【正文】 87第一章 緒論 引言近年來隨著計(jì)算機(jī)在社會(huì)領(lǐng)域的滲透和大規(guī)模集成電路的發(fā)展，單片機(jī)的應(yīng)用正在不斷地走向深入，由于它具有功能強(qiáng)，體積小，功耗低，價(jià)格便宜，工作可靠，使用方便等特點(diǎn)，因此越來越廣泛地應(yīng)用各個(gè)領(lǐng)域. 本文的電子鐘系統(tǒng)是以單片機(jī)（AT89C51）為核心，時(shí)鐘芯片 DS130數(shù)碼管顯示驅(qū)動(dòng)芯片 MAX7219 等元器件組成。該方法既能準(zhǔn)確驗(yàn)證所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)是否滿足技術(shù)要求,又能提高系統(tǒng)設(shè)計(jì)的效率和質(zhì)量,降低開發(fā)成本,具有推廣價(jià)值。單片機(jī)功能越來越強(qiáng)大，價(jià)格卻不斷下降的優(yōu)勢(shì)無(wú)疑成為嵌入式系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)的首選，同時(shí)單片機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)大也使得更多人加入到基于單片機(jī)系統(tǒng)的開發(fā)行列中，推動(dòng)著單片機(jī)技術(shù)的創(chuàng)新進(jìn)步。來自英國(guó) Labcenter Electronics 公司的 Proteus 軟件很好地詮釋了利用現(xiàn)代 EDA 工具方便快捷開發(fā)單片機(jī)系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)。單片機(jī)系統(tǒng)作為一種典型的嵌入式系統(tǒng)，其系統(tǒng)設(shè)計(jì)包括硬件電路設(shè)計(jì)和軟件編程設(shè)計(jì)兩個(gè)方面, 其調(diào)試過程一般分為軟件調(diào)試、硬件測(cè)試、系統(tǒng)調(diào)試 3 個(gè)過程。8 Proteus 軟件簡(jiǎn)介PROTEUS 軟件由 Labcenter 公司開發(fā)，是目前世界上最先進(jìn)、最完整的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真平臺(tái)，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)字電路、模擬電路及微控制器系統(tǒng)與外設(shè)的混合電路系統(tǒng)的電路仿真、軟件仿真、系統(tǒng)協(xié)同仿真和 PCB 設(shè)計(jì)等功能，是目前唯一能夠?qū)Ω鞣N處理器進(jìn)行實(shí)時(shí)仿真、調(diào)試與測(cè)試的 EDA 工具。該軟件支持眾多不同公司的芯片，集編輯、編譯和程序仿真等于一體，同時(shí)還支持PLM、匯編和 C 語(yǔ)言的程序設(shè)計(jì)。 其革命性的功能是：將電路仿真和微處理器仿真進(jìn)行協(xié)同，直接在基于原理圖的虛擬原型上進(jìn)行處理器編程調(diào)試，并進(jìn)行功能驗(yàn)證，通過動(dòng)態(tài)器件如電機(jī)、LED、LCD、開關(guān)等，實(shí)時(shí)看到運(yùn)行后的輸入、輸出的效果，配合系統(tǒng)配置的虛擬儀器如示波器、邏輯分析儀等， Proteus 為我們建立了完備的電子設(shè)計(jì)開發(fā)環(huán)境。 單 片 機(jī) 由 芯片內(nèi) 僅 有 CPU 的 專 用 處理器發(fā) 展 而 來 。 INTEL 的 Z80 是 最 早 按照 這 種 思 想 設(shè) 計(jì) 出 的 處 理 器 ， 從 此 以 后 ， 單 片 機(jī) 和 專 用 處 理 器 的 發(fā) 展 便 分 道揚(yáng) 鑣 。日本松下公司的 MN1400 系列，美國(guó)洛克威爾公司的 PPS/1 系列等。 8 位單片機(jī) 1972 年，美國(guó) Intel 公司首先推出 8 位微處理器 8008，并于 1976 年 9 月率先推出 MCS48 系列單片機(jī)。例如，莫斯特克和仙童公司合作生產(chǎn)的 3870 系列，摩托羅拉公司生產(chǎn)的 6801 系列等。例如，1978 年摩托羅拉公司的 MC6801 系列及齊洛格公司的 Z8 系列，1979 年 NEC 公司的UPD78XX 系列。8 位單片機(jī)由于功能強(qiáng)，被廣泛用于自動(dòng)化裝置、智能儀器儀表、智能接口、過程控制、通信、家用電器等各個(gè)領(lǐng)域。這一階段的代表產(chǎn)品有 1983 年 Intel 公司推出的 MCS96 系列，1987 年 Intel 推出了 80C96，美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司推出的 HPC16040，NEC 公司推出的 783XX 系列等。10 32 位單片機(jī) 隨著高新技術(shù)只智能機(jī)器人，光盤驅(qū)動(dòng)器，激光打印機(jī)，圖像與數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)處理，復(fù)雜實(shí)時(shí)控制，網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器等領(lǐng)域的應(yīng)用與發(fā)展，20 世紀(jì) 80 年代末推出了 32 位單片機(jī)，如 Motorlora 公司的 MC683XX 系列，Intel 的 80960 系列，以及近年來流行的 ARM 系列單片機(jī)。 64 位單片機(jī) 近年來，64 位單片機(jī)在引擎控制，智能機(jī)器人，磁盤控制，語(yǔ)音圖像通信，算法密集的實(shí)時(shí)控制場(chǎng)合已有應(yīng)用，如英國(guó) Inmos 公司的 Transputer T800 是高性能的 64 位單片機(jī)。ROM 稱為程序存儲(chǔ)器，只存放程序，固定常數(shù)，及數(shù)據(jù)表格。 2 . 采用面向控制的指令系統(tǒng)。 3 . 單片機(jī)的 I/O 口通常時(shí)多功能的。 4 . 單片機(jī)的外部擴(kuò)展能力很強(qiáng)。11 AT89C51 單片機(jī)介紹AT89C51 是 一 種 帶 4K 字 節(jié) 閃 爍 可 編 程 可 擦 除 只 讀 存 儲(chǔ) 器 （ FPEROM—Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory） 的 低 電 壓 ， 高 性能 CMOS8 位 微 處 理 器 ， 俗 稱 單 片 機(jī) 。 單 片 機(jī) 的 可 擦 除 只 讀 存 儲(chǔ) 器 可 以 反 復(fù) 擦 除100 次 。 由 于 將 多 功 能 8 位 CPU 和 閃 爍 存 儲(chǔ) 器組 合 在 單 個(gè) 芯 片 中 ， ATMEL 的 AT89C51 是 一 種 高 效 微 控 制 器 ， AT89C2051是 它 的 一 種 精 簡(jiǎn) 版 本 。AT89C51 單片機(jī) 主要特性與 MCS51 兼 容 4K 字 節(jié) 可 編 程 閃 爍 存 儲(chǔ) 器 壽 命 ： 1000 寫 /擦 循 環(huán) 數(shù)據(jù) 保 留 時(shí) 間 ： 10 年 全 靜 態(tài) 工 作 ： 0Hz24Hz 三 級(jí) 程 序 存 儲(chǔ) 器 鎖 定 128*812位 內(nèi) 部 RAM 32 可 編 程 I/O 線 兩 個(gè) 16 位 定 時(shí) 器 /計(jì) 數(shù) 器 5 個(gè) 中 斷 源 可 編程 串 行 通 道 低 功 耗 的 閑 置 和 掉 電 模 式 片 內(nèi) 振 蕩 器 和 時(shí) 鐘 電 路 管腳說明VCC： 供 電 電 壓 。　 　 P0 口 ： P0 口 為 一 個(gè) 8 位 漏 級(jí) 開 路 雙 向 I/O 口 ， 每 腳 可 吸 收 8TTL門 電 流 。 P0 能 夠 用 于外 部 程 序 數(shù) 據(jù) 存 儲(chǔ) 器 ， 它 可 以 被 定 義 為 數(shù) 據(jù) /地 址 的 第 八 位 ?！?　 P1 口 ： P1 口 是 一 個(gè) 內(nèi) 部 提 供 上 拉 電 阻 的 8 位 雙 向 I/O 口 ， P1 口緩 沖 器 能 接 收 輸 出 4TTL 門 電 流 。 在 FLASH 編 程 和 校 驗(yàn) 時(shí) ， P1 口 作 為 第 八 位 地 址 接 收 。 并 因 此 作 為 輸 入 時(shí) ， P2 口 的 管 腳 被 外 部 拉 低 ， 將輸 出 電 流 。 P2 口 當(dāng) 用 于 外 部 程 序 存 儲(chǔ) 器 或 16位 地 址 外 部 數(shù) 據(jù) 存 儲(chǔ) 器 進(jìn) 行 存 取 時(shí) ， P2 口 輸 出 地 址 的 高 八 位 。 P2 口 在 FLASH 編 程 和 校 驗(yàn) 時(shí) 接 收 高 八位 地 址 信 號(hào) 和 控 制 信 號(hào) 。 當(dāng) P3 口 寫 入 “1”后 ， 它 們 被 內(nèi) 部 上 拉 為 高 電 平 ， 并 用作 輸 入 。P3 口 也 可 作 為 AT89C51 的 一 些 特 殊 功 能 口 ， 如 下 表 所 示 ：13 RXD 串 行 輸 入 口 TXD 串 行 輸 出 口 /INT0 外 部 中 斷 0 /INT1 外 部 中 斷 1 T0 記 時(shí) 器 0 外 部 輸 入 /WR 外 部 數(shù) 據(jù) 存 儲(chǔ) 器 寫 選 通 /RD 外 部 數(shù) 據(jù) 存 儲(chǔ) 器 讀 選 通　 　 RST： 復(fù) 位 輸 入 ?！?　 ALE/PROG： 當(dāng) 訪 問 外 部 存 儲(chǔ) 器 時(shí) ， 地 址 鎖 存 允 許 的 輸 出 電 平 用 于 鎖存 地 址 的 地 位 字 節(jié) 。 在 平 時(shí) ，ALE 端 以 不 變 的 頻 率 周 期 輸 出 正 脈 沖 信 號(hào) ， 此 頻 率 為 振 蕩 器 頻 率 的 1/6。 然 而 要 注 意 的 是 ： 每 當(dāng) 用 作外 部 數(shù) 據(jù) 存 儲(chǔ) 器 時(shí) ， 將 跳 過 一 個(gè) ALE 脈 沖 。 此 時(shí) ， ALE 只 有 在 執(zhí) 行 MOVX， MOVC 指 令 是 ALE 才 起作 用 。 如 果 微 處 理 器 在 外 部 執(zhí) 行 狀 態(tài) ALE 禁 止 ，置 位 無(wú) 效 。 在 由 外 部 程 序 存 儲(chǔ) 器 取 指 期間 ， 每 個(gè) 機(jī) 器 周 期 兩 次 /PSEN 有 效 。　 　 /EA/VPP： 當(dāng) /EA 保 持 低 電 平 時(shí) ， 則 在 此 期 間 外 部 程 序 存 儲(chǔ) 器（ 0000HFFFFH） ， 不 管 是 否 有 內(nèi) 部 程 序 存 儲(chǔ) 器 。 在FLASH 編 程 期 間 ， 此 引 腳 也 用 于 施 加 12V 編 程 電 源 （ VPP） ?！?　 XTAL2： 來 自 反 向 振 蕩 器 的 輸 出 。 該 反 向 放 大 器 可以 配 置 為 片 內(nèi) 振 蕩 器 。 如 采 用 外 部 時(shí) 鐘 源 驅(qū)動(dòng) 器 件 ， XTAL2 應(yīng) 不 接 。第三章 硬件電路設(shè)計(jì) 電子鐘系統(tǒng)硬件組成電 子 鐘 系 統(tǒng) 硬 件 主 要 由 AT89C51 單 片 機(jī) 、 時(shí) 鐘 芯 片 DS130 數(shù) 碼 管 顯示 驅(qū) 動(dòng) 芯 片 MAX7219 等 元 器 件 組 成 。MAX7219 是 MAXIM 公 司 生 產(chǎn) 的 串 行 輸 入 /輸 出 共 陰 極 數(shù) 碼 管 顯 示 驅(qū) 動(dòng) 芯片 。 單片機(jī)的基本結(jié)構(gòu)MCS52 單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu) 8052 單片機(jī)包含中央處理器、程序存儲(chǔ)器(ROM)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(RAM)、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、并行接口、串行接口和中斷系統(tǒng)等幾大單元及數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線等三大總線，現(xiàn)在我們分別加以說明：中央處理器： 中央處理器(CPU)是整個(gè)單片機(jī)的核心部件，是 8 位數(shù)據(jù)寬度的處理器，能處理 8 位二進(jìn)制數(shù)據(jù)或代碼，CPU 負(fù)責(zé)控制、指揮和調(diào)度整個(gè)單元系統(tǒng)協(xié)調(diào)的工作，完成運(yùn)算和控制輸入輸出功能等操作。圖 31 單片機(jī) 8052 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)程序存儲(chǔ)器(ROM)：8052 共有 4096 個(gè) 8 位掩膜 ROM，用于存放用戶程序，原始數(shù)據(jù)或表格。并行輸入輸出(I/O)口：8052 共有 4 組 8 位 I/O 口(P0、 PP2 或 P3)，用于對(duì)外部數(shù)據(jù)的傳輸。中斷系統(tǒng)：8052 具備較完善的中斷功能，有兩個(gè)外中斷、兩個(gè)定時(shí)/計(jì)數(shù)器中斷和一個(gè)串行中斷，可滿足不同的控制要求，并具有 2 級(jí)的優(yōu)先級(jí)別選擇。單片機(jī)的結(jié)構(gòu)有兩種類型，一種是程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器分開的形式，即哈佛(Harvard)結(jié)構(gòu)，另一種是采用通用計(jì)算機(jī)廣泛使用的程序存儲(chǔ)器與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器合二為一的結(jié)構(gòu)，即普林斯頓(Princeton)結(jié)構(gòu)。下圖是 MCS52 系列單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。現(xiàn)在我們對(duì)這些引腳的功能加以說明：MCS51 的引腳說明：MCS52 系列單片機(jī)中的 8038051 及 8751 均采用 40Pin 封裝的雙列直接DIP 結(jié)構(gòu)，右圖是它們的引腳配置，40 個(gè)引腳中，正電源和地線兩根，外置石18英振蕩器的時(shí)鐘線兩根，4 組 8 位共 32 個(gè) I/O 口，中斷口線與 P3 口線復(fù)用。初始化后，程序計(jì)數(shù)器 PC 指向 0000H，P0P3 輸出口全部為高電平，堆棧指針寫入 07H，其它專用寄存器被清“0”。然而，初始復(fù)位不改變 RAM（包括工作寄存器 R0R7）的狀態(tài)，8052 的初始態(tài)。此外，RESET/Vpd還是一復(fù)用腳，V cc掉電其間，此腳可接上備用電源，以保證單片機(jī)內(nèi)部 RAM 的數(shù)據(jù)不丟失。