hefei university
专业 10自动化 （1）班。
姓名柴文峰林宏
指导教师储忠。
完成时间 2013 年6 月 20日。
单片机课程设计报告。
关键词： 74hc138 8255a 89c51
运算器包括算术逻辑运算单元alu、累加器acc、寄存器b、暂存器tmp、程序状态字寄存器psw、十进制调整电路等。它能实现数据的算术逻辑运算、位变量处理和数据传送操作。
1.算术逻辑单元alu
alu在控制器根据指令发出的内部信号控制下，对8位二进制数据进行加、减、乘、除运算和逻辑与、或、非、异或、清零等运算。它具有很强的判跳、转移、丰富的数据传送、提供存放中间结果以及常用数据寄存器的功能。mcs-51中位处理具有位处理功能，特别适用于实时逻辑控制。
2. 累加器acc
累加器acc是8位寄存器，是最常用的专用寄存器，它既可存放操作数，又可存放运算的中间结果。mcs—51系列单片机中许多指令的操作数来自累加器acc。累加器非常繁忙，在与外部存储器或i/o接口进行数据传送时，都要经过a来完成。
3. 寄存器b
寄存器b是8位寄存器，主要用于乘、除运算。乘法运算时，b中存放乘数，乘法操作后，高8位结果存于b寄存器中。除法运算时，b中存放除数，除法操作后，余数存于寄存器b中。
寄存器b也可作为一般的寄存器用。
4. 程序状态字psw
程序状态字是8位寄存器，用于指示程序运行状态信息。其中有些位是根据程序执行结果由硬件自动设置的，而有些位可由用户通过指令方法设定。psw中各标志位名称及定义如下：
cy（psw.7）：进（借）位标志位，也是位处理器的位累加器c。
在加减运算中，若操作结果的最高位有进位或有借位时，cy由硬件自动置1，否则清“0”。在位操作中，cy作为位累加器c使用，参于进行位传送、位与、位或等位操作。另外某些控制转移类指令也会影响cy位状态（第三章讨论）。
ac（psw.6）：辅助进（借）位标志位。在加减运算中，当操作结果的低四位向高四位进位或借位时此标志位由硬件自动置1，否则清“0”。
f0（psw.5）：用户标志位，由用户通过软件设定，决定程序的执行方式。
rs1（psw.4），rs0（psw.3）：寄存器组选择位。用于设定当前通用寄存器组的组，其对应关系如下：
ov（psw.2）：溢出标志位。它反映运算结果是否溢出，溢出时ov=1；否则ov=0。ov可作为条件转移指令中的条件。
psw.1：未定义位。
p（psw.1）：奇偶标志位。p=1，表示acc中1的个数为奇数；否则p=0。p也可以作为条件转移指令中的条件。
控制器包括定时控制逻辑（时钟电路、复位电路），指令寄存器，指令译码器程序计数器pc，堆栈指针sp，数据指针寄存器dptr以及信息传送控制部件等。
1. 时钟电路。
mcs—51系列单片机芯片内部有一个高增益反相放大器，输入端为xtal1，输出端为xtal2，一般在xtal1与xtal2之间接石英晶体振荡器和微调电容，从而构成一个稳定的自激振荡器，就是单片机的内部时钟电路，如图（a）所示。时钟电路产生的振荡脉冲经过二分频以后，才成为单片机的时钟信号。电容c1和c2为微调电容，可起频率稳定、微调作用，一般取值在5～30pf之间，常取30pf。
晶振的频率范围是1.2mhz~12mhz ，典型值取6 mhz。xtal1接地，xtal2接外部**器，外接信号应是高电平持续时间大于20ns的方波，且脉冲频率应低于12 mhz。
如图（b）所示。
a）内部时钟电路b）外部振荡源。
2. 复位电路。
对于使用12mhz的晶振的单片机，复位信号持续时间应超过4μs才能完成复位操作。产生复位信号的电路有上电自动复位电路和按键手动复位电路两种方式。上电自动复位是通过外部复位电路的电容充电来实现的，该电路通过电容充电在rst引脚上加了一个高电平完成复位操作。
上电自动复位电路如图（a）所示。按键手动复位电路。按键手动复位是通过按键实现人为的复位操作，按键手动复位电路如图（b）所示。
复位后内部暂存器的状态如下：
3. 指令寄存器和指令译码器。
指令寄存器中存放指令**，cpu执行指令时，由程序存储器中读取的指令**送入指令存储器，经译码器后由定时与控制电路发出相应的控制信号，完成指令所指定的操作。
4. 程序计数器pc
pc是一个16位计数器，其内容为单片机将要执行的指令机器码所在存储单元的地址。pc具有自动加1的功能，从而实现程序的顺序执行。由于pc不可寻址的，因此用户无法对它直接进行读写操作，但可以通过转移、调用、返回等指令改变其内容，以实现程序的转移。
pc的寻址范围为64kb，即地址空间为0000～0ffffh。
5. 堆栈指针sp
sp为8位寄存器，用于指示栈顶单元地址。所谓堆栈是一种数据结构，它只允许在其一端进行数据删除和数据插入操作的线性表。数据写入堆栈叫入栈（push），数据读出堆栈叫出栈（pop）。
堆栈的最大特点是“后进先出”的数据操作原则。mcs-51系统复位后，sp初始化为07h。
6. 数据指针dptr
数据指针dptr为16位寄存器，它是mcs—51中唯一的一个16位寄存器。编程时，既可按16位寄存器使用，也可作为两个8位寄存器分开使用。dph 为dptr的高八位寄存器，dpl 为dptr的低八位寄存器。
dptr通常在访问外部数据存储器时作为地址指针使用，寻址范围为64kb。
单片机最小系统主要有外部晶振电路，系统复位电路以及供电电源组成。在构建单片机最小系统板是在vcc引脚出加上10uf和0.1uf的滤波电容，以减小电源对系统工作的稳定性的影响，提高系统工作的稳定性。
单片机最小系统电路图。
单片机系统电路的基本模块有：复位电路，晶振电路，jtag**口等主要模块。其中p0口作为输出使用必须对单片机的i/o口。
在单片机最小系统的构建中，ea脚拉高是非常必要的，它可以影响单片机的正常工作。在检测单片机是否正常工作，可以通过检测晶振两端的信号的波形形状。在单片机正常工作条件下，其信号为正弦波。
通过本次试验我了解了单片机的工作原理，知道了硬件部分的重要性，单片机最小系统板的焊接最主要是晶振部分的焊接，它为单片机提供了做工作的频率，是单片机的心脏。
1、在单片机最小系统的构建中，应注意哪些因素。
答：（1）51单片机现在多用at89s51，不用晶振，晶体加两个电容就可以了。
2）复位电路中的电容是虑波稳定作用，并联在一个电阻上，一端接地，一端通过开关接高电位就可以了。
3）晶振：一般选用 12mhz ，因为可以准确地得到 9600 波特率和 19200 波特率。
1、熟悉集成环境软件或熟悉keil c51集成环境软件的安装和使用方法。
2、照接线图编写程序：使用p1口控制g6区的8个指示灯，循环点亮，瞬间只有一个灯亮。
3、设计74hc138接口电路，编写程序：使用单片机的p1.0、p1.1、p1.2控制74hc138的数据输入端，通过译码产生8选1个选通信号，轮流点亮8个led指示灯。
2、运行程序，验证译码的正确性。
本次实验是根据138译码器的工作原理，当g1g2ag2b=111时，译码器工作，根据74ls138的3个译码信号a、b、c来选择y0、y1、y2、y3、y4、y5、y6、y7作为输出，各输出为低电平时，当共阳极的led灯节高电平时，就会使相应的灯亮。给单片机的端口赋初值，点亮第一个led，然后延时一段时间后，点亮下一个led，依次循环下去。采用思想，根据138的译码特性建立一个译码表uchar code table=用p1口74hc138的a、b、c口赋值，在此过程中其实只用到了p1^0，p1^1，p1^2；
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