很多方法，按顯示方式分，有靜態(tài)顯示和動(dòng)態(tài)（掃描）顯示，按譯碼方式可分硬件譯碼和軟件譯碼之分。靜態(tài)顯示就是顯 示驅(qū)動(dòng)電路具有輸出鎖存功能，單片機(jī)將所要顯示的數(shù)據(jù)送出后就不再管，直到下一次顯示數(shù)據(jù)需要更新時(shí)再傳送一次新數(shù)據(jù)，顯示數(shù)據(jù)穩(wěn)定，占用很少的 CPU時(shí)間。動(dòng)態(tài)顯示需要 CPU 時(shí)刻對(duì)顯示器件進(jìn)行數(shù)據(jù)刷新，顯示數(shù)據(jù)有閃爍感，占用的 CPU 時(shí)間多。這兩種顯示方式各有利弊；靜態(tài)顯示雖然數(shù)據(jù)穩(wěn)定，占用很少的 CPU 時(shí)間，但每個(gè)顯示單元都需要單獨(dú)的顯示驅(qū)動(dòng)電路，使用的硬件較多；動(dòng)態(tài)顯示雖然有閃爍感，占用的 CPU 時(shí)間多，但使用的硬件少，能節(jié)省線西安交通大學(xué)城市學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 路板空間 ，更重要的是能節(jié)省成本 。 硬件譯碼就是顯示的段碼完全由硬件完成， CPU只要送出標(biāo)準(zhǔn) 的 BCD碼即可，硬件接線有一定標(biāo)準(zhǔn)。軟件譯碼是用軟件來完成硬件的功能，硬件簡(jiǎn)單，接線靈活，顯示段碼完全由軟件來處理，是目前常用的顯示驅(qū)動(dòng)方式。 在顯示方面我們選用了 LED 顯示器動(dòng)態(tài)顯示。靜態(tài)顯示雖然亮度較高，接口編程容易，但是每位的段碼線分別與一個(gè) 8 位的鎖存器輸出相連，占用的 I/O口較多，在顯示位數(shù)較多的情況下，一般采用動(dòng)態(tài)顯示。 在多位 LED 顯示時(shí)，為了簡(jiǎn)化電路，降低成本，將所有位 LED 的段選線并接在一起，在某一刻時(shí)，將要顯示的字符段碼同時(shí)送到每一個(gè)顯示器的各段，但是只讓這一位 LED 顯示。下一時(shí)刻又送下一位 LED要顯示字符的段碼，并只讓下一位 LED顯示 …… .如此輪流，使每位顯示該為的字符，這樣不斷的循環(huán)送出響應(yīng)的段選碼﹑位選碼，就可以獲得視覺穩(wěn)定的顯示狀態(tài)。 【 9】 圖 34 顯示電路設(shè)計(jì)原理圖 LED 數(shù)碼有共陰和共陽兩種，把這些 LED 發(fā)光二極管的正極接在一起（一般是拼成一個(gè) 8 字加一個(gè)小數(shù)點(diǎn)）而作為一個(gè)引腳，叫做共陽的，反之就叫共陰的，那么應(yīng)用時(shí)這個(gè)腳就分別接 VCC 和 GND。然后把多個(gè)這樣的 8 字裝在一起就成了多位數(shù)碼管了。共陰數(shù)碼管，陰極接地，當(dāng)某個(gè)發(fā)光二極管的陽極為高電3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 13 平時(shí)，發(fā)光二極管點(diǎn)亮，對(duì)應(yīng)的段就顯 示。在本次設(shè)計(jì)仿真中使用的是 6 個(gè)一組的共陰 8 段數(shù)碼管，如下圖所示： 圖 35 共陰極 8 段數(shù)碼管示意圖 復(fù)位電路 單片機(jī)的復(fù)位是 由 外部的復(fù)位電路實(shí)現(xiàn)的， 無論用戶使用哪種類型的單片機(jī)，總要涉及到單片機(jī)復(fù)位電路的設(shè)計(jì)。而單片機(jī)復(fù)位電路設(shè)計(jì)的好壞，直接影響到整個(gè)系統(tǒng)工作的可靠性。許多用戶在設(shè)計(jì)完單片機(jī)系統(tǒng)，并在實(shí)驗(yàn)室調(diào)試成功后，在現(xiàn)場(chǎng)卻出現(xiàn)了 “死機(jī) ”、 “程序走飛 ”等現(xiàn)象，這主要是單片機(jī)的復(fù)位電路設(shè)計(jì)不可靠引起的。 所以設(shè)計(jì)好復(fù)位電路是至關(guān)重要的。系統(tǒng)開始運(yùn)行和重新啟動(dòng)靠復(fù)位電路來實(shí)現(xiàn)，這種工作方式為復(fù) 位方式。單片機(jī)在開機(jī)時(shí)都需要復(fù)位，以便 CPU 及其他功能部件都處于一種確定的初始狀態(tài)，并從這個(gè)狀態(tài)開始工作。 【 11】 復(fù)位電路通常采用上電復(fù)位和按鈕復(fù)位兩種方式。上電復(fù)位是通過外部復(fù)位電路的電容充電來實(shí)現(xiàn)的。除了上電復(fù)位外還需要按鍵手動(dòng)復(fù)位。按鍵手動(dòng)復(fù)位有電平方式和脈沖方式兩種。其中電平方式 復(fù)位是通過 RST 端經(jīng)電阻與電源VCC 接通而實(shí)現(xiàn)的。單片機(jī)復(fù)位速度比外圍 I/O 接口電路快，并能保證系統(tǒng)可靠地復(fù)位，在初始化程序中安排一定的復(fù)位延遲時(shí)間。 AT89S51 的復(fù)位端高電平有效。 RST 端若由低電平上升到高電平并持續(xù) 兩個(gè)周期，系統(tǒng)將實(shí)現(xiàn)一次復(fù)位操作。在復(fù)位電路中，按下一個(gè)復(fù)位開關(guān)就使在 RST端出現(xiàn)一段時(shí)間的高電平，就實(shí)現(xiàn)復(fù)位。 西安交通大學(xué)城市學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 圖 36 復(fù)位電路模塊設(shè)計(jì) 掉電保護(hù)電路 單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的儀器儀表，家用電器，工業(yè)監(jiān)控等系統(tǒng)中，對(duì)某些狀態(tài)參數(shù)，不僅要求能夠在線修改，而且斷電能保持，以備上電后恢復(fù)系統(tǒng)的狀態(tài)。斷電數(shù)據(jù)保護(hù)方法可選用具有斷電保護(hù)功能的 RAM 和電可擦存儲(chǔ)器EEPROM。具有斷電保護(hù)功能的 RAM容量大，速度快，但占用線多，成本高，EEPROM 適合數(shù)據(jù)交換量少，對(duì)傳送速度要求不高的場(chǎng)合。 【 11】 EPROM 有 并行和串行之分，并行 EEPROM 速度比串行快，容量大。串行芯片成本低，線路簡(jiǎn)單，工作可靠，占用單片機(jī)口線資源少。 AT24CX 系列串行 EEPROM 是目前單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中使用較多的 EEPROM芯片。其系列串行 EEPROM 除具有體積小、功耗低、工作電壓有效范圍寬等特點(diǎn)外，還具有型號(hào)多，容量大， I2C 總線協(xié)議，占用 I/O 口線少，芯片擴(kuò)展配置方便靈活，讀 /寫操作相對(duì)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。在智能化裝置中，正日益獲得廣泛應(yīng)用。 AT24CX 系列 EEPROM 為串行的用電擦除的可編程 CMOS 只讀存儲(chǔ)器。自定時(shí)寫周期包括自動(dòng)擦除時(shí)間不 超過 10ms，典型時(shí)間為 5ms。擦除 /寫入周期壽命一般都可達(dá)到 10 萬次以上。片內(nèi)數(shù)據(jù)保存壽命可達(dá) 410 年以上。采用單一電壓 +5V，低功耗工作電流 1mA,備用狀態(tài)只有 10uA,端口為三態(tài)門輸出，與 TTL電平兼容。一般商業(yè)品工作溫度為 0～ +70℃，工業(yè)品為 40～ +85℃。這個(gè)系列的芯片有 8 腳 DIP（雙列直插）封裝， 8 腳 SOIC（表面貼裝）封裝，一部分型號(hào)還有 14 腳 SOIC 封裝。 【 10】 掉電保護(hù)電路中采用了存儲(chǔ)芯片 AT24C02。 它的作用是在電源斷開的時(shí)候，存儲(chǔ)當(dāng)前設(shè)置的單價(jià)信息 ，采用串行的總線和單片機(jī)的通訊 。 AT24C02 系列串行 EEPROM 引腳、容量及結(jié)構(gòu) 3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 15 目前我國(guó)應(yīng)用最多的封裝形式是 8 腳封裝 ,如圖 36 所示： 圖 37 AT24C02 型號(hào)和引腳 圖中 R1， R2 是上拉電阻，其作用時(shí) 減少 AT24C02 的靜態(tài)功耗。由于 AT24C02的數(shù)據(jù)線和地址線是復(fù)用的，采用串口的方式傳送數(shù)據(jù)，所以只用兩根線 SCL（時(shí)鐘脈沖）和 SDA（數(shù)據(jù) /地址）與單片機(jī) 和 連接，進(jìn)行傳送數(shù)據(jù)。 每當(dāng)設(shè)定一次單價(jià)，系統(tǒng)就自動(dòng)調(diào)用存儲(chǔ)程序，將單價(jià)信息保存在芯片內(nèi)，當(dāng)系統(tǒng)重新上電的時(shí)候，自動(dòng)調(diào)用讀存儲(chǔ)器程序，將存儲(chǔ)器內(nèi)的單價(jià) 等信息，讀到緩存單元里，供主程序使用。 AT24C02 的 EEPROM 的引腳說明如下： 1） SCL— 串行時(shí)鐘端，用于對(duì)輸入和輸出數(shù)據(jù)的同步。寫入串行 EEPROM的數(shù)據(jù)用 SCL 上升沿同步，輸出數(shù)據(jù)用下降沿同步 2） SDA— 串行數(shù)據(jù)輸入 /輸出端，漏極開路結(jié)構(gòu)。 使用時(shí)該引腳必須接一個(gè) 左右的上拉電阻。 SDA 線上數(shù)據(jù)傳送順序是高位在先，低位在后。 3） WP— 寫保護(hù)，用于硬件數(shù)據(jù)保護(hù)功能。 當(dāng)該引腳接地時(shí)，可以對(duì)整個(gè)存儲(chǔ)器進(jìn)行正常讀 /寫操作；當(dāng)其接電源 Vcc時(shí)，芯片就具有寫保護(hù)功能，被保護(hù)的區(qū)域因型號(hào)而異。被 保護(hù)部分的讀操作不受影響，實(shí)際上這時(shí)被保護(hù)的區(qū)域就可以作為串行只讀存儲(chǔ)器。英注意，對(duì)AT24C08 芯片，雖然第 7 腳也定義為 WP，但實(shí)際不起作用。 A0， A1， A2— 片選或以頁面選擇地址輸入，用于 EEPROM 器件地址編碼。 西安交通大學(xué)城市學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 將這 3 個(gè)引腳配置成不同的編碼值，可選中不同的芯片。在同一串行總線上最多可擴(kuò)充 8 片同一容量或不同容量的芯片。但注意，有些型號(hào)的地址是無效的。例如， AT24C16 所對(duì)應(yīng)的 3 個(gè)引腳均無效，因此使用 AT24C16 時(shí)只能尋址 1 片，同樣，使用 AT24C04 時(shí)刻尋址 4 片；使用 AT24C08 可尋址 2 片。 TEST— 測(cè)試，用于對(duì)存儲(chǔ)器的檢測(cè)。 VCC— 電源電壓 +5V。 GND— 接地端。 NC— 未連接。 ATC24C02 是目前最常用的型號(hào)，支持器件地址編碼，統(tǒng)一串行總線最多時(shí)可同時(shí)連接 1～ 8 片，支持硬件設(shè)置數(shù)據(jù)保護(hù)。 時(shí)鐘電路 由于單片機(jī)沒有時(shí)鐘模塊，故外接一個(gè)晶振，來產(chǎn)生系統(tǒng)時(shí)鐘脈沖。 時(shí)鐘脈沖電路的主要作用是對(duì)外發(fā)出時(shí)序控制信號(hào)，在 AT89S51 芯片上， XTAL1 和 XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出 ，其中，當(dāng)與本試驗(yàn)線路相同時(shí)，即使用內(nèi)部時(shí)鐘方式時(shí)， XTAL1和 XTAL2必須外接石英晶體和微調(diào) 電容，其中電容 C C2 對(duì)振蕩頻率起穩(wěn)定的作用，振蕩頻率應(yīng)在 —— 12MHz。該反向放大器可以配 置為 片內(nèi)振蕩器。如采用外部時(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)器件， XTAL2 應(yīng)不接。有余輸入至內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)要通過一個(gè)二分頻觸發(fā)器，因此對(duì)外部時(shí)鐘信號(hào)的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。 時(shí)鐘頻率越高，單片機(jī)控制器的節(jié)拍越快，運(yùn)算速度也越快。 本設(shè)計(jì)中使用的振蕩電路，有 12MHZ 晶體振蕩器和兩個(gè)約 33PF 的電容組成，在 XTAL