按键发音论文报告.docx

1、按键发音论文报告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

2、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： AT89C51 PROTEUS 共阴极LED数码显示器 矩阵键盘 目录1 绪论 11.1 单片机发展史 11.2 单片机的特点 21.3 课程设计目的 22 MCS-51单片机结构功能 32.1 单片机的

3、主要功能 32.2 芯片引脚描述 32.2.1 主电源引脚VCC和VSS 42.2.2 外接晶体引脚XTAL1和XTAL2 42.2.3 控制或与其它电源复用引脚RST/VPD、ALE/PROG、PSEN和EA/VPP 42.3 MSC-51硬件结构 63 AT89C51功能及特点 73.1 AT89C51单片机简介 73.2 单片机的构成 73.3 AT89C51单片机性能及特点 83.4 AT89C51单片机的引脚说明 84 程序设计 114.1 程序流程框图 114.2 源程序 125 仿真调试 155.1 KeiL调试 155.2 Proteus仿真 16总结 17参考文献 18附图

4、191 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MCS48为代表。MCS48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MCS48基础上推出了完善的、典型的单片机系列MCS51。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。完善的外部总线。MCS-51设置了经典的8位单片机的总线结

5、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。CPU外围功能单元的集中管理模式。体现工控特性的位地址空间及位操作方式。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MCS96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MCS51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

6、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

7、，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I C（Inter-Integrated Circuit）及SPI（Serial Peripheral Interface）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

8、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。2 MCS-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

9、不同。51系列主要功能有：1、8位CPU2、片内带振荡器，振荡频率fosc范围为1.2-12MHz3、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64K7、21个字节专用寄存器8、4个8位并行I/O接口：P0、P1、P2、P39、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

10、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2.1 MCS-51单片机芯片引脚图

11、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

12、源复用引脚RST/VPD、ALE/PROG、PSEN和EA/VPP 2.2.3.1 RST/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10F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（50.5V）内，VPD就向内部RAM提供备用电源。 2.2.3.2 ALE/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

13、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）。2.2.3.3 PSEN（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

14、输出）8个LS型的TTL输入。 2.2.3.4 EA/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）：

15、P0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。 P1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。P2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

16、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。P3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2.1 P3口的第二功能引脚线第二功能 P3.0RXD（串行输入口）P3.1TXD（

17、串行输出口） P3.2INT0（外部中断0）P3.3INT1（外部中断1）P3.4T0（定时器0外部输入） P3.5T1（定时器1外部输入P3.6WR（外部数据存储器写脉冲）P3.7RD（外部数据存储器读脉冲）2.3 MSC-51硬件结构MCS-51系列内部结构框图如下图2.3.1所示：图2.3.1 MCS-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

18、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。 3 AT89C51功能及特点3.1 AT89C51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（FPEROMFlash Programmable and Erasable Read Only Memory）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

19、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

20、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： 3.3 AT89C51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（Flash Memory）。（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：

21、Vcc可为2.7V6V。（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）1288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。3.4 AT89C51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（FPEROMFalsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。AT89C2051是一种带2K

22、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3.3 AT89C51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

23、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

24、，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（P0.0P0.7，3932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。P0P3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（P1.0P1.7，18脚）准双向口：P1口做通用I/O接口使用，P1口的

25、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（P2.0P2.7，2128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A8A15，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

26、址总线使用，不做I/O接口直接连外部设备使用。P3口（P3.0P3.7，1017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

27、功能口使用如：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（记时器0外部输入）；P3.5 T1（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？ N Y 4.2 源程序 #include #define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit BEEP = P34sb

28、it K1 = P11;sbit K2 = P12;sbit K3 = P13;sbit K4 = P14;void DelayMS(uint x) uchar t; while(x-) for(t=0;t120;t+); void Play(uchar t) uchar i; for(i=0;i100;i+) BEEP = BEEP; DelayMS(t); BEEP = 0;void main() 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

29、试5.1 KeiL调试（1）在Windows下运行Keil Visiion2软件，进入Keil Visiion2开发环境。（2）在Keil Visiion2选择Project/New Preject，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Keil Visiion2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Preject Workspace窗口中，选择Source Group1条目并单击右键

30、，在弹出的菜单在选择Add Files to Group Source Group 1。（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Project Workspace窗口中，选择Target 1条目并单击右键，在弹出的菜单中选择Option for Target Target 1，准备为Target 1配置编译环境。（10）在Output页为Create HEX File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Keil Visiion2中选择Project/Build target，编译工程项目。（12）编译结果显示在Output Windows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。5.2 Proteus仿真元件清单：元件名单所属类所属子类AT89C51Microproessor8051 FamilyCAPCapacitorsGenericCAP-ELECCapacitorsGenericCRYSTALMiscellaneousGenericRESResistorGeneri