【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器(FPEROM—Falsh 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(jī)。AT89C2051是一種帶2K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器的單片機(jī)。單片機(jī)的可擦除只讀存儲(chǔ)器可以反復(fù)擦除100次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)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(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，AT89C2051是它的一種精簡(jiǎn)版本。AT89C單片機(jī)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。1．主要特性：與MCS51 兼容 4K字節(jié)可編程閃爍存儲(chǔ)器 壽命：100寫/擦循環(huán)數(shù)據(jù)保留時(shí)間：10年全靜態(tài)工作：0Hz24Hz三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定1288位內(nèi)部RAM32可編程I/O線兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器5個(gè)中斷源 可編程串行通道低功耗的閑置和掉電模式片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路 2．管腳說(shuō)明：VCC：供電電壓。GND：接地。P0口：P0口為一個(gè)8位漏級(jí)開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當(dāng)P1口的管腳第一次寫1時(shí)，被定義為高阻輸入。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4TTL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。P2口當(dāng)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，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： 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(chǔ)器寫選通) /RD(外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)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(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：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(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：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。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：當(dāng)/EA保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器(0000HFFFFH)，不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)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(chǔ)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(lái)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(dòng)器件，XTAL2應(yīng)不接。有余輸入至內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)要通過(guò)一個(gè)二分頻觸發(fā)器，因此對(duì)外部時(shí)鐘信號(hào)的脈寬無(wú)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(guò)正確的控制信號(hào)組合，并保持ALE管腳處于低電平10ms 來(lái)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(chǔ)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。 單片機(jī)主機(jī)系統(tǒng)電路 復(fù)位電路 單片機(jī)在RESET端加一個(gè)大于20ms正脈沖即可實(shí)現(xiàn)復(fù)位，上電復(fù)位和按鈕組合的復(fù)位電路如下： 圖 37 蜂鳴器電路在系統(tǒng)上電的瞬間，RST與電源電壓同電位，隨著電容的電壓逐漸上升，RST電位下降，于是在RST形成一個(gè)正脈沖。只要該脈沖足夠?qū)捑涂梢詫?shí)現(xiàn)復(fù)位，即ms。一般取R1，C22uF。當(dāng)人按下按鈕S1時(shí)，使電容C1通過(guò)R1迅速放電，待S1彈起后，C再次充電，實(shí)現(xiàn)手動(dòng)復(fù)位。R1一般取200。 時(shí)鐘電路 當(dāng)使用單片機(jī)的內(nèi)部時(shí)鐘電路時(shí)，單片機(jī)的XATL1和XATL2用來(lái)接石英晶體和微調(diào)電容，如圖所示，晶體一般可以選擇3M~24M，電容選擇30pF左右。我們選擇晶振為12MHz,電容33pF。圖 38 時(shí)鐘電路 按鍵電路 ，電路原理如下： ，單片機(jī)通過(guò) 查詢到低電平開始測(cè)量距離，當(dāng)松開按鍵。在軟件中通過(guò)軟件延時(shí)來(lái)消除按鍵的機(jī)械抖動(dòng)。 圖 39 按鍵電路 蜂鳴器電路 本次設(shè)計(jì)通過(guò)一只蜂鳴器來(lái)提示用戶按鍵按下了，現(xiàn)在單片機(jī)開始了測(cè)距。蜂鳴器時(shí)一塊壓電晶片，在其兩端加上3~5V的直流電壓，就能產(chǎn)生3KHz的蜂鳴聲。電路如下圖 ，控制著電壓加到蜂鳴器上，驅(qū)動(dòng)蜂鳴器發(fā)出聲音。 圖 310 蜂鳴器電路 溫度采集DS18B20電路。可見溫度對(duì)聲速影響很大，測(cè)量時(shí)必須進(jìn)行溫度補(bǔ)償。常用的溫度補(bǔ)償方法有:熱敏電阻、鉑電阻、熱電偶以及溫度傳感器補(bǔ)償。使用傳統(tǒng)的溫度傳感器，硬件電路復(fù)雜，而且輸出為電壓或是電流值，需要進(jìn)行周D轉(zhuǎn)換。使用傳統(tǒng)的溫度傳感器，硬件電路復(fù)雜，而且輸出為電壓或電流值，需要進(jìn)行川D轉(zhuǎn)換。DS18B20溫度傳感器是美國(guó)DALLAS半導(dǎo)體公司推出的一種改進(jìn)型智能溫度傳感器l2v，測(cè)溫范圍為55~125℃，℃。物理學(xué)告訴我們，超聲波在空氣中的傳播速度為：V=+*T，由此可見，超聲波的速度和溫度密切關(guān)系，即溫度每增加1176。C，本次我們考慮溫度補(bǔ)償，以使我們的設(shè)計(jì)更加精確，溫度的采集通常使用DS18B20一線式數(shù)字溫度傳感器，電路非常簡(jiǎn)潔，具體電路圖如下圖所示。DS18B20是美國(guó)DALLS公司推出的DS1820的替代產(chǎn)品，具有112位的轉(zhuǎn)換精度，未編程時(shí)默認(rèn)的精度是12位，176。C，176。C，溫度輸出以16位符號(hào)擴(kuò)展的二進(jìn)制數(shù)形式提供，低位在先，176。C/LSB形式表達(dá)。其中高五位為擴(kuò)展符號(hào)位。轉(zhuǎn)換周期與轉(zhuǎn)換精度有關(guān)，9位轉(zhuǎn)換精度時(shí)， ms，12位轉(zhuǎn)換精度時(shí)，最大轉(zhuǎn)換時(shí)間為750ms。DS18B20引腳判斷方法是：字面朝人，從左到右依次是1 （GND）、2（輸入/輸出）、3（VDD）。圖中的R13為上拉電阻，阻值選5K左右。 圖 311 一線式數(shù)字溫度傳感器 LED數(shù)碼管顯示電路顯示電路采用簡(jiǎn)單實(shí)用的4位共陽(yáng)LED數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示，段碼用PNP三極管驅(qū)動(dòng)。對(duì)于動(dòng)態(tài)顯示，一般將所有位的段選線的同名端聯(lián)在一起，由一個(gè)8位刀O口控制，形成段選線的多位復(fù)用。而各位的公共陽(yáng)極或公共陰極則分別由相應(yīng)的UO口線控制，實(shí)現(xiàn)各位形成段的分時(shí)選通，即同一時(shí)刻只有被選通位才能顯示相應(yīng)的字符，而其他所有位都是熄滅的。由于人眼有視覺(jué)暫留現(xiàn)象，只要每位顯示間隔足夠短，則會(huì)造成多位同時(shí)點(diǎn)亮的假象。這就需要單片機(jī)不斷地對(duì)顯示進(jìn)行控制，犧牲單片機(jī)的CPU時(shí)間來(lái)?yè)Q取元件的減少以及顯示功耗的降低。 超聲測(cè)距系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn)單片機(jī)和其開發(fā)應(yīng)用系統(tǒng)具有語(yǔ)言簡(jiǎn)潔、可移植性好、表達(dá)能力強(qiáng)、表達(dá)方式靈活、可進(jìn)行結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)、可以直接控制計(jì)算機(jī)硬件、生成代碼質(zhì)量高、使用方便等優(yōu)點(diǎn)。本超聲測(cè)距系統(tǒng)就是用八T89551單片機(jī)開發(fā)設(shè)計(jì)的。它采用模塊化設(shè)計(jì)，由主程序、超聲波發(fā)生子程序、超聲波接收中斷程序、測(cè)溫子程序及顯示子程序組成[21]。LED(LightEmitting Diode，發(fā)光二極管)有七段和八段之分，也有共陰和共陽(yáng)兩種。LED數(shù)碼管結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜。圖17示出了八段LED數(shù)碼顯示管的結(jié)構(gòu)和原理圖。圖312(a)為八段共陰數(shù)碼顯示管結(jié)構(gòu)圖，圖312(b)是它的原理圖，圖312(c)為八段共陽(yáng)LED顯示管原理圖。八段LED顯示管由八只發(fā)光二極管組成，編號(hào)是a、b、c、d、e、f、g和SP，分別與同名管腳相連。七段LED顯示管比八段LED少一只發(fā)光二極管SP，其他與八段相同。圖 312 八段LED數(shù)碼顯示管原理和結(jié)構(gòu)單片機(jī)對(duì)LED管的顯示可以分為靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩種。靜態(tài)顯示的特點(diǎn)是各LED管能穩(wěn)定地同時(shí)顯示各自字形；動(dòng)態(tài)顯示是指各LED輪流地一遍一遍顯示各自字符，人們由于視覺(jué)器官惰性，從而看到的是各LED似乎在同時(shí)顯示不同字形。為了減少硬件開銷，提高系統(tǒng)可靠性并降低成本，單片機(jī)控制系統(tǒng)通常采用動(dòng)態(tài)掃描顯示。但是由于本系統(tǒng)所用的單片機(jī)引腳少，剩余引腳很多，而且也只需顯示三位字符，所以，采用了靜態(tài)的顯示方式，且采用了軟件譯碼，這樣單片機(jī)引腳輸出可直接接到LED顯示管上。這樣省去了外部復(fù)雜的譯碼電路。第4章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)程序的結(jié)構(gòu)本系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)，由主程序、發(fā)射子程序、接收子程序、定時(shí)子程序、顯示子程序等模塊組成。該系統(tǒng)的主程序處于鍵控循環(huán)工作方式，當(dāng)按下測(cè)量鍵時(shí)，主程序開始調(diào)用發(fā)射子程序、查詢接收子程序、定時(shí)子程序，并把測(cè)量結(jié)果用顯示子程序在數(shù)碼顯示器上顯示出來(lái)。 (1)DS18B20溫度傳感器接口模塊，分為初始化程序、寫入命令以及讀取子程序等部分；(2)基于LED數(shù)碼管的顯示模塊，分為數(shù)碼管段選和位選。(3)溫度補(bǔ)償與距離計(jì)算模塊、分為超聲波發(fā)送控制程序、接收處理程序、溫度補(bǔ)償子程序等； (4)本次設(shè)計(jì)使用C語(yǔ)言編寫程序，C語(yǔ)言相比匯編有許多的優(yōu)勢(shì)；編譯器使用Keil進(jìn)行程序編譯，Keil功能強(qiáng)大使用方便。主程序，分為系統(tǒng)初始化、按鍵處理以及各個(gè)子程序的調(diào)度管理等部分。如下圖所示描述了各個(gè)模塊的關(guān)系：開 始N初始化定時(shí)器模塊，液晶模塊，超聲波模塊啟動(dòng)超聲波高電平計(jì)數(shù) NYN 開定時(shí)器低電平計(jì)數(shù) 計(jì)數(shù)計(jì)數(shù)計(jì)數(shù)Y定時(shí)中斷NY Y關(guān)定時(shí)器液晶顯示超出范圍顯示距離結(jié)束圖 41 流程圖 系統(tǒng)主程序主程序首先是對(duì)系統(tǒng)環(huán)境初始化，設(shè)置定時(shí)器T0工作模式為16位定時(shí)計(jì)數(shù)器模式，置位總中斷允許位EA并給顯示端口PO和PZ清O。然后調(diào)用超聲波發(fā)生子程序控制發(fā)射電路送出一組超聲波脈沖，發(fā)射后等待1ms打開外部中斷刀呵TO。當(dāng)主程序檢測(cè)到接收成功的標(biāo)志位后，將計(jì)數(shù)器TO中的數(shù)與溫度補(bǔ)償后的聲速按距離計(jì)算公式，即可得被測(cè)物體與測(cè)距器之間的距離。測(cè)出距離后結(jié)果將以十進(jìn)制BCD碼方式送往LED顯示，然后再發(fā)超聲波脈沖重復(fù)測(cè)量過(guò)程。等待1ms的原因是，超聲波發(fā)射探頭發(fā)射的超聲波一般都會(huì)存在余波干擾，有部分聲波會(huì)直接傳到接收探頭，經(jīng)接收電路放大后，系統(tǒng)就會(huì)把它誤認(rèn)為是檢測(cè)的回波信號(hào)，發(fā)射后等待1ms可以避免檢測(cè)到余波信號(hào)，當(dāng)然這也會(huì)導(dǎo)致測(cè)量盲區(qū)的存在。本設(shè)計(jì)主程序的思想如下： (1)溫度為兩位顯示，距離為四位顯示單位為mm； (2)溫度每隔900ms采樣一次，DS18B20在12位精度下轉(zhuǎn)換周期為750ms ,故900ms滿足該速度要求；超聲波每隔60ms發(fā)送一次。 (3)系統(tǒng)采用AT89S51的內(nèi)時(shí)鐘：12MHz； (4)超聲波發(fā)送一定時(shí)間后才開始啟動(dòng)檢測(cè)，避免直達(dá)信號(hào)造成誤判。所以系統(tǒng)最小測(cè)量約為1CM； 系統(tǒng)主程序如下：void main( void ) { TMOD=0x11。 //設(shè)T0為方式1，GATE=1； TH0=0。 TL0=0。 TH1