【正文】 準 MCS51 指令系統(tǒng) ，單片機控制的花樣流水燈設計 信息工程學院單片機課程論文 第 4 頁 共 26 頁 片內(nèi)配置通用 8 位 中央處理器 （ CPU）和 Flash 存 儲單元 ，功能強大的 AT89C52單片機可靈活應用于各種控制領域。 其主要工作特性是： （ 1） 片內(nèi)程序存儲器內(nèi)含 8KB的 Flash 程序存儲器，可擦寫壽命為 1000 次； （ 2） 片內(nèi) 數(shù)據(jù)存儲 器內(nèi)含 256字節(jié)的 RAM； （ 3） 具有 32 根可編程 I/O 口線； （ 4） 具有 3個可編程 定時器 ； （ 5） 中斷系統(tǒng)是具有 8個中斷源、 6 個中斷矢量、 2個級 優(yōu)先權 的中斷結構； （ 6） 串行口 是具有一個 全雙工 的可編程 串行通信 口； （ 7） 具有一個數(shù)據(jù)指針 DPTR； （ 8） 低功耗工作模式有空閑模式和掉電模式； （ 9） 具有可編程的 3級程序鎖定位； （ 10） AT89C52 工作電源電壓為 5（ 1+） V，且典型值為 5V； 在 AT89C52 芯片內(nèi)部有一個高增益反相放大器，用于構成振蕩器。若晶體振蕩器頻率高，則系統(tǒng)的時鐘頻率也高，單片機的運行速度也就快 AT89C5252單片機 AT89C52 單片機的硬件結構 AT8952 系列單片機內(nèi)部采用模塊式結構，其結構組成框圖如圖 1所示 。 主要性能參數(shù) ? 8K 字節(jié)可重擦寫 Flash 閃速存儲器 ? 1000 次可擦寫周期 ? 全靜態(tài)操作： 0Hz24MHz ? 三級加密程序存儲器 ? 256 8 字節(jié)內(nèi)部 RAM ? 32 個可編程 I/O 口線 ? 3 個 16 位定時 /計數(shù)器 ? 8 個中斷源 ? 可編程串行 UART 通道 ? 低功耗空閑和掉電模式 單片機控制的花樣流水燈設計 信息工程學院單片機課程論文 第 6 頁 共 26 頁 圖 2 AT89C52 外部引腳圖 AT89C52 管腳說明 VCC：電源 GND：接地 P0 口： P0 口是一個 8 位漏級開路的雙向 I/O 口。對 P0 口端口寫“ 1”時，引腳作高阻抗輸入。在這種模式下， P0具有內(nèi)部上拉電阻。程序效驗時，需要外部上拉電阻。對 P1 口寫“ 1”時，內(nèi)部上拉電阻的原因，將輸出電流 ILL。 表 1 和 的第二功能 引腳號 功能特性 T2（定時 /計數(shù)器 2 外部計數(shù)脈沖輸入），時鐘輸出 T2EX 定時 /計數(shù) 2 捕獲 /重裝載觸發(fā)和方向控制 在 Flash 編程和校驗時， P1 口接收低 8 位地址字節(jié)。對 P2 口寫“ 1”時，通過內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。 在訪問外部好曾許存儲器或用 16 位地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲器時， P2 口送出高 8 位地址。在使用 8 位地址訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時， P2 口輸出 P2 鎖存器的內(nèi)容。 P3 口： P3 口是一個具有內(nèi)部上拉電阻 的 8 位雙向 I/O 口， P3 輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流） 4 個 TTL 邏輯電平。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流 ILL。 表 2 P3 口引腳第二功能 引腳號 第二功能 RXD（串行輸入） TXD（串行輸出） INT0（外部中斷 0） INT1（外部中斷 1） T0（定時器 0 外部輸入） T1（定時器 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） 在 Flash 編程和校驗時， P3 口也接收一些控制信號。晶振工作時， RST 腳持續(xù) 2 個機器周期以高電平將使用單片機復位。在 Flash 編程時，此引腳（ PROG ）也使用作編程輸入脈沖。然而，特別強調(diào)，在每次訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時， ALE脈沖將會跳過。這一位置“ 1”， ALE 僅在執(zhí)行 MOVX 或 MOVC 指令時有效。這個 ALE 使能標志位的設置對微控制器處于外部執(zhí)行模式下無效。當 AT89C52 從外部程序存儲器執(zhí)行外部代碼時， PSEN 在每個機器周期被激活單片機控制的花樣流水燈設計 信息工程學院單片機課程論文 第 8 頁 共 26 頁 兩次，而在訪問外部數(shù)據(jù)儲存器時， PSEN 將不被激活。為使能從 0000H— FFFFH 的外部程序存儲器讀取指令， EA 端必須保持低電平（接地）。 在 flash 編程期間， EA 也接受 12伏 VPP 電壓。 XTA L2：振蕩器反相放大器的輸出端。不同封裝的芯片其引腳的排列位置有所不同，但他們的功能和特性都相同。采用 40 引腳 PDIP封裝的 80C52 單片機的引腳排列及邏輯符號如圖 2 所示。為解決這一矛盾，單片機的某些信號引腳被賦以雙重功能。 （ 2） VSS (20 腳 )：接地端。在該引腳上輸入一定時間（約兩個機器周期）的高電平將使單片機復位。當主電源發(fā)生故障，降低到低電平規(guī)定值時，可將 +5V 備用電源自動接入VPD端，以保護片內(nèi) RAM 中的信息不丟失，使復電后能繼續(xù)正常運行。當 EA 保持高電平時，訪問內(nèi)部程序存儲器，訪問 地址范圍在 0~4KB 內(nèi)；當 PC（程序計數(shù)器）值超過 0FFFH，即訪問地址超出 4KB 時，將自動轉(zhuǎn)向執(zhí)行外部程序存儲器內(nèi)的程序；當 EA 保持低電平時，不管單片機內(nèi)部是否有程序存儲器，則只訪問外部程序存儲器（從 0000H 地址開始）。 對于 EPROM 型單片機，在 EPROM 編程期間，此引腳用于施加 21V的編程電源（ VPP）。它是片內(nèi)振蕩電路反向放大器的輸入端。 （ 2） XTAL2（ 18 腳）：外接石英晶體和微調(diào)電容引腳 2。采用外部振蕩器時此引腳為外部振蕩信號輸入端。在系統(tǒng)擴展時， ALE 用于把 P0 口輸出的低 8 位地址鎖存起來，以實現(xiàn)低 8 位地址和數(shù)據(jù)的隔離。對于 EPROM 型單片機，在 EPROM 編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖 PROG 。在從外部程序存儲器取指令（或常數(shù)）期間，此引腳定時輸出負脈沖作為讀取外部程序存儲器的信號，每個機器周期 PSEN 兩次有效，此時地址總線上送出的地址為外部程序存儲器地址；在此期間，如果訪問外部數(shù)據(jù)存儲器和內(nèi)部程序存儲器，不會產(chǎn)生 PSEN 信號。 （ 2） P1 口的 ~ 引腳（ 1~8腳）： 8位通用輸入 /輸出端口。 單片機控制的花樣流水燈設計 信息工程學院單片機課程論文 第 10 頁 共 26 頁 （ 4） P3 口的 ~ 引腳（ 10~17 腳）： 8 位通用輸入 /輸出端口，具有第二功能。當系統(tǒng)要求擴展時，單片機要與一定數(shù)量的外部器件和外圍設備連接。為了簡化硬件電路的設計和系統(tǒng)結構，常用一組線路，并配以適當?shù)慕涌陔娐穪砼c各個外部 器 件和外圍設備連接，這組共用的連接線路就是總線。 利用片外引腳可以構造 MCS51 系列單片機的三總線結構。用這些引腳構造的單片機系統(tǒng)的三總線結構如 3所示。 2）數(shù)據(jù)總線（ Data Bus， DB）： MCS51 系列單片機總共有 8根數(shù)據(jù)線 D7~D0，全由 P0 口提供。 單片機控制的花樣流水燈設計 信息工程學院單片機課程論文 第 11 頁 共 26 頁 3）控制總線（ Control Bus， CB）：控制總線由 P3口的第 二功能 WR ()、RD()和 3根獨立的控制線 EA 、 ALE、 PSEN 組成。 而 時鐘電路 就 用于產(chǎn)生單片機工作所需要的時鐘信號。 X T A L 1X T A L 2f O S C二分頻三分頻六分頻狀態(tài)時鐘機器周期A L E247。 3247。反相放大器的輸入端為引腳 XTAL1，輸出端為引腳 XTAL2，在芯片的外部通過這兩個引腳跨接晶體振蕩器和微調(diào)電容 C C2 形成反饋電路，可構成穩(wěn)定的自激振蕩器，振蕩頻率范圍通常是 ~12MHz。 振蕩電路產(chǎn)生的振蕩脈沖并不直接使用， 而是經(jīng)分頻后再為系統(tǒng)所用。片內(nèi)時鐘發(fā)生電路實質(zhì)上是一個二分頻的觸發(fā)器，其輸入來自振蕩器，輸出為二相時鐘信號，即狀態(tài)時鐘信號，其頻率為 fosc/2；狀態(tài)時鐘三分頻后為 ALE信號，其頻率為 fosc/6；狀態(tài)時鐘六分頻后為機器周期，其頻率為 fosc/12。10pF ；使用陶瓷振蕩器時，C C2取值 40177。 C C2的取值雖然沒有嚴格的要求，但電容的大小影響振蕩電路的穩(wěn)定性和快速性，通常取值 20~30pF。 也可以由外部時鐘電路向片內(nèi)輸入脈沖信號作為單片機的振蕩脈沖。對外部信號的占空比沒有要求，但高低電平持續(xù)的時間不應小于 20ns。其外部脈沖接入方式如圖 5所示 。 CPU 發(fā)出的控制信號有兩類：一類是用于單片機內(nèi)部的，用戶不能直接接觸此類信號，不必對它作過多了解；另一類是通過控制總線送到片外的，人們通常以時序圖的形式來表示相關信號的波形及出現(xiàn)的先后次序。 89C52 的時序單位共有四個，從小到大依次是拍節(jié)、狀態(tài)、機器周期和指令周期。 P 1 P 2 P 1 P 2 P 1 P 2 P 1 P 2 P 1 P 2 P 1 P 2P 1 P 2P 1 P 2 P 1 P 2P 1 P 2P 1 P 2P 1 P 2S 1 S 2 S 3 S 4 S 5 S 6 S 1 S 2 S 3 S 4 S 5 S 6機 器 周 期 機 器 周 期f O S