基于AT89C51單片機(jī)實(shí)驗(yàn)開發(fā)板系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、電子高?；贏T89C51單片機(jī)實(shí)驗(yàn)開發(fā)板系統(tǒng)設(shè)計(jì) 摘        要. IAbstract. II第1章  緒  論. 11.1  單片機(jī)現(xiàn)狀及發(fā)展概述. 11.2  單片機(jī)的性能特點(diǎn). 21.3  單片機(jī)的主要產(chǎn)品及系列. 3第2章  實(shí)驗(yàn)板總體設(shè)計(jì)方案. 62.1  實(shí)驗(yàn)板系統(tǒng)功能. 62.2  實(shí)驗(yàn)板的性能要求. 62.3  AT89C51 在實(shí)驗(yàn)板中的應(yīng)用. 7第3章  實(shí)驗(yàn)板的硬件設(shè)計(jì). 83. 1&#

2、160;  硬件總體設(shè)計(jì). 83. 2   各功能模塊設(shè)計(jì). 93.3.1   單片機(jī)外圍電路. 93.2.2   4×4矩陣鍵盤電路. 113.2.3  液晶顯示電路. 133.2.4  串行通信電路. 143.2.5    I/O口擴(kuò)展電路. 153.2.6  電源電路. 153.3  實(shí)驗(yàn)板元器件清單. 17第4章  實(shí)驗(yàn)板的軟件設(shè)計(jì). 184.1  軟件總體設(shè)計(jì). 184.2  各模塊設(shè)計(jì)流程圖. 194.2

3、.1  鍵盤掃描子程序. 194.2.2   液晶顯示子程序. 24第5章  實(shí)驗(yàn)板調(diào)試. 295.1  調(diào)試的目的. 295.2  調(diào)試的過程. 29第6章  總  結(jié). 30致   謝. 31參考文獻(xiàn). 32附   錄. 33附錄1 英文翻譯. 33附錄2原理圖. 42附錄3 pcb圖. 43第1章  緒  論1.1  單片機(jī)現(xiàn)狀及發(fā)展概述單片機(jī)屬于第四代微型計(jì)算機(jī)的一個(gè)重要分支。單片機(jī)是把中央處理器CPU（Central  Pro

4、cessing  Unit），隨機(jī)存取存儲(chǔ)器RAM（Random Access  Memrty），只讀存儲(chǔ)器ROM（Read  Only  Memory）,定時(shí)器/計(jì)數(shù)器以及I/O接口電路等主要計(jì)算部件集成在一塊集成電路芯片上的微型計(jì)算機(jī)。單片機(jī)的應(yīng)用導(dǎo)致了控制領(lǐng)域的一場革命，是微控制技術(shù)逐步取代傳統(tǒng)的硬件控制。近十幾年來，單片機(jī)在生產(chǎn)過程控制、自動(dòng)檢測(cè)、數(shù)據(jù)采集與處理、科技計(jì)算、商業(yè)管理和辦公室自動(dòng)化等方面獲得了廣泛的應(yīng)用。單片機(jī)具有體積小、重量輕、耗能省、價(jià)格低、可靠性高和通用靈活等優(yōu)點(diǎn)，因此也廣泛應(yīng)用于衛(wèi)星定向、汽車火花控制、交通自動(dòng)管理和微波爐等

5、專用控制上。近幾年來，單片機(jī)的發(fā)展更為迅速，它己滲透到諸多學(xué)科的領(lǐng)域，以及人們生活的各個(gè)方面。MCS-51系列中的一片89C51芯片，內(nèi)部構(gòu)造了完整的計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)。從CPU、存儲(chǔ)器到輸入輸出端口，一應(yīng)俱全。只要寫入程序，就可完成中央控制或數(shù)據(jù)采集、處理及通信傳輸?shù)男畔⑻幚頇C(jī)，MCS-51單片機(jī)指令系統(tǒng)中為適應(yīng)控制的需要設(shè)有極強(qiáng)的位處理功能，具有加、減、乘、除指令;CPU時(shí)鐘高達(dá)12MHz，完成單字節(jié)乘法或除法運(yùn)算器件分軍用和民用兩級(jí)，民用產(chǎn)品主要用于辦公室及機(jī)房環(huán)境，工作溫度在0-701C，軍用產(chǎn)品要求在惡劣環(huán)境條件下穩(wěn)定工作，工作溫度在-65125:工業(yè)級(jí)產(chǎn)品的性能介于以上兩者之間，在-4

6、0+85C溫度環(huán)境可正常工作。工業(yè)產(chǎn)品可靠性比民用產(chǎn)品強(qiáng)，而價(jià)格較軍用品低。在單片機(jī)應(yīng)用中，可以根據(jù)實(shí)際工作環(huán)境，選擇工業(yè)級(jí)芯片，保證系統(tǒng)可靠性。單片機(jī)出現(xiàn)的歷史并不長，它的產(chǎn)生與發(fā)展與微處理器的產(chǎn)生與發(fā)展大體上同步，也經(jīng)歷了四個(gè)階段:第一階段:19711974年，1971年11月美國Inter公司設(shè)計(jì)成集成度為2000只晶體管/片的4位微處理器Intel 4004，并配有隨機(jī)存取存儲(chǔ)器RAM，只讀存儲(chǔ)器RAM和移位寄存器等芯片，構(gòu)成第一臺(tái)MCS-4微型計(jì)算機(jī)。隨后又研制成了8位微處理器Intel 8008。這些微處理器雖說還不是單片機(jī)，但從此拉開了研制單片機(jī)的序幕。第二階段:19741978

7、年，初級(jí)單片機(jī)階段，以Intel公司的MCS-48為代表，這個(gè)階段的單片機(jī)內(nèi)集成有8位CPU，并行I/O口，8位定時(shí)器/計(jì)算器，尋址范圍不大于4K，且無串行口。第三階段：19781983年，高性能單片機(jī)階段。這一階段單片機(jī)和前階段相比，不僅存儲(chǔ)容量和尋址范圍大，而且中斷源、并行I/O口和定時(shí)器所數(shù)器個(gè)數(shù)有了增加，集成了全雙工串行通信接口。在指令系統(tǒng)方面，普遍增設(shè)了乘除法和比較指令。MCS-51系列產(chǎn)品由于其優(yōu)良的性能價(jià)格比，在相當(dāng)一段時(shí)間處于主流產(chǎn)品地位。第四階段：1983年至今。8位單片機(jī)鞏固發(fā)展及16位單片機(jī)推出階段。16位單片機(jī)工藝先進(jìn)、集成度高、內(nèi)部功能強(qiáng)，而且允許用戶采用面向工業(yè)控制

8、的專用語言?，F(xiàn)階段：32位單片微機(jī)系列。繼16位單片機(jī)出現(xiàn)后不久，幾大公司先后推出了代表當(dāng)前最高性能和技術(shù)水平的32位單片微機(jī)系列。32位單片機(jī)具有極高的集成度，內(nèi)部采用新穎的RISC(精減指令系統(tǒng)計(jì)算機(jī))結(jié)構(gòu)，CPU可與其他微控制器兼容，主頻頻率可達(dá)33MH2以上，指令系統(tǒng)進(jìn)一步優(yōu)化，運(yùn)算速度可動(dòng)態(tài)改變，沒有高級(jí)語言編譯器，具有性能強(qiáng)大的中斷控制系統(tǒng)、定時(shí)事件控制系統(tǒng)、同勿異步通信控制系統(tǒng)。這類單片機(jī)主要應(yīng)用于汽車、航空航天、高級(jí)機(jī)器人、軍事裝備等方面。它代表著單片機(jī)發(fā)展中的高、新技術(shù)水平。1.2  單片機(jī)的性能特點(diǎn)單片機(jī)芯片作為控制系統(tǒng)的核心部件，除了具備通用微機(jī)CPU的數(shù)值計(jì)算

9、功能外，還必須具有靈活、強(qiáng)大的控制功能，以便實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的輸入量、控制系統(tǒng)的輸出量，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的目的。由于單片機(jī)主要面向工業(yè)控制，工作環(huán)境比較惡劣，加高溫、強(qiáng)電磁干擾，甚至合有腐蝕性氣體；在太空小工作的單片機(jī)控制系統(tǒng)，還必須具有抗輻射能力。因而，決定了單片機(jī)CPU與通用微機(jī)CPU具有小同的技術(shù)特征和發(fā)展方向：    抗干擾性強(qiáng)工作溫度范圍寬。通用微機(jī)CPU一般要求在室溫下工作抗干擾能力也較低。   可靠性高。   控制功能往往很強(qiáng)，數(shù)值計(jì)算能力較差。通用微機(jī)CPU具有很強(qiáng)的數(shù)值運(yùn)算能力控制能力相對(duì)較弱。將通用微機(jī)用于工業(yè)控

10、制時(shí)，一般需要增加一些專用的接口電路。  指令系統(tǒng)比通用微機(jī)系統(tǒng)簡單。80C51系列新一代8位單片機(jī)的主要特點(diǎn)：普遍采用CMOS工藝，除了具有節(jié)電運(yùn)行模式和掉電數(shù)據(jù)保護(hù)功能外，整機(jī)功耗比采用HMOS工藝的80C51系列低。    片內(nèi)存儲(chǔ)器容量大，規(guī)格多，程序存儲(chǔ)器類型也趨于多樣化。該系列不同品種的片內(nèi)程序存儲(chǔ)器容量從4KB擴(kuò)展到8KB、16KB，甚至32KB，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器容量從128B擴(kuò)展到512B。片內(nèi)程序存儲(chǔ)器類型不僅限于掩模ROM和EPROM，普遍采用OTP  EPROM(一次性編程的EPR()M，簡稱TOP ROM。 

11、0;  最高時(shí)鐘頻率從12MHZ 提高到16MHZ、24MHZ、33MHZ ，甚至40MHZ ，指令執(zhí)行時(shí)間大大縮短，增強(qiáng)了這些產(chǎn)品的實(shí)時(shí)處理能力。    工作電壓低、范圍寬(18V6oV)，可用電池供電，便于野外作業(yè)使用。    擴(kuò)展了接口電路功能，如增加了高速I/O接口，擴(kuò)展了I/O口引線數(shù)目，    部分型號(hào)增加了定時(shí)計(jì)數(shù)器的個(gè)數(shù)，還擴(kuò)展了定時(shí)計(jì)數(shù)器的功能。    部分型號(hào)增加廠定時(shí)復(fù)位功能，提高了抗干擾能力。    強(qiáng)化并且完善

12、了串行通信功能。    封裝形式多樣化，同一型號(hào)的CPU，具有多種封裝形式，如PDIP封裝、CDIP封裝、PLCC(方形壁插塑封)、CLCC(方形壁插陶瓷封裝)、PQFP(塑料方形四邊引線扁平封裝)，部分產(chǎn)品還采用了BGA(球形網(wǎng)格陣列)封裝。1.3  單片機(jī)的主要產(chǎn)品及系列自單片機(jī)誕生以來的近30年中，單片機(jī)已有70多個(gè)系列、近500個(gè)機(jī)種。國際上較有名、影響較大的公司及它們的產(chǎn)品如下：Intel(美國英特爾)公司的MCS48系列、MCS51系列、MCS96系列產(chǎn)品；Motorola(美國摩托羅拉)公司的6801、6802、6803、6805、68HC

13、ll系列產(chǎn)品；Zilog(美國齊洛格)公司的Z8 ，Super8系列產(chǎn)品；Atmel(美國艾特梅爾)公司的AT89 系列產(chǎn)品； Fairchild(美國仙童)公司的F8 和3870系列產(chǎn)品；TI(美國得克薩斯儀器儀表)公司的TMS7000系列產(chǎn)品；NS(美國國家半導(dǎo)體)公司的NS8070系列產(chǎn)品；NEC(日本電氣)公司的UCOM87 （UPD7800）系列產(chǎn)品；National(日本松下)公司的MN6800系列產(chǎn)品；Hitachi(日本日立)公司的HD630l、HD63L05、HD6305。上述產(chǎn)品既有很多共性，又各具一定的特色，因而在國際市場上都占有一席之地。根據(jù)近年來國外實(shí)地考察

14、，Intel公司的單片機(jī)在市場上占有量為67，其中MCS51系列產(chǎn)品又占54。在我國雖然上述公司的產(chǎn)品均有引進(jìn)，但由于各種原因，至今我國所應(yīng)用的單片機(jī)仍然是以MCS48、MCS51、MCS96系列為主流系列。隨著這一系列產(chǎn)品的深入開發(fā)，其主流系列的地位將會(huì)不斷鞏固。 AT89系列單片機(jī)AT89系列單片機(jī)是美國Atmel公司的8位Flash單片機(jī)產(chǎn)品。這個(gè)系列單片機(jī)的最大特點(diǎn)是在片內(nèi)含有Flash存儲(chǔ)器，而其他方面和MCS51沒有太大的區(qū)別。該系列有著十分廣泛的用途，特別是在便攜式、省電和特殊信息保存的儀器和系統(tǒng)中顯得更為有用。      

15、60; 1AT89系列單片機(jī)的特點(diǎn)(1) 內(nèi)含有Flash存儲(chǔ)器由于片內(nèi)含有Flash存儲(chǔ)器，因此在系統(tǒng)開發(fā)過程中可以十分容易地進(jìn)行程序的修改。同時(shí)，在系統(tǒng)工作過程中，能有效地保存數(shù)據(jù)信息，即使外界電源損壞也不影響信息的保存。(2) 和AT80C51插座兼容AT89系列單片機(jī)的引腳和MCS51系列單片機(jī)的引腳是一樣的。只要用相同引腳的AT89系列單片機(jī)就可以取代MCS5l系列單片機(jī)。(3) 靜態(tài)時(shí)鐘方式AT89系列單片機(jī)采用靜態(tài)時(shí)鐘方式，節(jié)省電能，這對(duì)于降低便攜式產(chǎn)品的功耗十分有用。2AT89系列單片機(jī)的概況AT89系列單片機(jī)共有7種型號(hào)，分別為從89C51、AT89LV51、AT8

16、9C52、AT89LV52、AT89C2051、AT89C1051、AT89S8252。其中AT89LV51、AT89LV52分別是AT89C5l、AT89C52的低電壓產(chǎn)品。最低電壓可以低至27V。而AT89C2051、AT89C1051則是低檔型的低電壓產(chǎn)品。它們只有20條引腳最低電壓也為27V，見表1.3.21。 表1.1 1AT89 系列單片機(jī)概況 型       號(hào)AT89C51AT89C52AT89C1051AT89C2051AT89S8252Flash（KB）48128片內(nèi)RAM（B）1282566412825

17、6I/O條3232151532定時(shí)器（個(gè)）23123中斷源（個(gè)）68368串行接口（個(gè)）11111M加密/級(jí)33223片內(nèi)振蕩器有有有有有EEPROM（KB）無無無無2         第2章  實(shí)驗(yàn)板總體設(shè)計(jì)方案2.1  實(shí)驗(yàn)板系統(tǒng)功能單片機(jī)實(shí)驗(yàn)開發(fā)板是一個(gè)實(shí)際應(yīng)用的系統(tǒng)，能夠?yàn)橄嚓P(guān)的學(xué)生單片機(jī)實(shí)驗(yàn)提供支持。此實(shí)驗(yàn)板是參考單片機(jī)教材中的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)計(jì)的，能夠?qū)崿F(xiàn)簡單的測(cè)試實(shí)驗(yàn)。本論文包括硬件系統(tǒng)的詳細(xì)設(shè)計(jì)及匯編語言在基本控制中的應(yīng)用。此實(shí)驗(yàn)板設(shè)計(jì)的功能如下：   硬

18、件部分：1單片機(jī)所需的平穩(wěn)電壓2時(shí)鐘電路3復(fù)位電路44×4的16位矩陣鍵盤5液晶顯示器6單片機(jī)與上位機(jī)串行通信電路7I/O口擴(kuò)展電路   軟件部分：8鍵盤掃描與處理9顯示鍵盤輸入數(shù)據(jù)10調(diào)用并顯示顯示器字庫內(nèi)容11顯示單片機(jī)與上位機(jī)傳送的數(shù)據(jù)12實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與上位機(jī)串行通信功能2.2  實(shí)驗(yàn)板的性能要求   基于實(shí)驗(yàn)板的功能定義（在2.1節(jié)中說明）和各種芯片的性能參數(shù)，總結(jié)系統(tǒng)基本性能要求如下：1各芯片所需的+5V平穩(wěn)電壓2AT89C51單片機(jī)時(shí)鐘信號(hào)為12MHZ3AT89C51單片機(jī)手動(dòng)復(fù)位電路4顯示器件   &#

19、160;516位行列掃描鍵盤    6與上位機(jī)串行通信    7I/O口擴(kuò)展功能2.3  AT89C51 在實(shí)驗(yàn)板中的應(yīng)用AT89C51是美國Ateml公司生產(chǎn)的低電壓，高性能CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含4Kb的可反復(fù)擦寫的Flash只讀程序存儲(chǔ)器和128b的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM），器件采用Ateml公司的高密度，非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用中央處理器（CPU）和Flash存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大AT89C51單片機(jī)可為您提供許多高性價(jià)比的應(yīng)用場合，可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。AT89C51在此

20、整個(gè)實(shí)驗(yàn)板系統(tǒng)中處于核心地位。硬件電路板設(shè)計(jì)中，幾乎其它所有的元器件的選取都要依據(jù)AT89C51的性能參數(shù)來決定。例如電源電路中基于AT89C51的工作電壓為+5V所以穩(wěn)壓芯片選擇7805系列。在軟件設(shè)計(jì)中，AT89C51 接收并處理鍵盤輸入的信號(hào)，將其發(fā)送給顯示器件，實(shí)現(xiàn)液晶顯示功能，或發(fā)送給PC機(jī) 實(shí)現(xiàn)串行通信功能。另一方面，它也接收上位機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)，處理后傳送給顯示器件 。         第3章  實(shí)驗(yàn)板的硬件設(shè)計(jì)3. 1   硬件總體設(shè)計(jì)  &#

21、160;   此設(shè)計(jì)的單片機(jī)實(shí)驗(yàn)開發(fā)板是以AT89C51 作為主控制芯片,串口通信芯片MAX232,DB9插座,液晶顯示器,按鍵開關(guān)等元器件組成,通過軟硬件結(jié)合實(shí)現(xiàn)鍵盤掃描,液晶顯示,與上位機(jī)串行通信,I/O口擴(kuò)展功能.一方面,它能作為學(xué)生簡單實(shí)驗(yàn)的工具,另一方面,它也是綜合型單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ),可擴(kuò)展許多其它功能。 總體設(shè)計(jì)硬件方框圖如下所示： 外圍電路時(shí)鐘復(fù)位    AT89C51 單片機(jī)電源電路鍵盤電路顯示電路I/O口擴(kuò)展電路串行通信電路PC機(jī)3.1實(shí)驗(yàn)板總體設(shè)計(jì)硬件方框圖  

22、 外圍電路是AT89C51工作的基礎(chǔ)保障電源電路提供穩(wěn)定的+5V工作電壓；時(shí)鐘電路用于產(chǎn)生單片機(jī)工作所需的時(shí)鐘信號(hào)；復(fù)位電路使單片機(jī)實(shí)現(xiàn)初始化狀態(tài)復(fù)位。鍵盤電路用于向系統(tǒng)輸入運(yùn)行參數(shù)，控制系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)。通過鍵盤掃描等程序設(shè)計(jì)把鍵盤輸入的數(shù)據(jù)在液晶顯示器上顯示或把數(shù)據(jù)發(fā)送到PC機(jī) 實(shí)現(xiàn)串行通信。LCD電路用來顯示鍵盤輸入的數(shù)據(jù)，上位機(jī)發(fā)送到AT89C51的數(shù)據(jù)，其功能也是靠硬件電路的設(shè)計(jì)和軟件程序的結(jié)合來實(shí)現(xiàn)的。串行通信電路主要是為了單片機(jī)與上位機(jī)之間數(shù)據(jù)傳送而設(shè)計(jì)的。3. 2   各功能模塊設(shè)計(jì)3.3.1     單片機(jī)外圍電路1時(shí)

23、鐘電路時(shí)鐘電路用于產(chǎn)生單片機(jī)工作所需的時(shí)鐘信號(hào)，時(shí)序是指令執(zhí)行中各信號(hào)之間的相互關(guān)系。單片機(jī)本身就如同一個(gè)復(fù)雜的同步時(shí)序電路，為了保證同步工作方式的實(shí)現(xiàn)，電路應(yīng)在唯一的時(shí)鐘信號(hào)控制下嚴(yán)格地按時(shí)序進(jìn)行工作。在AT89C51單片機(jī)內(nèi)部帶有時(shí)鐘電路，因此，只需要在片外通過XTAL1和XTAL2引腳接入定時(shí)控制元件（晶體振蕩器和電容），即可構(gòu)成一個(gè)穩(wěn)定的自激振蕩器。在AT89C51芯片內(nèi)部有一個(gè)高增益反相放大器，而在芯片的外部，XTAL1和XTAL2之間跨接晶體振蕩器和微調(diào)電容。AT89C51的時(shí)鐘電路如圖3.2所示：圖3.2 AT89C51的時(shí)鐘電路 用晶振和電容構(gòu)成諧振電路。電容C1 、

24、C2容量在1540pF之間，大小與晶振頻率和工作電壓有關(guān)。但電容的大小影響振蕩器的穩(wěn)定性和起振的快速性，為了提高精度，本實(shí)驗(yàn)板采用30pF的電容作為微調(diào)電容。在設(shè)計(jì)電路板時(shí)，晶振、電容等均應(yīng)盡可能靠近芯片，以減小分布電容，保證振蕩器振蕩的穩(wěn)定性。 2復(fù)位電路復(fù)位是單片機(jī)的初始化操作，其主要功能是使單片機(jī)從0000H單元開始執(zhí)行程序。除了進(jìn)入系統(tǒng)的正常初始化以外，當(dāng)由于程序運(yùn)行出錯(cuò)或操作錯(cuò)誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)時(shí)，為擺脫困境也需按復(fù)位鍵以重新啟動(dòng)。AT89C51 芯片內(nèi)部有復(fù)位電路，RST引腳是復(fù)位信號(hào)的輸入端高電平有效，復(fù)位方式有自動(dòng)復(fù)位和手動(dòng)復(fù)位兩種。本實(shí)驗(yàn)板采用手動(dòng)復(fù)位方式復(fù)位。A

25、T89C51的復(fù)位電路如圖3.3所示：圖3.3 AT89C51的復(fù)位電路當(dāng)電源剛開始送電瞬間，電容C11相當(dāng)于短路，RST端輸入高電平，AT89C51復(fù)位。短路瞬間之后，C11充電，RST端低電平。AT89C51需要復(fù)位時(shí)，按下手動(dòng)復(fù)位鍵K1，電容C11通過R7放電，當(dāng)電容C11放電結(jié)束后，RST端的電位由R7，R8分壓比決定。因R7 （270歐）R8（8.2K歐），RST為高電平，AT89C51進(jìn)入復(fù)位狀態(tài)，松手后，電容C11充電，RST端高電位下降，CPU脫離復(fù)位狀態(tài)。R7的作用在于限制K1按下瞬間電容C11放電電流，避免產(chǎn)生火花，以保護(hù)K1的觸點(diǎn)。發(fā)光二級(jí)管D2在無復(fù)位操作時(shí)燈暗。當(dāng)電源

26、送電瞬間和按下K1鍵時(shí)燈亮，表明AT89C51進(jìn)入復(fù)位狀態(tài)，否則復(fù)位鍵操作無效，AT89C51未復(fù)位。3.2.2   4×4矩陣鍵盤電路鍵盤是人與AT89C51 聯(lián)系的重要手段，用于向CPU輸入運(yùn)行參數(shù)，控制系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)。鍵盤電路形式分為直接編碼輸入鍵盤和矩陣鍵盤。前者接口電路簡單，一般應(yīng)用于需要少量按鍵的控制系統(tǒng)。后者因占用I/O引腳數(shù)少，常被按鍵較多的控制系統(tǒng)所采用。 鍵盤電路設(shè)計(jì)本實(shí)驗(yàn)板基于用于學(xué)生實(shí)驗(yàn)，為了減少鍵盤電路占用I/O引腳數(shù)目，將鍵盤電路設(shè)計(jì)為4×4矩陣鍵盤形式。其中行線作為輸入引腳與P1口的P1.3P1.0連接，并且外接430歐上拉

27、電阻；列線作為引腳與P1.7P1.4 連接。同時(shí)把列線經(jīng)過74LS21 與門電路處理與引腳P3.2即 INT0 外中斷0輸入端連接，CPU 采用中斷檢測(cè)方式。這樣避免了AT89C51  CPU常常處于空掃描狀態(tài)，大大提高CPU的利用率。實(shí)驗(yàn)板的鍵盤電路如圖3.4所示： 圖3.4實(shí)驗(yàn)板的鍵盤電路      鍵盤掃描時(shí)，INT0口中斷觸發(fā)，P1.3P1.0置為高電平，P1.7P1.4四條列掃描線輪流輸入低電平，然后讀P1.3P1.0， 如果沒有鍵按下，則P1.3P1.0引腳仍為高電平。如果某一按鍵被按下，相應(yīng)的P1.3P1.0中

28、就有一引腳為低電平。確定哪個(gè)鍵被按下后，CPU則執(zhí)行相應(yīng)程序。例如當(dāng)P1.7P1.4輸出為1110時(shí)，即P1.4引腳輸出低電平，如果輸入的P1.2 引腳為低電平，則肯定是P1.4列線與P1.2 行線交叉點(diǎn)對(duì)應(yīng)的按鍵被按下了。         按鍵抖動(dòng)問題的解決按鍵按下或放開的瞬間，由于機(jī)械觸點(diǎn)存在彈跳現(xiàn)象，實(shí)際按鍵電壓波形如圖3.5所示，即機(jī)械按鍵按下和釋放瞬間存在抖動(dòng)現(xiàn)象。AT89C51 CPU處理的速度是在微秒級(jí)，而機(jī)械抖動(dòng)的時(shí)間至少是毫秒級(jí)，所以這種抖動(dòng)現(xiàn)象必須消除，為了不增加硬件開支，此實(shí)驗(yàn)板采用軟件延遲方式解決按鍵

29、抖動(dòng)問題。（a）（b）按下按下抖動(dòng)穩(wěn)定閉合釋放抖動(dòng)理想的按鍵電壓波形實(shí)際按鍵電壓波形釋放   圖3.5按鍵電壓波形01ABC789D456E123        鍵盤按鍵編碼鍵盤按鍵編碼如圖3.6所示： 每個(gè)按鍵的具體實(shí)現(xiàn)功能由用戶根據(jù)需要在所編寫的程序中設(shè)定，圖中的按鍵編碼僅作參考。  圖3.6鍵盤按鍵編碼3.2.3  液晶顯示電路        顯示器件是實(shí)驗(yàn)板中普遍使用的輸出器件，較常用的是LED數(shù)碼

30、管和LCD液晶顯示器。前者僅能顯示數(shù)據(jù)輸出，而后者能顯示更多，更復(fù)雜的字符，如漢字，甚至是圖形等。此實(shí)驗(yàn)板采用MS12232B點(diǎn)陣液晶顯示器作為輸出顯示器件。實(shí)驗(yàn)板液晶顯示電路如圖3.7所示：圖3.7實(shí)驗(yàn)板液晶顯示電路            RST液晶顯示器復(fù)位引腳，低電平有效，與AT89C51  P2.4連接，系統(tǒng)中應(yīng)用軟件實(shí)現(xiàn)復(fù)位操作。E1、E2都是讀寫選通信號(hào)，分別與P2.3、P2.2 連接。R/W讀寫選擇信號(hào)與P2.1 連接。A0是數(shù)據(jù)顯示和指令數(shù)據(jù)選擇信號(hào)，與P2.

31、0 連接。D0D7是數(shù)據(jù)線，分別與P0.0P0.7連接，傳送CPU發(fā)送給顯示器的數(shù)據(jù)，指令等。同時(shí)，P0.0P0.7連接270歐上拉電阻，起到限流作用。                MS12232B引腳特性： 管腳號(hào)管腳名稱LEVER管腳功能描述1VCC +35V電源電壓2VSS0V電源地3VLCD0+5V OR0-5V LCD外接驅(qū)動(dòng)負(fù)電壓當(dāng)VDD=+3V時(shí),VLCD接0-5V負(fù)電壓4RESH/L復(fù)位信號(hào)(低電平有效)5E1H/L讀寫使能信號(hào)6E2H/

32、L讀寫使能信號(hào))7R/W H/L讀寫選擇信號(hào)8A0H/LD/I=“H”，表示DB7DB0為顯示數(shù)據(jù)D/I=“L”，表示DB7DB0為顯示指令數(shù)據(jù)9DB0H/L數(shù)據(jù)線10DB1H/L數(shù)據(jù)線11DB2H/L數(shù)據(jù)線12DB3H/L數(shù)據(jù)線13DB4H/L數(shù)據(jù)線14DB5H/L數(shù)據(jù)線15DB6H/L數(shù)據(jù)線16DB7H/L數(shù)據(jù)線17VLED+-LED(+5V)或EL背光源18VLED-LED(0V)或EL背光源 3.2.4  串行通信電路         AT89C51中的串行接口能方便地與其他計(jì)算機(jī)或串行

33、傳送信息的外圍設(shè)備實(shí)現(xiàn)雙機(jī)，多機(jī)通信。此實(shí)驗(yàn)板中僅設(shè)計(jì)與上位機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳送串行通信電路。RS-232C標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定發(fā)送數(shù)據(jù)線TXD和接受數(shù)據(jù)線RXD均采用EIA電平，即傳送數(shù)字“1”時(shí)，傳輸線上的電平在  -3-15V之間；傳送數(shù)字“0”時(shí)，傳輸線上的電平在+3+15V之間。但單片機(jī)串行口采用正邏輯的TTL電平，這樣就存在TTL電平與EIA電平之間的轉(zhuǎn)換問題。因此實(shí)驗(yàn)板中采用電平轉(zhuǎn)換芯片MAX232 與9芯D插座連接方式。與PC機(jī)串行通信電路如圖3.8所示： MAX232 電平轉(zhuǎn)換芯片實(shí)現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換，僅需外加4個(gè)0.1uF的電容，即可實(shí)現(xiàn)TTL電平和RS-232 電平的互換。 在電路設(shè)計(jì)時(shí)

34、，T1IN，T2IN引腳中的一個(gè)與AT89C51 中的TXD（P3.1）引腳連接，接收CPU發(fā)送給PC機(jī)的數(shù)據(jù)；T1OUT，T2OUT引腳中的一個(gè)與9芯D插座中的RXD（2）引腳連接，發(fā)送T1IN或T2IN引腳接收到的數(shù)據(jù)。R1IN，R2IN引腳中的一個(gè)與9芯D插座中的TXD（3）引腳連接，接收上位機(jī)發(fā)送給AT89C51 的數(shù)據(jù)；R1OUT，R2OUT引腳中的一個(gè)與AT89C51 中的RXD（P3.0）引腳連接，發(fā)送R1IN或R2IN 引腳接收到的數(shù)據(jù)。需要注意的是在選擇TXXX，RXXX是要對(duì)應(yīng)，例如選擇T1IN接收數(shù)據(jù)，則另一端必須由T1OUT發(fā)送數(shù)據(jù)。RXXX也如此。否則AT89C51

35、與PC機(jī)將不能實(shí)現(xiàn)通信功能。  圖3.8實(shí)驗(yàn)板與上位機(jī)串行通信電路3.2.5    I/O口擴(kuò)展電路   實(shí)驗(yàn)板中各功能模塊沒有涉及I/O口擴(kuò)展，硬件電路設(shè)計(jì)中僅增加了三個(gè)CON口分別與AT89C51 的P0口、P1口、P2口、P3口相連，將它們引出以便在用戶在其他實(shí)驗(yàn)中擴(kuò)展。    實(shí)驗(yàn)板I/O 口擴(kuò)展電路如圖3.9所示：圖3.9實(shí)驗(yàn)板I/O口擴(kuò)展電路3.2.6  電源電路電源（Vcc）是整個(gè)實(shí)驗(yàn)板正常工作的動(dòng)力源泉。電源電壓過大會(huì)大大縮短芯片的工作壽命，嚴(yán)重的會(huì)燒毀芯片及其它元器件；過小將不

36、能驅(qū)動(dòng)實(shí)驗(yàn)板工作電路。因此設(shè)定合適的電源電壓值非常重要。此實(shí)驗(yàn)板主要芯片工作電壓均位+5V左右，所以采用7805三端穩(wěn)壓 芯片將+12V整形為+5V直流給整個(gè)實(shí)驗(yàn)板供電。實(shí)驗(yàn)板的電源電路如圖3.10所示： 圖3.10實(shí)驗(yàn)板的電源電路  C3 ，C4兩個(gè)電容接7805的Vin端對(duì)外電源輸入的電壓進(jìn)行濾波； C5，C6 兩個(gè)電容接7805的Vout端對(duì)整形后的電壓進(jìn)行濾波，確保Vcc端輸入+5V直流電壓。D1為光二級(jí)管，接通電源時(shí)，燈亮表示電源電路供電正常，否則電源電路出錯(cuò)。         

37、60;         3.3  實(shí)驗(yàn)板元器件清單驗(yàn)板元器件清單見表3.3-1:  名    稱參   數(shù)封裝類型所屬模塊AT89C51DIP40LM7805CPKTO-220電源電路電源插頭VR-6電源電路電容C30.1uFRAD-0.2電源電路電容C410 uFRB-.2/.4電源電路電容C510uFRB-.2/.4電源電路電容C60.1uFRAD-0.2電源電路發(fā)光二級(jí)管D1RAD-0.3電源電路電阻R0430歐AXIAL-0.3

38、電源電路晶振XTAL12MHZXTAL-1時(shí)鐘電路電容C130pFRAD-0.1時(shí)鐘電路電容C230pFRAD-0.1時(shí)鐘電路按鍵K1SOP-4復(fù)位電路電容C1122uFRB-.2/.4復(fù)位電路電阻R7270歐AXIAL-0.3復(fù)位電路電阻R88.2KAXIAL-0.3復(fù)位電路發(fā)光二級(jí)管D1RAD-0.3復(fù)位電路按鍵116SOP-4鍵盤電路電阻R1R4430歐AXIAL-0.3鍵盤電路HD74LS21PDIP14鍵盤電路MS12232BSIP18顯示電路排阻270歐SIP9顯示電路MAX232DIP16串行通信電路9芯D插座DB-9RA/M串行通信電路電容C7C101uFRB-.2/.4串行通

39、信電路表3.3-1實(shí)驗(yàn)板元器件清單第4章  實(shí)驗(yàn)板的軟件設(shè)計(jì)4.1  軟件總體設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)板的軟件設(shè)計(jì)是在硬件電路板的基礎(chǔ)上，通過匯編程序來實(shí)現(xiàn)的。在仿真器上調(diào)試成功后，錄入AT89C51 中，以便實(shí)驗(yàn)板調(diào)用。此設(shè)計(jì)過程中主要完成三個(gè)功能：鍵盤掃描，液晶顯示，與上位機(jī)串行通信。主要設(shè)計(jì)流程如圖4.1軟件總體設(shè)計(jì)流程圖： YYYYNNN開 始初始化調(diào)按鍵掃描有鍵按下? 顯示鍵？字庫鍵？串口鍵？ 鍵？置標(biāo)志，轉(zhuǎn)鍵盤掃描程序置標(biāo)志，轉(zhuǎn)字庫顯示程序置標(biāo)志，轉(zhuǎn)串行通信程序結(jié)  束圖4.1系統(tǒng)流程圖4.2  各模塊設(shè)計(jì)流程圖4.2.1  鍵盤掃描子程

40、序       鍵盤掃描功能實(shí)現(xiàn)過程：當(dāng)鍵盤中數(shù)字鍵按下時(shí)，INTO引腳觸發(fā)，CPU 掃描P1 口，接收并判別被按下的是否為數(shù)字鍵。若是則在內(nèi)部處理接收的數(shù)據(jù)，并將其發(fā)送給P0口，在顯示器件中顯示。程序流程如圖4.2所示：     NYNY開 始設(shè)置P1口保存鍵值確定編碼開中斷有鍵按下？調(diào)延遲程序數(shù)字鍵？CPU處理，顯示器顯示執(zhí)行相應(yīng)鍵操作             &

41、#160;                    圖4.2鍵盤掃描程序流程圖  代碼： X_TIME  DATA  2AHY_TIME  DATA  2BHKEYNAME  DATA  30HORG   0000HLJMP  MAINORG   0013HLJ

42、MP  INT0 ORG   0100HMAIN:CLR  IT0                                    低電平觸發(fā)SETB  PX0SETB  EX0

43、60;MOV  P1,#0FHSETB  EAMOV  SP,#5FH 鍵盤掃描程序PROC INT0INT0:      PUSH  PSW      PUSH  Acc      SETB  RS0      SETB  RS0      LCALL DELAY10

44、                 延遲10ms，等待按鍵穩(wěn)定閉合      MOV  A,P1                        

45、0;    設(shè)置P1口      ANL  A,#0FH                          屏蔽高四位     XRL  A,#0FH     JZ &#

46、160; INT0                                  如果P1.3-P1.0 為高，無效按鍵，退出 確定哪一鍵被按下    MOV  R2,#11101111B 

47、60;           從P1.4開始掃描，左移后依次掃描P1.5-P1.7    MOV  R3,#00H                       初始化掃描次數(shù)LOOP:     MOV 

48、 P1,R2                            掃描送P1口     MOV  A,P1               &

49、#160;        讀P1口;分析P1.3-P1.0狀態(tài)    CPL  A                                  

50、   取反    ANL  A,#0FH                          屏蔽高四位，A=01H，P1.0被按下；A=02H，P1.1 被按下          

51、                                          A=04H，P1.2被按下；A=08H，P1.3被按下；A=00H，對(duì)應(yīng)列無  

52、60;                                                  按鍵，此外表示

53、兩鍵同時(shí)按下   JNB  P,NEXT   JNB  Acc.0,K1   MOV  R4,00H   SJMP  SETNOK1:      JNB  Acc.1,K2     MOV  R4,#01H     SJMP  SETNOK2:     JNB  Acc

54、.2,K3     MOV  R4,#02H     SJMP  SETNOK3:     JNB  Acc.3,NEXT     MOV  R4,#03HSETNO:;；計(jì)算按鍵值     MOV  A,R3     RL  A     RL  A

55、                                    掃描次數(shù)乘4     ADD  A,R4        &

56、#160;                 4*R3+R4=鍵值     MOV  R4,A                         

57、; 保存鍵值     SJMP  NOLOOPNEXT:     INC  R3     MOV  A,R3     CLR  C     SUBB  A,#04H     JNC  MAIN     MOV  A,R2 

58、0;   RL  A     MOV  R2,A     LJMP  LOOPNOLOOP:   ;；等待按鍵釋放WAIT:     MOV  P1,#0FH     MOV  A,P1     ANL  A,#0FH     XRL  A,#0FH

59、     JNZ  WAIT     MOV  A,R4     MOV  DPTR,#KEY     MOVC  A,A+DPTR     MOV  KEYNAME,A     SJMP  RETURNRETURN:     CLR  IE0

60、60;    POP  Acc     POP  PSW      RETI     SJMP  JUDGEDELAY10:     MOV  X_TIME,#109D     MOV  Y_TIME,#250D     PUSH  PSW 

61、60;  CLR  RS0     SETB  RS1     MOV  R7,Y_TIMEDLOOP1:     MOV  R6,X_TIMEDLOOP2:     DJNZ  R6,DLOOP2     DJNZ  R7,DLOOP1     POP  PSW

62、60;    RETJUDGE:;  判斷按鍵編碼，轉(zhuǎn)去執(zhí)行相應(yīng)操作ORG  1000HKEY:DB  11H    ; ENTERDB  12H    ;EDB  14H    ;DDB  18H    ;CDB  21H    ;3DB  22H    ;6DB  24H  

63、  ;9DB  28H    ;BDB  41H    ;2DB  42H    ;5DB  44H    ;8DB  48H    ;ADB  81H    ;1DB  82H    ;4DB  84H    ;7DB  88H   &#

64、160;0                        4.2.2   液晶顯示子程序液晶顯示是指當(dāng)有顯示鍵按下時(shí)，顯示器件能夠顯示程序中事先編輯的數(shù)字，漢字，圖形。流程圖如4.3所示：   開 始顯示器復(fù)位關(guān)靜驅(qū)動(dòng)設(shè)置波特率設(shè)置顯示順序設(shè)置列地址設(shè)置行地址調(diào)漢字編碼顯示漢字結(jié)  束  

65、               圖4.3液晶顯示流程圖    代碼：ORG  0100HINITM:  MOV  A,#0E2H            復(fù)位        LCALL 

66、0; OUTMI        LCALL   OUTSI        MOV  A, #0AEH          關(guān)顯示        LCALL   OUTMI       

67、; LCALL   OUTSI        MOV  A, #0A4H           關(guān)主驅(qū)動(dòng)        LCALL   OUTMI        LCALL  OUTSI    

68、;    MOV  A, #0A9H           設(shè)置波特率LCALL   OUTMILCALL   OUTSIMOV  A, #0A0H          設(shè)置輸出順序LCALL   OUTMILCALL   OUTSIMOV  A, #0EEH &

69、#160;        讀寫關(guān)閉LCALL   OUTMILCALL   OUTSIMOV  A, #00H            設(shè)置列地址LCALL   OUTMILCALL   OUTSIMOV  A, #0C0H        

70、  設(shè)置行地址LCALL   OUTMILCALL   OUTSIMOV  A, #0AFH          ;開顯示LCALL   OUTMILCALL   OUTSI；DISPLAY漢字“兩只黃鸝鳴翠柳 一行白鷺上青天” INITMC：MOV  DPTR，#CHINESE          &

71、#160; MOV  R1  #00H             MOV  B，#B8HDISPWORDM：PUSH  BMOV   A，BLCALL  OUTMILCALL  OUTSTMOV  A，#00HLCALL  OUTMIMOV  R2  #7AHDISPWORD1：MOV  A，R1     &#

72、160;            MOVC  A，A+DPTRLCALL  OUTMD               INC  DPTRDEC  R2CJNE  R2，#3DH，DISPWORD1MOV  A，#00HLCALL  OUTSTDISPWORD2：MOV  A

73、，R1                 MOVC  A，A+DPTRLCALL  OUTSDINC  DPTRDJNZ  R2，DISPWORD2 MOV  R1，#00HPOP  BINC  BMOV  A，BCINZ  A，#0BCH，DISPWORDMLCALL  MS40LCALL  MS40LCALL  MS

74、40LCALL  MS40 AJMP  INITM MS40： MOV  R7，#0E8HMS2：  MOV  R6，#0FFHMS1：  DJNA  R6，MS1              DJNZ  R7，MS2             

75、0;RET ；OUT  INSTRCTION  TO  MASTER 6450OUTMI：PUSH  DPH            PUSH  DPL            MOV  DPTR，#6000H         

76、60;  MOVX  DPTR，A      POP  DPL      POP  DPH      RET ；OUT  INSRCTION  TO SLAVE 6450OUTSI：PUSH  DPHPUSH  DPLMOV  DPTR，#5000HMOVX  DPTR，APOP  DPLPOP  DPHRE

77、T  ；OUT  DATA TO  MASTER 6450OUTMD：PUSH  DPHPUSH  DPLMOV  DPTR，#0E000HMOVX  DPTR，APOP  DPLPOP  DPHRET  ；OUT  DATA TO  SLAVE 6450OUTSD：PUSH  DPHPUSH  DPLMOV  DPTR，#0D000HMOVX  DPTR，APOP  DPLPOP  DPHRET  CHI

78、NESE：；（PAGE0）DB 00H,00HDB 00H,80H,80H,80H,80H,80H,80H,80H,80H,80H,80H,80H,80H,80H,0COH,80H,00DB 00,00,10H,88H,0C4H,23H,40H,42H,42H,42H,42H,42H,0C2H,43H,62H,40H,00DB 00,00,00,0F8H,08H,0CH,OAH,09H,08H,08H,08H,08H,08H,0FCH,08H,00,00DB 00,80H,0EEH,8AH,OFAH,0AAH,0AEH,80H,24H,0E3H,0B6H,0AAH,0B6H,0E2H,20H,

79、20H,00DB 00,00,00,00,00,00,00,00,0FFH,20H,20H,20H,30H,20H,00,00,00DB 00,40H,44H,54H,54H,54H,54H,54H,7FH,54H,54H,54H,54H,56H,44H,40H,00DB 00,40H,42H,42H,42H,42H,42H,42H,0FEH,42H,42H,42H,42H,43H,62H,40H,00DB 00；（PAGE1）DB 00,00DB 00,00,00,00,00,00,00,00,00,00,00,00,00,00,00,00,00DB 00,02H,01H,00,0FFH,0

80、0,00,00,00,00,40H,80H,7FH,00,00,00,00DB 00,00,00,7FH,21H,21H,21H,21H,21H,21H,21H,21H,21H,7FH,00,00,00DB 00,00,40H,40H,5H,52H,53H,56H,5AH,52H,5AH,56H,90H,90H,78H,10H,00DB 00,40H,40H,40H,40H,40H,40H,40H,7FH,40H,40H,40H,40H,40H,60H,40H,00DB 00,00,00,00,0FFH,15H,15H,15H,15H,15H,55H,95H,7FH,00,00,00,00DB

81、 00,80H,80H,40H,20H,10H.0CH,03H,00,03H,0CH,10H,20H,40H,0C0H,40H,00DB 00；（PAGE2）DB 00,00DB 00,02H,02H,0F2H,12H,12H,0FEH,12H,12H,12H,0FEH,12H,12H,0F2H,03H,02H,00DB 00,00,00,00,0FCH,04H,04H,04H,04H,04H,04H,04H,0FEH,04H,00,00,00DB 00,20H,20H,24H,24H,24H,3FH,24H,0E4H,24H,3FH,24H,24H,24H,30H,20H,00DB 00,0

82、4H,0E4H,24H,0E4H,04H,0E4H,26H,0E4H,00,0FCH,06H,55H,84H,7CH,00,00DB 00,00,0FCH,04H,04H,0FCH,04H,00,0FCH,06H,15H,44H,84H,7EH,04H,00,00DB 00,00,40H,41H,55H,0C9H,41H,5FH,60H,41H,55H,0C9H,41H,5FH,40H,00,00DB 00,10H,0D0H,0FFH,90H,10H,0FEH,02H,02H,0F9H,00,0FEH,02H,02H,0FFH,02H,00DB 00；（PAGE3）DB 00,00DB 00,

83、00,00,0FFH,08H,04H,03H,14H,08H,04H,03H,44H,98H,7FH,00,00,00DB 00,00,80H,40H,23H,11H,19H,01H,01H,01H,09H,11H,23H,60H,0C0H,00,00DB 00,00,80H,80H,5FH,55H,35H,15H,1FH,15H,35H,35H,5FH,40H,80H,00,00DB 00,00,7FH,02H,7FH,00,7FH,02H,7FH,10H,13H,12H,1AH,52H,82H,7EH,00DB 00,00,OFH,04H,04H,0FH,10H,10H,13H,12H,12H,1AH,52H,82,7FH,02H,00DB 00,08H,08H,0AH,09H,08H,09H,0AH,0FCH,0A