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基于AT89S51单片机控制的八路LED显示设计

浏览次数:533 分类:技术文献

    一、单片机的内部结构


  AT89S51单片机兼容标准8051的指令系统及引脚。下面以AT89S51单片机为例,简要介绍51系列单片机的内部结构。


  通常,单片机片内含CPU、ROM、RAM、并行I/O口、定时器/计数器、中断控制系统、时钟电路、系统总线等。


  1.中央处理器(CPU)


  中央处理器是AT89S51单片机的核心,完成运算和控制功能。其CPU能处理8位二进制数或代码。


  2.程序存储器


  程序存储器用于存放用户编写的程序、原始数据或表格,分为片内程序存储器和片外程序存储器。


  AT89S51采用片内、片外统一编址的64kB(0000H~FFFFH)程序存储器地址空间。片内有4kB Flash Memery.地址范围为0000H~OFFFH.


  既可在线编程(ISP),也可以用传统方法进行编程。


  采用汇编语言或C语言编写的源程序,必须通过编译软件(如Keil C51)把编译生成二进制代码,即机器码。用户编写的程序、原始数据、表格等,都是以二进制的形式存放在程序存储器中的。计算机的工作,就是按照事先编好的程序从0000H地址单元一条条地循序执行的。


  当AT89S51(31) 脚EA接高电平时,从片内ROM 中的0000H地址单元开始执行程序。当AT89S51(31)脚EA接低电平时,片内ROM不起作用,CPU只能从片外ROM 中取指令。


  内部ROM 0000H~002AH共43个单元。被分为六段,作为程序运行的入口地址使用。其中:


  0000H~0002H 为复位后或初始化引导程序地址区;0003H~000AH 外部中断0中断入口地址区;000BH~001 2H 定时器/计数器0中断入口地址区;001 3H~001 AH 外部中断1中断入口地址区;001 BH~0022H 定时器/计数器1中断入口地址区;0023H ~ 002AH 串行中断入口地址区。


  通常, 我们编写程序时不得占用上述中断程序入口地址单元, 即0003H~002AH单元。也就是说, 主程序一般不放在该地址空间。编程时, 可以采用起始伪指令ORG,跳过0003H~002AH单元。


  伪指令,是告诉汇编程序如何进行汇编的一类指令,不会被汇编成机器代码,只能为汇编软件(如Keil C51)所识别。


  单片机复位后,是从0000H单元开始取指令执行程序的。因此,应在O000H~O002H三个单元存放一条无条件转移指令,转到主程序,程序结构如下:


  ORG O00H:用伪指令ORG指示随后的指令代码从0000H地址单元开始存放。


  LJMP START;在O000H~0002H存放一条长跳转指令,执行该指令,程序转到以START为语句标号的地址执行。


  ORG 0030H;伪指令ORG指示随后的指令代码从0030H地址单元开始存放。


  START: ;START是主程序入口地址标号,主程序开始。


  ……


  END ;结束伪指令,标志程序代码到此结束。


  通过该程序,保留了各中断入口地址。对各个中断入口地址的使用,我们在学习中断系统时再进行介绍。


  3.数据存储器(RAM )


  单片机的数据存储器有片内和片外之分,AT89S51片内有256字节RAM,其中高128单元被专用寄存器占用,低128字节供用户使用,用于存放可读写的数据。片外数据存储器可扩展6kB存储空间,地址范围为0000H~FFFFH.片内和片外RAM 的地址空间各自独立, 指令MOV用于片内数据存储器之间的传送,指令MOVX用于片外数据存储器和累加器A之间的数据传送。


  AT89S51内部RAM共有256字节,通常分为低128字节(地址00H~7FH)和高128字节(地址80H~FFH)两部分。低128字节,按其用途分为三个区域,如表1所示。


表1


表1



    (1)工作寄存器区


  工作寄存器区有四组工作寄存器,每组8个寄存器,用于存放操作数及中间结果等。其地址为内部RAM 的00H~1FH单元地址。在任一时刻,CPU只能使用其中一组寄存器,并把正在使用的那组寄存器称为当前寄存器组,用R0~R7表示。当前使用的到底是哪一组工作寄存器,则由程序状态字寄存器PSW 得RS1、RS0位的状态组合决定,表2为工作寄存器选择。


表2 工作寄存器选择


表2 工作寄存器选择


  RS1和RS0的状态可以通过指令修改,如指令:


  SETB RS1 :置RS1为1


  CLR RS0 ;置RS0为0


  置当前工作寄存器为第2组,R0~R7的物理地址为10H~17H.


  (2)位寻址区。


  内部RAM的20H~2FH单元,既可作为一般RAM单元使用,进行字节操作,也可以对各RAM单元的每一位进行位操作,因此,把该区又称为位寻址区。位寻址区有16字节RAM单元,共128位,位地址为00H~7FH.可以用位操作类指令对其进行位操作。如指令:


  CLR 00H ;00H为位地址,而不是字节地址,将位地址00H清零


  SETB 07H ;07H为位地址,不是字节地址,将位地址07H置1


  当位地址为80H~FFH时,所代表的是特殊功能寄存器的位地址。


  如指令:CLR P1.0


  CLR 9OH


  (3)用户RAM 区及堆栈。


  用户RAM区,包括堆栈区和用户标志区等用户自己设定的数据区。其地址在内部RAM低128单元中。如果用户的程序要使用四组工作寄存器,其单元地址为30H ~7FH,共8O个单元,如果用户程序不需要四组工作寄存器,则其中一部分工作寄存器区也可作用户RAM使用。用户RAM区中的堆栈,用来暂存数据和地址,它是按”先进后出”的原则存取数据的。


  堆栈有进栈和出栈两种操作,由栈指针SP管理。分别采用压栈和出栈指令PUSH和POP进行数据的存和取。


  系统复位后,SP的值为07H,此时堆栈是从08H单元开始的。由于08H~1FH单元属于工作寄存器1~3区,如果程序中要用到这些区,最好把SP值改为2FH或更大。堆栈最好在内部RAM的30H~7FH单元中开辟。SP值一经确定,堆栈的位置也就确定下来了。由于SP可通过指令初始化为不同值。因此堆栈的位置是浮动的。如:


  说明:( ):表示某寄存器、存储单元或表达式的内容。(()):表示某寄存器、存储单元或表达式的内容为地址单元的内容。


  4.特殊功能寄存器(SFR)


  内部RAM的高128单元是特殊功能寄存器区其单元地址为80H~FFH.本文只讲解累加器ACC.


  累加器A是最常用的特殊功能寄存器。它既可存放操作数,也可存放运算的中间结果。51系列单片机(AT89S51)中大部分单操作数指令的操作数取自累加器,许多双操作数指令中的一个操作数也取自累加器。


  如:指令MOV A,Rn;把当前工作寄存器的内容送累加器A.指令MOV A,#data;把立即数data送累加器A.


  5. 定时器/计数器


  51系列单片机(AT89S51)共有2个16位定时器/计数器,用以实现定时或计数功能。并以其定时或计数结果对计算机进行控制。


  6. 并行I/O口


  AT89S51共有四个8位I/O I:1 P0、P1、P2、P3,以实现数据的并行输入输出。在下面的实例中。


  我们便是用P1 1:3连接8只发光二极管,并通过程序对其进行控制。


  7. 串行口


  AT89S51有一个全双工的串行口,以实现单片机和其他设备之间的串行数据传送。该串行口既可作为全双工异步通信收发器使用,也可作为同步移位器使用。


  8. 中断控制系统


  AT89S51共有5个中断源,即外中断2个、定时/计数中断2个、串行中断1个。


  综上所述,51系列单片机(AT89S51)虽然只是一个芯片,但具有计算机应该具有的基本部件。


  是一个简单的微型计算机系统。


 二、8路LED花样显示电路设计


  为了实现8路LED间隔显示所设计的八路LED花样显示电路如图1所示。其中,发光二极管可选用3mm 的,晶振为12MHz的,电路可用15~17cm的万能板搭焊,单片机最好加一个40DIP的紧锁lC插座,电源可用装在4.5V电池盒的三节5号电池提供。


图1 8路LED花样显示电路图


图1 8路LED花样显示电路图



  三、制作


  到电子市场上购买以上材料后(正常价格约20元),便可进行电路的焊接了。焊接步骤如下:


  (1)在万能板上依据8路LED花样显示电路设计好PCB电路图,然后以紧锁座为中心焊接其他元件。


  (2)电路焊接顺序为:电源电路一外围电路一振荡电路一复位电路一程序存储器选择电路。


  焊接前,应先对元器件引脚或电路板的焊接部位进行处理,~ 般有”刮/擦”、”镀”、”测”三个步骤:


  刮/擦,就是做好焊接部位的清洁工作。一般是用小刀、细砂纸或橡皮擦,对紧锁座的引脚、万能电路板进行清理,去除其上的污垢。


  镀,就是在刮净的元器件的待焊接部位上镀锡。


  具体做法是:先蘸松香酒精溶液涂在刮净的元器件焊接部位,再将带锡的热烙铁头压在其上,并转动元器件,使之均匀地镀上一层很薄的锡层。


  测,就是用万用表检测所有元器件的质量是否可靠,若质量不可靠或已损坏,则用同规格元器件替换焊接对象不同,电烙铁的工作温度也不相同。用电烙铁碰触松香, 若有”吱吱” 声,说明温度合适;若没有声音,仅能使松香勉强熔化,说明温度太低;若烙铁头一碰上松香就大量冒烟,则说明温度太高。


  焊接过程一般以2~3s为宜。正常情况下,本电路焊接可以在3小时内完成。


  四、程序设计


  ORG O000H;随后的指令代码从O000H单元开始存放LJMP START;转标号START处ORG 0030H;随后的指令代码从0030H单元开始存放。


  START:MOV P1,#10101010B;使得(P1)= 1o101010B,8路LED间隔发光END;结束伪指令,说明程序到此结束。


  使用Keil C51 uVision2 编辑源程序、编译源代码并生成目标程序代码,再把目标程序代码通过编程器写到单片机中。把单片机芯片插到八路LED花样显示电路的紧锁插座上,并通电观察结果。


  该程序实现了用单片机控制八只LED发光的功能。执行该程序,LEDI、LED3、LED5、LED7点亮,LED2、LED4、LED6、LED8熄灭,如图2所示:


图2


图2


  请读者思考, 如果把指令”START:MOVP1,#1O101010B” 换成”START:MOV P1,#01010101 B”.LED1~LED8的发光状态将如何?


  如果想要前面四只LED亮,后面4只LED灭,该如何修改程序?

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