(精品)單片機精品LED發(fā)光二極管、四位一體數(shù)碼管、四個獨立按鍵等顯示和中斷(2013年優(yōu)秀畢業(yè)設計)

摘要摘要 當前，在世界范圍內，一個以微電子技術，計算機和通信技術為先導的， 以信息技術和信息產業(yè)為中心的信息革命方興未艾。單片機技術的應用滲透到 我們生活的各個領域，幾乎很難找到哪個領域沒有單片機的蹤跡。因此，單片 機的學習、開發(fā)與應用是電子信息類專業(yè)學生的基本技能之一，論文所開發(fā)的 單片機實驗系統(tǒng)無疑是學習、使用、開發(fā)單片機的有效工具之一。 本電路包括 LED 發(fā)光二極管、四位一體數(shù)碼管、四個獨立按鍵等顯示和中 斷等部分。可以做流水燈、數(shù)碼管顯示、中斷操作等實驗。電路硬件主要包括 AT89S51 單片機、AT24C02、MAX232、RS232 以及 USB 接口等部分。 本課題是在匯編基礎上的改進與提高，要求有一定的單片機基礎。不僅要 有良好的硬件設計基礎還需要有軟件電路的設計能力。通過軟件的運行來驗證 硬件的合理性。在本設計中，應遵循從簡單到復雜的原則，了解做一個系統(tǒng)的 步驟與過程，以及調試等。 關鍵詞關鍵詞：AT89S51 單片機 實驗系統(tǒng) Abstract A Abstractbstract At present, in the world, a micro-electronic technology, computer and communication technology-led information technology and information industry as the center of the information revolution is rising. Single-chip technology to infiltrate all areas of our lives, which is very difficult to find the area of almost no traces of single- chip microcomputer. Therefore, the single-chip learning, development and application of electronic information professional, one of the basic skills of students, research papers developed by the experimental single-chip system is to learn, use and development of an effective tool for SCM. The circuit including the LED light-emitting diodes, four-in-one digital tube, and so on four separate display and interrupted key parts. Water can do lights, digital display, the experimental interruption of operation. AT89S51 circuit mainly includes single-chip hardware, AT24C02, MAX232, RS232 and USB interfaces and some other. In the compilation of this issue is based on the improvement and increase in demand based on a single chip. Not only a good basis for hardware design also need to have software circuit design capabilities. Run through the software to verify the reasonableness of the hardware. In this design, to be followed from the principle of simple to complex to understand a system of steps and processes, and debugging. Keywords: AT89S51 single chip microcomputer experimental system 目 錄 III 目目 錄錄 摘摘 要要I ABSTRACTII 目目 錄錄 III 第一章設計要求及各部分電路設計第一章設計要求及各部分電路設計.1 1.1 設計要求：1 1.2 電路設計思路：1 1.3 實驗板整體電路設計：1 1.3.1 循環(huán)流水燈電路.1 1.3.2 按鍵中斷電路.2 1.3.3 數(shù)碼管顯示電路.2 1.3.4 蜂鳴器電路.3 1.3.5 編程電路.3 1.4 電源：4 第二章第二章 電路設計過程及元器件的簡介電路設計過程及元器件的簡介.5 2.1 AT89S51 單片機概述.5 2.1.1AT89S51 單片機引腳功能5 2.1.2 主要特性8 2.1.3 單片機的軟件及數(shù)據(jù)如何存放9 2.1.4單片機如何運行程序9 2.1.5CPU 工作過程的介紹 .10 2.1.6 芯片擦除11 2.2 RS-232 的介紹11 2.3USB 的簡單介紹12 2.5 MAX232 的簡單介紹13 第三章第三章 課題的整體設計電路及其基本原理課題的整體設計電路及其基本原理.15 3.1 電路板設計及其制作15 3.2 電路的基本原理：15 3.3 調試過程：.15 3.4 路問題及解決方法16 致致 謝謝.17 參考文獻參考文獻.18 附錄附錄 1:元件清單元件清單.19 附錄附錄 2：實驗源程序：實驗源程序20 設計要求及各部分電路設計 1 第一章第一章 設計要求及各部分電路設計設計要求及各部分電路設計 1.1 設計設計要求：要求： (1)電源供電需要+5V 的直流電，供電系統(tǒng)盡量簡單，穩(wěn)定，便于攜帶。 (2)具有在線下載功能，可以在系統(tǒng)下載編寫好的源程序。 不需要把單片機拿到特定的編程器上去燒寫程序。 下載后能在線運行。 (3)能夠做流水燈，獨立按鍵，中斷，數(shù)碼顯示，計時等簡單的程序試驗。 1.2 電電路路設計設計思路：思路： 課題設計要既能滿足設計要求。 因為是給學生設計的，所以又要盡量的設計簡單，低成本。 1.3 實驗實驗板整體板整體電電路路設計設計： ： 仿真模塊主要分為流水燈電路、按鍵中斷電路、數(shù)碼顯示電路和繼電器與 蜂鳴器電路等。 為運用方便在電路設計制作中把各個模塊已經連接在一起。 為擴展電路的應用，在單片機的 4 個 I/O 口上并聯(lián)一排插槽。 可外接其他的擴展模塊。 1.3.1 循循環(huán)環(huán)流水燈流水燈電電路路 LED 的工作條件是 1.8V 的正向電壓，流過的電流為 410mA。 顯然不能直接用單片機的口驅動，需在電路中串接限流電阻。 由于單片機 I/O 口的低電平驅動能力較強。 用低電平使發(fā)光二極管點亮，高電平熄滅。 用 P1 口的 8 位分別驅動一只 LED（發(fā)光二極管） 。 使小燈依次亮滅，反復循環(huán)。 在流水燈電路中，電壓 VCC 直接接到發(fā)光二極管的正極。 有八個二極管分別串連一個電阻后接道單片機的 P1 口的八個端口。 當端口中的某一個或幾個輸出低電平信號時，相應的二極管就會發(fā)光。 當變化的頻率達到一定的值，發(fā)光二極管就會看起來是在持續(xù)的亮。 LED 電路如下，P1 口接發(fā)光二極管 畢業(yè)設計論文 2 圖 1-1 LED 彩燈電路 1.3.2 按按鍵鍵中斷中斷電電路路 外部中斷的使用可以分為四步：第一步將中斷請求信號加到中斷引腳；第 二步中斷的初始化，需要對有關的 SFR 進行設置。第三步提供外中斷的 入口地 址，用 ORG 偽指令定義，使用轉移指令轉移到中斷服務程序。第四步編寫中斷 服務程序。將鍵盤的實驗與 外部中斷結合起來做，鍵盤程序采用中斷控制掃描 方式，即鍵盤程序放在外部中斷服務程序中實現(xiàn)。 中斷掃描方式利用外部中段源，當有鍵按下時產生中斷請求，在中端服務 程序中處理鍵盤程序。在沒有鍵操作時，CPU 執(zhí)行正常程序，只在有鍵操作時 才處理鍵盤程序，提高了 CPU 的運行效率，克服了程序掃描方式和定時掃描方 式的不足。 在獨立式鍵盤原理圖中，+5V 電源接 10K 電阻后連接到 P2.4 到 P2.7，同 時并聯(lián)到四個開關按鍵，按鍵接地，鍵沒有按下時，P2.4P2.7 4 個口都被拉到 高電平，有鍵按下時，對應的端口被拉低為低電平，這樣鍵的動作被轉換成電 平的變化，通過檢測 4 個輸出口電平的變化就可以確定哪個鍵按下。本電路還 通過二極管與門電路將按鍵轉變成中斷請求信號，加到 P3.2 外部中斷 0，用電 容濾波消抖動。 1.3.3 數(shù)數(shù)碼碼管管顯顯示示電電路路 數(shù)碼管的動態(tài)顯示電路是單片機應用系統(tǒng)的基本電路之一。 LED 數(shù)碼管內部由 8 個發(fā)光二極管組成，是有發(fā)光二極管作為顯示字段的 數(shù)碼型顯示器件。根據(jù)二極管連接形式的不同分為共陽型和共陰型。COM 為數(shù) 碼管的公共端，稱為數(shù)碼管的位，a,b,c,d,e,f,g,dp 稱為數(shù)碼管的段，要在數(shù)碼管 上顯示特定的數(shù)字或字符，就需要對它的段和位加適當?shù)男盘?，控制某些二極 管亮，顯示所要的數(shù)字或字符。一般是通過改變段的信息改變顯示內容，通過 設計要求及各部分電路設計 3 位控制數(shù)碼管的亮滅。用 P0 口作為 4 個數(shù)碼管段控制信號，P0 口每一位串接 360 歐的限流電阻到數(shù)碼管，P0 口作為輸出時要接上拉電阻，P2 口的低 4 位作 為位控制信號，由于驅動能力有限，通過三極管來推動。 1.3.4 蜂蜂鳴鳴器器電電路路 試驗板過程中，繼電器或蜂鳴器主要是作為定時外部輸出，來控制外部電 路或發(fā)出警報。在硬件上采用發(fā)光二極管作為外部輸出信號指示。這樣在功能 上就有所不足。但是也是可以實現(xiàn)程序的功能性硬件仿真?？紤]到是學生用電 路板，為降低成本。 1.3.5 編編程程電電路路 編譯好的程序下載到單片機中是試驗的基礎。在下載方面有許多的方式方 法。 方案一：單片機的不斷發(fā)展，好多的芯片支持在線編程。比如 ATMEL 公 司最近新推出的 AT89SXXXX 系列單片機也提供了一個 ISP 串行接口,讓用戶能 對內部程序存儲器編程。 方案二：編程器可以選擇功能比較多的編程器、仿真器，可支持很多的單 片機芯片。但編程器的相對價格都比較高。而且攜帶不便。 可以選擇此類芯片，用在線編程。在仿真電路設計中就把下載電路也一起 設計進來。 下載電路中有許多的設計方案，有并口下載也有串口下載。并口下載電路 比較多，而且電路的性能比較的好，但是并口電路用到的器件比較多，而且其 價格比較高，考慮到成本及學生的使用情況，在本方案中使用串口下載電路。 只需要用 RS232 把電平轉換一下即可。 程序就是通過以下三個端口寫入到 51 單片機中。下載電路有 RS232、MAX232 及四個 20uf 的電容組成。RS232 與電腦的串口連接，通過 、端子四根數(shù)據(jù)線連接到 MAX232 的 10、12、13 端。通過電容把 5V 和 12V 的電壓進行互轉。再由 MAX232 的 端接到 AT89S51 的 678 三個端口。 其他端子的具體連接方式如下圖電路。 下面是單片機在線編程連接的電路圖，軟件可以網(wǎng)上下載。 畢業(yè)設計論文 4 圖 1-2 在線編程電路 1.4 電電源：源： 方案一：考慮到做實驗必須用到計算機，本課題設計的電源部分直接用計 算機上的 USB 接口上的 5 V 電源。這樣不但攜帶方便，而且成本較低，電源的 穩(wěn)定性也比較好。 方案二 ：課題設計需要 5V 電源?？梢灾苯佑脤嶒炇业姆€(wěn)壓電源，但體積 大，攜帶不方便。學生課外做試驗時不方便。 方案三：可以在市場上買一個，但他們的體積一般的比較大，因而攜帶不 方便。 電路設計過程及元器件的簡介 5 第二章第二章 電路設計過程及元器件的簡介電路設計過程及元器件的簡介 2.1 AT89S51 單單片機概述片機概述 單片微控制器即是單片機,它不是完成某一個邏輯功能的芯片,而是把一個計 算機系統(tǒng)集成到一個芯片上。概括的講：一塊芯片就成了一臺計算機。它的體 積小、質量輕、價格便宜、為學習、應用和開發(fā)提供了便利條件。同時，學習 使用單片機了解計算機原理與結構的最佳選擇。 特點：一、小巧靈活，成本低，易于產品化，有優(yōu)異的性能價格比。二、 集成度高，有很高的可靠性，能在惡劣的環(huán)境下工作。三、控制功能強。四、 低功耗、低電壓，便于生產便攜式產品。 作為一個低功耗，高性能 CMOS 8 位單片機 AT89S51，片內含 4k Bytes ISP(In-systemprogrammable)的可反復擦寫 1000 次的 Flash 只讀程序存儲器，器 件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲技術制造，兼容標準 MCS-51 指令 系統(tǒng)及 80C51 引腳結構，芯片內集成了通用 8 位中央處理器和 ISP Flash 存儲 單元，功能強大的微型計算機的 AT89S51 可為許多嵌入式控制應用系統(tǒng)提供高 性價比的解決方案。 AT89S51 特點：40 個引腳，4k Bytes Flash 片內程序存儲器，128bytes 的隨 機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM） ，32 個外部雙向輸入/輸出（I/O）口，5 個中斷優(yōu)先 級 2 層中斷嵌套中斷，2 個 16 位可編程定時計數(shù)器,2 個全雙工串行通信口，看 門狗（WDT）電路，片內時鐘振蕩器。 2.1.1 AT89S51 單單片機引腳功能片機引腳功能 圖 2-1 AT89S51 結構圖 AT89S51 有 PDIP、PLCC、TQFP 三種封裝方式，其中最常見的就是采用 40Pin 封裝的雙列直接 PDIP 封裝，外形結構右圖。 畢業(yè)設計論文 6 芯片引腳的排列順序為從靠芯片的缺口左邊那列引腳逆時針數(shù)起，共有 40 個引腳，依次為 1、2、3、4。 。 。40，在單片機的 40 個引腳中，電源引腳 2 根， 外接晶體振蕩器根。 (1)、主電源引腳（2 根） VCC(腳 40)：電源輸入，接5V 電源 GND(腳 20)：接地線 (2)外接晶振引腳（2 根） XTAL1(腳 19)：片內振蕩電路的輸入端，反向振蕩放大器的輸入及內部時 鐘工作電路的輸入。 XTAL2(Pin20)：片內振蕩電路的輸出端，來自反向振蕩器的輸出。 (3)控制引腳（4 根） RST/VPP(Pin9)：復位輸入。 當振蕩器復位器件時，要保持 RST 腳兩個機器周期的高電平時間。 PSEN（Pin29）：外部程序存儲器的選通信號。 在由外部程序存儲器取指期間，每個機器周期兩次/PSEN 有效。但在訪問外 部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的/PSEN 信號將不出現(xiàn)。 ALE/PROG(Pin30)：地址鎖存允許信號 訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。 在 FLASH 編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時，ALE 端以不變的頻率 周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的 1/6。因此它可用作對外部輸出的 脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過 一個 ALE 脈沖。如想禁止 ALE 的輸出可在 SFR8EH 地址上置 0。此時， ALE 只有在執(zhí)行 MOVX，MOVC 指令是 ALE 才起作用。另外，該引腳被略微拉高。 如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài) ALE 禁止，置位無效。 EA/VPP(Pin31)： /EA 保持低電平時，在此期間為外部程序存儲器（0000H-FFFFH） ，不管是 否有內部程序存儲器。注意加密方式 1 時，/EA 將內部鎖定為 RESET；當/EA 端保持高電平時，此間為內部程序存儲器。在 FLASH 編程期間，引腳也用于施 加 12V 編程電源（VPP） 。 (4)可編程輸入/輸出引腳（32 根） AT89S51 單片機有 4 組 8 位的可編程 I/O 口，分別位 P0、P1、P2、P3 口， 每個口有 8 位（8 根引腳） ，共 32 根。每一根引腳都可以編程，比如用來控制電 電路設計過程及元器件的簡介 7 機、交通燈、霓虹燈等，開發(fā)產品時就是利用這些可編程引腳來實現(xiàn)我們想要 的功能。 P0 口：8 位雙向 I/O 口線，名稱為 P0.0P0.7 一個 8 位漏級開路雙向 I/O 口的 P0 口，每腳可吸收 8TTL 門電流。當 P1 口 的管腳第一次寫 1 時，被定義為高阻輸入。P0 能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器， 它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的低八位。在 FIASH 編程時，P0 口作為原碼輸入口， 當 FIASH 進行校驗時，P0 輸出原碼，此時 P0 外部必須被拉高。 P1 口：8 位準雙向 I/O 口線，名稱為 P1.0P1.7 P1 口為 8 位準雙向口，每一位均可單獨定義為輸入或輸出口，當作為輸入 口時，1 寫入鎖存器，Q(非)=0，T2 截止，內上拉電阻將電位拉至“1“，此時該口 輸出為 1，當 0 寫入鎖存器，Q(非)=1,T2 導通，輸出則為 0。 作為輸入口時，鎖存器置 1，Q(非)=0，T2 截止，此時該位既可以把外部電 路拉成低電平，也可由內部上拉電阻拉成高電平，正因為這個原因，所以 P1 口 常稱為準雙向口。需要說明的是，作為輸入口使用時，有兩種情況，其一是： 首先是讀鎖存器的內容，進行處理后再寫到鎖存器中，這種操作即讀修改 寫操作，象 JBC(邏輯判斷)、CPL(取反)、INC(遞增)、DEC(遞減)、ANL(與邏輯) 和 ORL(邏輯或)指令均屬于這類操作。其二是：讀 P1 口線狀態(tài)時，打開三態(tài)門 G2,將外部狀態(tài)讀入 CPU。 P2 口：8 位準雙向 I/O 口線，名稱為 P2.0P2.7 P2 口為一個內部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口，P2 口緩沖器可接收，輸出 4 個 TTL 門電流，當 P2 口被寫“1”時，其管腳被內部上拉電阻拉高，且作為輸 入。并因此作為輸入時，P2 口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內部 上拉的緣故。P2 口當用于外部程序存儲器或 16 位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取 時，P2 口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內部上拉優(yōu)勢，當對 外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時，P2 口輸出其特殊功能寄存器的內容。P2 口在 FLASH 編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。 P3 口的電路如圖所示， P3 口為準雙向口，為適應引腳的第二功能的需要， 增加了第二功能控制邏輯，在真正的應用電路中，第二功能顯得更為重要。由 于第二功能信號有輸入輸出兩種情況，我們分別加以說明。 P3 口：8 位準雙向 I/O 口線，名稱為 P3.0P3.7 口的輸入輸出及 P3 口鎖存 器、中斷、定時/計數(shù)器、串行口和特殊功能寄存器有關，P3 口的第一功能和 P1 口一樣可作為輸入輸出端口，同樣具有字節(jié)操作和位操作兩種方式，在位操作 模式下，每一位均可定義為輸入或輸出。 我們著重討論 P3 口的第二功能，P3 口的第二功能各管腳定義如下： P3.0 串行輸入口(RXD) P3.1 串行輸出口(TXD) 畢業(yè)設計論文 8 P3.2 外中斷 0(INT0) P3.3 外中斷 1(INT1) P3.4 定時/計數(shù)器 0 的外部輸入口(T0) P3.5 定時/計數(shù)器 1 的外部輸入口(T1) P3.6 外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通(WR) P3.7 外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通(RD) 第二功能為輸出引腳，當作 I/O 口使用時，第二功能信號線應保持高電平， 與非門開通，以維持從鎖存器到輸出口數(shù)據(jù)輸出通路暢通無阻。而當作第二功 能口線使用時，該位的鎖存器置高電平，使與非門對第二功能信號的輸出是暢 通的，從而實現(xiàn)第二功能信號的輸出。對于第二功能為輸入的信號引腳，在口 線上的輸入通路增設了一個緩沖器，輸入的第二功能信號即從這個緩沖器的輸 出端取得。而作為 I/O 口線輸入端時，取自三態(tài)緩沖器的輸出端。這樣，不管是 作為輸入口使用還是第二功能信號輸入，輸出電路中的鎖存器輸出和第二功能 輸出信號線均應置“1” 。 2.1.2 主要特性主要特性 主要功能特性： 兼容 MCS-51 指令系統(tǒng) 4k 可反復擦寫(1000 次）ISP Flash ROM 32 個雙向 I/O 口 4.5-5.5V 工作電壓 2 個 16 位可編程定時/計數(shù)器 時鐘頻率 0-33MHz 全雙工 UART 串行中斷口線 128x8bit 內部 RAM 2 個外部中斷源 低功耗空閑和省電模式 中斷喚醒省電模式 3 級加密位 看門狗（WDT）電路 軟件設置空閑和省電功能 靈活的 ISP 字節(jié)和分頁編程 雙數(shù)據(jù)寄存器指針 壽命：1000 寫/擦循環(huán)數(shù)據(jù)保留時間：10 年 全靜態(tài)工作：0Hz-24Hz 128*8 位內部 RAM 兩個 16 位定時器/計數(shù)器 5 個中斷源 可編程串行通道 低功耗的閑置和掉電模式 片內振蕩器和時鐘電路 電路設計過程及元器件的簡介 9 2.1.3 單單片機的片機的軟軟件及數(shù)據(jù)如何存放件及數(shù)據(jù)如何存放 編制程序，必須將控制燈的相關數(shù)據(jù)預先存儲，要控制燈閃爍，在單片機 內部有程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器，如果內部程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器的容量不 夠的話，還可以在單片機外部為它擴展，最大我們可以將程序存儲器空間總容 量擴大到 64K，將數(shù)據(jù)存儲器在片外再單獨擴展 64K，數(shù)據(jù)存儲器的總容量可達 64K 的 89S51 為例。 圖 2-2 MCS-51 結構圖 2.1.4單單片機如何運行程序片機如何運行程序 到底單片機是如何運行程序的？知道了單片機通過 I/O 口與外設打交道，也 知道了單片機的程序與數(shù)據(jù)，單片機和其他微機一樣，也擁有一個中央處理器 （CPU）, 它是整個單片機的核心部件，是 8 位數(shù)據(jù)寬度的處理器，能處理 8 位 二進制數(shù)據(jù)或代碼，CPU 負責控制、指揮和調度整個單元系統(tǒng)協(xié)調的工作，完 成運算和控制輸入輸出功能等操作。 它在單片機中的核心地位見圖所示。它通 過單片機的內部總線，將單片機內部的各個部分：程序存儲器(ROM)、數(shù)據(jù)存儲 器(RAM)、定時/計數(shù)器、并行接口、串行接口和中斷系統(tǒng)等聯(lián)系在一起，內部 總線有三種：數(shù)據(jù)總線，專門用來傳送數(shù)據(jù)信息，地址總線專門用來傳送地址 信息，選中各操作單元，控制總線專門用來傳送 CPU 各種控制命令，以便 CPU 統(tǒng)一指揮協(xié)調工作。完成程序所要執(zhí)行的各種功能。CPU 執(zhí)行程序一般包括兩 個主要過程：第一，就是從程序存儲器中取出指令，指令的地址由 PC 指針提供， 在前面我們已經知道，PC 指針在 CPU 取指后會自動加一，所以 PC 指針總是指 向下一個將要取出的指令代碼或操作數(shù)。這樣，就能保證程序源源不斷往下執(zhí) 畢業(yè)設計論文 10 行。第二，就是執(zhí)指過程，取出的指令代碼首先被送到 CPU 中控制器中的指令 寄存器，再通過指令譯碼器譯碼變成各種電信號。 2.1.5CPU 工作工作過過程的介程的介紹紹 我們知道了單片機怎樣取指、執(zhí)指，即怎樣運行程序了。那么怎樣才能保 證 CPU 有序的工作？這就必須提到單片機的兩個非常重要的外圍電路：單片機 的時鐘電路和復位電路。在單片機上面有兩個引腳，分別是它的第 18、19 腳， 其功能如下。 腳 19: 時鐘 XTAL1 腳，片內振蕩電路的輸入端。 腳 18: 時鐘 XTAL2 腳，片內振蕩電路的輸出端。 89S51 的時鐘有兩種方式，一種是片內時鐘振蕩方式，但需在 18 和 19 腳外 接石英晶體和振蕩電容，振蕩電容的值一般取 10p30p。另外一種是外部時鐘 方式，即將 XTAL1 接地，外部時鐘信號從 XTAL2 腳輸入。 時鐘電路起振后，產生一定頻率的時鐘信號，單片機的 CPU 在時鐘信號的 控制下，就能一步一步完成自己的工作。 振蕩周期：單片機外接石英晶體振蕩器的周期。如外接石英晶體的頻率若 為 12MHz，這其振蕩周期就是 1/12 微秒。 狀態(tài)周期：單片機完成一個最基本的動作所需的時間周期。如掃描一次定 時器 T0 引腳狀態(tài)所需要的時間。一個狀態(tài)周期2 個振蕩周期。 機器周期：單片機完成一次完整的具有一定功能的動作所需的時間周期。 如一次完整的讀操作或寫操作對應的時間。一個機器周期6 個狀態(tài)周期。 指令周期：執(zhí)行完某條指令所需要的時間周期，一般需要 14 個機器周期， 如 MUL AB 指令是四機器周期指令。一個指令周期14 個機器周期。 單片機工作時，除了需要時鐘支持外，還必須有一個初始狀態(tài)，即單片機 的復位狀態(tài)。在單片機外部引腳第 9 腳，就是專門給單片機提供復位脈沖的 Pin9: RESET/Vpd 復位信號復用腳，當 89S51 通電，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)即初始復位。 初始化后，程序計數(shù)器 PC 指向 0000H，P0P3 輸出口全部為高電平，堆 棧指鐘寫入 07H，其它專用寄存器被清“0” 。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。然而，初始復位不改變 RAM（包括工作寄 存器 R0-R7）的狀態(tài)，89S51 的初始態(tài)如表 2.1： 表 2.1 特殊功能寄存器 特殊功能寄存器初始態(tài)特殊功能寄存器初始態(tài) ACC00HB00H PSW00HSP07H 電路設計過程及元器件的簡介 11 特殊功能寄存器初始態(tài)特殊功能寄存器初始態(tài) DPH00HTH000H DPL00HTL000H IPxxx00000BTH100H IE0xx00000BTL100H TMOD00HTCON00H SCONxxxxxxxxBSBUF00H P0-P31111111BPCON0xxxxxxxB RESET/Vpd 還是一復用腳，Vcc 掉電期間，此腳可接上備用電源，以保證 單片機內部 RAM 的數(shù)據(jù)不丟失。89S51 的復位方式可以是自動復位，也可以是 手動復位，見上圖。 2.1.6 芯片擦除芯片擦除 在芯片擦操作中，代碼陣列全被寫“1”且在任何非空存儲字節(jié)被重復編程 以前，該操作必須被執(zhí)行。整個 PEROM 陣列和三個鎖定位的電擦除可通過正確 的控制信號組合，并保持 ALE 管腳處于低電平 10ms 來完成。 AT89S51 設有穩(wěn)態(tài)邏輯，可以在低到零頻率的條件下靜態(tài)邏輯，支持兩種 軟件可選的掉電模式。在閑置模式下，CPU 停止工作。但 RAM，定時器，計數(shù) 器，串口和中斷系統(tǒng)仍在工作。在掉電模式下，保存 RAM 的內容并且凍結振蕩 器，禁止所用其他芯片功能，直到下一個硬件復位為止。 89S51 目前已經成為了實際應用市場上新的寵兒，作為市場占有率第一的 Atmel 目前公司已經停產 AT89C51，將用 AT89S51 代替。89SXX 可以像下兼容 89CXX 等 51 系列芯片。 89S51 在工藝上進行了改進，89S51 采用 0.35 新工藝， 成本降低,而且將功能提升,增加了競爭力。 2.2 RS-232 的介的介紹紹 RS-232 只限于 PC 串口和設備間點對點的通信。RS-232 串口通信最遠距離 是 50 英尺。RS-232（ANSI/EIA-232 標準）是 IBM-PC 及其兼容機上的串行連接 標準?？捎糜谠S多用途，比如連接鼠標、打印機或者 Modem，同時也可以接工 業(yè)儀器儀表。用于驅動和連線的改進，實際應用中 RS-232 的傳輸長度或者速度 常常超過標準的值。 從計算機連出的線的截面。 RS-232 針腳的功能： 數(shù)據(jù)： TXD（pin 3）：串口數(shù)據(jù)輸出 畢業(yè)設計論文 12 RXD（pin 2）：串口數(shù)據(jù)輸入 RTS（pin 7）：發(fā)送數(shù)據(jù)請求 CTS（pin 8）：清除發(fā)送 DSR（pin 6）：數(shù)據(jù)發(fā)送就緒 DCD（pin 1）：數(shù)據(jù)載波檢測 DTR（pin 4）：數(shù)據(jù)終端就緒 GND（pin 5）：地線 RI（pin 9）：鈴聲指示 2.3USB 的的簡單簡單介介紹紹 USB 即“通用串行總線“是一種應用在 PC 中的表型總線，由 Intel、Microsoft、NEC 等公司共同提出，他是一種新型的外接串聯(lián)口，提出該 規(guī)格的廠商希望用 USB 取代現(xiàn)有的外接設備接口，它還具備連接單一化、軟件 自動偵測以及熱插拔（即插即用）的功能，USB 具有以下特點： 1）數(shù)據(jù)傳輸速率高。USB 高速：480Mb/s；USB 全速：12Mb/s；USB 低速： 1.5Mb/s。 2）數(shù)據(jù)傳輸可靠。USB 事務處理包括錯誤檢測機制，可以確保數(shù)據(jù)無錯誤 發(fā)送，在發(fā)生錯誤時，事物處理可以重新進行。 圖 2-4 USB 接口供電電路 3）同時掛接多個 USB 設備，每個 USB 總線支持 127 個設備的連接。 4）支持熱拔。USB 實現(xiàn)了真正的“即插即用“功能，設備連接后由 USB 自檢 測，并且由軟件自動配置，完成后立刻就能使用，不需要用戶進行干涉。 5）USB 接口能為設備供電。當外界電源要求電壓為 5V 且電流小于 500mA 時，可以直接從 USB 總線獲取電源，這樣，USB 設備無需專用電源線，從而降 低了設備成本。 在本實驗只用于 5V 電源的供電。 2.4 AT24C02 的簡單介紹 電路設計過程及元器件的簡介 13 AT24C02 是美國 ATMEL 公司的低功耗 CMOS 串行 EEPROM，它是內 含 2568 位存儲空間，具有工作電壓寬（2.55.5V） 、擦寫次數(shù)多（大于 10000 次） 、寫入速度快（小于 10ms）等特點。 下面是它的電路圖。 圖 2-5 AT24C02 的連接圖 AT24C02 的 1、2、3 腳是三條地址線，用于確定芯片的硬件地址。在 AT89C51 試驗開發(fā)板上它們都接地，第 8 腳和第 4 腳分別為正、負電源。第 5 腳 SDA 為串行數(shù)據(jù)輸入/輸出，數(shù)據(jù)通過這條雙向 I2C 總線串行傳送，在 AT89C51 試驗開發(fā)板上和單片機的 P3.5 連接。第 6 腳 SCL 為串行時鐘輸入線， 在 AT89C51 試驗開發(fā)板上和單片機的 P3.6 連接。SDA 和 SCL 都需要和正電源 間各接一個 5.1K 的電阻上拉。第 7 腳需要接地。 24C02 中帶有片內地址寄存器。每寫入或讀出一個數(shù)據(jù)字節(jié)后，該地址寄存 器自動加 1，以實現(xiàn)對下一個存儲單元的讀寫。所有字節(jié)均以單一操作方式讀取。 為降低總的寫入時間，一次操作可寫入多達 8 個字節(jié)的數(shù)據(jù)。 在讀最后一數(shù)據(jù)字節(jié)時，置應答信號為“1” 。 2.5 MAX232 的的簡單簡單介介紹紹 美信公司專門為電腦的 RS-232 標準串口設計的接口電路,使用+5v 單電源供 電的 MAX232 芯片。 內部結構基本可分三個部分； 第一部分是電荷泵電路。由 1、2、3、4、5、6 腳和 4 只電容構成。功能是 產生+12v 和-12v 兩個電源，提供給 RS-232 串口電平的需要。 第二部分是數(shù)據(jù)轉換通道。由 7、8、9、10、11、12、13、14 腳構成兩個 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。 第三部分是供電。15 腳 DNG、16 腳 VCC（+5v） 。 美信公司生產的用于 RS-232 接口的芯片有好多好多。有各種各樣的封裝， 畢業(yè)設計論文 14 有只有一個通道的，也有多通道的，有底耗電的。 MAX232 片內含有一個電容性電壓發(fā)生器以便在單 5V 電源供電時提供 EIA/TIA-232-E 電平。是一種雙組驅動器/接收器。每個接收器將 EIA/TIA-232-E 電平輸入轉換為 5VTTL/CMOS 電平。這些接收器具有 1.3V 的典型門限值及 0.5V 的典型遲滯。 每個驅動器將 TTL/CMOS 輸入電平轉換 為 EIA/TIA-232-E 電平。 實物圖及內部結構圖如下圖所示： 圖 2-6 MAX232 的實物圖 圖 2-7 MAX232 的內部結構圖 課題的整體設計電路及其基本原理 15 第三章第三章 課題的整體設計電路及其基本原理課題的整體設計電路及其基本原理 3.1 電電路板路板設計設計及其制作及其制作 圖 3-1 整體設計電路圖 3.2 電電路的基本原理：路的基本原理： 流水燈電路接單片機的 P1 口。數(shù)碼管顯示電路接 P0 口，采用共陽極數(shù)碼 管，四個三極管放大器接 P2.0 到 2.3。P2.4 到 2.7 接按鍵和限流電阻。作為按鍵 中斷電路。另外，他們中間并四個二極管到 12 端口，作為中斷源信號。電路設 計好后就可以進行電路的實物制作。編程電路按照模塊介紹來連接。繼電器和 蜂鳴器分別接 13 和 14 口。外擴數(shù)據(jù)存儲器接到 15 和 16 端口。USB 電源供電 電路要接一下電容濾波及發(fā)光二極管指示燈。在二極管前最好串一電阻以分壓 和限流。9 端 RST 復位鍵通過電容后與電源相連。在程序運行時復位鍵為低電 平，編程時為高電平。 3.3 調試過調試過程：程： 先將電路板 RS232 接口接電腦的九針串口，USB 接口接電腦 USB 接口。發(fā) 光二極管亮表示電源接通。 把編譯好的軟件轉變成.HEX 的格式，以便于通過 ISP 在線編程軟件下載到 單片機中。把單片機的第九引腳（RST）拉到高電平，此時單片機處 于編程狀 態(tài)。點擊“鑒別”可以鑒別所使用的芯片為 AT89S51。點擊“擦除” ，可擦除芯 片中的內容，點擊“打開” ，尋找編譯好的文件，后綴為.HEX。再點擊“寫入”, 程序通過串口，經過 MAX232 進行電平轉換。轉換后的信號通過 P1 口的 1.5，1.6，1.7 下載到單片機中.就將所編譯好的文件寫入單片機中。成功寫入后， ISP 的功能已實現(xiàn)。 畢業(yè)設計論文 16 把第九引腳拉到低電平，此時單片機處于運行的狀態(tài)。在電路板上就可以 看到實驗現(xiàn)象。 把不同的程序寫入單片機中，分別測試各個部分硬件電路是否可用。測試 各個部分能實現(xiàn)其功能。 3.4 路路問題問題及解決方法及解決方法 1、在編程電路中，由于電路本身的問題，MAX232 的 9，11，12 端與單片 機的 6，7，8 端的距離應盡量短，應在 5 厘米以內。 2、在萬能板焊接中應避免短路現(xiàn)象，特別是電源部分。地線和電源線最好 焊一層焊錫，以提高其抗干擾能力。在電路中，一般地線的通電能力應大于電 源線大于導線。 致 謝 17 致致 謝謝 在整個實習期間，曾得到了導師華大龍老師支持和幫助，在此表示衷心的 感謝！ 在做畢業(yè)論文中，遇到了很多不明白的問題，一直得到華大龍老師的親切 關懷和悉心指導，華大龍老師以其淵博的學識、嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度、求實的工作 作風和他敏捷的思維給我留下了深刻的印象，所以我一定要向華大龍老師致以 最崇高的謝意! 同時還要感謝淮安信息職業(yè)技術學院通信系的老師們，多年以來在學習與 生活上對我的幫助與鼓勵，使我能夠順利完成學業(yè)。在以后走上工作崗位的時 候，我會時刻銘記你們的教導與關懷。 再次感謝和同一小組的同學們能夠將找到的資料與我共享,這種無私的精神 使我的論文完成的進度大大增加,在此也向他們表示深深的感謝! 最后感謝參與過本論文的寫作,修改,和審核的所有人,為他們的不辭辛苦與 孜孜不倦的勞作精神表示感謝! 參考文獻 18 參考文獻參考文獻 1 趙文博，劉文淘 語言 C51 程序設計 人民郵電出版社 2 馬忠梅 單片機的語言程序設計 北京航天出版社 3 張志良 單片機原理與控制技術 機械工業(yè)出版社 4 嚴勢，王洪成 單片機環(huán)境 uvision 使用指南及 USB 固件編程與調試 北 京航空出版社 5 何立民 單片機高級教程 北京航空航天大學出版社 6 趙曉安 MCS-51 單片機原理及應用 天津大學出版社 7 李廣第 單片機基礎 北京航空航天大學出版社 附錄 19 附錄附錄 1:1:元件清單元件清單 元件類別參數(shù)個數(shù)備注 電阻 360 24 電阻 1.5k 5 電阻 10k 5 電阻 8.2k 1 電阻 10k 24 電容20pF2 電容1043 電容10uF5 電容470uF1 晶振12M1 LED16 按鍵 5 三極管90125 四位一體共陽數(shù)碼管1 單片機AT89S511 74LS1641 MAX232 1 RS2321 USB1 二極管41484 附 錄 20 附錄附錄 2 2：實驗源程序：實驗源程序 本設計主要在于硬件電路的設計及其電路的制作，在軟件方面涉及的較少。 在軟件方面， 主要用南京偉福來編寫一些測試硬件電路的小程序。和其他一些程序應用基 本相同，打開軟件后新建文件。編寫需要的程序，定義為 ASM 格式的保存。經過匯編成 HEX 格式即可被下載到單片機中。 B1.實驗一： LED 循環(huán)流水燈實驗 本例實驗主要用到了延時子程序，clr，lcall，ajmp 指令， 通過輪流點亮 p1.0 P1.7 本實驗用 DJNZ 指令編寫的延時程序，取一個名稱，并在最后加上子程序返回指令，就構 成了一個延時子程序，用它作為循環(huán)流水燈的延時子程序，就能實行運行的效果。 ORG 0000H ;開始 LJMP SETUP ORG 0030