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正文內(nèi)容

基于單片機控制紅外報警系統(tǒng)畢業(yè)設(shè)計論文(編輯修改稿)

2024-10-02 14:55 本頁面
 

【文章內(nèi)容簡介】 位的定時器 /計數(shù)器以實現(xiàn)定時或計數(shù)功能,并以其定時或計數(shù)結(jié)果對單片機進行控制。 5. 并行 I/O 口 AT89S51 共有 4 個 8 位的 I/O 口( P0、 P P P3 口),可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的并行輸入 /輸出。 6. 串行口 AT89S51 有 1 個全雙工的可編程串行口,以實現(xiàn)單片機和其他設(shè)備之間的串行數(shù)據(jù)傳送。 該串行口功能較強,既可以作為全雙工異步通信收發(fā)器使用,也可以作為同步移位寄存器使用。 AT89S51 的中斷系統(tǒng)功能較強,可以滿足一般控制應(yīng)用的需要。它共有 5 個中斷源: 2 個外部中斷源 /INTO 和 /INT1 ; 3 個內(nèi)部中斷源,即 2 個定時 /計數(shù)中斷,1 個串行口中斷。 8. 時鐘電路 AT89S51 單片機 芯片 內(nèi)部有時鐘電路,但 石英晶體 和微調(diào)電容需要外接。時鐘電路為單片機產(chǎn)生時鐘脈沖序列 ,系統(tǒng)允許的最高晶振頻率為 12MHz。 9. 內(nèi)部總線 上述部件只有通過內(nèi)部總線將其連接起來才能構(gòu)成一個完整的單片機系統(tǒng)??偩€在圖中以帶箭頭的空心線表示。系統(tǒng)的地址信號、數(shù)據(jù)信號和控制信號分別通過系統(tǒng)的三大總線 — 地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線進行傳送,總線結(jié)構(gòu)減少了單片機的連線和引腳,提高了集成度和可靠性。 由上所述, AT89S51 雖然是一塊芯片,但它包括了構(gòu)成計算機的基本部件,因此可以說它是一 臺簡單的計算機。 AT89S51 較詳細的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如 圖 32 所示。 10 圖 32 AT89S51 內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖 管腳說明 AT89S51 是一種高效微控制器 。采用 40 引腳雙列直插封裝( DIP)形式,如圖 33 所示。 AT89S51 單片機是高性能單片機,因為受引腳數(shù)目的限制,所以有不少引腳具有第二功能。 11 圖 33 AT89S51 引腳圖 圖 34 SMT 的 封 裝 圖 VCC:供電電壓。 GND:接地。 P0 口: P0 口為一個 8位漏級開路雙向 I/O 口,每腳可吸收 8TTL 門電流。當P1 口的管腳第一次寫 1時,被定義為高阻輸入。 P0 能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器,它可以被定義為數(shù)據(jù) /地址的第八位。在 FIASH 編程時, P0 口作為原碼輸入口,當FIASH 進行校驗 時, P0輸出原碼,此時 P0外部必須被拉高。 P1 口: P1 口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口, P1 口緩沖器能接收輸出 4TTL 門電流。 P1口管腳寫入 1后,被內(nèi)部上拉為高,可用作輸入, P1 口被 12 外部下拉為低電平時,將輸出電流,這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在 FLASH 編程和校驗時, P1 口作為第八位地址接收。 P2 口: P2 口為一個內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口, P2 口緩沖器可接收,輸出 4 個 TTL 門電流,當 P2口被寫 “1” 時,其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高,且作為輸入。并因此作為輸入時, P2 口的管 腳被外部拉低,將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。 P2 口當用于外部程序存儲器或 16 位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時,P2 口輸出地址的高八位。在給出地址 “1” 時,它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢,當對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時, P2 口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。 P2口在 FLASH編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。 P3 口: P3 口管腳是 8 個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O 口,可接收輸出 4 個 TTL門電流。當 P3口寫入 “1” 后,它們被內(nèi)部上拉為高電平,并用作輸入。作為輸入,由于外部下拉為低電平, P3口將輸出電流( ILL)這是由于上拉的緣故 。 P3 口也可作為 AT89S51的一些特殊功能口,如下表所示: P3口管腳 備選功能 RXD(串行輸入口) TXD(串行輸出口) /INT0(外部中斷 0) /INT1(外部中斷 1) T0(記時器 0 外部輸入) T1(記時器 1 外部輸入) /WR(外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通) /RD(外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通) P3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。 RST:復(fù)位輸入。當振蕩器復(fù)位器件時,要保持 RST 腳兩個機器 周期的高電平時間。 ALE/PROG:當訪問外部存儲器時,地址鎖存允許 端 的輸出電平用于鎖存地址的地 址 字節(jié)。在 FLASH 編程期間,此引腳用于輸入編程脈沖。在平時, ALE 端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號,此頻率為振蕩器頻率的 1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是:每當用作外部數(shù)據(jù)存儲器時,將跳過一個 ALE 脈沖。如想禁止 ALE 的輸出可在 SFR8EH 地址上置 0。此時, ALE 只有在執(zhí)行 MOVX, MOVC 指令是 ALE 才起作用。另外,該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài) ALE 禁 止,置位無效。 13 /PSEN:外部程序存儲器的選通信號 端 。在由外部程序存儲器取指期間,每個機器周期兩次 /PSEN 有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時,這兩次有效的 /PSEN 信號將不出現(xiàn)。 /EA/VPP:當 /EA 保持低電平時,則在此期間外部程序存儲器( 0000HFFFFH),不管是否有內(nèi)部程序存儲器。注意加密方式 1時, /EA 將內(nèi)部鎖定為 RESET;當 /EA端保持高電平時,此間內(nèi)部程序存儲器。在 FLASH 編程期間,此引腳也用于施加 12V編程電源( VPP)。 XTAL1:反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作 電路的輸入。 XTAL2:來自反向振蕩器的輸出。 主要特性 : 與 MCS51 兼容 4K 字節(jié)可編程閃爍存儲器 壽命: 1000 寫 /擦循環(huán) 數(shù)據(jù)保留時間: 10 年 全靜態(tài)工作: 0Hz24Hz 三級程序存儲器鎖定 128*8 位內(nèi)部 RAM 32 可編程 I/O 線 兩個 16 位定時器 /計數(shù)器 5 個中斷源 可編程串行通道 低功耗的閑置和掉電模式 片內(nèi)振蕩器和時鐘電路 振蕩器特性 ( 1) XTAL1 和 XTAL2 分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大 器可以配置為片內(nèi)振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時鐘源驅(qū)動器件,XTAL2 應(yīng)不接。有余輸入至內(nèi)部時鐘信號要通過一個二分頻觸發(fā)器,因此對外部時鐘信號的脈寬無任何要求,但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。 14 ( 2) 芯片擦除 整個 EPROM 陣列和三個鎖定位的電擦除可通過正確的控制信號組合,并保持ALE 管腳處于低電平 10ms 來完成。在芯片擦除操作中,代碼陣列全被寫 “1”且在任何非空存儲字節(jié)被重復(fù)編程以前,該操作必須被執(zhí)行。 此外, AT89C51 設(shè)有穩(wěn)態(tài)邏輯,可以在低到零頻率的條件下靜態(tài)邏輯,支持兩種軟件可選的掉電模式。在閑置模式下, CPU 停止工作。但 RAM,定時器,計數(shù)器,串口和中斷系統(tǒng)仍在工作。在掉電模式下,保存 RAM 的內(nèi)容并且凍結(jié)振蕩器,禁止所用其他芯片功能,直到下一個硬件復(fù)位為止。 AT89S51 單片機的工作周期 單片機有了硬件和軟件就可以在控制器發(fā)出的控制信號作用下有條不紊地 工作,控制信號必須定時發(fā)出,為了定時計算機內(nèi)部必須有一個準確的定時脈沖。這種定時脈沖是由晶體振蕩器產(chǎn)生的,并組成下面幾種工作周期,如 圖 36 所示。 這種定時脈沖是由晶體振蕩器產(chǎn)生的,并組成下面幾種工作周期,如圖 所示。 15 圖 36 振蕩周期、狀態(tài)周期、機器周期和指令周期 振蕩周期 :是指為單片機提供時鐘脈沖信號的振蕩源的周期。 即由單片機的晶體振蕩器產(chǎn)生的時鐘脈沖的周期。 狀態(tài)周期 :每個狀態(tài)周期為振蕩周期的 2 倍 , 是振蕩周期經(jīng)二分頻后得到的。 在一個狀態(tài)周期中有兩個時鐘脈沖,通常稱它為 P P2。 機器周期 :一個機器周期包含 6 個狀態(tài)周期 S1~S6, 也就是 12 個振蕩周期。 在一個機器周期內(nèi) , CPU可以完成一個獨立的操作。 指令周期 :它是指 CPU完成一條操作所需的全部時間。 控制部件是單片機的神經(jīng)中樞,以主振頻率為基準(主振周期即為振蕩周期),控制器控制 CPU 的時序,對指令進行譯碼,然后發(fā)出各種控制信號,它將各個硬件環(huán)節(jié)組織在一起。 一般情況下,算術(shù)邏輯操作發(fā)生在時相 P1 期間,而內(nèi)部寄存器之間的傳送發(fā)生在時相 P2 期間,這些內(nèi)部時鐘信號無法從外部觀察,故用 XTAL2 引腳振蕩信號作參考。 AT89S51 單片機的工作過程和工作方式 單片機工作過程遵循 現(xiàn)代計算機的工作原理(馮 諾依曼原理),即程序存儲和程序控制。存儲程序是指人們必須事先把計算機的執(zhí)行步驟序列(即程序)及運行中所需的數(shù)據(jù) , 通過一定的方式輸入并存儲在計算機的存儲器中。程序控制是指計算機能自動地逐一取出程序中的指令,加以分析并執(zhí)行規(guī)定的操作。 單片機的工作方式有:復(fù)位、程序執(zhí)行、掉電保護和低功耗、編程、校驗與加密等方式。 1.復(fù)位方式 通過某種方式 , 使單片機內(nèi)各寄存器的值變?yōu)槌跏紶顟B(tài)的操作稱為復(fù)位。復(fù)位方式是單片機的初始 化操作。單片機除了正常的初始化外,當程序運行出錯或由于操作錯誤而使系統(tǒng)處于死循環(huán)時,也需要按復(fù)位鍵重啟機器。 MCS—51 單片機復(fù)位后 , 程序計數(shù)器 PC 和特殊功能寄存器復(fù)位的狀態(tài)如 圖 37 所示。 復(fù)位不影響片內(nèi)RAM 存放的內(nèi)容 , 而 ALE 在復(fù)位期間將輸出高電平。由 圖 37 可以看出,復(fù)位后: (1)( PC) =0000H 表示復(fù)位后程序的入口地址為 0000H,即單片機復(fù)位后從0000H 單元開始執(zhí)行程序; (2)( PSW) =00H, 其中 RS1()=0, RS0()=0,表示復(fù)位后單片機選擇工作 寄存器 0 組; (3)( SP) =07H 表示復(fù)位后堆棧在片內(nèi) RAM 的 08H 單元處建立; 16 (4) P0 口~ P3 口鎖存器為全 1 狀態(tài),說明復(fù)位后這些并行接口可以直接作輸入口,無須向端口寫 1。 定時器 /計數(shù)器、串行口、中斷系統(tǒng)等特殊功能寄存器復(fù)位后的狀態(tài)對各功能部件工作狀態(tài)的影響。 能部件工作狀態(tài)的影響。 圖 37 PC 與 SFR 復(fù)位狀態(tài)表 單片機在時鐘電路工作以后 , 在 RST/VPD端持續(xù)給出 2個機器周期的高電平時就可以完成復(fù)位操作。例如使用晶振頻率為 12MHz 時,則復(fù)位信號持續(xù)時間應(yīng)不小于 2us。 復(fù)位方法一般有上電自動復(fù)位和外部按鍵手動復(fù)位以及 “看門狗 ”復(fù)位三種類型。前兩種見 圖 38 所示。 “看門狗 ”電路則是一種集成有單片機的電源監(jiān)測、按鍵復(fù)位以及對程序運行進行監(jiān)控,防止程序 “跑飛 ”而出現(xiàn)死機而設(shè)計的電路。 圖 38 ( a)上電復(fù)位電路 。 ( b)上電 /外部復(fù)位電路 2.程序執(zhí)行方式 程序執(zhí)行方式是單片機的基本工作方式。由于復(fù)位后 PC=0000H,因此程序執(zhí)行總是從地址 0000H 開始,為此就得在 0000H 處開始的存儲單元安放一條無條件轉(zhuǎn)移指令,以便跳轉(zhuǎn)到實際程序的入口去執(zhí)行。 3.待機方式 待機方式也稱空閑方式,是一種節(jié)電工作方式。在待機工作方式中,振蕩器保持工作,時鐘脈沖繼續(xù)輸出到中斷、串行口、定時器等功能部件,使它們繼續(xù)工作, 17 但時鐘脈沖不再送到 CPU,因而 CPU停止工作。 4.掉電方式 掉電方式,也被稱為停機方式。在掉電方式中,振蕩器工作停止,單片機內(nèi)部所有功能部件停止工作。它同樣是一種為降低功耗而設(shè)計的節(jié)電工作方式。 待機方式和掉電方式都是為了進一步降低功耗而設(shè)計的節(jié)電工作方式,它們特別適合于電源功耗要求很低的應(yīng)用場合。這類系統(tǒng)往往是直流供電或停電時依靠備用電源供電,以維持系統(tǒng)的持續(xù)工作 。 CHMOS 型單片機的節(jié)電方式是由特殊功能寄存器 PCON 控制,其具體使用可參考相關(guān)書籍和手冊??臻e和掉電模式外部引腳狀態(tài) 如下 圖 39 所示: 圖 39 空閑和掉電模式外部引腳狀態(tài) 5. 編程和校驗方式 對
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