【文章內容簡介】 具有內部上拉電阻。在 flash編程時， P0口也用來接收指令字節(jié)；在程序校驗時，輸出指令字節(jié)。程序校驗時，需要外接上拉電阻； (4) 管腳 1~8 P1口： P1口是一個具有內部上拉電阻的 8位雙向 I/O口， P1輸出緩沖器能驅動 4個 TTL邏輯電平。對 P1端口寫 “1” 時，內部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。此外， /計 數器 2的外部計數輸入和定時器 /計數器 2的觸發(fā)輸入。在 flash編程和校驗時， P1口接收低 8位地址字節(jié)。 P1口第二功能具體見表 31 ； 表 31 P1口第二功能 引腳號 第二功能 T2（定時器 /計數器 T2的外部計數輸入），時鐘輸出 定時器 /計數器 T2的捕捉 /重載觸發(fā)信號和方向控制 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口是一個具有內部上拉電阻的 8位雙向 I/O 口，P2 輸出緩沖 器能驅動 4 個 TTL 邏輯電平。對 P2端口寫“ 1”時，內部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內部電阻的原因，將輸出電流。在訪問外部程序存儲器或用 16 位地址 第 3章 傳感器介紹及硬件電路設計 11 讀取外部數據存儲器時， P2 口送出高八位地址。在這種應用中， P2 口使用很強的內部上拉發(fā)送 1。在使用 8 位地址訪問外部數據存儲器時， P2 口輸出 P2鎖存器的內容。在 flash 編程和校驗時， P2 口也接收高 8 位地址字節(jié)和一些控制信號； （ 6）管腳 10~17 P3 口： P3 口是一個具有內部上拉電阻的 8 位雙向 I/O口， P2 口輸出緩 沖器能驅動 4 個 TTL 邏輯電平。對 P3 端口寫“ 1”時，內部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內部電阻的原因，將輸出電流。在 flash 編程和校驗時， P3 口也接收一些控制信號。 P3 口亦作為 AT89S52 的第二功能使用，如表 22所示； （ 7）管腳 9 RST：復位輸入。晶振工作時， RST 腳持續(xù) 2個機器周期高電平將使單片機復位?？撮T狗計時完成后， RST 腳輸出 96 個晶振周期的高電平； （ 8）管腳 30 ALE / PROG ：當訪問訪問外部程 序存儲器時，地址鎖存控制信號有效。在 flash 編程時，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，可用來作為外部定時器或時鐘使用。然而，特別強調，在每次訪問外部數據存儲器時， ALE 脈沖將會跳過。如果需要，通過將地址為 8EH 的 SFR的第 0位置“ 1”， ALE 操作將無效。這一位置“ 1”， ALE 僅在執(zhí)行 MOVX 或 MOVC 指令時有效； 表 32 P3口第二功能 引腳號 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（定時器 0外部輸入） T1（定時器 1外部輸入） WR(外部數據存儲器寫選通 ) RD(外部數據存儲器讀選通 ) （ 9）管腳 29 PSEN ：外部程序存儲器選通信號。當 AT89S52從外部程序存儲器執(zhí)行外部代碼時， PSEN 在每個機器周期內被激活兩次，而在訪問外部數據存儲器時 PSEN 將不被激活； （ 10）管腳 31 EA/VPP ：訪問外部程序存儲器控制信號。為使能從 0000H 第 3章 傳感器介紹及硬件電路設計 12 到 FFFFH的外部程序存儲器讀取指令， EA 必須接 GND。為了執(zhí)行內部程序指令，EA 應該接 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部時鐘發(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。 金屬檢測系統(tǒng)中，單片機和外圍電路的數據交換和單片機對外圍電路的控制主要使用了單片機的 、 、 ~、 P0 和 這些端口，具體連接如下： ? 口連接 PCF8591 時鐘線； ? 口連接 PCF8591 數據線； ? 口連接 LCD 數據 /命令選擇端； ? 口連接 LCD 讀寫選擇端； ? 口連接 LCD 使能信號端； ? P0 口連接 LCD 數據端口； ? 口連接蜂鳴器。 A/D 轉換電路 在基于單片機的控制系統(tǒng)中，如果現場采集量 為模擬量， A/D 轉換芯片是不可缺少的部分。金屬檢測系統(tǒng)中使用型號為 PCF8591 的 A/D 轉換芯片實現模數轉換。 A/D 轉換器 PCF8591 介紹如下。 PCF8591 是具有 I2C 總線接口的 8位 A/D 及 D/A 轉換器。有 4路 A/D 轉換輸入， 1 路 D/A 模擬輸出。 在與 CPU 的信息傳輸過程中僅靠時鐘線 SCL 和數據線 SDA 就可以實現。 PCF8591 轉換為逐次比較型，電源電壓典型值為 5V。轉換精度為： 5V/28≈ ，完成一次 A/D 轉換的最大時間由 I2C總線的實際速度決定。 PCF8591 引腳圖如 圖 36所示。 各管腳 功能說明如下： （ 1）管腳 1~4 AIN0～ AIN3：模擬號輸入端 ； （ 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 總線的數據線、時鐘線 ； （ 5）管腳 11 OSC：外部時鐘輸入端，內部時鐘輸出端 ； （ 6）管腳 12 EXT：內部、外部時鐘選擇線，使用內部時 圖 36 PCF8591 引腳圖 第 3章 傳感器介紹及硬件電路設計 13 鐘時 ， EXT 接地 ； （ 7）管腳 13 AGND：模擬信號地 ； （ 8）管腳 14 VREF：基準電源端 ； （ 9）管腳 15 AOUT： D/A轉換輸出端 ； I2C 總線協議 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備。 I2C 總線產生于在 80 年代，最初為音頻和視頻設備開發(fā)，如今主要在服務器管理中使用，其中包括單個組件狀態(tài)的通信。例如管理員可對各個組件進行查詢，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)風扇?？呻S時監(jiān)控內存、硬盤、網絡、系統(tǒng)溫度等多個參數，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準，具有協議完善、支持芯片多和占用I/O 少等優(yōu)點。 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量，降低了互聯成本。總線的長度可高達 25 英尺，并且能夠以 10Kbps 的最大傳輸速率支持 40 個組件。 I2C 總線 協議 支持多主控 ， 其中任何能夠進行發(fā)送和接收的設備都可以成為主 控器 。一個主控 器 能夠控制信號的傳輸和時鐘頻率。當然，在任何時間點上只能有一個主控 器 。 PCF8591 的 I2C 總線協議工作原理 PCF8591 在進行 A/D 轉換時 ，首先是主控器發(fā)出起始信號，然后發(fā)出讀尋址字節(jié)，被控器做出應答后，主控器從被控器讀出第一個數據字節(jié)，主控器發(fā)出 應答，主控器從被控器讀出第二個數據字節(jié)，主控器發(fā)出應答 ? ， 一直到主控器從被控器中讀出第 n個數據字節(jié)，主控器發(fā)出非應答信號，最后主控器發(fā)出停止信號。 A/D 轉換讀數據過程如圖 37所示。一次 A/D 轉換周期是在發(fā)送固定的讀尋址字后，開始于時鐘脈沖的上升沿，傳送當前轉換結果的同時開始一次轉換周期， A/D 轉換時序圖如圖 38 所示 [2]。 圖 37 A/D轉換讀數據過程 第 3章 傳感器介紹及硬件電路設計 14 單片機向 PCF8591 發(fā)起始信號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 ，當主控器對 A/D 器件進行讀操作時為 1，進行寫操作時為 0?？偩€操作時，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)。 尋址字結構如圖 39 所示。 （ 2） 控制字節(jié) 控制字節(jié)用于實現器件的各種功能，如模擬信號由哪幾個通道輸入等。 控制字節(jié)存 放在控制寄存器中?？偩€操作時為主控器發(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： 00 通道 0， 01 通道 1， 10 通道 2，11 通道 3。 D2 自動增益選擇（有效位為 1） 。D D4 模擬量輸入選擇： 00為四路單數入、 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轉換時序圖 圖 39 尋址字格式 第 3章 傳感器介紹及硬件電路設計 15 PCF8591 和單片機的接口電路 經過電流電壓轉化，符合 PCF8591 芯片輸入值要求的電壓送入 PCF8591的模擬信號輸入通道 1，其中通道 0 為 開發(fā)板上內部電壓采集口。可以通過 J9跳線，短接模擬輸入通道 通道 2 和通道 3。轉換后的數據通過數據總線 SDA輸出， SDA 連接單片機的 口， SCL 時鐘線連接單片機的 。 A/D 轉換器通過數據總線 SDA和時鐘總線 SCL 來與單片機實現數據的交互。 PCF8591 和單片機的接口電路圖如圖 311 所示。 LCD1602 顯示電路 金屬探測器的設計中，用 LCD1602 液晶作顯示模塊，包括英文字符和金屬個數的顯示。 LCD1602 介紹 LCD1602 是一塊通用的液晶顯示模塊。模塊內部主要由 LCD 控制器（ LCD Controller） ， LCD 顯示屏（ LCD Panel），列驅動器（ Segment driver） 和 LED背光（ LED Backlight） 組成。結構框圖如圖 312 所示。 圖 311 PCF8591 和單片機的接口電路圖 圖 310 控制字格式 第 3章 傳感器介紹及硬件電路設計 16 各管腳說明： ? VSS：電源地； ? VDD：電源電壓（ +5V）； ? V0： LCD 驅動電壓； ? RS：寄存器選擇輸入端。輸入單片機選擇模塊內部寄存器類型信號， RS=0，當 MCU 進行寫模塊操作，指向指令寄存器；當 MCU 進行讀模塊操作，指向地址計數 器； RS=1,無論 MCU讀操還是寫操作，均指向數據寄存器； ? R/W：讀寫控制輸入端； ? EN：使能信號輸入端； ? DB0~DB7： LCD1602 和單片機的數據通道； ? LEDA（ BL+）：背光 +5V端； ? LEDK（ BL－ ）：背光 0V端。 LCD1602 特性： ? 內置 192 種字符； ? 具有 64 個字節(jié)的自定義字符 RAM； ? 顯示方式： STN、半透、正顯； 圖 312 LCD 結構框圖 圖 313 LCD1602 和單片機的接口電路 第 3章 傳感器介紹及硬件電路設計 17 ? 背光方式：底部 LED； ? 通訊方式： 8 位并口； ? 顯示容量： 16 2 個字符。 LCD1602 和單片機的接口電路 LCD1602 和單片機的接口電路如圖 213。 J3 為 LCD 顯示屏的接口，通過電阻 R28 可以調節(jié) LCD 的亮度，在實際電路中， R1 固定為 1K? 。 LCD 數據輸出端連接單片機的 P0 口。單片機的 口控制訪問 LCD 的指令寄存器和數據寄存器。 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 報警電路 BEEP 和單片機的接口電路如圖 314。此電路用于檢測到金屬后的報警用。電路中的電阻 R1 和 R2 用于限流。蜂鳴器連接單片機的 口，通過 口輸出高低電平信號控制三極管 Q7 的通斷，當 口輸出低電平時，三極管導通，蜂鳴器響。 本章小結 金屬探測器設計是基于單片機 AT89S52，利用型號為 LJ18A410Z/BD 的電感式接近開關來檢測金屬并計數。整個硬件電路的設計主要包括電流電壓轉換電路和穩(wěn)壓電路。 接近開關傳感器輸出為電流信