【文章內(nèi)容簡介】 2X2/54X2/58X2 分別包含128 字節(jié)和256 字節(jié)RAM 32條I/O 口線3 個16位定時/計數(shù)器 6 輸入4優(yōu)先級嵌套中斷結構1 個串行I/O 口可用于多機通信I/O 擴展或全雙工UART以及片內(nèi)振蕩器和時鐘電路。此外，由于器件采用了靜態(tài)設計，可提供很寬的操作頻率范圍，頻率可降至0 ?？蓪崿F(xiàn)兩個由軟件選擇的節(jié)電模式，空閑模式和掉電模式，空閑模式凍結CPU但RAM定時器，串口和中斷系統(tǒng)仍然工作掉電模式保存RAM的內(nèi)容 但是凍結振蕩器 導致所有其它的片內(nèi)功能停止工作。由于設計是靜態(tài)的時鐘可停止而不會丟失用戶數(shù)據(jù) 運行可從時鐘停止處恢復。圖37 ADC0832時序圖 89c51的基本結構89C51的微處理器（CPU） 運算器累加器ACC ；寄存器B ；程序狀態(tài)字寄存器PSW。控制器程序計數(shù)器PC ；指令寄存器IR ；定時與控制邏輯。89C51的片內(nèi)存儲器內(nèi)部ROM容量4K字節(jié)內(nèi)部RAM容量128字節(jié)89C51的I/O口及功能單元四個8位的并行口，即P0~P3。它們均為雙向口，既可作為輸入，又可作為輸出。每個口各有8條I/O線。 有一個全雙工的串行口（）；有2個16位的定時/計數(shù)器 ；有1套完善的中斷系統(tǒng)。89C51的特殊功能寄存器（SFR）低功耗的閑置和掉電模式片內(nèi)振蕩器和時鐘電路圖38 89c51結構圖 89c51的引腳圖圖39 89C51引腳圖89C51的制作工藝為CMOS，采用40管腳雙列直插DIP封裝，引腳說明如下：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。 P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示： 口管腳 備選功能 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。 RST：復位輸入。當振蕩器復位器件時，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。 89c51的存儲器配置圖310 89C51存儲器配置程序存儲器與ROM密切相關的兩個引腳地址鎖存允許信號端外部程序存儲器允許輸出信號端當ROM容量不夠時,盡量選擇高容量存儲器空間的單片機,如89C52,89C54,89C58等,應避免外擴程序存儲器,因為會增加硬件負擔.通過16位PC尋址,最大可尋址64kB地址空間數(shù)據(jù)存儲器數(shù)據(jù)存儲器用于存放運算中間的結果、數(shù)據(jù)暫存、緩沖、標志位、待測程序等功能。片內(nèi)的128B的RAM地址為00H～7FH，供用戶做RAM用，但是在這中間的前32單元，00H～1FH即引用地址尋址做用戶RAM用，常常做工作寄存器區(qū)，分做四組，每組由8個單元組成通用寄存器R0～R7，任何時候都由其中一組作為當前工作寄存器，通過RS0，RS1的內(nèi)容來決定選擇哪一個工作寄存器。低128字節(jié)中的20H～2FH共16字節(jié)可用位尋址方式訪問各位，共128個位地址，30H～7FH共80個單元為用戶RAM區(qū)，作堆?；驍?shù)據(jù)緩沖用，片內(nèi)RAM不夠用時，須擴展片外數(shù)據(jù)存儲器。此時單片機通過P2口和P0口選出6位地址，使用ALE作低8位的鎖存信號，再由P0口寫入或讀出數(shù)據(jù)。寫時用，讀時用做外部數(shù)據(jù)存儲器的選通信號特殊功能寄存器SFR表33 特殊功能寄存器SFR的位置 89C51的工作模式有四種工作模式：模式0，模式1，模式2，模式3模式0：選擇定時器的高8位和低5位組成一個13位定時器/計數(shù)器。TL低5位溢出時向TH進位，TH溢出時向中斷標志位TF進位，并申請中斷。定時時間t=(213初值)振蕩周期12；計數(shù)長度位213=8192個外部脈沖模式1：與模式0的唯一差別是寄存器TH和TL以全部16位參與操作。定時時間t=(216初值)振蕩周期12；計數(shù)長度位216=65536個外部脈沖模式2：把TL0和TL1配置成一個自動重裝載的8位定時器/計數(shù)器。TL用作8位計數(shù)器，TH用以保存初值。TL計數(shù)溢出時不僅使TF0置1，而且還自動將TH中的內(nèi)容重新裝載到TL中。定時時間t=(28初值)振蕩周期12；計數(shù)長度位28=256個外部脈沖模式3：對T0和T1不大相同若設T0位模式3，TL0和TH0被分為兩個相互獨立的8位計數(shù)器。TL0為8位計數(shù)器，功能與模式0和模式1相同，可定時可計數(shù)。TH0僅用作簡單的內(nèi)部定時功能，它占用了定時器T1的控制位TR1和中斷標志位TF1，啟動和關閉僅受TR1控制。定時器T1無工作模式3，但T0在工作模式3時T1仍可設置為0~2。 89c51的系統(tǒng)時鐘的設計時鐘電路是用來產(chǎn)生89c51單片機工作時所必須的時鐘信號，89c51本身就是一個復雜的同步時序電路，為保證工作方式的實現(xiàn)，89c51在唯一的時鐘信號的控制下嚴格的按時序執(zhí)行指令進行工作 ，時鐘的頻率影響單片機的速度和穩(wěn)定性。通常時鐘由于兩種形式：內(nèi)部時鐘和外部時鐘。我們系統(tǒng)采用內(nèi)部時鐘方式來為系統(tǒng)提供時鐘信號。89c51內(nèi)部有一個用于構成振蕩器的高增益反向放大器，該放大器的輸入輸出引腳為XTAL1和XTAL2，它們跨接在晶體振蕩器和用于微調(diào)的電容，便構成了一個自激勵振蕩器電路中的CC2的選擇在30PF左右，但電容太小會影響振蕩的頻率、穩(wěn)定性和快速性。～12MHZ之間，頻率越高單片機的速度就越快，但對存儲器速度要求就高。為了提高穩(wěn)定性我們采用溫度穩(wěn)定性好的NPO電容，采用的晶振頻率為12MHZ。圖311 系統(tǒng)時鐘 本章小結本章主要介紹了主要芯片的簡介，其中重點介紹了dht11溫濕度傳感器和89c51的元件結構及其各自的工作原理。4 硬件設計 顯示與報警的設計 顯示電路 該設計中我們采用顯示驅動接口芯片方式。即用MAX7219 LED顯示驅動芯片與單片機89c51和4位陰極數(shù)碼管組成顯示電路。MAX7219是Maxim公司推出的8位LED串行顯示驅動器，它采用3線串口傳送數(shù)據(jù)，占用資源少且硬件簡單，只需一個外部電阻即可方便地調(diào)節(jié)LED的亮度；可靈活地選擇顯示器的個數(shù)( 1～8個, 級聯(lián)可成倍增加)；可進行譯碼或不譯碼顯示；內(nèi)含硬件動態(tài)掃描控制，可設置低功耗停機方式。顯示電路的電路連接圖如圖41,圖42,圖43所示 圖41 max7219引腳連接圖 圖42 4led引腳連接圖圖43 89c51引腳連接圖 報警電路在微型計算機控制系統(tǒng)中，為了安全生產(chǎn)，對于一些重要的參數(shù)或系統(tǒng)部位，都設有緊急狀態(tài)報警系統(tǒng)，以便提醒操作人員注意，或采取緊急措施。其方法就是把計算機采集的數(shù)據(jù)或記過計算機進行數(shù)據(jù)處理、數(shù)字濾波，標度變換之后，與該參數(shù)上下限給定值進行比較，如果高于上限值（或低于下限值）則進行報警，否則就作為采樣的正常值，進行顯示和控制。本設計采用峰鳴音報警電路。峰鳴音報警接口電路的設計只需購買市售的壓電式蜂鳴器，然后通過MCS51的1根口線經(jīng)驅動器驅動蜂鳴音發(fā)聲。壓電式蜂鳴器約需10mA的驅動電流，可以使用TTL系列集成電路7406或7407低電平驅動，也可以用一個晶體三極管驅動。在圖中?！?”時，晶體管導通，壓電蜂鳴器兩端獲得約+5V電壓而鳴叫；“0”時，三極管截止，蜂鳴器停止發(fā)聲。圖44是一個簡單的使用三極管驅動的峰鳴音報警電路：圖44 三極管驅動的峰鳴音報警電路本設計是為在溫濕度測量中對溫濕度的上下限超出是的提示報警，但溫濕度過限時，本系統(tǒng)開始工作。 本章小結本章介紹了硬件系統(tǒng)的設計部分，包括顯示電路和報警電路兩部分。而下一章我將講解軟件設計部分。5 軟件設計溫濕度主程序的設計應考慮以下問題：（1）溫度顯示；（2）溫濕度采樣，數(shù)字濾波；（3）越限報警（5）溫度標度轉換。通常，符合上述功能的溫濕度監(jiān)測程序由主程序和T0中斷服務程序兩部分組成。這里所需要注意的是標度變換，下面簡單的介紹一下標度變換：標度變換的目的是要把實際采樣的二進制值轉換成BCD形式的溫度值，然后存放到顯示緩沖區(qū)34H3BH。對一般線性儀表來說，標度變換公式為：式中：A0為一次測量儀表的下限；Am為一次測量儀表的上限；AX為實際測量值；N0為儀表下限所對應的數(shù)字量；Nm為儀表上限所對應的數(shù)字量；NX為測量所得數(shù)字量。軟件部分除主程序外，還包含有中斷服務、測量、顯示、A/D 轉換等功能模塊。由于系統(tǒng)控制過程是由中斷服務程序實現(xiàn)的，本文給出了中斷服務程序流程圖（見圖42）,從中可以看到整個程序設計的思路和概貌。 主程序流程圖軟件設計的主程序流程圖如圖51所示。第一步，先設置堆棧，堆棧完后清標志，清除暫時存儲的數(shù)據(jù)，最后再清顯示的數(shù)字。第二步進行T0初始化，然后進行串行口初始化。第三步進行CPU開中斷。第四步進行掃描鍵盤之后進行溫濕度采樣。第五步顯示采集所得到的溫濕度數(shù)據(jù)。第六步循環(huán)進行溫濕度采樣，使得可以隔一段時間進行溫濕度數(shù)據(jù)顯示更新。圖51主程序流程圖 T0中斷流程圖軟件的中斷流程圖如圖52所示。第一步先從中斷服務程序入口進入，然后保護現(xiàn)場，送定時器初值，最后進行記時處理。第二步進行溫濕度采樣，接著將溫濕度值送顯示，通過指針取設定值，與已經(jīng)設定好的設定值進行比較，采用控制算法。第三步輸出溫、濕度控制量。圖52 中斷服務程序框圖 報警子程序流程圖報警子程序圖如圖53所示。圖53報警子流程圖 溫濕度采樣子程序流程圖溫濕度采樣子程序流程圖如圖54所示。 圖54溫濕度采集流程圖6 結論