【文章內(nèi)容簡介】 KB Flash程序存儲器和 256字節(jié)數(shù)據(jù)存儲器 RAM。右側(cè)為可擴展的 64KB的程序存儲器ROM和 64KB的數(shù)據(jù)存儲器 RAM。 程序存儲器 AT89C51 單片機出廠時片內(nèi)已帶有 8KB的 Flash 程序存儲器，使用時，引腳 EA 要河南理工大學(xué) 2021 畢業(yè)設(shè)計說明書 8 按高電平（ 5V），這時，復(fù)位后 CPU從片內(nèi) ROM區(qū)的 0000H 單元開始讀取指令代碼，一直運行到 1FFFH 單元，如果外部擴展有程序存儲器 ROM，則 CPU 會自動轉(zhuǎn)移到片外 ROM 空間 2021H～ FFFFH 讀取指令代碼。 圖 23 存儲器空間分布圖 數(shù)據(jù)存儲器 AT89C51單片機出廠時片內(nèi)已帶有 256字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲器 RAM，如果不夠用，可以在片外擴展，最多可擴展 64KB RAM。 圖 24 片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器的結(jié)構(gòu) 河南理工大學(xué) 2021 畢業(yè)設(shè)計說明書 9 單片機自帶的數(shù)據(jù)存儲器 RAM結(jié)構(gòu)如圖 24所示，此 256字節(jié)單元（ 00H～ FFH）的低 128字節(jié)（ 00H～ 7FH）單元為用戶使用區(qū)，高 128字節(jié)（ 80H～ FFH） 單元為特殊功能寄存 器 SFR區(qū)。 片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器的 00H～ 7FH單元又劃分為 3塊： 00H～ 1FH 塊是工作寄存器所用；20H～ 2FH塊是位尋址功能的單元區(qū)； 30H～ 3FH是普通 RAM區(qū)。工作寄存器又分為 4組，在當(dāng)前的運行程序中只有一組是被激活的，誰被激活有程序狀態(tài)寄存器 PSW的 RS1， RS0兩位決定。 振蕩電路和時鐘 在 AT89C51芯片內(nèi)部，有一個振蕩電路和時鐘發(fā)生器，引腳 XTAL1和 XTAL2之間接入晶體振蕩器和電容后構(gòu)成內(nèi)部時鐘方式。也可以使用外部振蕩器，由外部振蕩器產(chǎn)生的信號直接加載到振蕩器的輸入端，作為 CPU的時鐘源，稱為外部時鐘方式。采用外部時鐘方式時，外部振蕩器的輸出信號接至 XTAL1， XTAL2懸空。兩種方式的電路連接如圖 25所示。大多數(shù)的單片機采用內(nèi)部時鐘方式，本次設(shè)計亦然。 （ a） 使用片內(nèi)振蕩器接法 （ b）使用片外振蕩器接法 圖 25 AT89C51 振蕩器的連接方式 在 AT89C51單片機內(nèi)部，引腳 XTAL2和引腳 XTAL1連接著一個高增益反相放大器，XTAL1引腳是反相放大器的輸入端， XTAL2引腳是反相放大器的輸出端 。 芯片內(nèi)部的時鐘發(fā)生器是一個二分頻觸發(fā)器，振蕩器的輸出 oscf 為其輸入，輸出為兩相的時鐘信號（狀態(tài)時鐘信號），頻率為振蕩器輸出信號頻率 oscf 的 1/2。狀態(tài)時鐘河南理工大學(xué) 2021 畢業(yè)設(shè)計說明書 10 經(jīng)三分頻后為低字節(jié)地址鎖存信號 ALE，頻率為振蕩器輸出信號頻率 oscf 的 1/6，經(jīng)六分頻后為機器周期信號，頻率為 oscf /12。 1C 、 2C 一般取 20～ 30pF的陶瓷電容器。 AT89C51 的中斷系統(tǒng) 為了提高系統(tǒng)的工作效率， AT89C51單片機設(shè)置了中斷系統(tǒng)，采用中斷方式與外設(shè)進行數(shù)據(jù)傳送。所謂“中斷”，是指單片機在執(zhí)行某一段程序的過程中，由于某種原因（如異常情況或特殊請求），單片機暫時中止正在執(zhí)行的程序，而去執(zhí)行相應(yīng)的處理程序，待處理結(jié)束后，再返回到被打斷的程序處，繼續(xù)執(zhí)行原程序的過程。 中斷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和中斷控制 AT89C51有六個固定的可屏蔽中斷源，分別是三個片內(nèi)定時器 /計數(shù)器溢出中斷 TF0、TF1和 TF2，兩個外部中斷 INT0 ()和 INT1 ()，一個片內(nèi)串行口中斷 TI或 RI。6個中斷源有兩級中斷優(yōu)先級，可形成中斷嵌套。它們在程序存儲器中各有固定的中斷入口地址，由此進入相應(yīng)的中斷服務(wù)程序。 引起 6個中斷源的符號、名稱及產(chǎn)生的條件如下： INT0 ：外部中斷 0，由 ，低電平或下降沿引起； INT1 ：外部中斷 1，由 ，低電平或下降沿引起； T0：定時器 /計數(shù)器 0中斷，由 T0 記滿回零引起； T1：定時器 /計數(shù)器 1中斷，由 T1 記滿回零引起； TI/RI：串行口 I/O中斷，串行端口完成一幀字符發(fā)送 /接收后引起中斷； T2：定時器 /計數(shù)器 2中斷，由 T2 記滿回零引起。 在本次設(shè)計中采用了定時器 /計數(shù)器 0中斷，它的中斷控制寄存器包括定時器 /計數(shù)器 0、 1控制寄存器 TCON和中斷允許控制寄存器 IE。 ① 定時器控制寄存器 TCON TCON是定時器 /計數(shù)器和外部中斷兩者合用的一個可位尋址的特殊功能寄存器，它的格式如下： D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 TF1 TR1 TF0 TR0 IE1 IT1 IE0 IT0 各控制位定義如下： 河南理工大學(xué) 2021 畢業(yè)設(shè)計說明書 11 TF1：定時器 /計數(shù)器 1溢出中斷請求標(biāo)志位。當(dāng)定時器 /計數(shù)器 1計數(shù)產(chǎn)生溢出時，由內(nèi)部硬件置位 TF1，向 CPU響應(yīng)中斷并轉(zhuǎn)向該中斷服務(wù)程序執(zhí)行時，由硬件內(nèi)部自動TF1清 0。 TR1：定時器 /計數(shù)器 1啟動 /停止位。由軟件置位 /復(fù)位控制定時器 /計數(shù)器 1的啟動或停止計數(shù)。 TF0：定時器 /計數(shù)器 0溢出中斷請求標(biāo)志位。當(dāng)定時器 /計數(shù)器 0計數(shù)產(chǎn)生溢出時，由內(nèi)部硬件置位 TF0，向 CPU響應(yīng)中斷 并轉(zhuǎn)向該中斷服務(wù)程序執(zhí)行時，由硬件內(nèi)部自動TF1清 0。 TR0：定時器 /計數(shù)器 0啟動 /停止位。由軟件置位 /復(fù)位控制定時器 /計數(shù)器 0的啟動或停止計數(shù)。 IE1：外部中斷請求標(biāo)志位。當(dāng) CPU檢測到 INT0低電平或下降沿且 IT1=1時，由內(nèi)部硬件置位 IE1標(biāo)志位（ IE1=1） 向 CPU請求中斷，當(dāng) CPU響應(yīng)中斷并轉(zhuǎn)向該中斷服務(wù)程序執(zhí)行時，由硬件內(nèi)部將 IE1清 0。 IE0：外部中斷請求標(biāo)志位。當(dāng) CPU檢測到 INT0低電平或下降沿且 IT0=1時，由內(nèi)部硬件置位 IE0標(biāo)志位（ IE0=1） 向 CPU請求中斷，當(dāng) CPU響應(yīng)中斷 并轉(zhuǎn)向該中斷服務(wù)程序執(zhí)行時，由硬件內(nèi)部將 IE0清 0。 IT1：用軟件置位 /復(fù)位 IT1來選擇外部中斷 INT1是下降沿觸發(fā)還是電平觸發(fā)中斷請求。當(dāng) IT1置 1時，則外部中斷 INT1為下降沿觸發(fā)中斷請求，即 INT1端口由前一個機器周期的高電平跳變?yōu)橄乱粋€機器周期的低電平，則觸發(fā)中斷請求；當(dāng) IT1復(fù)位清 0，則 INT1的低電平觸發(fā)中斷請求。 IT0：由軟件置位 /復(fù)位 IT0來選擇外部中斷 INT0是下降沿觸發(fā)還是低電平觸發(fā)中斷請求，其控制原理同 IT1。 ② 中斷允許控制寄存器 中斷允許控制寄存器 IE的格式如下： D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 EA ET2 ES ET1 EX1 ET0 EX0 各控制位定義如下： EA：中斷總控制為。 EA=1， CPU開中斷，它是 CPU是否響應(yīng)中斷的前提，在此前提下，如果某中斷源的中斷允許位置 1，才能響應(yīng)該中斷源的中斷請求。如果 EA=0，無論哪個中斷源有請求， CPU都不予回應(yīng)。 河南理工大學(xué) 2021 畢業(yè)設(shè)計說明書 12 ET2：定時器 /計數(shù)器 T2中斷控制位， ET2=1，允許 T2計數(shù)溢出中斷； ET2=0，禁止T2中斷。 ES：串行口中斷控制位， ES=1，允許串行口發(fā)送 /接收中斷； ES=0禁止串行口中斷。 ET1： 定時器 /計數(shù)器 T1中斷控制位， ET1=1，允許 T1計數(shù)溢出中斷； ET1=0，禁止T1中斷。 EX1：外部中斷 1控制位， EX1=1，允許中斷； EX1=0，禁止外部中斷 1中斷。 ET0：定時器 /計數(shù)器 T0中斷控制位， ET0=1，允許 T0計數(shù)溢出中斷； ET0=0，禁止T0中斷。 EX0：外部中斷 0控制位， EX0=1，允許中斷； EX0=0，禁止外部中斷 0中斷 [1]。 中斷響應(yīng)過程 CPU中斷處理從響應(yīng)中斷、控制程序轉(zhuǎn)向?qū)?yīng)的中斷矢量地址入口處執(zhí)行中斷服務(wù)程序，到執(zhí)行返回（ RETI）指令為止。中斷響應(yīng)可分 為以下幾個步驟： ① 保護斷點，即保存下一個將要執(zhí)行的指令的地址，把這個地址送入堆棧。 ② 尋找中斷入口，根據(jù) 6個不同的中斷源所產(chǎn)生的中斷，中斷系統(tǒng)必須能夠正確地識別中斷源，查找 6個不同的入口地址。以上工作是由單片機自動完成的，與編程者無關(guān)。在 6個入口地址處存放有中斷處理程序。 ③執(zhí)行中斷處理程序。 ④中斷返回：執(zhí)行完中斷指令后，從中斷處返回到主程序，繼續(xù)執(zhí)行 [2]。 定時器 /計數(shù)器 AT89C51單片機內(nèi)部設(shè)有兩個 16位可編程定時器 /計數(shù)器，即定時器 /計數(shù)器 0和定時器 /計數(shù)器 1。除此之外還有一個可 編程定時器 /計數(shù)器 2。 定時器 /計數(shù)器 0 和 1 簡介 定時器 /計數(shù)器 0和 1內(nèi)部有一個計數(shù)寄存器（ THx 和 TLx ），它實際上是一個累加寄存器進行加 1計數(shù)。定時器和計數(shù)器共用這個寄存器，但定時器 /計數(shù)器同一時刻只能工作在其中一種方式下，不可能既工作在定時器方式，同時又工作在計數(shù)器方式。這兩個工作方式的根本區(qū)別是在于計數(shù)脈沖的來源不同。工作在定時器方式時，對振蕩源 12分頻的脈沖計數(shù)，即每過一個機器周期（ 1個機器周期在時間上和 12個振蕩周期河南理工大學(xué) 2021 畢業(yè)設(shè)計說明書 13 的時間相等），計數(shù)寄存器中的值就加 1。工作在計數(shù)器方式時，計數(shù)脈沖不是來自內(nèi)部的機器周期，而是來自外部輸入。對定時器 /計數(shù)器 0、定時器 /計數(shù)器 1，計數(shù)脈沖分別來自 T0、 T1引腳。當(dāng)這些引腳上輸入的信號產(chǎn)生高電平至低電平的負跳變時，計數(shù)寄存器的值就加 1。單片機每個機器周期都要對對外部輸入進行采樣，如果在第一個周期采得的外部信號為高電平，在下一個周期采得的信號為低電平，則在再下一個機器周期，即第三個機器周期計數(shù)寄存器的值才增加 1[1]。 與定時器 /計數(shù)器 0 和 1 相關(guān)的特殊功能寄存器 ① 計數(shù) 寄存器 TH0、 TL0和 TH TL1 計數(shù)寄存器是 16位的，再啟動定時器時需要對它設(shè)定初始值。 THx 是計數(shù)寄存器的高 8位， TLx 是計數(shù)寄存器的低 8位。 TH0、 TL0對應(yīng) T/C0， TH TL1對應(yīng) T/C1。 ② 定時器 /計數(shù)器控制寄存器 TCON 定時器 /計數(shù)器控制寄存器 TCON的格式如下： TF1 TR1 TF0 TR1 IE1 IT1 IE0 IT0 TF1為 T/C1的溢出標(biāo)志，溢出時由硬件置 1，進入中斷后 又由硬件自動清 0。 TR1為 T/C1的啟動和停止位，由軟件控制。置 1時啟動 T/C1；清 0時停止 T/C1。 TF0和 TR0的功能和使用方法以 TF TR1類似，只是它們針對的是 T/C0。 ③ 定時器 /計數(shù)器方式控制寄存器 TMOD 定時器 /計數(shù)器方式控制寄存器 TMOD的格式如下所示。它的控制位都是由軟件控制的，其中高 4位是針對 T/C1的，低 4位是針對 T/C0的，其功能和使用方法相似。 GATE TC/ M1 M0 GATE CT/ M1 M0 現(xiàn)在以 T/C0來說明各控制位的使用方法： GATE是一個選通位，當(dāng) GATE位置 1時，T/C0受到雙重控制，只有 INT0 為高電平且 TR0位置 1是 T/C0才開始工作，當(dāng) GATE位清 0時， T/C0僅受到 TR0的控制。 TC/ 用來選擇工作在定時器方式還是計數(shù)器方式。當(dāng)河南理工大學(xué) 2021 畢業(yè)設(shè)計說明書 14 該位置 1時工作在計數(shù)器方式，清 0時工作在定時器方式。 M1和 M0 聯(lián)合起來用于選擇操作模式，一共有四種操作模式，如表 22所示。 表 22 操作模式 M1 M0 操作模 式 計數(shù)器配置 0 0 模式 0 13 位計數(shù)器 1 0 模式 2 自動重轉(zhuǎn)載的 8 位計數(shù)器 1 0 模式 2 自動重轉(zhuǎn)載的 8 位計數(shù)器 1 1 模式 3 T0 分為兩個 8 位計數(shù)器， T1 停止計數(shù) 河南理工大學(xué) 2021 畢業(yè)設(shè)計說明書 15 溫濕度傳感器 傳統(tǒng)的模擬式濕度傳感器需設(shè)計信號調(diào)理電路并要經(jīng)過復(fù)雜的校準(zhǔn)、標(biāo)定過程 ,測量精度難以得到保證 ,且在線性度、重復(fù)性、互換性、一致性等方面往往不盡人意。為解決這些問題，瑞士 Sensirion 公司推出了新一代基于 CMOSensTM技術(shù)的數(shù)字式溫濕度傳感器。它很好地解決了溫濕度傳感器存在的上述問題 ,實現(xiàn)了數(shù) 字式輸出、免調(diào)試、免標(biāo)定、免外圍電路及全互換功能 [3]。 數(shù)字溫濕度傳感器 SHT11 數(shù)字溫濕度傳感器 SHT— 11采用 COMSens專利傳感器技術(shù)將溫度濕度傳感器、 A/D 轉(zhuǎn)換器、數(shù)字接口、校準(zhǔn)數(shù)據(jù)存儲器、標(biāo)準(zhǔn) I2C總線等電路全部集成在一個芯片內(nèi)（其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 31 所示） [4]。 圖 31 數(shù)字溫濕度傳感器 SHT— 11 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 由它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)可看出 SHT11具有不同保護的“微型結(jié)構(gòu)”檢測電極系統(tǒng)與聚合物覆蓋層組成了傳感器芯片的電容 ,這樣除保持了電容式濕敏器件的原有特性外還可抵御來自 其它方面的影響。將溫度傳感器與濕度傳感器結(jié)合在一起構(gòu)成了一個單一的個體 ,這就使得測量精度提高并且可以精確得出露點 ,而不會產(chǎn)生由于溫度與濕度傳感器之間隨溫度梯度變化而引起的誤