【正文】 作 。 有相當一部分廠家的單片機與 8051 單片機是基于該系列單片機，從而可以方便地替換該系列單片機，如 STC 公司、 PHILIPS 公司等等。如果程序較大，還可以采用 89C5 89C58 等資源更多的單片機。 AT89C51 的簡介 MCS51 系列單片機是由美國的 Intel 公司開發(fā)研制，并于 1980 年推出的產(chǎn)品。因此， MCS51 系列單片機結(jié)構(gòu)先進，功能強大，增加了更多的電路單元和功能模塊，指令數(shù)達 111 條。 AT89C51 是一種帶 4K 字節(jié) FLASH 存儲器（ FPEROM—Flash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能 CMOS8 位微處理器，俗稱單片機。單片機的可擦除只讀存儲器可以反復(fù)擦 除 1000 次。 11 圖 31 單片機外 形圖及引腳圖 AT89C51 特性概述 AT89C51 具有 以下標準功能： 4k 字節(jié) Flash 閃速存儲器 ； 128 字節(jié)內(nèi)部 RAM；32 個 I／ O 口線 ； 兩個 16 位定時／計數(shù)器 ； 一個 5 向量兩級中斷結(jié)構(gòu) ； 一個全雙工串行通信口 ； 片內(nèi)振蕩器及時鐘電路?？臻e方式停止 CPU 的工作，但允許 RAM，定時／計數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。 單片機的中斷系統(tǒng) 8051 具備較完善的中斷功能， 其中 有兩個外中斷、兩個定時 /計數(shù)器中斷和一個串行中斷，可滿足不同的控制要求，并具有 2 級的優(yōu)先級別選擇。 GND： 接 地 。每腳可吸收 8TTL 門電流。當 P0口 作為輸出口用時，在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器或程序存儲器時，這組口線分時轉(zhuǎn)換地址（低8 位）和數(shù)據(jù)總線復(fù)用，在 FLASH 編程時， P0 口 作為原碼輸入口 ，而 當 FLASH 在 程序校驗時，輸出指令字節(jié)，校驗時，要求外接上拉電阻。 P1 口管腳寫入 1 后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入， P1 口被外部下拉為低電平 時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。 P2 口： P2 是一個帶有內(nèi)部上拉電阻的 8 位準雙向 I／ O 口， P2 的輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流） 4 個 TTL 邏輯門電路。在訪問外部程序存儲器或 16 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器（例如執(zhí)行 MOVXDPTR 指令）時， P2 口 輸出地址的高八位。 P2 口在 FLASH 編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。當 P3 口寫入“ 1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。 P3 口除了作為一般的 I／ O 口線外，更重要的用途是它的第二功能，如下表所示： 表 01 P3口第二功能 端口引腳 第二功能 RXD(串行輸入口 ) TXD（串行輸出口） 14 /INT0（外中斷 0） /INT1（外中斷 1） T0（定時 /計數(shù)器 0外部輸入） T1（定時 /計數(shù)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） RESET/復(fù)位信號復(fù)用腳，當 8051 通電 時 ，時鐘電路開始工作，在 RESET 引腳上出現(xiàn) 24 個時鐘周期以上的高電平，系統(tǒng)即初始復(fù)位。RESET 由高電平下降為低電平后，系統(tǒng)即從 0000H 地址開始執(zhí)行程序。 8051 的復(fù)位方式可以是自動復(fù)位，也可以是手動復(fù)位， 如 下圖 所示 。 圖 03 AT89C51的復(fù)位方式 XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。 15 振蕩器 的 特性 : XTAL1 和 XTAL2 分別為反向放大器的輸入 與 輸出。石晶振蕩和 陶瓷振蕩均可采用。有余輸入至內(nèi)部時鐘信號要通過一個二分頻觸發(fā)器，因此對外部時鐘信號的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。而訪問內(nèi)部程序存儲器時， ALE 端將有一個 1/6 時鐘頻率的正脈沖信號，這個信號可以用于識別單片機是否工作， 同時 也可以當作一個時鐘向外輸出。如果單片機是 EPROM，在編程其間，將用于輸入編程脈沖。 EA/程序存儲器的內(nèi)外部選通線， 8051 和 8751 單片機，內(nèi)置有 4kB 的程序存儲器，當 EA 為高電平并且程序地址小于 4kB 時，讀取內(nèi)部程序存儲器指令數(shù)據(jù)，而 當 超過4kB 地址則讀取外部指令數(shù)據(jù)。顯然，對內(nèi)部無程序存儲器的 8031,EA 端必須接地。 存儲器系統(tǒng) 在計算機的組成結(jié)構(gòu)中，有一個很重要的部分，就是存儲器。對于計算機來說，有了存儲器，才有記憶功能，才能保證正常工作。程序存儲器 ROM；為了讓單片機實現(xiàn)某種功能，需要利用匯編語言或者其他語言編寫一些源程序，然后再燒錄到芯片中。 而 數(shù)據(jù)存儲器 RAM：我們編寫的源程序，在運行的過程中，會產(chǎn)生一些臨時的運算結(jié)果，這些結(jié)果需要臨時存放在一個地方，這個地方就是數(shù)據(jù)寄存器。 ② 片外程序存儲器，即當單片機芯片內(nèi)置的存儲空間不夠使用時，我們需要外加的一個存儲器芯片 。 ④ 片外數(shù)據(jù)存儲器，即當單片機芯片內(nèi)置的存儲空間不夠使用時，我們需要外加的一個存儲器芯片。 64K 字節(jié)片外數(shù)據(jù)存儲器空間，地址也是從 0000HFFFFH 用 16 位地址。 表 32 MCS51系列單片機性能一覽表 一、程序存儲器地址空間 8051 程序存儲器用于存放編寫好的程序和表格常數(shù)。尋址能力為 64K 字節(jié)。地址為 0000H0FFFH。地址為 1000HFFFFH。當引腳 EA接高電平時， 8051 程序計數(shù)器 PC 在 0000H0FFFH 范圍內(nèi)，即前 4K 字節(jié)地址執(zhí)行片內(nèi) ROM 中的程序。 程序存儲器的某些單元是留給系統(tǒng)使用的。因為 8051 上電復(fù)位后程序計數(shù)器 PC 的內(nèi)容為 0000H，所以 CPU 總是從 0000H 開始執(zhí)行程序，如果在這三個 單元中有跳轉(zhuǎn)指令，那么，程序就被引導(dǎo)到轉(zhuǎn)移指令所指的 ROM 空間去執(zhí)行。數(shù)據(jù)存儲空間也分為片內(nèi)和片外兩大部分，即片內(nèi) RAM 和片外 RAM。地址從 0000HFFFFH。 (2) 片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器 MCS51 系列單片機的片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器包括通用數(shù)據(jù)存儲器塊和特殊功能寄存器（ SFR）塊。對于 52 子系列，前者有 256B，其編址為 00H— FFH，后者占 128B，其編址為 80H— FFH，后者與前者高 128B 的編址是重疊的，由于訪問所用的指令不同，所以不會引起混亂。 MCS51 系 列單片機有一個數(shù)據(jù)指針寄存器，可用于尋址程序存儲器或數(shù)據(jù)存儲器單元，它有 16 位，尋址范圍可達 64KB。 片內(nèi) RAM 數(shù)據(jù)存儲器最大尋址空間為 256 字節(jié)。 低 128 字節(jié) 00H7FH 是真正的 RAM 區(qū) 。每組又分為8 個寄存器區(qū) R0R7。 MCS51 系列單片機允許的時鐘頻率是因型號而不同的。內(nèi)部振蕩方式， AT89C51 內(nèi)部都有一個反相放大器， XTAL XTAL2 分別為反相放大器輸入和輸出端，外接定時反饋元件以后就組成振蕩器，產(chǎn)生時鐘送至單片機內(nèi)部的各個部件，這樣就構(gòu)成了內(nèi)部振蕩方式。這種方式適合用來使單片機的時鐘與外部信號一致。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。 另一種是： 12MHz 的晶振，其機器周期是 1us, 也就是說在執(zhí)行同一條指令時用6MHz 的晶振所用的時間是 12MHz 晶振的兩倍。 晶振我選擇了 12MHz，相對于 6MHz 的晶振，整個系統(tǒng)的運行速度 就 更快了。內(nèi)部振蕩方式所得的時鐘信號穩(wěn)定性高。 89 系列單片機的復(fù)位信號是從 RST 引腳輸入到芯片內(nèi)的施密特觸發(fā)器中。單片機系統(tǒng)的復(fù)位方式有：手動按鈕復(fù)位和上電復(fù)位。一般的方法是將一個按鈕開關(guān)并聯(lián)于上電自動復(fù)位電路，按一下開關(guān)就 RST 端出現(xiàn)一段時間的高電平，即使器件復(fù)位。使 元 器件復(fù)位，只要 RST 保持高電平， AT89C51 保持復(fù)位狀 態(tài)。 RST 變?yōu)榈碗娖胶?，退出?fù)位， 則 CPU 從初始狀態(tài)開始工作。 對于 NMOS 型單片機，在 RST 復(fù)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(fù)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(yīng)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。 若復(fù)位電路失效，加電后 CPU 從一個隨機的狀態(tài)開始工作，系統(tǒng)就不能正常運轉(zhuǎn)。從而實現(xiàn)上電復(fù)位操作。 LM324 LM324 簡介 LM324 系列器件帶有差動輸入的四運算放大器。該放大器可以工作在低到 伏或者 高于 32 伏的電源下，靜態(tài)電流為 MC1741 的靜態(tài)電流的五分之一。它的內(nèi)部包含四組形式完全相同的運算放大器。每一組運算放大器可用圖一所示的符號來表示，它有 5 個引出腳，其中“ +”、“ ”為兩個信號的輸入端，“ V+”、“ V”為正、負電源端，“ Vo ”（ +）為輸出端，兩個信號輸入端中，“ Vi ”（ ）為反相輸入端，表示運放輸出端 Vo 的信號與該輸入端的位相反；“ Vi+”（ +）為同相輸入端，表示運放輸出端 Vo 的信號與該輸入端的 相位相同。 （ 2）真差動輸入級 。 (4)低偏置電流：最大 100nA（ LM324A）。 (6)具有內(nèi)部補償?shù)墓δ堋?(8)行業(yè)標準的引腳排列 。由于 LM324 芯片四運放電路具有電源電壓范圍寬，靜態(tài)功耗小，可單電源使用，價格低廉等優(yōu)點，因此被廣泛應(yīng)用 于 各種電路中。SL74HC573 跟 LS/AL573 的管腳一樣的器件。 23 圖 39 74HC573 引腳圖 表 33 74HC573 引腳功能表 引腳號 符號 名稱及功能 1 /OE 3態(tài)輸出使能輸入（低電平） 2,3,4,5,6,7,8,9 D0toD7 數(shù)據(jù)輸入 12,13,14,15,16,17,18,19 Q0toQ7 3態(tài)鎖存輸出 11 LE 鎖存使能輸入 10 GND 接地（ 0V） 20 VCC 電源電壓 對于原理 說明： 74HC573 的八個鎖存器都是透明 D 型鎖存器，當使能（ G）為高時，則 Q 為輸出將隨數(shù)據(jù)（ D）輸入而變。輸出控制不會影響鎖存器的內(nèi)部工作，即老數(shù)據(jù)還可以保持，而且甚至當輸出被關(guān)閉時，新的數(shù)據(jù)也可以置入。特別適用于緩沖寄存器， I/O通道，雙向總線驅(qū)動器和工作寄存器。當處理器把數(shù)據(jù)傳輸?shù)芥i存器并將其鎖存后，鎖存器的輸出引腳 便會一直保持數(shù)據(jù)的狀態(tài)直到下一次鎖存新的數(shù)據(jù)為止。光敏電阻器是利用半導(dǎo)體的光電效應(yīng)而制成的一種電阻值隨入射光的強弱而改變的電阻器；入射光增強，電阻值減小，入射光減弱，電阻值增大。 光敏電阻器通常是由光敏層、玻璃基層（或樹脂防潮膜）和電極等組成。 光敏電阻的工作原理是基于內(nèi)光電效應(yīng)。用于制造光敏電阻的材料主要是金屬的硫化物、硒化物和碲化物等半導(dǎo)體。 當入射光消失后，由光子激發(fā)產(chǎn)生的電子 — 空穴對將復(fù)合，光敏電阻的阻值也將恢復(fù)原來的值。光敏電阻沒有極性，純粹是一個電阻器件。半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力取決于半導(dǎo)體導(dǎo)帶內(nèi)載流子數(shù)目的多少。 圖 310 光敏電阻原理圖 25 圖 311 光敏電阻結(jié)構(gòu)圖 在黑暗環(huán)境 下 ，它的電阻值很高，當 它 受到光照時，只要光子能量大于半導(dǎo)體材料的禁帶寬度，則價帶中的電子吸收一個光子的能 量后可躍遷到導(dǎo)帶，并在價帶中產(chǎn)生一個帶正電荷的空穴，這種由光照 所 產(chǎn)生的電子 — 空穴對增加了半導(dǎo)體材料中載流子的數(shù)目，使其電阻率變小，從而造成光敏電阻阻值 的 下降。入射光消失后，由光子激發(fā)產(chǎn)生的電子 — 空穴對將逐漸復(fù)合，光敏電阻的阻值也就逐漸恢復(fù) 到 原值。 按鍵電路 在單片機系統(tǒng)中，通常有且僅有一鍵按下才視為按鍵有效。第一類 是 按下 釋放鍵方式，系統(tǒng)要求從按下倒釋放鍵才算一次有效按鍵。 對于本次設(shè)計 ，我選擇了按下 釋放方式，電路如下圖所示。 在按下 釋放鍵方式時，系統(tǒng)先判斷是否有鍵按下， 如果 不用硬件去抖，則同時進行軟件去抖，確認 有鍵按下，然后等待至該按鍵釋放才算依次按鍵，注意釋放鍵判斷同樣要進行去抖處理。單片機系統(tǒng)中常用的顯示器有發(fā)光二極管、七段數(shù)碼顯示器和液晶顯示器等等。最常用的是七段式 LED 顯示器，也稱之為數(shù)碼管。但控制簡單，使用方便。 從各發(fā)光段電極連接方式分 為 共 陰 極和共 陽 極兩種 方式。而共陽極方式就是指 筆畫顯示器各段發(fā)光管的陽極（即 P 區(qū)）是公共的，而陰極 卻是 互相隔離的。而動態(tài)顯示方式是 單片機應(yīng)用系統(tǒng)中最常用的顯示方式 ，就是