基于單片機的數字式鬧鐘設計(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 中斷源的中斷服務 程序的入口地址。 MCS51單片機復位后，程序存儲器 PC 的內容為 0000H，故系統從 0000H 單元開始取指令，執行程序。 64K 程序存儲器中有 5個單元具有特殊用途，如下： 0003H：外部中斷 0 入口地址。 000BH：定時器 0中斷入口地址。 0013H：外部中斷 1 入口地址。 001BH：定時器 1中斷入口地址。 0023H：串行口中斷入口地址。 在系統中斷相應之后，將自動轉各中斷入口地址處執行序，而中斷服務程序一般無法存放于幾個單元之內，因此在中斷入口地址處往往存放一條無條件轉移指令進行跳轉，以便執行中斷服 務程序 。 內部數據存儲器 MCS51單片機的片內數據存儲器單元共有 128 個，字節地址為 00H7FH。 地址為 00H1FH 的 32個單元是 4 組通用工作寄存器區，每個區含 8個 8位寄存器，編號為 R7R0。 地址為 20H2FH 的 16個單元可進行共 128 位的位尋址。 地址為 30H 7FH 的單元為用戶 RAM 區，只能進行字節尋址。 其具體配置見圖 25。 11 圖 25 MCS51 內部數據存儲器的配置 12 3. 特殊功能寄存器（ SFR） 特殊功能寄存器的總數為 21 個，離散的分布在該區域中，其中有些 SFR 還可以進行位尋址。表 23是 該寄存器 的名稱及其 地址 分布。 表 23 SFR名稱及地址分布 特殊功能寄存器符號 名稱 字節地址 位地址 B B寄存器 F0H F7H~F0H ACC或 A 累加器 A E0H E7H~E0H PSW 程序狀態字 PSW D0H D7H~D0H 中斷優先級控制 IP B8H BFH~B8H P3 P3 口 B0H B7H~B0H IE 中斷允許控制 A8H AFH~A8H P2 P2 口 A0H A7H~A0H SBUF 串行數據緩沖器 99H SCON 串行控制 98H 9FH~98H P1 P1 口 90H 97H~90H TH1 定時器 /計數器 1（高八位） 8DH TH0 定時器 /計數器 0（高八位） 8CH TL1 定時器 /計數器 1（低八位） 8BH TL0 定時器 /計數器 0（低八位） 8AH TMOD 定時器 /計數器方式控制 89H TCON 定時器 /計數器控制 88H 8FH~88H PCON 電源控制 87H DPH 數據指針高字節 83H DPL 數據指針低字節 82H SP 堆棧指針 81H P0 P0 口 80H 87H~80H 13 MCS51單片機指令系統中有豐富的位操作指令，這些指令構成了位處理機的指令集。在 RAM和 SFR 中共有 211個位地址，位地址范圍在 00HFFH 內，其中 00H7FH這 128 個位處于內部 RAM 字節地址 20H2FH 單元中，如表 24所示。其余的 83 個可尋址位分布在特殊功能寄存器 SFR 中，如表 25所示。 表 24 8051 內部 RAM 的可尋址位 字節地址 位地址 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 2F 7FH 7EH 7DH 7CH 7BH 7AH 79H 78H 2E 77H 76H 75H 74H 73 72H 71H 70H 2D 6FH 6EH 6DH 6CH 6B 6AH 69H 68H 2C 67H 66H 65H 64H 63 62H 61H 60H 2B 5FH 5EH 5DH 5CH 5B 5AH 59H 58H 2A 57H 56H 55H 54H 53 52H 51H 50H 29 4FH 4EH 4DH 4CH 4B 4AH 49H 48H 28 47H 46H 45H 44H 43 42H 41H 40H 27 3FH 3EH 3DH 3CH 3B 3AH 39H 38H 26 37H 36H 35H 34H 33 32H 31H 30H 25 2FH 2EH 2DH 2CH 2B 2AH 29H 28H 24 27H 26H 25H 24H 23 22H 21H 20H 23 1FH 1EH 1DH 1CH 1B 1AH 19H 18H 22 17H 16H 15H 14H 13 12H 11H 10H 21 0FH 0EH 0DH 0CH 0B 0AH 09H 08H 20 07H 06H 05H 04H 03 02H 01H 00H 14 表 25 8051 特殊功能寄存器中的位地址 SFR 符號 位地址 字節 地址 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 B F7H F6H F5H F4H F3H F2H F1H F0H F0H ACC E7H E6H E5H E4H E3H E2H E1H E0H E0H PSW D7H D6H D5H D4H D3H D2H D1H D0H D0H CY AC F0 RS1 RS0 OV F1 P IP BDH BCH BBH BAH B9H B8H B8H PT2 PS PT1 PX1 PT0 PX0 P3 B7H B6H B5H B4H B3H B2H B1H B0H B0H IE AFH ACH ABH AAH A9H A8H A8H EA ES ET1 EX1 ET0 EX0 P2 A7H A6H A5H A4H A3H A2H A1H A0H A0H SCON 9FH 9EH 9DH 9CH 9BH 9AH 99H 98H 98H SM0 SM1 SM2 REN TB8 RB8 T1 R1 P1 97H 96H 95H 94H 93H 92H 91H 90H 90H TCON 8FH 8EH 8DH 8CH 8BH 8AH 89H 88H 88H TF1 TR1 TF0 TR0 IE1 IT0 IE0 IT0 P0 87H 86H 85H 84H 83H 82H 81H 80H 80H 五、 MCS51 的并行 I/O 口 圖 26給出了四個端口中每個典型位鎖存器和 I/O緩沖器的功能框圖。位鎖存器作為一個 D觸發器，根 據來自 CPU 的 “ 寫鎖存器 ” 信號，記錄來自內部總線上的數值。在 CPU 發出 “ 讀鎖存器 ” 信號時，將觸發器的 Q 輸出值放在內部總線上。在 CPU 發出“ 讀管腳 ” 信號時，端口管腳本身的電平放到內部總線上。有些 “ 讀端口指令 ” 令會激活 “ 讀鎖存器 ” 信號，而其它指令則激活 “ 讀管腳 ” 信號。 并行 I/O 口的應用要點： （ 1） P0口通常作為單片機的低字節地址／數據復用線，分時使用，即構成 A7～A0地址線和數據總線 (DB)用。 （ 2） P2口一般作為高 8 位地址線 A15～ A8，使 用 8031 單片機也是這樣用的。 （ 3） P1口一般情況下作為通用的 I/O 口使用。 （ 4） P3口在以下的情況下作為第二功能使用：串行通信使用，外部中斷使用；定時器 /計數器使用；擴展外部 RAM 時使用 , 控制信號。除上述情況外，則可以當作I/O引腳用。 （ 5）當某一引腳作為輸入前，必須使引腳置 “1” 。復位后，四個口的 32 個引腳均為高電平（置 1）。 （ 6）各個口由于輸出結構不同，帶負載能力也不同。 六、 MCS51 時鐘電路與時序 時鐘電路用于產生 MCS51單片機工作所必需的時鐘信號。 在執行指令時， CPU 首先要到 程序存儲器中取出需要執行的指令操作碼，然后譯碼，并由時序電路產生一系列控制信號去完成指令所規定的操作。 1. 時鐘電路 （ 1） .內部時鐘方式 8051 單片機內部有一個用于構成振蕩器的高增益反相放大器，引腳 XTAL1 和XTAL2 分別是此放大器的輸入端和輸出端。這個放大器與作為反饋元件的片外石英晶體或陶瓷諧振器一起構成一個自激振蕩器。圖 27 a)是 MCS51單片機的內部時鐘方式的振蕩器電路。 （ 2） 外部時鐘方式 外部時鐘方式是使用外部振蕩脈沖信號，常用于多片 MCS51 單片機同時工作，以便于同步 。對外部脈沖信號只要求高電平持續時間大于 20，一般為低于 12MHz 的方波。這時，外部振蕩器的信號接至 XTAL2，即內部時鐘發生器的輸入端，而內部反相放大器的輸入端 XTAL1 應接地，如圖 27 b)所示。由于 XTAL2 端的邏輯電平不是TTL的，故建議外接一個上拉電阻。 16 圖 27 MCS51 的時鐘電路 a)片內時鐘方式 b)外部時鐘方式 2． 機器周期和指令周期 MCS51 的每個機器周期包含 6 個狀態周期，每個狀態周期劃分為 2 個節拍，分別對應著 2 個節拍時鐘有效期間。因此，一個機器周期包含 12 個振蕩器 周期，由S1P1(狀態 1 拍 1)一直到 S6P2（狀態 6 拍 2），每個節拍持續一個振蕩器周期，每個狀態持續 2個振蕩器周期。若采用 12MHz 的晶體振蕩器，則每個機器周期恰為 1μ S。 通常，每個機器周期 ALE 兩次有效，第 1次發生在 S1P2 和 S2P1 期間，第 2 次在S4P2 和 S5P1 期間。 七、 MCS51 的復位和復位電路 復位是單片機的初始化操作，只要 RST 引腳處至少保持 2 個機器周期的高電平就可實現復位。復位后，各內部寄存器的狀態如表 26所示。 表 26 8051 復位后寄存器的值 寄存器 內容 寄存器 內容 PC 0000H TCON 00H ACC 00H T2CON 00H B0 00H TH0 00H PSW 00H TL0 00H SP 07H TH1 00H DPTR 0000H TL1 00H P0~P3 0FFH TH2 00H IP（ 8051） XXX00000B TL2 00H IP（ 8052） XX000000B RLDH 00H IE（ 8051） 0XX00000B RLDL 00H IE（ 8052） 0X000000B SCON 00H TMOD 00H SBUF 不定 PCON（ HMOS） 0XXXXXXXH PCOM（ CHMOS） 0XXX0000B 17 第四節 主控芯片 AT89C51 的 設計 單片機是 20世紀 70 年代中期發展起來的一種大規模集成電路器件。它在一塊芯片內集成了計算機的各種功能部件，構成一種單片式的微型計算機。 20 世紀 80 年代以來，國際上單片機的發展迅速，其產品之多令人目不暇接，單片機應用不斷深入，新技術層出不窮。在我們日常學習和生活中，常見的有 51 系列、 52 系列、 PIC 系列等。其中 51系列的單片機的模塊化結構比較典型，為許多大公司和個人所采納。 在本 LCD電子鬧鐘設計中就是采用利用我們熟悉的 AT89C51 單片機為主控芯片。AT89C51 單片機由微處理器，存儲器， I/O 口以及特殊功能寄存器 SFR 等部分構成。其存儲器在物理上設計成程序存儲器和數據存儲器兩個獨立的空間，片內程序存儲器的容量為 4KB，片內數據存儲器為 128 個字節。 89C51 單片機有 4 個 8 位的并行 I/O口： P0 口， P1 口， P2 口和 P3 口。各個接口均由接口鎖存器，輸出驅動器，和輸入緩沖器組成。 P1 口是唯一的單功能口，僅能用作通用的數據輸入 /輸出口。 P3口是雙功能口除了具有數據輸入 /輸出功能外， 每條接口還具有不同的第二功能，如 是串行輸入口線， 口是串行輸出口線。在需要外部程序存儲器和數據存儲器擴展時， P0 可作為分時復用的低 8 位地址 /數據總線， P2口可作為高 8位的地址總線。P3 口也可作為 AT89C51 的一些特殊功能口，同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號 . 各口管腳的備選功能如下所示： 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（記時器 0 外部輸入）； T1（ 記時器 1 外部輸入）； /WR（外部數據存儲器寫選通）； /RD（外部數據存儲器讀選通）。 RST：復位輸入。當器件 被復位 時，要保持 RST 腳兩個機器周期的高電平時間。 /EA/VPP：當 /EA 保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（ 0000HFFFFH）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 18 保持高電平時，此間內部程序存儲器。在 FLASH 編程期間，此引腳也用于施加 12V編程電源（ VPP）。 XTAL1：反向振蕩放大器