【正文】 完成單片機(jī)片內(nèi)電路的初始化，使單片機(jī)從一種確定的狀態(tài)開始工作。將單片機(jī)的復(fù)位引腳 RST 保持兩個(gè)機(jī)器周期的高電平能使單片機(jī)復(fù)位，即復(fù)位時(shí)間必須大于等于 1/3us 時(shí)，單片機(jī)才能夠順利復(fù)位，否則單片機(jī)不能自動(dòng)復(fù)位，由 此將影響單片機(jī)的正常工作（單片機(jī)內(nèi)部沒有復(fù)位功能）影響 復(fù)位后片內(nèi)各寄存器的狀態(tài)見表 。 表 復(fù)位后單片機(jī)寄存器狀態(tài) 特殊功能寄存器 初始狀態(tài) 特殊功能寄存器 初始狀態(tài) PC 0000H TMOD 00H A 00H TCON 00H B 00H TH0 00H PSW 00H TL0 00H SP 00H TH1 00H 15 DPTR 07H TL1 00H P0~P3 0000H SBUF 不定 IP xxx00000B SCON 00H IE 0xx00000B PCON 0xxxxxxxB 此 外，在復(fù)位有效期間（即高電平）， MCS51 的 ALE 引腳為高電平，且內(nèi)部 RAM 不受復(fù)位的影響。 復(fù)位操作通常有兩種基本形式：上電復(fù)位和按鈕復(fù)位。單片機(jī)要復(fù)位，本質(zhì)上是在其 RESET 腳上保持一定時(shí)間的高電平，單片機(jī)檢測(cè)到這個(gè)電平保持時(shí)間（兩個(gè)時(shí)鐘周期以上的高電平）大于它要求的時(shí)間就會(huì)自動(dòng)復(fù)位。最簡單的上電復(fù)位電路是用一個(gè)電容與一個(gè)電阻串聯(lián)組成，電容接 VCC，電阻接地， RESET 腳接在它們中間，當(dāng)上電時(shí)，電容相當(dāng)于短路，此時(shí)電阻上的電壓等于 VCC，經(jīng)過一段時(shí)間后電阻電壓逐漸變小直至為 0，只要 RC 時(shí)間選擇合適，就可以用來上電復(fù)位。但是這個(gè)電路要想起到重新復(fù)位的作用，只能先下電，再上電才行。如果在電容兩端并聯(lián)一個(gè)按鍵，就成了按鍵復(fù)位電路，只要按下這個(gè)按鍵，單片機(jī)就能復(fù)位而無需下電。所以本設(shè)計(jì)采用按鈕復(fù)位。 按鈕復(fù)位電路如圖 所示。 圖 按鈕復(fù)位電路 由于單片機(jī)檢測(cè)大于兩個(gè)時(shí)鐘周期即 31 us 才能正常復(fù)位，本設(shè)計(jì)選用 10 千歐電阻、 1uF 電容， 通過估算，時(shí)間為電阻和電容的乘積。得出電路中的設(shè)計(jì)時(shí)間為 ，遠(yuǎn)大于兩個(gè)時(shí)鐘周期，故，電容、電阻值選擇 正確。 時(shí)鐘電路 AT89C51 內(nèi)部有一個(gè)用于構(gòu)成振蕩器的反相放大器，引腳 XTAL1 和 XTAL2 分別是該放大器的輸入端和輸出端。這個(gè)振蕩電路和單片機(jī)內(nèi)部的時(shí)鐘電路一起構(gòu)成了單片機(jī)的時(shí)鐘電路。根據(jù)硬件電路的不同，連接方式可以分為內(nèi)部時(shí)鐘方式 16 和外部時(shí)鐘方式。 內(nèi)部時(shí)鐘方式是在引腳 XTAL1和 XTAL2上跨接一個(gè)石英晶體和電容構(gòu)成一個(gè)自激振蕩器。晶體可以在 ～ 12MHz 之間選擇，典型值為 6MHz 和 12MHz。電容 C1 和 C2 可以在 5～ 60pF 之間選擇，這兩個(gè)電容的大小對(duì)振蕩頻率有微小的影響，可起頻率微 調(diào)的作用。 MCS51單片機(jī)也可采用外部時(shí)鐘方式， XLAT2 引腳接外部振蕩器，由它產(chǎn)生的外部時(shí)鐘脈沖信號(hào)直接送至內(nèi)部時(shí)鐘電路， XTAL1 端接地。在這種方式下一般要求外部時(shí)鐘信號(hào)為頻率低于 12MHz 的方波信號(hào)。 采用串口時(shí)常使 。內(nèi)部振蕩方式所得到的時(shí)鐘信號(hào)比較穩(wěn)定，應(yīng)用較多。內(nèi)部振蕩方式如圖 所示。圖中 C C2 起穩(wěn)定振蕩頻率、快速起振的作用。 圖 內(nèi)部振蕩電路 電容 C C2 的大小均為 50pf，由于在 560pf 之間可起到對(duì)頻率微調(diào)的作用，故，選擇了 50pf。 晶振常選用 6MHz、 12MHz 或 24MHz，由于本設(shè)計(jì)采用串口通信方式，串口通信方式常采用 。所以本設(shè)計(jì)采用了 12MHz，方便計(jì)算，偏差不大。 LCD顯示電路 LM016L液晶模塊采用 HD44780控制器。 HD44780具有簡單而功能較強(qiáng)的指令集，可以實(shí)現(xiàn)字符移動(dòng)、閃爍等功能。 LM016L與單片機(jī) MCU（ Microcontroller Unit）通訊可采用 8位或者 4位并行傳輸兩種方式。 HD44780控制器由兩個(gè) 8位寄存器、指令寄存器（ IR）和數(shù)據(jù)寄存器（ DR）、忙標(biāo)志（ BF）、 顯示數(shù)據(jù) RAM（ DDRAM）、字符發(fā)生器 ROM（ CGROM）、字符發(fā)生器 RAM（ CGRAM）、地址計(jì)數(shù)器（ AC）。 IR用于寄存指令碼，只能寫入不能讀出； DR用于寄存數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)由內(nèi)部操作自動(dòng)寫入 DDRAM和 CGRAM，或者暫存從 DDRAM和 CGRAM讀出的數(shù)據(jù)。 BF為 1 17 時(shí)，液晶模塊處于內(nèi)部處理模式，不響應(yīng)外部操作指令和接受數(shù)據(jù)。 DDRAM用來存儲(chǔ)顯示的字符，能存儲(chǔ) 80個(gè)字符碼。 CGROM由 8位字符碼生成 5*7點(diǎn)陣字符 160種和 5*10點(diǎn)陣字符 32種， 8位字符編碼和字符的對(duì)應(yīng)關(guān)系。 CGRAM是為用戶編寫特殊字符留用的，它的容量僅 64字節(jié)?？梢宰远x 8個(gè) 5*7點(diǎn)陣字符或者 4個(gè) 5*10點(diǎn)陣字符。 AC可以存儲(chǔ) DDRAM和 CGRAM的地址，如果地址碼隨指令寫入 IR，則 IR自動(dòng)把地址碼裝入 AC，同時(shí)選擇 DDRAM或者 CGRAM單元。通過對(duì) HD44780寫入控制指令， HD44780產(chǎn)生顯示驅(qū)動(dòng)信號(hào)來驅(qū)動(dòng) LM016L。 HD44780的控制指令主要有：清除顯示（ Clear Display）、地址歸位（ Return Home）、輸入模式設(shè)定（ Entry Mode Set）、顯示開 /關(guān)控制（ Display On/Off Control）、功能設(shè)定（ Function Set）、設(shè)定 CGRAM的地址（ Set CGRAM Address）、設(shè)定 DDRAM的地址（ Set DDRAM Address）、寫 DDRAM/CGRAM（ Write Date to DDRAM/CGRAM）、讀忙標(biāo)志和地址（ Read Busy Flag and Address）以及從 DDRAM和 CGRAM中讀數(shù)據(jù)（ Read Date from DDRAM/CGRAM）。 LCD顯示電路如圖 。 圖 LCD顯示電路 LCD顯示電路接在單片機(jī)的 P0口，同時(shí)外加一排上拉電阻。上拉電阻就是將不確定的信號(hào)通過一個(gè)電阻鉗位在高電平！電阻同時(shí)起限流作用，簡而言之，就是將電源高電平引出的電阻接到輸出。當(dāng)電平用 OC（集電極開路， TTL）或者（漏極開路， CMOS）輸出，那么不用上拉電阻 是 不能工作的。而單片機(jī)的 P0口設(shè)計(jì)是漏極開路。加之，如果輸出電流比較大，輸出的電平就會(huì)降低（電路中已經(jīng)有了一個(gè)上拉電阻，但是電阻太大，壓降太高），此時(shí) 上拉 電阻提供電流分量，把電平“拉高”。而 P P P3口內(nèi)部輸出電路中 有上拉電阻，故不需要接上拉電阻。 LCD VEE引腳處外接一個(gè)滑動(dòng)變阻器和正、負(fù)電極，目的是為了調(diào)整 LCD的對(duì)比 18 度，當(dāng)滑動(dòng)變阻器間輸出給 LCD的電壓偏高時(shí)， LCD會(huì)更亮，反之，更暗，有時(shí)還會(huì)出現(xiàn)“鬼影”。而在 Protues仿真時(shí)，接與不接效果一樣，但在實(shí)際中遵循這一原理。 單片機(jī)驅(qū)動(dòng) LCD液晶顯示，當(dāng)單片機(jī)通過驅(qū)動(dòng)程序，并將數(shù)據(jù)傳輸?shù)?LCD上，LCD液晶顯示器利用液晶的光電效應(yīng)，由外部電壓的控制，再通過液晶分子的折射特性，及對(duì)光線的旋轉(zhuǎn)能力來獲得亮暗情況，達(dá)到顯示的目的。 對(duì)于上拉 電 阻阻值的選擇，從節(jié)約功耗 及芯片拉電流能力考慮應(yīng)當(dāng)足夠大，電阻大，電流??；從確保足夠的 驅(qū)動(dòng) 電流 考慮應(yīng)當(dāng)足夠小，電阻小，電流大；對(duì)于高速電路，過大的上拉電阻可能邊緣變平緩。綜合上述觀點(diǎn)，通常來說，上拉電阻阻值在 1k到 10k之間選取。故本設(shè)計(jì)選取 10k電阻阻值 。 串行口通信 MAX232簡介 MAX232芯片是美信公司專門為電腦的 RS232標(biāo)準(zhǔn)串口設(shè)計(jì)的接口電路 ,使用 +5v 單電源供電 ，可以實(shí)現(xiàn) TTL 電平與 RS232C 電平相互轉(zhuǎn)換的 IC芯片。 內(nèi)部結(jié)構(gòu)基本可分三個(gè)部分： 第一部分是電荷泵電路。由 6 腳和 4只電 容構(gòu)成。功能是產(chǎn)生 +12v 和 12v 兩個(gè)電源，提供給 RS232 串口電平的需要。 第二部分是數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換通道。由 1 1 1 14 腳構(gòu)成兩個(gè)數(shù)據(jù)通道 。 其中 13腳（ R1IN）、 12腳（ R1OUT）、 11腳（ T1IN）、 14腳（ T1OUT）為第一數(shù)據(jù)通道。 8 腳（ R2IN）、 9腳（ R2OUT）、 10腳（ T2IN）、7 腳（ T2OUT）為第二數(shù)據(jù)通道。 TTL/CMOS 數(shù)據(jù)從 T1IN、 T2IN 輸入轉(zhuǎn)換成RS232 數(shù)據(jù)從 T1OUT、 T2OUT 送到電腦 DB9 插頭； DB9 插頭的 RS232 數(shù)據(jù)從 R1IN、 R2IN 輸入轉(zhuǎn)換成 TTL/CMOS 數(shù)據(jù)后從 R1OUT、 R2OUT 輸出。 第三部分是供電。 15 腳 GND、 16腳 VCC（ +5v）。 MAX 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖 所示 19 圖 MAX232 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 引腳結(jié)構(gòu)圖如圖 所示 。 圖 MAX232的引腳結(jié)構(gòu)圖 其中引腳 16（ C1+、 V+、 C1_、 C2+、 C V）用于電源電壓轉(zhuǎn)換，只要在外部接入相應(yīng)電解電容即可；引腳 710和引腳 1114構(gòu)成兩組 TTL 信號(hào)電平與RS232C 信號(hào)電平的轉(zhuǎn)換電路，對(duì)應(yīng)引腳可直接與單片機(jī) 串行口的 TTL 電平引腳和 PC的 RS232C 電平引腳相連。 MAX232 的特點(diǎn)有： 符合所有的 RS232C 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn) ； 只需要單一 +5V 電源供電 ； 片載電荷泵具有升壓、電壓極性反轉(zhuǎn)能力，能夠產(chǎn)生 +10V 和 10V 電壓 V+、V； 功耗低，典型供電電流 5mA； 內(nèi)部集成 2個(gè) RS232C 驅(qū)動(dòng)器 ； 高集成度，片外最低只需 4 個(gè)電容即可工作。 單片機(jī)與 MAX232 的連接 如圖 所示 20 圖 單片機(jī)與 MAX232 的連接圖 為了實(shí)現(xiàn) PC 機(jī)與單片機(jī)之間的串行通信，從 MAX232 芯片中的兩路發(fā)送接收中任選一路作為接口，注意其發(fā)送與接收引腳對(duì)應(yīng)，否則 可能對(duì)器件或計(jì)算機(jī)串口造成永久性損壞。如選他 T1IN 接單片機(jī)的發(fā)送端 TXD，則 PC 機(jī)、的RS— 232 的接收端 RD 一定要對(duì)應(yīng)接 T1OUT 引腳。同時(shí)， R1OUT 接單片機(jī)的接受端 RXD 引腳，則 PC 機(jī)的 RS— 232 的發(fā)送端 TD 一定要對(duì)應(yīng)接 R1IN。 同時(shí)，RS232 接口電平轉(zhuǎn)換芯片 電容均為去耦電容，用在電源和地之間 。 系統(tǒng)中單片機(jī)作為下位機(jī)， PC機(jī)為上位機(jī)，二者通過 RS232串行口接收或上傳數(shù)據(jù)。由于在 Pc機(jī)上的 COM口采用的是 RS232電平，而單片機(jī)串行接口采用的 TTL電平。兩種電平方式如下： RS232信號(hào)的電 平為：邏輯 1(MARK) =3～ 15V,邏輯 0(MARK)=+3～ +15V 電平為 TTL電平 :邏輯 l為大于 ；邏輯 0為小于 ； 所以必須進(jìn)行二者之間的電平轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換的方法可選擇集成電平轉(zhuǎn)換芯片MAX232來進(jìn)行 RS232與 TTL電平轉(zhuǎn)換，也可以使用分立元件組成電平轉(zhuǎn)換電路。MAX232用單 +5V為其工作，配接 4個(gè) 1 pF電解電容即可完成 RS232電平與 TTL電平之聞的轉(zhuǎn)換 。 MAX232的工作電平高于收發(fā)器的工作電壓，需要進(jìn)行電壓抬升。 MAX232所采用的方法是利用電荷泵抬升電壓，因此需要 4個(gè)儲(chǔ)能電容。而 VCC和 GND之間的電容則是為了防止電荷泵的電源變化影響到前端，同時(shí)，用在 VCC和 GND之間有三方面原因。 作為本集成 電路的蓄能電容； 濾除該期間產(chǎn)生的高頻噪聲，切斷其通過供電回路進(jìn)行傳播的通路； 21 防止電源攜帶的噪聲對(duì)電路構(gòu)成干擾。 4個(gè)電容構(gòu)成電荷泵電路，產(chǎn)生 +12v和 12v兩個(gè)電源，提供給 RS232串口電平的需要， 4個(gè)電容 均 選取 。 A/D 轉(zhuǎn)換電路 ADC0808 的介紹 ADC0808 是采樣分辨率為 8 位的、以逐次逼近原理進(jìn)行模 /數(shù)轉(zhuǎn)換的器件。其 內(nèi)部有一個(gè) 8 通道多路開關(guān)，它可 以 根據(jù)地址碼鎖存譯碼后的信號(hào)，只選通 8路模擬輸入信號(hào)中的一個(gè)進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換。 ADC0808 是 ADC0809 的簡化版本，功能基本相同。一般在硬件仿真時(shí)采用 ADC0808 進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換，實(shí)際使用時(shí)采用 ADC0809 進(jìn)行 A/D轉(zhuǎn)換 。 ADC0808 內(nèi) 部節(jié) 構(gòu) 是 CMOS 單片型逐次逼近式 A/D轉(zhuǎn)換器，它有 8 路模擬開關(guān)、地址鎖存與譯碼器、比較器、 8 位開關(guān)樹型 A/D 轉(zhuǎn)換器。 它的 引腳的排列及其功能 ，其引腳圖 如圖 所示。 圖 ADC0808 的引腳圖 IN7~IN0 ：八個(gè)通道 的模擬輸入量。 ALE：地址鎖存信號(hào)。 START：轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)，高電平有效。 D7~D0：數(shù)據(jù)輸出線。三態(tài)輸出， D7 是最高位， D0 是最低位。 OE：輸出允許信號(hào)，高電平有效。 CLK：時(shí)鐘信號(hào)，最高頻率為 640KHZ。 EOC：轉(zhuǎn)換結(jié)束狀態(tài)信號(hào)。上升沿后高電平有效。 Vcc： +5V電源。 22 Vref+：參考電壓。 Verf：參考電壓。 ADDA、 ADDB、 ADDC：模擬通道地址線，用于選 8 路模擬通道中的一路如 表 所示。 表 通道 選擇 通道選