【文章內(nèi)容簡介】 系列。該系列單片機(jī)是采用高性能的靜態(tài)89C51 設(shè)計 由先進(jìn)CMOS 工藝制造并帶有非易失性Flash 程序存儲器 全部支持12時鐘和6 時鐘操作 P89C51X2 和P89C52X2/54X2/58X2 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(jié)構(gòu)1 個串行I/O 口可用于多機(jī)通信I/O 擴(kuò)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(shè)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(jié)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(jié)振蕩器 導(dǎo)致所有其它的片內(nèi)功能停止工作。由于設(shè)計是靜態(tài)的時鐘可停止而不會丟失用戶數(shù)據(jù) 運(yùn)行可從時鐘停止處恢復(fù)。圖37 ADC0832時序圖 89c51的基本結(jié)構(gòu)89C51的微處理器（CPU） 運(yùn)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(jié)構(gòu)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(dāng)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(dāng)FIASH進(jìn)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(dāng)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(dāng)用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)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(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)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(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(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時，要保持RST腳兩個機(jī)器周期的高電平時間。 ALE/PROG：當(dāng)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(dāng)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(jī)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(dāng)/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(dāng)/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(guān)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(dāng)ROM容量不夠時,盡量選擇高容量存儲器空間的單片機(jī),如89C52,89C54,89C58等,應(yīng)避免外擴(kuò)程序存儲器,因為會增加硬件負(fù)擔(dān).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(yùn)算中間的結(jié)果、數(shù)據(jù)暫存、緩沖、標(biāo)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(dāng)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(kuò)展片外數(shù)據(jù)存儲器。此時單片機(jī)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(jìn)位，TH溢出時向中斷標(biāo)志位TF進(jìn)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(shè)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(biāo)志位TF1，啟動和關(guān)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(shè)置為0~2。 89c51的系統(tǒng)時鐘的設(shè)計時鐘電路是用來產(chǎn)生89c51單片機(jī)工作時所必須的時鐘信號，89c51本身就是一個復(fù)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(yán)格的按時序執(zhí)行指令進(jìn)行工作 ，時鐘的頻率影響單片機(jī)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(gòu)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(gòu)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?！?2MHZ之間，頻率越高單片機(jī)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(jié)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(jié)構(gòu)及其各自的工作原理。4 硬件設(shè)計 顯示與報警的設(shè)計 顯示電路 該設(shè)計中我們采用顯示驅(qū)動接口芯片方式。即用MAX7219 LED顯示驅(qū)動芯片與單片機(jī)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(qū)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(jìn)行譯碼或不譯碼顯示；內(nèi)含硬件動態(tài)掃描控制，可設(shè)置低功耗停機(jī)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(jī)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(shè)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(jī)采集的數(shù)據(jù)或記過計算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、數(shù)字濾波，標(biāo)度變換之后，與該參數(shù)上下限給定值進(jìn)行比較，如果高于上限值（或低于下限值）則進(jìn)行報警，否則就作為采樣的正常值，進(jìn)行顯示和控制。本設(shè)計采用峰鳴音報警電路。峰鳴音報警接口電路的設(shè)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(qū)動器驅(qū)動蜂鳴音發(fā)聲。壓電式蜂鳴器約需10mA的驅(qū)動電流，可以使用TTL系列集成電路7406或7407低電平驅(qū)動，也可以用一個晶體三極管驅(qū)動。在圖中?！?”時，晶體管導(dǎo)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(qū)動的峰鳴音報警電路：圖44 三極管驅(qū)動的峰鳴音報警電路本設(shè)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(jié)本章介紹了硬件系統(tǒng)的設(shè)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(shè)計部分。5 軟件設(shè)計溫濕度主程序的設(shè)計應(yīng)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(biāo)度轉(zhuǎn)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(wù)程序兩部分組成。這里所需要注意的是標(biāo)度變換，下面簡單的介紹一下標(biāo)度變換：標(biāo)度變換的目的是要把實際采樣的二進(jìn)制值轉(zhuǎn)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(biāo)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(yīng)的數(shù)字量；Nm為儀表上限所對應(yīng)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(wù)、測量、顯示、A/D 轉(zhuǎn)換等功能模塊。由于系統(tǒng)控制過程是由中斷服務(wù)程序?qū)崿F(xiàn)的，本文給出了中斷服務(wù)程序流程圖（見圖42）,從中可以看到整個程序設(shè)計的思路和概貌。 主程序流程圖軟件設(shè)計的主程序流程圖如圖51所示。第一步，先設(shè)置堆棧，堆棧完后清標(biāo)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(jìn)行T0初始化，然后進(jìn)行串行口初始化。第三步進(jìn)行CPU開中斷。第四步進(jìn)行掃描鍵盤之后進(jìn)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(jìn)行溫濕度采樣，使得可以隔一段時間進(jìn)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(wù)程序入口進(jìn)入，然后保護(hù)現(xiàn)場，送定時器初值，最后進(jìn)行記時處理。第二步進(jìn)行溫濕度采樣，接著將溫濕度值送顯示，通過指針取設(shè)定值，與已經(jīng)設(shè)定好的設(shè)定值進(jìn)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(wù)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