【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 片微型計(jì)算機(jī)，并推向市場(chǎng)。它以體積小，功能全，價(jià)格低贏得了廣泛的應(yīng)用，為單片機(jī)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)，成為單片機(jī)發(fā)展史上重要的里程碑。 在 MCS48的帶領(lǐng)下，其后，各大半導(dǎo)體公司相繼研制和發(fā)展了自己的單片機(jī)，象 Zilog 公司的 Z8 系列。到了 80 年代初，單片機(jī)已發(fā)展到了高性能階段，象 INTEL 公司的 MCS51 系列， Motorola 公司的 6801 和 6802系列， Rokwell 公司的 6501 及 6502 系列等等 ,此外 ,日本 的著名電氣公司NEC 和 HITACHI 都相繼開(kāi)發(fā)了具有自己特色的專用單片機(jī)。 80 年代，世界各大公司均競(jìng)相研制出品種多功能強(qiáng)的單片機(jī)，約有幾十個(gè)系列， 300 多個(gè)品種，此時(shí)的單片機(jī)均屬于真正的單片化，大多集成了CPU、 RAM、 ROM、數(shù)目繁多的 I/O 接口、多種中斷系統(tǒng)，甚至還有一些帶 A/D 10 轉(zhuǎn)換器的單片機(jī)，功能越來(lái)越強(qiáng)大， RAM 和 ROM 的容量也越來(lái)越大，尋址空間甚至可達(dá) 64kB，可以說(shuō)，單片機(jī)發(fā)展到了一個(gè)全新階段， 目前單片機(jī)正朝著高性能和多品種方向發(fā)展，它們的 CPU功能在增強(qiáng)，內(nèi)部資源在增多，引角的多功能化，以及低電壓底功耗。單片機(jī)的 應(yīng)用領(lǐng)域 也 更廣泛，許多電器 產(chǎn)品 均走向利用單片機(jī)控制的智能化發(fā)展道路。 . 總體方案設(shè)計(jì) 在 本次設(shè)計(jì) 中 ， 硬件部分由單片機(jī)系統(tǒng)、 LED 發(fā)光二極管組成。原理圖如圖 1 所示。 單片機(jī)選用的是 8051 單片機(jī)，利用其中的一個(gè)定時(shí)器設(shè)定燈光閃爍的時(shí)間， 時(shí)鐘電路選用的是 的晶振。復(fù)位電路部分采用的是上電復(fù)位和手動(dòng)復(fù)位兩種復(fù)位方式。由于考慮到單片機(jī) I/O 端口的帶載能力， LED 發(fā)光二極管采用共陽(yáng)極的接法，用 470Ω 的電阻分壓。 軟件 部分， 由于采用的是 晶振的時(shí)鐘電路，單片機(jī)定時(shí)器的最大定時(shí)時(shí)間為 ，不能達(dá)到要求的閃爍頻率。所以采用定時(shí) 50ms，10 個(gè)定時(shí)中斷燈光進(jìn)行一次亮滅的跳變。并在每一次跳變時(shí)記錄下燈閃爍的次數(shù)，通過(guò)對(duì)閃爍次數(shù)的判斷，來(lái)進(jìn)行對(duì)不同 LED 燈的亮滅的整體時(shí)序循環(huán)控制。 圖 1 單片機(jī)的霓虹燈控制電路原理圖 單 片 機(jī) LED 顯示 電路 復(fù)位電路 時(shí)鐘電路 11 硬件電路的設(shè)計(jì) 單片機(jī)系統(tǒng) 標(biāo)準(zhǔn)型 89 系列單片機(jī)是與 MCS51 系列單片機(jī)兼容的 。在內(nèi)部含有4KB 或 8KB 可重復(fù)編程的 Flash 存儲(chǔ)器，可進(jìn)行 1000 次擦寫(xiě)操作。全靜態(tài)工作為 0~33MHz，有 3 級(jí)程序存儲(chǔ)器加密鎖定，內(nèi)含有 128~256 字節(jié)的RAM、 32 條可編程的 I/O 端口、 2~3 個(gè) 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器， 6~8 級(jí)中斷，此外有通用串行接口、低電壓空閑模式及掉電模式。 8051 相當(dāng)于將 8051 中的 4KB ROM 換成相應(yīng)數(shù)量的 Flash 存儲(chǔ)器，其余結(jié)構(gòu)、供電電壓、引腳數(shù)量及封裝均相同，使用時(shí)可直接替換。 8051 在內(nèi)部 采用 40 條引腳的雙列直插式封裝，引腳排列如圖 2 所示 ， 內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理圖如圖 3 所示。 圖 2 8051 芯片引腳 圖 2 引腳排列 12 本設(shè)計(jì)中 8051 使用 晶振。 XTAL1（ 19 腳）和 XTAL2（ 18 腳）：外接晶體引腳， XTAL1 和 XTAL2分別接外部晶振一端。 RST：即為 RESET，該引腳為單片機(jī)的上電復(fù)位或掉電保護(hù)端。在此設(shè)計(jì)中接正常模式按扭。 、 、 ：用來(lái)控制 LED 顯示器的顯示控制。 ． 2 LED概述 LED（ Light Emitting Diode），發(fā)光二 極管，是一種固態(tài)的半導(dǎo)體器件，它可以直接把電轉(zhuǎn)化為光。 LED 的心臟是一個(gè)半導(dǎo)體的晶片，晶片的一端附在一個(gè)支架上，一端是負(fù)極，另一端連接電源的正極，使整個(gè)晶片被環(huán)氧樹(shù)脂封裝起來(lái)。半導(dǎo)體晶片由三部分組成，一部分是 P 型半導(dǎo)體，在它里面空穴占主導(dǎo)地位，另一端是 N 型半導(dǎo)體，在這邊主要是電子，中間5 4 EPROM/ROM 定時(shí) /計(jì)數(shù)器 運(yùn)算器 控制器 3 2 片內(nèi)振蕩器 RAM/SFP 并行口 存儲(chǔ)器擴(kuò)展控制器 串行口 1 1 XTAL 2 CPU 3中斷 4存儲(chǔ)器 5 I/O 圖 3 AT89C51 內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理圖 13 通常是 1 至 5 個(gè)周期的量子阱。當(dāng)電流通過(guò)導(dǎo)線作用于這個(gè)晶片的時(shí)候，電子和空穴就會(huì)被推向量子阱，在量子阱內(nèi)電子跟空穴復(fù)合，然后就會(huì)以光子的形式發(fā)出能量，這就是 LED 發(fā)光的原理。而光的波長(zhǎng)也就是光的顏色，是由形成 PN 結(jié)的材料決定的 。它是一種通過(guò)控制半導(dǎo)體發(fā)光二極管的顯示方式，用來(lái)顯示文字、圖形、圖像、動(dòng)畫(huà)、行情、視頻、錄像信號(hào)等各種信息的顯示屏幕。由于具有容易控制、低壓直流驅(qū)動(dòng)、組合后色彩表現(xiàn)豐富、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于城市各工程中、大屏幕顯示系統(tǒng)。 LED 可以作為顯示屏，在計(jì)算機(jī)控制下，顯示色彩變化萬(wàn)千的視頻和圖片。 LED 是一種能夠?qū)㈦娔苻D(zhuǎn)化為可見(jiàn)光的半導(dǎo)體。 近十幾年來(lái)，為了開(kāi)發(fā)藍(lán)色高亮度發(fā)光二極管，世界各地相關(guān)研究的人員無(wú)不全力投入。而商業(yè)化的產(chǎn)品如藍(lán)光及綠光發(fā)光二級(jí)管 LED 及激光二級(jí)管 LD 的應(yīng)用無(wú)不說(shuō)明了 III－ V 族元 素所蘊(yùn)藏的潛能。在目前商品化LED 之材料及其外延技術(shù)中，紅色及綠色發(fā)光二極管之外延技術(shù)大多為液相外延成長(zhǎng)法為主，而黃色、橙色發(fā)光二極管目前仍以氣相外延成長(zhǎng)法成長(zhǎng)磷砷化鎵 GaAsP 材料為主。 LED 的具體結(jié)構(gòu)如圖 4所示： 圖 4 LED 的結(jié)構(gòu)圖 外部時(shí)鐘方式電路 外部時(shí)鐘電路如圖 5所示，它在單片機(jī)的外部通過(guò) XTAL XTAL2這兩個(gè)引腳跨接晶體振蕩器和微調(diào)電容，構(gòu)成穩(wěn)定的自激振蕩器。本系統(tǒng)采用的為，一個(gè)機(jī)器周期為 1us， C C2為 22PF。 14 X T A L 218X T A L 119A L E30EA31P S E N29R S T9P 0. 0/ A D 039P 0. 1/ A D 138P 0. 2/ A D 237P 0. 3/ A D 336P 0. 4/ A D 435P 0. 5/ A D 534P 0. 6/ A D 633P 0. 7/ A D 732P 1. 01P 1. 12P 1. 23P 1. 34P 1. 45P 1. 56P 1. 67P 1. 78P 3. 0/ R X D10P 3. 1/ T X D11P 3. 2/ I N T 012P 3. 3/ I N T 113P 3. 4/ T 014P 3. 7/ R D17P 3. 6 / W R16P 3. 5/ T 115P 2. 7/ A 1 528P 2. 0/ A 821P 2. 1/ A 922P 2. 2/ A 1 023P 2. 3/ A 1 124P 2. 4/ A 1 225P 2. 5/ A 1 326P 2. 6/ A 1 427U1A T 89 C 5 1C130 p FC230 p FX1C R Y S T A L 圖 5 外部時(shí)鐘方式電路圖 手動(dòng)復(fù)位電路 復(fù)位電路分為上電自動(dòng)復(fù)位和按鍵手動(dòng)復(fù)位， RST引腳是復(fù)位信號(hào)的輸入端，復(fù)位信號(hào)是高電平有效。上電自動(dòng)復(fù)位通過(guò)電容 C3和電阻 R2來(lái)實(shí)現(xiàn)，按鍵手動(dòng)復(fù)位是圖 6中復(fù)位鍵來(lái)實(shí)現(xiàn)的。 15 X T A L 218X T A L 119A L E30EA31P S E N29R S T9P 0. 0/ A D 039P 0. 1/ A D 138P 0. 2/ A D 237P 0. 3/ A D 336P 0. 4/ A D 435P 0. 5/ A D 534P 0. 6/ A D 633P 0. 7/ A D 732P 1. 01P 1. 12P 1. 23P 1. 34P 1. 45P 1. 56P 1. 67P 1. 78P 3. 0/ R X D10P 3. 1/ T X D11P 3. 2/ I N T 012P 3. 3/ I N T 113P 3. 4/ T 014P 3. 7/ R D17P 3. 6 / W R16P 3. 5/ T 115P 2. 7/ A 1 528P 2. 0/ A 821P 2. 1/ A 922P 2. 2/ A 1 023P 2. 3/ A 1 124P 2. 4/ A 1 225P 2. 5/ A 1 326P 2. 6/ A 1 427U1A T 89 C 5 1C34. 7u FR140 0 圖 6 手動(dòng)復(fù)位電路 MSC51芯片簡(jiǎn)介 MCS51 單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu) 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(chǔ)器 (ROM)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 (RAM)、定時(shí) /計(jì)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(shuō)明： 中央處理器： 中央處理器 (CPU)是整個(gè)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(gè)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(chǔ)器 (RAM) 8051 內(nèi)部有 128 個(gè) 8位用戶數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元和 128個(gè)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(wèn)，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(xiě)的數(shù)據(jù)，運(yùn)算的中間結(jié)果或用戶定義的字型表。 16 圖 7 8051 內(nèi)部機(jī)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(kāi)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 MCS51 17 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 32。 圖 8 MCS51 系列單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu) MCS51 的引 腳說(shuō)明： MCS51 系列單片機(jī)中的 803 8051 及 8751 均采用