【文章內(nèi)容簡介】 校驗期間接收代碼數(shù)據(jù)。 P3 口 ： P3 口的 － 是帶有內(nèi)部上拉電阻的七個雙向 I／ O 口。 沒有引出，它作為一個通用 I／ O 口但不可訪問，但可作為固定輸入片內(nèi)比較的輸出信號， P3 口緩沖器可吸收 20mA 電流。當 P3 口寫入 “ 1” 時，它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并作為輸入端口。作輸入端時， 內(nèi)部拉低的P3 口將用上拉電阻輸出電流 P3 口還用于實現(xiàn) AT89C2051 的各種功能 ， 如下表 3－ 1 所示。 表 3－１ 口 引腳 功能特性 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（定時計數(shù)器 0 外部輸入） T1（定時計數(shù)器 1 外部輸入） 從上述引腳說明可看出， AT89C2051 沒有提供 外部擴展存儲器與 I／ O 設備所需的地址、數(shù)據(jù)、控制信號，因此利用 AT89C2051 構(gòu)成的單片機應用系統(tǒng)不能在 AT89C2051 之外擴展存儲器或I／ O 設備，也即 AT89C2051 本身即構(gòu)成了最小單片機系統(tǒng)。 P3 口還接收一些用于閃速存儲器編程和程序校驗的控制信號。 RST：復位輸入。 RST 一旦變成高電平 ,所有的 I／ O 引腳就復位到“ 1”。當振蕩器正在運行時 ,持續(xù)給出 RST 引腳兩個機器周期的高電平便可完成復位。每一個機器周期需 12 個振蕩器或時鐘周期。 XTAL1：作為振蕩器反相放大器的輸入和內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入。 XTAL2：作為振蕩器反相放大器的輸出。 振蕩器特征： XTAL XTAL2 為片內(nèi)振蕩器的反向放大器的輸入和輸出端，如 圖 ３－１和－４ 所示?？刹捎檬⒕w或陶瓷振蕩器組成的時鐘振蕩器，如需從外部輸入時鐘驅(qū)動 AT89C2051，時鐘信號從 XTAL1 輸入， XTAL2 應懸空。由于輸入到內(nèi)部電路是經(jīng)過一個二分頻觸發(fā)器，所以輸入的外部時鐘信號無需特殊要求，但它必須符合電平的最大和最小值及時序范圍。 AT89C2051XTAL1XTAL2Vcc外部時鐘輸入TTLNC－ 圖 3－ 3 外部時鐘驅(qū)動電路 8 AT89C2051XTAL1XTAL2C1C2 圖 3－ 4 內(nèi)部震蕩電路 由上述對 AT89C2051 引腳介紹可見： P1口和 P3 口 共占 15 個引腳，外加復位、振蕩 (時鐘 )和電源端等已把芯片的引腳全部占完。然而單片機在執(zhí)行各種功能時還需要更多的引腳才能受控或與外界交換的信息，為解決這種矛盾，生產(chǎn)廠家給芯片的 某些引腳設置了第二功能，通過它可完成單片機的多種控制功能。例如 對 89C2051編程，需由 P3 口的 、 、 和 端加控制信號以完成閃速編程 (如表 3－ 1)； 89C2051要完成串行的輸入、輸出，外中斷功能和外部輸入定時，需 － 端提供端口 (表 3－ 1)。再有、 是內(nèi)部比較器輸入端口。 3． 2． 3 專用功能寄存器（ SFR） AT89C2051 中特殊功能寄存器描述如表 92 所示，它們共占用了 19 字節(jié)，其功能與 8051SFR功能相對應。 表 32 專用寄存器地址和復位值 寄存器符號 寄存器地址 復位值 寄存器符號 寄存器地址 復位值 B 0F0H 00000000 TMOD 89H 00000000 ACC 0EOH 00000000 TL0 8AH 00000000 PSW 0D0H 00000000 TL1 8BH 00000000 IP 0B8H 00000 TH0 8CH 00000000 P3 0B0H 11111111 TL0 8DH 00000000 IE 0A8H 0 00000 SP 82H 00000000 SCON 98H 00000000 DPL 83H 00000011 SUBF 99H DPH 84H 00000000 P1 90H 11111111 PCON 87H 00000000 TCON 88H 00000000 0 0000 3． 2． 4 指令約束條件 AT89C2051 是 ATMEL 微控制器家族 —— 經(jīng)濟中低價成 員。它含有 2K 字節(jié)的閃速程序存儲器，完全和 MCS— 51 結(jié)構(gòu)兼容并可用 MCS— 51 指令集進行編程。但是在使用有關指令進行編程時，卻有一些限制 （張曉君， 2021） 。 跳轉(zhuǎn)或分支相關的全部指令必須進行空間約束，這樣目的地址就會落在 AT89C2051 的 2K 字節(jié)的物理程序存儲器空間內(nèi)。例如，對于 2K 字節(jié)存儲器的 AT89C2051 來說， LJMP 7E0H 是一有效的指令而 LJMP 900H 則是無效的。 ⑴ 分支指令 對于 LCALL、 LJMP、 ACALL、 AJMP、 SJMP、 JMP@A+DPTR 等指令，只要編程人員記住這些分 支指令的目的地址落在程序存儲器大小的物理范圍內(nèi) (89C2051 的 00H 至 7FFH 單元 )，這些無條 分支指令就會正確執(zhí)行。違背物理空間的限制會引起不可知的程序出錯。 CJNE[?? ]，DJNZ[?? ]， JB， JNB， JC， JNC， JBC， JN， JNZ 這些條件分支指令也適合上面的規(guī)則。同樣，超出內(nèi)存界限，會導致 不正確的執(zhí)行結(jié)果。對于包括中斷的應用， 80C51 家族架構(gòu)的正常中斷服務線程地址位置已被保留。 ⑵ 和 MOVX 相關的指令，數(shù)據(jù)存儲器 AT89C2051 包含 128 字節(jié)內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器。這樣， AT89C205l 中的堆 棧深度局限于內(nèi)部 RAM 9 的 128 字節(jié)范圍內(nèi)。它既不支持外部數(shù)據(jù)存儲器的訪問，也不支持外部程序存儲器的執(zhí)行。因此，程序中不應包括 MOVX[?? ]指令。 一般的 8051 匯編器即使在違反上述指令約束而寫入指令時仍對指令進行匯編，使用時應了解AT89C2051 微 控制器的存儲物理空間和約束范圍，適當調(diào)整所使用的指令尋址范圍 AT89C2051。 3． 2． 5 CPU 工作方式 ⑴ 空閑方式 在空閑模式下， CPU 自己轉(zhuǎn)入睡眠狀態(tài)，而芯片上其余所有的外圍單元保持活動狀態(tài)。該模式由軟件調(diào)用。在該模式中，芯片級 RAM 和所有特殊功能寄存 器的內(nèi)容保持不變。空閑模式可以由任意有效的中斷或硬件復位來終止 (王衛(wèi)海 ,1995)。 如果未使用外部上拉電阻， 和 應該被置為“ 0”，而如果用了外部上拉電阻，它們應該被置為“ 1”。 應該注意，當空閑模式被硬件復位終止時，單片機 AT89C2051 從它轉(zhuǎn)入睡眠前的狀態(tài)恢復到正常的程序執(zhí)行狀態(tài)，比內(nèi)部復位算法獲得控制權(quán)提前兩個機器周期。在這種場合，芯片內(nèi)的硬件禁止訪問內(nèi)部 RAM，但訪問端口引線是允許的。為了消除當空閑模式被復位終止時可能往端口作不希望發(fā)生的寫入操作，調(diào)用空閑模式指令后面緊跟的那條指令不 應該是寫端口或?qū)懲獠績?nèi)存的指令。 ⑵ 低功耗方式 在低功耗模式下，振蕩器被停止，調(diào)用低功耗模式的指令是被執(zhí)行的最后一條指令。芯片級RAM 和特殊功能寄存器保持它們的值，直到低功耗模式終止。終止低功耗模式的唯一方法 是， 硬件復位。復位操作重定義 SFR，但是不會改變芯片級 RAM。復位動作應在 Vcc 恢復到正常工作電平時進行，而且必須保持足夠長的時間，以使振蕩器重啟動并趨于穩(wěn)定。 如果未使用外部上拉電阻， 和 應該被置為“ 0”，而如果用了外部上拉電阻，它們應該被置為“ 1” 。 3． 2． 6 對 Flash 閃速存儲器 的編程 AT89C2051 是在擦除狀態(tài)下（也即所單元內(nèi)容均為 FFH 時）用 2k 字節(jié)的片內(nèi) PEROM 代碼存儲陣列進行封裝微控制器，其程序存儲器是可以反復編程的。代碼存儲陣列一次編程一個字節(jié)，一旦陣列被編程，如需重新編程 — 非空（空為： FFH）字節(jié)，必須對整個存儲陣列進行電擦除。 如圖３－５和３－６。 圖 3－ 5 編程電路 10 圖 3－ 6 校驗電路 3． 2． 7 內(nèi)部地址計數(shù)器 AT89C2051 包含一 個 內(nèi)部 EEPROM 地址計數(shù)器，它總是在 RST 上升沿復位到 000H 并在XTAL1 引腳有一正跳變脈沖時進行計數(shù)。 3． 3 AT89C2051軟硬件的開發(fā) 89C2051 可以采用下面 2 種方法開發(fā)應用系統(tǒng) ： ⑴ 由于 89C2051 內(nèi)部程序存貯器為 Flash，所以修改它內(nèi)部的程序十分方便快捷，只要配備一個可以編程 89C2051 的編程器即可。調(diào)試人員可以采用程序編輯 － 編譯 － 固化 － 插到電路板中試驗這樣反復循環(huán)的方法，對于熟練的 MCS－ 51 程序員來說，這種調(diào)試方法并不十分困難。當做這種調(diào)試不能夠了解片內(nèi) RAM 的內(nèi)容和程序的走向等有信息 （ Fiorini P， 2021） 。 ⑵ 將普通 8031/80C31 仿真器的仿真插頭中 ～ 和 ～ 引出來仿真 2051， 這種 方法可以運用單步、斷點的調(diào)試方法，但是仿真不夠真實，比如， 2051 的內(nèi)部模擬比較器功能， P1 口、 P3 口的增強下拉能力等 。 3． 4 性能價格比 下面就目前國內(nèi)全勝較多的兩種單片機，討論一下 2051的性能價格比。 ⑴ 與 80C31 系統(tǒng)相比較 如果需要構(gòu)成一個 80C31 的最小系統(tǒng)的話，除了 CPU 之外，至少需要一片 27C64， 而系統(tǒng)的有效引腳和 89C2051 基本相同。從元器件的成本，電路板的面積和加密性來看，使用 89C2051 都是合算的。 ⑵ 與 PIC 單片機比較 目前，國內(nèi)小型 的單片機全勝較多的有 PIC 系列， 89C2051 與 PIC 相對應芯片比較有如下特點： 89C2051 的價格高于 PIC 的 OTP 型號，但大大低于 PIC 的 EPROM 型， 89C2051 片內(nèi)不含Watch Dog，這是 89C2051 的不足之處，中斷系統(tǒng)堆棧結(jié)構(gòu)、串等通訊筆定時器系統(tǒng)都大大強于PIC 系統(tǒng)。由于 PIC 芯片中無標準串等口，所以在單片機的聯(lián)網(wǎng)應用上面， PIC 不太適合。與 PIC相比 2051 更適合于較復雜的應用場合，適合一些軟件需要多次修改的應用。 3． 5 應用 就目前中國市場的情況來看， 89C2051 有很大的市場。其 原因有下列 2 點： ⑴ 2051 采用的是 MCS51 的核心，十分容易為廣大用戶所接受； ⑵ 2051 內(nèi)部基本保持了 80C31 的硬件 I/O 功能； ⑶ 2051 的 Flash 存貯器技術，可重復擦 /寫 1000 次以上，容易解決 調(diào)試手段； ⑷ 更適合小批量系統(tǒng)的應用，容易實現(xiàn)軟件的升級。 89C2051 適合于家用電器控制，分布式測控網(wǎng)絡， I/O 量不足不是很大的應用系統(tǒng) （沈紅衛(wèi)，2021） 。 4 系統(tǒng)硬件設計 總體方案設計 11 4． 1． 1 設計原理 該裝置的目的是解決樓道路燈的電費自動分攤問題。設用電量為 M 每度電費為 L，則總電費為： F=M L=IUt L (41) 式中 ： U 為電源電壓，可認為是常數(shù)； I 為總電流，與點亮的樓道路燈有關，是變量； t 為樓道路燈點亮總時間，是變量。如住一樓用戶，晚上進出只有一盞點亮；二樓用戶，則有 2 盞燈 (一樓和二樓均點亮 )；以此類推，六 樓的用戶，則按順序依次點亮 ６ 盞燈，又按逆序熄滅。設 路燈的 功率為Ｐ （可認為是常數(shù)）；則式（ 41）可寫為： F=LU It=LＰ t=K t （ 42） 式中 K 為常數(shù) （莊興元， 1999） 。因此，樓道內(nèi)的電費問題，則轉(zhuǎn)化為路燈點亮的總時間 t 的數(shù)學計算問題。根據(jù) t 的值，確定各用戶的接通時間，實現(xiàn)電費的自動“收費”目的。 4． 1． 2 系統(tǒng)總體性能要求 根據(jù)原理設計，該耗電分配裝置的設計考慮以下因素及性能要求： 4． 1． 2． 1 成本因素 考慮到用戶的心理接受傾向，其成本應接近或低于普通電表或各種電計量電表，同時具有較高的精度，即較好的可信度，才有市場推廣價值。 4． 1． 2． 2 環(huán)境適應性 具有環(huán)境照度檢測控制，白天不開燈，夜晚開燈；不管是采用手動開關，還是采用紅外線人體自動開關，都可以使用。 4． 1． 2． 3 節(jié)能性 該 裝置全天候工作在公用電網(wǎng)中，作為一個電子裝置其本身有定功耗，若功耗過高，則電力部門每年要承擔較多的電力損失，同時有散熱問題，從而產(chǎn)生安全隱患；該裝置只有在使用路燈時，才處于工作狀態(tài)，此外絕大多數(shù)時間，處于待機狀態(tài)，因此，必須采用電睡眠待機，通過按鍵喚醒投入正常工作的運行模式 （姚志中， 2021） 。 4． 1． 2． 4 可靠性 必須確保裝置不因外界干擾引起誤動作；不會因為裝置本身的過熱問題等因素引起火災，或者其它安全因素導致使用者觸電等； 同時 還要有較長的壽命。 4． 1． 2． 5 方便性 該 裝置一般裝在一樓的集中配電箱內(nèi) ， 若只有 1 條共用相線引到各樓層 ， 各樓層的 2 個用戶的路燈開關又可直接并聯(lián)使用 (或共用 1 個紅外人體感應開關 )， 布線就十分方便 (徐璞，孫新懷 ,2021)。 4． 1． 3 裝置總體結(jié)構(gòu)原理圖 裝置的總體結(jié)構(gòu)原理圖如圖 ４－１ 所示。大虛線框內(nèi)為該裝置的控制電路