【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 e Read Only Memory）的低電壓，高性能 CMOS8 位微處理器，俗稱(chēng)單片機(jī)。而在眾多的 51 系列單片機(jī)中，要算 ATMEL 公司的 AT89C51更實(shí)用，也是一種高效微控制器，因?yàn)樗坏?8051 指令、管腳完全兼容，而且其 片內(nèi)的 4K 程序存儲(chǔ)器是 FLASH 工藝的，這種工藝的存儲(chǔ)器，用戶可以用電的方式達(dá)到瞬間擦除、改寫(xiě)。而這種單片機(jī)對(duì)開(kāi)發(fā)設(shè)備的要求很低，開(kāi)發(fā)時(shí)間也大大縮短。 10 AT89C51 基本功能描述如下： AT89C51 是一種低損耗、高性能、 CMOS 八位微處理器，而且在其片種還有 4k 字節(jié)的在線可重復(fù)編程快擦快寫(xiě)程序存儲(chǔ)器，能重復(fù)寫(xiě)入 /擦除 1000 次，數(shù)據(jù)保存時(shí)間為十年。它與 MCS51 系列單片機(jī)在指令系統(tǒng)和引腳上完全兼容，不僅可完全代替 MCS51 系列單片機(jī)，而且能使系統(tǒng)具有許多 MCS51 系列產(chǎn)品沒(méi)有的功能。 AT89C51 可構(gòu) 成真正的單片機(jī)最小應(yīng)用系統(tǒng)，縮小系統(tǒng)體積 , 增加系統(tǒng)的可靠性，降低了系統(tǒng)成本。只要程序長(zhǎng)度小于4k, 四個(gè) I/O口全部提供給用戶。可用 5V電壓編程，而且寫(xiě)入時(shí)間僅 10毫秒 , 僅為 8751/87C51 的擦除時(shí)間的百分之一，與 8751/87C51 的 12V電壓擦寫(xiě)相比 , 不易損壞器件 , 沒(méi)有兩種電源的要求，改寫(xiě)時(shí)不拔下芯片，適合許多嵌入式控制領(lǐng)域。 AT89C51 芯片提供三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定加密， 提供了方便靈活而可靠的硬加密手段 , 能完全保證程序或系統(tǒng)不被仿制。另外 ,AT89C51 還具有 MCS51系列單片機(jī) 的所有優(yōu)點(diǎn)。 128179。 8 位內(nèi)部 RAM, 32 位雙向輸入輸出線 , 兩個(gè)十六位定時(shí)器 /計(jì)時(shí)器 , 5 個(gè)中斷源 , 兩級(jí)中斷優(yōu)先級(jí) , 一個(gè)全雙工異步串行口及時(shí)鐘發(fā)生器等。 AT89C51 有間歇、掉電兩種工作模式。間歇模式是由軟件來(lái)設(shè)置的 , 當(dāng)外圍器件仍然處于工作狀態(tài)時(shí) , CPU 可根據(jù)工作情況適時(shí)地進(jìn)入睡眠狀態(tài) , 內(nèi)部RAM和所有特殊的寄存器值將保持不變。這種狀態(tài)可被任何一個(gè)中斷所終止或通過(guò)硬件復(fù)位。掉電模式是 VCC 電壓低于電源下限 , 當(dāng)振蕩器停止振動(dòng)時(shí) , CPU 停止執(zhí)行指令。該芯片內(nèi) RAM 和特殊功能寄存器值保持不變 , 一直到掉電模式被終止。只有 VCC 電壓恢復(fù)到正常工作范圍而且在振蕩器穩(wěn)定振蕩后，通過(guò)硬件復(fù)位、掉電模式可被終止。 AT89C51 系列引腳功能 AT89C51 有 40 引腳雙列直插（ DIP）形式。其與 80C51 引腳結(jié)構(gòu)基本相同，其邏輯引腳圖 如 下 圖 21所示： 圖 21 AT89C51 邏輯引腳圖 各引腳功能敘述如下： 1．電源和晶振 VCC—— 運(yùn)行和程序校驗(yàn)時(shí)加 +5V GND—— 接地 11 XTAL1—— 輸入到振蕩器的反向放大器 XTAL2—— 反向放大器的輸出，輸入到內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器 （當(dāng)使用外部振蕩器時(shí)， XTAL1 接地， XTAL2 接收振蕩器信號(hào)） RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持 RST 腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。 ALE/PROG：當(dāng)訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在 FLASH 編程期間，此引腳用于輸入編 程脈沖。在平時(shí)， ALE 端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的 1/6。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過(guò)一個(gè) ALE 脈沖。如想禁止 ALE 的輸出可在 SFR8EH 地址上置 0。此時(shí)， 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。 2． I/O（ 4 個(gè)口， 32 根） P0 口 —— 8位、漏極開(kāi)路的雙向 I/O 口。當(dāng)使用片外存儲(chǔ)器（ ROM、 RAM）時(shí)，作地址和數(shù)據(jù)分時(shí)復(fù)用。在程序校驗(yàn)期間，輸出指令字節(jié)（需加外部上拉電路）。P0口（作為總線時(shí)）能驅(qū)動(dòng) 8個(gè) LSTTL 負(fù)載。 P1 口 —— 8位、準(zhǔn)雙向 I/O 口。在編程 /校驗(yàn)期間，用于輸入低位字節(jié)地址。P1口可驅(qū)動(dòng) 4 個(gè) LSTTL 負(fù)載。對(duì)于 80C51， —— T2，是定時(shí)器的計(jì)數(shù)端且位輸入； —— T2EX，是定時(shí)器的外部輸入端。這時(shí)，讀兩個(gè)特殊輸入引腳的輸出鎖存器應(yīng)由程序置 1。 P2 口 —— 8位、準(zhǔn)雙向 I/O 口。當(dāng)使用片外存儲(chǔ)器（ ROM 及 RAM）時(shí)，輸出高 8 位地址。在編程 /校驗(yàn)期間，接收高位字節(jié)地址。 P2口可以驅(qū)動(dòng) 4個(gè) LSTTL負(fù)載。 P3 口 —— 8 位、準(zhǔn)雙向 I/O 口，具有內(nèi)部上拉電路 。 P3 口提供各種替代功能。在提供這些功能時(shí)，其輸出鎖存器應(yīng)由程序置 1。 P3 口可以輸入 /輸出 4 個(gè)LSTTL 負(fù)載。 3．串行口 —— RXD（串行輸入口），輸入。 —— TXD（串行輸出口），輸出。 4．中斷 —— INT0 外部中斷 0，輸入。 —— INT1 外部中斷 1，輸入。 5．定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 —— T0 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 0 的外部輸入，輸入。 —— T1 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 1 的外部輸入，輸入。 6．?dāng)?shù)據(jù)存儲(chǔ)器選通 —— WR 低電平有效，輸出，片外存儲(chǔ)器寫(xiě)選通。 —— RD 低電平有效，輸出，片外存儲(chǔ)器讀選通。 7．控制線 (共 4根 ) 輸入： RST—— 復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持 RST 腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。 EA/Vpp—— 片外程序存儲(chǔ)器訪問(wèn)允許信號(hào)，低電平有效。在編程時(shí)，其上施加 21V 的編程電壓。 注意：在加密方式 1 時(shí)， EA將內(nèi)部鎖定為 RESET；當(dāng) EA端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。在 FLASH編程期間，此引腳也用于施加 12V編程電源（ VPP）。 12 輸入、輸出： ALE/PROG—— 地址鎖存允許信號(hào)，輸出。 ALE 以 1/6 的振蕩頻率穩(wěn)定速率輸出，可用作對(duì)外輸出 的時(shí)鐘或用于定時(shí)。在 EPROM 編程期間，作輸入，輸入編程脈沖（ PROG）。 ALE 可以驅(qū)動(dòng) 8 個(gè) LSTTL 負(fù)載。當(dāng)訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的低位字節(jié)。在 FLASH 編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時(shí)， ALE 端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的 1/6。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。 注意：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過(guò)一個(gè) ALE 脈沖。如想禁止 ALE的輸出可在 SFR8EH 地址上置 0。此時(shí)， 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(wú)效。 輸出： PSEN—— 片外程序存儲(chǔ)器選通信號(hào)，低電平有效。在從片外程序存儲(chǔ)器取址期間，在每個(gè)機(jī)器周期中，當(dāng) PSEN 有效時(shí)，程序存儲(chǔ)器的內(nèi)容被送上 P0 口（數(shù)據(jù)總線）。 PSEN 可以驅(qū)動(dòng) 8個(gè) LSTTL 負(fù)載。 AT89C51 系列單片機(jī)的功能單元 1．并行 I/O 接口： 單片機(jī)芯片內(nèi)有一項(xiàng)主要功能就是并行 I/O 口。 51 系列共有 4 個(gè) 8 位的并行 I/O 口，分別記作 P0、 P P P3 每個(gè)口都包含一個(gè)鎖存器，一個(gè)輸出驅(qū)動(dòng)器和輸入緩沖器。實(shí)際上，它 們已被歸入專(zhuān)用寄存器之列，并且具有字節(jié)尋址和位尋址功能。在訪問(wèn)片外擴(kuò)展存儲(chǔ)器時(shí)，低八位地址和數(shù)據(jù)由 P0 口分時(shí)傳送，高八位地址由 P2口傳送。 2．定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器（ timer/counter）是單片機(jī)中的重要部件，其工作方式靈活、編程簡(jiǎn)單，使用它對(duì)減輕 CPU 的負(fù)擔(dān)和簡(jiǎn)化外圍電路都大有好處。 C51 系列包含有兩個(gè) 16 位的可編程定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器分別稱(chēng)為定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器T0和定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 T1；在 C51 部分產(chǎn)品中，還包含有一個(gè)用做看門(mén)狗的 8位定時(shí)器。定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器的核心是一個(gè)加 1 計(jì)數(shù)引腳上施加器，其基本功 能是加 1功能。在單片機(jī)的定時(shí)器 T0或 T1 中，有一個(gè)定時(shí)器發(fā)生由 0到 1的跳變時(shí)，計(jì)數(shù)器增 1，即為計(jì)數(shù)功能；在單片機(jī)內(nèi)部對(duì)機(jī)器周期或其分頻進(jìn)行計(jì)數(shù)，從而得到定時(shí)，這就是定時(shí)功能。在單片機(jī)中，定時(shí)功能和計(jì)數(shù)功能的設(shè)定和控制都是通過(guò)軟件來(lái)進(jìn)行的。 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器內(nèi)部結(jié)構(gòu)及其原理：由定時(shí)器 0、定時(shí)器 定時(shí)器方式寄存器TMOD 和定時(shí)器控制寄存器 TCON 組成。當(dāng)定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器設(shè)置為定時(shí)工作方式時(shí)，計(jì)數(shù)器對(duì)內(nèi)部機(jī)器周期計(jì)數(shù)，每過(guò)一個(gè)機(jī)器周期，計(jì)數(shù)器加 1，直至計(jì)滿溢出。定時(shí)器的定時(shí)時(shí)間與系統(tǒng)的振蕩頻率緊密相關(guān)，因?yàn)?C51 系 列單片機(jī)的一個(gè)機(jī)器周期由 12個(gè)振蕩脈沖組成，所以，計(jì)數(shù)頻率 fc=fosc/12。如果單片機(jī)系統(tǒng)采 12MHz晶振，則計(jì)數(shù)周期為 : T=1/12*106*(1/12)=1μ S ,這是最短的定時(shí)周期，適當(dāng)選擇定時(shí)器的初值可獲取各種定時(shí)時(shí)間。 當(dāng)定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器設(shè)置為計(jì)數(shù)工作方式時(shí)，計(jì)數(shù)器對(duì)來(lái)自輸入引腳 T0（ ）和 T1（ ）的外部信號(hào)計(jì)數(shù)，外部脈沖的下降沿將觸發(fā)計(jì)數(shù)。在每個(gè)機(jī)器周期的 S5P2 期間采樣引腳輸入電平，若前一個(gè)機(jī)器周期采樣值為 1，后一個(gè)機(jī)器周期采樣值為 0，則計(jì)數(shù)器加 1。新的計(jì)數(shù)值是在檢測(cè)到輸入引 腳電平發(fā)生 1 到 13 0 的負(fù)跳變后，于下一個(gè)機(jī)器周期的 S3P1 期間裝入計(jì)數(shù)器中的，可見(jiàn)，檢測(cè)一個(gè)由 1到 0的負(fù)跳變需要兩個(gè)機(jī)器周期，所以最高檢測(cè)頻率為振蕩頻率的 1/24。計(jì)數(shù)器對(duì)外部輸入信號(hào)的占空比沒(méi)有特別的限制，但必須保證輸入信號(hào)的高電平與低電平的持續(xù)時(shí)間在一個(gè)機(jī)器周期以上。 3．振蕩器 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(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)器件， XTAL2應(yīng)不接。當(dāng)輸入至內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)時(shí)要通過(guò)一個(gè)二分頻觸發(fā)器，而對(duì)外部時(shí)鐘信號(hào)的 脈寬無(wú)任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。 4．芯片擦除 整個(gè) PEROM 陣列和三個(gè)鎖定位的電擦除可通過(guò)正確的控制信號(hào)組合，并保持ALE管腳處于低電平 10ms 來(lái)完成。在芯片擦除操作中，代碼陣列全被寫(xiě)“ 1”且在任何非空存儲(chǔ)字節(jié)被重復(fù)編程以前，該操作必須被執(zhí)行。 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(shí)器、計(jì)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(gè)硬件復(fù)位為止。 5．中斷系統(tǒng) 中斷系統(tǒng)是單片機(jī)的重要組成部分。實(shí)時(shí)控制、故障自動(dòng)處理、單片機(jī)與外圍設(shè)備間的數(shù)據(jù)傳送往往采用中斷系統(tǒng)。中斷系統(tǒng)大大提高了系統(tǒng)的效率。 C51 系統(tǒng)有關(guān)中斷的寄存器有 4個(gè)，分別為中斷源寄存器 TCON 和 SCON、中斷允許控制寄存器 IE和中斷優(yōu)先級(jí)控制寄存器 IP；中斷源有 5 個(gè)，分別為外部中斷 0請(qǐng)求 INT0、外部中斷 1 請(qǐng)求 INT定時(shí)器 0溢出中斷請(qǐng)求 TF0、定時(shí)器 1溢出中斷請(qǐng)求 TF1和串行中斷請(qǐng)求 R1 或 T1。 5個(gè)中斷源的排列順序由中斷優(yōu)先級(jí)控制寄存器 IP 和順序查詢(xún)邏輯電路共 同決定， 5 個(gè)中斷源分別對(duì)應(yīng) 5 個(gè)固定的中斷入口地址。中斷的特點(diǎn)是分時(shí)操作，實(shí)時(shí)處理和故障處理。 簡(jiǎn)單介紹一下本次設(shè)計(jì)所需的單片機(jī)芯片 AT89C51 的中斷系統(tǒng)中要用到的中斷類(lèi)型。 （ 1） 外部中斷源 AT89C51 有 INT0 和 INT1 兩條外部中斷請(qǐng)求輸入線 ,用于輸入兩個(gè)外部中斷源的中斷請(qǐng)求信號(hào) ,并允許外部中斷源以低電平或負(fù)邊沿兩種中斷觸發(fā)方式來(lái)輸入中斷請(qǐng)求信號(hào)。 AT89C51 究竟工作于哪種中斷觸發(fā)方式 ,可由用戶對(duì)定時(shí)器控制寄存器 TCON 中 IT0 和 IT1 位狀態(tài)的設(shè)定來(lái)選取。 AT89C51 在每個(gè)機(jī)器周期的S5P2 時(shí)對(duì) INT0、線上中斷請(qǐng)求信號(hào)進(jìn)行一次檢測(cè) ,檢測(cè)方式和中斷觸發(fā)方式的選取有關(guān)。若 AT89C51 設(shè)定為電平觸發(fā)方式 (IT0=0 或 IT1=0),則 CPU檢測(cè)到 INT0、INT1 上低電平時(shí)就可認(rèn)定其上中斷請(qǐng)求有效 。若設(shè)定為邊沿觸發(fā)方式 (IT0=1 或IT1=1),則 CPU 需要兩次檢測(cè) INT0、 INT1 線上電平方能確定其上中斷請(qǐng)求是否有效 ,即前一次檢測(cè)為高電平和后一次檢測(cè)為低電平時(shí)中斷請(qǐng)求才有效。 （ 2） 定時(shí)器溢出中斷源 定時(shí)器溢出中斷由 AT89C51 內(nèi)部定時(shí)器分的中斷源產(chǎn)生 ,故它們屬于內(nèi)部中斷。 AT89C51 內(nèi)部有兩個(gè) 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 ,受內(nèi)部定時(shí)脈沖 (主脈沖經(jīng) 12 分頻后 )或 T0/T1 引腳上輸入的外部定時(shí)脈沖計(jì)數(shù)。定時(shí)器 T0/T1 在定時(shí)脈沖作用下從全“ 1”變成全“ 0”時(shí)可以自動(dòng)向 CPU 提出溢出中斷請(qǐng)求 ,以表明定時(shí)器 T0或 T1 的定時(shí)時(shí)間已到。 14 （ 3） 串行口中斷源 串行口中斷由 AT89C51 內(nèi)部串行口的中斷源產(chǎn)生 ,也是一種內(nèi)部中斷。串行口中斷分為串行口發(fā)送中斷和串行口接收中斷兩種。在串行口進(jìn)行發(fā)送 /接收數(shù)據(jù)時(shí) ,每當(dāng)串行口發(fā)送 /接收完一組串行數(shù)據(jù)時(shí)串行口電路自動(dòng)使 串行口控制寄存器 SCON中的 RI或 TI中斷標(biāo)志位置位，并自動(dòng)向 CPU發(fā)出串行口中斷請(qǐng)求 ,CPU響應(yīng)串行口中斷后便立即轉(zhuǎn)入串行口中斷服務(wù)程序執(zhí)行。因此 ,只要在串行口中斷服務(wù)程序中安排一段對(duì) SCON中 RI和 TI中斷標(biāo)志位狀態(tài)的判斷程序 ,便可區(qū)分串行口發(fā)生了接收中斷請(qǐng)求還是發(fā)送中斷請(qǐng)求。 （ 4） 中斷標(biāo)志 AT89C51 在 S5P2 時(shí)檢測(cè) (或接收 )外部 (內(nèi)部 )中斷源發(fā)來(lái)的中斷請(qǐng)求信號(hào)后先使相應(yīng)中斷標(biāo)志位置位 ,然后便在下個(gè)機(jī)器周期檢測(cè)這些中斷標(biāo)志位狀態(tài) ,以決定是否響應(yīng)該中斷。 ADC0809 模數(shù)轉(zhuǎn)換器 ADC0809 是位 A/D 轉(zhuǎn)換芯片，它是采用逐次逼近的方法完成 A/D 轉(zhuǎn)換的。ADC0809 由單 +5V 電源供電；片內(nèi)帶有鎖存功能的 8路模擬多路開(kāi)關(guān)，可對(duì) 8 路0～ 5V 的輸入模擬電壓分時(shí)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，完成一次轉(zhuǎn)換約需 100181。S；片內(nèi)具有多路開(kāi)關(guān)的地址譯碼器和鎖存器、高阻抗斬波器、穩(wěn)定的比較器， 256 電阻 T 型網(wǎng)絡(luò)和樹(shù)狀電子開(kāi)關(guān)以及逐次逼近寄存器。 ADC0809 是引腳雙列直插式封裝，引腳及其功能 如 下 圖 22所示 ： 圖 22 ADC0809 的管腳圖 圖 23 運(yùn) 算放大器 LM324 的引腳圖 1． D7～ D0： 8 位數(shù)字量輸出引腳。 2． IN0～ IN7： 8路模擬量輸入引腳。 3． VCC： +5V 工作電壓。 4． GND：接地。 5． REF（ +）：參考電壓正端。 6． REF（ ）：參考電壓負(fù)端。 15 7． START： A/D 轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)輸入端。 8． A、 B、 C：地址輸入端。 9． ALE：地址鎖存允許信號(hào)輸入端。 10． EOC：轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)輸出引腳，開(kāi)始轉(zhuǎn)換時(shí)為低電平，當(dāng)轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)為高電平。 11． OE： 輸出允許控制端，用以打開(kāi)三態(tài)數(shù)據(jù)輸出鎖存器。 12． CLK：時(shí)鐘信號(hào)輸入端， 譯碼后可選通 IN0～ IN7 八個(gè)通道中的一個(gè)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。 表 21 A、 B、 C的輸入與被選通道的通道關(guān)系 被選中的通道 C B A IN0 0 0 0 IN1 0 0 1 IN2 0 1 0 IN3 0 1 1 IN4 1 0 0 IN5 1 0 1 IN6 1 1 0 IN7 1 1 1 LM324 本次設(shè)計(jì)所用的運(yùn)算放大器是 LM324，而 LM3