发布时间 : 星期一 文章（毕设论文）LED显示系统设计更新完毕开始阅读8a030bf526fff705cc170a40
武汉工程大学 毕业设计（论文）
3.2 单片机最小系统设计
本设计采用的是ATM89C5单片机芯片，以它为核心对LED显示屏实现控制。89C51单片机主要由多个基本部件组成，即微处理器(CPU)、数据存储器(RAM)、程序存储(ROM/EPROM ) 、I/0口(PO~P3口)、串行口、定时/计数器、中断系统及特殊功能寄存器(SFR)。它具有S1系列单片机所具有的共同的特点，单片机的引脚图如图3.3所示，它有40个引脚，包括8位的I/0口四个：P0， P1， P2和P3，共犯个引脚；电源Vcc引脚，电源地GND引脚，外接晶振引脚XTAL 1和XTAL2，控制信号引脚：RST、ALE、PSEN 和EA 。
输入/输出端口：P0、 P1、 P2和P3，每个P口都有八位，其中PO口是准双向口，作为输出口的时候，要先向该口写入1 ，PO口的内部不包含内部上拉电阻，因此在对PO口操作的时候要在其外部电路加入上拉电阻。P3口具有第二功能，具体功能详见前表，这里不再赘述。P2口可以用在访问外部程序存储器和16位地址的外部数据存储器时，P2口送出的是高8位地址，PO口提供低8位地址，PO口可分时提供8位数据总线。
控制信号引脚：RST、ALE、PSEN 和EA 。RST是单片机的复位引脚，外接硬件电路可以实现单片机的复位操作。ALE是地址锁存允许信号引脚，高电平有效，当单片机访问外部存储器时，ALE输出信号作为锁存低8位地址的控制信号。PSEN 是程序存储允许输出信号端，主要应用在对片外存储器的操作方面。EA 是外部程序存储器地址允许输入端/固化编程电压输入端，主要应用在访问外部ROM，在实际应用时，保持该引脚是高电平即可。
晶振连接引脚：XTAL 1和XTAL2，在需要接振荡晶体的时候将两个引脚之间跨接一个晶振，如果需要采用外部时钟电路的时候，XTAL 1输入外部时钟脉冲，XTAL2引脚悬空。
电源引脚：Vcc为电源端，接+5 V电压源，GND是接地端，接电源地。
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图3.3 89C51单片机引脚图
单片机如果要正常工作，需要有时钟脉冲源，使单片机有可以工作的时序脉冲。另外为了防止单片机工作时不稳定，或者出现程序跑飞、死循环等现象，还要有使单片机重新初始化的电路即复位电路，这就组成了单片机的最小系统电路，最小系统电路图3.4所示。
时钟电路是由石英晶体及两个电容构成的稳定的自激振荡器，电容通常取值30pF左右，可稳定频率并对振荡频率有微调作用[7]。振荡脉冲频率范围为0~24MHz，晶体振器的频率为f，89C51的一个机器周期包括12个振荡周期，如果采用6MHz晶体振荡器，则每个机器周期恰为2 us。每条指令都由一个或几个机器周期组成，在51系统中，有单周期指令、双周期指令和4周期指令。指令的运算速度和它的机器周期数直接相关，机器周期数较少则执行速度快。但是，晶振的振荡频率不能选择过大，超过了单片机的承受能力单片机就会无法执行程序。
RST引脚是单片机复位信号的输入端，复位信号是高电平有效，其有效时间应持续4个振荡周期，即二个机器周期以上，单片机晶振选用16MHz，则复位信号持续时间应该超过2 s，才能完成复位操作。
复位电路分自动复位和按键手动复位两种方式[8]。上电自动复位是在加电瞬间电容通过充电来实现复位，电路图如图所示。在通电瞬间，电容C通过电阻R充电，RST端出现正脉冲，用以复位。只要Vcc的上升时间不超过1 ms，就可以实现上电复位，当采用12MHz晶体的时候，电容C取值为10pf，电阻R取值为8.2k。手动复位是通过人为的按键使单片机复位，当程序出现不需要的死循环，或者程序跑飞的时候就需要人为
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的来使单片机复位初始化，这样就可以通过按键来使单片机复位。单片机复位电路通常是上电复位电路和手动复位电路组合在一起使用。
图3.4 单片机最小系统
3.3 单片机串行通信技术
单片机与单片机，单片机与计算机之间进行信息互相传递，主要通过电线连接，而电线连接的接口就是单片机进行外部通讯的主要部件。单片机通信可以分并行通信和串行通信[9]。并行通信按数据的位数分配导线，每位一根导线，数据同时传送出去，传输速度快，但是由于这种通信需要大量的导线，当传输距离远或者信息量大的时候，传输数据的干扰大，架设导线需要的投资也很大，所以在非必要情况下不采用这种传输方式，而采用串行通信。串行通信的载体就是串行口，这种方式采用按位传输，每次发送/接收一位，需要一对导线就可以实现通信，传输速度没有并行通信快，但是传输距离远，传输数据的准确性较高，降低成本，本文着重介绍了串行通信技术。
3.3.1 串行通信简介
串行通信指数据是一位一位按顺序传送的通信方式[10]。所以无论多少位的数据，每次只能传送一位，不是“0”就是“1”，保证数据传送的准确性。串行通信的传输方式通常有3种，即单工，全双工和半双工[11]。单工的传输方式就是只允许数据向一个方向传送，半双工是指数据发送和接收两个方向都可以传送，但是同一时间只允许发送或者接收，而全双工则是同一时间既可以发送数据，也可以接收数据。而无论是哪种传输方式，串行通信有两种基本的通信方式：异步通信和同步通信，在本文中主要介绍的是异步通信。
异步通信是以帧的格式进行传输的，每帧的格式由四部分组成:起始位、数据位、奇
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偶校验位和停止位[12]。起始位是控制数据传送开始传送的数据位，当没有数据传送的时候该位一直发送“I”，当传送数据的时候就变成“0”，接收方检测到允许信号后，开始接收数据。数据位就是要传送的数据，长度从5到8位，数据的发送位从最低位开始。奇偶校验位是检测数据传送是否产生错误的数据位，它是检测传送数据中1的个数，分奇校验和偶校验，顾名思义奇校验就是校验数据位和校验位中1的个数是奇数，偶校验就是检测数据中1的个数是偶数。停止位表示传送的数据结束，停止位一般有一位、一位半或者两位。
计算机通信速度的单位是波特率，波特率的含义是每秒钟数据传送的位数，在异步串行通信中，两方的波特率要保持一样，数据才能交换成功[13]。单片机的串行口分四种工作方式，每种工作方式都有它的波特率。模式0的波特率是单片机外接晶振的1/12，模式2的波特率是通过SMOD寄存器控制的，SMOD=1，波特率等于振荡器频率除以12，如果SMOD=0，波特率就是第一种波特率的1/2。而模式1和模式3的波特率是由SMOD和定时器1的定时溢位率决定的。在通常情况下定时器1会被定义成模式2的定时自动载入功能，实际有技术功能的计数器为TL 1，而TH 1则当成自动载入时的设置值，所以波特率的公式可以见式3.5：
(3.1)
单片机的晶振频率一般取11.0592MHz，定时器1工作在模式2，自动载入的定时模式，TH1和波特率的对应关系表就如表3.6所示。
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