【文章內(nèi)容簡介】 先級的嵌套中斷結(jié)構(gòu)，可實現(xiàn)二級中斷服務(wù)程序嵌套。每一個中斷源都可用軟件程序規(guī)定為高優(yōu)先級中斷或低優(yōu)先級中斷。 (6)一個串行接口電路，可用于異步接收發(fā)送器。 (7)內(nèi)部時鐘電路：振蕩頻率可以高達 40MHz，但晶體和微調(diào)電容需要外接。 以上各部分通過內(nèi)部總線相連接。在很多情況下，單片機還要與外部設(shè)備或外部存儲器相連接。連接方式采用 三總線（地址、數(shù)據(jù)、控制）方式。但在 89C51 單片機中，沒有單獨的地址總線和數(shù)據(jù)總線，而是與通用并行 I/O 口中的 P0 口及 P2 口共用。 P0 口分時作為低 8 位地址線和 8 位數(shù)據(jù)線， P2 口則作為高 8 位地址線用，可形過程論述 第 25 頁 （共 51 頁） 成 16 條地址線和 8 條數(shù)據(jù)線。但是一定要建立一個明確的概念，單片機在進行外部擴展時的地址線和數(shù)據(jù)線都不是獨立的總線，而是與并行 I/O 口共用的，這是 89C51單片機結(jié)構(gòu)上的一個特點。 圖 為單片機的典型組成框圖。其中中央處理器 CPU 包含運算器和控制器兩大部分，運算器完成各種算術(shù)和邏輯運算，控制器在單片機內(nèi)部 協(xié)調(diào)各功能部件之間的數(shù)據(jù)傳送和運算操作，并對單片機外部發(fā)出若干控制信息。由圖可見，它通過內(nèi)部總線把計算機的各主要部件接為一體，其中，地址總線的作用是在進行數(shù)據(jù)交換時提供地址， CPU 通過它們將地址輸出到存儲器或 I/O 接口；數(shù)據(jù)總線的作用是在 CPU與存儲器或 I/O 接口之間，或存儲器與外設(shè)之間交換數(shù)據(jù)；控制總線包括 CPU 發(fā)出的控 信號線和外部送入 CPU 的應(yīng)答信號線等。 晶振 T0 T1 P0 P1 P2 P3 TXD RXD /INT0 /INT0 圖 單片機的典型組成框圖 單片機的特點 由于單片機的這種結(jié)構(gòu)形式及它所采取的半導(dǎo)體工藝，使其具有很多顯著特點，因而在各個領(lǐng)域都得到了迅猛的發(fā)展。單片機主要有如下特點： （ 1）有優(yōu)異的性能價格比。 （ 2）集成度高、體積小、有很高的可靠性。單片機把各功能部件集成在一塊芯片上，內(nèi)部采用總線結(jié)構(gòu)，減少了各芯片之間的連線，大大提高了單片機的可靠性與抗干擾能力。另外，其體積小，對 于強磁場環(huán)境易于采取屏蔽措施，適合在惡劣環(huán)境下工作。 CPU 定時器 /計數(shù)器 并行接口 串行接口 中斷系統(tǒng) 時鐘電路 ROM RAM 過程論述 第 25 頁 （共 51 頁） （ 3）控制功能強。為了滿足工業(yè)控制的要求，一般單片機的指令系統(tǒng)中均有極豐富的轉(zhuǎn)移指令、 I/O 口的邏輯操作以及位處理功能。單片機的邏輯控制功能及運行速度均高于同一檔次的微機。 （ 4）低功耗、低電壓，便于生產(chǎn)便攜式產(chǎn)品。 （ 5）外部總線增加了 I C（ InterIntegrated Circuit）及 SP等串行總線方式，進一步縮小了體積，簡化了結(jié)構(gòu)。 （ 6）單片機的系統(tǒng)擴展和系統(tǒng)配置較典型、規(guī)范，容易構(gòu)成各種規(guī)模的應(yīng)用系統(tǒng)。 初始方案 設(shè)計 針對 本次畢業(yè)設(shè)計的題目，根據(jù)畢業(yè)設(shè)計的要求，本人積極搜集與畢業(yè)設(shè)計相關(guān)的資料，根據(jù)自己已掌握的知識以及一些電子設(shè)計的經(jīng)驗，總結(jié)并設(shè)計了以下兩種方案： （ 1） 方案一： 溫度 采集 系統(tǒng)有著共同的特點：測量點多、環(huán)境復(fù)雜、布線分散、現(xiàn)場離監(jiān)控室遠(yuǎn)等。若采用一般溫度傳感器采集溫度信號，則需要設(shè)計信號調(diào)理電路、 A/D 轉(zhuǎn)換及相 應(yīng)的接口電路，才能把傳感器輸出的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號送到 單片機上 處理。這樣，由于各種因素會造成 采集 系統(tǒng)較大的偏差；又因為 采集 環(huán)境復(fù)雜、測量點多、信號傳輸距離遠(yuǎn)及各種干擾的影響，會使 采集 系統(tǒng) 的穩(wěn)定性和可靠性下降。 故本方案采用 數(shù)字輸出型集成溫度傳感器 DS1820，其全部模擬電路和數(shù)字電路都集成在一起， 外形如一只三極管，三個引腳分別是電源、地和數(shù)據(jù)線。這種由單片集成電路構(gòu)成的溫度傳感器使用非常方便，測溫范圍為 55～ 125℃，分辨率為 ℃。輸出溫度信號用 9位二進制數(shù)表示，數(shù)據(jù)線可與上位主機通信，傳遞數(shù)據(jù)信息和指令信息。 將 DS1820 的 I / 0 數(shù)據(jù)線與 AT89C51 單片機 、 、 、 口線相連，用 4 只 DS18B20 同時測量 4 路溫度 ， 實現(xiàn)多點溫度的采集。 還采用獨立式鍵盤和液晶顯示，鍵盤用來設(shè)置上限與下限的溫度報警，字符液晶用來顯示通道號、該通道的溫度和所設(shè)置上下限的溫度。使用液晶顯示更加形象，而且抗干擾能力強，便于以后擴展。當(dāng)運行 PROTEUS 軟件時，從液晶屏上可以清楚的看到所采集的溫度值、通道號和上下限報警。系統(tǒng)設(shè)計框圖如圖 。 過程論述 第 25 頁 （共 51 頁） 圖 方案一原理框圖 （ 2） 方案二： 本方案直接采用單片機 AT89C5 A/D 轉(zhuǎn)換器 ADC080半導(dǎo)體 集成 溫度傳感器AD590、按鍵 和數(shù)碼管 顯示器 LED 組成采集顯示系統(tǒng)。首先通過集成溫度傳感器 AD590將環(huán)境的溫度采集下來，然后經(jīng)過 ADC0809 將采集下來的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并且 將 轉(zhuǎn)換得到的數(shù)字信號按照順序分別送入單片機或把指定的那路信號送入單片機，通過單片機進行控制操作， 最后 通過單片機把采集到的信號送到 LED 電路當(dāng)中進行顯示。系統(tǒng)設(shè)計框圖如圖 。 圖 方案二原理框圖 方案的選擇 這兩種 方案 都采用的是 MCS51 系列的單片機 ，該系列單片機 具有體積小、功耗低、控制功能強、擴展靈活、微型化和使用方便等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于儀器儀表中 。 方案一 硬件電路簡單，設(shè)計思路清晰，但對數(shù)字溫度傳感器 DS1820 的工作原理及其編程不是很了解，故該方案實施起來難度較大。方案二與方案一比起來，雖然要 集 成 溫 度 傳感器AD590 A/D 轉(zhuǎn)換器ADC0809 單片機AT89C51 數(shù)碼管顯示 LED 單片機 AT89C51 液晶 LCD 顯示 4 個 數(shù)字 溫度傳感器DS1820 時鐘和 復(fù)位電路 鍵盤電路 過程論述 第 25 頁 （共 51 頁） 用到 A/D 轉(zhuǎn) 換器，對采集 溫度 的精確度 有一定的影響 ，但 第二種方案的設(shè)計比較完善 ，而且此 方案更 符合我們大學(xué)生的電子設(shè)計思維，將單片機的資源合理地利用，也能夠滿足畢業(yè)設(shè)計的要求，再結(jié)合自身掌握的知識，本設(shè)計我采用第二種方案。 即 整個系統(tǒng)控制將由 AT89C51 單片機為核 心構(gòu)成 ，用半導(dǎo)體集成溫度傳感器AD590 采集溫度， 選用 ADC0809 作為模 /數(shù)轉(zhuǎn)換芯片，各個檢測信號、控制信號、顯示信號可由單片機的 I/O 口進行，并由程序保證系統(tǒng)抗干擾的能力。 3 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計 AT89C51 單片機系統(tǒng)設(shè)計 根據(jù)初步設(shè)計方案的分析，選擇了小尺寸的芯片 AT89C51，使整個硬件電路的體積更小。它以較小的體積、良好的性能價格比倍受青睞，在家電產(chǎn)品、工業(yè)控制、計算機產(chǎn)品、醫(yī)療器械、汽車工業(yè)等應(yīng)用方面成為用戶降低成本的首選器件。 AT89C51是 ATMEL 公司生產(chǎn)的帶 4K 字節(jié)可編程閃速 存儲器的低電壓、高性能 8 位 CMOS 微處理器，俗稱單片機，工作電壓范圍為 ～ 6V，全靜態(tài)工作頻率為 0～ 24MHZ。ATMEL 的 AT89C51 是一種高效微控制器。它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。 AT89C51 單片機的介紹： AT89C51 的引腳圖如圖 所示。 過程論述 第 25 頁 （共 51 頁） 1） 主要特性： （ 1） 與 MCS51 兼容 (2） 4K 字節(jié)可編程閃爍存儲器 (3) 壽命： 1000 寫 /擦循環(huán) (4) 數(shù)據(jù)保留時間： 10 年 (5) 全靜態(tài)工作： 0Hz～ 24Hz (6) 三級程序存儲器鎖定 (7) 128*8 位內(nèi)部 RAM (8) 32 可編程 I/O 線 (9) 兩個 16 位定時器 /計數(shù)器 (10) 5 個中斷源 (11) 可編程串行通道 (12) 低功耗的閑置和掉電模式 (13) 片內(nèi)振蕩器和時鐘電路 過程論述 第 25 頁 （共 51 頁） 2)管腳說明： VCC： 供電電壓。 GND： 接地。 P0口： P0 口為一個 8 位漏極 開路雙向 I/O 口，每 個腳能接 8 個 TTL 門電流。當(dāng)P1 口的管腳第一次寫 “ 1” 時，被定義為高阻 態(tài) 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(dāng) 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(nèi)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 4 個 TTL 門電流。 P1口管腳寫入 “ 1” 后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入， P1 口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)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(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 TTL 門電流，當(dāng) P2 口被寫 “ 1” 時，其管腳被內(nèi)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(nèi)部上拉的緣故。 當(dāng) P2 口 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(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)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(nèi)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 個帶有內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O 口，可接收輸出 4 個 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，如下所示： 過程論述 第 25 頁 （共 51 頁） P3 口同時為閃爍編程和編程校驗接受一些控制信號 。 RST： 復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時 ，要保持 RST 腳兩個機器周期的高電平時 間。 ALE/PROG： 地址鎖存允許信號輸出 /編程脈沖輸入引腳 。當(dāng)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 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(dāng)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： 讀外部程序存儲器的選通信號輸出引腳。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)。 /EA/VPP： 程序存儲器空間選 擇控制位 /編程電壓輸入引腳。當(dāng) /EA 保持低電平時，CPU 只執(zhí)行外部程序存儲器（ 0000H～ FFFFH）指令，不管是否有內(nèi)部程序存儲器指令。注意加密方式 1 時， /EA 將內(nèi)部鎖定為 RESET；當(dāng) /EA 端保持高電平時， CPU首先執(zhí)行片內(nèi)程序存儲器 ROM 指令，當(dāng)程序計數(shù)器 PC 的值超過片內(nèi) ROM 地址范圍（ 0FFFH）時，將自動跳轉(zhuǎn)去執(zhí)行片外 ROM 指令；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)部時鐘工作電路的輸入。 XTAL2： 來自反向振蕩器的輸出。 過程論述 第 25 頁 （共 51 頁） 時鐘與復(fù)位電路的設(shè)計與器件選擇 1． 時鐘電路的設(shè)計 MCS51 系列單片機的時鐘電路有兩種方式：內(nèi)部時鐘方式、外部時鐘方式。 本次設(shè)計我采用內(nèi)部時鐘方式，如圖 所示。 圖 內(nèi)部時鐘方式 它利用單片機內(nèi)部的高增益反向放大器構(gòu)成振蕩電路，只要在 XTAL1（振蕩器輸入端）、 XTAL2（振蕩器輸出端）兩個引腳上外接定時元件，內(nèi)部振蕩器產(chǎn)生自激振蕩。外接元 器 件有晶振和電容，它們組成并聯(lián)諧振電路。在圖 中，在 XTAL XTAL2之間外接石英晶振， 就可以產(chǎn)生時鐘脈沖信號。 C1 和 C2 是頻率微調(diào)電容，起穩(wěn)定頻率和快速起振的作用。電路中的器件選擇可以通過計算和實驗確定，也可以參考一些典型電路的參數(shù)。電容值在 5～ 30pF 之間選