【文章內(nèi)容簡介】 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，也可以當同步移 位器使用。 （ 7） 中斷系統(tǒng) AT89C51 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。 （ 8） 時鐘電路 AT89C51 內(nèi)置最高頻率達 12MHz 的時鐘電路，用于產(chǎn)生整個單片機運行的脈沖時序，但 AT89C51 單片機需外置振蕩電容。 單片機的結(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 AT89C51 系列單片機采用的是哈佛結(jié)構(gòu)的形式，而后續(xù)產(chǎn)品 16 位的 MCS96 系列單片機則采用普林斯頓結(jié)構(gòu) [9]。 89C51 單片機的引腳 89C51 單片機內(nèi)部總線是單總線結(jié)構(gòu) ,即數(shù)據(jù)總線和地址總線是公用的。89C51 有 40 條引腳 ,與其他 51 系列單片機引腳是兼容的 [10]。這 40 條引腳可分為I/O 接口線、電源線、控制線、外接晶體線 4 部分 .， 89C51 單片機為雙列直插式封裝結(jié)構(gòu) ,引腳如圖 所示。 9 圖 89C51 引腳分配圖 89C51 單機的電源線有以下兩種： （ 1） VCC： +5V電源線。電源線。 （ 2） GND：接地線。 89C51 單片機的外接晶體引腳有以下兩種： （ 1） XTAL1：片內(nèi)振蕩器反相放大器的輸入端和內(nèi)部時鐘工作的輸入端。采用內(nèi)部振蕩器時，它接外部石英晶體和微調(diào)電容的一個引腳。 （ 2） XTAL2：片內(nèi)振蕩器反相放大器的輸出端，接外部石英晶體和微調(diào)電容的另一端。采用外部振蕩器時，該引腳懸空。外接晶體引腳。 控制線 89C51 單片機的控制線有以下幾種： （ 1） RST：復位輸入端，高電平有效。 （ 2） ALE PROG ：地址鎖存允許 /編程線。 （ 3） PSEN ：外部程序存儲器的讀選通線。 （ 4） EAVPP ：片外 ROM 允許訪問端 /編程電源端。 89C51單片機復位電路 單片機在開機時或在工作中因干擾而使程序失控，或工作中程序處于某種死 10 循環(huán)狀態(tài)，在這種情況下都需要復位。復位的作用是使中央處理器 CPU以及其他功能部件都恢復到一個確定的初始狀態(tài) ,并從這個狀態(tài)重新開始工 作。 89C51單片機的復位靠外部電路實現(xiàn) ,信號由 RESET(RST)引腳輸入 ,高電平有效 ,在振蕩器工作時 ,只要保持 RST 引腳高電平兩個機器周期 ,單片機即復位 .復位后 ,PC 程序計數(shù)器的內(nèi)容為 0000H,片內(nèi) RAM 中內(nèi)容不變 .復位電路一般有上電復位和上電∕按鍵手動復位 2 種 ,如圖 所示。本設(shè)計中復位方式采用上電∕按鍵手動復位方式。 上電復位 上電∕按鍵手動復位 圖 單片機復位電路 時鐘電路 單片機的晶振電路，即所謂的時鐘電路。單片機的工作流程，就是在系統(tǒng)時鐘的作 用下，一條一條地執(zhí)行存儲器中的程序。單片機的時鐘方式分為內(nèi)部時鐘方式和外部時鐘方式，如圖 所示。單片機的外部時鐘方式由外接時鐘源提供，頻率范圍較廣。單片機的內(nèi)部時鐘方式由外接的一只晶振和兩只起振電容，以及單片機內(nèi)部的時鐘電路組成，頻率范圍有限，晶振的頻率越高，單片機處理數(shù)據(jù)的速度越快，系統(tǒng)功耗也會相應增加，穩(wěn)定性也會下降。單片機系統(tǒng)常用的晶振頻率有 6MHz、 、 12MHz。本系統(tǒng)采用 晶振，電容選 22pF或 30pF 均可。本系統(tǒng)采用內(nèi)部時鐘方式電路。 圖 時鐘電路 11 鍵盤接口電路 在單片機應用系統(tǒng)中，常用鍵盤作為輸入設(shè)備，通過它將數(shù)據(jù)、內(nèi)存地址、命令及指令等輸入到系統(tǒng)中，來實現(xiàn)簡單的人機通信。 本設(shè)計中采用獨立式鍵盤。獨立式鍵盤的接口電路：在單片機應用系統(tǒng)中，有時只需要幾個簡單的按鍵向系統(tǒng)輸入信息。這時，可將每個按鍵直接接在一根I/O 接口線上，這種連接方式的鍵盤稱為獨立式鍵盤。如圖 所示，每個獨立按鍵單獨占有一根 I/O 接口線，每根 I/O 接口線的工作狀態(tài)不會影響到其他 I/O 接口線。這種按鍵接口電路配置 靈活，硬件結(jié)構(gòu)簡單，但每個按鍵必須占用一根 I/O線， I/O 接口線浪費較大。故只在按鍵數(shù)量不多時采用這種按鍵電路。 在此電路中，按鍵輸入都采用低電平有效。上拉電阻保證了按鍵斷開時， I/O接口線有確定的高電平。當 I/O 接口內(nèi)部有上拉電阻時，外電路可以不配置上拉電阻。 R90. 3K12345678161514131211109R 1 ~ 80. 3KS912345678161514131211109S 1 ~ 8S W D IP 8P 1 .01P 1 .12P 1 .23P 1 .34P 1 .45P 1 .5( M O S 2)6P 1 .6( M IS O )7P 1 .7( S C K )8P 3 .0( R X D )9P 3 .1( T X D )10P 3 .2( I N T 0 )11P 3 .3( I N T 1 )12P 3 .4( T 0)13P 3 .5( T 1)14P 3 .6( W R )15P 3 .7( R D )16P 2 .0( A 8)17P 2 .1( A 9)18P 2 .2( A 10 )19P 2 .3( A 11 )20P 2 .4( A 12 )21P 2 .5( A 13 )22P 2 .6( A 14 )23P 2 .7( A 15 )24P 0 .0( A D 0 )25P 0 .1( A D 1 )26P 0 .2( A D 2 )27P 0 .3( A D 3 )28P 0 .4( A D 4 )29P 0 .5( A D 5 )30P 0 .6( A D 6 )31P 0 .7( A D 7 )32X T A L 133X T A L 234A L E /P R O G35E A /V P P36P S E N37R S T38V C C39G N D40A T 89 C 51+5設(shè)置時間初值判斷是否設(shè)置初值D0D1D2D3D4D5D6D7D0D1D2D3D4D5D6D7D0D1D2D3D4D5D6D7D [ 0. .. 7] 圖 鍵盤接口電路 單片機接口與對應的數(shù)值功能見表 。 12 表 接口與對應的數(shù)值功能表 ~ 設(shè)置紅燈初值 設(shè)置綠燈初值 1 * * 否 否 0 0 00H 01H ...... 63H 否 0 1 ...... 99 1 00H 01H ...... 63H 0 1 ...... 99 否 當 S9 按下時 為低電平，設(shè)置初值（當 S8 按下時設(shè)置設(shè)置綠燈初值，當S8 斷開時設(shè)置紅燈初值 ） ；當 S9 斷開時，不重新設(shè)置紅綠燈初值。 8255A與 74LS373簡介 8255A 簡介 （ 1） 8255A 可編程并行接口芯片有三個輸入輸出端口，即 A 口、 B 口和 C口，對應于引腳 PA7～ PA0、 PB7～ PB0 和 PC7～ PC0。其內(nèi)部還有一個控制寄存器，即控制口。通常 A 口、 B 口作為輸入輸出的數(shù)據(jù)端 口。 C 口作為控制或狀態(tài)信息的端口，它在方式字的控制下，可以分成 4 位的端口，每個端口包含一個 4位鎖存器。它們分別與端口 A/B 配合使用，可以用作控制信號輸出或作為狀態(tài)信號輸入 [12]。引腳圖如圖 所示。 圖 8255A引腳圖 13 8255A 可編程并行接口芯片方式控制字格式說明： 8255A 有兩種控制命令字；一個是方式選擇控制字；另一個是 C 口按位置位／復位控制字。其中 C 口按位置位 /復位控制字方式使用較為繁難，說明也較冗長，故在此不作敘述。 方式控制字格式說明見表 。 表 方式控制字格式 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 D7：設(shè)定工作方式標志， 1 有效。 D D5： A 口方式選擇。 00— 方式 0 01— 方式 1 1 — 方式 2 D4： A 口功能（ 1=輸入， 0=輸出）。 D3： C 口高 4 位功能（ 1=輸入， 0=輸出）。 D2： B 口方式選擇（ 0=方式 0， 1=方式 1）。 D1： B 口功能（ 1=輸入， 0=輸出）。 D0： C 口低 4 位功能（ 1=輸入， 0=輸出）。 8255A 可編程并行接口芯片工作方式說明： 方式 0：基本輸入／輸出方式。適用于三個端口中的任何一個。每一個端口都可以用作輸入或輸出。輸出可被鎖存 ，輸入不能鎖存。 方式 1：選通輸入／輸出方式。這時 A 口或 B 口的 8 位外設(shè)線用作輸入或輸出， C 口的 4 條線中三條用作數(shù)據(jù)傳輸?shù)穆?lián)絡(luò)信號和中斷請求信號。 方式 2：雙向總線方式。只有 A 口具備雙向總線方式， 8 位外設(shè)線用作輸入或輸出，此時 C 口的 5 條線用作通訊聯(lián)絡(luò)信號和中斷請求信號。 （ 2） 8255A常用于 8051 并行口的擴展。 8051 雖然有 4 個 8 位 I/O 端口 ,但真正能提供借用的只有 P1 口 ,因為 P2 和 P0口通常用于傳送外部傳送地址和數(shù)據(jù) ,P3口也有它的第二功能。因此， 8051 通常需要擴展。由于我們用外部輸入設(shè)定紅綠燈倒計時 初值、數(shù)碼管的輸出顯示、紅綠黃信號燈的顯示都要用到一個 I/O 端口，顯然 8051 的端口是不夠，需要擴展。 擴展的方法有兩種： 1）借用外部 RAM 地址來擴展 I/O 端口； 2）采用 I/O 接 14 口芯片來擴充。我們用 8255A 并行接口芯片來擴展 I/O 端口。 （ 3） 8255A 與 AT89C51 的連接： 用 AT89C51 的 P0口的 連接 8255 的片選信號 CS 我們用 89C51 的地址采用全譯碼方式，當 =0 時片選有效 ,其他無效 , 用于選擇 8255 端口。 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 0 X X X X X 0 0 00H 為 8255 的 PA口 0 X X X X X 0 1 01H 為 8255 的 PB口 0 X X X X X 1 0 02H 為 8255 的 PC口 0 X X X X X 1 1 03H 為 8255 的控制口 由于 89C51 是分時對 8255 和儲存器進行訪問 ,所以與 89C51 的 P0 口不會發(fā)生沖突。 74LS373 簡介 74LS373 是一種帶三態(tài)門的 8D鎖存器，本設(shè)計應用 74LS373 作為 89C51 的P0 口地址鎖存器，其管腳示意圖如圖 所示。 圖 74LS373 引腳 其中： 1D8D 為 8 個輸入端。 1Q8Q 為 8 個輸出端。 C 為數(shù)據(jù)打入端：當 C 為“ 1”時，鎖存器輸出狀態(tài)同輸入狀態(tài)；當 C 由“ 1”變“ 0”時，數(shù)據(jù)打入鎖存器。 OC為輸出允許端：當 OC =0 時，三態(tài)門打開；當 OC =1 時，三態(tài)門關(guān)閉，輸出高阻。 15 八段 LED數(shù)碼管顯示電路 LED 數(shù)碼管 顯示器是由發(fā)光二極管顯示字段的 MCS51 單片機輸出設(shè)備。LED 數(shù)碼管的結(jié)構(gòu)簡單，分為七段和八段兩種形式，也有共陽和共陰之分。以八段共陰管為例，它有 8 個發(fā)光二極管 (比七段多一個發(fā)光二極管，用來顯 示 dp，即點 )。 單片機應用系統(tǒng)常采用 八 段 LED 數(shù)碼管作為顯示器，這種顯示器具有耗電低、配置靈活、線路簡單、安裝方便、耐轉(zhuǎn)動、價格低廉且壽命長等優(yōu)點 [16]。因此應用比較廣泛。 LED 數(shù)碼管顯示器可以分為共陰極和共陽極兩種結(jié)構(gòu)。 （ 1）共陰極結(jié)構(gòu)：如果所有的發(fā)光二極管的陰極接在一起，稱為共陰極結(jié)構(gòu)，則數(shù)碼顯示段輸入高電平有效，當某段輸入高電平該段便發(fā)光，如圖 所示。本設(shè)計中采用這種結(jié)構(gòu)。 （ 2）共陽極結(jié)構(gòu)：如果所有的發(fā)光二極管的陽極接在一起，稱為共陽極結(jié)構(gòu)，則數(shù)碼顯示段輸入低平有效，當某段輸入低電平該段便 發(fā)光，如圖 所示。 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 D8D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 D8+ 5V共陽極共陰極aabbccddeeffgghh 圖 八段 LED 顯示器