基于AT89C51单片机电子时钟的设计.pdf

本文由狗名叫旺旺贡献 d o c 1 基于 AT89C51 单片机电子时钟的设计 摘 要 单 片 机 是 集 CPU RAM ROM 定 时 计 数 和 多 种 接 口 于 一 体 的 微 控 制 器 近年来随着计算机在社会领域的渗透和大规模集成电路的发展 单片 机 的 应 用 正 在 不 断 地 走 向 深 入 而 51 单 片 机 是 各 单 片 机 中 最 为 典 型 和 最 有 代表性的一种 由于它具有功能强 体积小 功耗低 价 格便宜 工作可 靠 使用方便等特点 因此特别适合于与控制有关的系统 越来越广 泛地 应用于自动控制 智能化仪器 仪表 数据采集 军工产品以及家用电器 等 各 个 领 域 本 文 介 绍 单 片 机 AT89C51 结 合 74LS373 设 计 时 钟 定 时 控 制 器 实 现 的 方 案 74LS373 为 三 态 输 出 的 八 组 缓 冲 器 本 系 统 将 单 片 机 AT89C51 内 部 时 钟 读 出 并 通 过 七 段 数 码 管 LED 显 示 出 来 通 过 按 键 设 定 的 时 间 来 改 变系统的闹钟时间 单片机依据设定 的时间来响铃 从而实现了系统的智 能化 关 键 词 AT89C51 电子时钟 74LS373 Ab s t r a c t MCU i s a CPU RAM ROM t i m i n g c o u n t i n g a n d m u l t i p l e i n t e r f a c e s i n o n e m i c r o c o n t r o l l e r In r e c e n t y e a r s w i t h t h e f i e l d o f c o m p u t e r p e n e t r a t i o n i n t h e c o m m u n i t y a n d t h e d e v e l o p m e n t o f l a r g e s c a l e i n t e g r a t e d c i r c u i t s s i n g l e c h i p a p p l i c a t i o n s i s s t e a d i l y m o v i n g t o w a r d d e p t h a n d 51 s i n g l e c h i p i s t h e m o s t t y p i c a l a n d m o s t r e p r e s e n t a t i v e o n e Be c a u s e o f i t s s t r o n g f u n c t i o n s s m a l l s i z e l o w p o w e r c o n s u m p t i o n c h e a p r e l i a b l e a n d e a s y t o u s e a n d s o o n i t i s p a r t i c u l a r l y s u i t e d t o c o n t r o l s y s t e m s a n d m o r e w i d e l y u s e d i n a u t o m a t i c c o n t r o l i n t e l l i g e n t i n s t r u m e n t s m e t e r s d a t a a c q u i s i t i o n m i l i t a r y p r o d u c t s a s w e l l a s h o u s e h o l d a p p l i a n c e s a n d o t h e r f i e l d s Th i s a r t i c l e d e s c r i b e s t h e d e s i g n o f s i n g l e c h i p m i c r o c o m p u t e r AT89C51 c o m b i n a t i o n 74LS373 c l o c k t i m i n g o f t h e p r o g r a m c o n t r o l l e r 74LS373 t r i s t a t e o u t p u t f o r t h e e i g h t s e t s o f b u f f e r s AT89C51 s i n g l e c h i p m i c r o c o m p u t e r o f t h e s y s t e m w i l l r e a d o u t t h e i n t e r n a l c l o c k a n d t h r o u g h t h e LED d i s p l a y t h r o u g h t h e b u t t o n t o s e t t h e a l a r m c l o c k t o c h a n g e t h e s y s t e m t i m e s i n g l e c h i p b a s e d o n t h e t i m e t o s e t a l a r m c l o c k p r o c e s s i n g t h u s r e a l i z i n g t h e i n t e l l i g e n t s y s t e m Ke y w o r d s AT89C51 MCU El e c t r o n i c c l o c k 74LS373 目 录 摘 要 Ab s t r a c t 目 录 第 一 章 单 片 机 概 述 0 0 1 2 1 1 单 片 机 的 定 义 2 1 2 单 片 机 的 特 点 2 1 3 单 片 机 的 应 用 领 域 3 第 二 章 MCS 51 单 片 机 简 介 5 2 1 MCS 51 单 片 机 结 构 及 引 脚 说 明 5 2 2 中 央 处 理 器 CPU 的 结 构 7 2 3 AT89C51 单 片 机 的 存 储 器 9 第 三 章 LED 数 码 管 及 74LS373 简 介 13 3 1 数 码 管 的 分 类 13 3 2 数 码 管 的 驱 动 方 式 13 3 3 数 码 管 应 用 14 3 4 数 码 管 使 用 的 电 流 与 电 压 14 3 5 74LS373 简 介 14 第 四 章 电 子 钟 功 能 介 绍 15 4 1 系 统 功 能 介 绍 15 4 2 软 件 设 计 流 程 15 4 3 电 子 钟 程 序 清 单 17 第 五 章 电 子 钟 软 件 实 现 仿 真 18 5 1 单 片 机 模 拟 调 试 软 件 Ke i l 18 5 2 Pr o t e u s 软 件 简 介 21 5 3 电 子 时 钟 仿 真 22 5 4 整 机 仿 真 及 调 试 24 附 录 25 第 1 页 第一章 p a g e 1 1 1 单 片 机 的 定 义 单片机概述 单片机是指一个集成在一块芯片上的完整计算机系统 尽管他的大部 分功能集 成在一块小芯片上 但是它具有一个完整计算机所需要的大部分 部 件 CPU 内 存 内 部 和 外 部 总 线 系 统 目 前 大 部 分 还 会 具 有 外 存 同 时 集 成诸如通讯接口 定时器 实时时钟等外围设备 1 而现在最强大的单 片机系统甚至可以将声音 图像 网络 复杂的输入输出系统集成在一块 芯 片 上 单 片 机 也 被 称 为 微 控 制 器 Mi c r o c o n t r o l l e r 是 因 为 它 最 早 被 用 在 工 业 控 制 领 域 单 片 机 由 芯 片 内 仅 有 CPU 的 专 用 处 理 器 发 展 而 来 最 早 的 设 计 理 念 是 通 过 将 大 量 外 围 设 备 和 CPU 集 成 在 一 个 芯 片 中 使 计 算 机 系 统 更 小 更 容 易 集 成 于 复 杂 的 而 对 体 积 要 求 严 格 的 控 制 设 备 当 中 INTEL 的 Z8 0 是 最 早 按 照 这 种 思 想 设 计 出 的 处 理 器 从 此 以 后 单 片 机 和 专 用 处 理器的发展便分道扬镳 1 2 单 片 机 的 特 点 单片机是以工业测控对象 环境 接口特点出发向着增强控制功能 提 高 工 业 环 境 下 的 可 靠 性 方 向 发 展 主 要 特 点 如 下 2 种类多 型 号全 很多单片机厂家逐年扩大适应各种需要 有针对性地推出一系列型号 产 品 使 系 统 开 发 工 程 师 有 很 大 的 选 择 余 地 大 部 分 产 品 有 较 好 的 兼 容 性 保证了已开发产品能顺利移植 较容易地使产品进行升级换代 提 高性能 扩大容量 性能价格比高 集 成 度 已 经 达 到 300 万 个 晶 体 管 以 上 总 线 速 度 达 到 数 十 微 妙 到 几 百 纳 秒 指 令 执 行 周 期 已 经 达 到 几 微 妙 到 数 十 纳 秒 以 往 片 外 XRAM 现 已 在 物 理 上 存 入 片 内 ROM 容 量 已 经 扩 充 达 32K 64K 128K 以 致 更 大 的 空 间 价 格从几百到几元不等 增加控制功能 向真正意义上的 单片 机发展 把原本是外 围接口芯片的功能集成到一块芯片内 在一片芯片中构造 了一个完整的功能强大的微 处理应用系统 第 2 页 低功耗 现 在 新 型 单 片 机 的 功 耗 越 来 越 小 供 电 电 压 从 5V 降 低 到 了 3 2V 甚 至 1V 工 作 电 流 从 m A 降 到 A 级 g z 2 频 率 从 十 几 兆 可 编 程 到 几 十 千 赫 兹 特 别 是 很 多 单 片 机 都 设 置 了 多 种 工 作 方 式 这 些 工 作 方 式 包 括 等 待 暂 停 睡眠 空闲 节电等 C 语言开发环境 友好的人机互交环境 多数单片机都提供基于 C 语言开发 平台 并提供大量的函数供使用 这使产品的开发周期 代码可读性 可移植性都大 为提高 1 3 单 片 机 的 应 用 领 域 目前单片机渗透到我们生活的各个领域 几乎很难找到哪个领域没有 单片机的 踪迹 导弹的导航装置 飞机上各种仪表的控制 计算机的网络 通讯与数据传输 工 业自动化过程的实时控制和数据处理 广泛使用的各 种 智 能 IC 卡 民 用 豪 华 轿 车 的 安 全 保 障 系 统 录 像 机 摄 像 机 全 自 动 洗 衣机的控制 以及程控玩具 电子宠物等等 这些都离不开单片机 更不 用说自动控制领域的机 器人 智能仪表 医疗器械了 因此 单片机的学 习 开发与应用将造就一批计算机 应用与智能化控制的科学家 工程师 单片机广泛应用于仪器仪表 家用电器 医用 设备 航空航天 专用 设备的智能化管理及过程控制等领域 大致可分如下几个范畴 在智能仪器仪表上的应用 单片机具有体积小 功耗低 控制功能强 扩展灵活 微 型化和使用 方便等优点 广泛应用于仪器仪表中 结合不同类型的传感器 可实现诸 如电压 功率 频率 湿度 温度 流量 速度 厚度 角度 长度 硬 度 元素 压力等物理量的测量 采用单片机控制使得仪器仪表数字化 智能化 微型化 且 功能比起采用电子或数字电路更加强大 例如精密的 测量设备 功率计 示波器 各 种分析仪 在工业控制中的应用 用单片机可以构成形式多样的控制系统 数据采 p a g e 2 集系统 例如工厂流 水线的智能化管理 电梯智能化控制 各种报警系统 与计算机 联网构成 二级控制系统等 在家用电器中的应用 现在的家用电器基本上都采用了单 片机控制 从电饭煲 洗衣机 电 第 3 页 7 冰 箱 空 调 机 彩 电 其 他 音 响 视 频 器 材 再 到 电 子 秤 量 设 备 五 花 八 门 无所不在 在计算机网络和通信领域中的应用 现代的单 片机普遍具备通信接口 可以很方便地与计算机进行数据通 信 为在计算机网络和通 信设备间的应用提供了极好的物质条件 现在的 通信设备基本上都实现了单片机智能 控制 从手机 电话机 小型程控交 换机 楼宇自动通信呼叫系统 列车无线通信 再到日常工作中随处可见 的移动电话 集群移动通信 无线电对讲机等 单片机在 医用设备领域中的应用 单片机在医用设备中的用途亦相当广泛 例如医用呼吸机 各 种分析 仪 监护仪 超声诊断设备及病床呼叫系统等等 在各种大型电器中的模块 化应用 某些专用单片机设计用于实现特定功能 从而在各种电路中进行模块 化应用 而不要求使用人员了解其内部结构 如音乐集成单片机 看似简 单的功能 微缩在 纯电子芯片中 有别于磁带机的原理 就需要复杂的 类似于计算机的原理 如 音 乐信号以数字的形式存于存储器中 类似于 ROM 由 微 控 制 器 读 出 转 化 为 模 拟 音 乐 电 信 号 类 似 于 声 卡 在大型电路中 这种模块 化应用极大地缩小了体积 简化了电路 降 低了损坏 错误率 也方便于更换 此 外 单片机在工商 金融 科研 教育 国防航空航天等领域都有 着十分广泛的用途 第 4 页 第二章 MCS 51 单片机简介 2 1 MCS 51 单 片 机 结 构 及 引 脚 说 明 MCS 51 单 片 机 是 美 国 INTE 公 司 于 1980 年 推 出 的 产 品 与 M CS 48 单 片机相比 它的结构更先进 功能更强 在原来的基础上增加了更多的电 路 单 元 和 指 令 指 令 数 达 111 条 MCS 51 单 片 机 可 以 算 是 相 当 成 功 的 产 品 一 直 到 现 在 MCS 51 系 列 或 其 兼 容 的 单 片 机 仍 是 应 用 的 主 流 产 品 MCS 51 系 列 单 片 机 主 要 包 括 8031 8051 和 8751 等 通 用 产 品 2 1 1 MCS 51 单 片 机 结 构 框 架 图 2 1 1 MCS 51 单 片 机 结 构 框 架 第 5 页 2 1 2 MCS 51 的 引 脚 说 明 MCS 51 系 列 单 片 机 中 的 8031 8051 及 8751 均 采 用 40Pi n 封 装 的 双 列 直 接 DIP 结 构 右 图 是 它 们 的 引 脚 配 置 40 个 引 脚 中 正 电 源 和 地 线 两 根 外 置 石 英 振 荡 器 的 时 钟 线 两 根 4 组 8 位 共 32 个 I O 口 中 断 口 线 与 P3 口线复用 现在我们对这些引脚的功能加以说明 3 如 图 2 1 2 图 2 1 2 Pi n 9 RESET V p d 复 位 信 号 复 用 脚 当 8051 通 电 时 钟 电 路 开 始 工 作 在 RESET 引 脚 上 出 现 24 个 时 钟 周 期 以 上 的 高 电 平 系 统 即 初 始 复 位 初 始 化 后 程 序 计 数 器 PC 指 向 0000H P0 P3 输 出 口 全 部 为 高 电 平 堆 栈 指 针 写 入 07H 其 它 专 用 寄 存 器 被 清 0 RESET 由 高 电 平 下 降 为 低 电 平 后 系 统 即 从 0000H 地 址 开 始 执 行 程 序 然 而 初 始 复 位 不 改 变 R AM 包 括 工 作 寄 存 器 R0 R7 的 状 态 8051 的 初 始 态 8051 的 复 位 方 式 可 以 是 自 动 复 位 也 可 以 是 手 动 复 位 见 下 图 2 1 3 此 外 RESET V p d 还 是 一 复 用 脚 V c c 掉 电 其 间 此 脚 可 接 上 备 用 电 源 以 保 证 单 片 机 内 部 RAM 的 数 据 不 丢 失 p a g e 3 图 2 1 3 Pi n 30 ALE 当访问外部程序器时 ALE 地 址 锁 存 的 输 出 用 于 锁 存 地 址 的 低 位 字 节 而 访 问 内 部 程 序 存 储 器 时 AL E 端 将 有 一 个 1 6 时 钟 频 率的正脉冲信号 这个信号可以用于识别单片机是 否工作 也可以当作一 个 时 钟 向 外 输 出 更 有 一 个 特 点 当 访 问 外 部 程 序 存 储 器 ALE 会 跳 过 一 第 6 页 个 脉 冲 如 果 单 片 机 是 EPROM 在 编 程 其 间 将用于输入编程 脉冲 Pi n 29 当 访 问 外 部 程 序 存 储 器 时 此 脚 输 出 负 脉 冲 选 通 信 号 PC 的 16 位 地 址 数 据 将 出 现 在 P0 和 P2 口 上 部 程 序 存 储 器 则 把 指 令 数 据 放 外 到 P0 口 上 由 CPU 读 入 并 执 行 Pi n 31 EA V p p 程 序 存 储 器 的 内 外 部 选 通 线 8051 和 8751 单 片 机 内 置 有 4k B 的 程 序 存 储 器 当 EA 为 高 电 平 并 且 程 序 地 址 小 于 4k B 时 读 取 内 部 程 序 存 储 器 指 令 数 据 而 超 过 4k B 地 址 则 读 取 外 部 指 令 数 据 如 EA 为 低 电 平 则不管地址大小 一律读取外部 程序存储器指令 显然 对内部无程 序 存 储 器 的 8031 EA 端 必 须 接 地 2 2 中 央 处 理 器 CPU 的 结 构 MCS 51 单 片 机 内 部 有 一 个 8 位 的 CPU 同 时 CPU 内 部 包 含 了 运 算 器 控 制 器 及 若 干 寄 存 器 如 图 4 图 2 2 MCS 51 单 片 机 CPU 内 部 结 构 框 图 第 7 页 图 2 2 中 虚 线 框 内 的 就 是 CPU 的 内 部 结 构 位 的 MCS 51 单 片 机 的 CPU 8 内 部 有 数 术 逻 辑 单 元 ALU Ar i t h m e t i c Lo g i c Un i t 累 加 器 A 8 位 寄 存 器 B 8 位 程 序 状 态 字 PSW 8 位 程 序 计 数 器 PC 有 时 也 称 为 指 令 指 针 即 IP 16 位 地 址 寄 存 器 AR 16 位 数 据 寄 存 器 DR 8 位 指 令 寄 存 器 IR 8 位 指 令 译 码 器 ID 控 制 器 等 部 件 组 成 运 算 器 ALU 的 主 要 功 能 A 算 术 和 逻 辑 运 算 可 对 半 字 节 一 个 字 节 是 8 位 半 个 字 节 就 是 4 位 和单字节数据进行操作 B 加 减 乘 除 加 1 减 1 比 较 等 算 术 运 算 C 与 或 异 或 求 补 循 环 等 逻 辑 运 算 D 位 处 理 功 能 即 布 尔 处 理 器 由 于 ALU 内 部 没 有 寄 存 器 参 加 运 算 的 操 作 数 必 须 放 在 累 加 器 A 中 累加器 A 也用于存放运算结果 程 序 计 数 器 PC PC 的 作 用 是 用 来 存 放 将 要 执 行 的 指 令 地 址 共 16 位 可 对 64 K ROM 直 接 寻 址 PC 低 8 位 经 P0 口 输 出 高 8 位 经 P2 口 输 出 也 就 是 说 程 序 执 行 到 什 么 地 方 序 计 数 器 PC 就 指 到 哪 里 始 终 是 跟 蹿 着 程 序 的 执 行 程 它 我 们 知 道 户 程 序 是 存 放 在 内 部 的 ROM 中 的 们 要 执 行 程 序 就 要 从 ROM 用 我 中 一 个 个 字 节 的 读 出 来 然 后 到 CPU 中 去 执 行 那 么 ROM 具 体 执 行 到 哪 一 条 呢 这 就 需 要 我 们 的 程 序 计 数 器 PC 来 指 示 程 序 计 数 器 PC 具 有 自 动 加 1 的 功 能 从 存 储 器 中 读 出 一 个 字 节 的 指 即 令 码 后 PC 自 动 加 1 指 向 下 一 个 存 储 单 元 指 令 寄 存 器 IR 指令寄存器的作用就是用来存放即将执行的指令代码 下 面 先 简 单 的 介 绍 下 CPU 执 行 指 令 的 过 程 首 先 由 程 序 存 储 器 ROM 中读取指令代码送入到指令寄存器 经译码器译码后再由定时与控制电路 发出相应的 控制信号 从而完成指令的功能 指 令 译 码 器 ID 用于对送入指令寄存器中的指 令进行译码 所谓译码就是把指令转变 成执行此指令所需要的电信号 当指令送入译 码器后 由译码器对该指令 进 行 译 码 根 据 译 码 器 输 出 的 信 号 C PU 控 制 电 路 定 时 地 产 生 执 行 该 指 令 所需的各种控制信号 使单片机正 确的执行程序所需要的各种操作 地 址 寄 存 器 AR 16 位 第 8 页 AR 的 作 用 是 用 来 存 放 将 要 寻 址 的 外 部 存 储 器 单 元 的 地 p a g e 4 址 信 息 指 令 码 所 在 存 储 单 元 的 地 址 编 码 由 程 序 计 数 器 P C 产 生 而 指 令 中 操 作 数 所 在 的 存储单元地址码 由指令的操作数给定 从上图中我们可以看到 地址寄 存 器 AR 通 过 地 址 总 线 AB 与 外 部 存 储 器 相 连 数 据 寄 存 器 DR 用 于 存 放 写 入 外 部 存 储 器 或 I O 端 口 的 数 据 信 息 可 见 数 据 寄 存 器 对 输 出 数 据 具 有 锁 存 功 能 数 据 寄 存 器 与 外 部 数 据 总 线 DB 直 接 相 连 程 序 状 态 字 PSW 用于记录运算过程中的状态 如是否溢出 进位等 时序部件 由时钟电路和脉 冲分配器组成 用于产生微操作控制部件所需的定时 脉冲信号 2 3 AT89C51 单 片 机 的 存 储 器 单片机的结构有两种类型 一种是程序存储器和数据存储器分开的形 式 即 哈 佛 Ha r v a r d 结 构 另 一 种 是 采 用 通 用 计 算 机 广 泛 使 用 的 程 序 存 储 器 与 数 据 存 储 器 合 二 为 一 的 结 构 即 普 林 斯 顿 Pr i n c e t o n 结 构 INTEL 的 MCS 51 系 列 单 片 机 采 用 的 是 哈 佛 结 构 的 形 式 2 3 1 程 序 存 储 空 间 程序存储空间可以被映射为内部程序存储器或者 外部程序存储器 AT89C51 单 片 机 内 部 具 有 的 4KB 程 序 存 储 器 被 映 射 到 程 序 存 储 空 间 的 0000H 0FFFH 区 间 如 图 1 2 所 示 这 部 分 程 序 存 储 空 间 也 可 以 被 映 射 为 外部程序存储器 它具体被映射为哪一 种程序存储器取决于引脚 引脚 31 所 接 的 电 平 当 引 脚 为 高 电 平 内 部 程 序 存 储 器 被 映 射 到 这 部 分 程 序 存 储 空 间 当 引 脚 为 低 电 平 外 部 程 序 存 储 器 被 映 射 到 这 部 分 程 序 存 储 空 间 高 于 0FFFH 的 程 序 存 储 空 间 只 能 被 映 射 为 外 部 程 序 存 储 器 2 3 2 数 据 存 储 空 间 AT89C51 的 内 部 数 据 存 储 器 有 256 字 节 它 们 被 分 为 两 部 分 高 128 字 节 和 低 128 字 节 低 128 字 节 的 内 部 数 据 存 储 器 是 真 正 的 RAM 区 可 以 被用来写入或读出数据 这 一部分存储容量不是很大 但有很大的作用 它 可 以 进 一 步 被 分 为 3 部 分 如 图 2 3 1 所 示 第 9 页 图 2 3 1 内 部 数 据 存 储 器 低 128 字 节 在 内 部 数 据 存 储 器 低 128 字 节 中 地 址 从 00H 1FH 的 最 低 32 个 字 节 组成 4 组工作寄存 器 每组有 8 个工作寄存器 每组中的 8 个工作寄存器 都 被 命 名 为 从 R0 到 R7 在 一 个 具 体 时 刻 CPU 只 能 使 用 其 中 的 一 组 工 作 寄 存 器 当 前 正 在 使 用 的 工 作 寄 存 器 组 由 位 于 高 128 字 节 的 程 序 状 态 字 寄 存 器 PSW 中 第 3 位 RS0 和 第 4 位 RS1 的 数 据 决 定 程 序 状 态 字 寄 存 器中的数据可以通过编程来改变 这种功能为保护工作寄存 器的内容提供 了很大的方便 如果用户程序中不需要全部使用 4 组工作寄存器 那 么剩 下的工作寄存器所对应的内部数据存储器也可以作为通用数据存储器使 用 工 作 寄 存 器 在 内 部 数 据 存 储 器 中 的 地 址 映 射 如 表 1 1 所 示 表 1 1 0 组 RS1 0 RS0 0 地址 00H 01H 02H 03H 04H 05H 06H 07H 5 工作寄存器地址映射表 2 组 RS1 1 RS0 0 寄存器 R0 R1 R2 R3 R4 R5 R6 R7 1 组 RS1 0 RS0 1 3 组 RS1 1 RS0 1 寄存器 R0 R1 R2 R3 R4 R5 R6 R7 地址 08H 09H 0 AH 0BH 0CH 0DH 0EH 0FH 地址 p a g e 5 10H 11H 12H 13H 14H 15H 16H 17H 寄存器 R0 R1 R2 R3 R4 R5 R6 R7 地址 18H 19H 1 AH 1BH 1CH 1DH 1EH 1FH 寄存器 R0 R1 R2 R3 R4 R5 R6 R7 在 工 作 寄 存 器 区 上 面 内 部 数 据 存 储 器 的 地 址 从 20H 2FH 的 16 个 字 节范围内 既可以通过字节寻址的方式进入 也可以通过位寻址的 方式进 入 位 地 址 范 围 从 00H 到 7FH 字 节 地 址 与 位 地 址 的 对 应 关 系 如 表 1 2 所 示 第 10 页 表 1 2 位 字 址 2FH 2EH 2DH 2CH 2BH 2 AH 29H 28H 27H 26H 25H 24H 23H 22H 21H 20H 7F 7 7 6F 67 5F 57 4F 47 3F 37 2F 27 1F 17 0F 07 7E 76 6E 66 5E 56 4E 46 3E 36 2E 26 1E 16 0E 06 字节地址与位地址的关系 地 址 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 节 地 D7 7D 75 6D 65 5D 55 4D 45 3D 35 2D 25 1D 15 0D 05 7C 74 6C 64 5C 54 4C 44 3C 34 2C 24 1C 14 0C 04 7B 73 6B 63 5B 53 4B 43 3B 33 2B 23 1B 13 0B 03 7A 72 6A 62 5A 52 4A 42 3A 32 2A 22 1A 12 0A 02 79 71 69 61 59 51 49 41 39 31 29 21 19 11 09 01 78 70 68 60 58 50 48 40 38 30 28 20 18 10 08 00 内 部 数 据 存 储 器 地 址 从 30H 7FH 部 分 仅 可 以 用 作 通 用 数 据 存 储 器 内 部 数 据 存 储 器 的 高 128 字 节 被 称 为 特 殊 功 能 寄 存 器 SFR 区 特 殊 功 能 寄 存 器 被 用 作 CPU 和 在 片 外 围 器 件 之 间 的 接 口 它 们 之 间 的 联 系 方 框 图 如 图 2 3 2 所 示 图 2 3 2 特 殊 功 能 寄 存 器 SFR 工 作 框 图 CPU 通 过 向 相 应 的 特 殊 功 能 存 储 器 写 入 数 据 实 现 控 制 对 应 的 在 片 外 围 器件的工作 从相应的特殊功能存储器读出数据实现读取对应的 在片外围 第 11 页 器件的工作结果 在 AT89C51 单 片 机 中 包 括 前 面 提 到 的 程 序 状 态 字 寄 存 器 PSW 的 特 殊 功 能 存 储 器 共 有 26 个 们 离 散 地 分 布 在 80H FFH 的 内 部 数 据 存 储 器 地 它 址 空 间 范 围 内 如 表 1 3 所 示 表 1 3 F8 H F0 H E8 H E0 H D8 H D0 H C8 H C0 H B8 H B0 H A8 H A0 H 98H 90H 8 8H 80H IP P3 IE P2 SCON P1 TCON P0 TMOD SP TL0 DP0 L TL1 DP0 H TH0 DP1 L T H1 DP1 H AUX R PCON SBUF AUX R1 WDERST PSW ACC B AT89C51 单 片 机 特 殊 功 能 存 储 器 地 址 映 射 表 FFH F7 H EFH E7 H DFH D7 H CFH C7 H BFH B7 H AFH A7 H 9FH 97H 8FH 87H 在 表 1 3 中 对 于 没 有 定 义 的 存 储 单 元 用 户 不 能 使 用 如 果 向 这 些 存 储单元写入数据将产生不确定的效果 它们读取数据将得到一 个随机数 从 对 于 字 节 地 址 低 位 为 8H 或 者 FH 的 特 殊 功 能 存 储 p a g e 6 器 既 可 以 进 行 字 节 操作 也可以进行位操作 例如前面提到的用来确定当 前工作寄存器组的 程 序 状 态 字 寄 存 器 PSW 它 的 地 址 为 D0H 因 此 对 它 可 以 进 行 字 节 操 作 也可以进行位操作 采用位操作可以直接控 制程序状态字寄存器中的第 3 位 RS0 或 第 4 位 RS1 数 据 而 不 影 响 其 他 位 的 数 据 低 位 地 址 不 为 8H 或 FH 的 特 殊 功 能 存 储 器 只 可 以 进 行 字 节 操 作 需 要 修 改 这 些 特 殊 功 能 存 当 储器中的某些位 时 对其他的位应注意保护 片 外 数 据 存 储 空 间 可 以 被 映 射 为 数 据 存 储 器 扩 展 的 输 入 输 出 接 口 模 拟 数 字 转 换 器 和 数 字 模 拟 转 换 器 等 这 些 外 围 器 件 统 一 编 址 所 有 外 围 器 件 的 地 址 都 占 用 数 据 存 储 空 间 的 地 址 资 源 因 此 CPU 与 片 外 外 围 器 件 进 行 数 据 交 换 时 可 以 使 用 与 访 问 外 部 数 据 存 储 器 相 同 的 指 令 CPU 通 过 向 相应的外部数据存储器地址单元写入数据实现控制对 应的片外外围器件的 工作 从相应的外部数据存储器地址单元读出数据实现读取对应 的片外外 围器件的工作结果 第 12 页 第三章 LED 数码管及 74LS373 简介 数码管是一种半导体发光器件 其基本单元是发光二极管 3 1 数 码 管 的 分 类 数 码 管 按 段 数 分 为 七 段 数 码 管 和 八 段 数 码 管 八 段 数 码 管 比 七 段 数 码 管 多 一 个 发 光 二 极 管 单 元 多 一 个 小 数 点 显 示 按 能 显 示 多 少 个 8 可 分 为 1 位 2 位 4 位 等 等 数 码 管 按 发 光 二 极 管 单 元 连 接 方 式 分 为 共 阳 极 数码管和共阴极 数码管 共阳极数码管是指将所有发光二极管的阳极接到 一 起 形 成 公 共 阳 极 COM 的 数 码 管 共 阳 极 数 码 管 在 应 用 时 应 将 公 共 极 COM 接 到 5V 当 某 一 字 段 发 光 二 极 管 的 阴 极 为 低 电 平 时 相 应 字 段 就 点 亮 当 某 一 字 段 的 阴 极 为 高 电 平 时 相 应 字 段 就 不 亮 共 阴 极 数 码 管 是 指 将 所 有 发 光 二 极 管 的 阴 极 接 到 一 起 形 成 公 共 阴 极 COM 的 数 码 管 阴 极 数 码 管 在 共 应 用 时 应 将 公 共 极 COM 接 到 地 线 GND 上 当 某 一 字 段 发 光 二 极 管 的 阳 极 为 高电平时 相应字段就点亮 当某一字段的阳极为低电平时 相应字段就 不亮 3 2 数 码 管 的 驱 动 方 式 数码管要正常显示 就要用驱动电路来驱动数码管的各个段码 从而显示出我 们要的数字 因此根据数码管的驱动方式的不同 可以 分为静态式和动态式两类 3 2 1 静 态 显 示 驱 动 静态驱动也称直流驱动 静态驱动是指每个数码管的每一 个段码 都 由 一 个 单 片 机 的 I O 端 口 进 行 驱 动 或 者 使 用 如 B C D 码 二 十 进 制 译 码器译码进行驱动 静态驱动的优点是编程简单 显示亮 度高 缺点 是 占 用 I O 端 口 多 驱 动 5 个 数 码 管 静 态 显 示 则 需 要 5 8 40 根 I O 如 端 口 来 驱 动 要 知 道 一 个 8 9 S 5 1 单 片 机 可 用 的 I O 端 口 才 3 2 个 呢 实 际 应 用 时 必 须 增 加 译 码 驱 动 器 进 行 驱 动 增 加 了 硬 件 电 路 的 复 杂 性 3 2 2 动 态 显 示 驱 动 数码管动态显示接口是单片机中应用最为广泛的一种显示方式之一 动 态 驱 动 是 将 所 有 数 码 管 的 8 个 显 示 笔 划 a b c d e f g d p 的 同 名 端 连 第 13 页 在 一 起 外 为 每 个 数 码 管 的 公 共 极 COM 增 加 位 选 通 控 制 电 各 自 独 立 的 I O 另 线控制 当单片机输出字形码时 所有数码管都接收到 相同的字形码 但 究 竟 是 那 个 数 码 管 会 显 示 出 字 形 取 决 于 单 片 机 对 位 选 通 COM 端 电 路 的 控 制 所以我们只要将需要显示的数码管的选 通控制打开 该位就显示出字 形 没 有 选 通 的 数 码 管 就 不 会 亮 通 过 分 时 轮 流 控 制 各 个 数 码 管 的 COM 端 就使各个数码管轮流受控显示 这就是动态驱动 在轮流显示过程中 每 位 数 码 管 的 点 亮 时 间 为 1 2m s p a g e 7 由 于 人 的 视 觉 暂 留 现 象 及 发 光 二 极 管 的 余 辉 效 应 尽 管 实 际 上 各 位 数 码 管 并 非 同 时 点 亮 但 只 要 扫 描 的 速 度 足 够 快 给人的印象就是一组稳定的显示数据 不会有闪烁感 动态显示的效果和 静 态 显 示 是 一 样 的 能 够 节 省 大 量 的 I O 端 口 而 且 功 耗 更 低 3 3 数 码 管 应 用 数码管是一类显示屏 通过对其不同的管脚输入相对的电流会使其发 亮从而显示 出数字 可以显示 时间 日期 温度等所有可以用数字代替的参数 由于它的价 格便宜使用简单 所以在电器特别是家电领域应用极为广 泛 如 空调 热水器 冰 箱等等 绝大多数热水器用的都是数码管其他家电也用液晶屏与荧光屏 3 4 数 码 管 使 用 的 电 流 与 电 压 电 流 静 态 时 推 荐 使 用 10 15m A 动 态 时 16 1 动 态 扫 描 时 平 均 电 流 为 4 5m A 峰 值 电 流 50 60m A 电 压 当 选 择 红 色 时 使 用 1 9V 当 选 择 绿 色 时 使 用 2 1V 3 5 74LS373 简 介 74LS373 是 一 种 带 三 态 门 的 8D 锁 存 器 其 管 脚 示 意 图 如 下 示 其 中 1D 8D 为 8 个 输 入 端 1Q 8Q 为 8 个 输 出 端 LE 为 数 据 打 入 端 当 LE 为 1 时 锁 存 器 输 出 状 态 同 输 入 状 态 当 LE 由 1 变 0 时 数 据 打入锁存器 OE 为 输 出 允 许 端 当 OE 0 时 三 态 门 打 开 当 OE 1 时 三 态 门 关 闭 输 出 高 阻 第 14 页 第四章 4 1 系 统 功 能 介 绍 电子钟功能介绍 1 采 用 六 位 数 码 管 显 示 小 时 分 钟 秒 并 且 可 以 任 意 设 定 时 间 2 可 以 查 看 并 且 设 定 日 期 日 期 采 用 年 月 日 的 显 示 方 式 3 可 以 查 看 并 设 定 闹 钟 闹 钟 的 显 示 方 式 采 用 与 时 间 相 同 的 显 示 方 式 4 可 以 查 看 并 设 定 星 期 数 码 管 的 最 后 一 位 显 示 星 期 用 数 字 8 表 示 星期日 5 系 统 设 定 详 细 说 明 系统的初始状态为显示时钟状态 此时显示小时 分钟 秒 初始状 态 下 按 S0 键 进 入 时 间 调 整 程 序 按 S1 键 查 看 闹 钟 按 S2 键 查 看 日 期 按 S3 键 查 看 星 期 进 入 时 间 调 整 状 态 后 首 先 调 整 分 钟 此 时 分 钟 闪 烁 显 示 按 S1 键 加 一 按 S2 键 减 一 按 S0 键 开 始 调 整 小 时 此 时 小 时 闪 烁 显 示 按 S 1 键 加 一 按 S2 键 减 一 再 按 S0 键 后 系 统 返 回 到 显 示 时 间 状 态 在 调 整 时 间 状 态 下 按 下 S3 键 进 入 调 整 闹 钟 状 态 时 显 示 原 先 的 闹 钟 此 时 间 并 且 闹 钟 分 钟 闪 烁 显 示 此 时 按 S1 键 加 一 按 S2 键 减 一 调 整 后 按 S0 键 转 换 到 闹 钟 小 时 调 整 单 元 此 时 按 S1 键 加 一 按 S2 键 减 一 闹 钟 调 整 完 毕 后 按 0 键 回 到 调 整 时 间 状 态 按 S3 键 转 到 调 整 日 期 状 态 在 调 整 日 期 状 态 下 日 单 元 闪 烁 显 示 此 时 按 S1 键 加 一 按 S 2 键 减 一 按 下 S0 键 进 入 调 整 月 此 时 按 S1 键 加 一 按 S2 键 减 一 按 下 S0 键 进 入 调 整 年 此 时 按 S1 键 加 一 按 S2 键 减 一 此 时 按 下 S0 键 返 回 到 调 整 时 间 状 态 按 下 S3 键 进 入 调 整 星 期 状 态 在 调 整 星 期 状 态 下 星 期 闪 烁 显 示 此 时 按 S1 键 加 一 按 S2 键 减 一 按 下 S0 键 返 回 到 调 整 时 间 状 态 此 时 分 钟 闪 烁 显 示 按 S0 键 开 始 调 整 小 时 此 时 小 时 闪 烁 显 示 再 按 S0 键 后 系 统 返 回 到 显 示 时 间 状 态 4 2 软 件 设 计 流 程 程序流程如下图所示 第 15 页 p a g e 8 图 4 2 1 主 程 序 流 程 图 第 16 页 图 4 2 2 计 时 中 断 服 务 程 序 流 程 图 4 3 电 子 钟 程 序 清 单 见附录 第 17 页 第五章 电子钟软件实现仿真 5 1 单 片 机 模 拟 调 试 软 件 Ke i l 5 1 1 Ke i l 单 片 机 模 拟 仿 真 调 试 软 件 的 安 装 和 启 动 Ke i l 单 片 机 模 拟 调 试 软 件 是 目 前 获 得 广 泛 应 用 的 一 种 开 发 MCS51 系 列 兼 容 单 片 机 的 软 件 该 软 件 可 以 从 Ke i l 公 司 中 国 代 理 处 购 买 也 可 以 从 Ke i l 公 司 的 网 站 h t t p w w w k e i l c o m 上 下 载 它 的 免 费 评 估 Ev a l 版本 下 载 获 得 的 Ke i l 单 片 机 模 拟 调 试 软 件 是 一 个 压 缩 包 压 后 执 行 其 中 解 的 Se t u p e x e 程 序 就 可 以 安 装 这 个 软 件 件 的 安 装 过 程 与 一 般 的 Wi n d o w s 软 应 用软件类似 只要按照安装提示操作即可 这里不作详细介绍 仅需要 注 意 的 是 安 装 方 式 要 选 择 Ev a l Vi s i o n 安 装 Ke i l 单 片 机 模 拟 调 试 软 件 安 装 完 成 以 后 计 算 机 桌 面 上 将 产 生 一 个 标 注 有 Ke i l Vi s i o n 2 的 图 标 双 击 这 个 图 标 就 可 以 进 入 Ke i l 单 片 机 模 拟 调 试 软 件 的 集 成 开 发 环 境 1 0 集 成 开 发 环 境 的 界 面 如 图 5 1 所 示 初 次 进入的集成开发环境界面中只包括空的工程管理窗口和输出窗 口 图 5 1 Ke i l 单 片 机 模 拟 调 试 软 件 的 集 成 开 发 环 境 5 1 2 工 程 Pr o j e c t 的 建 立 Ke i l 单 片 机 模 拟 调 试 软 件 对 MCS51 单 片 机 应 用 系 统 的 软 件 开 发 过 程 采 用 工 程 Pr o j e c t 管 理 工 程 保 存 着 程 序 编 辑 的 信 息 和 程 序 调 试 的 环 境 在开始编写程序之前首 先应该建立一个工程 新建一个工程之前通常还需 要建立一个文件夹 后面产生的工 程文件和源程序文件等都将存储在这个 第 18 页 文件夹之中 在 如 图 5 1 所 示 的 集 成 开 发 环 境 的 窗 口 中 选 择 Pr o j e c t Ne w Pr o j e c t 命 令 将 打 开 建 立 新 工 程 的 对 话 框 如 图 5 2 所 示 图 5 2 建立新工程的对话框 在 保存在 拉列表框中选择新建工程将要存储的文件夹名 文 下 在 件 名 文 本 框 中 输 入 工 程 的 名 称 注 意 对 于 工 程 不 要 添 加 扩 展 名 单 击 保 存 按钮即可完成一个工程的创建 单击 保存 按钮在完成 一个工程创建的同时也打开了单片机芯片型 号 选 择 对 话 框 如 图 5 3 所 示 的 对 话 框 已 经 完 成 了 芯 片 型 号 的 选 择 图 5 3 单片机芯片型号选择对话框 Ke i l 单 片 机 模 拟 调 试 软 件 支 持 许 多 公 司 生 产 的 MCS51 单 片 机 兼 容 产 品 如 前 所 述 本 书 应 用 电 路 中 采 用 At m e l 公 司 的 AT89C51 芯 片 下 面 以 这款芯片为例介绍如何实现选择 在 图 5 3 所 示 的