【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 鐘電路等部分組成。 中央處理器 CPU 中央處理器 CPU 是單片機(jī)的核心。是計(jì)算機(jī)的控制指揮中心。同一般微機(jī)的CPU類似。 AT89C51單片機(jī)內(nèi)部 CPU包括控制器和運(yùn)算器兩部分。如圖 21AT89C51單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化框圖。 運(yùn)算器 AT89C51 運(yùn)算器電路以算術(shù)邏輯單元 ALU 為核心。有累加器 ACC、寄存器 B、暫存器 暫存器 程序狀態(tài)寄存器 PSW 和布爾處理機(jī)共同組成。它主要完成數(shù)據(jù)的算術(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算、位變量處理和數(shù)據(jù)傳輸?shù)炔僮?。運(yùn)算結(jié)果的狀態(tài) 由程序寄存器 PSW 保存。 算術(shù)邏輯單元 ALU 與累加器 ACC、寄存器 B 算術(shù)邏輯單元 ALU 不但能完成 8 位二進(jìn)制的加、減、乘、除等算數(shù)運(yùn)算。而且還能對(duì) 8 位變量進(jìn)行邏輯“與”“或”“異或”循環(huán)位移等邏輯運(yùn)算。累加器ACC(簡(jiǎn)稱累加器 A) 為一個(gè) 8 位寄存器，它是 CPU 中使用最頻繁的寄存器。專門存放操作數(shù)或運(yùn)算結(jié)果。 無(wú) 錫 職 業(yè) 技 術(shù) 學(xué) 院 15 圖 21 AT89C51 單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化框圖 程序狀態(tài)寄存器 程序狀態(tài)寄存器 PSW 是一個(gè) 8 位的狀態(tài)寄存器。用于存放標(biāo)志寄存器。用于存 放指令執(zhí)行后的狀態(tài)，以供程序查詢和判別。 PSW 各位的狀態(tài)通常是在指令執(zhí)行的過(guò)程中自動(dòng)設(shè)置的。但可以由用戶根據(jù)需要指令加以改變。狀態(tài)寄存器共有進(jìn)位標(biāo)志位 CY、輔助進(jìn)位標(biāo)志位（或稱半進(jìn)位） AC、用戶自定義標(biāo)志位 F0、工作寄存器組選擇位 RS RS0、溢出標(biāo)志位 OV、奇偶標(biāo)志位 P。 控制器 控制部件是單片機(jī)的神經(jīng)中樞。它包括程序計(jì)數(shù)器 PC、指令寄存器 IR、指令譯碼器 ID、數(shù)據(jù)指針 DPTR、堆棧指針 SP、緩沖器和定時(shí)器控制電路等。它先以主振頻率為基準(zhǔn)發(fā)出 CPU 的時(shí)序?qū)χ噶钸M(jìn)行譯碼，然后發(fā)出各種控制信 號(hào)。完成一系列定時(shí)控制的微操作。用來(lái)協(xié)調(diào)單片機(jī)各部分正常工作。 AT89C51 單片機(jī)引腳功能 AT89C51 系列單片機(jī)的封裝形式有兩種：一種是雙列直插方式封裝；另一種是方形封裝。 AT89C51 單片機(jī) 40 個(gè)引腳及總線結(jié)構(gòu)圖如下所示。其 CMOS 工藝制造的低地功耗芯片也有采用方形封裝的。但為 44 個(gè)引腳，其中 4 個(gè)引腳是不使用的。由于 89C51 單片機(jī)是高性能的單片機(jī)。同時(shí)受到引腳數(shù)目的限制，所以有部分引腳具有第二功能。如 圖 22 單片機(jī)引腳圖。 主電源引腳兩根： VCC 接 +5V 電源正端； VSS 接 +5V 電源地端。 XTAL1:接外部石英體和微調(diào)電源的一端。 XTAL2:接外部晶體和微調(diào)電容的另一端。 其中，對(duì)用外部時(shí)鐘時(shí)，對(duì)于 HMOS 單片機(jī) ,XTAL1 腳接地， XTAL2 腳作為外部振蕩信號(hào)的輸入端。對(duì) CHMOS 單片機(jī) XTAL1 腳作為外部振蕩信號(hào)的輸入端，XTAL2 腳空不接。 無(wú) 錫 職 業(yè) 技 術(shù) 學(xué) 院 16 圖 22 單片機(jī)引腳圖 3. 引腳功能 I\O 引腳共 32 根。 ① PO 口： 統(tǒng)稱為 PO 口是 8 位雙向 I/O 口線。 P0 口即可作為地址/數(shù)據(jù)總線使 用，又可作為通用的 I/O 口線。在不接片外存儲(chǔ)器與不擴(kuò)展 I/O 口時(shí)，可作為準(zhǔn)雙向輸入 /輸出口。在接有片外存儲(chǔ)器或擴(kuò)展 I/O 時(shí)， P0 口分時(shí)復(fù)用為低 8 位地址總線和雙向數(shù)據(jù)總線。 ② P1 口： 統(tǒng)稱為 P1 口。是 8 位準(zhǔn)雙向 I/O 口線。 P1 口作為通用的 I/O 口使用。 ③ P2 口： 統(tǒng)稱為 P2 口。是 8 位準(zhǔn)雙向 I/O 口線。 P2 口即可作為通用的 I/O 口使用。也可作為片外存儲(chǔ)器的高 8 位地址線。與 P0 口組成 16位片外存儲(chǔ)器單元地址。 ④ P3 口： 統(tǒng)稱為 P3 口。是 8 位準(zhǔn)雙向 I/O 口 線。 P3 口除作為準(zhǔn)雙向口使用外。每個(gè)引腳還具有第二功能。 P3 口的每一個(gè)引腳均可獨(dú)立定義為第一功能的輸入輸出或第二功能， P3 口的第二功能如下表所示： P3 口的第二功能 無(wú) 錫 職 業(yè) 技 術(shù) 學(xué) 院 17 RXD 串行口輸入 TXD 串行口輸出 0IM 外部中斷 0 輸入 1IM 外部中斷 1 輸入 T0 定時(shí) /計(jì)數(shù)器 0 計(jì)數(shù)輸入 T1 定時(shí) /計(jì)數(shù)器 1 輸入 WR 片外 RAM 寫選通信號(hào)（輸出） RD 片外 RAM 讀選通信號(hào)（輸出） 4．控制線 控制線共四根。 ① ALE/PROG 地址鎖存有效信號(hào)輸出率。 ② PSEN 片外程序存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)輸出端低電平有效。 ③ RST/VPD 復(fù)位信號(hào)備用電源輸入信號(hào)。 ④ EA/VPP 片外程序存儲(chǔ)器選用端。 AT89C51 單片機(jī)的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu) AT89C51 單片機(jī)的存儲(chǔ)器物理結(jié) 構(gòu)上分為片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、片內(nèi)程序存儲(chǔ)器、片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和片外程序存儲(chǔ)器 4 個(gè)存儲(chǔ)空間。 AT89C51 單片機(jī)的并行 I/O 端口 AT89C51 單片機(jī)有 4 個(gè) 8 位并行 I/O 端口（ P0、 P P P3）每個(gè)端口都各有 8 條 I/O 口線，每條 I/O 口線都獨(dú)立地用作輸入輸出，在具有片外擴(kuò)展存儲(chǔ)器的系統(tǒng)中， P2 口送出高 8 位地址， P0 口分時(shí)送出低 8 位地址和 8 位數(shù)據(jù)。 各端口的功能不同，結(jié)構(gòu)上也有差異，但是每個(gè)端口的 8 位結(jié)構(gòu)是完全相同的。如圖 23 I/O 口位結(jié)構(gòu)圖所示。 口。 P0 口是一個(gè)三態(tài)雙向口，可作 為地址 /數(shù)據(jù)分時(shí)復(fù)用口，也可作為通用 I/O 接口。 口。 P1 口為準(zhǔn)雙向口，它在結(jié)構(gòu)上與 P0 口的區(qū)別在與輸出驅(qū)動(dòng)部分。無(wú) 錫 職 業(yè) 技 術(shù) 學(xué) 院 18 其輸出驅(qū)動(dòng)部分由場(chǎng)效應(yīng)管 V1 與內(nèi)部上拉電阻組成，當(dāng)某某位輸出高電平時(shí)，可以提供上拉電流負(fù)載，不必像 P0 口上那樣需要外接上拉電阻。 口。 P2 口也為準(zhǔn)雙向口。其具有通用 I/O 接口或高 8 位地址總線輸出兩種功能，所以其輸出驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)比 P1 口輸出驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)多了一個(gè)輸出模擬轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān) MUX 和反相器 3. 口。 P3 口的輸出驅(qū)動(dòng)由與非門 3 和 V1 組成，比 P0、 P P2 口結(jié)構(gòu)多了一個(gè)緩沖器 口除了可為通用準(zhǔn)雙向 I/O 接口外，每一根線還具有第二功能。 （ a） P0 口結(jié)構(gòu) （ b） P1 口結(jié)構(gòu) （ c） P2 口結(jié)構(gòu) （ d） P3 口結(jié)構(gòu) 圖 23 I/O 口位結(jié)構(gòu)圖 AT89C51 單片機(jī)時(shí)鐘電路及時(shí)序 AT89C51 單片機(jī)的時(shí)鐘信號(hào)通常有兩種方式產(chǎn)生：一種是內(nèi)部方式，一種是外部方式。圖 2 25 所示。 無(wú) 錫 職 業(yè) 技 術(shù) 學(xué) 院 19 AT89C51 單片機(jī)指令字節(jié)數(shù)和機(jī)器周期數(shù)可分為六類。即單字節(jié)單機(jī)器周 期指令、單字節(jié)雙機(jī)器周期指令、單字節(jié)四機(jī)器周期指令，雙字節(jié)單機(jī)器指令、雙字節(jié)雙機(jī)器周期指令和三字節(jié)雙機(jī)器周期指令。 圖 24 內(nèi)部方式時(shí)鐘電路 圖 25 外部方式時(shí)鐘電路 復(fù)位電路 復(fù)位是通過(guò)某種方式，使單片機(jī)內(nèi)各寄存器的值變?yōu)槌踔禒顟B(tài)的操作，AT89C51 單片機(jī)在時(shí)鐘電路工作以后，在 RST/VPD 端持續(xù)給出兩個(gè)機(jī)器周期的高電平就可以完成復(fù)位操作。復(fù)位分為上電復(fù)位和按鍵手動(dòng)復(fù)位兩種方式。 AT89C51單片機(jī)復(fù)位狀態(tài)如下表所示 寄存器 復(fù)位狀態(tài) 寄存器 復(fù)位狀態(tài) PC 0000H ACC 00H B 00H PSW 00H SP 07H DPTR 0000H P0P1 OFFH IP XXX00000B IE 0XX00000B TMOD 00H TCON 00H TL0、 TL1 00H TH0、 TH1 00H SCON 00H SBUF 不定 PCON 0XXX0000B AT89C51 單片機(jī)的指令系統(tǒng) 控制計(jì)算機(jī)與操作的指令是一組二進(jìn)制編碼，稱之為機(jī)器語(yǔ)言。計(jì)算機(jī)只能識(shí)別和執(zhí)行機(jī)器語(yǔ)言指令。 AT89C51 單片機(jī)指令與指令系統(tǒng)共有 111 條指令，從無(wú) 錫 職 業(yè) 技 術(shù) 學(xué) 院 20 功能上可分成數(shù)據(jù)傳輸類指令、算術(shù)運(yùn)算指令、邏輯運(yùn)算和移位指令、程序控制轉(zhuǎn)移類指令和位操作指令五大類。 3 DS18B20 溫度傳感器 DS18B20 溫度傳感器的性能特點(diǎn) DS18B20 溫度傳感器是美國(guó) DALLAS 半導(dǎo)體公司最新推出的一種改進(jìn)型智能溫度傳感器，與傳統(tǒng)的熱敏電阻等測(cè)溫元件相比，它能直接讀出被 測(cè)溫度，并且可根據(jù)實(shí)際要求通過(guò)簡(jiǎn)單的編程實(shí)現(xiàn)９～１２位的數(shù)字值讀數(shù)方式。 DS18B20的性能特點(diǎn)如下： ●獨(dú)特的單線接口僅需要一個(gè)端口引腳進(jìn)行通信； ●多個(gè) DS18B20 可以并聯(lián)在惟一的三線上，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)組網(wǎng)功能； ●無(wú)須外部器件； ●可通過(guò)數(shù)據(jù)線供電，電壓范圍為 ~； ●零待機(jī)功耗； ●溫度以９或１２位數(shù)字； ●用戶可定義報(bào)警設(shè)置； ●報(bào)警搜索命令識(shí)別并標(biāo)志超過(guò)程序限定溫度（溫度報(bào)警條件）的器件； DS18B20 溫度傳感器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖及設(shè)置 DS18B20 采用３腳 PR－ 35封裝或８ 腳 SOIC 封裝，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖 31所示。 I/O C 64 位 ROM 和 單 線 接 口 高速緩存 存儲(chǔ)器與控制邏 輯 溫度傳感器 高溫 觸發(fā)器TH 低溫觸發(fā)器 TL 配置寄存器 8位 CRC發(fā)生器 Vdd 無(wú) 錫 職 業(yè) 技 術(shù) 學(xué) 院 21 圖 31 DS18B20 內(nèi)部結(jié)構(gòu) 64 位 ROM 的結(jié)構(gòu)開(kāi)始８位是產(chǎn)品類型的編號(hào)，接著是每個(gè)器件的惟一的序號(hào)，共有 48 位，最后８位是前面 56 位的 CRC 檢驗(yàn)碼，這也是多個(gè) DS18B20 可以采用一線進(jìn)行通信的原因。溫度報(bào)警觸發(fā)器ＴＨ和ＴＬ，可通過(guò)軟件寫入戶報(bào)警上下限。 DS18B20 溫度傳感器的內(nèi)部存儲(chǔ)器還包括一個(gè)高速暫存ＲＡＭ和一個(gè)非易失性的可電擦除的 EERAM。高速暫存 RAM 的結(jié)構(gòu)為８字節(jié)的存儲(chǔ)器，結(jié)構(gòu)如圖 32 所示。頭２ 個(gè)字節(jié)包含測(cè)得的溫度信息，第３和第４字節(jié)ＴＨ和ＴＬ的拷貝，是易失的，每次上電復(fù)位時(shí)被刷新。第５個(gè)字節(jié)，為配置寄存器，它的內(nèi)容用于確定溫度值的數(shù)字轉(zhuǎn)換分辨率。 DS18B20 工作時(shí)寄存器中的分辨率轉(zhuǎn)換為相應(yīng)精度的溫度數(shù)值。該字節(jié)各位的定義如圖 3 所示。低５位一直為１，ＴＭ是工作模式位，用于設(shè)置 DS18B20 在工作模式還是在測(cè)試模式， DS18B20 出廠時(shí)該位被設(shè)置為０，用戶要去改動(dòng)， R1 和Ｒ 0 決定溫度轉(zhuǎn)換的精度位數(shù)，來(lái)設(shè)置分辨率。 無(wú) 錫 職 業(yè) 技 術(shù) 學(xué) 院 22 TM R1 1R0 1 1 1 1 .... 圖 32 DS18B20 字節(jié)定義 由表 33 可見(jiàn)， DS18B20 溫度轉(zhuǎn)換的時(shí)間比較長(zhǎng)，而且分辨率越高，所需要的溫度數(shù) 據(jù)轉(zhuǎn)換時(shí)間越長(zhǎng)。因此，在實(shí)際應(yīng)用中要將分辨率和轉(zhuǎn)換時(shí)間權(quán)衡考慮。 高速暫存ＲＡＭ的第６、７、８字節(jié)保留未用，表現(xiàn)為全邏輯１。第９字節(jié)讀出前面所有８字節(jié)的 CRC 碼，可用來(lái)檢驗(yàn)數(shù)據(jù)，從而保證通信數(shù)據(jù)的正確性。 當(dāng) DS18B20 接收到溫度