【文章內容簡介】 出 4 個 TTL 門電流。當 P3 口寫入 “1”后，它們被內部上拉為高電平，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 。 P3 口也可作為 AT89S51 的一些特殊功能口，如下表所示： P3 口管腳 備選功能 RXD（串行輸入口） TXD（串行輸出口） /INT0（外部中斷 0） /INT1（外部中斷 1） T0（記時器 0 外部輸入） T1（記時器 1 外部輸入） /WR（外部數(shù)據(jù)存 儲器寫選通） /RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通） P3 口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。 RST：復位輸入。當振蕩器復位器件時，要保持 RST 腳兩個機器周期的高電平時間。 ALE/PROG：當訪問外部存儲器時，地址鎖存允許 端 的輸出電平用于鎖存地址的地 址 字節(jié)。在 FLASH 編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時， ALE 端以不變的頻率周期輸出正脈沖 14 信號，此頻率為振蕩器頻率的 1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個 ALE 脈沖。如想禁止 ALE 的輸出可在 SFR8EH 地址上置 0。此時， ALE 只有在執(zhí)行 MOVX， MOVC 指令是 ALE 才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài) ALE 禁止，置位無效。 /PSEN：外部程序存儲器的選通信號 端 。在由外部程序存儲器取指期間，每個機器周期兩次 /PSEN 有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的 /PSEN 信號將不出現(xiàn)。 /EA/VPP：當 /EA 保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（ 0000HFFFFH），不管是否有內部程序存儲器。注意加密方式 1 時，/EA 將內部鎖定為 RESET；當 /EA 端 保持高電平時，此間內部程序存儲器。在 FLASH 編程期間，此引腳也用于施加 12V 編程電源（ VPP）。 XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內部時鐘工作電路的輸入。 XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。 主要特性 與 MCS51 兼容 4K 字節(jié)可編程閃爍存儲器 壽命： 1000 寫 /擦循環(huán) 數(shù)據(jù)保留時間： 10 年 全靜態(tài)工作： 0Hz24Hz 三級程序存儲器鎖定 128*8 位內部 RAM 32 可編程 I/O 線 15 兩個 16 位定時器 /計數(shù)器 5 個中斷源 可編程串行通道 低功耗的閑置和掉電模式 片內振蕩器和時鐘電 路 振蕩器特性 （ 1） XTAL1 和 XTAL2 分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內振蕩器 ，如圖 35 所示 。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時鐘源驅動器件， XTAL2 應不接。有余輸入至內部時鐘信號要通過一個二分頻觸發(fā)器，因此對外部時鐘信號的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。 圖 35 晶體振蕩器電路圖及出腿連接示意圖 （ 2） 芯片擦除 整個 EPROM 陣列和三個鎖定位的電擦除可通過正確的控制信號組合，并保持 ALE 管腳處于低電平 10ms 來完成。在芯 片擦除操作中， 16 代碼陣列全被寫 “1”且在任何非空存儲字節(jié)被重復編程以前，該操作必須被執(zhí)行。 此外， AT89C51 設有穩(wěn)態(tài)邏輯，可以在低到零頻率的條件下靜態(tài)邏輯，支持兩種軟件可選的掉電模式。在閑置模式下， CPU 停止工作。但 RAM，定時器，計數(shù)器，串口和中斷系統(tǒng)仍在工作。在掉電模式下，保存 RAM 的內容并且凍結振蕩器，禁止所用其他芯片功能，直到下一個硬件復位為止。 AT89S51 單片機的工作周期 單片機有了硬件和軟件就可以在控制器發(fā)出的控制信號作用下有條不紊地工作，控制信號必須定時發(fā)出，為了定時計算機內 部必須有一個準確的定時脈沖。這種定時脈沖是由晶體振蕩器產生的，并組成下面幾種工作周期，如圖 36 所示。 圖 36 振蕩周期、狀態(tài)周期、機器周期和指令周期 振蕩周期：是指為單片機提供時鐘脈沖信號的振蕩源的周期。 即由單片機的晶體振蕩器產生的時鐘脈沖的周期。 狀態(tài)周期：每個狀態(tài)周期為振蕩周期的 2 倍 , 是振蕩周期經(jīng)二分頻后得到的。在一個狀態(tài)周期中有兩個時鐘脈沖，通常稱它為 P P2。 17 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 個振蕩周期。在一個機器周期內 , CPU 可以完成一 個獨立的操作。 指令周期：它是指 CPU 完成一條操作所需的全部時間。 控制部件是單片機的神經(jīng)中樞，以主振頻率為基準（主振周期即為振蕩周期），控制器控制 CPU 的時序，對指令進行譯碼，然后發(fā)出各種控制信號，它將各個硬件環(huán)節(jié)組織在一起。 一般情況下，算術邏輯操作發(fā)生在時相 P1 期間，而內部寄存器之間的傳送發(fā)生在時相 P2 期間，這些內部時鐘信號無法從外部觀察，故用 XTAL2 引腳振蕩信號作參考。 AT89S51 單片機的工作過程和工作方式 單片機工作過程遵循現(xiàn)代計算機的工作原理（馮 諾依曼原理），即程序存儲和程 序控制。存儲程序是指人們必須事先把計算機的執(zhí)行步驟序列（即程序）及運行中所需的數(shù)據(jù) , 通過一定的方式輸入并存儲在計算機的存儲器中。程序控制是指計算機能自動地逐一取出程序中的指令，加以分析并執(zhí)行規(guī)定的操作。 單片機的工作方式有：復位、程序執(zhí)行、掉電保護和低功耗、編程、校驗與加密等方式。 1．復位方式 通過某種方式 , 使單片機內各寄存器的值變?yōu)槌跏紶顟B(tài)的操作稱為復位。復位方式是單片機的初始化操作。單片機除了正常的初始化外，當程序運行出錯或由于操作錯誤而使系統(tǒng)處于死循環(huán)時，也需要按復位鍵重啟機器。 MCS—51 單片機復位后 , 程序計數(shù)器 PC 和特殊 18 功能寄存器復位的狀態(tài)如圖 37 所示。 復位不影響片內 RAM 存放的內容 , 而 ALE、 PSEN 在復位期間將輸出高電平。由圖 37 可以看出，復位后： (1)（ PC） =0000H 表示復位后程序的入口地址為 0000H，即單片機復位后從 0000H 單元開始執(zhí)行程序； (2)（ PSW） =00H， 其中 RS1()=0， RS0()=0，表示復位后單片機選擇工作寄存器 0 組； (3)（ SP） =07H 表示復位后堆棧在片內 RAM 的 08H 單元處建立； (4) P0 口～ P3 口鎖存器為 全 1 狀態(tài)，說明復位后這些并行接口可以直接作輸入口，無須向端口寫 1。 定時器 /計數(shù)器、串行口、中斷系統(tǒng)等特殊功能寄存器復位后的狀態(tài)對各功能部件工作狀態(tài)的影響。 能部件工作狀態(tài)的影響。 圖 37 PC 與 SFR 復位狀態(tài)表 單片機在時鐘電路工作以后 , 在 RST/VPD 端持續(xù)給出 2 個機器周期的高電平時就可以完成復位操作。例如使用晶振頻率為 12MHz 時，則復位信號持續(xù)時間應不小于 2us。 復位方法一般有上電自動復位和外部按鍵手動復位以及 “看門狗 ” 19 復位三種類型。前兩種見 圖 38 所示。 “看門狗 ”電路則是一種 集成有單片機的電源監(jiān)測、按鍵復位以及對程序運行進行監(jiān)控，防止程序 “跑飛 ”而出現(xiàn)死機而設計的電路。 圖 38 （ a）上電復位電路 。 （ b）上電 /外部復位電路 2．程序執(zhí)行方式 程序執(zhí)行方式是單片機的基本工作方式。由于復位后 PC=0000H，因此程序執(zhí)行總是從地址 0000H 開始，為此就得在 0000H 處開始的存儲單元安放一條無條件轉移指令，以便跳轉到實際程序的入口去執(zhí)行。 3．待機方式 待機方式也稱空閑方式，是一種節(jié)電工作方式。在待機工作方式中，振蕩器保持工作，時鐘脈沖繼續(xù)輸出到中斷、串 行口、定時器等功能部件，使它們繼續(xù)工作，但時鐘脈沖不再送到 CPU，因而 CPU停止工作。 4．掉電方式 掉電方式，也被稱為停機方式。在掉電方式中，振蕩器工作停止，單片機內部所有功能部件停止工作。它同樣是一種為降低功耗而設計的節(jié)電工作方式。 待機方式和掉電方式都是為了進一步降低功耗而設計的節(jié)電工作方式，它們特別適合于電源功耗要求很低的應用場合。這類系統(tǒng)往往 20 是直流供電或停電時依靠備用電源供電，以維持系統(tǒng)的持續(xù)工作。CHMOS 型單片機的節(jié)電方式是由特殊功能寄存器 PCON 控制，其具體使用可參考相關書籍和手冊?？臻e和掉 電模式外部引腳狀態(tài) 如下圖 39 所示： 圖 39 空閑和掉電模式外部引腳狀態(tài) 5. 編程和校驗方式 對于內部集成有 EPROM 可以進入編程或校驗方式。 （ 1）內部 EPROM 編程 編程時，時鐘頻率應定在 36MHz 的范圍內，其余各有關引腳的接法和用法如下： P1 口和 P2 口的 ~ 為 EPROM 的 4k 地址輸入， P1 為8 位地址； ~ 以及 PSEN 應為低電平； P0 口為編程數(shù)據(jù)輸入； 和 RST 應為高電平； RST 的高電平可為 ，其余的都以 TTL 的高低電平為準； EA/VPP 端加 +21V 的編程脈沖，此電壓要求穩(wěn)定，不能大于 ，否則會損壞 EPROM 在出現(xiàn)正脈沖期間， ALE/PROG 端加上 50ms 的負脈，完成一次寫入。 21 （ 2） EPROM 程序校驗 在程序的保險位未設置前，無論在寫入的當時或寫入以后，均可將片上程序存貯器的內容讀出進行檢驗，在讀出時，除 腳保持為TTL 低電平之外，其他引腳與寫入 EPROM 的連接方式相同。要讀出的程序存貯器單元地址由 P1 口和 P2 口的 ~ 送入， P2 口的其他引腳及 PSEN 保持低電平， ALE、 EA 和 RST 接高電平，檢驗的單元內容由 P0 口送出。在檢驗操作時，需在 P0 的各位外部加上電阻10k?。 （ 3）程序存貯器的保險位 AT89S51 內部有一個保險位，亦稱保密位，一旦將該位寫入便建立了保險，就可禁止任何外部方法對片內程序存貯器進行讀寫。將保險位寫入以建立保險位的過程與正常寫入的過程相似，僅只 腳要加TTL 高電平而不是像正常寫入時加低電平，而 P0、 P1 和 P2 的~ 的狀態(tài)隨意，加上編程脈沖后就可使保險位寫入。 保險位一旦寫入，內部程序存貯器便不能再被寫入和讀出校驗，而且也不能執(zhí)行外部存貯器的程序。只有將 EPROM 全部擦除 時，保險位才能被一起擦除，也才可以再次寫入。 通過以上對單片機硬件系統(tǒng)的簡單介紹，應該已經(jīng)掌握了單片機的內部結構及工作的原理和過程，但是單片機要實現(xiàn)它的強大控制功能特性，只有硬件是不能工作的，還必須依靠它的指令才能發(fā)揮單片機的強大作用。下面介紹單片機的指令系統(tǒng)。 22 STC12C5616AD 此單片機不僅具有 AT89S51 單片機的所有功能，而且還具有 1 個時鐘 /機器周期 ,飛思卡爾芯片解密，增強型 8051 內核，速度比普通 8051快 8～ 12 倍 ，本系統(tǒng)使用其做設計，不僅因為它只有 28 腳所占空間較小，而且其內 部 FLASH 為 16K，非常適合設計所需。以下為STC12C5616AD 引腳圖。 圖 310 STC12C5616AD 引腳圖。 系統(tǒng)概述 本系統(tǒng)采用功放作為發(fā)生裝置，其聲音效果是蜂鳴器無法相比的，而用 12864 是為了操作者更能直觀的對自己所喜歡的音樂進行播放。 23 該設計包括硬件和軟件設計兩個部分。模塊劃分為 LCD 顯示、按鍵控制、播放音樂和 LED 顯示等模塊子函數(shù)。電路結構做成可劃分為：12864 液晶控制電路 、單片機控制電路、 LED 控制電路，功放放大電路及相關的控制管理軟件 組成。用戶終端完成按鍵處理、音樂播放、音樂存儲、本地顯示等功能。 就此設計的核心模塊來說，單片機就是設計的中心單元，所以此系統(tǒng)也是單片機應用系統(tǒng)的一種應用。單片機應用系統(tǒng)也是有硬件和軟件組成。硬件包括單片機、輸入 /輸出設備、以及外圍應用電路等組成的系統(tǒng)，軟件是各種工作程序的總稱。單片機應用系統(tǒng)的研制過程包括總體設計、硬件設計、軟件設計、在線調試等幾個階段，就本設計來說也包括這些過程。它們的進程框圖如 圖 41 所示。 圖 41 單片機應用系統(tǒng)研制過程框圖 24 總體設計 從設計的要求來分析該設計須包 含如下結構： 功放驅動電路 、 LCD顯示電路、單片機、晶振電路、復位電路、 LED 顯示控制電路按鍵控制及相關的控制管理軟件組成 ；它們之間的構成框圖如 圖 42 總體設計框圖所示： 圖 42 總體設計框圖 處理器采用 51 系列單片機 STC12C5616AD。整個系統(tǒng)是在系統(tǒng)軟件控制下工作的。本系統(tǒng)硬件電路先對來說較簡單，這樣節(jié)約了設計成本，主要還是靠軟件來實現(xiàn)，通過模塊化編程，把每一個部分都通過模塊化來實現(xiàn)，這樣在調用時相對簡單，更方便音樂的修改。 系統(tǒng)硬件選擇 從以上的分析可知在本設計中要用到如下器件： STC12C5616AD、12864 液晶驅動、 LED、按