【文章內(nèi)容簡介】 I/O 口線，3 個 16 位定時器 /計數(shù)器， 4 個外部中斷，一個 7 向量 4 級中斷結(jié)構(gòu) ， 兼容傳統(tǒng) 51 的 5向量 2 級中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口。最高運作頻率 35MHz， 6T/12T 可選。 特點和硬 件資源有： ? 增強型 8051 單片機， 6 時鐘 /機器周期和 12 時鐘 /機器周期可以任意選擇 。 ? 工作頻率： 0～ 40MHz，實際工作頻率可達 48MHz。 ? 通用 I/O 口復(fù)位后為 P0/P1/P2/P3是準雙向口 /弱上拉， P0 口是漏極開路輸出，作為總線擴展用時，不用加上拉電阻，作為 I/O口用時，需加上拉電阻。 ? 不需要 專用編程 器和 專用仿真器，可通過串口（ RxD/， TxD/） 快速 下載用戶程序 。 ? 用友 3 個 16 位定時器 /計數(shù)器。定時器 T0、T T2，與 傳統(tǒng) 8051 的定時器 /計數(shù)器兼容 。 ? 外部中斷 4 路 ， Power Down 模式可由外部中斷低電平觸發(fā)中斷方式喚醒 。 ? 通用異步串行口（ UART），還可用定時器軟件實現(xiàn)多個 UART。 圖（ 2）單片機引腳圖 電子綜合設(shè)計 第 5 頁 共 32 頁 單片機晶振電路和復(fù)位電路 （ 1） 晶振電路 晶振用一種能把電能和機械能相互轉(zhuǎn)化的晶體在共振的狀態(tài)下工作，給單片機提供工作所需要的時鐘信號 。 STC89C51 內(nèi)部有一個高增益反相放大器用于構(gòu)成振蕩器 。單片機 引腳 X1 和 X2 分別是輸入端和輸出端。 電路 如圖 3 所示 ，在 X1 和 X2 引腳上外接定時元件， 單片機 內(nèi)部振蕩器就 會 產(chǎn)生自激振蕩 ， 給單片 機提供工作所需要的時鐘信號 。通常采用石英晶體和電容組成的并聯(lián)諧振回路 來形成振蕩電路 。晶體振蕩 的 頻率可以在～ 12MHz 之間選擇，電容值 可以 在 5～ 30pF 之間選擇，電容值的大小對 單片機工作頻率起 到 微調(diào)的作用。 本系統(tǒng) 采用了 12 MHZ 的晶振。 圖 （ 3） 單片機時鐘原理圖 （ 2） 復(fù)位電路 復(fù)位是單片機的初始化操作。其主要功能使單片機從 0000H 單元開始執(zhí)行程序。除了進入系統(tǒng)的正常初始化 功能 之外，當程序運行出錯或 者 操作錯誤 導(dǎo)致 系統(tǒng)處于 死機狀態(tài)時，需按復(fù)位鍵重新啟動。 本 系統(tǒng)采用 通用 硬件復(fù)位 方式 ， RST 引腳 是復(fù)位信號的輸入端。 STC89C51 復(fù)位高電平有效，其有效時間應(yīng)持續(xù) 24 個振蕩周期 (即二個機器周期 )以上。若使用頗率為12MHz 的晶振，則復(fù)位信號持續(xù)時間應(yīng)超過 2us 才能完成復(fù)位操作。其電路如圖 4 所示： 圖 （ 4） 單片機復(fù)位原理圖 電容的作用就是緩沖使 RST 端保持高電平一段時間，以達到有效復(fù)位，電容越大，保持的時間就越久。 單片機的復(fù)位需要至少持續(xù)兩個機器周期以上的高電平的時間，所新型車速監(jiān)控裝置設(shè)計 第 6 頁 共 32 頁 以在剛開始上電的時候圖 4 中的電容 C45 充電，所以在單片 機 的復(fù)位引腳 RST 上會出現(xiàn)大于 2 個機器周期的高電平，使單片機復(fù)位。 在排 針上插上跳帽可以實現(xiàn)手動的復(fù)位清零。 數(shù)據(jù) 采樣電路 分別需檢測三種電壓值，分別是 ADIN0（正電壓）、 ADIN1（負電壓）和 ADIN2（限速范圍對應(yīng)的電壓值）。其中正電壓 ADIN0 和 ADIN2 可直接通過 ADC0809 模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片，轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的八位二進制數(shù)輸出給單片機，如 +5V 電壓對應(yīng)的 ADOUT（ 8~1） =1111 1111。 +4V 對應(yīng)的則為 4255247。5=204=1100 1100，如果 +xV 代入公式 255x/5=51x 化為對應(yīng)的八位二進制數(shù)由 ADOUT（ 8~1） 輸出給單片機進行運算。而 ADIN1（負電壓）則需先通過由 OP07 構(gòu)成的反相器將負電壓轉(zhuǎn)換為絕對值輸出給 ADC0809 端的 ADIN1(2)，然后繼續(xù)重復(fù)正電壓輸入的相同步驟。即可完成對數(shù)據(jù)的采樣工作。 圖（ 5）數(shù)據(jù)采樣模塊圖 A/D 模數(shù)轉(zhuǎn)換 本實驗中選用的 A/D 模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片為 ADC0809，它 是美國國家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的CMOS 工藝 8通道， 8位逐次逼近式 A/D 模數(shù)轉(zhuǎn)換器。其內(nèi)部有一個 8通道多路開關(guān)，它可以根據(jù)地址碼鎖存譯碼后的信號，只選通 8路模擬輸入信號中的一個進行 A/D 轉(zhuǎn)換。 主要特性 如下： 1） 8路輸入通道， 8位 A/D 轉(zhuǎn)換器，即分辨率為 8位。 2）具有轉(zhuǎn)換起停控制端。 3）轉(zhuǎn)換時間為 100μ s(時鐘為 640kHz 時 )， 130μ s（時鐘為 500kHz 時） 4）單個 +5V 電源供電 5）模擬輸入電壓范圍 0～ +5V，不需零點和滿刻度校準。 6）工作溫度范圍為 40～ +85 攝氏度 7）低功耗，約 15mW。 內(nèi)部結(jié)構(gòu) ADC0809 是 CMOS 單片型逐次逼近式 A/D 轉(zhuǎn)換器，內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖所示，它由 8 路模擬開關(guān)、地址鎖存與譯碼器、比較器、 8位開關(guān)樹型 A/D 轉(zhuǎn)換器、逐次逼近寄存器、邏輯控制和定時電路組成。 外部特性（引腳功能 ） ADC0809 芯片有 28 條引腳，采用雙列直插式封裝，如圖 （ 6） 所示 ： 電子綜合設(shè)計 第 7 頁 共 32 頁 圖（ 6） ADC0809內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 下面說明各引腳功能。 ? IN0～ IN7： 8路模擬量輸入端。 ? 21～ 28： 8位數(shù)字量輸出端。 ? ADDA、 ADDB、 ADDC： 3位地址輸入線，用于選通 8路模擬輸入中的一路 ? ALE：地址鎖存允許信號，輸入，高電平有效。 ? START： A/D 轉(zhuǎn)換啟動脈沖輸入端，輸入一個正脈沖（至少 100ns 寬）使其啟動（脈沖上升沿使 0809 復(fù)位，下降沿啟動 A/D 轉(zhuǎn)換）。 ? EOC： A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)束信號，輸出，當 A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)束時，此端輸出一個高電平（轉(zhuǎn)換期間一直為低電平）。 ? OE：數(shù)據(jù)輸出允許信號，輸入，高電平有效。當 A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)束時，此端輸入一個高電平，才能打開輸出三態(tài)門，輸出數(shù)字量。 ? CLK：時鐘脈沖輸入端。要求時鐘頻率不高于 640KHZ。 ? REF（ +）、 REF（ ）：基準電壓。 ? VCC：電源，單一 +5V。 ? GND：地。 工作過程 首先輸入 3 位地址，并使 ALE=1，將地址存入地址鎖存器中。此地址經(jīng)譯碼選通 8 路模擬輸入之一到比較器。 START 上升沿將逐次逼近寄存器復(fù)位。下降沿啟動 A/D 轉(zhuǎn)換，之后EOC 輸出信號變低，指示轉(zhuǎn)換正在進行。直到 A/D 轉(zhuǎn)換完成， EOC 變?yōu)楦唠娖剑甘?A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)束，結(jié)果數(shù)據(jù)已存入鎖存器，這個信號可用作中斷申請。當OE 輸入高電平時，輸出三態(tài)門打開，轉(zhuǎn)換結(jié)果的數(shù)字量輸出到數(shù)據(jù)總線上。 工作 新型車速監(jiān)控裝置設(shè)計 第 8 頁 共 32 頁 時序圖如圖 7。 圖（ 7） ADC0809工作時序圖 轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的傳送 A/D 轉(zhuǎn)換后得到的數(shù)據(jù)應(yīng)及時傳送給單片機進行處理。數(shù)據(jù)傳送的關(guān)鍵問題是如何確認 A/D 轉(zhuǎn)換的完成，因為只有確認完 成后，才能進行傳送。為此可采用下述三種方式。 （ 1）定時傳送方式 對于一種 A/D 轉(zhuǎn)換器來說，轉(zhuǎn)換時間作為一項技術(shù)指標是已知的和固定的。例如ADC0809 轉(zhuǎn)換時間為 128μ s，相當于 6MHz 的 MCS51單片機共 64個機器周期。可據(jù)此設(shè)計一個延時子程序， A/D轉(zhuǎn)換啟動后即調(diào)用此子程序，延遲時間一到，轉(zhuǎn)換肯定已經(jīng)完成了，接著就可進行數(shù)據(jù)傳送。 （ 2）查詢方式 A/D 轉(zhuǎn)換芯片由表明轉(zhuǎn)換完成的狀態(tài)信號，例如 ADC0809 的 EOC 端。因此可以用查詢方式，測試 EOC 的狀態(tài)，即可確認轉(zhuǎn)換是否完成，并接著進 行數(shù)據(jù)傳送。 （ 3）中斷方式 把表明轉(zhuǎn)換完成的狀態(tài)信號（ EOC）作為中斷請求信號，以中斷方式進行數(shù)據(jù)傳送。 不管使用上述哪種方式，只要一旦確定轉(zhuǎn)換完成，即可通過指令進行數(shù)據(jù)傳送。首先送出口地址并以信號有效時， OE信號即有效，把轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)送上數(shù)據(jù)總線，供單片機接受。 OP07 反相電路 OP07反相電路是用來將輸入的負值轉(zhuǎn)換為該值的絕對值輸出，即該值的正數(shù)形式。 輸出電壓 ADIN1（ 2）和輸入電壓 ADIN1是反相比例運算關(guān)系，比例系數(shù)為上方電阻 /左邊電阻的負數(shù)，負號表示兩電壓反相， 當所選電路如圖都為 2K 時，該電路即為反相器。如左圖所示，本電路選用OP07 作為運放。 芯片的功能 OP07 芯片是一種低噪聲，非斬波穩(wěn)零的雙極性（雙電源供電）運算放大器集成電路。由于 OP07 具有非常低的輸入失調(diào)電壓（對于 OP07A 最大為 25μ V），所以 OP07 在很多應(yīng)用場合不需要額外的調(diào)零措施。 OP07 同時具有輸入偏置電流低（ OP07A為177。 2nA）和開環(huán)增益高（對于 OP07A為 300V/mV）的特點，這種低失調(diào)、高開環(huán)增益的特性使得 OP07 特別適用于高增益的測量設(shè)備和放大傳感器的微弱信號等方 面。 特點：超低偏移： 150μ V最大。 低輸入偏置電流： 。低失調(diào)電壓漂移： V/℃ 。 超穩(wěn)定，時間： 2μ V/month 最大高電源電壓范圍： 177。 3V至177。 22V OP07 芯片引腳功能說明： 1 和 8 為偏置平衡 (調(diào)零端 )， 2 為反向輸入端， 3 為正向輸入端， 4 接地， 5 空腳 6 為輸出， 7 接電源 。 系統(tǒng)供電模塊 系統(tǒng)所需的電壓為 +5V，選用 7805 穩(wěn)壓芯片來輸出 +5V 電壓。兩邊的電容起濾波作用，使得輸出的 +5V 穩(wěn)定。 用 78/79 系列三端穩(wěn)壓 IC 來組成穩(wěn)壓電源所需的外圍元件極少，電路內(nèi)部還有過流、過熱及調(diào)整管的保護電路，使用起來可靠、方便，而且價格電子綜合設(shè)計 第 9 頁 共 32 頁 便宜。該系列集成穩(wěn)壓 IC型號中的 78或 79后面的數(shù)字代表該三端集成穩(wěn)壓電路的輸出電壓，如 7806 表示輸出電壓為正 6V， 7909 表示輸出電壓為負 9V。 如圖 8 所示： 圖（ 8）系統(tǒng)穩(wěn)壓電源電路圖 顯示輸出模塊 LED 輸出電路用來顯示車速大小，車速越快則圓形擺放的 8 只 LED 依次點亮的越快。車輛前進， LED 順時針點亮；后退時， LED 逆時針點亮。 LCD 輸出電路用來實時顯示車速及限速范圍。 LED 發(fā)光二極管輸出 電路 由單片機輸出的三路信號經(jīng)由 74LS138 可擴展為 8位輸出，由于 74LS138 承受不住 LED 上的電流，需要加入 74HC245 驅(qū)動負載來提高 138的承受能力。 8個 LED 發(fā)光二極管通過 330Ω 并聯(lián)在一起，通過 5v電壓可保證每個 LED都能正常工作。如右圖所示： 1. 74LS138 的功能 74LS138 為 3 線－ 8 線譯碼器 ? A0~A2：地址輸入端 ? STA（ E1）：選通端 ? /STB（ /E2）、 /STC（ /E3）：選通端（低電平有效） ? /Y0~/Y7：輸出端（低電平有效） ? VCC：電源正 GND： 接 地 工作原理 ①當一個選通端（ E1）為高電平，另兩個選通端（ (/E2))和 /(E3)）為低電平時，可將地址端（ A0、 A A2）的二進制編碼在 Y0 至 Y7 對應(yīng)的輸出端以低電平譯出。比如：A2A1A0=110 時，則 Y6輸出端輸出低電平信號。 ②利用 E E2和 E3可級聯(lián)擴展成 24 線譯碼器；若外接一個反相器還可級聯(lián)擴展成 32 線譯碼器。 ③若將選通端中的一個作為數(shù)據(jù)輸入端時， 74LS138 還可作數(shù)據(jù)分配器。 ④可用在 8086 的譯碼電路中，擴展內(nèi)存。 新型車速監(jiān)控裝置設(shè)計 第 10 頁 共 32 頁 2. 74HC245 的功能 由于單片機或 CPU 的數(shù)據(jù) /地址 /控制總線端口都有一定的負載能力，如果負載超過其負載能力，一般應(yīng)加驅(qū)動器。另外，也可以使用 74HC245 等其他緩沖門電路。74HC245 是 雙 向 總 線 收 發(fā) 器 （ bus transceiver），典型的 CMOS 型三態(tài)緩沖門電路。第 1 腳 DIR，為輸入輸出端口轉(zhuǎn)換用， DIR=“ 1”高電平時信號由“ A”端輸入“ B”端輸出， DIR=“ 0”低電平時信號由“ B”端輸入“ A”端輸出。第 2~9 腳“ A”信號輸入輸出端， A0=B0， A7=B7， A0 與 B0 是一組，如果 DIR=“ 1” OE=“ 0”則 A1 輸入 B1 輸出，其它類同。如果 DIR=“ 0” OE=“ 0”則 B1 輸入 A1 輸出，其它類同。第 11~18 腳“ B”信號輸入輸出端，功能與“ A”端一樣，不再描述。第 19 腳 OE，使能端，若該腳為“ 1”A/B 端的信號將不導(dǎo)通