【正文】 碼管里有八個小 LED 發(fā)光二極管，通過控制不同的 LED 的亮滅來顯示出不同的字形。 數(shù)碼管的一般內(nèi)部構(gòu)造 數(shù)碼管是一種把多個 LED 顯示段集成在 一起的顯示設(shè)備。本文采用了數(shù)碼管就可以滿足設(shè)計要求，數(shù)碼管擁有結(jié)構(gòu)原理簡單，顯示方便的特點。當(dāng)按鍵 K3按下的時候， 端口檢測到有高電平， PWM周期就會逐 漸的減小。當(dāng)按鍵 K3 按下的時候， 端口檢測到有高電平，占空比就會逐漸的減小。 主程序中放了一個按鍵的判斷指令，當(dāng)按鍵 K1按下的時候， 端口檢測到有高電平，程序就自動的去執(zhí)行按鍵子程序處理。矩陣鍵盤與獨立鍵盤有很大的區(qū)別，首先在硬件電路上它比獨立鍵盤復(fù)雜的多，而且在程序算法上比它要繁瑣，但它在節(jié)省端口資源上有很大的優(yōu)勢，因此它更適合多按鍵電路。 在單片機應(yīng)用中鍵盤用的最多的形式是獨立鍵盤及矩陣鍵盤。鍵盤上閉合鍵的識別由專用的硬件編碼器實現(xiàn)，并產(chǎn)生鍵編碼號或鍵值的稱為編碼鍵盤，如計算機鍵盤 .而靠軟件編程來識別 的稱為非編碼鍵盤；在單片機組成的各種系統(tǒng)中，用的最多的是非編碼鍵盤。 按鍵選擇電路設(shè)計 鍵盤是人與微機系統(tǒng)打交道的主要設(shè)備。當(dāng) WDI 有一個跳變沿 (上升沿或下降沿 )信 號時，看門狗定時器被清零。該電路具有手動復(fù)位、看門狗、電壓監(jiān)視功能。 由于是通過軟件來寫入控制命令，在有干擾的情況下，有可能無法寫人正確的控制命令，造成單片機內(nèi)看門狗電路“失靈”，起不到看門狗的作用，因此本文采用外部硬件看門狗來確保程序的持續(xù)運行。 中國礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 14 出于對單片機 運行狀態(tài)進行實時監(jiān)測的考慮， 保證系統(tǒng)在干擾后能自動恢復(fù)正常， ，便產(chǎn)生了一種專門用于監(jiān)測單片機程序運行狀態(tài)的芯片，俗稱“看門狗”， 看門狗定時器 (Watchdog Timer)的利用是很有價值的。 單片機復(fù)位的方法很簡單，只要在 RST 引腳上加一個持續(xù)時間為 24 個振蕩周期（即兩個機器周期）的高電平就可以了。 圖 13 單片機時鐘電路 單片機復(fù)位電路設(shè)計 單片機執(zhí)行程序時總是從地址 0000H 開始的，所以在進入系統(tǒng)時必須對CPU 進行復(fù)位，也叫初始化。石英晶體振動后，應(yīng)能在 XTAL2線上輸出一個 3V左右的正弦波，使得 89C51 內(nèi)部的電路按石英晶振相同頻率自激振蕩。 RL 為負(fù)載電阻，考慮到控制板的負(fù)載電流較大時，應(yīng)對 7805 加上散熱片。 7805 典型穩(wěn)壓電路的工作流程為變壓、全橋整流和 7805 穩(wěn)壓輸出直流 5V 輸出。 89 C 51單片機系統(tǒng)時鐘電路復(fù)位電路看門狗電路顯示模塊電源電路按鍵選擇 圖 10系統(tǒng)硬件設(shè)計框圖 電源電路設(shè)計 電子產(chǎn)品中，常見的三端穩(wěn)壓集成電路有正電壓輸出的 7805 系列。 中國礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 11 2 系統(tǒng)硬件設(shè)計 系統(tǒng)硬件設(shè)計主要包括電源電路、時鐘電路、復(fù)位電路，為了防止單片機的工作受到來自外界電磁場的干擾，在單片機系統(tǒng)中加入了看門狗電路，能讓單片機穩(wěn)定的輸出 PWM 波形。 PWM 控制技術(shù)大致可以為為三類，正弦 PWM，優(yōu)化 PWM 及隨機 PWM。 由于 PWM 可以同時實現(xiàn)變頻變壓反抑制諧波的特點。從模擬信號轉(zhuǎn)向 PWM 可以極大地延長通信距離。噪聲只有在強到足以將邏輯 1改變?yōu)檫壿?0 或?qū)⑦壿?0改變?yōu)檫壿?1 時，也才能對數(shù)字信號產(chǎn)生影響。 脈沖寬度調(diào)制 (PWM)的優(yōu)點 PWM 的一個優(yōu)點是從處理器到被控系統(tǒng)信號都是數(shù)字形式的，無需進行數(shù)模轉(zhuǎn)換。 中國礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 10 t 1t 2T8 0 0 u s 2 0 0 u s圖 9 PWM信號占空比 ，如 8位的 PWM，理論的分辨率就是 1： 255(單斜率 )， 16 位的的 PWM 理論就是 1： 65535(單斜率 )。只要帶寬足夠，任何模擬值都可以使用 PWM 進行編碼。電壓或電流源是以一種通 (ON)或斷(OFF)的重復(fù)脈沖序列被加到模擬負(fù)載上去的。通過高分辨率計數(shù)器的使用，方波的占空比被調(diào)制用來 對一個具體模擬信號的電平進行編碼。 脈沖寬度調(diào)制 (PWM)概述 脈沖寬度調(diào)制 (PWM)，是英文 “Pulse Width Modulation” 的縮寫，簡稱脈寬調(diào)制，是利用微處理器的數(shù)字輸出來對模擬電路進行控制的一種非常有效的技術(shù)，廣泛應(yīng)用在從測量、通信到功率控制與變換的許多領(lǐng)域中。在并行擴展外存儲器 (包括并行擴展 I/O口 )時 , P0 口專用于分時傳送低 8位地址信號 和 8位數(shù)據(jù)信號 ,P2 口專用于傳送高 8位地址信號。D讀 鎖 存 器讀 引 腳內(nèi) 部 總 線寫 鎖 存 器V C C內(nèi) 部 上 拉 電 阻第 二 功 能第 二 功 能 圖 7 P3口位結(jié)構(gòu) P3 口第二功能如下 : 表 1 P3口第二功能 P3 口 第二功能 注釋 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 INT1 外部中斷 1 請求輸入端 T0 定時 /計數(shù)器 0 外部信號輸入端 T1 定時 /計數(shù)器 1 外部信號輸入端 WR 外 RAM 寫選通信號輸出端 RD 外 RAM 讀選通信號輸出端 中國礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 9 上述 4 個 I/O 口 ,各有各的用途。 P3 口驅(qū)動能力為 4 個 LSTTL 門。 中國礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 8 P 2 . X鎖 存 器 _C PP 2 . X引 腳1M U XD讀 鎖 存 器讀 引 腳內(nèi) 部 總 線寫 鎖 存 器V C C控 制地 址內(nèi) 部 上 拉 電 阻 圖 6 P2口位結(jié)構(gòu) (4) P3 口 —— 8位準(zhǔn)雙向 I/O 口。 P2 口的位結(jié)構(gòu)如圖 26 所示 ，引腳上拉電阻同 P1 口。在并行擴展外存儲器 (包括并行擴展 I/O口 )時 , P2 口可用于傳送高 8位地址 (屬地址總線 ) 。 P 1 . X鎖 存 器 _C PP 1 . X引 腳D讀 鎖 存 器讀 引 腳內(nèi) 部 總 線寫 鎖 存 器V C C內(nèi) 部 上 拉 電 阻 圖 5 P1位口結(jié)構(gòu) (3) P2 口 —— 8 位準(zhǔn)雙向 I/O 口。位結(jié)構(gòu)如圖 25 所示。 P 0 . X鎖 存 器 _C PP 0 . X引 腳amp。位結(jié)構(gòu)如圖所示。在不并行擴展外存儲器 (包括并行擴展 I/O口 )時 , P0 口可用作雙向 I/O 口。嚴(yán)格來講，80C51 的控制線還應(yīng)該包括 P3口的第二功能。② Vpp功能：片內(nèi)有 EPROM 的芯片，在 EPROM 編程期間，此引腳用于施加編程電源Vpp。當(dāng) EA 保持低電平時，則只訪問外 ROM，不管芯片內(nèi)有否內(nèi) ROM。 80C51 單片機 ROM 尋址范圍為 64KB，其中4KB 在片內(nèi)， 60KB 在片外（ 80C31 芯片無內(nèi) ROM，全部在片外）。 (4) EA/Vpp —— 內(nèi)外 ROM 選擇 /片內(nèi) EPROM 編程電源。①正常工作時， RST（ Reset）端為復(fù)位信號輸入端，只要在該引腳上連續(xù)保持兩個機器周期以上高電平， 80C51芯片即實現(xiàn)復(fù)位操作，復(fù)位后一切從頭開始， CPU 從 0000H 開始執(zhí)行指令。在讀內(nèi) ROM或讀外 RAM 時， PSEN 無效。 80C51讀外 ROM時，沒個機器周期內(nèi) PSEN兩次有效輸出。② PROG 功能：片內(nèi)有 EPROM的芯片，在 EPROM 編程期間，此引腳輸入編程脈沖。當(dāng) ALE 信號有效時， P0 口傳送的是低 8位地址信號； ALE 信號無效時， P0 口傳送的是 8位數(shù)據(jù)信號。 (1)ALE/PROG—— 地址鎖存允許 /片內(nèi) EPROM 編程脈沖。 控制線共 有 4根，其中 3根是復(fù)用線。 XTAL XTAL2—— 晶體振蕩電路反相輸入端和輸出端。 圖 3 AT89C51封裝圖 中國礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 6 (1)Vcc—— 芯片電源，接 +5V。 AT89C51 單片機引腳功能 AT89C51 單片機一般采用雙列直插 DIP 封裝，共 40 個引腳，圖為引腳排列圖。 振蕩電路：它外接石英 晶體和微調(diào)電容即可構(gòu)成 AT89C51 單片機產(chǎn)生時鐘脈沖序列的時鐘電路。 定時器： AT89C51 片內(nèi)有 2個 16 位的定時器，用來實現(xiàn)定時或者計數(shù)功能，并且以其定時或計數(shù)結(jié)果對計算機進行控制。 并行 I/O 口： AT89C51 芯片內(nèi)部有 4 個 8 位的 I/O 口（ P0， P1， P2， P3），以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的并行輸入輸出。 中國礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 5 特殊功能寄存器：是用來對片內(nèi)各部件進行管理、控制、監(jiān)視的控制寄存器和狀態(tài)寄存器，是一個特殊功能的 RAM區(qū)，位于內(nèi)部 RAM 的高 128 個單元，其地址為 80H— FFH。 內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器： AT89C51 芯片中共有 256 個 RAM 單元，能作為存儲器使用的只是前 128 個單元，其地址為 00H— 7FH。 AT89C51 單片機內(nèi)部結(jié)構(gòu) AT89C51 單片機由 CPU 和 8個部件組成，它們都通過片內(nèi)單一總線連接，其基本結(jié)構(gòu)依然是通用 CPU 加上外圍芯片的結(jié)構(gòu)模式，但在功能單元的控制上采用了特殊功能寄存器的集中控制方法。 89C51 是一種帶 4K 字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器的低電壓，高性能 CMOS8位微處理器，器件采用 ATMEL高密度非 易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 MCS51指令集和輸出管腳相兼容。缺點 RAM 空間過小，抗干擾較好。 中國礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 4 （ SONIX）。 公司單片機（ 51單片機）。 單片機。 51LPC 系列單片機（ 51單片機）。 單片機（ 51 單片機）。 單片機。 單片。 常用單片機種類 單片機。某些專用單片機設(shè)計用于實現(xiàn)特定功能，從而在各種電路中進行模塊化應(yīng)用，而不要求使用人員了解其內(nèi)部結(jié)構(gòu)。單片機在醫(yī)用設(shè)備中的用途亦相當(dāng)廣泛，例如醫(yī)用呼吸機，各種分析儀，監(jiān)護儀，超聲診斷設(shè)備及病床呼叫系統(tǒng)等等?，F(xiàn)代的單片機普遍具備 通信接口 ，可以很方便地與計算機進行數(shù)據(jù)通信，為在計算機網(wǎng)絡(luò)和通信設(shè)備間的應(yīng)用提供了極好的物質(zhì)條件，現(xiàn)在的通信設(shè)備基本上都實現(xiàn)了單片機智能控制?？梢赃@樣說，現(xiàn)在的家用電器基本上都采用了單片機控制，從電飯煲、洗衣機、電冰箱、空調(diào)機、彩電、其他 音響 視頻器材、再到 電子秤 量設(shè)備，五花八門，無所不在。例如工廠流水線的智能化管理，電梯智能化控制、各種報警系統(tǒng)，與計算機聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成二級控制系統(tǒng)等。 。 CP U ROMRAM 內(nèi)部總線 I / 0 接口特殊功能部件 單片機圖 1 單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 單片機的應(yīng)用 單片機廣泛應(yīng)用于儀器儀表、家用電器、醫(yī)用設(shè)備、航空航天、專用設(shè)備的智能化管理及過程控制等領(lǐng)域，大致可分如下幾個范疇： 智能儀器 儀表上的應(yīng)用。單片機由 芯片 內(nèi)僅有 CPU 的專用 處理器 發(fā)展而來。 4．應(yīng)用 PROTEUS 軟件進行仿真。 2．硬件電路設(shè)計，包括電源、顯示、按鍵等外圍電路設(shè)計。將當(dāng)下較為熱門的單片機與脈沖寬度調(diào)制（ PWM）相結(jié)合，具有一定的研究意義與應(yīng)用價值。 PWM控制技術(shù) 以其控制簡單，靈活和動態(tài)響應(yīng)好的優(yōu)點而成為 電力電子技術(shù) 最廣泛應(yīng)用的控制方式，也是人們研究的熱點。因此，單片機的學(xué)習(xí)、 開發(fā)與應(yīng)用將造就一批計算機應(yīng)用與智能化控制的科學(xué)家、工程師。 導(dǎo)彈 的導(dǎo)航裝置，飛機上各種儀表的控制，計算機的網(wǎng)絡(luò)通訊與數(shù)據(jù)傳輸，工業(yè)自動化過程的實時控制和數(shù)據(jù)處理，廣泛使用的各種智能IC 卡 ，民用豪華轎車的安全保障系統(tǒng)， 錄像機 、 攝像機 、全自動洗衣機的控制，以及程控玩具、電子寵物等等，這些都離不開單片機。 1 目 錄 摘 要 .................................................... I ABSTRACT ................................................. II 1 緒論 .......................................................... 1 本文的設(shè)計背景和意義 ...................................... 1 設(shè)計要求 .................................................. 1 單片機概述 ................................................ 2 AT89C51 單片機概述 ........................................ 4 AT89C51 單片機內(nèi)部結(jié)構(gòu) .................................