【文章內(nèi)容簡介】 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 個引腳， 32 個外部雙向輸入 /輸出 （ I/O） 端口 。具有兩個 16 位可編程定時器；中斷系統(tǒng)是具有 6 個中斷源、 5 個中斷矢量、 2 級中斷優(yōu)先級的中斷結(jié)構(gòu)；震蕩器頻率 0到 33MHZ,因此我們在此選用 12MHZ 的晶振是比較合理的；具有片內(nèi)看門狗定時器；具有斷電標志 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，首先應(yīng)將引腳置 1。 P0 也可用做訪問外部程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器時的低 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， P0 口接收代碼字節(jié)數(shù)據(jù)；在編程效驗時， 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)動四個 TTL 負載；用作輸入時，先將引腳黑龍江東方學(xué)院本科生畢業(yè)論文（設(shè)計） 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 并行編程和校驗時， P1 口可輸入低字節(jié)地址。在串行編程和效驗時，,、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，可驅(qū)動 4 各 TTL 負載；用做輸入口時，先將引腳置 1，由內(nèi)部上拉電阻將其提高到高電平。若負載為低電平，則通過內(nèi)部上拉電阻向外部輸出電流。 CPU 訪問外部 16 位地址的存儲器時， P2 口提供高 8 位地址。當 CPU 用 8 位地址尋址外部存儲時， P2 口為 P2 特殊功能寄存器的內(nèi)容。 在 FLASH 并行編程和校驗時， P2 口可輸入高字節(jié)地址和某些控制信號。 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，輸出緩沖器可吸收 4 各 TTL 的灌電流；用做輸入口時，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 編程和校驗時， P3 口可輸入某些控制信號。 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 各個功能 RXD(串行口輸入端 ) TXD(串行口輸出端 ) INT0(外部中斷 0請求輸入端，低電平有效 ) INT1(外部中斷 1請求輸入端，低電平有效 ) T0(定時 /計數(shù)器 0計數(shù)脈沖輸入端 ) T1(定時 /計數(shù)器 1計數(shù)脈沖輸入端 ) WR(外部數(shù)據(jù)存 儲器寫選通信號輸出端，低電平有效 ) RD(外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通信號輸出端，低電平有效 ) 黑龍江東方學(xué)院本科生畢業(yè)論文（設(shè)計） 7 時鐘功能的實現(xiàn) 方案一：采用實時時鐘芯片。 實時時鐘芯片具備年、月、日、時、分、秒計時功能和多點定時功能，計時數(shù)據(jù)的更新每秒自動進行一次，不需程序干預(yù)。計算機可通過中斷或查詢方式讀取計時數(shù)據(jù)進行顯示，因此計時功能的實現(xiàn)無需占用 CPU 的時間，程序簡單。此外，實時時鐘芯片多數(shù)帶有鋰電池做后備電源，具備永不停止的計時功能；具有可編程方波輸出功能，可用做實時測控系統(tǒng)的采樣信號等；有的實時時鐘芯片內(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)計相對簡單，且計時不占用 CPU 時間，因此，在工業(yè)實時測控系統(tǒng)中多采用這一類專用芯片來實現(xiàn)實時時鐘功能。 方案二：軟件控制。 利用單片機內(nèi)部的定時 /計數(shù)器進行中斷定時，配合軟件延時實現(xiàn)時、分、秒的計時及秒表計時。該方案節(jié)省硬件成本，且能使設(shè)計者對單片機的指令系統(tǒng)能有更深入的了解，從而掌握單片機應(yīng)用技術(shù) MCS51 匯編語言程序設(shè)計方法，因此，本系統(tǒng)設(shè)計采用此種軟件控制方法來實現(xiàn)計時。而由于 ATMEL 公司的 AT89C51 單 片機是低功耗的具有4KB 在線可編程 Flash 存儲器的單片機。它與通用 80C51 系列單片機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器編程。它將通用CPU 和在線可編程 Flash 集成在一個芯片上，形成了功能強大、使用靈活和具有較高性能價格比的微控制器。它的功能強大，而且也較容易購買 [3]。 總結(jié)：我所要實現(xiàn)的功能通過單片機編程就可以達到，不需要額外的時鐘芯片來增加成本，并使外圍電路更加簡單明了 。 黑龍江東方學(xué)院本科生畢業(yè)論文（設(shè)計） 8 復(fù)位電路 目前為止，單片機復(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 種方案進行比較： 方案一：采用手動復(fù)位，該方法線路簡單。在系統(tǒng)運行過程中，有時可能需要對系統(tǒng)進行復(fù)位，以避免對硬件經(jīng)常加電或斷電而造成的傷害，我們可以采用手動復(fù)位的方式。如圖 32 所示。 圖 32 手動上電復(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） 9 方案二：阻容上電自動 復(fù)位電路，這種電路線路也簡單，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：使用最為普遍且成本低廉的復(fù)位電路。 如圖 33 所示。 。 圖 33 自動復(fù)位電路 總結(jié)：這兩種方案對我的設(shè)計影響其實差別不大，根據(jù)我的電路所需要的就是選取最簡單的電路即可，顯然方案二元件和電路更加簡單，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） 10 時 間調(diào)整電路 我采用了獨立式按鍵設(shè)計，如圖 34 所示，獨立式按鍵直接與單片機 I/O 口相連構(gòu)成鍵盤 [4]，每個按鍵不會相互影響，因本系統(tǒng)用到的按鍵比較少，采用獨立式鍵盤不會浪費 I/O 口線，所以本系統(tǒng)采用獨立式鍵盤。按鍵一端接地，一端接于 、 、 口，并接 10K 的上拉電阻，按下開關(guān)時就會向單片機輸入低電平，觸發(fā)程序跳轉(zhuǎn)。按下跳轉(zhuǎn)鍵可以開始調(diào)時，多按幾次就會在秒分時，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 時間調(diào)整電路 時間顯示電路 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)動電路來驅(qū)動數(shù)碼管的各個段碼，從而顯示出我們要的數(shù)字，因此根據(jù)數(shù)碼管的驅(qū)動方式的不同，可以分為靜態(tài)式和動態(tài)式兩類 [5]。 方案一：靜態(tài)顯示驅(qū)動 靜態(tài)顯示就是顯示驅(qū)動電路 ， 具有輸出鎖存功能 。當顯示器顯示某個字符時，相應(yīng)的段恒定的導(dǎo)通或截止，直到顯示另一個字符為止。即 單片機將所有要顯示的數(shù)據(jù)送出黑龍江東方學(xué)院本科生畢業(yè)論文（設(shè)計） 11 后就不再控制 LED，直到下一次顯示時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 時間少 ，程序容易，管理簡單，但占用的 I/O 線資源教多 。靜態(tài)顯示中，每一個顯示器都要占用單獨的具有鎖存功能的 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，單片機在發(fā)送新的字形碼。動態(tài)掃描方法是用其接口電路把所有顯示器的 8 個筆畫段 ah 同名端連在一起，而每一個顯示器的公共極COM 各自獨立的受 I/O 線控制。 CPU 向字段輸出口送出字形碼時，所有顯示器接收到相同的字形碼，但究竟是哪個顯示器亮， 則取決于 COM 段，而這一段是由 I/O 控制的，由單片機決定何時顯示哪一位了。 優(yōu)點：程序簡單，亮度高。缺點：所占 I/O 口過多，不適合數(shù)目多的數(shù)碼管設(shè)計課題。 方案二：動態(tài)顯示驅(qū)動 數(shù)碼管動態(tài)顯示接口是單片機中應(yīng)用最為廣泛的一種顯示方式之一，動態(tài)驅(qū)動是將所有數(shù)碼管的 8 個顯示筆劃 ＂ 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，位選通由各自獨立的 I/O 線控制，當單片機輸出字形碼時，所有數(shù)碼管都接收到相同的字形碼，但究竟是那個數(shù)碼管會顯示出字形，取決于單片機對位選通 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)碼管就不會亮。通過分時輪流控制各個數(shù)碼管的的 COM 端，就使各個數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是動態(tài)驅(qū)動。在輪流顯示過程中，每位數(shù)碼管的點亮?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)，盡管實際上各位數(shù) 碼管并非同時點亮，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)，不會有閃爍感，動態(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，更加適合用動態(tài)掃描。 黑龍江東方學(xué)院本科生畢業(yè)論文（設(shè)計） 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作為數(shù)碼管的位選，而段碼則由上拉電阻驅(qū)動 ，用共陰數(shù)碼管會使電路更加簡單，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)碼管十六進制數(shù)字型代碼如表 32 所示。 表 3－ 2 十六進制數(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） 13 怎樣測量數(shù)碼管引腳，分共陰和共陽 ： 找公共共陰和公共共陽首先，我們找個電源（ 3 到 5 伏）和 1 個 1K（幾百的也歐的也行）的電阻， VCC 串接個電阻后和 GND 接在任意 2 個腳上，組合有很多，但總有一個 LED 會發(fā)光的找到一個就夠了，然后用 GND不動， VCC（串電阻）逐個碰剩下的腳，如果有多個 LED（一般是 8 個），那它就是共陰的了。相反用 VCC 不動， GND 逐個碰剩下的腳，如果有多個 LED（一 般是 8 個），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，黑表筆是電源的負極[6]。 顯示電路的整體實現(xiàn) 如圖 37 所示，顯示電路共包含 14 位數(shù)碼管外加 4 個 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驅(qū)動電流，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)動電路因此我選擇 1K 的排阻來增加驅(qū)動能力；數(shù)碼管的位選由 P1 口和 P2 口控制，每個數(shù)碼管的位控線單獨占用單片機 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，此時要加限流電阻以免數(shù)碼管被燒。在時分秒之間我各設(shè)置了 2 個 LE