【正文】 在一個芯片上，形成了功能強大、使用靈活和具有較高性能性價比的微控制器。特殊功能寄存器共含有 22 個不同寄存器。這些寄存器的名稱和地址見表 22。所以，用戶編程時不應該將數(shù)據(jù)寫入這些未確定的地址單元，它們是公司留待將來開發(fā)新產(chǎn)品時使用的 表 22 AT89S51特殊功能寄存器列表 符 號 地 址 注 釋 *ACC E0H 累加器 *B F0H 乘法寄存器 *PSW D0H 程序狀態(tài)字 SP 81H 堆棧指針 DPL 82H 數(shù)據(jù)存儲器指針低 8位 DPH 83H 數(shù)據(jù)存儲器指針高 8位 *IE A8H 中斷允許控制器 *IP D8H 中斷優(yōu)先控制器 *P0 80H 端口 0 *P1 90H 端口 1 *P2 A0H 端口 2 器件名稱 規(guī)格型號 數(shù)量 微處理器 AT89S51 1 電阻 3WTT10K 8 電容 30PF 3 晶振 12MHZ 1 按鈕 11 反相器 3 7段數(shù)碼管 7SEGMPX4CC 4 揚聲器 1 9 外部定 時元件 復位 中斷 電源 系統(tǒng)時鐘 ROM CPU 定時 /計數(shù)器 串行 I/O口 并行 I/O口 RAM *P3 B0H 端口 3 PCON 87H 電源控制及波特率選擇 *SCON 98H 串行口控制器 SBUF 99H 串行數(shù)據(jù)緩沖器 *TCON 88H 定時器控制 TMOD 89H 定時器方式選擇 TL0 8AH 定時器 0低 8位 TL1 8BH 定時器 1低 8位 TH0 8CH 定時器 0低 8位 TH1 8DH 定時器 1高 8位 注：帶 *號的特殊功能寄存器都是可以位尋址的寄存器 AT89S51 單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu) AT89S51 單片機內(nèi) 部由 CPU、 4KB 的 FPEROM ， 128B 的 RAM，兩個 16位的定時 /計數(shù)器 T0 和 T1， 4 個 8 位的 I/O 端 P0、 P P P3 等組成。 CPU 主要功能是產(chǎn)生各種控制信號，控制存儲器、輸入 /輸出端口的數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)的算術(shù)運算、邏輯運算以及位操作處理等， CPU 按其功能可分為運算器和控制器兩部分。它的功能是對來自存儲器中的指令進行譯碼，通過實時控制電路，在規(guī)定的時刻發(fā)出各種操作所需的內(nèi)部和外部的控 制信號，使各部分協(xié)調(diào)工作，完成指令所規(guī)定的操作。 10 圖 23 AT89S51 單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 為了提高數(shù)據(jù)處理和位操作功能，片內(nèi)增加了一個通用寄存器 B 和一些專用寄存器，還增加了位處理邏輯電路的功能 [3]。 第三章 硬件電路的設計 總電路原理 為使硬件電路設計盡可能合理，應注意以下幾方面： (1) 盡可能采用功能強的芯片，以簡化電路，功能強的芯片可以代替若 干普通芯片，隨著生產(chǎn)工藝的提高，新型芯片的的價格不斷下降，并不一定比若干普通芯片價格的總和高。在設計硬件電路時，要考慮到將來修改擴展的方便。 (3) 程序空間，選用片內(nèi)程序空間足夠大的單片機，本設計采用 AT89C51單片機。如果系統(tǒng)配置了外部 RAM，則建議多留一些空間。隨著軟件設計水平的提高，往往只要改變或增加軟件中的數(shù)據(jù)處理算法，就可以使系統(tǒng)功能提高很多，而系統(tǒng)的硬件不必做任何更換就使系統(tǒng)升級換代。 (5) I/O 端口：在樣機研制出來后進行現(xiàn)場試用時，往往會發(fā)現(xiàn)一些被忽視的問題，而這些問題不是靠單純的軟件措施來解決的。如果在硬件電路設計就預留出一些 I/O 端口，雖然當時空著沒用，那么用的時候就派上用場了。 時鐘頻率電路的設計 時鐘電路是計算機的心臟，它控制著計算機的工作節(jié)奏。 晶振的選擇： 6MHz 的晶振，其機器周期是 2us。為了提高整個系統(tǒng)的性能我選擇了12MHz 的晶振。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鐘信號引入單片機內(nèi)。 在我的這個設計中沒有也無需與外部時鐘信號一致，所以我選擇了內(nèi)部 振蕩方式，由于單片機內(nèi)部有一個高增益反相放大器，當外接晶振后，就構(gòu)成了自激振蕩器并產(chǎn)生振蕩時鐘脈沖。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。 C130pFC230pFY112MX1X2 圖 32 時鐘電路的設計 單片機必須在時鐘的驅(qū)動下才能工作 .在單片機內(nèi)部有一個時鐘振蕩電路 ,只需要外接一個振蕩源就能產(chǎn)生一定的時鐘信號送到單片機內(nèi)部的各個單元 ,決定單片機的工作速度。此電路在加電大約延遲 10ms 后振蕩器起振 ,在 XTAL2 引腳產(chǎn)生幅度為 3V 左右的正弦波時鐘信號 ,其振蕩頻率主要由石英晶振的頻率確定。二是對振蕩器的頻率進行微調(diào)。 單片機在工作時 ,由內(nèi)部振蕩器產(chǎn)生或由外直接輸入的送至內(nèi)部控制邏輯單元的時鐘信號的周期稱為時鐘周期。如時鐘頻率為 12MHz,即 fosc=12MHz,則時鐘周期為 1/12181。 復位電路的設計 13 復位電 路的可靠性設計 計算機在啟動運行是都需要復位，使中央處理器 CPU和系統(tǒng)中的其它部件都處于一個確定的初始狀態(tài)，并從這個狀態(tài)開始工作。只要 RST 保持高電平，則 MCS51循環(huán)復位。本系統(tǒng)采用按鍵復位方式的復位電路。使器件復位，只要 RST 保持高電平， MCS51 保持復位狀態(tài)。 RST 變?yōu)榈碗娖胶螅顺鰪臀唬?CPU 從初始狀態(tài)開始工作。在 RST 復位端接一個電容至 VccHE 一個電阻至 Vss，就能實現(xiàn)上電自動復位，對于 CMOS 單片機只要接一個電容至 Vcc 即可 。 RST 端在加電時應保持的高電平時間包括Vcc 的上升時間和振蕩器起振時間， Vcc 上升時間若為 10ms，振蕩器起振時間和頻率有關(guān)。圖 中， RC 時間常數(shù)越大，上電時RST 端保持高電平的時間越長。如圖所示 圖 34上電和開關(guān)復位 而我們在這次的畢業(yè)設計中運用的人工復位電路 . 其中電平復位是通過 RST 端經(jīng)電阻和電源 Vcc接通而實現(xiàn)的，按鍵手動電 平復位電路如圖。 顯示電路的設計 顯示功能與硬件關(guān)系極大，當硬件固定后，如何在不引起操作者誤解的前提下提供盡可能豐富的信息，全靠軟件來解決。這說明，顯示模塊與操作有關(guān)，即監(jiān)控程序是需要調(diào)用顯示模塊。另一方面，在操作者沒有 進行操作時，顯示內(nèi)容也是變化的，如顯示現(xiàn)場各物理量的變化情況。自動執(zhí)行的各類模塊在安排在各種中斷子程序中，這就是說，各種中斷子程序也要調(diào)用顯示模塊。一種比較妥善的辦法是只讓一處調(diào)用顯示模塊，其他各處均不得直接調(diào)用顯示模塊，但有權(quán)申請顯示。由于一處調(diào)用顯示模塊，故不會發(fā)生沖突。當監(jiān)控程序（鍵盤解釋程序）安排在時鐘中斷子程序中時，處理比較方便，只要在監(jiān)控程序的匯合處調(diào)用顯示模塊就可以了。這樣設計使得各功能模塊都不必考慮顯示問題，只要給出一 個簡單的信息（如顯示格式編碼）甚至不用再提供額外信息，直接利用當前狀態(tài)變量和軟件標志就可以完成所需的顯示要求。這時各功能模塊在提出顯示申請時，還需要將顯示內(nèi)容按需要的格式送入顯示緩沖區(qū)中。例如后臺程序需要調(diào)用顯示，將有關(guān)信息送入到現(xiàn)實緩沖區(qū)進行顯示；中斷返回后，后臺程序繼續(xù)送完后半部分顯示內(nèi)容，但前半部分內(nèi)容已經(jīng)變了，這樣就出現(xiàn)了顯示錯誤。這時就不必擔心其他前臺模塊來打擾了，就可以得到一次完整的顯示機會。其中靜態(tài)顯示的特點是顯示穩(wěn)定不閃爍，程序編寫簡單，但占用端口資源多；動態(tài)顯示的特點是顯示穩(wěn)定性沒靜態(tài)好，程序編寫復雜，但是相對靜態(tài)顯示而言占用端口資源少。 并 通過查表法，將其在數(shù)碼管上顯示出來，其中 P0 口為字型碼輸入端， P2口低 3位為字選段輸入端。 以共陰為例，要想a 段亮，向 a 段送 1 就是，返之送 0，共陽剛好相反。關(guān)于鍵盤硬件電路的設計方法也可以在文獻和書籍中找到，配合各種不同的硬件電路，這些書籍中一般也提供了相應的鍵盤掃描程序。在單片機應用中鍵盤用得最多的形式是獨立鍵盤及矩陣鍵盤 。其次就是消除在按鍵過程中產(chǎn)生 的“毛刺” 現(xiàn)象 。 按鈕輸入的硬件處理 按鈕的觸點在閉合和斷開時均會產(chǎn)生抖動，這是觸點的邏輯電平是不穩(wěn)定的，如不妥善處理，將會引起按鍵命令的錯誤執(zhí)行或重復執(zhí)行。如果監(jiān)控程序中的讀鍵操作安排在主程序（后臺程序）或鍵盤中斷（外部中斷） 17 子程序中，則該延時子程序便可直接插 入讀鍵過程中。 發(fā)聲 我們知道，聲 音的頻譜范圍約在幾十到幾千赫茲 [7]，若能利用程序來控制單片 機某個口線的 “ 高 ” 電平或低電平，則在該口線上就能產(chǎn)生一定頻率的矩形波，接上喇叭就能發(fā)出一定頻率的聲音，若再利用延時程序控制 “ 高 ”“ 低 ” 電平的持續(xù)時間，就能改變輸出頻率，從而改變音調(diào)，使喇叭發(fā)出不同的聲音。從實現(xiàn)系統(tǒng)復位的方法來看，系統(tǒng)復位可分為硬件復位和軟件復位。上電復位，人 工按鈕復位和硬件看門狗復位均為硬件復位。但是，硬件復位還能自動清除中斷激活標志，使中斷系統(tǒng)能夠正常工作，這樣一個事實卻容易為不少編碼人員所忽視。對各專用寄存器的復位操作是容易的，也沒有必要完全模擬，可根據(jù)實際需要去主程序初始化過程中完成。有的編程人員用 020210（ LJMP 0000H）作為軟件陷阱，認為直接轉(zhuǎn)向 0000H 地址就完成了軟件復位，就是這類錯誤的典型代表。由于軟件看門是高級中斷，它將阻止說要中斷響應，由此可見清除中斷激活標志的重要性。前文各處提案到的出錯處理程序 ERR 主要完成這一功能，其他的善后工作交由復位后的系統(tǒng)去完成。 “冷啟動”時，系統(tǒng)的狀態(tài)全部無效，進行徹底的初始化操作；而“熱啟動”時，對系 18 復位 關(guān)中斷，設定堆棧 上電標志 冷啟自檢 全面初始化 熱啟動恢復被破壞的信息部分初始化 建立上電標志 開始運轉(zhuǎn) 統(tǒng)的當前狀態(tài)進行修復和有選擇的初始化。為了使系統(tǒng)能正確決定采用何種啟動方式，常用上電標志來區(qū)分，如圖 36 所示。 軟件任務分析環(huán)節(jié)是為軟件設計做一個總體規(guī)劃。這兩類軟件的設計方法各有特色，執(zhí)行軟件的設計偏重算法效率，與硬件關(guān)系密切，千變?nèi)f化。查表顯示程序 ,利用 P0口做段選碼口輸出 /P2 低三位做位選碼輸出 , MOV A,R3 MOVC A,A+DPTR MOV P2,0feH MOV P0,A ACALL DELAY MOV DPTR,DAT2 MOV A,R5 MOVC A,A+DPTR MOV P2,0fdH MOV P0,A ACALL DELAY MOV A,R4 MOVC A,A+DPTR MOV P2,0fbH MOV P0,A ACALL DELAY RET 20 DAT1:DB