【文章內(nèi)容簡介】 加器加 1停止長 春 大 學(xué) 花 窖 溫 度濕度測控 系統(tǒng) 設(shè)計(jì) 共 36 頁 第 11 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 度為 0%～ 100%RH 時(shí)， 9 腳輸出的相應(yīng)信號(hào)頻率為 0～ 1000Hz，精度為 2%，F(xiàn)/V 電路輸出的電壓為 0～ 5V。調(diào)整時(shí)，可先設(shè)定濕度為 5%RH，然后調(diào)節(jié) R2，使 9 腳輸出 100mV 電壓即可。 主要特性： 1）與 MCS51 兼容 ； 2） 4K 字節(jié)可編程閃爍存儲(chǔ)器； 3） 壽命： 1000 寫 /擦循環(huán)； 4）數(shù)據(jù)保留時(shí)間： 10 年 圖 211 濕度傳感器外觀和內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 傳感器加熱器長 春 大 學(xué) 花 窖 溫 度濕度測控 系統(tǒng) 設(shè)計(jì) 共 36 頁 第 12 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 第 3 章 系統(tǒng)主控器件部分設(shè)計(jì) AT89C51 的工作原理 （ 1） CPU 的結(jié)構(gòu) CPU 是單片機(jī)內(nèi)部的核心部分，是單片機(jī)的指揮和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，它決定了 單片機(jī)的主要功能特性。從功能上看， CPU 包括兩個(gè)基本部分：運(yùn)算器和控制器。下面說明控制器和運(yùn)算器。 1） 運(yùn)算器 運(yùn)算器包括算術(shù)邏輯運(yùn)算部件 ALU、累加器 ACCC、 B 寄存器、暫存寄存器 TMP1 和 TMP程序狀態(tài)寄存器 PSW、 BCD 碼運(yùn)算調(diào)整電路等。 2） 時(shí)鐘電路 AT89C51 芯片內(nèi)部有一個(gè)高增益反向放大器，用于構(gòu)成振蕩器。反向放大器的輸入端為 XTAL1，輸出端為 XTAL2。在 TXAL1 和 XTAL2 兩端跨接由石英晶體及兩個(gè)電容構(gòu)成的自激振蕩器，如圖 21 所示。電容器 C1 和 C2 通常都取 30pF 左右，選用不同的電容量對振蕩頻率有微調(diào)作用。但石英晶體本身的標(biāo)定頻率才是單片機(jī)振蕩頻率的決定因素。其振蕩頻率范圍是 1～ 12MHz。 本設(shè)計(jì)考慮系統(tǒng)的獨(dú)立完整性，選用內(nèi)部時(shí)鐘方式，石英震蕩頻率選用12MHZ， ALE 信號(hào)頻率為 2MHZ。 （ 2） I/O口結(jié)構(gòu)： AT89C51 單片機(jī)有 4 個(gè) 8 位并行 I/O 接口，記作 P0、 P P2 和 P3，每個(gè)端口都是 8 位準(zhǔn)雙向口，共占 32 根引腳。每一條 I/O 線都能獨(dú)立地用作輸入或輸出。每個(gè)端口都包括一個(gè)鎖存器（即特殊功能寄存器 P0～ P3），一個(gè)輸出驅(qū)動(dòng)器和輸入緩沖器，作輸出時(shí) 數(shù)據(jù)可以鎖存，作輸入時(shí)數(shù)據(jù)可以緩沖，但是這四個(gè)通道的功能完全不同。 （ 3） 程序存儲(chǔ)器及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 1）程序存儲(chǔ)器 對 AT89C51 芯片來說，片內(nèi)有 4K 字節(jié) ROM/EPROM，片外可擴(kuò)展 60K 字節(jié) EPROM，片內(nèi)和片外程序存儲(chǔ)器統(tǒng)一編址。 在程序存儲(chǔ)器中，有 6 個(gè)地址單元被保留用于某些特定的地址，如下表 21 所示。 2）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 AT89C51 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器空間也分為內(nèi)片和外片兩大部分，即片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM 和片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 RAM。如何區(qū)別片內(nèi)、片外 RAM 空間呢？片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器最大可以尋址 256 個(gè)單元，片外最大可 擴(kuò)展 64K 字節(jié) RAM，并且片內(nèi)使長 春 大 學(xué) 花 窖 溫 度濕度測控 系統(tǒng) 設(shè)計(jì) 共 36 頁 第 13 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 用的是 MOV 指令，片外 64K ROM 空間專門為 MOVX 指令所用。 （ 4） 定時(shí)器 AT89C51 單片機(jī)的內(nèi)部有兩個(gè) 16 位可變成定時(shí)器 0（ T0）和定時(shí)器 1（ T1），它們都有定時(shí)或是事件計(jì)數(shù)的功能，可用于定時(shí)控制、延時(shí)、對外部事件計(jì)數(shù)和檢測等場合。 表 31 AT89C51 的復(fù)位、中斷入口地址 入口地址 說明 0000H 復(fù)位后， PC=0000H 0003H 外部中斷 入口 000BH 定時(shí)器 T0 溢出中斷入口 0013H 外部中斷 入口 001BH 定時(shí)器 T1 溢出中斷口 0023H 串行口中斷入口 它們具有計(jì)數(shù)和定時(shí)兩種工作方式以及四種工作模式。定時(shí)器 T0 具有方式0、方式 方式 2 和方式 3 四種工作方式。 T1 具有方式 0、方式 1 和方式 2 三種工作方式。 （ 5） 中斷系統(tǒng) AT89C51 單片機(jī)有五個(gè)中斷請求源。其中，兩個(gè)外部中斷源；兩個(gè)片內(nèi)定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器（ T0、 T1）的溢出中斷源 TE0 和 TF1；一個(gè)片內(nèi)串行口接受或發(fā)送中斷源 RI 或 TI。這些中斷請求分別由單片機(jī)的特殊功能寄存器 TCON 和 SCON的相應(yīng)位鎖存。當(dāng)幾個(gè)中斷源同時(shí)向 CPU 請求中斷，要求 CPU 提供服務(wù)的時(shí)候，就存在 CPU 優(yōu)先響應(yīng)哪一個(gè)中斷請求，于是一些微處理器和單片機(jī)規(guī)定了每個(gè)中斷源的優(yōu)先級別。 AT89C51 的復(fù)位電路 AT89C51 單片機(jī)通常采用上電自動(dòng)復(fù)位和開關(guān)手動(dòng)復(fù)位兩種方式。 本設(shè)計(jì)采用上電復(fù)位電路，所謂上電復(fù)位，是指單片機(jī)只要一上電，便自動(dòng)地進(jìn)入復(fù)位狀態(tài)。在通電瞬間，電容 C 通過電阻 R 充電， RST 端出現(xiàn)正脈沖，用以復(fù)位。 AT89C51 的引腳功能 AT89C51 的 40 條引腳中，有 2 條專用于主電源的引腳， 4 條控制和其他電源復(fù)用的引腳， 32 條輸入 /輸出引腳。如圖 23 所示，下面介紹主要引腳的名稱和功能： 1）主電源引腳 Vcc 和 Vss Vcc：接 +5V 電源。 長 春 大 學(xué) 花 窖 溫 度濕度測控 系統(tǒng) 設(shè)計(jì) 共 36 頁 第 14 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ Vss：接電源地。 2）時(shí)鐘電路引腳 XTAL1 和 XTAL2 XTAL1：接外部晶體的一端。在單片機(jī)內(nèi)部，它是反相放大器的輸入端，該放大器構(gòu)成了片內(nèi)振蕩器。在采用外部時(shí)鐘電路時(shí)，對于 HMOS 單片機(jī)上，此引腳必須接地；對 AT89C51 單片機(jī)，此引腳作為驅(qū)動(dòng)端。 XTAL2：接外部晶體的另一端。在單片機(jī)內(nèi)部，接至上述振蕩器的反相放大器的輸出端，振蕩器的頻率是晶體振蕩頻率。若采用外部時(shí)鐘電路時(shí)，對于 HMOS 單片機(jī)上，該引腳輸入外部時(shí)鐘脈沖；對 AT89C51 單片機(jī)，此引腳應(yīng)懸空。 圖 31 AT89C51 主要引腳圖 3）控制信號(hào)引腳 RST/ PDV 、 ALE/PROG 、 PSEN 和 EA / PPV RST/ PDV ：復(fù)位 /備用電源輸入端。單片機(jī)商店后，只要在該引腳上輸入 24個(gè)振蕩周期（ 2 個(gè)機(jī)器周期）寬度以上的高電平就會(huì)使單片機(jī)復(fù)位；若在 RST與 Vcc 之間接一個(gè) 10 ? F 的電容，而在 RST 與 Vss 之間接一個(gè) ? 的下拉電阻，則可實(shí)現(xiàn)單片機(jī)上電自動(dòng)復(fù)位。 4）輸入 /輸出（ I/O）引腳 P0、 P P2 和 P3 ～ ： P0 口是一個(gè) 8 位雙向 I/O 端口。在訪問片外存儲(chǔ)器時(shí)，它分時(shí)提供低 8 位地址和作 8 位雙向數(shù)據(jù)總線。在 EOROM 編程時(shí)，從 P0 口輸入指令字節(jié)；在驗(yàn)證程序時(shí)，則輸出指令字節(jié)（驗(yàn)證時(shí)，要接上拉電阻）。 P0 口能以吸收電流的方式驅(qū)動(dòng) 8 個(gè) LSTTL 負(fù) 載。 ～ ： P1 是 8 位準(zhǔn)雙向 I/O 端口。在 EPROM 編程和程序驗(yàn)證時(shí)，它輸入低 8 位地址。 P1 口能驅(qū)動(dòng) 4 個(gè) LSTTL 負(fù)載。 ～ ： P2 是 8 位準(zhǔn)雙向 I/O 端口。在 CPU 訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，它輸E A / V P31X119X218R E S E T9RD17WR16I N T 012I N T 113T014T115P 10/ T1P 11/ T2P 123P 134P 145P 156P 167P 178P 0039P 0138P 0237P 0336P 0435P 0534P 0633P 0732P 2021P 2122P 2223P 2324P 2425P 2526P 2627P 2728P S E N29A L E / P30T X D11R X D10AT89C51長 春 大 學(xué) 花 窖 溫 度濕度測控 系統(tǒng) 設(shè)計(jì) 共 36 頁 第 15 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 出高 8 位地址，在對 EPROM 編程和程序檢驗(yàn)時(shí)，它輸入高 8 位地址。 P2 口可驅(qū)動(dòng) 4 個(gè) LSTTL 負(fù)載。 ～ ： P3 是 8 位準(zhǔn)雙向 I/O 端口。它是一個(gè)復(fù)用功能口，作為第一功能使用時(shí)，為普通 I/O 口，其功能和操作方法與 P1 口相同。作為第二功能使用時(shí)，各引腳的定義如下表。 P3 口的每一條條引腳均可以 獨(dú)立的定義為第一功能的輸入輸出或第二功能。 P3 口能驅(qū)動(dòng) 4 個(gè) LSTTL 負(fù)載。 表 32 功能表 口線 第二功能 RXD（串行口輸入） TXD（串行口輸出） 0INT （外部中斷 0 輸入） 1INT （外部中斷 1 輸入） T0（定時(shí)器 0 的外部輸入） T1（定時(shí)器 1 的外部輸入） WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 “寫 ”信號(hào)輸出） RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 “寫 ”信號(hào)輸出） 長 春 大 學(xué) 花 窖 溫 度濕度測控 系統(tǒng) 設(shè)計(jì) 共 36 頁 第 16 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊