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漳州职业技术学院
计算机应用专业单片机产品设计报告
题目：
按键发音
年级：
11级1班
专业：
嵌入式
学号：
1106003127
学生姓名：
林伏忠
指导教师：
林隽生
2013年6月5日
摘要
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，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，单片机往往是作为一个核心部件来使用，在根据具体硬件结构，以及针对具体应用对象特点的软件结合，以作完善。
本次单片机按键发声器是以单片机（AT89C51）为核心，结合相关的元器件（共阴极LED数码显示器、蜂鸣器，多路开关组成的键盘等），再配以相应的PROTEUS仿真软件，达到制作简易按键发声器的目的，该系统的主要功能是按下键盘按键对应显示出按键符号在LED上并驱动蜂鸣器发出不同的方波。
通过对本次单片机的简单设计以达到认识其结构和熟悉单片机编程，这对单片机的开发有非常重要的意义。
关键词：
AT89C51PROTEUS共阴极LED数码显示器矩阵键盘
目录
1绪论1
1.1单片机发展史1
1.2 单片机的特点2
1.3课程设计目的2
2MCS-51单片机结构功能3
2.1单片机的主要功能3
2.2芯片引脚描述3
2.2.1主电源引脚VCC和VSS4
2.2.2外接晶体引脚XTAL1和XTAL24
2.2.3控制或与其它电源复用引脚RST/VPD、ALE/PROG、PSEN和EA/VPP4
2.3MSC-51硬件结构6
3AT89C51功能及特点7
3.1AT89C51单片机简介7
3.2单片机的构成7
3.3AT89C51单片机性能及特点8
3.4AT89C51单片机的引脚说明8
4程序设计11
4.1程序流程框图11
4.2源程序12
5仿真调试15
5.1KeiL调试15
5.2Proteus仿真16
总结17
参考文献18
附图19
1绪论
1.1单片机发展史
如果将8位单片机的推出作为起点，那么单片机的发展历史大致可分为以下几个阶段:
（1）第一阶段（1976-1978）：
单片机的控索阶段。
以Intel公司的MCS – 48为代表。
MCS–48的推出是在工控领域的控索，参与这一控索的公司还有Motorola 、Zilog等，都取得了满意的效果。
这就是SCM的诞生年代，“单机片”一词即由此而来。
（2）第二阶段（1978-1982）单片机的完善阶段。
Intel公司在MCS–48 基础上推出了完善的、典型的单片机系列MCS–51。
它在以下几个方面奠定了典型的通用总线型单片机体系结构。
①完善的外部总线。
MCS-51设置了经典的8位单片机的总线结构，包括8位数据总线、16位地址总线、控制总线及具有很多机通信功能的串行通信接口。
②CPU外围功能单元的集中管理模式。
③体现工控特性的位地址空间及位操作方式。
④指令系统趋于丰富和完善，并且增加了许多突出控制功能的指令。
（3）第三阶段（1982-1990）：
8位单片机的巩固发展及16位单片机的推出阶段，也是单片机向微控制器发展的阶段。
Intel公司推出的MCS – 96系列单片机，将一些用于测控系统的模数转换器、程序运行监视器、脉宽调制器等纳入片中，体现了单片机的微控制器特征。
随着MCS – 51系列的广应用，许多电气厂商竞相使用80C51为内核，将许多测控系统中使用的电路技术、接口技术、多通道A/D转换部件、可靠性技术等应用到单片机中，增强了外围电路路功能，强化了智能控制的特征。
（4）第四阶段（1990—）：
微控制器的全面发展阶段。
随着单片机在各个领域全面深入地发展和应用，出现了高速、大寻址范围、强运算能力的8位/16位/32位通用型单片机，以及小型廉价的专用型单片机。
1.2 单片机的特点
由于单片机的这种结构形式及它所采取的半导体工艺，使其具有很多显著的特点，因而在各个领域都得到了迅猛的发展。
单片机主要发如下特点：
（1）有优异的性能价格比。
（2）集成度高、体积小、有很高的可靠性。
单片机把各功能部件集成在一块芯片上，内部采用总线结构，减少了各芯片之间的连线，大大提高了单片机的可靠性与抗干扰能力。
另外，其体积小，对于强磁场环境易于采取屏蔽措施，适合在恶劣环境下工作。
（3）控制功能强。
为了满足工业控制的要求，一般单片机的指令系统中均有极丰富的转移指令、I/O口的逻辑操作以及位处理功能。
单片机的逻辑控制功能及运行速度均高于同一档次的微机。
（4）低功耗、低电压，便于生产便携式产品。
（5）外部总线增加了IC（Inter-IntegratedCircuit）及SPI（SerialPeripheralInterface）等串行总线方式，进一步缩小了体积，简化了结构。
（6）单片机的系统扩展和系统配置较典型、规范，容易构成各种规模的应用系统。
1.3课程设计目的
（1）巩固、加深和扩大单片机应用的知识面，提高综合及灵活运用所学知识解决工业控制的能力；
（2）培养针对课题需要，选择和查阅有关手册、图表及文献资料的自学能力，提高组成系统、编程、调试的动手能力；
（3）过对课题设计方案的分析、选择、比较、熟悉单片机用系统开发、研制的过程，软硬件设计的方法、内容及步骤；
（4）掌握按键扫描原理，了解单片机各个I/O口的相关功能和用途，熟悉使用Proteus和Keil仿真调试软件。
2MCS-51单片机结构功能
2.1单片机的主要功能
MCS-51系列单片机是美国Intel公司在1980年推出的高性能8位单片机。
主要有8031、8051、8751等机型，它们的指令系统与芯片引脚完全兼容，仅片内ROM不同。
51系列主要功能有：
1、8位CPU
2、片内带振荡器，振荡频率fosc范围为1.2-12MHz
3、128个字节的片内数据存储器
4、4K字节的程序存储器（8031无）
5、程序存储器的寻址范围为64K（0000H-FFFFH）
6、片外数据存储器的寻址范围为64K
7、21个字节专用寄存器
8、4个8位并行I/O接口：
P0、P1、P2、P3
9、1个全双工串行I/O接口，可多机通信
10、2个16位定时器/计数器
11、中断系统有5个中断源，可编程为两个优先级
12、111条指令、含乘法指令和除法指令
13、有强的位寻址、位处理能力
14、片内采用单总线结构
15、用单一+5V电源
2.2芯片引脚描述
HMOS制造工艺的MCS-51单片机都采用40引脚的直插封装（DIP方式），制造工艺为CHMOS的80C51/80C31芯片除采用DIP封装方式外，还采用方型封装工艺，引脚排列如图。
其中方型封装的CHMOS芯片有44只引脚，但其中4只引脚（标有NC的引脚1、12、23、34）是不使用的。
在以后的讨论中，除有特殊说明以外，所述内容皆适用于CHMOS芯片。
如图2.1，是MCS-51的引脚图。
在单片机的40条引脚中有2条专用于主电源的引脚，2条外接晶体的引脚，4条控制或与其它电源复用的引脚，32条输入/输出（I/O）引脚。
下面按其引脚功能分为四部分叙述这40条引脚的功能。
图2.1MCS-51单片机芯片引脚图
2.2.1主电源引脚VCC和VSS
VCC——（40脚）接+5V电压；
VSS——（20脚）接地；
2.2.2外接晶体引脚XTAL1和XTAL2
XTAL1（19脚）接外部晶体的一个引脚。
在单片机内部，它是一个反相放大器的输入端，这个放大器构成了片内振荡器。
当采用外部振荡器时，对HMOS单片机，此引脚应接地；对CHMOS单片机，此引脚作为驱动端。
XTAL2（18脚）接外晶体的另一端。
在单片机内部，接至上述振荡器的反相放大器的输出端。
采用外部振荡器时，对HMOS单片机，该引脚接外部振荡器的信号，即把外部振荡器的信号直接接到内部时钟发生器的输入端；对XHMOS，此引脚应悬浮。
2.2.3控制或与其它电源复用引脚RST/VPD、ALE/PROG、PSEN和EA/VPP
2.2.3.1RST/VPD（9脚）：
当振荡器运行时，在此脚上出现两个机器周期的高电平将使单片机复位。
推荐在此引脚与VSS引脚之间连接一个约8.2k的下拉电阻，与VCC引脚之间连接一个约10μF的电容，以保证可靠地复位。
VCC掉电期间，此引脚可接上备用电源，以保证内部RAM的数据不丢失。
当VCC主电源下掉到低于规定的电平，而VPD在其规定的电压范围（5±0.5V）内，VPD就向内部RAM提供备用电源。
2.2.3.2ALE/PROG（30脚）：
当访问外部存贮器时，ALE（允许地址锁存）的输出用于锁存地址的低位字节。
即使不访问外部存储器，ALE端仍以不变的频率周期性地出现正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。
因此，它可用作对外输出的时钟，或用于定时目的。
然而要注意的是，每当访问外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。
ALE端可以驱动（吸收或输出电流）8个LS型的TTL输入电路。
对于EPROM单片机（如8751），在EPROM编程期间，此引脚用于输入编程脉冲（PROG）。
2.2.3.3PSEN（29脚）：
此脚的输出是外部程序存储器的读选通信号。
在从外部程序存储器取指令（或常数）期间，每个机器周期两次PSEN有效。
但在此期间，每当访问外部数据存储器时，这两次有效的PSEN信号将不出现。
PSEN同样可以驱动（吸收或输出）8个LS型的TTL输入。
2.2.3.4EA/VPP（引脚）：
当EA端保持高电平时，访问内部程序存储器，但在PC（程序计数器）值超过0FFFH（对851/8751/80C51）或1FFFH（对8052）时，将自动转向执行外部程序存储器内的程序。
当EA保持低电平时，则只访问外部程序存储器，不管是否有内部程序存储器。
对于常用的8031来说，无内部程序存储器，所以EA脚必须常接地，这样才能只选择外部程序存储器。
对于EPROM型的单片机（如8751），在EPROM编程期间，此引脚也用于施加21V的编程电源（VPP）。
2.2.3.5输入/输出（I/O）引脚P0、P1、P2、P3（共32根）：
①P0口（39脚至32脚）：
是双向8位三态I/O口，在外接存储器时，与地址总线的低8位及数据总线复用，能以吸收电流的方式驱动8个LS型的TTL负载。
②P1口（1脚至8脚）：
是准双向8位I/O口。
由于这种接口输出没有高阻状态，输入也不能锁存，故不是真正的双向I/O口。
P1口能驱动（吸收或输出电流）4个LS型的TTL负载。
对8052、8032，P1.0引脚的第二功能为T2定时/计数器的外部输入，P1.1引脚的第二功能为T2EX捕捉、重装触发，即T2的外部控制端。
对EPROM编程和程序验证时，它接收低8位地址。
③P2口（21脚至28脚）：
是准双向8位I/O口。
在访问外部存储器时，它可以作为扩展电路高8位地址总线送出高8位地址。
在对EPROM编程和程序验证期间，它接收高8位地址。
P2可以驱动（吸收或输出电流）4个LS型的TTL负载。
④P3口（10脚至17脚）：
是准双向8位I/O口，在MCS-51中，这8个引脚还用于专门功能，是复用双功能口。
P3能驱动（吸收或输出电流）4个LS型的TTL负载。
作为第一功能使用时，就作为普通I/O口用，功能和操作方法与P1口相同。
作为第二功能使用时，各引脚的定义如表所示。
值得强调的是，P3口的每一条引脚均可独立定义为第一功能的输入输出或第二功能。
下表2.1是各口的第二功能定义
表2.1P3口的第二功能
引脚
线第二功能
P3.0
RXD（串行输入口）
P3.1
TXD（串行输出口）
P3.2
INT0（外部中断0）
P3.3
INT1（外部中断1）
P3.4
T0（定时器0外部输入）
P3.5
T1（定时器1外部输入
P3.6
WR（外部数据存储器写脉冲）
P3.7
RD（外部数据存储器读脉冲）
2.3MSC-51硬件结构
MCS-51系列内部结构框图如下图2.3.1所示：
图2.3.1MCS-51硬件电路
含有运算器、控制器、片内存储器、4个I/O接口、串行接口、定时器/计数器、中断系统、振荡器等功能部件，SP堆栈指针寄存器、PSW程序状态字、DPTR数据指针、B寄存器。
MCS-51系列单片机是在一块芯片上集成了CPU，RAM，ROM、定时器/计数器和多功能I/O口等基本功能部件的一台计算机。
单片机必须配备部分外围元件才能使用，其系统核心是单片机芯片，今后的课程将围绕8051芯片讲解单片机原理和应用。
3AT89C51功能及特点
3.1AT89C51单片机简介
AT89C51单片机是一种低功耗，高性能的片内含有4KB可编程/擦除只读存储器（FPEROM—FlashProgrammableandErasableReadOnlyMemory）的8位COMS微控制器，使用高密度，非易失存储技术制造，并且与AT89C51引脚和指令系统完全兼容。
芯片上的FPEROM允许在线编程或采用通用的非易失存储编程器对存储器重复编程。
AT89C51单片机带有2K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的单片机，其内部的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。
该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。
由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51单片机是一种高效微控制器，也为嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案，这就显示出了AT89C51单片机的优越性。
3.2单片机的构成
AT89C51单片机是在一块芯片中集成了CPU、RAM、ROM、定时器/计数器和多种功能的I/O线等一台计算机所需要的基本功能部件，AT89C51单片机单片机内包含下列几个部件：
（1）一个8位CPU；
（2）一个片内振荡器及时钟电路；
（3）4K字节ROM程序存储器；
（4）128字节RAM数据存储器；
（5）两个16位定时器/计数器；
（6）可寻址64K外部数据存储器和64K外部程序存储器空间的控制电路；
（7）32条可编程的I/O线（四个8位并行I/O端口）；
（8）一个可编程全双工串行口；
（9）具有五个中断源、两个优先级嵌套中断结构。
其内部机构框图如图3.1所示：
3.3AT89C51单片机性能及特点
（1）与MCS-51微控制器产品系列兼容。
（2）片内有4KB可在线重复编程的快闪擦写存储器（FlashMemory）。
（3）存储器可循环写入/擦除1000次。
（4）存储数据保存时间为10年。
（5）工作电压范围：
Vcc可为2.7V～6V。
（6）全静态工作：
可从0HZ到16MHZ。
（7）程序存储器具有3级加密保护。
（8）128﹡8位内部RAM。
（9）32条可编程I/O线。
（10）两个16位定时器/计数器。
（11）中断结构具有5个中断源和2个优先级。
（12）可编程全双工串行通道。
（13）空闲状态维持低功耗和掉电状态保存存储内容。
3.4AT89C51单片机的引脚说明
AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM—FalshProgrammableandErasableReadOnlyMemory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。
AT89C2051是一种带2K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的单片机。
单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。
该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。
由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器。
图3.3AT89C51单片机引脚图
AT89C51单片机的内部硬件结构中除了程序存储器由FPEROM取代了87C51单片机的EPROM外，其余部分完全相同，其管脚说明如下：
（1）VCC：
供电电压
（2）GND：
接地
（3）时钟电路
XTAL1（19脚）——芯片内部振荡电路（单级反相放大器）输入端。
XTAL2（18脚）——芯片内部振荡电路（单级反相放大器）输出端。
（4）控制信号
RST（9脚）复位信号：
时钟电路工作后，在此引脚上将出现两个机器周期的高电平，芯片内部进行初始复位，P0口～P3口输出高电平，将初值07H写入堆栈指针。
ALE（30脚）地址锁存信号：
当访问外部存储器时，P0口输出的低8位地址由ALE输出的控制信号锁存到片外地址锁存器，P0口输出地址低8位后，又能与片外存储器之间传送信息。
另外，ALE可驱动4个TTL门。
（29脚）片外程序存储器读选通：
低电平有效，
作为程序存储器的读信号，输出负脉冲，将相应的存储单元的指令读出并送到P0口，
可驱动8个TTL门。
/Vpp（30脚）：
当
为高电平且PC值小于0FFFH时，CPU执行内部程序存储器程序；当
为低电平时，CPU仅执行外部程序存储器程序。
（5）I/O接口
P0口（P0.0～P0.7，39～32脚）三态双向口：
P0口结构包括一个输出锁存器、两个三态缓冲器、一个输出驱动电路和一个输出控制端。
P0口做地址/数据复用总线使用。
若从P0口输出地址数据信息，此时控制端为高电平，若从P0口输入数据指令信息时，引脚信号应从输入三态缓冲器进入地址总线，它可驱动8个TTL门。
P0～P3口上的“读-修改-写”功能，其操作是先将字节的全部8位数读入，再通过指令修改某些位，然后将新的数据写回到口锁存器中。
P1口（P1.0～P1.7，1～8脚）准双向口：
P1口做通用I/O接口使用，P1口的每一位口线能独立地作用于输入线，P1口可驱动4个TTL门。
P2口（P2.0～P2.7，21～28脚）通用I/O接口：
它做通用I/O接口使用时，是一个准双向口，此时转换开关MUX倒向左边，输出极与锁存器相连，引脚可作为用户I/O口线使用，输入/输出操作与P1口完全相同，P2口做地址总线使用。
当系统中接有外部存储器时，P2口用于输出高8位地址A8～A15，这时在CPU控制下，转换开关MUX倒向右边，接通内部地址总线。
P2口的口线状态取决于片内输出的地址信息，这些信息来源于PC、DPTR等。
在外接程序存储器中，由于访问外部存储器操作连续不断，P2口不断送出地址高8位。
AT89C51单片机的P2口一般只做地址总线使用，不做I/O接口直接连外部设备使用。
P3口（P3.0～P3.7，10～17脚）双功能口：
P3口做通用I/O接口使用，输出功能控制线为高电平，与非门的输出取决于锁存器的状态，此时锁存器Q端的状态与其引脚状态是一致的。
在这种情况下，P3口的结构和操作与P1口相同。
P3口第二功能是可作为系统具有控制功能的控制线，另外P3口可驱动4个LSTTL门电路。
P3口：
P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。
当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。
作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流，这是由于上拉的缘故。
P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口使用如：
P3.0RXD（串行输入口）；
P3.1TXD（串行输出口）；
P3.2/INT0（外部中断0）；
P3.3/INT1（外部中断1）；
P3.4T0（记时器0外部输入）；
P3.5T1（记时器1外部输入）；
P3.6/WR（外部数据存储器写选通）；
P3.7/RD（外部数据存储器读选通）；
4程序设计
4.1程序流程框图
开始
初始化
调用显示
有键按下？
N
识别按键
显示字符和发出声音
输出方波
状态处理完？
NY
4.2源程序
#include
#defineucharunsignedchar
#defineuintunsignedint
sbitBEEP=P3^4
sbitK1=P1^1;
sbitK2=P1^2;
sbitK3=P1^3;
sbitK4=P1^4;
voidDelayMS（uintx）
{
uchart;
while（x--）
{
for（t=0;t<120;t++）;
}
}
voidPlay（uchart）
{
uchari;
for（i=0;i<100;i++）
{
BEEP=~BEEP;
DelayMS（t）;
}
BEEP=0;
}
voidmain（）
{
P1=0xff;
while
（1）
{
if（K1==0）Play
（1）;
if（K2==0）Play
（2）;
if（K3==0）Play（3）;
if（K4==0）Play（4）;
}
}
5仿真调试
5.1KeiL调试
（1）在Windows下运行KeilµVisiion2软件，进入KeilµVisiion2开发环境。
（2）在KeilµVisiion2选择Project/NewPreject…，建立一个新的工程项目。
（3）给工程项目取名为lock，然后保存。
（4）紧接着自动化弹出器件选择窗，选择Atmel公司的AT89C51，并在弹出窗口中选择否。
（5）在KeilµVisiion2中选择File/New，打开程序编辑器。
（6）输入程序，检查无误后保存文件（扩展名.asm）在工程项目相同的目录中。
（7）在PrejectWorkspace窗口中，选择SourceGroup1条目并单击右键，在弹出的菜单在选择AddFilestoGroup‘SourceGroup1’。
（8）加入刚才保存的汇编程序源文件led88.asm。
注意，按一次Add按键即可，选完后单击Close退出。
（9）在ProjectWorkspace窗口中，选择Target1条目并单击右键，在弹出的菜单中选择OptionforTarget‘Target1‘，准备为Target1配置编译环境。
（10）在Output页为CreateHEXFile项打勾，以便输出单片机烧写用HEX格式文件。
（11）选项配置好后，在KeilµVisiion2中选择Project/Buildtarget，编译工程项目。
（12）编译结果显示在OutputWindows中，若有错，可双击错误提示行，然后定位到源程序中修改；若无误就可进行下面的软件调试。
5.2Proteus仿真
元件清单：
元件名单
所属类
所属子类
AT89C51
Microproessor
8051Family
CAP
Capacitors
Generic
CAP-ELEC
Capacitors
Generic
CRYSTAL
Miscellaneous
Generic
RES
Resistor
Generi
升级会员 