【文章內容簡介】 一種結構的單
片機時鐘頻率越高越快速其次看單片機的CPU結構采用CISC集中指令集
結構比采用RISC精簡指令接的速度要慢。但是要根據(jù)需要選擇速度不要片
面追求高速單片機的穩(wěn)定性、抗干擾性等基本參數(shù)跟速度成反比而且速度越快
功耗越大。
4. I/O口需要根據(jù)實際確定輸入輸出口的數(shù)量同時還要考慮輸入輸出口的驅
動能力驅動能力大的單片機可以簡化外圍電路51單片機下拉時驅動電流大
但上拉時驅動電流很小。本課題事宜選用4個端口的單片機以能夠滿足要求。
5. 定時器/計數(shù)器大部分單片機提供2~3個定時/計數(shù)器還具有輸入捕獲、輸出
比較和PWM功能有的單片機還有專門的可編程計數(shù)陣列模塊和輸入捕獲/輸出比
較/PWM模塊
6. 模擬電路功能現(xiàn)在不少單片機提供A/D轉換器輸出電壓比較強也有少量
的單片機提供D/A轉換器。本課題由于無需數(shù)模轉換所以不需要此類功能單片機。
7. 工作電壓、功耗,最高6V,單片機的功
耗參數(shù)主要是指正常模式、空閑模式、掉電模式下的工作電流用電池供電的系統(tǒng)
要選擇小電流的產(chǎn)品同時要考慮單片機的掉電模式
8. 封裝形式常見的封裝形式有DIP雙列直插PLCC對應插座QFP(四側
引腳扁平封裝),SOP(雙列小外形貼片封裝)等。根據(jù)本課題考慮的單片機的工作
環(huán)境比較不穩(wěn)定事宜選用DIP雙列直插單片機。本頁完 第 14 頁 共 53 頁 9. 抗干擾性能、保密性首要考慮這些因素特別是在比較大的工業(yè)環(huán)境中的尤
其應該如此單片機加密后的保密性能也要好這樣可以保證知識產(chǎn)權不容易被侵
犯[9]。

單片機AT89C51的實物圖如下

圖31 AT89C51的實物圖
AT89C51是一種帶4K字節(jié)FLASH存儲器FPEROM—Flash Programmable and Erasable
Read Only Memory的低電壓、高性能CMOS 8位微處理器俗稱單片機。AT89C2051
是一種帶2K字節(jié)閃存可編程可擦除只讀存儲器的單片機。單片機的可擦除只讀存
儲器可以反復擦除1000次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術制造
與工業(yè)標準的MCS51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲
器組合在單個芯片中ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器AT89C2051是它的一
種精簡版本。AT89C51單片機為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的
方案它的主要特性如下
與MCS51 兼容 32可編程I/O線
4K字節(jié)可編程FLASH存儲器 兩個16位定時器/計數(shù)器
壽命1000寫/擦循環(huán) 5個中斷源
全靜態(tài)工作0Hz24MHz 可編程串行通道
三級程序存儲器鎖定
本頁完 第 15 頁 共 53 頁 它的外形及引腳排列如圖所示 

圖32 AT89C51的管腳圖
管腳說明
VCC供電電壓。
GND接地。
P0口P0口為一個8位漏級開路雙向I/O口每腳可吸收8TTL門電流。當
P0口的管腳第一次寫1時被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器
它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時P0 口作為原碼輸入口當
FIASH進行校驗時P0輸出原碼此時P0外部必須被拉高。
P1口P1口是一個內部提供上拉電阻的8位雙向I/O口P1口緩沖器能接收
輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后被內部上拉為高可用作輸入 第 16 頁 共 53 頁 部下拉為低電平時將輸出電流這是由于內部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗
時P1口作為第八位地址接收。
P2口P2口為一個內部上拉電阻的8位雙向I/O口P2口緩沖器可接收輸
出4個TTL門電流當P2口被寫“1”時其管腳被內部上拉電阻拉高且作為輸
入。并因此作為輸入時P2口的管腳被外部拉低將輸出電流。這是由于內部上
拉的緣故。P2口當用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時
P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時它利用內部上拉優(yōu)勢當對外部八
位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時P2口輸出其特殊功能寄存器的內容。P2口在FLASH
編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。
P3口P3口管腳是8個帶內部上拉電阻的雙向I/O口可接收輸出4個TTL
門電流。當P3口寫入“1”后它們被內部上拉為高電平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記時器0外部輸入、 T1記時器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口同時為閃
爍編程和編程校驗接收一些控制信號。
RST復位輸入。當振蕩器復位器件時要保持RST腳兩個機器周期的高電平
時間[10]。
ALE/PROG當訪問外部存儲器時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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目的。然而要注意的是每當用作外部數(shù)據(jù)存儲器時將跳過
一個ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時 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每個機
器周期兩次/PSEN有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時這兩次有效的/PSEN信號將
不出現(xiàn)。 本頁完 第 17 頁 共 53 頁 /EA/VPP當/EA保持低電平時則在此期間外部程序存儲器0000HFFFFH
不管是否有內部程序存儲器。注意加密方式1時/EA將內部鎖定為RESET當/EA
端保持高電平時此間內部程序存儲器。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部時鐘工作電路的輸入。
XTAL2來自反向振蕩器的輸出。
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
器可以配置為片內振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時鐘源驅動
器件XTAL2應不接。有余輸入至內部時鐘信號要通過一個二分頻觸發(fā)器因此對
外部時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。

芯片擦除整個PEROM陣列和三個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)被重復編程以前該操作必須被執(zhí)行。 此外AT89C51
設有穩(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定時器計數(shù)器串口和中斷系統(tǒng)仍
在工作。在掉電模式下保存RAM的內容并且凍結振蕩器禁止所用其他芯片功能
直到下一個硬件復位為止。 串口通訊 單片機的結構和特殊寄存器這是你編寫
軟件的關鍵。至于串口通信需要用到那些特殊功能寄存器呢它們是SCONTCON
TMODSCON等各代表什么含義呢SBUF數(shù)據(jù)緩沖寄存器這是一個可以直接尋址
的串行口專用寄存器。有朋友這樣問起過“為何在串行口收發(fā)中都只是使用到同
一個寄存器SBUF而不是收發(fā)各用一個寄存器。”實際上SBUF 包含了兩個獨立的
寄存器一個是發(fā)送寄存另一個是接收寄存器但它們都共同使用同一個尋址地
址99H。CPU 在讀SBUF 時會指到接收寄存器在寫時會指到發(fā)送寄存器而且
接收寄存器是雙緩沖寄存器這樣可以避免接收中斷沒有及時的被響應數(shù)據(jù)沒有
被取走下一幀數(shù)據(jù)已到來而造成的數(shù)據(jù)重疊問題。發(fā)送器則不需要用到雙緩沖
一般情況下我們在寫發(fā)送程序時也不必用到發(fā)送中斷去外理發(fā)送數(shù)據(jù)。操作SBUF
寄存器的方法則很簡單只要把這個99H 地址用關鍵字sfr定義為一個變量就可以
對其進行讀寫操作了如sfr SBUF = 0x99。當然你也可以用其它的名稱。通常在
等頭文件中已對其做了定義只要用include 第 18 頁 共 53 頁 就可以了。SCON串行口控制寄存器通常在芯片或設備中為了監(jiān)視或控制接口狀態(tài)
都會引用到接口控制寄存器。SCON 就是51芯片的串行口控制寄存器。它的尋址地
址是98H是一個可以位尋址的寄存器作用就是監(jiān)視和控制51芯片串行口的工作
狀態(tài)。51 芯片的串口可以工作在幾個不同的工作模式下其工作模式的設置就是
使用SCON 寄存器。它的各個位的具體定義如下串行口工作模式設置位這樣兩
位可以對應進行四種模式的設置。串行口工作模式設置SM0 、SMSMREN 、
TB8 、RBTI、RI 、SM0、SM1。
在這里只說明最常用的模式1其它的模式也就一一略過有興趣的朋友可以
找相關的硬件資料查看。表中的fosc 代表振蕩器的頻率也就是晶振的頻率。UART
為(Universal Asynchronous Receiver的英文縮寫。
SM2 在模式模式3 中為多處理機通信使能位。在模式0 中要求該位為0。
REM 為允許接收位REM 置1 時串口允許接收置0 時禁止接收。REM 是由
軟件置位或清零。, 都和上位機相連
在軟件上有串口中斷處理程序當要求在處理某個子程序時不允許串口被上位機來
的控制字符產(chǎn)生中斷那么可以在這個子程序的開始處加入REM=0 來禁止接收
在子程序結束處加入REM=1 再次打開串口接收。大家也可以用上面的實際源碼加
入REM=0 來進行實驗。
TB8 發(fā)送數(shù)據(jù)位8在模式2 和3 是要發(fā)送的第9 位。該位可以用軟件根據(jù)
需要置位或清除通常這位在通信協(xié)議中做奇偶位在多處理機通信中這一位則用
于表示是地址幀還是數(shù)據(jù)幀[11]。
RB8 接收數(shù)據(jù)位8
在模式2 和3 是已接收數(shù)據(jù)的第9 位。該位可能是奇偶
位地址/數(shù)據(jù)標識位。在模式0 中RB8 為保留位沒有被使用。在模式1 中當
SM2=0RB8 是已接收數(shù)據(jù)的停止位。
TI 發(fā)送中斷標識位。在模式0發(fā)送完第8 位數(shù)據(jù)時由硬件置位。其它模
式中則是在發(fā)送停止位之初由硬件置位。TI 置位后申請中斷CPU 響應中斷
后發(fā)送下一幀數(shù)據(jù)。在任何模式下TI 都必須由軟件來清除也就是說在數(shù)據(jù)
寫入到SBUF 后硬件發(fā)送數(shù)據(jù)中斷響應如中斷打開這時TI=1表明發(fā)送
已完成TI 不會由硬件清除所以這時必須用軟件對其清零。
RI 接收中斷標識位。在模式0接收第8 位結束時由硬件置位。 第 19 頁 共 53 頁 中則是在接收停止位的半中間由硬件置位。RI=1申請中斷要求CPU 取走數(shù)
據(jù)。但在模式1 中SM2=1時當未收到有效的停止位則不會對RI 置位。同樣
RI 也必須要靠軟件清除。常用的串口模式1 是傳輸10 個位的1 位起始位為0,8
位數(shù)據(jù)位低位在先1 位停止位為1。它的波特率是可變的其速率是取決于定
時器1 或定時器2 的定時值溢出速率。AT89C51 和AT89C2051 等51 系列芯片
只有兩個定時器定時器0 和定時器1而定時器2是89C52 系列芯片才有的[12]。
波特率在使用串口做通訊時一個很重要的參數(shù)就是波特率只有上下位機的
波特率一樣時才可以進行正常通訊。波特率是指串行端口每秒內可以傳輸?shù)牟ㄌ匚?br />數(shù)。有一些初學的朋友認為波特率是指每秒傳輸?shù)淖止?jié)數(shù)如標準9600 會被誤認
為每秒種可以傳送9600個字節(jié)而實際上它是指每秒可以傳送9600 個二進位
而一個字節(jié)要8 個二進位如用串口模式1 來傳輸那么加上起始位和停止位每
個數(shù)據(jù)字節(jié)就要占用10 個二進位9600 波特率用模式1 傳輸時每秒傳輸?shù)淖?br />節(jié)數(shù)是9600247。10960 字節(jié)。51 芯片的串口工作模式0的波特率是固定的為
fosc/12以一個12M 的晶振來計算那么它的波特率可以達到1M。模式2 的波
特率是固定在fosc/64 或fosc/32具體用那一種就取決于PCON 寄存器中的SMOD
位如SMOD 為0波特率為focs/64,SMOD為1波特率為focs/32。模式1和模
式3 的波特率是可變的取決于定時器1 或252芯片的溢出速率。那么我們
怎么去計算這兩個模 式的波特率設置時相關的寄存器的值呢可以用以下的公式
去計算
波特率2SMOD247。32定時器1 溢出速率
上式中如設置了PCON 寄存器中的SMOD 位為1