【文章內(nèi)容簡介】 口： P2口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的 8位雙向 I/O 口 ,P2 口緩沖器可接收 ,輸出 4個(gè) TTL 門電流 ,當(dāng) P2 口被寫“ 1”時(shí) ,其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高 ,且作為輸基于單片機(jī)的公交車自動報(bào)站系統(tǒng) 10 入。并因此作為輸入時(shí) ,P2 口的管腳被外部拉低 ,將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。 P2 口當(dāng)用于外部程序存儲器或 16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行存取時(shí) ,P2口輸出地址的高八位。在給出地址“ 1”時(shí) ,它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢 ,當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行讀寫時(shí) ,P2 口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。 P2 口在 FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號和控制信號。 P3口： P3口管腳是 8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O口 ,可接收輸出 4個(gè) TTL門電流。當(dāng) P3 口寫入“ 1”后 ,它們被內(nèi)部上拉為高電平 ,并用作輸入。作為輸入 ,由于外部下拉為低電平 ,P3 口將輸出電流（ ILL）這是由于上拉的緣故。 P3 口也可作為 AT89C51 的一些特殊功能口 ,如下表所示： 口管腳 備選功能 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（記時(shí)器 0 外部輸入） T1（記時(shí)器 1 外部輸入） /WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通） /RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通） P3 口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號。 RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí) ,要保持 RST 腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。 ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲器時(shí) ,地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在 FLASH 編程期間 ,此引腳用于輸入編程脈沖。在平時(shí) ,ALE 端以不變 的頻率周期輸出正脈沖信號 ,此頻率為振蕩器頻率的 1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲器時(shí) ,將跳過一個(gè) ALE 脈沖。如想禁止 ALE 的輸出可在 SFR8EH 地址上置 0。此時(shí) , ALE 只有在執(zhí)行 MOVX,MOVC 指令是 ALE 才起作用。另外 ,該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài) ALE 禁止 ,置位無效。 /PSEN：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間 ,每個(gè)機(jī)器周期兩次 /PSEN 有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時(shí) ,這兩次有效的 /PSEN 信號第三章 硬件部分 11 將不出 現(xiàn)。 /EA/VPP：當(dāng) /EA 保持低電平時(shí) ,則在此期間外部程序存儲器（ 0000HFFFFH） ,不管是否有內(nèi)部程序存儲器。注意加密方式 1 時(shí) ,/EA 將內(nèi)部鎖定為 RESET。當(dāng) /EA端保持高電平時(shí) ,此間內(nèi)部程序存儲器。在 FLASH編程期間 ,此引腳也用于施加 12V編程電源（ VPP）。 XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。 XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。 3．振蕩器特性： XTAL1 和 XTAL2 分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。 石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時(shí)鐘源驅(qū)動器件 ,XTAL2 應(yīng)不接。有余輸入至內(nèi)部時(shí)鐘信號要通過一個(gè)二分頻觸發(fā)器 ,因此對外部時(shí)鐘信號的脈寬無任何要求 ,但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。 4．芯片擦除： 整個(gè) PEROM 陣列和三個(gè)鎖定位的電擦除可通過正確的控制信號組合 ,并保持 ALE 管腳處于低電平 10ms 來完成。在芯片擦操作中 ,代碼陣列全被寫“ 1”且在任何非空存儲字節(jié)被重復(fù)編程以前 ,該操作必須被執(zhí)行。 此外 ,AT89C51 設(shè)有穩(wěn)態(tài)邏輯 ,可以在低到零頻率的條件下靜態(tài)邏輯 ,支持兩種軟件可選的掉電模式。 在閑置模式下 ,CPU 停止工作。但 RAM,定時(shí)器 ,計(jì)數(shù)器 ,串口和中斷系統(tǒng)仍在工作。在掉電模式下 ,保存 RAM 的內(nèi)容并且凍結(jié)振蕩器 ,禁止所用其他芯片功能 ,直到下一個(gè)硬件復(fù)位為止。 振蕩電路設(shè)計(jì) 89 系列的振蕩電路可以有內(nèi)部振蕩和外部振蕩電路輛種方法來實(shí)現(xiàn)，內(nèi)部振蕩電路由一個(gè)單級反相器組成， XTML1 為反相器的輸入， XTML2 為反相器的輸出?？衫脙?nèi)部振蕩產(chǎn)生時(shí)鐘，只要在 XTML1 和 XTML2 引腳上外接一個(gè)晶體及電容組成的并聯(lián)諧振電路，便構(gòu)成一個(gè)完整的振蕩信號發(fā)生器。 如圖 基于單片機(jī)的公交車自動報(bào)站系統(tǒng) 12 圖 單片機(jī)內(nèi)部振蕩電路 外部振蕩電路由外部時(shí)鐘源提供一個(gè)時(shí)鐘信號到 XTML1 端輸入，而 XTML2 端浮空。在組成單片機(jī)系統(tǒng)時(shí)多采用第一種方法，這種方式的結(jié)構(gòu)緊湊，成本低廉，可靠信強(qiáng)。 如圖 所示 圖 單片機(jī)外振蕩電路 振蕩電路的等效電路如圖 上部所示，在圖中給出了外接元件，即外接晶體電容 C1， C2，并組成并聯(lián)諧振電路，在電路中，對電容 C1和 C2 的值要求不是很嚴(yán)格，如果用高品質(zhì)的晶振， 則不管頻率為多少， C1， C2通常都選擇 30Pf。有時(shí)，在一些地方，為了降低成本，也可用陶瓷振蕩器代替晶振，若使用陶瓷振蕩器，則電容 C1， C2 的值取 47pf. 外部振蕩信號 CMOS 門 NC XTAL2 XTAL1 GND XTAL1 400 Q4 /PD D2 D1 Q1 內(nèi)部定時(shí) VCC XTAL2 Rf Q3 Q2 第三章 硬件部分 13 圖 等效電路 單片機(jī)對所使用的振蕩晶體的參數(shù)要求如下 ： ESR(等效串聯(lián)電阻 )：根據(jù)所需頻率按圖 。 C0(并聯(lián)電容 )：最大 。 CL(負(fù)載電容 )： 30PF+3PF。 其誤差及溫度變化的范圍要按系統(tǒng)的要求來確定 。 圖 ESR與頻率的關(guān)系曲線 本文設(shè)計(jì)的 振蕩 電路 如圖 所示。 0 4 8 12 16 200 400 600 Rf /PD 內(nèi)部定時(shí) VCC GND XTAL1 C2 C1 石英晶體或陶瓷振蕩器 XTAL2 基于單片機(jī)的公交車自動報(bào)站系統(tǒng) 14 圖 振蕩電路 復(fù)位電路設(shè)計(jì) 復(fù)位電路的基本功能是：系統(tǒng)上電時(shí)提供復(fù)位信號，直至系統(tǒng)電源穩(wěn)定后，撤銷復(fù)位信號。為可靠起見，電源穩(wěn)定后還要經(jīng)一定的延時(shí)才撤銷復(fù)位信號，以防電源開關(guān)或電源插頭分 合過程中引起的抖動而影響復(fù)位。圖 RC復(fù)位電路可以實(shí)現(xiàn)上述基本功能，圖 為其輸入 輸出特性。但解決不了電源毛刺（ A點(diǎn)）和電源緩慢下降（ 電池 電壓不足）等問題 而且 調(diào)整 RC 常數(shù)改變延時(shí)會令驅(qū)動能力變差。左邊的電路為高電平復(fù)位有效 ， 右邊為低電平 Sm為手動復(fù)位開關(guān) Ch可避免高頻諧波對電路的干擾 。 圖 RC復(fù)位電路 XTAL1 XTAL2 X1 12M C2 30pF C3 30pF Ch 104 E1 22u Sm R1/10K VCC E1 22u RST Sm R1 10k Ch 104 VCC RST 第三章 硬件部分 15 圖 ，在電源電壓瞬間下降時(shí)使電容迅速放電，一定寬度的電源毛刺也可令系統(tǒng)可靠復(fù)位。圖 3所示復(fù)位電路輸入輸出特性圖的下半部分是其特性，可與上半部比較 ， 增加放電回路的效果。 圖 增加二極管的復(fù)位電路 增加放電回路的 RC 復(fù)位電路 使用比較電路，不但可以解決電源毛刺造成系統(tǒng)不穩(wěn)定，而且電源緩慢下降也能可靠復(fù)位。圖 是一個(gè)實(shí)例 當(dāng) VCC x (R1/(R1+R2) ) = 時(shí)， Q1 截止使系統(tǒng)復(fù)位。 Q1 的放大作用也能改善電路的負(fù)載特性，但跳變門檻電壓 Vt 受 VCC 影響是該電路的突出缺點(diǎn)，使用穩(wěn)壓二極管可使 Vt 基本不受 VCC 影響。當(dāng) VCC 低于 Vt(Vz+)時(shí)電路令系統(tǒng)復(fù)位。 圖 RC電路輸入 輸出特性 D1 4148 D1 4148 Ch 104 E1 22u Sm R1/10K VCC E1 22u RST Sm R1 10k Ch 104 VCC RST VCC VCC 0V VCC /RST 0V RST VCC 0V VCC /RST 0V RST VCC 0V 基于單片機(jī)的公交車自動報(bào)站系統(tǒng) 16 圖 帶電壓監(jiān)控功能的復(fù)位電路 圖 穩(wěn)定門檻電壓 單片機(jī)要復(fù)位，本質(zhì)上是在其 RESET 腳上保持一定時(shí)間的高電平，單片機(jī)檢測到這個(gè)電平保持時(shí)間大于它要求的時(shí)間就會自動復(fù)位。最簡單的上電復(fù)位電路是用一個(gè)電容與一個(gè)電阻串聯(lián)組成，電容接 VCC，電阻接地， RESET 腳接在它們中間，當(dāng)上電時(shí)，電容相當(dāng)于短路，此時(shí)電阻上的電壓等于 VCC，經(jīng)過一段時(shí)間后電阻電壓逐漸變小直至為 0，只要 RC 時(shí)間選擇合適，就可 以用來上電復(fù)位。但是這個(gè)電路要想起到重新復(fù)位的作用，只能先下電，再上電才行。如果在電容兩端并聯(lián)一個(gè)按鍵，就成了按鍵復(fù)位電路，只要按下這個(gè)按鍵，單片機(jī)就能復(fù)位而無需下電，這個(gè)就是兩者的區(qū)別。 本文用到的 復(fù)位 電路如圖 所示。 Z1 Vz R1 100K Sm R2 10K Ch 104 Q? 9013 R3 10KK VCC RST Z1 Vz R1 100k Sm C1 104 Q1 9013 D1 4148 R2 10K RST Ch 104 VCC 第三章 硬件部分 17 圖 復(fù)位電路 電壓變換電路設(shè)計(jì) 一般公交車使用 24V電壓 ,而 AT89C51的工作電壓為 5V,所以需要 將 24V的電壓轉(zhuǎn)換成 5V,這就需要利用電壓變 換電路來實(shí)現(xiàn)此項(xiàng)轉(zhuǎn)化，現(xiàn)在普遍采用集成穩(wěn)壓器來得到 +5V 的穩(wěn)定電壓。集成穩(wěn)壓器具有穩(wěn)壓精度特別高，工作穩(wěn)定可靠，外圍電路簡單，體積小，重量有輕的優(yōu)點(diǎn)，常見的有：金屬圓形封裝，金屬菱形封裝，塑料封裝，帶散熱板封裝， 扁平式封裝，雙列直插式封裝等。其中在電子制作中三端固定輸出穩(wěn)壓器應(yīng)用較廣。 78xx 系列集成穩(wěn)壓器是常用的固定正輸出電壓的集成穩(wěn)壓器，輸出電壓有 等規(guī)格，最大輸出電流 為 。 它的內(nèi)部含有限流保護(hù)，過熱保護(hù)和過壓保護(hù)電路，基準(zhǔn)電壓源噪聲低 .溫度漂移小，工 作穩(wěn)定可靠。下圖給出了一個(gè)采用三端固定正電壓集成穩(wěn)壓器7805 來得到 +5V 穩(wěn)定電壓的圖示 供參考。 圖 三端固定正電壓集成穩(wěn)壓器電路 7805 24 V +5 V uF uF RST PSEN ALE EA R4 10K C1/22uf +5v 基于單片機(jī)的公交車自動報(bào)站系統(tǒng) 18 脈沖檢測 電路設(shè) 計(jì) 1. 霍爾器件 測量磁場 使用霍爾器件檢測磁場的方法極為簡單，將霍爾器件作成各種形式的探頭，放在被測磁場中，因霍爾器件只對垂直于霍爾片的表面的磁感應(yīng)強(qiáng)度敏感，因而必須令磁力線和器件表面垂直，通電后即可由輸出電壓得到被測磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度。若不垂直，則應(yīng)求出其垂直分量來計(jì)算被測磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度值。而且，因霍爾元件的尺寸極小，可以進(jìn)行多點(diǎn)檢測，由計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，可以得到場的分布狀態(tài)，并可對狹縫，小孔中的磁場進(jìn)行檢測。 2. 霍爾器件 工作磁體的設(shè)置 用磁場作為被傳感物體的運(yùn)動和位置信息載體時(shí)，一般采用永久磁鋼來產(chǎn)生工作磁場。例如，用一個(gè) 54 （ mm3）的釹鐵硼 Ⅱ 號磁鋼，就可在它的磁極表面上得到約 2300 高斯的磁感應(yīng)強(qiáng)度。在空氣隙中，磁感應(yīng)強(qiáng)度會隨距離增加而迅速下降。為保證霍爾器件，尤其是霍爾開關(guān)器件的可靠工作，在應(yīng) 用中要考慮有效工作氣隙的長度。在計(jì)算總有效工作氣隙時(shí)，應(yīng)從霍爾片表面算起。在封裝好的霍爾電路中，霍爾片的深度在產(chǎn)品手冊中會給出。 因?yàn)榛魻柶骷枰ぷ麟娫?，在作運(yùn)動或位置傳感時(shí)，一般令磁體隨被檢測物體運(yùn)動，將霍爾器件固定在工作系統(tǒng)的適當(dāng)位置，用它去檢測工作磁場，再從檢測結(jié)果中提取被檢信息。 工作磁體和霍爾器件間的運(yùn)動方式有： (a)對移； (b)側(cè)移； (c)旋轉(zhuǎn)； (d)遮斷。 在遮斷方式中，工作磁體和霍爾器件以適當(dāng)?shù)拈g隙相對固定，用一軟磁（例如軟鐵）翼片作為運(yùn)動工作部件，當(dāng)翼 片進(jìn)入間隙時(shí)，作用到霍爾器件上的磁力線被部分或全部遮斷，以此來調(diào)節(jié)工作磁場。被傳感的運(yùn)動信息加在翼片上。這種方法的檢測精度很高，在 125℃ 的溫度范圍內(nèi)，翼片的位置重復(fù)精度可達(dá)50μm 。 也可將工作磁體固定在霍爾器件背面（外殼上沒打標(biāo)志的一面），讓被檢的鐵磁物體（例如鋼齒輪）從它們近旁通過，檢測出物體上的特殊標(biāo)志（如齒、凸緣、缺口等），得出物體的運(yùn)