【文章內(nèi)容簡介】 )越來越受歡迎 ,使得由單片機(jī)構(gòu)成的系統(tǒng)正朝微型化方向發(fā)展 . 現(xiàn)在雖然單片機(jī)的品種繁多 ,各具特色 ,但仍以 80C51 為核心的單片機(jī)占主流 ,兼容其結(jié)構(gòu)和指令系統(tǒng)的有 PHILIPS公司的產(chǎn)品 ,ATMEL公司的產(chǎn)品和中國臺灣的 Winbond系列單片機(jī) .所以 C8051 為核心的單片機(jī)占據(jù)了半壁江山 .而 Microchip 公司的 PIC 精簡指令集(RISC)也有著強(qiáng)勁的發(fā)展勢頭 ,中國臺灣的 HOLTEK 公司近年的單片機(jī)產(chǎn)量與日俱增 ,與其低價質(zhì)優(yōu)的優(yōu)勢 ,占據(jù)一定的市場分額 .此外還有 MOTOROLA 公司的產(chǎn)品 ,日本幾大公司的專用單片機(jī) .在一定的時期內(nèi) ,這種情形將得以延續(xù) ,將不存在某個單片機(jī)一統(tǒng)天下的壟斷局面 ,走的是依存互補(bǔ) ,相輔相成、共同發(fā)展的道路 . 7 第二章 控制交通燈的硬件 設(shè)計 MSC51 芯片簡介 MCS51單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu) (如圖 ) 8051 是 MCS51 系列單片機(jī)的典型產(chǎn)品，我們以這一代表性的機(jī)型進(jìn)行系統(tǒng)的講解。 8051 單片機(jī)包含中 央處理器、程序存儲器 (ROM)、數(shù)據(jù)存儲器 (RAM)、定時 /計數(shù)器、并行接口 、串行 接 口和中斷系統(tǒng)等幾大單元及數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線等三大總線，現(xiàn)在我們分別加以說明： 中央處理器： 中央處理器 (CPU)是整個單片機(jī)的核心部件，是 8 位數(shù)據(jù)寬度的處理器，能處理 8 位二進(jìn)制數(shù)據(jù)或代碼， CPU 負(fù)責(zé)控制、指揮和調(diào)度整個單元系統(tǒng)協(xié)調(diào)的工作，完成運(yùn)算和控制輸入輸出功能等操作。 數(shù)據(jù)存儲器 (RAM)： 8051 內(nèi)部有 128 個 8 位用戶數(shù)據(jù)存儲單元和 128個專用寄存器單元，它們是統(tǒng)一編址的，專用寄存器只能用于存放控 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，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 程序存儲器 (ROM)： 8051 共有 4096 個 8位掩膜 ROM，用于存放用戶程序，原始數(shù)據(jù)或表格。 定時 /計數(shù)器 (ROM)： 8051 有兩個 16位的可編程定時 /計數(shù)器，以實(shí)現(xiàn)定時或計數(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)，用于對外部數(shù)據(jù)的傳輸。 全雙工串行口： 8 8051 內(nèi)置 一個全雙工串行通信口，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，有兩個外中斷、兩個定時 /計數(shù)器中斷和一個串行中斷，可滿足不同的控制要求，并具有 2級的優(yōu)先級別選擇。 時鐘電路： 8051 內(nèi)置最高頻率達(dá) 12MHz 的時鐘電路，用于產(chǎn)生整個單片機(jī)運(yùn)行的脈沖時序，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，一種是程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器分開的形式，即哈佛(Harvard)結(jié)構(gòu)，另一種是采用通用計算機(jī)廣泛使用的程 序存儲器與數(shù)據(jù)存儲器合二為一的結(jié)構(gòu)，即普林斯頓 (Princeton)結(jié)構(gòu)。 INTEL 的 MCS51 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)。 下圖是 MCS51系列單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖 。 圖 MCS51 的引腳說明： MCS51 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 個引腳中，正電源和地線兩根，外置石英振蕩器的時鐘線兩根，4組 8位共 32 個 I/O 口，中斷口線與 P3 口線復(fù)用。現(xiàn)在我們對這些引腳的功能加以說明： MCS51 的引腳說明： MCS51 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 個引腳中，正電源和地線兩根，外置石英振蕩器的時鐘線兩根，4組 8位共 32 個 I/O 口，中斷口線與 P3 口線復(fù)用?，F(xiàn)在我們對這些引腳的功能加以說明： 9 如圖 圖 Pin9:RESET/Vpd復(fù)位信號復(fù)用腳，當(dāng) 8051 通電，時鐘電路開始工作，在 RESET 引腳上出現(xiàn) 24 個時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” 。 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)位方式可以是自動復(fù)位，也可以是手動復(fù)位，見下圖 。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 Pin30:ALE/ 當(dāng)訪問外部程 序器時， 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)部程序存儲器時， ALE 端將有一個 1/6 時鐘頻率的正脈沖信號，這個信號可以用于識別單片機(jī)是否工作，也可以當(dāng)作一個時鐘向外輸出。更有一個特點(diǎn)，當(dāng)訪問外部程序存儲器， ALE 會跳過一個脈沖。 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)訪問外部程序存儲器時，此腳輸出負(fù)脈沖選通信號， PC 的 16位地址數(shù)據(jù)將出現(xiàn)在 P0 和 P2 口上，外部程序存儲器則把指令數(shù)據(jù)放到 P0 口上，由 CPU 讀入并執(zhí)行。 Pin31:EA/V pp程序存儲器的內(nèi)外部選通線， 8051 和 8751 單片機(jī)，內(nèi)置有 4kB 的程序存儲器，當(dāng) EA 為高電平并且程序地址小于 4kB 時，讀取內(nèi)部程序存儲器指令數(shù)據(jù)，而超 10 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器指令。顯然，對內(nèi)部無程序存儲器的 8031,EA 端必須接地。 在編程時， EA/Vpp腳還需加上 21V 的編程電壓。 74LS164 74LS164 是 8 位并行輸出串行輸入移位寄存器，其功能真值表如表 21所示 輸入 輸 出 清 除 時 鐘 A B QA QB QC L X X X L L L H L X X QA QB QH H ↑ H H H QA QG H ↑ L X L QA QG H ↑ X L L QA QG 表 21 74LS164 真值表 由于 74LS164 在低電平輸出時，允許灌入的電流可達(dá) 8mA，故不需要再加驅(qū)動器。串行輸入帶鎖存，時鐘輸入串行輸入帶緩沖。最高時鐘頻率 可達(dá) 36MHZ，功耗為 10mw/bt。74 系列工作溫度為 0℃～ 70℃， VCC 最高電壓為 7V. LED顯示器 LED 顯示器 的結(jié)構(gòu)和原理 LED 數(shù)碼數(shù)碼管顯示器，由 8只發(fā)光二極管組成。 7只發(fā)光二極管排成“ 8”字形的7個段，另一段構(gòu)成小數(shù)點(diǎn)，各個段標(biāo)記如圖 1所示。通過不同的組合，可用來顯示數(shù)字 0～ 字母 A～ F及小數(shù)點(diǎn)“ .” 等。 LED 顯示器的管腳配置如圖 （ a）所示，其有共陰極和共陽極兩種接法，如圖 (b)和圖 (c)所示。共陰極 LED 顯示器的發(fā)光二極管陰極共地，當(dāng)某個發(fā)光二極管陽極為“ 1”電平時，發(fā)光二級光點(diǎn)亮。共陽極 LED 顯示器的發(fā)光二極管的陽極接到電源上。當(dāng)要點(diǎn)亮某個發(fā)光二極管時，只要其陰極為“ 0”電平即可。由于發(fā)光二級管排成“ 8” 字型 11 abfcgdea bcdefghhGNDGNDabcdefghabcdefgh+ 5V (a)管腳配置 (b)共陰極 (c)共陽極 圖 LED 顯示器結(jié)構(gòu) 要顯示某個字符時，將相應(yīng)字段點(diǎn)亮即可。例如，要顯示 1，點(diǎn)亮 b、 c段；要顯示2，點(diǎn)亮 a、 b、 g、 e、 d......。輸出點(diǎn)亮相應(yīng)的數(shù)碼稱字形碼，字形碼各位定義如表22 所示。 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 h g f e d c b a 表 22 LED 靜態(tài)顯示方式 數(shù)碼數(shù)顯示器有兩種工作方式，即靜態(tài)顯示方式和動態(tài)顯示方式。 靜態(tài)驅(qū)動也稱直流驅(qū)動。靜態(tài)驅(qū)動是指每個數(shù)碼管的每一個段碼都由一個單片機(jī)的I/O 端口進(jìn)行驅(qū)動，或者使用如 BCD 碼二 十進(jìn)制譯碼器譯碼進(jìn)行驅(qū)動。靜態(tài)驅(qū)動的優(yōu)點(diǎn)是編程簡單，顯示亮度高，缺點(diǎn)是占用 I/O 端口多 如果希望占用較少的 I/O 口線同時又能驅(qū)動較多的數(shù)碼管，可采用如圖 所示的串改并方案。 12 Q03Q25Q36Q410Q511