【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 先級(jí)的嵌套中斷結(jié)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)二級(jí)中斷服務(wù)程序嵌套。每一個(gè)中斷源都可用軟件程序規(guī)定為高優(yōu)先級(jí)中斷或低優(yōu)先級(jí)中斷。 (6)一個(gè)串行接口電路，可用于異步接收發(fā)送器。 (7)內(nèi)部時(shí)鐘電路：振蕩頻率可以高達(dá) 40MHz，但晶體和微調(diào)電容需要外接。 以上各部分通過(guò)內(nèi)部總線相連接。在很多情況下，單片機(jī)還要與外部設(shè)備或外部存儲(chǔ)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(jī)中，沒有單獨(dú)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(shí)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(guò)程論述 第 25 頁(yè) （共 51 頁(yè)） 成 16 條地址線和 8 條數(shù)據(jù)線。但是一定要建立一個(gè)明確的概念，單片機(jī)在進(jìn)行外部擴(kuò)展時(shí)的地址線和數(shù)據(jù)線都不是獨(dú)立的總線，而是與并行 I/O 口共用的，這是 89C51單片機(jī)結(jié)構(gòu)上的一個(gè)特點(diǎn)。 圖 為單片機(jī)的典型組成框圖。其中中央處理器 CPU 包含運(yùn)算器和控制器兩大部分，運(yùn)算器完成各種算術(shù)和邏輯運(yùn)算，控制器在單片機(jī)內(nèi)部 協(xié)調(diào)各功能部件之間的數(shù)據(jù)傳送和運(yùn)算操作，并對(duì)單片機(jī)外部發(fā)出若干控制信息。由圖可見，它通過(guò)內(nèi)部總線把計(jì)算機(jī)的各主要部件接為一體，其中，地址總線的作用是在進(jìn)行數(shù)據(jù)交換時(shí)提供地址， CPU 通過(guò)它們將地址輸出到存儲(chǔ)器或 I/O 接口；數(shù)據(jù)總線的作用是在 CPU與存儲(chǔ)器或 I/O 接口之間，或存儲(chǔ)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(hào)線和外部送入 CPU 的應(yīng)答信號(hào)線等。 晶振 T0 T1 P0 P1 P2 P3 TXD RXD /INT0 /INT0 圖 單片機(jī)的典型組成框圖 單片機(jī)的特點(diǎn) 由于單片機(jī)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(diǎn)，因而在各個(gè)領(lǐng)域都得到了迅猛的發(fā)展。單片機(jī)主要有如下特點(diǎn)： （ 1）有優(yōu)異的性能價(jià)格比。 （ 2）集成度高、體積小、有很高的可靠性。單片機(jī)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(jī)的可靠性與抗干擾能力。另外，其體積小，對(duì) 于強(qiáng)磁場(chǎng)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(shí)器 /計(jì)數(shù)器 并行接口 串行接口 中斷系統(tǒng) 時(shí)鐘電路 ROM RAM 過(guò)程論述 第 25 頁(yè) （共 51 頁(yè)） （ 3）控制功能強(qiáng)。為了滿足工業(yè)控制的要求，一般單片機(jī)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(jī)的邏輯控制功能及運(yùn)行速度均高于同一檔次的微機(jī)。 （ 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(jìn)一步縮小了體積，簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)。 （ 6）單片機(jī)的系統(tǒng)擴(kuò)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(jì) 針對(duì) 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的題目，根據(jù)畢業(yè)設(shè)計(jì)的要求，本人積極搜集與畢業(yè)設(shè)計(jì)相關(guān)的資料，根據(jù)自己已掌握的知識(shí)以及一些電子設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)并設(shè)計(jì)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(diǎn)：測(cè)量點(diǎn)多、環(huán)境復(fù)雜、布線分散、現(xiàn)場(chǎng)離監(jiān)控室遠(yuǎn)等。若采用一般溫度傳感器采集溫度信號(hào)，則需要設(shè)計(jì)信號(hào)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(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)送到 單片機(jī)上 處理。這樣，由于各種因素會(huì)造成 采集 系統(tǒng)較大的偏差；又因?yàn)?采集 環(huán)境復(fù)雜、測(cè)量點(diǎn)多、信號(hào)傳輸距離遠(yuǎn)及各種干擾的影響，會(huì)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(gè)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(cè)溫范圍為 55～ 125℃，分辨率為 ℃。輸出溫度信號(hào)用 9位二進(jìn)制數(shù)表示，數(shù)據(jù)線可與上位主機(jī)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(jī) 、 、 、 口線相連，用 4 只 DS18B20 同時(shí)測(cè)量 4 路溫度 ， 實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)溫度的采集。 還采用獨(dú)立式鍵盤和液晶顯示，鍵盤用來(lái)設(shè)置上限與下限的溫度報(bào)警，字符液晶用來(lái)顯示通道號(hào)、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(qiáng)，便于以后擴(kuò)展。當(dāng)運(yùn)行 PROTEUS 軟件時(shí)，從液晶屏上可以清楚的看到所采集的溫度值、通道號(hào)和上下限報(bào)警。系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖如圖 。 過(guò)程論述 第 25 頁(yè) （共 51 頁(yè)） 圖 方案一原理框圖 （ 2） 方案二： 本方案直接采用單片機(jī) 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(guò)集成溫度傳感器 AD590將環(huán)境的溫度采集下來(lái)，然后經(jīng)過(guò) ADC0809 將采集下來(lái)的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，并且 將 轉(zhuǎn)換得到的數(shù)字信號(hào)按照順序分別送入單片機(jī)或把指定的那路信號(hào)送入單片機(jī)，通過(guò)單片機(jī)進(jìn)行控制操作， 最后 通過(guò)單片機(jī)把采集到的信號(hào)送到 LED 電路當(dāng)中進(jìn)行顯示。系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(jī) ，該系列單片機(jī) 具有體積小、功耗低、控制功能強(qiáng)、擴(kuò)展靈活、微型化和使用方便等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于儀器儀表中 。 方案一 硬件電路簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)思路清晰，但對(duì)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(shí)施起來(lái)難度較大。方案二與方案一比起來(lái)，雖然要 集 成 溫 度 傳感器AD590 A/D 轉(zhuǎn)換器ADC0809 單片機(jī)AT89C51 數(shù)碼管顯示 LED 單片機(jī) AT89C51 液晶 LCD 顯示 4 個(gè) 數(shù)字 溫度傳感器DS1820 時(shí)鐘和 復(fù)位電路 鍵盤電路 過(guò)程論述 第 25 頁(yè) （共 51 頁(yè)） 用到 A/D 轉(zhuǎn) 換器，對(duì)采集 溫度 的精確度 有一定的影響 ，但 第二種方案的設(shè)計(jì)比較完善 ，而且此 方案更 符合我們大學(xué)生的電子設(shè)計(jì)思維，將單片機(jī)的資源合理地利用，也能夠滿足畢業(yè)設(shè)計(jì)的要求，再結(jié)合自身掌握的知識(shí)，本設(shè)計(jì)我采用第二種方案。 即 整個(gè)系統(tǒng)控制將由 AT89C51 單片機(jī)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(gè)檢測(cè)信號(hào)、控制信號(hào)、顯示信號(hào)可由單片機(jī)的 I/O 口進(jìn)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(jì) AT89C51 單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 根據(jù)初步設(shè)計(jì)方案的分析，選擇了小尺寸的芯片 AT89C51，使整個(gè)硬件電路的體積更小。它以較小的體積、良好的性能價(jià)格比倍受青睞，在家電產(chǎn)品、工業(yè)控制、計(jì)算機(jī)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(chǔ)器的低電壓、高性能 8 位 CMOS 微處理器，俗稱單片機(jī)，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(jià)廉的方案。 AT89C51 單片機(jī)的介紹： AT89C51 的引腳圖如圖 所示。 過(guò)程論述 第 25 頁(yè) （共 51 頁(yè)） 1） 主要特性： （ 1） 與 MCS51 兼容 (2） 4K 字節(jié)可編程閃爍存儲(chǔ)器 (3) 壽命： 1000 寫 /擦循環(huán) (4) 數(shù)據(jù)保留時(shí)間： 10 年 (5) 全靜態(tài)工作： 0Hz～ 24Hz (6) 三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定 (7) 128*8 位內(nèi)部 RAM (8) 32 可編程 I/O 線 (9) 兩個(gè) 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 (10) 5 個(gè)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(shí)鐘電路 過(guò)程論述 第 25 頁(yè) （共 51 頁(yè)） 2)管腳說(shuō)明： VCC： 供電電壓。 GND： 接地。 P0口： P0 口為一個(gè) 8 位漏極 開路雙向 I/O 口，每 個(gè)腳能接 8 個(gè) TTL 門電流。當(dāng)P1 口的管腳第一次寫 “ 1” 時(shí)，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(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù) /地址的第八位。在 FIASH 編程時(shí)， P0 口作為原碼輸入口，當(dāng) FIASH 進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)， P0 輸出原碼，此時(shí) P0 外部必須被拉高。 P1 口： P1 口是一個(gè)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(gè) 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(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在 FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí)， P1 口作為第八位地址接收。 P2 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。 當(dāng) P2 口 用于外部程序存儲(chǔ)器或 16 位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)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(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)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(hào)和控制信號(hào)。 P3 口： P3 口管腳是 8 個(gè)帶有內(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，如下所示： 過(guò)程論述 第 25 頁(yè) （共 51 頁(yè)） P3 口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接受一些控制信號(hào) 。 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： 地址鎖存允許信號(hào)輸出 /編程脈沖輸入引腳 。當(dāng)訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，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(shí)， ALE 端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器 頻率的 1/6。因此它可用作對(duì)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(chǔ)器時(shí)，將跳過(guò)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(wú)效。 /PSEN： 讀外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)輸出引腳。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次 /PSEN 有效。但在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的 /PSEN 信號(hào)將不出現(xiàn)。 /EA/VPP： 程序存儲(chǔ)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(shí)，CPU 只執(zhí)行外部程序存儲(chǔ)器（ 0000H～ FFFFH）指令，不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器指令。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)， CPU首先執(zhí)行片內(nèi)程序存儲(chǔ)器 ROM 指令，當(dāng)程序計(jì)數(shù)器 PC 的值超過(guò)片內(nèi) ROM 地址范圍（ 0FFFH）時(shí)，將自動(dòng)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(shí)鐘工作電路的輸入。 XTAL2： 來(lái)自反向振蕩器的輸出。 過(guò)程論述 第 25 頁(yè) （共 51 頁(yè)） 時(shí)鐘與復(fù)位電路的設(shè)計(jì)與器件選擇 1． 時(shí)鐘電路的設(shè)計(jì) MCS51 系列單片機(jī)的時(shí)鐘電路有兩種方式：內(nèi)部時(shí)鐘方式、外部時(shí)鐘方式。 本次設(shè)計(jì)我采用內(nèi)部時(shí)鐘方式，如圖 所示。 圖 內(nèi)部時(shí)鐘方式 它利用單片機(jī)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(gè)引腳上外接定時(shí)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(shí)鐘脈沖信號(hào)。 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(guò)計(jì)算和實(shí)驗(yàn)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