【正文】 單片機(jī)的發(fā)展史 4 位單片機(jī) 1975 年，美國(guó)德 克薩斯儀器公司首次推出 4 位單片機(jī) TMS1000；此后，各個(gè)計(jì)算機(jī)公司競(jìng)相推出四位單片機(jī)。四位單片機(jī)的主要應(yīng)用領(lǐng)域有： PC 機(jī)的輸入裝置，電池充電器，運(yùn)動(dòng)器材，帶液晶顯示的音 /視頻產(chǎn)品控制器，一般家用電器的控制及遙控器，電子玩具，鐘表，計(jì)算器，多功能電話等。在這以后， 8 位單片機(jī)紛紛面市。隨著集成電路工藝水平的提高，一些高性能的 8 位單片機(jī)相繼問(wèn)世。這類(lèi)單片機(jī)的尋址能力達(dá) 64KB，片內(nèi) ROM 容量達(dá) 48KB，片內(nèi)除帶有并行 I\O電子時(shí)鐘的設(shè)計(jì) 口外，還有串行 I\O 口，甚至還有 A\D 轉(zhuǎn)化器功能。 16 位單片機(jī) 1983年以后，集成電路的集成度可達(dá)幾十萬(wàn)只管 /片，各系列 16 位單片機(jī)紛紛面市。16位單片機(jī)主要用于工業(yè)控制，智能儀器儀表，便攜式設(shè)備等場(chǎng)合。 32 位單片機(jī)是單片機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)，隨著技術(shù)的發(fā)展及開(kāi)發(fā)成本和產(chǎn)品價(jià)格的下降，將會(huì)與 8位單片機(jī)并駕齊驅(qū)。 單片機(jī)的 特點(diǎn) ○ 1 單片機(jī)的存儲(chǔ)器 ROM 和 RAM 時(shí)嚴(yán)格區(qū)分的。 RAM 則為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，用作工作區(qū)及存放用戶數(shù)據(jù)。為滿足控制需要，單片機(jī)有更強(qiáng)的邏輯控制能電子時(shí)鐘的設(shè)計(jì) 力，特別是單片機(jī)具有很強(qiáng)的位處理能力。由于單片機(jī)芯片上引腳數(shù)目有限，為了解決實(shí)際引腳數(shù)和需要的信號(hào)線的矛盾，采用了引腳功能復(fù)用的方法，引腳處于何種功能，可由指令來(lái)設(shè)置或由機(jī)器狀態(tài)來(lái)區(qū)分。在內(nèi)部的各種功能部件不能滿足應(yīng)用的需求時(shí)，均可在外部進(jìn)行擴(kuò)展，與許多通用的微機(jī)接口芯片兼容，給應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)帶來(lái)了很大的方便。根據(jù)需要，可利用兩種方案實(shí)現(xiàn)。該芯片內(nèi)部采用石英晶體振蕩器，其芯片精度不大于 10ms/年，且具有完備的時(shí)鐘鬧鐘功能，因此，可直接對(duì)其以用于顯示或設(shè)置，使得軟件編程相對(duì)簡(jiǎn)單。當(dāng)電網(wǎng)電壓不足或突然掉電時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)轉(zhuǎn)換到內(nèi)部鋰電池供電系統(tǒng)。 方案二：本方案完全用軟件實(shí)現(xiàn)數(shù)字時(shí)鐘。利用定時(shí)器與軟件結(jié)合實(shí)現(xiàn) 1 秒定時(shí)中斷，每產(chǎn)生一次中斷，存儲(chǔ)器內(nèi)相應(yīng)的秒值加 1；若秒值達(dá)到 60，則將其清零，并將相應(yīng)的分字節(jié)值加 1；若分值達(dá)到 60，則清零分字節(jié)，并將時(shí)字節(jié)值加 1；若時(shí)值達(dá)到 24，則將十字節(jié)清零。但由于每次執(zhí)行程序時(shí)，定時(shí)器都要重新賦初值，所以該時(shí)鐘精度不高。 基于硬件電路的考慮，本設(shè)計(jì)采用方案二完成數(shù)字時(shí)鐘的功能。所謂靜態(tài)顯示，就是當(dāng)顯示器顯示某一字符時(shí)，相應(yīng)的發(fā)光二極管恒定的導(dǎo)通或截止。靜態(tài)顯示時(shí)較小的電流能獲得較高的亮度，且字符不閃爍。 方案二：動(dòng)態(tài)顯示。利用人的視覺(jué)暫留功能可以看到整個(gè)顯示，但必須保 證掃描速度足夠快，字符才不閃爍。調(diào)整參數(shù)可以實(shí)現(xiàn)較高穩(wěn)定度的顯示。 從節(jié)省 I/O 口和降低能耗出發(fā)，本設(shè)計(jì)采用方案二。該方案節(jié)省硬件成本，且能使讀者在定時(shí) /計(jì)數(shù)器的使用、中斷及程序設(shè)計(jì)方面得到鍛煉與提高，對(duì)單片機(jī) 的指令系統(tǒng)能有更深入的了解，從而對(duì)學(xué)好單片機(jī)技術(shù)這門(mén)課程起到一定的作用。 AT89S51 是一種低功耗，高性能的 CMOS 8 位微型計(jì)算機(jī)。簡(jiǎn)易電子鐘的功能不復(fù)雜，采用其現(xiàn)有的 I/O便可完成，所以本設(shè)計(jì)中采用此的設(shè)計(jì)方案。結(jié)合本設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)來(lái)說(shuō)，要求顯示的時(shí)間為時(shí)，分，秒，并且都用兩位數(shù)碼管來(lái)實(shí)現(xiàn)顯示。本程序設(shè)計(jì)中，在主程序之外，可 以設(shè)置時(shí)間值處理子程序，時(shí)間值顯示前的處理子程序，按鍵情況掃描子程序， 1S定時(shí)中斷子程序以及 5ms延時(shí)消除按鍵抖動(dòng)子程序等多個(gè)小型的子程序。用 28H， 2AH,2BH和 2CH地址單元分別作為顯示電子時(shí)鐘的設(shè)計(jì) 位數(shù)的掃描指針值寄存器，時(shí)寄存器，分寄存器和秒寄存器，再用 20H 地址單元作為顯示寄存器 圖 51 系統(tǒng)框圖 模塊設(shè)計(jì) 芯片分析 AT89S51 芯片 選用的 AT89S51 與同系列的 AT89C51 在功能上有明顯的提高，最突出是的可 以實(shí)現(xiàn)在線的編程。其 主要功能列舉如下 ： 8 位單片機(jī) 晶片內(nèi)部具有時(shí)鐘振蕩器（傳統(tǒng)最高工作頻率可至 33MHz） 內(nèi)部程式存儲(chǔ)器（ ROM）為 4KB 內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（ RAM）為 128B 外部程序存儲(chǔ)器可擴(kuò)充至 64KB 外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器可擴(kuò)充至 64KB 32 條雙向輸入輸出線，且每條均可以單獨(dú)做 I/O 的控制 5 個(gè)中斷向量源 2 組獨(dú)立的 16 位定時(shí)器 1 個(gè)全雙工串行通信端口 1 8751 及 8752 單芯片具 有數(shù)據(jù)保密的功能 1單芯片提供位邏輯運(yùn)算指令 AT89S51各引腳功能介紹： VCC： ATAT89S51 電源正端輸入，接 +5V。 XTAL1：?jiǎn)涡酒到y(tǒng)時(shí)鐘的反向放大器輸入端。 RESET： AT89S51 的重置引腳，高電平動(dòng)作，當(dāng)要對(duì)晶片重置時(shí)，只要對(duì)此引腳 電平提升至高電平并保持兩個(gè)機(jī)器周期以上的時(shí)間， AT89S51便能完成系統(tǒng)重置的各項(xiàng)動(dòng)作，使得內(nèi)部特殊功能寄存器之內(nèi)容均被設(shè)成已知狀態(tài)，并且至地址 0000H處開(kāi)始讀入程序代碼而執(zhí)行程序。因此在 8031及 8032 中， EA引腳必須接低電平，因?yàn)槠鋬?nèi)部無(wú)程序存儲(chǔ)器空間。此外，在將程序代碼燒錄至 8751內(nèi)部 EPROM時(shí)，可以利用此引腳來(lái)輸入 21V 的燒錄高壓（ Vpp）。 ATAT89S51可以利用這支引腳來(lái)觸發(fā)外部的 8位鎖存器（如 74LS373），將端口 0的地址總線（ A0～ A7）鎖進(jìn)鎖存器中，因?yàn)?ATAT89S51 是以多工的方式送出地址及數(shù)據(jù)。此外在燒錄 8751程序 代碼時(shí)，此引腳會(huì)被當(dāng)成程序規(guī)劃的特殊功能來(lái)使用。 ATAT89S51可以利用 PSEN及 RD引腳分別啟用存在外部的 RAM與 EPROM，使得數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器與程序存儲(chǔ)器可以合并在一起而共用 64K的定址范圍。其他三個(gè) I/O端口電子時(shí)鐘的設(shè)計(jì) （ P P P3）則不具有此電路組態(tài)，而是內(nèi)部有一提升電路， P0在當(dāng)作 I/O用時(shí)可以推動(dòng) 8個(gè) LS的 TTL負(fù)載。設(shè)計(jì)者必須外加一個(gè)鎖存器將端口 0送出的地址鎖住成為 A0～ A7，再配合端口 2所送出的 A8～ A15合成一組完整的 16位地址總線，而定位地址到 64K的外部存儲(chǔ)器空間。 P2除了當(dāng)作一般 I/O端口使用外，若是在 ATAT89S51 擴(kuò)充外接程序存儲(chǔ)器或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，也提供地址總線的高字節(jié) A8～ A15，這個(gè)時(shí)候 P2便不能當(dāng)作 I/O來(lái)使用了。如果是使用 8052或是 8032 的話， 2的外部脈沖輸入腳，而 T2EX功能，可以做外部中斷輸入的觸發(fā)引腳。 其引腳分配如下： ： RXD，串行通信輸入。 ： INT0，外部中斷 0輸入。 ： T0，計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)器 0輸入。 ： WR：外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的寫(xiě)入信號(hào)。 74LS47 芯片說(shuō)明 電子時(shí)鐘的設(shè)計(jì) 74LS47是 BCD7 段數(shù)碼管譯碼器 /驅(qū)動(dòng)器， 74LS47的功能用于將 BCD碼轉(zhuǎn)化成數(shù)碼塊中的數(shù)字 ,通過(guò)它解碼， 可以直接把數(shù)字轉(zhuǎn)換為數(shù)碼管的顯示數(shù)字， 從而簡(jiǎn)化了程序 。它將編碼時(shí)賦予代碼的含義 “ 翻譯 ” 過(guò)來(lái)。譯 碼器輸出與輸入代碼有唯一的對(duì)應(yīng)關(guān)系。 輸 入 輸 出 顯示數(shù)字符號(hào) LT RBI A3 A2 A1 A0 BI RBO a b c d e f g 1 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 0 1 X 0 0 0 1 1 1 0 0 1 1 1 1 1 1 X 0 0 1 0 1 0 0 1 0 0 1 0 2 1 X 0 0 1 1 1 0 0 0 0 1 1 0 3 1 X 0 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 4 1 X 0 1 0 1 1 0 1 0 0 1 0 0 5 電子時(shí)鐘的設(shè)計(jì) 1 X 0 1 1 0 1 1 1 0 0 0 0 0 6 1 X 0 1 1 1 1 0 0 0 1 1 1 1 7 1 X 1 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 8 1 X 1 0 0 1 1 0 0 0 1 1 0 0 9 X X X X X X 0 1 1 1 1 1 1 1 熄滅 1 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 熄滅 0 X X X X X 1 0 0 0 0 0 0 0 8 74LS138 芯片說(shuō)明 74HC138:74LS138 為 3 線－ 8 線譯碼器，共有 54/74S138 和 54/74LS138 兩種線路結(jié)構(gòu)型式，其74LS138 工作原理如下： 當(dāng)一個(gè)選通端（ G1）為高電平，另兩個(gè)選通端（ /(G2A)和/(G2B)）為 低電平時(shí)，可將地址端（ A、 B、 C）的二進(jìn)制編碼在一個(gè)對(duì)應(yīng)的輸出端以低 電平譯出。 若將選通端中的一個(gè)作為數(shù)據(jù)輸入端時(shí)， 74LS138 還可作數(shù)據(jù)分配器 74LS138 與 74HC 的引腳圖 電子時(shí)鐘的設(shè)計(jì) 用與非門(mén) 組成的 3線 8 線譯碼器 74LS138 無(wú)論從邏輯圖還是功能表我們都可以看到 74LS138的八個(gè)輸出引腳，任何時(shí)刻要么全為高電平 1— 芯片處于不工作狀態(tài)，要么只有一個(gè)為低電平 0，其余 7個(gè)輸出引腳全為高電平 1。 71LS138有三個(gè)附加的控制端、和。否則，譯碼器被禁止，所有的輸出端被封鎖在高電平，如表 所示。 3 線 8 線譯碼器 74LS138 的功能表 帶控制輸入端的譯碼器又是一個(gè)完整的數(shù)據(jù)分配器。這就不難理解為什么把叫做地址輸入了。 晶振電路 右圖所示為時(shí)鐘電路原理圖，在 AT89S51 芯片內(nèi)部有一個(gè)高增益反相放大器，其輸入端為芯片引腳 XTAL1，輸出 端為引腳 XTAL2。時(shí)鐘電路產(chǎn)生的振蕩脈沖經(jīng)過(guò)觸發(fā)器進(jìn)行二分頻之后，才成為單片機(jī)的時(shí)鐘脈沖信號(hào)。例如，若時(shí)鐘頻率為 12 MHz，每機(jī)器周期為 1μ s，則只需 2μ s 以上時(shí)間的高電平，在 RST 引腳出現(xiàn)高電平后的第二個(gè)機(jī)器周期執(zhí)行復(fù)位。電路為上電 復(fù)位電路，它是利用電容充電來(lái)實(shí)現(xiàn)的。只要保證 RESET 為高電平的時(shí)間大于兩個(gè)機(jī)器周期，便能正常復(fù)位。 電子時(shí)鐘的設(shè)計(jì) 數(shù)碼管的引腳圖 共陰數(shù)碼管 圖 4 單片機(jī)復(fù)位電路 數(shù)碼顯示模塊設(shè)計(jì) 數(shù)碼管是一種把多個(gè) LED 顯示段集成在一起的顯示設(shè)備。共陽(yáng)型就是把多個(gè) LED 顯示段的 陽(yáng)極接在一起，又稱為公共端。陽(yáng)極即為二極管的正極，又稱為正極，陰極即為二極管的負(fù)極，又稱為負(fù)極。而多位數(shù)碼管，除某一位的公共端會(huì)連接在一起，不同位的數(shù)碼管的相同端也會(huì)連接在一起。數(shù)碼管顯示方法可分為靜態(tài)顯示和動(dòng)態(tài)顯示兩種。動(dòng)態(tài)顯示的原理是，各個(gè)數(shù)碼管的相同段連接在一起，共同占用 8 位段引管線；每位數(shù)碼管的陽(yáng)極連在一起組成公共端。 系統(tǒng)采用動(dòng)態(tài)顯示方式，用 P0口來(lái)控制 LED數(shù)碼管的段控線，而用 P2口來(lái)控制其位控線。 按鍵模塊 時(shí)間計(jì)數(shù)電路由秒個(gè)位和秒十位計(jì)數(shù)器、分個(gè)位和分十位計(jì)數(shù)器、時(shí)個(gè)位和時(shí)十位計(jì)數(shù)器及星期計(jì)數(shù)器電路構(gòu)成，其中秒個(gè)位和秒十位計(jì)數(shù)器、分個(gè)位和分十位計(jì)數(shù)器為 60進(jìn)制計(jì)數(shù)器，時(shí)個(gè)位和時(shí)十位計(jì)數(shù)器為 24進(jìn)制計(jì)數(shù)器 。 電子時(shí)鐘的設(shè)計(jì) 整個(gè)電路原理圖 6 控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 基本的程序流程應(yīng)該是：在主程序中檢測(cè)各個(gè)時(shí)間按鈕是否有動(dòng)作若有，就儲(chǔ)存并修 改相關(guān)的的時(shí)間寄存器的值，若沒(méi)有，就繼續(xù)檢測(cè)。 源程序代碼 電子時(shí)鐘的設(shè)計(jì) ORG 00H；主程序起始地址 JMP START；主程序 START ORG 0BH；定時(shí)器 T0 中斷起始地址 JMP TIM0；定時(shí)器 T0 中斷子 程序 TIM0 START: MOV SP； 70H；設(shè)置堆棧指針 MOV 28H,00；設(shè)置顯示位數(shù)掃描指針初值為 0 MOV 2AH,12H；設(shè)置時(shí)鐘顯示寄存器初值為 12H MOV 2BH,00；設(shè)置分鐘顯示寄存器初值為 00H MOV 2CH,00；設(shè)置秒鐘顯示寄存器初值為 00H MOV TMOD,01H；設(shè)置定時(shí)器 T0 工作在方式 1 MOV TH0,0F0H；定時(shí) 4ms 的初值，即 0F060H MOV TL0,60H；初值的低位