【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 圖 31 AT89C51引腳圖 AT89S51 具有 PDIP,TQFP 和 PLCC 三種封裝形式。上圖就是 PDIP 封裝的引腳排列，有 40 個(gè)引腳， 32 個(gè)外部雙向輸入 /輸出 （ I/O） 端口 。具有兩個(gè) 16 位可編程定時(shí)器；中斷系統(tǒng)是具有 6 個(gè)中斷源、 5 個(gè)中斷矢量、 2 級(jí)中斷優(yōu)先級(jí)的中斷結(jié)構(gòu)；震蕩器頻率 0到 33MHZ,因此我們?cè)诖诉x用 12MHZ 的晶振是比較合理的；具有片內(nèi)看門狗定時(shí)器；具有斷電標(biāo)志 POF 等等。 P0 口可作為通用 I/O 口，但須外接上拉電阻；作為輸出口，每各引腳可吸收 8 各TTL 的灌電流。作為輸入時(shí)，首先應(yīng)將引腳置 1。 P0 也可用做訪問外部程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)的低 8 位地址 /數(shù)據(jù)總線的復(fù)用線。在該模式下， P0 口含有內(nèi)部上拉電阻。在 FLASH 編程時(shí)， P0 口接收代碼字節(jié)數(shù)據(jù)；在編程效驗(yàn)時(shí)， P0 口輸出代碼字節(jié) 數(shù)據(jù) (需要外接上拉電阻 )。 P1 口： 8 位、雙向 I/0 口，內(nèi)部含有上拉電阻。 P1 口可作普通 I/O 口。輸出緩沖器可驅(qū)動(dòng)四個(gè) TTL 負(fù)載；用作輸入時(shí)，先將引腳黑龍江東方學(xué)院本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 6 置 1，由片內(nèi)上拉電阻將其抬到高電平。 P1 口的引腳可由外部負(fù)載拉到低電平，通過上拉電阻提供電流。 在 FLASH 并行編程和校驗(yàn)時(shí)， P1 口可輸入低字節(jié)地址。在串行編程和效驗(yàn)時(shí)，,、輸出和移位脈沖引腳。 P2 口：具有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口。 P2 口用做輸出口時(shí)，可驅(qū)動(dòng) 4 各 TTL 負(fù)載；用做輸入口時(shí)，先將引腳置 1，由內(nèi)部上拉電阻將其提高到高電平。若負(fù)載為低電平，則通過內(nèi)部上拉電阻向外部輸出電流。 CPU 訪問外部 16 位地址的存儲(chǔ)器時(shí)， P2 口提供高 8 位地址。當(dāng) CPU 用 8 位地址尋址外部存儲(chǔ)時(shí)， P2 口為 P2 特殊功能寄存器的內(nèi)容。 在 FLASH 并行編程和校驗(yàn)時(shí)， P2 口可輸入高字節(jié)地址和某些控制信號(hào)。 P3 口：具有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向口。 P3 口用做輸出口時(shí)，輸出緩沖器可吸收 4 各 TTL 的灌電流；用做輸入口時(shí)，首先將引腳置 1，由內(nèi)部上拉電阻抬位高電平。若外部的負(fù)載是低電平，則通過內(nèi)部上 拉電阻向輸出電流。 在與 FLASH 并行 編程和校驗(yàn)時(shí)， P3 口可輸入某些控制信號(hào)。 P3 口除了通用 I/O 口功能外，還有替代功能如表 31 所示。 表 31 P3口的第二功能 端口引腳 各個(gè)功能 RXD(串行口輸入端 ) TXD(串行口輸出端 ) INT0(外部中斷 0請(qǐng)求輸入端，低電平有效 ) INT1(外部中斷 1請(qǐng)求輸入端，低電平有效 ) T0(定時(shí) /計(jì)數(shù)器 0計(jì)數(shù)脈沖輸入端 ) T1(定時(shí) /計(jì)數(shù)器 1計(jì)數(shù)脈沖輸入端 ) WR(外部數(shù)據(jù)存 儲(chǔ)器寫選通信號(hào)輸出端，低電平有效 ) RD(外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)輸出端，低電平有效 ) 黑龍江東方學(xué)院本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 7 時(shí)鐘功能的實(shí)現(xiàn) 方案一：采用實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片。 實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片具備年、月、日、時(shí)、分、秒計(jì)時(shí)功能和多點(diǎn)定時(shí)功能，計(jì)時(shí)數(shù)據(jù)的更新每秒自動(dòng)進(jìn)行一次，不需程序干預(yù)。計(jì)算機(jī)可通過中斷或查詢方式讀取計(jì)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示，因此計(jì)時(shí)功能的實(shí)現(xiàn)無需占用 CPU 的時(shí)間，程序簡(jiǎn)單。此外，實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片多數(shù)帶有鋰電池做后備電源，具備永不停止的計(jì)時(shí)功能；具有可編程方波輸出功能，可用做實(shí)時(shí)測(cè)控系統(tǒng)的采樣信號(hào)等；有的實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片內(nèi)部還帶 有非易失性 RAM，可用來存放需長期保存但有時(shí)也需變更的數(shù)據(jù)。由于功能完善，精度高，軟件程序設(shè)計(jì)相對(duì)簡(jiǎn)單，且計(jì)時(shí)不占用 CPU 時(shí)間，因此，在工業(yè)實(shí)時(shí)測(cè)控系統(tǒng)中多采用這一類專用芯片來實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)時(shí)鐘功能。 方案二：軟件控制。 利用單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí) /計(jì)數(shù)器進(jìn)行中斷定時(shí)，配合軟件延時(shí)實(shí)現(xiàn)時(shí)、分、秒的計(jì)時(shí)及秒表計(jì)時(shí)。該方案節(jié)省硬件成本，且能使設(shè)計(jì)者對(duì)單片機(jī)的指令系統(tǒng)能有更深入的了解，從而掌握單片機(jī)應(yīng)用技術(shù) MCS51 匯編語言程序設(shè)計(jì)方法，因此，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用此種軟件控制方法來實(shí)現(xiàn)計(jì)時(shí)。而由于 ATMEL 公司的 AT89C51 單 片機(jī)是低功耗的具有4KB 在線可編程 Flash 存儲(chǔ)器的單片機(jī)。它與通用 80C51 系列單片機(jī)的指令系和引腳兼容。片內(nèi)的 Flash 可允許在線重新編程，也可使用通用非易失性存儲(chǔ)器編程。它將通用CPU 和在線可編程 Flash 集成在一個(gè)芯片上，形成了功能強(qiáng)大、使用靈活和具有較高性能價(jià)格比的微控制器。它的功能強(qiáng)大，而且也較容易購買 [3]。 總結(jié)：我所要實(shí)現(xiàn)的功能通過單片機(jī)編程就可以達(dá)到，不需要額外的時(shí)鐘芯片來增加成本，并使外圍電路更加簡(jiǎn)單明了 。 黑龍江東方學(xué)院本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 8 復(fù)位電路 目前為止，單片機(jī)復(fù)位電路主要有四種類型 ：（ 1）微分型復(fù)位電路；（ 2）積分型復(fù)位電路；（ 3）比較器型復(fù)位電路；（ 4）看門狗型復(fù)位電路 。我列舉了 2 種方案進(jìn)行比較： 方案一：采用手動(dòng)復(fù)位，該方法線路簡(jiǎn)單。在系統(tǒng)運(yùn)行過程中，有時(shí)可能需要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行復(fù)位，以避免對(duì)硬件經(jīng)常加電或斷電而造成的傷害，我們可以采用手動(dòng)復(fù)位的方式。如圖 32 所示。 圖 32 手動(dòng)上電復(fù)位電路 +C122uFR11KGND+ 5VV ccR S T/V P DV s sMC S 5 1R2200黑龍江東方學(xué)院本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 9 方案二：阻容上電自動(dòng) 復(fù)位電路，這種電路線路也簡(jiǎn)單，它利用電容上電壓不能突變而是按指數(shù)規(guī)律上升或下降的特性，產(chǎn)生所需的復(fù)位脈沖。優(yōu)點(diǎn)：使用最為普遍且成本低廉的復(fù)位電路。 如圖 33 所示。 。 圖 33 自動(dòng)復(fù)位電路 總結(jié)：這兩種方案對(duì)我的設(shè)計(jì)影響其實(shí)差別不大，根據(jù)我的電路所需要的就是選取最簡(jiǎn)單的電路即可，顯然方案二元件和電路更加簡(jiǎn)單，所用原件更少，所花成本更少 +C122uFR11KGND+ 5VV ccR ST /V P DV s sM C S 5 1黑龍江東方學(xué)院本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 10 時(shí) 間調(diào)整電路 我采用了獨(dú)立式按鍵設(shè)計(jì)，如圖 34 所示，獨(dú)立式按鍵直接與單片機(jī) I/O 口相連構(gòu)成鍵盤 [4]，每個(gè)按鍵不會(huì)相互影響，因本系統(tǒng)用到的按鍵比較少，采用獨(dú)立式鍵盤不會(huì)浪費(fèi) I/O 口線，所以本系統(tǒng)采用獨(dú)立式鍵盤。按鍵一端接地，一端接于 、 、 口，并接 10K 的上拉電阻，按下開關(guān)時(shí)就會(huì)向單片機(jī)輸入低電平，觸發(fā)程序跳轉(zhuǎn)。按下跳轉(zhuǎn)鍵可以開始調(diào)時(shí)，多按幾次就會(huì)在秒分時(shí)，日月年之間切換，按下 +鍵可以調(diào)高數(shù)值，按下 — 鍵可以調(diào)低數(shù)值，做到了功能齊全且元件消耗最好。 圖 34 時(shí)間調(diào)整電路 時(shí)間顯示電路 掃描方式 我選用 LED 數(shù)碼管作為顯示部分的主要元件， 數(shù)碼管要正常顯示，就要用驅(qū)動(dòng)電路來驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管的各個(gè)段碼，從而顯示出我們要的數(shù)字，因此根據(jù)數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)方式的不同，可以分為靜態(tài)式和動(dòng)態(tài)式兩類 [5]。 方案一：靜態(tài)顯示驅(qū)動(dòng) 靜態(tài)顯示就是顯示驅(qū)動(dòng)電路 ， 具有輸出鎖存功能 。當(dāng)顯示器顯示某個(gè)字符時(shí)，相應(yīng)的段恒定的導(dǎo)通或截止，直到顯示另一個(gè)字符為止。即 單片機(jī)將所有要顯示的數(shù)據(jù)送出黑龍江東方學(xué)院本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 11 后就不再控制 LED，直到下一次顯示時(shí)再傳送一次新的顯示數(shù)據(jù)。靜態(tài)顯示的 數(shù)據(jù)穩(wěn)定，數(shù)碼管的亮度較高， 占用的 CPU 時(shí)間少 ，程序容易，管理簡(jiǎn)單，但占用的 I/O 線資源教多 。靜態(tài)顯示中，每一個(gè)顯示器都要占用單獨(dú)的具有鎖存功能的 I/O 接口，該接口用于筆劃段字型代碼。這樣單片機(jī)只要把要顯示的字形代碼發(fā)送到接口電路，該字段就可以顯示發(fā)送的字形。要顯示新的數(shù)據(jù)時(shí)，單片機(jī)在發(fā)送新的字形碼。動(dòng)態(tài)掃描方法是用其接口電路把所有顯示器的 8 個(gè)筆畫段 ah 同名端連在一起，而每一個(gè)顯示器的公共極COM 各自獨(dú)立的受 I/O 線控制。 CPU 向字段輸出口送出字形碼時(shí)，所有顯示器接收到相同的字形碼，但究竟是哪個(gè)顯示器亮， 則取決于 COM 段，而這一段是由 I/O 控制的，由單片機(jī)決定何時(shí)顯示哪一位了。 優(yōu)點(diǎn)：程序簡(jiǎn)單，亮度高。缺點(diǎn)：所占 I/O 口過多，不適合數(shù)目多的數(shù)碼管設(shè)計(jì)課題。 方案二：動(dòng)態(tài)顯示驅(qū)動(dòng) 數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示接口是單片機(jī)中應(yīng)用最為廣泛的一種顯示方式之一，動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)是將所有數(shù)碼管的 8 個(gè)顯示筆劃 ＂ a， b， c， d， e， f， g， d， p＂ 的同名端連在一起，另外為每個(gè)數(shù)碼管的公共極 COM 增加位選通控制電路，位選通由各自獨(dú)立的 I/O 線控制，當(dāng)單片機(jī)輸出字形碼時(shí)，所有數(shù)碼管都接收到相同的字形碼，但究竟是那個(gè)數(shù)碼管會(huì)顯示出字形，取決于單片機(jī)對(duì)位選通 COM 端電路的控制，所以我們只要將需要顯示的數(shù)碼管的選通控制打開，該位就顯示出字形，沒有選通的數(shù)碼管就不會(huì)亮。通過分時(shí)輪流控制各個(gè)數(shù)碼管的的 COM 端，就使各個(gè)數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)。在輪流顯示過程中，每位數(shù)碼管的點(diǎn)亮?xí)r間為 1～ 2mＳ ，由于人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余輝效應(yīng)，盡管實(shí)際上各位數(shù) 碼管并非同時(shí)點(diǎn)亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)，不會(huì)有閃爍感，動(dòng)態(tài)顯示的效果和靜態(tài)顯示是一樣的，能夠節(jié)省大量的 I/O 端口，而且功耗更低。 總結(jié)：我所要用到的數(shù)碼管共有 14 位，更加適合用動(dòng)態(tài)掃描。 黑龍江東方學(xué)院本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 12 LED 數(shù)碼管的選擇 LED 數(shù)碼管分為共陰和共陽兩種， 以利用 AT89C51 灌電流比較大的特點(diǎn)作為數(shù)碼管的位選，而段碼則由上拉電阻驅(qū)動(dòng) ，用共陰數(shù)碼管會(huì)使電路更加簡(jiǎn)單，共陰數(shù)碼管管腳圖與內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖 25 與圖 26 所示： 圖 35 共陰數(shù)碼管引腳 圖 36 共陰數(shù)碼管內(nèi)部結(jié)構(gòu) C 語言中數(shù)碼管十六進(jìn)制數(shù)字型代碼如表 32 所示。 表 3－ 2 十六進(jìn)制數(shù)字型代碼 字型 共陽極代碼 共陰極代碼 字型 共陽極代碼 共陰極代碼 0 C0H 3FH 9 90H 6FH 1 F9H 06H A 88H 77H 2 A4H 5BH b 83H 7CH 3 B0H 4FH C C6H 39H 4 99H 66H d A1H 5EH 5 92H 6DH E 86H 79H 6 82H 7DH F 8EH 71H 7 F8H 07H 8 80H 7FH 黑龍江東方學(xué)院本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 13 怎樣測(cè)量數(shù)碼管引腳，分共陰和共陽 ： 找公共共陰和公共共陽首先，我們找個(gè)電源（ 3 到 5 伏）和 1 個(gè) 1K（幾百的也歐的也行）的電阻， VCC 串接個(gè)電阻后和 GND 接在任意 2 個(gè)腳上，組合有很多，但總有一個(gè) LED 會(huì)發(fā)光的找到一個(gè)就夠了，然后用 GND不動(dòng)， VCC（串電阻）逐個(gè)碰剩下的腳，如果有多個(gè) LED（一般是 8 個(gè)），那它就是共陰的了。相反用 VCC 不動(dòng)， GND 逐個(gè)碰剩下的腳，如果有多個(gè) LED（一 般是 8 個(gè)），那它就是共陽的。也可以直接用數(shù)字萬用表，紅表筆是電源的正極，黑表筆是電源的負(fù)極[6]。 顯示電路的整體實(shí)現(xiàn) 如圖 37 所示，顯示電路共包含 14 位數(shù)碼管外加 4 個(gè) LED 發(fā)光二極管，數(shù)碼管的段選部分由 P0 口控制，即數(shù)碼管的段選端并聯(lián)與 P0 口，數(shù)碼管的段控端 a、 b、 c、 d、e、 f、 g、 dp 分別接到 P0 口的 、 、 、 、 、 、 、 口線上，段選部分與 P0 口之間接上拉電阻來輸入高電平與增強(qiáng)驅(qū)動(dòng)電流，電阻的大小可影響數(shù)碼管的亮度，由于我沒有外加其 他驅(qū)動(dòng)電路因此我選擇 1K 的排阻來增加驅(qū)動(dòng)能力；數(shù)碼管的位選由 P1 口和 P2 口控制，每個(gè)數(shù)碼管的位控線單獨(dú)占用單片機(jī) P1 口和P3 口一根輸出口線，如果發(fā)現(xiàn)數(shù)碼管還是不夠亮的話，可在位選端加 NPN 三極管放大電流，此時(shí)要加限流電阻以免數(shù)碼管被燒。在時(shí)分秒之間我各設(shè)置了 2 個(gè) LE