【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(jī)引腳圖 單片機(jī)是美國 STC 公司最新推出的一種新型 51 內(nèi)核的單片機(jī)。片內(nèi)含有 Flash 程序存儲(chǔ)器、 SRAM、 UART、 SPI、 PWM 等模塊。 STC89C51 主要功能 和 性能參數(shù) （ 1）內(nèi)置標(biāo)準(zhǔn) 51 內(nèi)核，機(jī)器周期：增強(qiáng)型為 6 時(shí)鐘，普通型為 12 時(shí)鐘 。 （ 2）工作頻率范圍： 0~40MHZ，相當(dāng)于普通 8051 的 0~80MHZ。 （ 3） STC89C51RC 對(duì)應(yīng) Flash 空間： 4KB。 （ 4）內(nèi)部存儲(chǔ)器（ RAM)： 512B。 （ 5）定時(shí)器 \計(jì)數(shù)器： 3 個(gè) 16 位； （ 6）通用異步通信口（ UART） 1 個(gè)； （ 7）中斷源 :8 個(gè)； 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(gè)； （ 10）工作電壓： ~； （ 11）外形封裝： 40 腳 PDIP、 44 腳 PLCC 和 PQFP 等。 STC89C51 單片機(jī)引腳說明 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（ 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(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)。 I/O 口作為輸入口時(shí)有兩種工作方式，即所謂的讀端口與讀引腳。讀端口時(shí)實(shí)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(yùn)算或變換后再寫回到端口鎖存器。只有讀端口時(shí)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(gè)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(hào)以完成不同的操作。這是由硬件自動(dòng)完成的，不需要我們操心， 1 然后再實(shí)行讀引腳操作，否則就可能讀入出錯(cuò)，為什么看上面的圖，如果不對(duì)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(hào)為 1，該場效應(yīng)管就導(dǎo)通對(duì)地呈現(xiàn)低阻抗，此時(shí)即使引腳上輸入的信號(hào)為 1，也會(huì)因端口的低阻抗而使信號(hào)變低使得外加的 1 信號(hào)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(hào)直接加到三態(tài)緩沖器中實(shí)現(xiàn)正確的讀入，由于在 輸入操作時(shí)還必須附加一個(gè)準(zhǔn)備動(dòng)作，所以這類I/O口被稱為準(zhǔn)雙向口。 89C51的 P0/P1/P2/P3口作為輸入時(shí)都是準(zhǔn)雙向口。 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 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(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：來自反向振蕩器的輸出。 STC89C51 單片機(jī)最小系統(tǒng) 最小系統(tǒng)包括單片機(jī)及其所需的必要的電源、時(shí)鐘、復(fù)位等部件，能使單片機(jī)始終處于正常的運(yùn)行狀態(tài)。電源、時(shí)鐘等電路是使單片機(jī)能運(yùn)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(duì)其進(jìn)行存儲(chǔ)器擴(kuò)展、 A/D 擴(kuò)展等，使單片機(jī)完成較復(fù)雜的功能。 STC89C51 是片內(nèi)有 ROM/EPROM 的單片機(jī)，因此，這種芯片構(gòu)成的最小系統(tǒng)簡單﹑可靠。用 STC89C52 單片機(jī)構(gòu)成最小應(yīng)用系統(tǒng)時(shí)，只要將單片機(jī)接上時(shí)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(jī)最小系統(tǒng)原理框圖 1. 時(shí)鐘電路 STC89C51單片機(jī)的時(shí)鐘信號(hào)通常有兩種方式產(chǎn)生：一是內(nèi)部時(shí)鐘方式，二是外部時(shí)鐘方式。內(nèi)部時(shí)鐘方式如圖 24 所示。在 STC89C51 單片機(jī)內(nèi)部有一振蕩電路，只要在單片機(jī)的 XTAL1(18)和 XTAL2(19)引腳外接石英晶體時(shí)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(jī)內(nèi)部產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖信號(hào)。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(shí)鐘電路 2. 復(fù)位電路 當(dāng)在 STC89C51 單片機(jī)的 RST 引腳引入高電平并保持 2 個(gè)機(jī)器周期時(shí)，單片機(jī)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(jī)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(dòng)復(fù)位和按鈕復(fù) 位兩種方式。 最簡單的上電自動(dòng)復(fù)位電路中上電自動(dòng)復(fù)位是通過外部復(fù)位電路的電容充放電來實(shí)現(xiàn)的。只要 Vcc 的上升時(shí)間不超過 1ms,就可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)上電復(fù)位。 除了上電復(fù)位外，有時(shí)還需要按鍵手動(dòng)復(fù)位。本設(shè)計(jì)就是用的按鍵手動(dòng)復(fù)位。按鍵手動(dòng)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(shí)現(xiàn)的。按鍵手動(dòng)復(fù)位電路見圖 25。時(shí)鐘頻率用 時(shí) 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(shí)時(shí)監(jiān) 測與控制，要求單片機(jī)能及時(shí)地響應(yīng)中斷請(qǐng)求源提出的服務(wù)請(qǐng)求，并作出快速響應(yīng)、及時(shí)處理。這是由片內(nèi)的中斷系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)中斷請(qǐng)求源發(fā)出中斷請(qǐng)求時(shí)，如果中斷請(qǐng)求被允許，單片機(jī)暫時(shí)中止當(dāng)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(qǐng)求。中斷服務(wù)處理程序處理完中斷服務(wù)請(qǐng)求后，再回到原來被中止的程序之處（斷點(diǎn)），繼續(xù)執(zhí)行被中斷的主程序。 圖 36 為整個(gè)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(jī)沒有中斷系統(tǒng)，單片機(jī)的大量時(shí)間可能會(huì)浪費(fèi)在查詢是否有服務(wù)請(qǐng)求發(fā)生的定時(shí)查詢操作上。采 用中斷技術(shù)完全消除了單片機(jī)在查詢方式中的等待現(xiàn)象，大大地提高了單片機(jī)的工作效率和實(shí)時(shí)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(xiàng)專有技術(shù) ,它采用單根信號(hào)線 ,既傳輸時(shí)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(kuò)展和維護(hù)等諸多優(yōu)點(diǎn)。 DS18B20 的特點(diǎn)及內(nèi)部構(gòu)造 特點(diǎn)如下： （ 1） 采用獨(dú)特的單總線接口方式，即只有一根信號(hào) 線與控制器相連， 15 實(shí)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(hào)，以單總線串行傳送給控制器，同時(shí)可傳送 CRC 校驗(yàn)碼，具有極強(qiáng)的抗干擾糾錯(cuò)能力； （ 3） 支持多點(diǎn)組網(wǎng)功能，多個(gè) DS18B20 可以并聯(lián)在唯一的三根線上，實(shí)現(xiàn)組網(wǎng)多點(diǎn)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(shí)測量精度為 177?！?； （ 5） 通過編程可實(shí)現(xiàn) 9~12 位的數(shù)字值讀數(shù)方式，對(duì)應(yīng)的可分辨溫度分別為 ℃ ， ℃ ， ℃ ， ℃ ，實(shí)現(xiàn)高精度測溫 ； （ 6） 負(fù)壓特性。電源極性接反時(shí)，芯片不會(huì)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(chǔ)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(shí) ,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(chǔ)與控制邏輯、用于存儲(chǔ)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(yàn)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(hào)；接著是每個(gè)器件唯一的序號(hào)，共 48 位；最后 8 位是前面 56 位的 CRC 檢驗(yàn)碼，這也是多個(gè) DS18B20 可采用單線進(jìn)行通信的原因。非易失性溫度報(bào) 警觸發(fā)器 TH、 TL，可以通過編程寫入用戶報(bào)警上下線數(shù)據(jù)。 LSB MSB LSB 按鍵輸入電路 LSB MSB 48 位序列號(hào) 8 位工廠代碼（ 10H） 8 位檢驗(yàn)CRC 圖 310 64 位 ROM 示意圖 17 DS18B20 溫度傳感器的內(nèi)部存儲(chǔ)器還包括一個(gè)高速暫存 RAM 和一個(gè)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(chǔ)器，結(jié)構(gòu)如圖 212 所示。前兩個(gè)字節(jié)包括測得溫度的信息。