【正文】 28 字節(jié)中地址 00H 一 1FH 的 32 個(gè)單元，安排為四組工作寄存器。每組又分為8 個(gè)寄存器區(qū) R0R7。 17 圖 34 AT89C51 內(nèi)部功能圖 時(shí)鐘電路 18 時(shí)鐘電路是產(chǎn)生 CPU 校準(zhǔn)時(shí)序，是單片機(jī)的控制核心，它控制著計(jì)算機(jī)的工作節(jié)奏。MCS51 系列單片機(jī)允許的時(shí)鐘頻率是因型號(hào)而不同的。 AT89C51 的時(shí)鐘信號(hào)可通過(guò)內(nèi)部振蕩方式和外部振蕩方式兩種方式得到。內(nèi)部振蕩方式， AT89C51 內(nèi)部都有一個(gè)反相放大器， XTAL XTAL2 分別為反相放大器輸入和輸出端，外接定時(shí)反饋元件以后就組成振蕩器，產(chǎn)生時(shí)鐘送至單片機(jī)內(nèi)部的各個(gè)部件，這樣就構(gòu)成了內(nèi)部振蕩方式。 外部振蕩方式是把已有的時(shí)鐘信號(hào)引入單片機(jī)內(nèi)。這種方式適合用來(lái)使單片機(jī)的時(shí)鐘與外 部信號(hào)一致。 在本次設(shè)計(jì)中不需要與外部時(shí)鐘信號(hào)保持一致，所以我選擇內(nèi)部振蕩方式。由于單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)高增益反相放大器，當(dāng)外接晶振后，就構(gòu)成了自激振蕩器并產(chǎn)生振蕩時(shí)鐘脈沖。 而對(duì)于晶振的選擇： 一種是： 6MHz 的晶振，其機(jī)器周期是 2us。 另一種是： 12MHz 的晶振，其機(jī)器周期是 1us, 也就是說(shuō)在執(zhí)行同一條指令時(shí)用6MHz 的晶振所用的時(shí)間是 12MHz 晶振的兩倍。 為了提高整個(gè)系統(tǒng)的性能我選擇了 12MHz 的晶振。 晶振我選擇了 12MHz，相對(duì)于 6MHz 的晶振，整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行速度就更快了。電容器 C C2 起穩(wěn)定 振蕩頻率、快速起振的作用，電容值我選擇了 30pF。內(nèi)部振蕩方式所得的時(shí)鐘信號(hào)穩(wěn)定性高。 復(fù)位電路 復(fù)位方式 單片機(jī)在啟動(dòng)時(shí)都需要復(fù)位，以使 CPU 及系統(tǒng)各部件處于確定的初始狀態(tài)，并從初始狀態(tài)開(kāi)始工作。 89 系列單片機(jī)的復(fù)位信號(hào)是從 RST 引腳輸入到芯片內(nèi)的施密特觸發(fā)器中。當(dāng)系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)時(shí)，而且振蕩器穩(wěn)定后，如果 RST 引腳上有一個(gè)高電平并維持 2 個(gè)機(jī)器周期（ 24 個(gè)振蕩周期）以上，則 CPU 就可以響應(yīng)并將其系統(tǒng)復(fù)位。單片機(jī)系統(tǒng)的復(fù)位方式有：手動(dòng)按鈕復(fù)位和上電復(fù)位。 手動(dòng)按鈕復(fù)位 手動(dòng)按鈕復(fù)位需要人為在復(fù)位輸入端 RST 加上高電平。一般的方法是將一個(gè)按鈕開(kāi)關(guān)并聯(lián)于上電自動(dòng)復(fù)位電路，按一下開(kāi)關(guān)就 RST 端出現(xiàn)一段時(shí)間的高電平，即使器件復(fù)位。如圖所示 : 19 圖 35 上電和開(kāi)關(guān)復(fù)位 上電復(fù)位 上電復(fù)位是常用的一種復(fù)位方式， AT89C51 單片機(jī)有一個(gè)復(fù)位引腳 RST，它是施密特觸發(fā)輸入，當(dāng)振蕩器起振后，該引腳上出現(xiàn) 2 個(gè)機(jī)器周期（即 24 個(gè)時(shí)鐘周期）以上的高電平。使元器件復(fù)位，只要 RST保持高電平， AT89C51保持復(fù)位狀態(tài)。此時(shí) ALE、 /PSEN、P0、 P P P3 口都輸出高電平。 RST 變?yōu)榈碗娖胶?，退出?fù)位，則 CPU 從初始狀態(tài)開(kāi)始工作。復(fù)位以后內(nèi)部寄存器的初始狀態(tài)為（ SP=07， P0、 P P P3 為 0FFH 外，其它寄存器都為 0）。 對(duì)于 NMOS 型單片機(jī)，在 RST 復(fù)位端接一個(gè)電容至 VccHE 一個(gè)電阻至 Vss，就能實(shí)現(xiàn)上電自動(dòng)復(fù)位，對(duì)于 CMOS 單片機(jī)只要接一個(gè)電容至 Vcc 即可。如圖，在加電瞬間，電容通過(guò)電阻充電，就在 RST 端出現(xiàn)一定時(shí)間的高電平，只要高電平時(shí)間足夠長(zhǎng)，就可以使 AT89C51 有效地復(fù)位。 RST 端在加電時(shí)應(yīng)保持的高電平時(shí)間包括 Vcc 的上升時(shí)間和振蕩器起振時(shí)間， Vcc 上升時(shí)間若為 10ms，振蕩器起振時(shí)間和頻率有關(guān)。 10MHz時(shí)間約為 1ms， 1MHz 時(shí)約為 10ms，所以一般為了可靠地復(fù)位， RST 在上電時(shí)應(yīng)保持 20ms以上的高電平。圖 中， RC 時(shí)間常數(shù)越大，上電時(shí) RST 端保持高電平的時(shí)間越長(zhǎng)。振蕩頻率為 12MHZ 時(shí)，典型值為 C=10uF,R=。 若復(fù)位電路失效，加電后 CPU 從一個(gè)隨機(jī)的狀態(tài)開(kāi)始工作，系統(tǒng)就不能正常運(yùn)轉(zhuǎn)。上電復(fù)位電路如下圖所示： 20 圖 36 上電復(fù)位電路 在這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)中我選擇運(yùn)用上電復(fù)位電路 .即只要一接 +5V 電壓 ,系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)的復(fù)位 .出于可靠性和適時(shí)性的考慮，我選擇了簡(jiǎn)單實(shí)用的上電復(fù)位電路上電后，由于電容充電，使 RST持續(xù)一段高電平時(shí)間。從而實(shí)現(xiàn)上電復(fù)位操作。我選擇的 C=10uF， R=1kΩ。 LM324 LM324 簡(jiǎn)介 LM324 系列器件帶有差動(dòng)輸入的四運(yùn)算放大器。與單電源應(yīng)用場(chǎng)合的標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)算放大器相比，它們有一些顯著優(yōu)點(diǎn)。該放大器可 以工作在低到 伏或者高于 32 伏的電源下，靜態(tài)電流為 MC1741 的靜態(tài)電流的五分之一。 LM324 是采用 14 腳雙列直插塑料封裝，外形如圖所示。它的內(nèi)部包含四組形式完全相同的運(yùn)算放大器。除電源共用之外，四組運(yùn)放是相互獨(dú)立的。每一組運(yùn)算放大器可用圖一所示的符號(hào)來(lái)表示，它有 5 個(gè)引出腳，其中“ +”、“ ”為兩個(gè)信號(hào)的輸入端，“ V+”、“ V”為正、負(fù)電源端，“ Vo”（ +）為輸出端，兩個(gè)信號(hào)輸入端中，“ Vi”（ ）為反相輸入端，表示運(yùn)放輸出端 Vo 的信號(hào)與該輸入端的位相反；“ Vi+”（ +）為同相輸入端，表示運(yùn)放輸出 端 Vo 的信號(hào)與該輸入端的相位相同。 LM324 的引腳排列見(jiàn)圖： 21 圖 37 LM324 引腳排列 圖 38 LM324 外形圖 LM324 的特點(diǎn) LM324 的特點(diǎn)可歸納如下：（ 1）短跑保護(hù)輸出。（ 2）真差動(dòng)輸入級(jí)。 (3)可單電源工作： 3V32V。 (4)低偏置電流：最大 100nA（ LM324A）。 (5)每封裝含四個(gè)運(yùn)算放大器。(6)具有內(nèi)部補(bǔ)償?shù)墓δ堋?(7)共模范圍擴(kuò)展到負(fù)電源。 (8)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的引腳排列。 (9)輸入端具有靜電保護(hù)功能。由于 LM324 芯片四運(yùn)放電路具有電源電壓范圍寬，靜態(tài)功耗小，可單電源使用，價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，因此被廣泛應(yīng)用于各種電路中。 74HC573 簡(jiǎn)介 74HC573 是八進(jìn)制三態(tài)非反轉(zhuǎn)透明鎖存器，它是高性能硅門(mén) CMOS 器件。SL74HC573 跟 LS/AL573 的管腳一樣的器件。器件的輸入是和標(biāo)準(zhǔn) CMOS 輸出兼容的，加上拉電阻他們能和 LS/ALSTTL 輸出兼容。 圖 39 74HC573 引腳圖 表 33 74HC573 引腳功能表 22 引腳號(hào) 符號(hào) 名稱(chēng)及功能 1 /OE 3 態(tài)輸出使能輸入（低電平） 2,3,4,5,6,7,8,9 D0toD7 數(shù)據(jù)輸入 12,13,14,15,16,17,18,19 Q0toQ7 3 態(tài)鎖存輸出 11 LE 鎖存使能輸入 10 GND 接地（ 0V） 20 VCC 電源電壓 對(duì)于原理說(shuō)明： 74HC573 的八個(gè)鎖存器都是透明 D 型鎖存器，當(dāng)使能（ G）為高時(shí)，則 Q 為輸出將隨數(shù)據(jù)（ D）輸入而變。當(dāng)使能（ G）為低時(shí)，輸出將鎖存在已經(jīng)建立的數(shù)據(jù)電平上。輸出控制不會(huì)影響鎖存器的內(nèi)部工作，即老數(shù)據(jù)還可以保持，而且甚至當(dāng)輸出被關(guān)閉時(shí)，新的數(shù)據(jù)也可以置入。這樣的電路可以驅(qū)動(dòng)大電容或低阻抗負(fù)載，可以直接與系統(tǒng)總線接口并且驅(qū)動(dòng)總線，不需要外接口。特別適用于緩沖寄存器， I/O 通道，雙向總線驅(qū)動(dòng)器和工作寄存器。 鎖存器的使用可以大大的緩解處理器這方面的壓力。當(dāng)處理器把數(shù)據(jù)傳輸?shù)芥i存器并將其 鎖存后，鎖存器的輸出引腳便會(huì)一直保持?jǐn)?shù)據(jù)的狀態(tài)直到下一次鎖存新的數(shù)據(jù)為止。 光敏電阻簡(jiǎn)介 光敏電阻器又稱(chēng)光導(dǎo)管，特性是指在特定的照射下，其阻值迅速減小，可用于檢測(cè)可見(jiàn)光。光敏電阻器是利用半導(dǎo)體的光電效應(yīng)而制成的一種電阻值隨入射光的強(qiáng)弱而改變的電阻器；入射光增強(qiáng)，電阻值減小，入射光減弱，電阻值增大。光敏電阻一般用于光的測(cè)量、光的控制和光電轉(zhuǎn)換等。 光敏電阻器通常是由光敏層、玻璃基層（或樹(shù)脂防潮膜）和電極等組成。光敏電阻器在電路中用字母“ R”或“ RL”、“ RG”表示。 光敏電阻的工作原理是基于內(nèi)光電效應(yīng) 。在半導(dǎo)體光敏材料的兩端裝上電極引線，將它封裝在帶有透明窗的管殼里就構(gòu)成光敏電阻，為了增加靈敏度，兩電極通常做成梳狀。用于制造光敏電阻的材料主要是金屬的硫化物、硒化物和碲化物等半導(dǎo)體。并且 通常采用涂敷、噴涂、燒結(jié)等方法在絕緣襯底上制作很薄的光敏電阻體及梳狀的歐姆電極，然后接出引線，封裝在具有透光鏡的密封殼體內(nèi)，以避免受潮影響其靈敏度。當(dāng)入射光 23 消失后，由光子激發(fā)產(chǎn)生的電子 — 空穴對(duì)將復(fù)合，光敏電阻的阻值也將恢復(fù)原來(lái)的值。在光敏電阻兩端的金屬電極加上電壓，其中便會(huì)有電流通過(guò)，受到一定波長(zhǎng)的光線照射時(shí)，電流就會(huì)隨光 強(qiáng)的增大而增大，從而實(shí)現(xiàn)了光電轉(zhuǎn)換。光敏電阻沒(méi)有極性，純粹是一個(gè)電阻器件。使用時(shí)既可以加直流電壓，也可以加交流電壓。半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力取決于半導(dǎo)體導(dǎo)帶內(nèi)載流子數(shù)目的多少。光敏電阻的原理結(jié)構(gòu)如下圖所示。 圖 310 光敏電阻原理圖 圖 311 光敏電阻結(jié)構(gòu)圖 在黑暗環(huán)境下，它的電阻值很高，當(dāng)它受到光照時(shí)，只要光子能量大于半導(dǎo)體材料的禁帶寬度，則價(jià)帶 中的電子吸收一個(gè)光子的能量后可躍遷到導(dǎo)帶，并在價(jià)帶中產(chǎn)生一個(gè)帶正電荷的空穴，這種由光照所產(chǎn)生的電子 — 空穴對(duì)增加了半導(dǎo)體材料中載流子的數(shù)目，使其電阻率變小，從而造成光敏電阻阻值的下降。光照越強(qiáng)，阻值越低。入射光消失后，由光子激發(fā)產(chǎn)生的電子 — 空穴對(duì)將逐漸復(fù)合，光敏電阻的阻值也就逐漸恢復(fù)到原值。 光敏電阻屬于半導(dǎo)體光敏器件，除了具有靈敏度高，反應(yīng)速度快，光譜特性好以及R 值一致性好等特點(diǎn)外，在高溫、多濕的惡劣環(huán)境下，還能保持高度的穩(wěn)定性和可靠性， 24 并且廣泛應(yīng)用于照相機(jī)，太陽(yáng)能庭院燈，草坪燈，石英鐘，禮品盒，路燈自動(dòng)開(kāi) 關(guān)以及各種光控玩具，光控?zé)麸?，燈具等光自?dòng)開(kāi)關(guān)控制領(lǐng)域。 按鍵電路 在單片機(jī)系統(tǒng)中，通常有且僅有一鍵按下才視為按鍵有效。有效的確認(rèn)方式通?？梢苑譃閮深?lèi)。第一類(lèi)是按下 釋放鍵方式，系統(tǒng)要求從按下倒釋放鍵才算一次有效按鍵。第二類(lèi)是連擊方式，就是一次按鍵可以產(chǎn)生多次擊鍵效果，其連擊頻率可以自己設(shè)定，如 2 次 /秒、 3 次 /秒等等。 對(duì)于本次設(shè)計(jì)，我選擇了按下 釋放方式，電路如下圖所示。電路為低電平有效輸出方式，當(dāng)按鍵按下時(shí)輸出為低電平。 在按下 釋放鍵方式時(shí)，系統(tǒng)先判斷是否有鍵按下，如果不用硬件去抖， 則同時(shí)進(jìn)行軟件去抖，確認(rèn)有鍵按下，然后等待至該按鍵釋放才算依次按鍵，注意釋放鍵判斷同樣要進(jìn)行去抖處理。 1 0 0V c c + 5 VG N DI / O 圖 312 按鍵電路圖 顯示電路 顯示方式選擇 顯示器用于實(shí)現(xiàn)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)輸出和狀態(tài)反饋。單片機(jī)系統(tǒng)中常用的顯示器有發(fā)光二極管、七段數(shù)碼顯示器和液晶顯示器等等。 LED 數(shù)碼顯示器是一種常用的顯示器，具有顯示 亮度高、響應(yīng)速度快等特點(diǎn)。最常用的是七段式 LED 顯示器，也稱(chēng)之為數(shù)碼管。它能夠顯示十進(jìn)制或十六進(jìn)制數(shù)字及某些簡(jiǎn)單字符。但控制簡(jiǎn)單，使用方便。 七段式 LED 顯示器的內(nèi)部是由 7 個(gè)條形發(fā)光的二極管和 1 個(gè)小圓點(diǎn)發(fā)光二極管組成，并且根據(jù)各管的亮暗組合成各種字符。 從各發(fā)光段電極連接方式分為共陰極和共陽(yáng)極兩種方式。所謂的共陰極方式就是指筆畫(huà)顯示器各段發(fā)光管的陰極（即 N 區(qū)）是公共的，而陽(yáng)極卻是互相隔離的。而共陽(yáng)極方式就是指 筆畫(huà)顯示器各段發(fā)光管的陽(yáng)極（即 P 區(qū)）是公共的，而陰極卻是互相隔離的。 25 圖 313 數(shù)碼管及共陰極共陽(yáng)極電路 顯示的方式共有兩種方式，所謂的靜態(tài)顯示方式就是把共陰極或共陽(yáng)極的公共端（位選端）連接在一起接地或接 5V 電源，形成位控端；每一位的段選線（ a— dp）作為段控端。而動(dòng)態(tài)顯示方式是單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中最常用的顯示方式，就是把所有的顯示器的同名段選端選線相互并接在一起，由同一個(gè) 8 位的并行輸出口控制；而各顯示器的位選線則分別由不同輸出口線控制端。這樣各顯示位不能同時(shí)顯示不同的數(shù)字或字符。因此要選擇掃描的方法，即從右到左（或從左到右）依次輪流使每位顯示器顯示數(shù) 字或者字符并保留一段時(shí)間（通常位 1ms），由于 LED 的余輝特性以及人眼視覺(jué)上的惰性，盡管各位顯示器實(shí)際上使分時(shí)斷續(xù)地顯示，但只要適當(dāng)選取掃描頻率，給人眼的視察印象就會(huì)是在連續(xù)地顯