【文章內(nèi)容簡介】 31P 0 732P 0 633P 0 534P 0 435P 0 336P 0 237P 0 138P 0 039V C C40P 1 01P 1 12P 1 23P 1 34P 1 45P 1 56P 1 67P 1 78U4 8 9 C 5 1 圖 32 STC89C51 單片機引腳圖 單片機是美國 STC 公司最新推出的一種新型 51 內(nèi)核的單片機。片內(nèi)含有 Flash 程序存儲器、 SRAM、 UART、 SPI、 PWM 等模塊。 STC89C51 主要功能 和 性能參數(shù) （ 1）內(nèi)置標準 51 內(nèi)核，機器周期：增強型為 6 時鐘，普通型為 12 時鐘 。 （ 2）工作頻率范圍： 0~40MHZ，相當于普通 8051 的 0~80MHZ。 （ 3） STC89C51RC 對應(yīng) Flash 空間： 4KB。 （ 4）內(nèi)部存儲器（ RAM)： 512B。 （ 5）定時器 \計數(shù)器： 3 個 16 位； （ 6）通用異步通信口（ UART） 1 個； （ 7）中斷源 :8 個； 10 （ 8）有 ISP(在系統(tǒng)可編程） \IAP(在應(yīng)用可編程 ),無需專用編程器 \仿真器； （ 9）通用 I\O 口： 32\36 個； （ 10）工作電壓： ~； （ 11）外形封裝： 40 腳 PDIP、 44 腳 PLCC 和 PQFP 等。 STC89C51 單片機引腳說明 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 P1 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(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，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 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。 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(nèi)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(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 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。 11 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。 I/O 口作為輸入口時有兩種工作方式，即所謂的讀端口與讀引腳。讀端口時實際上并不從外部讀入數(shù)據(jù)，而是把端口鎖存器的內(nèi)容讀入到內(nèi)部總線，經(jīng)過某種運算或變換后再寫回到端口鎖存器。只有讀端口時才真正地把外部的數(shù)據(jù)讀入到內(nèi)部總線 。上面圖中的兩個三角形表示的就是輸入緩沖器 CPU 將根據(jù)不同的指令分別發(fā)出讀端口或讀引腳信號以完成不同的操作。這是由硬件自動完成的，不需要我們操心， 1 然后再實行讀引腳操作，否則就可能讀入出錯，為什么看上面的圖，如果不對端口置 1 端口鎖存器原來的狀態(tài)有可能為 0Q 端為 0Q^為 1 加到場效應(yīng)管柵極的信號為 1，該場效應(yīng)管就導(dǎo)通對地呈現(xiàn)低阻抗，此時即使引腳上輸入的信號為 1，也會因端口的低阻抗而使信號變低使得外加的 1 信號讀入后不一定是 1。若先執(zhí)行置 1 操作，則可以使場效應(yīng)管截止引腳信號直接加到三態(tài)緩沖器中實現(xiàn)正確的讀入，由于在 輸入操作時還必須附加一個準備動作，所以這類I/O口被稱為準雙向口。 89C51的 P0/P1/P2/P3口作為輸入時都是準雙向口。 RST：復(fù)位輸入。當振蕩器復(fù)位器件時，要保持 RST 腳兩個機器周期的高電平時間。 ALE/PROG：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 12 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)。 /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(nèi)部程序存儲器。注意加密方式 1 時， /EA將內(nèi)部鎖 定為 RESET；當 /EA 端保持高電平時，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)部時鐘工作電路的輸入。 XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。 STC89C51 單片機最小系統(tǒng) 最小系統(tǒng)包括單片機及其所需的必要的電源、時鐘、復(fù)位等部件，能使單片機始終處于正常的運行狀態(tài)。電源、時鐘等電路是使單片機能運行的必備條件，可以將最小系統(tǒng)作為應(yīng)用系統(tǒng)的核心部分，通過對其進行存儲器擴展、 A/D 擴展等，使單片機完成較復(fù)雜的功能。 STC89C51 是片內(nèi)有 ROM/EPROM 的單片機，因此，這種芯片構(gòu)成的最小系統(tǒng)簡單﹑可靠。用 STC89C52 單片機構(gòu)成最小應(yīng)用系統(tǒng)時，只要將單片機接上時鐘電路和復(fù)位電路即可，結(jié)構(gòu)如圖 23 所示，由于集成度的限制，最小應(yīng)用系統(tǒng)只能用作一些小型的控制單元。 圖 33 單片機最小系統(tǒng)原理框圖 1. 時鐘電路 STC89C51單片機的時鐘信號通常有兩種方式產(chǎn)生：一是內(nèi)部時鐘方式，二是外部時鐘方式。內(nèi)部時鐘方式如圖 24 所示。在 STC89C51 單片機內(nèi)部有一振蕩電路，只要在單片機的 XTAL1(18)和 XTAL2(19)引腳外接石英晶體時鐘電路 復(fù)位電路 STC89C51 I/0 口 13 (簡稱晶振 )，就構(gòu)成了自激振蕩器并在單片機內(nèi)部產(chǎn)生時鐘脈沖信號。圖中電容 C1 和 C2 的作用是穩(wěn)定頻率和快速起振，電容值在 5~30pF，典型值為 30pF。晶振 CYS 的振蕩頻率范圍在 ~12MHz 間選擇，典型值為 12MHz和 6MHz。 12晶振 11 2 MC23 0 PC33 0 P 圖 34 STC89C51 內(nèi)部時鐘電路 2. 復(fù)位電路 當在 STC89C51 單片機的 RST 引腳引入高電平并保持 2 個機器周期時，單片機內(nèi)部就執(zhí)行復(fù)位操作 (若該引腳持續(xù)保持高電平，單片機就處于循環(huán)復(fù)位狀態(tài) )。 復(fù)位電路通常采用上電自動復(fù)位和按鈕復(fù) 位兩種方式。 最簡單的上電自動復(fù)位電路中上電自動復(fù)位是通過外部復(fù)位電路的電容充放電來實現(xiàn)的。只要 Vcc 的上升時間不超過 1ms,就可以實現(xiàn)自動上電復(fù)位。 除了上電復(fù)位外，有時還需要按鍵手動復(fù)位。本設(shè)計就是用的按鍵手動復(fù)位。按鍵手動復(fù)位有電平方式和脈沖方式兩種。其中電平復(fù)位是通過RST(9)端與電源 Vcc 接通而實現(xiàn)的。按鍵手動復(fù)位電路見圖 25。時鐘頻率用 時 C 取 10uF,R 取 10kΩ。 C110U FV C CR110k 14 圖 35 STC89C51 復(fù)位電路 STC89C51 中斷技術(shù)概述 中斷技術(shù)主要用于實時監(jiān) 測與控制，要求單片機能及時地響應(yīng)中斷請求源提出的服務(wù)請求，并作出快速響應(yīng)、及時處理。這是由片內(nèi)的中斷系統(tǒng)來實現(xiàn)的。當中斷請求源發(fā)出中斷請求時，如果中斷請求被允許，單片機暫時中止當前正在執(zhí)行的主程序，轉(zhuǎn)到中斷服務(wù)處理程序處理中斷服務(wù)請求。中斷服務(wù)處理程序處理完中斷服務(wù)請求后，再回到原來被中止的程序之處（斷點），繼續(xù)執(zhí)行被中斷的主程序。 圖 36 為整個中斷響應(yīng)和處理過程。 圖 36 中斷響應(yīng)和處理過程 如果單片機沒有中斷系統(tǒng)，單片機的大量時間可能會浪費在查詢是否有服務(wù)請求發(fā)生的定時查詢操作上。采 用中斷技術(shù)完全消除了單片機在查詢方式中的等待現(xiàn)象，大大地提高了單片機的工作效率和實時性。 DS18B20 溫度采集電路 DS18B20 是美國 DALLAS 半導(dǎo)體器件公司推出的單總線數(shù)字化智能集成溫度傳感器。單總線 (1Wire)是 DALLAS 公司的一項專有技術(shù) ,它采用單根信號線 ,既傳輸時鐘又傳輸數(shù)據(jù) ,而且數(shù)據(jù)傳輸是雙向的 ,具有節(jié)省 I/O口線資源、結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、便于總線擴展和維護等諸多優(yōu)點。 DS18B20 的特點及內(nèi)部構(gòu)造 特點如下： （ 1） 采用獨特的單總線接口方式，即只有一根信號 線與控制器相連， 15 實現(xiàn)數(shù)據(jù)的雙向通信，不需要外部元件； （ 2） 測量結(jié)果直接輸出數(shù)字溫度信號，以單總線串行傳送給控制器，同時可傳送 CRC 校驗碼，具有極強的抗干擾糾錯能力； （ 3） 支持多點組網(wǎng)功能，多個 DS18B20 可以并聯(lián)在唯一的三根線上，實現(xiàn)組網(wǎng)多點測量； （ 4） 適應(yīng)電壓范圍寬 ， 不需要備份電源、可用數(shù)據(jù)線供電，溫度測量范圍為 55℃ ~125℃ ， 10℃ ~85℃ 時測量精度為 177?！?； （ 5） 通過編程可實現(xiàn) 9~12 位的數(shù)字值讀數(shù)方式，對應(yīng)的可分辨溫度分別為 ℃ ， ℃ ， ℃ ， ℃ ，實現(xiàn)高精度測溫 ； （ 6） 負壓特性。電源極性接反時，芯片不會因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作。 封裝圖及內(nèi)部構(gòu)造，如下圖 37 和 38 所示 圖 37 DS18B20 外部結(jié)構(gòu)框圖 DDVC PPDQ結(jié)構(gòu)寄存器發(fā)生器8 位C RC下限寄存器TL上限寄存器TH溫度傳感器及單供電方式檢測接口總線內(nèi)部V DD光刻 R OM6 4位暫器存存寄存儲及控制邏輯高速圖 38 DS18B20 內(nèi)部結(jié)構(gòu) 框圖 16 引腳功能介紹 NC:空引腳 ,懸空不使用 。 VDD:可選電源腳 ,電源電壓范圍 3~。工作于寄生電源時 ,此引腳應(yīng)接地 。 I/O:數(shù)據(jù)輸入 /輸出腳 ,漏極開路 ,常態(tài)下高電平。 DS18B20 采用 3 腳 TO92 封裝或 8 腳 SOIC 及 CSP 封裝方式。圖 28所示為 DS18B20 的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 框圖，它主要包括寄生電源、溫度傳感器、 64位光刻 ROM 及單總線接口、存放中間數(shù)據(jù)的高速暫存器（內(nèi)含便箋式RAM）、存儲與控制邏輯、用于存儲用戶設(shè)定的溫度上下限值的 TH 和 TL觸發(fā)器、結(jié)構(gòu)寄存器、 8 位循環(huán)冗余校驗碼（ CRC）發(fā)生器等八部分。 圖 39 DS18B20 的封裝 DS18B20 的工作原理 64 位 ROM 的結(jié)構(gòu)如圖 310 所示，開始 8 位是產(chǎn)品類型的編號；接著是每個器件唯一的序號，共 48 位；最后 8 位是前面 56 位的 CRC 檢驗碼，這也是多個 DS18B20 可采用單線進行通信的原因。非易失性溫度報 警觸發(fā)器 TH、 TL，可以通過編程寫入用戶報警上下線數(shù)據(jù)。 LSB MSB LSB 按鍵輸入電路 LSB MSB 48 位序列號 8 位工廠代碼（ 10H） 8 位檢驗CRC 圖 310 64 位 ROM 示意圖 17 DS18B20 溫度傳感器的內(nèi)部存儲器還包括一個高速暫存 RAM 和一個非易失性的可電擦除的 EEPROM。 高速暫存 RAM 的結(jié)構(gòu)位 9 字節(jié)的存儲器，結(jié)構(gòu)如圖 212 所示。前兩個字節(jié)包括測得溫度的信息。