【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 具有內(nèi)部上拉電阻。在 flash編程時(shí)， P0口也用來(lái)接收指令字節(jié)；在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)。程序校驗(yàn)時(shí)，需要外接上拉電阻； (4) 管腳 1~8 P1口： P1口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的 8位雙向 I/O口， P1輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng) 4個(gè) TTL邏輯電平。對(duì) P1端口寫 “1” 時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。此外， /計(jì) 數(shù)器 2的外部計(jì)數(shù)輸入和定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 2的觸發(fā)輸入。在 flash編程和校驗(yàn)時(shí)， P1口接收低 8位地址字節(jié)。 P1口第二功能具體見(jiàn)表 31 ； 表 31 P1口第二功能 引腳號(hào) 第二功能 T2（定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 T2的外部計(jì)數(shù)輸入），時(shí)鐘輸出 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 T2的捕捉 /重載觸發(fā)信號(hào)和方向控制 MISO（在系統(tǒng)編程用） MOSI（在系統(tǒng)編程用） SCK（在系統(tǒng)編程用） (5) 管腳 21~28 P2 口： P2口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的 8位雙向 I/O 口，P2 輸出緩沖 器能驅(qū)動(dòng) 4 個(gè) TTL 邏輯電平。對(duì) P2端口寫“ 1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流。在訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器或用 16 位地址 第 3章 傳感器介紹及硬件電路設(shè)計(jì) 11 讀取外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)， P2 口送出高八位地址。在這種應(yīng)用中， P2 口使用很強(qiáng)的內(nèi)部上拉發(fā)送 1。在使用 8 位地址訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)， P2 口輸出 P2鎖存器的內(nèi)容。在 flash 編程和校驗(yàn)時(shí)， P2 口也接收高 8 位地址字節(jié)和一些控制信號(hào)； （ 6）管腳 10~17 P3 口： P3 口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O口， P2 口輸出緩 沖器能驅(qū)動(dòng) 4 個(gè) TTL 邏輯電平。對(duì) P3 端口寫“ 1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流。在 flash 編程和校驗(yàn)時(shí)， P3 口也接收一些控制信號(hào)。 P3 口亦作為 AT89S52 的第二功能使用，如表 22所示； （ 7）管腳 9 RST：復(fù)位輸入。晶振工作時(shí)， RST 腳持續(xù) 2個(gè)機(jī)器周期高電平將使單片機(jī)復(fù)位?？撮T狗計(jì)時(shí)完成后， RST 腳輸出 96 個(gè)晶振周期的高電平； （ 8）管腳 30 ALE / PROG ：當(dāng)訪問(wèn)訪問(wèn)外部程 序存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存控制信號(hào)有效。在 flash 編程時(shí)，此引腳也用作編程輸入脈沖。在一般情況下，ALE 以晶振六分之一的固定頻率輸出脈沖，可用來(lái)作為外部定時(shí)器或時(shí)鐘使用。然而，特別強(qiáng)調(diào)，在每次訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)， ALE 脈沖將會(huì)跳過(guò)。如果需要，通過(guò)將地址為 8EH 的 SFR的第 0位置“ 1”， ALE 操作將無(wú)效。這一位置“ 1”， ALE 僅在執(zhí)行 MOVX 或 MOVC 指令時(shí)有效； 表 32 P3口第二功能 引腳號(hào) 第二功能 RXD（串行輸入） TXD（串行輸出） INT0(外部中斷 0) INT0(外部中斷 0) T0（定時(shí)器 0外部輸入） T1（定時(shí)器 1外部輸入） WR(外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通 ) RD(外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通 ) （ 9）管腳 29 PSEN ：外部程序存儲(chǔ)器選通信號(hào)。當(dāng) AT89S52從外部程序存儲(chǔ)器執(zhí)行外部代碼時(shí)， PSEN 在每個(gè)機(jī)器周期內(nèi)被激活兩次，而在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí) PSEN 將不被激活； （ 10）管腳 31 EA/VPP ：訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器控制信號(hào)。為使能從 0000H 第 3章 傳感器介紹及硬件電路設(shè)計(jì) 12 到 FFFFH的外部程序存儲(chǔ)器讀取指令， EA 必須接 GND。為了執(zhí)行內(nèi)部程序指令，EA 應(yīng)該接 VCC。在 flash編程期間， EA 也接 12V的 VCC電壓； （ 11）管腳 18 XTAL1：振蕩器反相放大器和內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生電路的輸入端； （ 12）管腳 19 XTAL2：振蕩器反相放大器的輸出端。 金屬檢測(cè)系統(tǒng)中，單片機(jī)和外圍電路的數(shù)據(jù)交換和單片機(jī)對(duì)外圍電路的控制主要使用了單片機(jī)的 、 、 ~、 P0 和 這些端口，具體連接如下： ? 口連接 PCF8591 時(shí)鐘線； ? 口連接 PCF8591 數(shù)據(jù)線； ? 口連接 LCD 數(shù)據(jù) /命令選擇端； ? 口連接 LCD 讀寫選擇端； ? 口連接 LCD 使能信號(hào)端； ? P0 口連接 LCD 數(shù)據(jù)端口； ? 口連接蜂鳴器。 A/D 轉(zhuǎn)換電路 在基于單片機(jī)的控制系統(tǒng)中，如果現(xiàn)場(chǎng)采集量 為模擬量， A/D 轉(zhuǎn)換芯片是不可缺少的部分。金屬檢測(cè)系統(tǒng)中使用型號(hào)為 PCF8591 的 A/D 轉(zhuǎn)換芯片實(shí)現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)換。 A/D 轉(zhuǎn)換器 PCF8591 介紹如下。 PCF8591 是具有 I2C 總線接口的 8位 A/D 及 D/A 轉(zhuǎn)換器。有 4路 A/D 轉(zhuǎn)換輸入， 1 路 D/A 模擬輸出。 在與 CPU 的信息傳輸過(guò)程中僅靠時(shí)鐘線 SCL 和數(shù)據(jù)線 SDA 就可以實(shí)現(xiàn)。 PCF8591 轉(zhuǎn)換為逐次比較型，電源電壓典型值為 5V。轉(zhuǎn)換精度為： 5V/28≈ ，完成一次 A/D 轉(zhuǎn)換的最大時(shí)間由 I2C總線的實(shí)際速度決定。 PCF8591 引腳圖如 圖 36所示。 各管腳 功能說(shuō)明如下： （ 1）管腳 1~4 AIN0～ AIN3：模擬號(hào)輸入端 ； （ 2）管腳 5~7 A0～ A2：引腳地址端 ； （ 3）管腳 8， 16VDD、 VSS：電源端 ； （ 4）管腳 9， 10 SDA、 SCL： I2C 總線的數(shù)據(jù)線、時(shí)鐘線 ； （ 5）管腳 11 OSC：外部時(shí)鐘輸入端，內(nèi)部時(shí)鐘輸出端 ； （ 6）管腳 12 EXT：內(nèi)部、外部時(shí)鐘選擇線，使用內(nèi)部時(shí) 圖 36 PCF8591 引腳圖 第 3章 傳感器介紹及硬件電路設(shè)計(jì) 13 鐘時(shí) ， EXT 接地 ； （ 7）管腳 13 AGND：模擬信號(hào)地 ； （ 8）管腳 14 VREF：基準(zhǔn)電源端 ； （ 9）管腳 15 AOUT： D/A轉(zhuǎn)換輸出端 ； I2C 總線協(xié)議 I2C (InterIntegrated Circuit)總線是一種由 PHILIPS 公司開發(fā)的兩線式串行總線，用于連接微控制器及其外圍設(shè)備。 I2C 總線產(chǎn)生于在 80 年代，最初為音頻和視頻設(shè)備開發(fā)，如今主要在服務(wù)器管理中使用，其中包括單個(gè)組件狀態(tài)的通信。例如管理員可對(duì)各個(gè)組件進(jìn)行查詢，以管理系統(tǒng)的配置或掌握組件的功能狀態(tài)，如電源和系統(tǒng)風(fēng)扇?？呻S時(shí)監(jiān)控內(nèi)存、硬盤、網(wǎng)絡(luò)、系統(tǒng)溫度等多個(gè)參數(shù)，增加了系統(tǒng)的安全性，方便了管理。 I2C 是一種較為常用的串行接口標(biāo)準(zhǔn)，具有協(xié)議完善、支持芯片多和占用I/O 少等優(yōu)點(diǎn)。 I2C 總線占用的空間非常小，減少電路板的空間和芯片管腳數(shù)量，降低了互聯(lián)成本?？偩€的長(zhǎng)度可高達(dá) 25 英尺，并且能夠以 10Kbps 的最大傳輸速率支持 40 個(gè)組件。 I2C 總線 協(xié)議 支持多主控 ， 其中任何能夠進(jìn)行發(fā)送和接收的設(shè)備都可以成為主 控器 。一個(gè)主控 器 能夠控制信號(hào)的傳輸和時(shí)鐘頻率。當(dāng)然，在任何時(shí)間點(diǎn)上只能有一個(gè)主控 器 。 PCF8591 的 I2C 總線協(xié)議工作原理 PCF8591 在進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換時(shí) ，首先是主控器發(fā)出起始信號(hào)，然后發(fā)出讀尋址字節(jié)，被控器做出應(yīng)答后，主控器從被控器讀出第一個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)，主控器發(fā)出 應(yīng)答，主控器從被控器讀出第二個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)，主控器發(fā)出應(yīng)答 ? ， 一直到主控器從被控器中讀出第 n個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)，主控器發(fā)出非應(yīng)答信號(hào)，最后主控器發(fā)出停止信號(hào)。 A/D 轉(zhuǎn)換讀數(shù)據(jù)過(guò)程如圖 37所示。一次 A/D 轉(zhuǎn)換周期是在發(fā)送固定的讀尋址字后，開始于時(shí)鐘脈沖的上升沿，傳送當(dāng)前轉(zhuǎn)換結(jié)果的同時(shí)開始一次轉(zhuǎn)換周期， A/D 轉(zhuǎn)換時(shí)序圖如圖 38 所示 [2]。 圖 37 A/D轉(zhuǎn)換讀數(shù)據(jù)過(guò)程 第 3章 傳感器介紹及硬件電路設(shè)計(jì) 14 單片機(jī)向 PCF8591 發(fā)起始信號(hào)包括尋址字和控制字節(jié)，尋址字和控制字節(jié)介紹如下： （ 1）尋址字 PCF8591采用典型的 I2C總線接口器件尋址方法，即總線地址由器件地址 、引腳地址和方向位組成。飛利蒲公司規(guī)定 A/D 器件地址為 1001。引腳地址為A A A0，其值由用戶選擇，因此 I2C 系統(tǒng)中最多可接 23=8 個(gè)具有 I2C 總線接口的 A/D 器件。地址的最后一位為方向位 RW ，當(dāng)主控器對(duì) A/D 器件進(jìn)行讀操作時(shí)為 1，進(jìn)行寫操作時(shí)為 0。總線操作時(shí)，由器件地址、引腳地址和方向位組成的從地址為主控器發(fā)送的第一字節(jié)。 尋址字結(jié)構(gòu)如圖 39 所示。 （ 2） 控制字節(jié) 控制字節(jié)用于實(shí)現(xiàn)器件的各種功能，如模擬信號(hào)由哪幾個(gè)通道輸入等。 控制字節(jié)存 放在控制寄存器中。總線操作時(shí)為主控器發(fā)送的第二字節(jié)。 控制字格式如 圖 310所示 。 其中： D D0 兩位是 A/D 通道編號(hào)： 00 通道 0， 01 通道 1， 10 通道 2，11 通道 3。 D2 自動(dòng)增益選擇（有效位為 1） 。D D4 模擬量輸入選擇： 00為四路單數(shù)入、 01 為三路差分輸入、 10 為單端與差分配合 混合輸入 、 11 為 二路差分輸入。 圖 38 A/D轉(zhuǎn)換時(shí)序圖 圖 39 尋址字格式 第 3章 傳感器介紹及硬件電路設(shè)計(jì) 15 PCF8591 和單片機(jī)的接口電路 經(jīng)過(guò)電流電壓轉(zhuǎn)化，符合 PCF8591 芯片輸入值要求的電壓送入 PCF8591的模擬信號(hào)輸入通道 1，其中通道 0 為 開發(fā)板上內(nèi)部電壓采集口?？梢酝ㄟ^(guò) J9跳線，短接模擬輸入通道 通道 2 和通道 3。轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)通過(guò)數(shù)據(jù)總線 SDA輸出， SDA 連接單片機(jī)的 口， SCL 時(shí)鐘線連接單片機(jī)的 。 A/D 轉(zhuǎn)換器通過(guò)數(shù)據(jù)總線 SDA和時(shí)鐘總線 SCL 來(lái)與單片機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的交互。 PCF8591 和單片機(jī)的接口電路圖如圖 311 所示。 LCD1602 顯示電路 金屬探測(cè)器的設(shè)計(jì)中，用 LCD1602 液晶作顯示模塊，包括英文字符和金屬個(gè)數(shù)的顯示。 LCD1602 介紹 LCD1602 是一塊通用的液晶顯示模塊。模塊內(nèi)部主要由 LCD 控制器（ LCD Controller） ， LCD 顯示屏（ LCD Panel），列驅(qū)動(dòng)器（ Segment driver） 和 LED背光（ LED Backlight） 組成。結(jié)構(gòu)框圖如圖 312 所示。 圖 311 PCF8591 和單片機(jī)的接口電路圖 圖 310 控制字格式 第 3章 傳感器介紹及硬件電路設(shè)計(jì) 16 各管腳說(shuō)明： ? VSS：電源地； ? VDD：電源電壓（ +5V）； ? V0： LCD 驅(qū)動(dòng)電壓； ? RS：寄存器選擇輸入端。輸入單片機(jī)選擇模塊內(nèi)部寄存器類型信號(hào)， RS=0，當(dāng) MCU 進(jìn)行寫模塊操作，指向指令寄存器；當(dāng) MCU 進(jìn)行讀模塊操作，指向地址計(jì)數(shù) 器； RS=1,無(wú)論 MCU讀操還是寫操作，均指向數(shù)據(jù)寄存器； ? R/W：讀寫控制輸入端； ? EN：使能信號(hào)輸入端； ? DB0~DB7： LCD1602 和單片機(jī)的數(shù)據(jù)通道； ? LEDA（ BL+）：背光 +5V端； ? LEDK（ BL－ ）：背光 0V端。 LCD1602 特性： ? 內(nèi)置 192 種字符； ? 具有 64 個(gè)字節(jié)的自定義字符 RAM； ? 顯示方式： STN、半透、正顯； 圖 312 LCD 結(jié)構(gòu)框圖 圖 313 LCD1602 和單片機(jī)的接口電路 第 3章 傳感器介紹及硬件電路設(shè)計(jì) 17 ? 背光方式：底部 LED； ? 通訊方式： 8 位并口； ? 顯示容量： 16 2 個(gè)字符。 LCD1602 和單片機(jī)的接口電路 LCD1602 和單片機(jī)的接口電路如圖 213。 J3 為 LCD 顯示屏的接口，通過(guò)電阻 R28 可以調(diào)節(jié) LCD 的亮度，在實(shí)際電路中， R1 固定為 1K? 。 LCD 數(shù)據(jù)輸出端連接單片機(jī)的 P0 口。單片機(jī)的 口控制訪問(wèn) LCD 的指令寄存器和數(shù)據(jù)寄存器。 口控制 LCD 寄存器的讀寫操作。 口控制 LCD 的使能端口。 BL+接 +5V， BL－ 接地。 BEEP 報(bào)警電路 BEEP 和單片機(jī)的接口電路如圖 314。此電路用于檢測(cè)到金屬后的報(bào)警用。電路中的電阻 R1 和 R2 用于限流。蜂鳴器連接單片機(jī)的 口，通過(guò) 口輸出高低電平信號(hào)控制三極管 Q7 的通斷，當(dāng) 口輸出低電平時(shí)，三極管導(dǎo)通，蜂鳴器響。 本章小結(jié) 金屬探測(cè)器設(shè)計(jì)是基于單片機(jī) AT89S52，利用型號(hào)為 LJ18A410Z/BD 的電感式接近開關(guān)來(lái)檢測(cè)金屬并計(jì)數(shù)。整個(gè)硬件電路的設(shè)計(jì)主要包括電流電壓轉(zhuǎn)換電路和穩(wěn)壓電路。 接近開關(guān)傳感器輸出為電流信