【文章內(nèi)容簡介】 8 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器（如執(zhí)行 MOVX@Ri 指令）時， P2 口線上 的內(nèi)容 （也即特殊功能寄存器（ SFR）區(qū) P2 寄存器的內(nèi)容），在整個訪問期間不改變。 Flash 編程或校驗時， P2 亦接收高位地址和其它控制信號。 178。 P3 口： P3 口是一組帶 有 內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I ／ O 口。 P3 口輸出緩沖級可驅動 （吸收或輸出電流） 4 個 TTL 邏輯門電路。對 P3 口寫入“ l”時，它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可作為輸入端口。作輸入端時，被外部拉低的 P3 口將用上拉電阻輸出電流 （ IIL ）。 P3 口除了作為一般的 I ／ O口線外，更重要的用途是它的第二功能，如下表所示： P3 口還接收一些用于 Flash 閃速存儲器編程和程序校驗的控制信號。 具體功能如表 所示 表 P3 口的 引 腳及功能 端口引腳 第二功能 RXD（串行輸入口） TXD（串行輸出口） INT0（外部中斷 0） INT1（外部中斷 1） T0（定時 /計數(shù)器 0 外部輸入） 陜西航空職業(yè)技術學院畢業(yè)設計 系統(tǒng)的硬件設計 14 T1（定時 /計數(shù)器 1 外部輸入） WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通） RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通） 178。 RST：復位輸入。當振蕩器工作時， RST 引腳出現(xiàn)兩個機器周期以上高電平將使單片機復位。 WDT 溢出將使該引腳輸出高電平，設置 SFR AUXR 的DISRT0 位（地址 8EH）可打開或關閉該功能。 DISRT0 位缺 為 RESET 輸出高電平打開狀態(tài)。 178。 ALE ／ PROG：當訪問外部程序存儲器或數(shù)據(jù)存儲器時， ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低 8 位字節(jié)。即使不訪問外部存儲器， ALE仍以時鐘振蕩頻率的 1 ／ 6 輸出固定的正脈沖信號，因此它可對外輸出時鐘或用于定時目的。要注意的是：每當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時將跳過一個 ALE 脈沖。對 F1ash 存儲器編程期間，該引腳還 用于輸入編程脈沖 （ PROG）。如 必要，可通過對特殊功能寄存器（ SFR）區(qū)中的 8EH 單元的 D0 位置位，可禁止 ALE 操作。該位置位后，只一條 M0VX 和 M0VC 指令 ALE 才會被激活。此外，該引腳會被微弱拉高，單片機執(zhí)行外部程序時，應設置 ALE 無效。 178。 PSEN：程序儲存允許（ PSEN）輸出是外部程序存儲器的讀選通信號，當 AT89S51 由外部程序存儲器取指令（或數(shù)據(jù)）時，每個機器周期兩次 PSEN 有 效，即輸出兩個脈沖。當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器，沒 有 兩次 有 效的 PSEN 信號。 178。 EA ／ VPP：外部訪問允許。欲使 CPU 僅訪問外部程序存儲器（地址為0000H－ FFFFH）， EA 端必須保持低電平（接地）。需注意的是：如果加密位LB1 被編程，復位時內(nèi)部會鎖存 EA 端狀態(tài)。 如 EA 端為高電平（接 Vcc 端）， CPU 則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲器中的指令。 F1ash 存儲器編程時，該引腳加上 +12V 的編程電壓 Vpp 。 178。 XTALl：振蕩器反相放大器及內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入端。 178。 XTAL2：振蕩器反相放大器的輸出端。 178。存儲器結構 ： MCS51 單片機內(nèi)核采用程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器空間陜西航空職業(yè)技術學院畢業(yè)設計 系統(tǒng)的硬件設計 15 分開的結構， 均具 64KB 外部程序和數(shù)據(jù)的尋址空間。 178。程序存儲器 ： 如果 EA 引腳接地（ GND），全部程序均執(zhí)行外部存儲器。在 AT89S51，假如 EA 接至 Vcc（電源 +），程序首先執(zhí)行地址從 0000H－ 0FFFH （ 4KB）內(nèi)部程序存儲器，再執(zhí)行地址為 1000H－ FFFFH （ 60KB）的外部程序存儲器。 178。數(shù)據(jù)存儲器 ： AT89S51 的具 128 字節(jié)的內(nèi)部 RAM，這 128 字節(jié)可利用直接或間接尋址方式訪問，堆棧操作可利用間接尋址方式進行， 128 字節(jié)均可設置為堆棧區(qū)空間。 晶體振蕩器特性 AT89S51 一個用于構成內(nèi) 部振蕩器的高增益反相放大器，引腳 XTAL1 和XTAL2 分別是該放大器的輸入端和輸出端。這個放大器與作為反饋 元件的片外石英晶體或陶瓷諧振器一起構成自激振蕩器 。 外接石英晶體（或陶瓷諧振器）及電容 Cl、 C2 接在放大器的反饋回路 構成并聯(lián)振蕩電路。對外接電容 Cl、 C2 雖然沒 十分嚴格的要求，但電容容量的大小會輕微影響振蕩頻率的高低、振蕩器工作的穩(wěn)定性、起振的難易程序及溫度穩(wěn)定性。如果使用石英晶體，我們推薦電容使用 30pF177。 10pF，而如使用陶瓷諧振器建議選擇 40pF 177。 10pF。 用戶也可以采用外部時鐘。 這種情況下，外部時鐘脈沖接到 XTAL1 端，即內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入端， XTAL2 則懸空。 由于外部時鐘信號是通過一個 2 分頻觸發(fā)器后作為內(nèi)部時鐘信號的，所以對外部時鐘信號的占空比沒 有 特殊要求，但最小高電平持續(xù)時間和最大的低電平持續(xù)時間應符合產(chǎn)品技術條件的要求。 Flash 閃速存儲器的并行編程 AT89s51 單片機內(nèi)部 4k 字節(jié)的可快速編程的 Flash 存儲陣列。編程方法可通過傳統(tǒng)的 EPROM 編程器使用高電壓（ +12V）和協(xié)調(diào)的控制信號進行編程。 AT89S51 的代碼是逐一字節(jié)進行編程的。 編程方法： 陜西航空職業(yè)技術學院畢業(yè)設計 系統(tǒng)的硬件設計 16 編程前 ，須設置好地址、數(shù)據(jù)及控制信號， AT89S51 編程方法如下： 1．在地址線上加上要編程單元的地址信號。 2．在數(shù)據(jù)線上加上要寫入的數(shù)據(jù)字節(jié)。 3．激活相應的控制信號。 4．將 EA ／ Vpp 端加上 +12V 編程電壓。 5．每對 Flash 存儲陣列寫入一個字節(jié)或每寫入一個程序加密位，加上一個 ALE ／ PROG 編程脈沖。每個字節(jié)寫入周期是自身定時的，大多數(shù)約為50us。改變編程單元的地址和寫入的數(shù)據(jù)，重復 1－ 5 步驟，直到全部文件編程結束。 單片機最小系統(tǒng)設計 采用 AT89S51 單片機構成了控制 系統(tǒng)的核心， 其基本模塊就主要包括復位電路和晶體震蕩電路。在本設計當中，單片機的 P 0 口、 P 1 口、 P 2 口、 P 3 口全部參與系統(tǒng)工作， 單片機最小系統(tǒng)的接線如圖 所示： 陜西航空職業(yè)技術學院畢業(yè)設計 系統(tǒng)的硬件設計 17 圖 單片機最小系統(tǒng)圖 單片機端口分配及功能 其中 P 0 口用于控制數(shù)碼管的具體顯示功能，既是數(shù)碼管的段選。 P 1 口主要用于 控制電機驅動芯片 L298 的工作，以及 ADC0804 芯片的編程的讀寫控制。 P 2 口主要 用于 控制數(shù)碼管的公共端，既是數(shù)碼管的位選。與此同時還處理鍵盤掃描電路的。 P 3 口 主要用于 負責處理 ADC0804 的模數(shù)轉化芯片的工作。 串口通信模塊 本設計 采用串口通信， 來實現(xiàn)計算機與單片機的通信。其具體的電路圖如圖 所示。 陜西航空職業(yè)技術學院畢業(yè)設計 系統(tǒng)的硬件設計 18 圖 串口通信模塊 數(shù)碼管顯示電路設計 本設計的顯示部分可以用液晶顯示的方案可供選擇，液晶顯示和數(shù)碼管顯示的區(qū)別主要體現(xiàn)在以下幾個方面：數(shù)碼管顯示內(nèi)容單一，而液晶顯示器顯示內(nèi)容豐富，因為液晶一般都是七段八字的只能顯示單一的內(nèi)容，而液晶顯示的內(nèi)容就很豐富；數(shù)碼管還比液晶顯示耗電，而且使用液晶也比使用數(shù)碼管顯得美觀。 但是控制液晶顯示器的時候占用的系統(tǒng)資源多，編程更復雜，最關鍵的是液晶顯示的成本是數(shù)碼管的幾十倍，所以考慮到應用價值，最終還是確定選用數(shù)碼管 實現(xiàn) 本設計的 顯示部分功能。 共陽數(shù)碼管簡介 四位共陽數(shù)碼管的管腳分配如下圖 所示： 圖 四位共陽數(shù)碼管管腳定義 數(shù)碼管的管腳排列：從數(shù)碼管的正面觀看，左下角的那個腳為 1 腳，從1 腳開始，按照逆時針方向排列依次是 1 腳到 12 腳，其中 1 6 為公陜西航空職業(yè)技術學院畢業(yè)設計 系統(tǒng)的硬件設計 19 共角，為位選信號輸入端。剩余的八個腳是段選信號輸入端，其對應方式是A1 B C D E F G DP3。 只有詳細的了解了數(shù)碼管的管腳定義，以及段選位選情況，我們才能通過編程對其正常的顯示進行很好的控制。在本設計當中采用了數(shù)碼管動態(tài)掃描的方式進行顯示，下面我們對數(shù)碼管動態(tài)掃描顯示作一詳細介紹。 數(shù)碼管動態(tài)顯示介面是單片機中應用最為廣泛的一種顯示方式之一，動態(tài)驅動是將所有數(shù)碼管的 8個顯示筆劃 a,b,c,d,e,f,g,dp 的同名端連在一起，另外為每個數(shù)碼管的公共極 COM 增加位元選通控制電路，位元選通由各自獨立的 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，取決于單片機對位元選通 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，該位元就顯示出字形，沒有選通的數(shù)碼管就不會亮。 通 過分時輪流控制各個 LED 數(shù)碼管的 COM 端，就使各個數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是動態(tài)驅動。在輪流顯示過程中，每位元數(shù)碼管的點亮時間為 1～2ms，由于人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極體的余輝效應，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)定的顯示資料，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 口 ，而且功耗更低。 共陽數(shù)碼管電路圖 本設計選用了數(shù)碼管顯示設計， 其段選的控制 A、 B、 C、 D、 E、 F、 G、DP 按照數(shù)碼管的簡介資料選用了 P 0 口作為其控制端口，其位選部分由于單片機的控制端口輸出的電壓不足以直接點亮數(shù)碼管，所以在單片機控制端口和數(shù)碼管的位選控制端口加入了三極管， 其 具體的 電路 連接 如圖 所示。 陜西航空職業(yè)技術學院畢業(yè)設計 系統(tǒng)的硬件設計 20 圖 數(shù)碼管顯示電路 電機驅動模塊設計 在第一章的 中已經(jīng)詳細的介紹了目前的電機的驅動技術的基本類型，考慮要硬件設計驅動電路的方法會電路復雜，調(diào)試 不方便，而且采用多個元器件搭接，成本高。而直接采用集成的驅動芯片時電路穩(wěn)定，成本低，易于控制，所以最終本設計是直接采用電機驅動芯片 L298 作為電機驅動部分的核心部件。 L298 簡介 L298N 為 SGSTHOMSON Microelectronics 所出產(chǎn)的雙全橋步進電機專用驅動芯片， 內(nèi)部包含 4 信道邏輯驅動電路，是一種二相和四相步進電機的專用驅動器，可同時驅動 2個二相或 1個四相步進電機，內(nèi)含二個 HBridge 的高電壓、 大電流雙全橋式驅動器，接收標準 ： TTL 邏輯準位信號，可驅動 46V、2A 以下的步進電機，且可以直接透過電源來調(diào)節(jié)輸出電壓；此芯片可直接由單片機的 IO 端口來提供模擬時序信號 。 L298N 之接腳如圖 所示， Pin1 和 Pin15 可與電流偵測用電阻連接來控制負載的電路； OUTl、 OUT2 和 OUT OUT4 之間分別接 2 個步進電機； input1~input4 輸入控制電位來控制電機的正反轉； Enable 則控制電機陜西航空職業(yè)技術學院畢業(yè)設計 系統(tǒng)的硬件設計 21 停轉。 圖 L298管腳圖 引腳功能介紹： 1； 15 腳（ Sense A； S