畢業(yè)論文-基于單片機AT89C51的簡易電子琴

1、濟南職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計（論文)（專科2012屆） 院（系）：電子電氣工程系 課 題: 基于單片機的簡易電子琴 專 業(yè)：生產(chǎn)過程自動化 班 級：自動化一班 學生姓名： 指導老師： 學 號：201208021102 日 期：2012年05月06日濟南職業(yè)技術(shù)學院2012屆畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告（2008屆）學 院、系： 電子電氣工程系 專 業(yè)： 生產(chǎn)過程自動化 學 生 姓 名： 班 級： 一班 學號 02 指導教師姓名： 職稱 2007年 12月題目：基于單片機原理的簡易電子琴系統(tǒng) 一、課題研究的意義 由于一首音樂是許多不同的音階組成的，而每個音階對應著不同的頻率，這樣我們就可以利用不同的頻率

2、的組合，即可構(gòu)成我們所想要的音樂了，這些方面對于單片機來說就非常的方便。我們可以利用單片機的定時/計數(shù)器T0來產(chǎn)生這樣方波頻率信號，對于一首歌我們只要把這首歌的音階對應的頻率關(guān)系弄正確即可得到節(jié)拍?；趩纹瑱C原理的電子琴大大簡化了以前傳統(tǒng)的音樂產(chǎn)生電路，使得元件得到減少，生產(chǎn)成本降低而且性能也得到了提高，并且耗能也降低了。我通過收集、查閱與發(fā)聲原理、聲音的產(chǎn)生電路有關(guān)的文獻資料以及仿真調(diào)試軟件的使用使我對單片機的應用前景有了深刻的了解。二.要研究或解決的問題、擬采用的方法或技術(shù)路線：一) 要解決的問題: 1)發(fā)聲原理與聲音的產(chǎn)生電路設(shè)計 2）喇叭放聲放大電路的設(shè)計和制作 3）源程序的編寫二）擬

3、采用的方法或路線：(1) 基本功能：1能夠發(fā)出1.2.3.4.5.6.7等七個音符。2自選一首歌曲，按下啟動鍵后，能自動演奏完該樂曲。 (2)方法或路線：該簡易電子琴通過控制單片機內(nèi)部的定時器T0來產(chǎn)生不同頻率的方波,驅(qū)動喇叭發(fā)出不同音節(jié)的聲音.再利用延遲來控制發(fā)音時間的長短,即可控制音調(diào)中的節(jié)拍.把樂譜中的音符對應的頻率轉(zhuǎn)換為定時常數(shù),把相應的節(jié)拍變換為定時常數(shù),然后作成表格存放在儲存器中,由程序查表得到定時常數(shù)和延時常數(shù),分別用以控制定時器產(chǎn)生方波的頻率和該頻率方波的持續(xù)時間.當延遲常數(shù)到時,再查下一個音符的定時常數(shù)和延遲常數(shù).依次進行下去,就可演奏悅耳動聽的音樂.將某一首音樂的簡譜變換成

4、為常數(shù)表,計算機順序調(diào)入時間常數(shù)并以中斷方式執(zhí)行,從P1.7來輸出方波驅(qū)動喇叭,發(fā)出不同音節(jié)的聲音,節(jié)拍的控制可通過調(diào)用200Ms延時子程序的次數(shù)來實現(xiàn).單片機的晶振頻率為12Hz,樂譜中的音符,頻率及定時常數(shù)的關(guān)系:T0=216-1/2f*ti；其中f為音符對應的頻率;ti為內(nèi)部計時一次所用時間.例如:音調(diào)1對應的頻率524Hz,其半周期T/2=1/2f=0.95Ms,用定時器T0方式1定時是器定時常數(shù)計算公式得到定時常數(shù)為16進制的FE25. 三、成果預測： 自選一首歌曲，按下啟動鍵后，能自動演奏完該樂曲。1能夠發(fā)出1.2.3.4.5.6.7等七個音符。2自選一首歌曲，按下啟動鍵后，能自動

5、演奏完該樂曲。四、時間進度計劃：12007年11月14日： 任務(wù)書下達日期 22007年12月30日：仔細閱讀設(shè)計任務(wù)書，明確設(shè)計任務(wù)與要求，收集設(shè)計資料，準備設(shè)計工具。32008年1月1日2008年2月15日：確定控制方案，寫出指令程序清單；設(shè)計控制系統(tǒng)的硬件接線圖。42008年2月15日2008年2月20日：整合與完善。5. 2008年2月20日2008年3月1日：上機調(diào)試并編寫設(shè)計說明書,準備答辯。指導教師意見。指導教師： 年 月 日說明：開題報告作為畢業(yè)設(shè)計（論文）答辯委員會對學生答辯資格審查的依據(jù)材料之一，此報告應在導師指導下，由學生填寫，將作為畢業(yè)設(shè)計（論文）成績考查的重要依據(jù)，經(jīng)

6、導師審查后簽署意見生效。（根據(jù)需要自行調(diào)整開題報告的頁面）目 錄摘要············································&#

7、183;·················································&#

8、183;···············································Abstract ·

9、;··················································

10、;··················································

11、;··································第一章 緒論···············

12、;··················································

13、;··················································

14、;···············61. 1 課題背景·································&

15、#183;·················································&

16、#183;····································61. 2 本文所做的主要工作··········

17、3;·················································

18、3;········································7第二章 系統(tǒng)方案設(shè)計及主控芯片介紹 ······

19、83;·················································

20、83;···························82. 1主體方案·····················

21、··················································

22、··················································

23、8 2. 1 電子琴的總體框圖···············································

24、83;·················································

25、83;·······8 22 主控芯片AT89C51的結(jié)構(gòu)與原理·······································

26、;········································102.2.1 AT89C51單片機的結(jié)構(gòu)······&#

27、183;·················································&#

28、183;··························10 2.2.2 AT89C51單片機的工作原理 ···················&

29、#183;·················································&

30、#183;···15 第三章 硬件電路設(shè)計············································

31、··················································

32、··················17 3. 1發(fā)聲電路······························&

33、#183;·················································&

34、#183;·······································173. 2 數(shù)碼管顯示電路········

35、;··················································

36、;·················································19 3.

37、 3 電源電路設(shè)計················································

38、83;·················································

39、83;············2034 鍵盤設(shè)計····································

40、··················································

41、··································21第四章 樂曲聲音算法··············

42、··················································

43、················································2341音樂頻率的實現(xiàn)&

44、#183;·················································&

45、#183;·················································&

46、#183;·······2342音樂節(jié)拍的實現(xiàn)········································&#

47、183;·················································&#

48、183;··················24第五章 系統(tǒng)軟件設(shè)計·····························&#

49、183;·················································&#

50、183;································2851系統(tǒng)程序流程···············

51、3;·················································

52、3;··············································2852 鍵盤掃描程序流程圖·&#

53、183;·················································&#

54、183;··············································29總結(jié) ··

55、83;·················································

56、83;·················································

57、83;·····································30 致謝 ···········

58、83;·················································

59、83;·················································

60、83;····························31 參考文獻 ····················&

61、#183;·················································&

62、#183;·················································&

63、#183;···········32 附錄1 ·····································

64、··················································

65、··················································

66、·33 程序················································&

67、#183;·················································&

68、#183;···········································34 40摘 要 在現(xiàn)代各種生活中，電子琴作為一種音樂型玩具 ，廣泛用于與

69、人們的日常生活中。市場上有各種各樣的電子琴。特別是日本產(chǎn)的，音質(zhì)優(yōu)美，它是有專門的音樂控制芯片制造的。由于其價格較貴，無法大面積普及，且功能單一。用89c51作為主控中心，研制一種簡易的微型電子琴，盡可能地體現(xiàn)較好的音質(zhì)來，是一種可做的嘗試。以單片機為核心設(shè)計的簡易電子琴系統(tǒng)，由按鍵掃描電路、聲音產(chǎn)生驅(qū)動電路、復位電路、等模塊組成的，是一種比較實用、廉價的電子玩具。本論文所設(shè)計的簡易電子琴，它分為兩大部分，硬件電路的設(shè)計和軟件的設(shè)計。硬件電路的設(shè)計以AT89S51單片機為控制主板，輔以外圍的擴展設(shè)備蜂鳴器、矩陣鍵盤、共陽數(shù)碼管，形成一個可被控制的顯示系統(tǒng)。軟件設(shè)計通過控制單片機內(nèi)部的定時器T0

70、來產(chǎn)生不同頻率的方波,驅(qū)動喇叭發(fā)出不同音節(jié)的聲音.再利用延遲來控制發(fā)音時間的長短,即可控制音調(diào)中的節(jié)拍.把樂譜中的音符對應的頻率轉(zhuǎn)換為定時常數(shù),把相應的節(jié)拍變換為定時常數(shù),然后作成表格存放在儲存器中,由程序查表得到定時常數(shù)和延時常數(shù),分別用以控制定時器產(chǎn)生方波的頻率和該頻率方波的持續(xù)時間.當延遲常數(shù)到時,再查下一個音符的定時常數(shù)和延遲常數(shù).依次進行下去,就可演奏悅耳動聽的音樂.主要實現(xiàn) 1能夠發(fā)出1.2.3.4.5.6.7等七個音符。2能自動演奏完，自選的一首歌曲兩種功能。關(guān)鍵字：簡易電子琴 單片機 矩陣鍵盤 定時器AbstractIn the modern variety of life,

71、the flower as a musical toys, widely used and people's daily life. There are all kinds of market flower. Japan is particularly middle, sounding, it is a dedicated music control of the chip maker. Because of its expensive price, not a popular area, and single function. 89 c51 used as a control ce

72、ntre, the development of a simple micro-organ, as far as possible, to reflect a better quality, is an attempt to do. MCU core design for a simple flower, from the button scanning circuit, a driver circuit voice, reset circuit, such as modules, is a more practical and inexpensive electronic toys. In

73、this paper the design of simple flower, which are divided into two parts, hardware circuit design and software design. Hardware circuit design to AT89S51 microcontroller for the control board, supported by the expansion of the external equipment buzzer, matrix keyboard, a total of Yang digital form

74、can be controlled by a display system. SCM software designed to control the internal timer T0 to produce different frequency square wave, driving a different syllable speaker's voice. Reuse delayed to control the length of pronunciation, pitch in to control the beat. Notation in the notes conver

75、ted to thecorresponding frequency timing constant, corresponding to the beats of the time constant transformation, and then make tables stored in memory, table look-up procedures are regularly by the constant and delay constant, a timer were used to control the square wave The frequency square-wave

76、frequency and duration. constant when the delay time, a note to check the timing of constant delays and constant. were out of the question, can perform really pleasant to hear music. main one "can be issued 1.2.3.4.5.6 .7 seven notes. 2 "can automatically perform End, the one-on-demand son

77、gs two functions. Key word ：Simple flower MCU Matrix keyboard Timer 緒論1.1 課題背景單片機自1976年由Intel公司推出MCS-48開始，迄今已有二十多年了。由于單片機集成度高、功能強、可靠性高、體積小、功耗地、使用方便、價格低廉等一系列優(yōu)點，目前已經(jīng)滲入到人們工作和生活的方方面面，幾乎“無處不在，無所不為”。單片機的應用領(lǐng)域已從面向工業(yè)控制、通訊、交通、智能儀表等迅速發(fā)展到家用消費產(chǎn)品、辦公自動化、汽車電子、PC機外圍以及網(wǎng)絡(luò)通訊等廣大領(lǐng)域。按照內(nèi)部數(shù)據(jù)通道的寬度，單片機可分為4位、8位、16位及32位等。單片機的中央

78、處理器（CPU）和通用微處理器基本相同，只是增設(shè)了“面向控制”的處理功能。例如：位處理、查表、多種地址訪問方式、多種跳轉(zhuǎn)、乘除法運算、狀態(tài)監(jiān)測、中斷處理等，增強了實時性。單片機有兩種基本結(jié)構(gòu)形式:一種是在通用微型計算機中廣泛采用的，將程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器合用一個存儲器空間的結(jié)構(gòu)，稱為普林斯頓（Princeton）結(jié)構(gòu)。另一種是將程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器截然分開，分別尋址的結(jié)構(gòu)，一般需要較大的程序存儲器，目前的單片機以采用程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器截然分開的結(jié)構(gòu)為多。單片微型計算機自從問世以來，作為微型計算機一個很重要的分支，應用廣泛，發(fā)展迅速，尤其是美國Intel公司生產(chǎn)的MCS-51系列單片機，

79、由于其具有集成度高，處理功能強，可靠性高，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，價格低廉等優(yōu)點，在智能儀器儀表、工業(yè)檢測控制、機電一體化等方面取得了令人矚目的成就。本文討論的單片機多功能定時器的核心是目前應用極為廣泛的51系列單片機，配置了外圍設(shè)備，構(gòu)成了一個可編程的計時定時系統(tǒng)，具有體積小，可靠性高，功能強等特點。不僅能滿足所需要求而且還有很多功能可供開發(fā)，有著廣泛的應用領(lǐng)域。20世紀80年代中期以后，Intel公司以專利轉(zhuǎn)讓的形式把8051內(nèi)核技術(shù)轉(zhuǎn)讓給許多半導體芯片生產(chǎn)廠家，如ATMEL、PHILIPS、ANALOG、DEVICES、DALLAS等。這些廠家生產(chǎn)的芯片是MCS-51系列的兼容產(chǎn)品，準確地說是與M

80、CS-51指令系統(tǒng)兼容的單片機。這些兼容機與8051的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)（主要是指令系統(tǒng)）相同，采用CMOS工藝，因而，常用80C51系列來稱呼所有具有8051指令系統(tǒng)的單片機，它們對8051單片機一般都作了一些擴充，更有特點。其功能和市場競爭力更強，不該把它們直接稱呼為MCS-51系列單片機，因為MCS只是Intel公司專用的單片機系列型號。MCS-51系列及80C51單片機有多種品種。它們的引腳及指令系統(tǒng)相互兼容，主要在內(nèi)部結(jié)構(gòu)上有些區(qū)別。目前使用的MCS-51系列單片機及其兼容產(chǎn)品通常分成以下幾類：基本型、增強型、低功耗型、專用型、超8位型、片內(nèi)閃爍存儲器型。本設(shè)計主要是通過對電子琴主體部分的電路

81、進行模仿設(shè)計，達到電子琴固有的基本功能，故叫簡易電子琴。利用定時器可發(fā)出不同頻率的脈沖，不同頻率的脈沖經(jīng)喇叭驅(qū)動電路放大濾波后，就會發(fā)出不同音調(diào)。其次，定時器按設(shè)置的定時參數(shù)產(chǎn)生中斷，這一次中斷發(fā)出脈沖低電平，下一次反轉(zhuǎn)發(fā)出脈沖高電平，由于定時參數(shù)不同，就發(fā)出不同頻率的脈沖，本設(shè)計中按鍵一次，會發(fā)出50個脈沖，松開后隨之延時10個脈沖，但在延時的10個脈沖期間繼續(xù)檢測鍵盤，若此時又有鍵被按下，若被按下的仍為原鍵則聲音不變，否則鍵盤會譯出被按下的另一個鍵的音調(diào)。 我們知道，聲音的頻譜范圍約在幾十到幾千赫茲，若能利用程序來控制單片機某個口線的“高”電平或低電平，則在該口線上就能產(chǎn)生一定頻率的矩形波

82、，接上喇叭就能發(fā)出一定頻率的聲音，若再利用延時程序控制“高”“低”電平的持續(xù)時間，就能改變輸出頻率，從而改變音調(diào)。1.2 本文所做的主要工作本次設(shè)計的簡易電子琴在其功能上能用單片機控制蜂鳴器發(fā)聲，擬合出樂曲曲調(diào)。能夠相應按鍵，進行簡單的樂曲彈奏。本次設(shè)計是以單片機為基礎(chǔ),在論文中大概講述了一下單片機的原理。 在此次設(shè)計中，簡易電子琴的外圍設(shè)備主要有以下二個部分：1、發(fā)聲器件的選擇：發(fā)聲器件比較多，例如喇叭、蜂鳴器、電鈴等。這次發(fā)聲元件采用蜂鳴器，蜂鳴器價格便宜，控制簡單，廣泛用于各種電子產(chǎn)品和玩具。本設(shè)計為保證聲音的響亮，通過三極管進行電流放大，增加聲音的響度。2、按鍵部分的設(shè)計：在本電路的按

83、鍵接口設(shè)計，考慮到按鍵數(shù)量比較多，為了節(jié)省I/O口資源，采用矩陣式鍵盤。通過軟件實現(xiàn)4*4間盤掃描。3、數(shù)碼管顯示電路：為指示出當前演奏的曲目標號和顯示當前按下的鍵號，我們采用1位數(shù)碼管作為顯示部件，為了節(jié)省成本，采用I/O口直接驅(qū)動數(shù)碼管。這樣設(shè)計充分利用了單片機的資源，使此設(shè)計才功能上很豐富、完善。 系統(tǒng)方案設(shè)計及主控芯片介紹按照系統(tǒng)的設(shè)計功能要求，初步確定設(shè)計系統(tǒng)由主控模塊、發(fā)聲模塊，顯示模塊，鍵盤接口模塊4個部分組成，電路系統(tǒng)構(gòu)成圖2.1所示。主控芯片使用80C51系列單片機。發(fā)聲模塊使用的是蜂鳴器，低成本，配以放大電路，可以發(fā)出響亮的聲音。 21主體方案本文就是從單片機AT89C51

84、入手，通過使用AT89C51的內(nèi)部的可編程定時器/計數(shù)器，結(jié)合對外接晶振的調(diào)節(jié)來確定一個合適的振蕩周期，從而確定出內(nèi)部的機器周期。該簡易電子琴通過控制單片機內(nèi)部的定時器T0來產(chǎn)生不同頻率的方波,驅(qū)動喇叭發(fā)出不同音節(jié)的聲音.再利用延遲來控制發(fā)音時間的長短,即可控制音調(diào)中的節(jié)拍.把樂譜中的音符對應的頻率轉(zhuǎn)換為定時常數(shù),把相應的節(jié)拍變換為定時常數(shù),然后作成表格存放在儲存器中,由程序查表得到定時常數(shù)和延時常數(shù),分別用以控制定時器產(chǎn)生方波的頻率和該頻率方波的持續(xù)時間.當延遲常數(shù)到時,再查下一個音符的定時常數(shù)和延遲常數(shù).依次進行下去,就可演奏悅耳動聽的音樂。 其電路圖見附錄1所示。顯示電路（89C51）主

85、控模塊鍵掃描電路發(fā)聲電路2.2 主控器AT89C51的結(jié)構(gòu)及工作原理2.2.1 AT89C51單片機的結(jié)構(gòu)一、 單片機的主要性能特點ATMEL公司生產(chǎn)的AT89C51單片機采用高性能的靜態(tài)80C51設(shè)計，欲先進工藝制造，并帶有非易失性FLASH程序儲存器。它是一它是一種高性能，低功耗的8位CMOS微處理芯片，。主要性能特點有：8KB Flash ROM，可以擦除1000次以上。數(shù)據(jù)保存10年，256字節(jié)內(nèi)部RAM 電源控制模式：時鐘可停止和恢復；空閑模式；掉電模式。6個中斷源4個中斷優(yōu)先級4個8位I/O 口全雙工增強型UART3個16位定時/計數(shù)器，T9，T1和增加的T2全靜態(tài)工作方式：024

86、MHz二 、單片機的引腳功能89C51單片機的引腳圖見圖2.2所示,其中有2條主電源引腳,2條外接晶體引腳,4條控制或其他電源復用引腳,32條I/O引腳。下面分別敘述這些引腳的功能。 圖2.2 89C51單片機的引腳圖VCC（40腳）：接電源+5V。VSS（20腳）：接地 也就是 GND。XTAL1 （19 腳） 和 XATL2（18 腳）：接振蕩電路，單片機是一種時序電路 必須有脈沖信號才能工作 在它的內(nèi)部有一個時鐘產(chǎn)生電路。PSEN（29 腳）：片外 ROM 選通信號,低電平有效.他同樣可以驅(qū)動8個LSTTL輸入。ALE/PROG（30 腳）：地址鎖存信號輸出端/EPROM 編程脈沖輸入端

87、。為了使地址與數(shù)據(jù)不混淆,通常是先送地址再傳送數(shù)據(jù)。ALE將P0口輸出的低8位地址鎖存,從而實現(xiàn)低位地址與數(shù)據(jù)的分離。RST/VPD（9 腳）：復位信號輸入端/備用電源輸入端。當振蕩器運行時，在此引腳上出現(xiàn)兩個機器周期以上的高電平，將使單片機復位。VCC掉電期間,此引腳可以接上備用電源,以保存內(nèi)部RAM的數(shù)據(jù)不丟失;當VCC低于規(guī)定水平時,VPD向內(nèi)部RAM提供備用電源。EA/VPP（31）：內(nèi)/外部 ROM 選擇端。當EA端保持高電平時，不管是否有內(nèi)部程序存儲器，只訪問外部程序存儲器。當EA端保持低電平時，訪問內(nèi)部程序存儲器。P0 口（P0.0P0.7共8個引腳,既39-32 腳）：雙向 三

88、態(tài)I/O 口。在訪問外部存儲器時,可分別用低8位地址線和8位數(shù)據(jù)線;P0口可以驅(qū)動8個LSTTL P1輸入。P1 口（P1.0P1.7共8個引腳,既1-8 腳）P1口是一個帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/0 口,在EPROM編程和程序驗證時,它接受低8位地址,能驅(qū)動4個LSTTL輸入。P2 口（P2.0P2.7共8個引腳,既21-28 腳）：P2口是一個帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/0 口, 在EPROM編程和程序驗證時,它接受高8位地址,能驅(qū)動4個LSTTL輸入。P3 口 （P0.0P0.7共8個引腳,既10-17 腳）：P3口是一個帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/0 口。他是個多用途口。在這8

89、個引腳里，其中P3.2的第二功能是外部中斷0申請輸入端；P3.3的第二功能是外部中斷1申請輸入端；P3.4的第二功能是定時器0申請輸入端。三 、單片機內(nèi)部結(jié)構(gòu)及組成結(jié)構(gòu)單片機是由中央處理器（CPU）、片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器（RAM）、片內(nèi)程序存儲器（ROM）和輸入輸出接口（I/O口）四大部分組成： CPU是單片機的核心部分。其作用是讀入和分析每條指令，根據(jù)指令要求控制各個部件執(zhí)行相應的操作，它包括運算器和控制器兩大部分：一是運算器包括算術(shù)邏輯部件(ALU)、累加器A、暫存寄存器、寄存器B、程序狀態(tài)寄存器（PSW），十進制調(diào)整電路等。運算器主要用于實現(xiàn)算術(shù)/邏輯運算及位操作運算。二是控制器包括時鐘發(fā)生器

90、,定時控制邏輯,指令寄存器,指令譯碼器,程序計數(shù)器PC,程序地址寄存器,數(shù)據(jù)指令寄存器DPTR和堆棧指針SP等?？刂破魇怯脕斫y(tǒng)一指揮和控制計算機進行工作的部件。 單片機存儲器，單片機在物理上有4個存儲空間:片內(nèi)程序存儲器和片外程序存儲器, 片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器和片外數(shù)據(jù)存儲器.8051片內(nèi)有4KB的程序存儲器和256B數(shù)據(jù)存儲器。下面分別介紹程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器。程序存儲器用于存放編好的程序、表格和常數(shù)。8051單片機內(nèi)部有4KB的片內(nèi)ROM和64KB的片外ROM,兩者是統(tǒng)一編址的。數(shù)據(jù)存儲器8051內(nèi)部有256B RAM,片外最多可以擴展64KB RAM。片內(nèi)256 KB RAM按其功能劃分兩部

91、分:低128B位片內(nèi)數(shù)據(jù)RAM區(qū),地址空間為00H7FH;高128B位特殊功能寄存器的區(qū)域.地址空間為80HFFH。內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器低128單元，8051內(nèi)部低128B RAM是真正的RAM,可用于暫存運算結(jié)果及標志位等.按其用途可以分為三部分:工作寄存器區(qū);位尋址區(qū);用戶RAM區(qū)。內(nèi)部RAM的高于128單元是供給特殊功能寄存器使用，因此稱特殊功能寄存器： 指令寄存器IR和指令譯碼器ID。指令寄存器是存放指令代碼的地方。當執(zhí)行指令時，CPU把從程序存儲器中讀取的指令代碼送入指令寄存器，然后指令譯碼器譯碼后由定時控制電路發(fā)生相應的控制信號，最終完成指令所規(guī)定的操作。 程序計數(shù)器PC是一個16位的計

92、數(shù)器。用于存放將要執(zhí)行的指令地址,CPU每讀取指令的一個字節(jié)PC便自動加1,指向本指令的下一個字節(jié)或下一條指令地址,PC可以尋址64KB范圍ROM。 累加器是一個最常用的8位特殊功能寄存器,它可以用于存放操作數(shù),也沒有用于來存放運算結(jié)果。 寄存器B是一個8位寄存器,主要用于乘法和除法的運算, 狀態(tài)字寄存器PSW是8位寄存器,用于存放程序運行狀態(tài)信息,其格式如下圖2.3所示 。 圖2.3 程序狀態(tài)字PSWCY（PSW.7）：進位標志位。在進行加法（或減法）運算時，若運算結(jié)果最高位有進位或借位，則CY自動置“1”，否則CY置“0”，在進行布爾操作運算時，CY（簡稱C）作為布爾處理器。AC(PSW.

93、6)：輔助進位標志位。當進行加法或減法時，若低4位向高4位有進位（或借位）時，AC被置“1”，否則AC被置“0”。在十進制調(diào)整指令中AC還作為十進制調(diào)整的判別位。F0(PSW.5)：用戶標志位。用戶可用軟件對F0位置“1”或清“0”以決定程序的流向。OV(PSW.2)：溢出標志位，當運算結(jié)果溢出時OV為“1”，否則為“0”，此標志位反映了運算結(jié)果是否溢出。P（PSW.0）：奇偶標志位。MCS-51單片機采用的是偶校驗。當累加器A中“1”的個數(shù)為奇數(shù)時，P置“1”，否則P置“0”。此位反映累加器A中內(nèi)容“1”的奇偶性，它常常用于機間通信。RS1(PSW.4)、RS0(PSW.3)：工作寄存器區(qū)選

94、擇位。用來選擇當前工作的寄存器區(qū)。用戶通過改變RS1 、RS0的內(nèi)容來選擇當前工作寄存器區(qū)。 堆棧指針SP 數(shù)據(jù)指針寄存器DPTR是一個16位寄存器,由高位字節(jié)DPH和低位字節(jié)DPL組成,用來存放16位數(shù)據(jù)存儲器的地址,以便對外部數(shù)據(jù)存儲器RAM數(shù)據(jù)進行讀寫。 工作寄存器MCS-51有32個工作寄存器，分為四個區(qū)（或組）每個區(qū)為8個寄存器R0、R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7，每一時刻只有一個區(qū)工作。由PSW寄存器中的RS1、RS0的值來決定當前的工作區(qū)： 當 RS1 RS000時，0區(qū)為工作區(qū)， RS1RS001時，1區(qū)為工作區(qū) RS1RS010時，2區(qū)為工作區(qū) RS1RS011時，

95、3區(qū)為工作區(qū)這32個工作寄存器不但有它們的名稱和區(qū)號，而且還有地址。00H-1FH共32個單元。 00H07H為0區(qū)，分別對應R0R7 08H0FH為1區(qū)，分別對應R0R7 10H17H為2區(qū)，分別對應R0R7 18H1FH為3區(qū)，分別對應R0R7這32個單元為內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器（即片內(nèi)RAM）的00H1FH存貯空間，這與普通微機中的通用寄存器基本相同，所不同的是，普通微機的通用寄存器只有名稱，不占有RAM空間，因此只有名字，沒有對應的地址；而MCS-51單片機的工作寄存器R0R7既可以用名字也可以用它的地址來表示。其中R0、R1寄存器除做工作寄存器外還常做間址尋址的地址指針單片機的輸入/輸出端口

96、C51中有4個位并行輸入/輸出端口記為P0、P1、P2、P3共32根線。每個并行I/O口都可以用作輸入/輸出,所以稱它們?yōu)殡p向I/O口。P0口有位， P0口有兩個用途,一是作為普通I/O口使用;二是作為地址/數(shù)據(jù)總線使用。P0口作為普通I/O口使用: 當控制線C=0時, MUX開關(guān)向下, P0口作通用I/O口。這時與門輸入為0,場效應管VT1截止。P0口作為分時復用的地址/數(shù)據(jù)總線: P0口一般是作為地址/數(shù)據(jù)總線,這時控制線C=1,MUX開關(guān)向上,使數(shù)據(jù)/地址經(jīng)反向器與場效應管VT2接通,當數(shù)據(jù)輸入時,數(shù)據(jù)信號從引腳通過輸入緩沖器2進入內(nèi)部總線。P1口是一個專用的8位準雙向I/O口，只具有通

97、用輸入/輸出口功能，每一位都能設(shè)定為輸入或輸出。P1口的驅(qū)動部分與P0口不同,內(nèi)部有上拉電阻。P2口是一個8位準雙向I/O口，具有兩種功能。一是作通用I/O口用，與P1口相同。二是作擴展系統(tǒng)的高8位地址總線。P3口也是一個8位準雙向I/O口，不但可以作通用I/O口使用，還具有第二功能。當工作在第二功能時，每位都具有新的功能，當P3口作通用I/O口時，與P1口相同。2.2.2單片機的工作原理一、 振蕩器與時鐘電路時鐘電路用于產(chǎn)生單片機工作所需要的時鐘信號。AT89C51的時鐘產(chǎn)生方法有以下兩種： 內(nèi)部時鐘方式 利用芯片內(nèi)部的振蕩器，然后在引腳XTAL1和引腳 XTAL2兩端接晶體或陶瓷諧振器，就

98、構(gòu)成了穩(wěn)定的自激振蕩器，其發(fā)出的脈沖直接送入內(nèi)部的時鐘電路，如圖2.4（在圖中的外接線，上面的外接線接引腳XTAL1，下面的外接線接引腳XTAL2）外接晶振時，C1和C2的值通常選擇我30pF左右；外接陶瓷諧振器時C1和C2的值大約為47pF。C1、C2對頻率有微調(diào)作用，晶體或陶瓷諧振器的頻率范圍可在1.212MHz之間選擇。為了減少寄生電容，更好地保證振蕩器穩(wěn)定、可靠地工作，振蕩器和電容應盡可能安裝得與單片機芯片靠近。 圖2.4 單片機外接振蕩電路外部時鐘方式 此方式是利用外部振蕩脈沖接入XTAL1或 XTAL2。CHMOS(互補金屬氧化物HMOS)是CMOS和HMOS(高密度溝道MOS工藝)的結(jié)合,除了保持HMOS高速度和高密度之外,還有CMOS低功耗的特點.兩類器件的功能是完全兼容的,區(qū)別在CHMOS器件具有低功耗的特點.它所消耗的電流比HMOS器件少很多,主要在于其采用了兩種降低功耗的方式:空閑方式和掉電方式.CHMOS器件在掉電方式(CPU停止工作,片內(nèi)RAM的數(shù)據(jù)繼續(xù)保持)下時,消耗的電流可低于10A.采用CHMOS的器件在編號中用一個C來加以區(qū)別: 如80C51,80C31