【文章內(nèi)容簡介】 2 硬件介紹 3．2．1 CPU AT89C51是美國ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓、高性能的CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含4K bytes的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲（PEROM）和128bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM） ，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS—51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用 8位中央處理器（CPU）和Flash存儲單元。主要性能參數(shù)：中國石油大學(xué)勝利學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(論文)16? 與MCS—51產(chǎn)品指令系統(tǒng)兼容? 4K字節(jié)可重復(fù)擦寫Flash閃速存儲器? 1000次擦寫周期? 全靜態(tài)操作：0Hz—24MHz? 三級加密程序存儲器? 128?8字節(jié)內(nèi)部RAM? 32個可編程I/O口線? 2個16位定時/計數(shù)器? 6個中斷源? 可編程竄行UART? 低功耗空閑和掉電模式管腳說明： 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(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)部上拉電中國石油大學(xué)勝利學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(論文)17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中國石油大學(xué)勝利學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(論文)18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。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。如采用外部時鐘源驅(qū)動器件，XTAL2應(yīng)不接。有余輸入至內(nèi)部時鐘信號要通過一個二分頻觸發(fā)器，因此對外部時鐘信號的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。 3．2．2 A/D 轉(zhuǎn)換器選型ADC0809是一種8路模擬輸入逐次比較型 A/D轉(zhuǎn)換器，由于價格適中，與單片機(jī)的接口、軟件操作均比較簡單，目前在8位單片機(jī)系統(tǒng)中有著廣中國石油大學(xué)勝利學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(論文)19泛的使用。ADC0809由8路模擬開頭、地址鎖存與譯碼器、8位A/D轉(zhuǎn)換器和三態(tài)輸出鎖存緩沖器組成。 8路模擬開關(guān)與輸入通道的關(guān)系表同入通道IN0IN1IN2IN3IN4IN5IN6IN7A 0 1 0 1 0 1 O 1B 0 0 1 1 0 0 1 1C 0 0 0 0 1 1 1 1ADC0809芯片可以分時處理 8路模擬量輸入信號，使用模擬開關(guān)切換。在某一時刻，模擬開關(guān)只能與一路模擬量通道接通，對該通道進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。表1中C 、B 、A是三條通道的地址線。當(dāng)?shù)刂匪嫘盘朅LE為高電平時，C 、B 、 A 三條線上的數(shù)據(jù)送入 ADC0809內(nèi)部的地址鎖存器中，經(jīng)過譯碼器譯碼后選中某一通道。當(dāng)ALE=0 時，地址鎖存器處于鎖存狀態(tài)，模擬開關(guān)始終與剛才選中的輸入通道接通。選中通道的模擬量到達(dá)A/D轉(zhuǎn)換器時，A/D轉(zhuǎn)換器并未對其進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。只有當(dāng)轉(zhuǎn)換啟動信號端START出現(xiàn)下降沿并延遲 )218(uScTeo??后，才啟動芯片進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，START的上升沿復(fù)位ADC0809。ADC0809的A/D轉(zhuǎn)換過程是在時鐘信號的協(xié)調(diào)下進(jìn)行的，ADC0809的時鐘信號由CLOCK端送入，其最高頻率為640MHz，在這個最高頻率下ADC0809的A/D轉(zhuǎn)換時間為100uS左右。當(dāng) ADC0809用于AT89C51單片機(jī)系統(tǒng)時，若AT89C51采用6MHz的晶振，則ADC0809的時鐘信號可以由AT89C51的ALE 經(jīng)過一個二分頻電路獲取。這時ADC0809 的時鐘頻率為中國石油大學(xué)勝利學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(論文)20500KHz，A/D轉(zhuǎn)換時間為130uS。ADC0809 常用的時鐘電路如圖： Q012983CKA4BR67LS5EGNDO ADC0809常用的時鐘電路圖 A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束后，A/D轉(zhuǎn)換的結(jié)果(8位數(shù)字量 )送到三態(tài)鎖存輸出緩沖器，此時A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果還沒有現(xiàn)在DB0DB7八條數(shù)字量輸出線上，單片機(jī)不能獲取之。單片機(jī)要想讀到A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果，必須使ADC0809 的允許輸出控制端OE 為高電平，打開三態(tài)輸了鎖存器， A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果出現(xiàn)在DB0DB7上。 單片機(jī)讀取A／D轉(zhuǎn)換結(jié)果的方法有三種： (1)延遲法單片機(jī)啟動ADC0809后，延時130uS以上，可以讀到正確的A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果。 (2)查詢法 EOC必須接到AT89C51的一條I/O線上。單片機(jī)啟動ADC0809后，延遲10uS，檢測EOC，若EOC=0則A/D轉(zhuǎn)換沒有結(jié)束，繼續(xù)檢測EOC直到EOC=1 。當(dāng)EOC=1 時，A/D 轉(zhuǎn)換已經(jīng)結(jié)束，單片機(jī)讀取 A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果。 (3)中斷法 EOC必須經(jīng)過非門接到AT89C51的中斷請求輸入線INT0或INT1上， AT89C51的中斷觸發(fā)方式為下降沿觸發(fā)。單片機(jī)啟動A/D 轉(zhuǎn)換后中國石油大學(xué)勝利學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(論文)21可以做其它工作，當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束時，EOC由0—1經(jīng)過非門傳到INT端，AT89C51收到中斷請求信號，若AT89C51開著中斷，則進(jìn)入中斷服務(wù)程序，在中斷服務(wù)程序中單片機(jī)讀取A/D轉(zhuǎn)換的結(jié)果。 3．2．3 看門狗本系統(tǒng)采用 MAXIM 公司的低成本微處理器監(jiān)控芯片 MAX813L 構(gòu)成硬件狗 [7]，與 AT89C51 的接口電路如圖 3．3 所示。MR 與 WDO 經(jīng)過一個二極管連接起來，WDI 接單片機(jī)的 口，RESET 接單片機(jī)的復(fù)位輸入腳 RESET，MR 經(jīng)過一個復(fù)位按鈕接地。該監(jiān)控電路的主要功能如下：（1）系統(tǒng)正常上電復(fù)位：電源上電時，當(dāng)電源電壓超過復(fù)位門限電壓，RESET 端輸出 200ms 的復(fù)位信號，使系統(tǒng)復(fù)位。 （2）對+5V 電源進(jìn)行監(jiān)視：當(dāng)+5V 電源正常時，RESET 為低電平，單片機(jī)正常工作；當(dāng)+5V 電源電壓降至+ 以下時，RESET 輸出高電平，對單片機(jī)進(jìn)行復(fù)位。 （3）看門狗定時器被清零，WDO維持高電平；當(dāng)程序跑飛或死機(jī)時，“喂狗”信號，WDO跳變?yōu)榈碗娖?，由于MR端有一個內(nèi)部250mA的上拉電流，D導(dǎo)通MR獲得有效低電平，RESET端輸出復(fù)位脈沖，單片機(jī)復(fù)位，看門狗定時器清零，WDO又恢復(fù)成高電平。（4）手動復(fù)位：如果需要對系統(tǒng)進(jìn)行手動復(fù)位，只要按下手動復(fù)位按鈕，就能對系統(tǒng)進(jìn)行有效的復(fù)位。中國石油大學(xué)勝利學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(論文)22*BOM+ MAX813L與89c51接口圖 3．2．4 LCD 顯示 本次設(shè)計采用 1602 型 LCD 顯示，現(xiàn)在的字符型液晶模塊已經(jīng)是單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計中最常用的信息顯示器件了。1602 型 LCD 顯示模塊具有體積小，功耗低，顯示內(nèi)容豐富等特點。 1602 型 LCD 可以顯示 2 行 16 個字符，有 8 位數(shù)據(jù)總線 D0~D7 和RS，R/W ，EN 三個控制端口，工作電壓為 5V，并且具有字符對比度調(diào)節(jié)和背光功能。中國石油大學(xué)勝利學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(論文)231．外型尺寸：80X36X13 （LXWXH）2．接口信號說明1602 型 LCD 的接口信號說明如表 所示：表 1602 型 LCD 接口信號說明編號符號 引腳說明 編號 符號 引腳說明1 VSS 電源地 9 D2 Data I/O2 VDD 電源正極 10 D3 Data I/O3 VL 液晶顯示偏壓信號 11 D4 Data I/O4 RS 數(shù)據(jù)/命令選擇端（H/L）12 D5 Data I/O5 R/W 讀寫選擇端（H/L） 13 D6 Data I/O6 E 使能信號 14 D7 Data I/O7 D0 Data I/O 15 BLA 背光源正極8 D1 Data I/O 16 BLK 背光源負(fù)極3．主要技術(shù)參數(shù)表 1602 型 LCD 的主要技術(shù)參數(shù)顯示容量 16X2 個字符芯片工作電壓 ~工作電流 （）模塊最佳工作電壓 中國石油大學(xué)勝利學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(論文)24字符尺寸 (WXH)mm4．與 8051 接口電路M162 液晶顯示模塊可以和單片機(jī) AT89C51 直接接口，電路如圖3．4 所示。圖 AT89C51 與 DM162 接口電路3．3 模擬信號調(diào)理電路 3．3．1 互感器信號轉(zhuǎn)換及電流—電壓轉(zhuǎn)換電路 在此用到的是北京星格公是司研制的精密電壓互感器SPT204A和電流互感器SCT254AK。其特性分別如下：SPT204 實際上一款毫安級精密電流互感器，輸入額定電流為2mA,額定輸出電流為2mA。使用時需要將電壓信號變換成電流信號。圖中，R1是限流電阻，不論額定輸入電壓多大，調(diào)整R1的值，使額定輸入電流接近為2mA，就滿足使用條件。副邊電路是電流/電壓變換電路，當(dāng)需要電壓輸出時采用。調(diào)整圖中反饋電阻R和r的值可得到所需要的電壓輸出。電容中國石油大學(xué)勝利學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(論文)25C2是400 至1000pF 的小電容，用來濾波。電流互感器rR 1R運放C 2輸出 V 電壓互感器的I—U轉(zhuǎn)換 運算放大器視精度要求使用，使用性能較好的運算放大器較容易達(dá)到較高的精度和較好的穩(wěn)定性。此處選用的是BB公司的高精度運放OPA2277。它具有以下特點: 超低失調(diào)電壓: P?10 超低溫漂: V.? 超低失調(diào)電流: nA? 高開環(huán)增益:134dB 寬供電范圍: V18~2?OPA2277具有連續(xù)的供電范圍 V18~2?，這使它不像大多數(shù)的OP系列運放局限于固定的工作電壓。而且軌至軌的特性使其輸出電壓的范圍能跟隨電源工作范圍，這就能在保證輸出電壓的大小的前提下，盡可