【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 ⑹ 具有看門狗功能 ； ⑺ 共 3個(gè) 16位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器，即定時(shí)器 T0、 T T2； ⑻ 工作頻率范圍： 0~40MHZ，實(shí)際工作頻率可達(dá) 48MHZ； ⑼ 外部中斷 4路，下降沿中斷或低電平觸發(fā)電路，掉電模式可由外部中斷低電平觸發(fā)中斷方式喚醒 。 此外， STC89C52設(shè)計(jì)和配置了振蕩頻率可為 0Hz并可通過軟件設(shè)置節(jié)電模式。此模式下， CPU暫時(shí)停工作，此時(shí)外部中斷系統(tǒng)、 RAM 定時(shí)計(jì) 數(shù)器，串行端口可以繼續(xù)工作，掉電模式使振蕩器凍結(jié)從而將 RAM的數(shù)據(jù)保存，停止芯片的其它功能直至硬件復(fù)位或外中斷激活。與此同時(shí) STC89C52芯片還具有 PLCC、 TQFP及 PDIP等三種封裝模式，可以滿足不同產(chǎn)品的需求。 單片機(jī)管腳說明 其中包括 4個(gè) 8位并行 I/O接口線、 6條控制信號(hào)線和 2條電源線 并行口 P0（ ~）： P0口為一個(gè) 8位漏極開路雙向 I/O接口， 8TTL門電流可被每個(gè)引腳吸收。 P0 口的管腳第一次寫入高電平時(shí)，被稱為高阻態(tài)輸入。它可以被定義為地址 /數(shù)據(jù)的低八位，應(yīng)用外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ) 器進(jìn)行存取時(shí)可使用 P0口。應(yīng)用 FIASH編程時(shí)， P0口可作為原碼輸入口，在 FIASH進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)， P0口可作為輸出口輸出原碼，此時(shí) P0 口外部必須被拉高。連接外部存儲(chǔ)器或擴(kuò)充外設(shè)時(shí)，作為低 8 位地址線和高 8位數(shù)據(jù)線。 并行口 P1（ ~）： P1口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的 8位雙向 I/O接口， 4TTL門電流可被 P1口緩沖器接收、輸出。 P1口管腳寫入高電平后，被內(nèi)部上拉為高，可作為輸入，當(dāng) P1口被外部下拉為低電平時(shí)， P1口將輸出電流，這是由于內(nèi)部為上拉狀態(tài)的原因。當(dāng) FLASH校驗(yàn)和編程時(shí)， P1口可用作低八位 地址接收， P1口還具有第二功能，可以通過對(duì)單片機(jī)進(jìn)行設(shè)置，將 P1 口作為 A/D 轉(zhuǎn)換口使用。在編程和校驗(yàn)試接收低 8位地址，每一位可以獨(dú)立的輸入 /輸出。 8 并行口 P2（ ~）： P2口為一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的 8位雙向 I/O接口， 4TTL門電流可被 P2口緩沖器接收、輸出。當(dāng) P2口被寫入高電平時(shí)，其內(nèi)部上拉電阻將其管腳拉高，并作為輸入。作為輸入時(shí)， P2 口的管腳被外部拉為低電平時(shí)， P2 口將輸出電流，這是由于內(nèi)部為上拉狀態(tài)的原因。當(dāng)應(yīng)用 16 位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器或外部程序存儲(chǔ)器時(shí)， P2 口輸出地址的高八位。在給出地 址 1 時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)， P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。 P2口在 FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)接收控制信號(hào)和高八位地址信號(hào) [7]。 并行口 P3（ ~）： P3口為一個(gè) 8位準(zhǔn)雙向 I/O接口，另外還兼有中斷（ （外部中斷 0）、 （外部中斷 1））、定時(shí) /計(jì)數(shù)器（ （定時(shí) /計(jì)數(shù)器 0）、 （定時(shí)/計(jì)數(shù)器 1））、串行通信（ （串行口輸入）、 （串行口輸出））、讀 /寫（ （外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫信號(hào)）、 （外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀信號(hào)））等 控制功能。 VCC供電電壓； GND接地。 圖 STC89C52單片機(jī)引腳圖 時(shí)鐘電路與復(fù)位電路 時(shí)鐘電路 單片機(jī)芯片內(nèi)部有一個(gè)反向放大器構(gòu)成的振蕩器， XTAL1和 XTAL2引腳分別為振 9 蕩器的輸入端和輸出端，時(shí)鐘可以由內(nèi)部或外部產(chǎn)生。內(nèi)部 時(shí)鐘電路是在 XTAL1 和XTAL2 引腳上接一定時(shí)元件，內(nèi)部振蕩電路就產(chǎn)生自激振蕩，定時(shí)元件通常是由石英晶體（晶振）和電容組成諧振電路。晶體振蕩頻率可在 ~12MHz 之間選擇，電容 C C2 的取值在 5pF~30pF 之間。外部時(shí)鐘電路為 XTAL1 接地， XTAL2 接外部振蕩器，振蕩器頻率為不低于 12MHz 的方波信號(hào)。設(shè)計(jì)采取的是內(nèi)部時(shí)鐘電路如圖 所示。 圖 晶振電路原理圖 復(fù)位電路 單片機(jī)有兩種復(fù)位方式，上電復(fù)位和開關(guān)復(fù)位，上電復(fù)位在上電瞬間 RC電路充電，RST引腳上出現(xiàn)正脈沖，只要 正脈沖保持 100ms 以上，就能使單片機(jī)有效復(fù)位。由于某種干擾，單片機(jī)不能正常復(fù)位，就需要加開關(guān)復(fù)位，當(dāng)開關(guān)按下時(shí)，單片機(jī)復(fù)位。 復(fù)位電路的用途 單片機(jī)復(fù)位電路就好比電腦的重啟部分，當(dāng)電腦在使用中出現(xiàn)死機(jī)，按下重啟按鈕電腦內(nèi)部的程序從頭開始執(zhí)行。單片機(jī)也一樣，當(dāng)單片機(jī)系統(tǒng)在運(yùn)行中，受到環(huán)境干擾出現(xiàn)程序跑飛的時(shí)候，按下復(fù)位按鈕內(nèi)部的程序自動(dòng)從頭開始執(zhí)行。單片機(jī)復(fù)位電路如圖 。 圖 復(fù)位電路原理圖 復(fù)位電路的工作原理 在單片機(jī)系統(tǒng)中，系統(tǒng)上電啟動(dòng)的時(shí)候復(fù)位一次，當(dāng)按鍵按下的時(shí)候系統(tǒng)再次 復(fù)位， 10 如果釋放后再按下，系統(tǒng)還會(huì)復(fù)位，所以可以通過按鍵的斷開和閉合在運(yùn)行的系統(tǒng)中控制其復(fù)位。 在電路圖中，電阻大小為 10k，電容大小為 。所以根據(jù)公式，可計(jì)算出電容充電電壓為單片機(jī)電源電壓（ 5V）的 ，充電到電源電壓的 ，所需時(shí)間為 10K*=1S。也就是說在電腦啟動(dòng)的 1S內(nèi)，電容兩端的電壓值在 0~加。這個(gè)時(shí)候 10K電阻兩端電壓值從 5~（串聯(lián)電路各處電壓之和為總電壓）。所以在 1S內(nèi)，單片機(jī)的 RST引腳接收的電壓值在 5V~。在 5V工作正 常的 51單片機(jī)中低電平信號(hào)為小于 ，高電平信號(hào)則為大于 。所以在開機(jī) 1S內(nèi)，單片機(jī)系統(tǒng)自動(dòng)復(fù)位（ RST引腳接收到的高電平信號(hào)時(shí)間為 1S左右）。 在單片機(jī)啟動(dòng) 1S 后，電容 C 兩端的電壓持續(xù)充電為 5V，這時(shí)候 10K 電阻兩端的電壓接近于 0V， RST 處于低電平所以系統(tǒng)正常工作。當(dāng)按鍵按下的時(shí)候，開關(guān)導(dǎo)通，這個(gè)時(shí)候電容兩端形成了一個(gè)回路，電容被短路，所以在按鍵按下的這個(gè)過程中，電容開始釋放之前充的電量。隨著時(shí)間的推移，電容的電壓在 1S 內(nèi)，從 5V 釋放到變?yōu)榱恕８鶕?jù)串聯(lián)電路 電壓為各處之和，這個(gè)時(shí)候 10K電阻兩端的電壓為 ，甚至更大，所以 RST引腳又接收到高電平，單片機(jī)系統(tǒng)自動(dòng)復(fù)位。 對(duì)于片內(nèi)有 ROM/EPROM/E2PROM 的單片機(jī)，用一片這種芯片構(gòu)成的最小系統(tǒng)簡(jiǎn)單、可靠。構(gòu)成最小系統(tǒng)時(shí)，只要將單片機(jī)接上時(shí)鐘電路和復(fù)位電路，將 EA非接高電平即可。最小系統(tǒng)時(shí)， P0、 P P P3 都可用作 I/O 線，但由于集成度限制，片內(nèi)存儲(chǔ)器容量有限，因此，最小系統(tǒng)主要用于一些簡(jiǎn)單的控制系統(tǒng)中。 單片機(jī)使用注意事項(xiàng) ⑴ 對(duì)于 31 腳 (EA/VPP)，當(dāng)接高電平時(shí)，單片機(jī)在復(fù)位后 從內(nèi)部 ROM 的 0000H 開始執(zhí)行 ， 當(dāng)接低電平時(shí)，復(fù)位后直接從外部 ROM的 0000H開始執(zhí)行，這一點(diǎn)是初學(xué)者容易忽略的 ； ⑵ 晶振電路容易在焊接時(shí)漏掉電容需要接地，并且使用電容的大小一定要選準(zhǔn)，晶振電路部分一定要焊接完全，否則容易使晶振電路出現(xiàn)虛接，影響設(shè)計(jì) ； ⑶ 復(fù)位電路部分接口的電阻與電 容選擇要正確，要保證在電容充滿電時(shí)，單片機(jī)有足夠的時(shí)間進(jìn)行復(fù)位 ； ⑷ 單片機(jī)的電源 部分引腳接對(duì)，使用單片機(jī)時(shí)看單片機(jī)的缺口處來找單片機(jī)的引腳順序 ； 11 ⑸ 單片機(jī)在使用中 P0口要加上拉電阻，一般為 10K，因?yàn)?P0口的驅(qū)動(dòng)能力較低。 電流電壓轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì) 由于前端設(shè)備溫度、壓力、流量、液位傳感器所輸出的為標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)，而電流電壓轉(zhuǎn)換電路作用是將傳感器輸出的 4~20mA標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為 1~5V標(biāo)準(zhǔn)電壓信號(hào)作為 A/D轉(zhuǎn)換器的輸入。電流電壓的轉(zhuǎn)換是通過高精度 250歐電阻來實(shí)現(xiàn)的，在轉(zhuǎn)換完的電壓信號(hào)后加一電壓跟隨器。 電壓跟隨器是用一個(gè)三極管構(gòu)成的共集電路，電壓跟隨器，顧名思義，就是輸入電壓與輸出電壓是相同的 [8]，也就是說，電壓跟隨器的電壓放大倍數(shù)恒小于且接近于 1，電壓跟隨器的顯著特點(diǎn)是輸出阻抗低，而輸入阻抗高，這使得它在電路中可以 起到阻抗匹配的作用，能夠使后一級(jí)的放大電路更好地工作。換一種說法，當(dāng)輸入阻抗很高時(shí)，就對(duì)前級(jí)電路相當(dāng)于開路，當(dāng)輸出阻抗很低時(shí)，就相當(dāng)于對(duì)后級(jí)電路的一個(gè)恒流源，也就是說輸出電壓不受后級(jí)電路阻抗的影響。一個(gè)相當(dāng)于對(duì)前級(jí)電路開路，后級(jí)阻抗不影響輸出電壓常常被用作中間級(jí)，起到 “隔離 ”前后級(jí)之間的影響的作用。 電壓跟隨器電路中所選芯片為 LCM324， LM324系列器件帶有差動(dòng)輸入的四路運(yùn)算放大器。與單電源應(yīng)用場(chǎng)合的標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)算放大器相比，它們有一些顯著優(yōu)點(diǎn)。該四路放大器可以工作在低到 伏或者高到 32 伏的電源下，靜態(tài)電 流為 MC1741 的靜態(tài)電流的五分之一。共模輸入范圍包括負(fù)電源，因而消除 了在許多應(yīng)用場(chǎng)合中采用外部偏置元件的必要性。 LCM324 管腳連接如 圖 所示 ，它有 5 個(gè)引出腳，其中 “+”、 “”為兩個(gè)信號(hào)輸入端， “V+”、 “V”為正、負(fù)電源端， “Vo”為輸出端。兩個(gè)信號(hào)輸入端中， Vi （ ）為反相輸入端，表示運(yùn)放輸出端 Vo 的信號(hào)與該輸入端的相位相反； Vi+（ +）為同相輸入端，表示運(yùn)放輸出端 Vo 的信號(hào)與該輸入端的相位相同。 12 圖 LCM324管腳連接圖 LCM324特點(diǎn)： ⑴ 短路保護(hù)輸出 ； ⑵ 真差動(dòng)輸入級(jí) ； ⑶ 可單電源工作范圍在 3V32V之間 ； ⑷ 低偏置電流最大達(dá)到 100mA； ⑸ 每封裝含四個(gè)運(yùn)算放大器 ； ⑹ 具有內(nèi)部補(bǔ)償?shù)墓δ?； ⑺ 共模范圍擴(kuò)展到負(fù)電源 ； ⑻ 行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的引腳排列 ； ⑼ 輸入端具有靜電保護(hù)功能。 設(shè)計(jì)中 LCM324內(nèi)四路運(yùn)算放大器的連接方式相同，圖 。 圖 電流電壓轉(zhuǎn)換電路原 理圖 13 模擬量采集電路設(shè)計(jì) A/D 轉(zhuǎn)換器的作用是將電流電壓轉(zhuǎn)換電路輸出的模擬量信號(hào)（ 1~5V 電壓信號(hào)）作為輸入并將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)作為單片機(jī)的輸入信號(hào)，由于系統(tǒng)涉及到的參數(shù)較多且考慮到實(shí)用價(jià)值，設(shè)計(jì)中 A/D轉(zhuǎn)換器件采用 ADC0809。 ADC0809概述 ADC0809內(nèi)部結(jié)構(gòu)及轉(zhuǎn)換原理 ADC0809是美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的 CMOS工藝 8通道模數(shù)轉(zhuǎn)換器，它采用逐次逼近式轉(zhuǎn)換原理，內(nèi)部分為兩大部分，一部分為模擬量多路轉(zhuǎn)換開關(guān)，另一部分是A/D轉(zhuǎn)換器。它的輸出可以直接與 CPU總線連 接。 模擬量多路開關(guān)內(nèi)包含 8路輸入開關(guān)和 3位地址鎖存器 /譯碼器。 8路模擬量輸入信號(hào)可接入 8路輸入開關(guān)。 ADDA、 ADDB及 ADDC3位地址由 ALE信號(hào)輸入鎖存，經(jīng)過譯碼后決定轉(zhuǎn)換哪一路輸入的模擬量信號(hào)。 ADC0809引腳結(jié)構(gòu) ADC0809芯片有 28條引腳，下面說明各引腳功能。 IN0～ IN7： 8路輸入模擬量通道。 21～ 28： 8位輸出數(shù)字量通道。 ADDA、 ADDB、 ADDC： 3位輸入地址線，用于選擇 IN0～ IN7 8路模擬輸入通道中的某一通道。 ALE：地址鎖存允許信號(hào)，高電平有效。 START：?jiǎn)?dòng)轉(zhuǎn)換信號(hào)，脈沖上升沿使 0809 內(nèi)部所有寄存器復(fù)位，下降沿開始進(jìn)行 A/D轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換過程中 START應(yīng)保持低電平。 EOC：轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)，當(dāng)為高電平時(shí)表示 A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，轉(zhuǎn)換期間一直為低電平。 OE：輸出允許信號(hào)，用于控制三條輸出鎖存器向單片機(jī)輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)，輸入高電平時(shí)有效。 CLK：時(shí)鐘脈沖輸入端， ADC0809 內(nèi)部沒有時(shí)鐘電路，所需時(shí)鐘信號(hào)需由外界提供。所用的四分頻芯片是 74HC4040，將 74HC4040的 8和 11 引腳接地、 16引腳接電源、10引腳接單片機(jī)的時(shí)鐘信號(hào)、 7引腳接 ADC0809的時(shí)鐘脈沖輸入端即可完成四分頻。 ADC0809 工作過程 首先輸入 3位地址，同時(shí)使 ALE=1，將輸入的 3位地址存在地址鎖存器內(nèi)。該地址 14 經(jīng)過譯碼選擇 8 路模擬量輸入中的一位并將其送給比較器。為 START 提供上升沿將逐位逼近寄存器 SAR復(fù)位。 START下降沿啟動(dòng) A/D轉(zhuǎn)換，之后 EOC信號(hào)變?yōu)榈碗娖?，表?A/D轉(zhuǎn)換在進(jìn)行當(dāng)中。 EOC變?yōu)楦唠娖綍r(shí)表示 A/D轉(zhuǎn)換完成，并將轉(zhuǎn)換結(jié)果存入鎖存器內(nèi)，此轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)可用為中斷請(qǐng)求信號(hào)。當(dāng)讀允許輸入端輸入高電平時(shí)，數(shù)據(jù)允許輸出， A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量將被輸出 [9]。 A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量應(yīng)立即傳送到單片機(jī)進(jìn)行分析。數(shù)據(jù)傳送過程中關(guān)鍵問題在于如何確認(rèn)轉(zhuǎn)換已完成，只有確認(rèn)轉(zhuǎn)換已完成 ADC0809 與單片機(jī)之間才能進(jìn)行數(shù)據(jù)之間的傳送。 數(shù)據(jù)傳送方式 ⑴ 定時(shí)傳送方式 轉(zhuǎn)換時(shí)間對(duì)于一種 A/D轉(zhuǎn)換為一項(xiàng)是已知和固定的技術(shù)指標(biāo)。例如 ADC0809的轉(zhuǎn)換時(shí)間是 128μs，相當(dāng)于 6MHz的 MCS51單片機(jī)共 64個(gè)機(jī)器周期。依據(jù)此已知項(xiàng)可設(shè)計(jì)一延時(shí)子程序， A/D轉(zhuǎn)換開始后便調(diào)用這個(gè)子程序，延遲程序執(zhí)行完畢，轉(zhuǎn)換肯定也已經(jīng)完成，接著便可進(jìn)行數(shù)據(jù)之間的傳送。 ⑵ 查詢方式 可以用查詢方式，測(cè)試 EOC 的狀態(tài)，即可確認(rèn)轉(zhuǎn)換是否已完成，并進(jìn)行數(shù)據(jù)間的傳送。利用查詢方式時(shí) ADC0809 與單片機(jī)接口連接比較自由，但控制時(shí)序要由程序產(chǎn)生。 ⑶ 中斷方式 中斷請(qǐng)求信號(hào)為表示轉(zhuǎn)換已完成的信號(hào)（ EOC），單片機(jī)響應(yīng)中斷請(qǐng)求后，執(zhí)行中斷服務(wù)程序，讀取數(shù)據(jù)。 無論使用上述哪種方式，轉(zhuǎn)換一旦完成，采用指令便可進(jìn)行數(shù)據(jù)之間的傳送。首先讀允許信號(hào)有效時(shí)即 OE 信號(hào)有效，便把轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)送給單片機(jī)。 由于采用查詢方式時(shí)單片機(jī)與 ADC0809 之間的連接方式較為簡(jiǎn)單，且易于控制所以系統(tǒng)中采用的是查詢方式。 5