【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 放控制指令數(shù)據(jù)，用戶只能訪問，而不能用于存放用戶數(shù)據(jù)，所以，用戶能使用的 RAM 只有 128 個(gè)，可存放讀寫的數(shù)據(jù)，運(yùn)算的中間結(jié)果或用戶定義的字型表 。 圖 21 單片機(jī) 8051 的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 程序存儲(chǔ)器 (ROM)： 8051共有 4096 個(gè) 8位掩膜 ROM，用于存放用戶程序，原始數(shù)據(jù)或表格。 定時(shí) /計(jì)數(shù)器 (ROM)： 8051有兩個(gè) 16 位的可編程定時(shí) /計(jì)數(shù)器，以實(shí)現(xiàn)定時(shí)或計(jì)數(shù)產(chǎn)生中斷用于控制程序轉(zhuǎn)向。 并行輸入輸出 (I/O)口： 8051共有 4 組 8 位 I/O 口 (P0、 P P2 或 P3)，用于對(duì)外部數(shù)據(jù)的傳輸。 全雙工串行口： 8051內(nèi)置一個(gè)全雙工串行通信口，用于與其它設(shè)備間的串行數(shù)據(jù)傳送，該串行口既可以用作異步通信收發(fā)器，也可以當(dāng)同步移位器使用。 中斷系統(tǒng)： 8051 具備較完善的中斷功能，有兩個(gè)外中斷、兩個(gè)定時(shí) /計(jì)數(shù)器中斷和一個(gè)串行中斷 ，可滿足不同的控制要求，并具有 2 級(jí)的優(yōu)先級(jí)別選擇。 時(shí)鐘電路： 8051內(nèi)置最高頻率達(dá) 12MHz 的時(shí)鐘電路，用于產(chǎn)生整個(gè)單片機(jī)運(yùn)行的脈湖南工業(yè)大學(xué)?？粕厴I(yè)設(shè)計(jì)（論文） 基于單片機(jī)的可控計(jì)數(shù)器 基于單片機(jī)的可控計(jì)時(shí)器 12 沖時(shí)序，但 8051 單片機(jī)需外置振蕩電容。 單片機(jī)的結(jié)構(gòu)有兩種類型，一種是程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器分開的形式，即哈佛(Harvard)結(jié)構(gòu)，另一種是采用通用計(jì)算機(jī)廣泛使用的程序存儲(chǔ)器與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器合二為一的結(jié)構(gòu)，即普林斯頓 (Princeton)結(jié)構(gòu)。 INTEL 的 MCS52 系列單片機(jī)采用的是哈佛結(jié)構(gòu)的形式，而后續(xù)產(chǎn)品 16 位的 MCS96系列單片機(jī)則采用普林斯頓結(jié)構(gòu)。 MCS52 的引 腳說明： MCS52系列單片機(jī)中的 803 8051及 8751均采用 40Pin封裝的雙列直接 DIP結(jié)構(gòu)，右圖是它們的引腳配置， 40 個(gè)引腳中，正電源和地線兩根，外置石英振蕩器的時(shí)鐘線兩根， 4組 8位共 32 個(gè) I/O 口，中斷口線與 P3 口線復(fù)用?，F(xiàn)在我們對(duì)這些引腳的功能加以說明： MCS51 的引腳說明： MCS52 系列單片機(jī)中的 803 8051 及 8751 均采用 40Pin 封裝的雙列直接 DIP 結(jié)構(gòu)，右圖是它們的引腳配置， 40個(gè)引腳中，正電源和地線兩根，外置石英振蕩器的時(shí)鐘線兩根， 4 組 8 位共 32個(gè) I/O 口，中斷口線與 P3口線復(fù)用。現(xiàn)在我們對(duì)這些引腳的功能加以說明： 圖 23 單片機(jī)的引腳圖 Pin9:RESET/Vpd復(fù)位信號(hào)復(fù)用腳，當(dāng) 8051 通電，時(shí)鐘電路開始工作，在 RESET 引腳上出現(xiàn) 24個(gè)時(shí)鐘周期以上的高電平，系統(tǒng)即初始復(fù)位。初始化后，程序計(jì)數(shù)器 PC 指向0000H， P0P3 輸出口全部為高電平，堆棧指 針 寫入 07H，其它專用寄存器被清 “0” 。湖南冶金職業(yè)技術(shù)學(xué)院 基于單片機(jī)的可控計(jì)數(shù)器 基于單片機(jī)的可控計(jì)時(shí)器 13 RESET 由高電平下降為低電平后，系統(tǒng)即從 0000H 地址開始執(zhí)行程序。然而，初始復(fù)位不改變 RAM（包括工作寄存器 R0R7）的狀態(tài)， 8051 的初始態(tài) 。 8051 的復(fù)位方式可以是自動(dòng)復(fù)位，也可以是手動(dòng)復(fù)位，見下圖 4。此外， RESET/Vpd還是一復(fù)用腳， Vcc掉電其間，此腳可接上備用電源，以保證單片機(jī)內(nèi)部 RAM 的數(shù)據(jù)不丟失。 圖 24 上電自動(dòng)和手動(dòng)復(fù)位電路圖 Pin30:ALE/ 當(dāng)訪問外部程序器時(shí)， ALE(地址鎖存 )的 輸出用于鎖存地址的低位字節(jié)。而訪問內(nèi)部程序存儲(chǔ)器時(shí)， ALE 端將有一個(gè) 1/6 時(shí)鐘頻率的正脈沖信號(hào)，這個(gè)信號(hào)可以用于識(shí)別單片機(jī)是否工作，也可以當(dāng)作一個(gè)時(shí)鐘向外輸出。更有一個(gè)特點(diǎn)，當(dāng)訪問外部程序存儲(chǔ)器， ALE 會(huì)跳過一個(gè)脈沖。 如果單片機(jī)是 EPROM，在編程其間， 將用于輸入編程脈沖。 Pin29: 當(dāng)訪問外部程序存儲(chǔ)器時(shí)，此腳輸出負(fù)脈沖選通信 號(hào)， PC 的 16 位地址數(shù)據(jù)將出現(xiàn)在 P0 和 P2 口上，外部程序存儲(chǔ)器則把指令數(shù)據(jù)放到 P0 口上，由 CPU 讀入并執(zhí)行。 Pin31:EA/Vpp程序存儲(chǔ)器的內(nèi)外部選通線， 8051 和 8751 單片機(jī)，內(nèi)置有 4kB 的程序存儲(chǔ)器，當(dāng) EA 為高電平并且程序地址小于 4kB 時(shí)，讀取內(nèi)部程序存儲(chǔ)器指令數(shù)據(jù)，而超過 4kB 地址則讀取外部指令數(shù)據(jù)。如 EA 為低電平，則不管地址大小，一律讀取外部程序存儲(chǔ)器指令。顯然，對(duì)內(nèi)部無程序存儲(chǔ)器的 8031,EA 端必須接地。 湖南工業(yè)大學(xué)?？粕厴I(yè)設(shè)計(jì)（論文） 基于單片機(jī)的可控計(jì)數(shù)器 基于單片機(jī)的可控計(jì)時(shí)器 14 第三章 計(jì)時(shí)器的硬件設(shè)計(jì) 最小系統(tǒng)設(shè)計(jì) 圖 31 單片機(jī)最小系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖 單片機(jī)的最小系統(tǒng)是由電源、復(fù)位、晶振、 /EA=1 組成，下面介紹一下每一個(gè)組成部分。 Vcc 40 電源端 GND 20 接地端 工作電壓為 5V，另有 AT89LV51 工作電壓則是 , 引腳功能一樣。 湖南冶金職業(yè)技術(shù)學(xué)院 基于單片機(jī)的可控計(jì)數(shù)器 基于單片機(jī)的可控計(jì)時(shí)器 15 圖 32 晶振連接的內(nèi)部、外部方式圖 XTAL1 19 XTAL2 18 XTAL1 是片內(nèi)振蕩器的反相放大器輸入端， XTAL2 則是輸出端，使用外部振蕩器時(shí)，外部振蕩信號(hào)應(yīng)直接加到 XTAL1，而 XTAL2 懸空。內(nèi)部方式時(shí)，時(shí)鐘發(fā)生器對(duì)振蕩脈沖二分頻，如晶振為 12MHz，時(shí)鐘頻率就為 6MHz。晶振的頻率可以在 1MHz24MHz 內(nèi)選擇 。電容取 30PF 左右。系統(tǒng)的時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)是采用的內(nèi)部方式，即利用芯片內(nèi)部的振蕩電路。 AT89 單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器。引腳 XTAL1 和 XTAL2分別是此放大器的輸入端和輸出端。這個(gè)放大器與作為反饋元件的片外晶體諧振器一起構(gòu)成一個(gè)自激振蕩器。外接晶體諧振器以及電容 C1 和 C2構(gòu)成并聯(lián)諧振電路，接在放大器的反饋回路中。對(duì)外接電容的值雖然沒有嚴(yán)格的要求，但電容的大小會(huì)影響震蕩器頻率的高低、震蕩器的穩(wěn)定性、起振的快速性和溫度的穩(wěn)定性。因此，此系統(tǒng)電路的晶體振蕩器的值為 12MHz，電容應(yīng)盡可能的 選擇陶瓷電容，電容值約為 22μ F。在焊接刷電路板時(shí)，晶體振蕩器和電容應(yīng)盡可能安裝得與單片機(jī)芯片靠近，以減少寄生電容，更好地保證震蕩器穩(wěn)定和可靠地工作。 3. 復(fù)位 RST 9 在振蕩器運(yùn)行時(shí)，有兩個(gè)機(jī)器周期（ 24個(gè)振蕩周期）以上的高電平出現(xiàn)在此引腿時(shí)，將使單片機(jī)復(fù)位，只要這個(gè)腳保持高電平， 51 芯片便循環(huán)復(fù)位。復(fù)位后 P0－ P3口均置1引腳表現(xiàn)為高電平，程序計(jì)數(shù)器和特殊功能寄存器 SFR 全部清零。當(dāng)復(fù)位腳由高電平變?yōu)榈碗娖綍r(shí)，芯片為 ROM 的 00H 處開始運(yùn)行程序。復(fù)位是由外部的復(fù)位電路來實(shí)現(xiàn)的。片內(nèi)復(fù)位電路是復(fù)位引 腳 RST通過一個(gè)斯密特觸發(fā)器與復(fù)位電路相連，斯密特觸發(fā)器用來抑制噪聲，它的輸出在每個(gè)機(jī)器周期的 S5P2，由復(fù)位電路采樣一次。復(fù)位電路通常采用上電自動(dòng)復(fù)位和按鈕復(fù)位兩種方式，此電路系統(tǒng)采用的是上電與按鈕復(fù)位電路。當(dāng)時(shí)鐘頻率選用 6MHz 時(shí)， C取 22μ F， Rs 約為 200Ω， Rk約為 1K。 復(fù)位操作不會(huì)對(duì)內(nèi)部 RAM有所影響。 常用的復(fù)位電路如下圖所示： 湖南工業(yè)大學(xué)?？粕厴I(yè)設(shè)計(jì)（論文） 基于單片機(jī)的可控計(jì)數(shù)器 基于單片機(jī)的可控計(jì)時(shí)器 16 圖 33 常用復(fù)位電路圖 (1) P0 端口 [] P0 是一個(gè) 8 位漏極開路型雙向 I/O 端口，端口置 1（對(duì)端口寫 1）時(shí)作高阻抗輸入端。作為輸出口時(shí)能驅(qū)動(dòng) 8個(gè) TTL。 對(duì)內(nèi)部 Flash 程序存儲(chǔ)器編程時(shí)，接收指令字節(jié) 。校驗(yàn)程序時(shí)輸出指令字節(jié)，要求外接上拉電阻。 在訪問外部程序和外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)， P0 口是分時(shí)轉(zhuǎn)換的地址 (低 8位 )/數(shù)據(jù)總線，訪問期間內(nèi)部的上拉電阻起作用。 (2) P1 端口 [－ ] P1 是一 個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/0 端口。輸出時(shí)可驅(qū)動(dòng) 4個(gè) TTL。端口置 1時(shí)，內(nèi)部上拉電阻將端口拉到高電平，作輸入用。 對(duì)內(nèi)部 Flash 程序存儲(chǔ)器編程時(shí)，接收低 8位地址信息。 (3) P2 端口 [－ ] P2 是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/0 端口。輸出時(shí)可驅(qū)動(dòng) 4個(gè) TTL。端口置 1時(shí)，內(nèi)部上拉電阻將端口拉到高電平，作輸入用。對(duì)內(nèi)部Flash 程序存儲(chǔ)器編程時(shí)，接收高 8 位地址和控制信息。 在訪問外部程序和 16 位外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)， P2口送出高 8 位地址。而在訪問 8位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)其引腳上的內(nèi)容在 此期間不會(huì)改變。 (4) P3 端口 [－ ] P2 是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/0 端口。輸出時(shí)可驅(qū)動(dòng) 4個(gè) TTL。端口置 1時(shí)，內(nèi)部上拉電阻將端口拉到高電平，作輸入用。 對(duì)內(nèi)部 Flash 程序存儲(chǔ)器編程時(shí)，接控制信息。除此之外 P3 端口還用于一些專門功能，具體請(qǐng)看下表。 湖南冶金職業(yè)技術(shù)學(xué)院 基于單片機(jī)的可控計(jì)數(shù)器 基于單片機(jī)的可控計(jì)時(shí)器 17 P3 引腳 兼用功能 串行通訊輸入（ RXD） 串行通訊輸出（ TXD） 外部中斷 0（ INT0） 外部中斷 1（ INT1） 定時(shí)器 0 輸入 (T0) 定時(shí)器 1 輸入 (T1) 外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通 WR 外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通 RD 表 31 P3端口引腳兼用功能表 LED 顯示電路 顯示器普遍地用于直觀地顯示數(shù)字系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)和工作數(shù)據(jù)，按照材料及產(chǎn)品工藝，單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中常用的顯示器有： 發(fā)光二極管 LED 顯示器、液晶 LCD 顯示器、CRT 顯示器等。 LED 顯示器是現(xiàn)在最常用的顯示器之一， 發(fā)光二極管（ LED）由特殊的半導(dǎo)體材料砷化鎵、磷砷化鎵等制成，可以單獨(dú)使用，也可以組裝成分段式或點(diǎn)陣式 LED顯示器件（半導(dǎo)體顯示器）。分段式顯示器（ LED 數(shù)碼管 ）由 7條線段圍成 8字型，每一段包含一個(gè)發(fā)光二極管。外加正向電壓時(shí)二極管導(dǎo)通，發(fā)出清晰的光。只要按規(guī)律控制各發(fā)光段亮、滅，就可以顯示各種字形或符號(hào)。 LED 數(shù)碼管有共陽、共陰之分。圖是共陽式、共陰式 LED 數(shù)碼管的原理圖和符號(hào) . 圖 34 共陽式、共陰式 LED數(shù)碼管的原理圖和數(shù)碼管的符號(hào)圖 湖南工業(yè)大學(xué)?？粕厴I(yè)設(shè)計(jì)（論文） 基于單片機(jī)的可控計(jì)數(shù)器 基于單片機(jī)的可控計(jì)時(shí)器 18 顯示電路 顯示模塊需要實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前的時(shí)間 ,即時(shí)、分、秒，因此需要 6 個(gè)數(shù)碼管，另需兩個(gè)數(shù)碼管來顯示橫。采用動(dòng)態(tài)顯示方式顯示時(shí)間，硬件連接如下圖所示，時(shí)的十位和個(gè)位分別顯示在第一個(gè)和第二個(gè)數(shù)碼管，分的十位和個(gè)位分別顯示在第四個(gè)和 第五個(gè)數(shù)碼管，秒的十位和個(gè)位分別顯示在第七個(gè)和第八個(gè)數(shù)碼管，其余數(shù)碼管顯示橫線。 LED顯示器的顯示控制方式按驅(qū)動(dòng)方式可分成靜態(tài)顯示方式和動(dòng)態(tài)顯示方式兩種。對(duì)于多位LED 顯示器，通常都是采用動(dòng)態(tài)掃描的方法進(jìn)行顯示，其硬件連接方式如下圖所示。 圖 36 數(shù)碼管的硬件連接示意圖 數(shù)碼管使用條件： a、使用電壓：段：根據(jù)發(fā)光顏色決定； 小數(shù)點(diǎn)：根據(jù)發(fā)光顏色決定 c、使用電流：靜態(tài)：總電流 80mA（每段 10mA）；動(dòng)態(tài)：平均電流 45mA 峰值電流 100mA 數(shù)碼管使用注意事項(xiàng)說明： （１）數(shù)碼管表面 不要用手觸摸，不要用手去弄引角； （２）焊接溫度：２６０度；焊接時(shí)間：５Ｓ （３）表面有保護(hù)膜的產(chǎn)品 ,可以在使用前撕下來。 鍵盤控制電路 該設(shè)計(jì)需要對(duì) 60 秒計(jì)時(shí)、 24秒計(jì)時(shí)、 5秒計(jì)時(shí)、 3 秒計(jì)時(shí)，正反計(jì)時(shí)進(jìn)行控制，所以用六個(gè)按鍵來實(shí)現(xiàn)。按 s1 控制 60 秒計(jì)時(shí)； s2控制 24秒計(jì)時(shí)； s3 控制 5秒計(jì)時(shí)； s4控制 3秒計(jì)時(shí)； s5 正數(shù)計(jì)時(shí)； s6 反數(shù)計(jì)時(shí)。下圖為按鍵仿真連接圖。 湖南冶金職業(yè)技術(shù)學(xué)院 基于單片機(jī)的可控計(jì)數(shù)器 基于單片機(jī)的可控計(jì)時(shí)器 19 圖 37 按鍵的硬件連接圖