【文章內(nèi)容簡介】 它最大特點 是片內(nèi)含有 Flash 存儲器，用途十分廣泛，特別是在生產(chǎn)便攜式商品，手提式儀器等方面， 有著十分廣泛的應用[2] ，AT89C51 外部引腳如圖 22 所示。 AT89C51 單片機內(nèi)部主要有以下部件：8031CPU、振蕩電路、總線控制部件、中斷控 制部件、片內(nèi) Flash 存儲器、片內(nèi) RAM、并行 I/O 接口、定時器和串行 I/O 接口。AT89C51 是 89 系列單片機的標準型，它是與 MSC51 系列單片機兼容的。在內(nèi)部含有 4KB 或 8KB 可重復編程的 Flash 存儲器，可進行 1000 次擦寫操作。全靜態(tài)工作為 024MHz，有 3 級程 序鎖存器，內(nèi)部含有 128256 字節(jié)的 RAM，有 32 條可編程 I/O 口線，23 個 16 位定時/計 數(shù)器，68 個中斷源，通用的串行接口，低電壓空閑及電源下降方式。 單片機內(nèi)部組成框圖如圖23所示。 9 哈爾濱學院本科畢業(yè)論文（設計） 外部定 時元件 系統(tǒng)時鐘 定時/計數(shù)器 復位 ROM 中斷 串行 I/O 口 并行 I/O 口 CPU 電源 RAM 圖23 AT89C51單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 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。 AT89C51 單片機內(nèi)部由 CPU、4KB 的 FPEROM ，128B 的 RAM，兩個 16 位的定時/ 計數(shù)器 T0 和 T1，4 個 8 位的 I/O 端 P0、PPP3 等組成。單片機內(nèi)部最核心的部分是 CPU。CPU 主要功能是產(chǎn)生各種控制信號，控制存儲器、輸入/輸出端口的數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù) 的算術(shù)運算、邏輯運算以及位操作處理等，CPU 按其功能可分為運算器和控制器兩部分。 控制器由程序計數(shù)器 PC、 指令儲存器、 指令譯碼器、 實時控制與條件轉(zhuǎn)移邏輯電路等組成。 它的功能是對來自存儲器中的指令進行譯碼，通過實時控制電路，在規(guī)定的時刻發(fā)出各種 操作所需的內(nèi)部和外部的控制信號，使各部分協(xié)調(diào)工作，完成指令所規(guī)定的操作。運算器 由算術(shù)邏輯器部件 ALU、累加器 ACC、暫存器、程序狀態(tài)字寄存器 PSW，BCD 碼運算調(diào) 整電路等組成[3]。 控制電路分析 本設計分為硬件設計和軟件設計，這兩者相互結(jié)合，不可分離。從時間上看，硬件設 計的絕大部分工作量是在最初階段，到后期往往還要做一些修改。只要技術(shù)準備充分，硬 件設計的大返工是比較少的，軟件設計的任務貫徹始終，到中后期基本上都是軟件設計任 務，隨著集成電路技術(shù)的飛速發(fā)展，各種功能很強的芯片不斷出現(xiàn)，使硬件電路的集成度 越來越高，硬件設計的工作量在整個項目中的所占的比重逐漸下降。但是硬件是每個產(chǎn)品 的基礎，只有硬件電路設計合理后才能進行之后的設計，所以遙控器的控制電路設計非常 重要。 紅外線遙控器控制電路分為以下幾個單元： (1)復位電路 (2)時鐘電路 10 哈爾濱學院本科畢業(yè)論文（設計） (3)紅外線接收模塊電路 (4)電源電路 (5)工作指示燈電路 (6)繼電器電路 (7)蜂鳴器電路 下面將分析控制電路的各個主要電路單元。 復位電路 單片機的復位都是靠外部電路來實現(xiàn)的。在時鐘電路工作后，只要在單片機的復位 (RST)腳上出現(xiàn) 24 個時鐘振蕩脈沖(也就是 2 個機器周期)以上的高電平，單片機便實現(xiàn)初 始化狀態(tài)復位。 由按鍵 S13 以及電解電容 C電阻 R5 構(gòu)成按鍵及上電復位電路。由于單片機是高電 平復位，所以當按鍵 S13 按下時候，單片機的 9 腳 RET 管腳處于高電平，此時單片機處于 復位狀態(tài)。當上電后，由于電容的緩慢充電，單片機的 9 腳電壓逐步由高向低轉(zhuǎn)化，經(jīng)過 一段時間后，單片機的 9 腳處于穩(wěn)定的低電平狀態(tài)，此時單片機上電復位完畢，系統(tǒng)程序 從 0000H 開始執(zhí)行。 使 CPU 進入初始狀態(tài)，從 0000H 地址開始執(zhí)行程序的過程叫系統(tǒng)復位。從實現(xiàn)系統(tǒng) 復位的方法來看， 系統(tǒng)復位可分為硬件復位和軟件復位。 硬件復位必須通過 CPU 外部的硬 件電路給 CPU 的 RESET 端加上足夠時間的高電位才能實現(xiàn)。上電復位，人工按鈕復位和 硬件看門狗復位均為硬件復位。硬件復位后，各專用寄存器的狀態(tài)均被初始化，且對片內(nèi) 通用寄存器的內(nèi)容沒有影響。但是，硬件復位還能自動清除中斷激活標志，使中斷系統(tǒng)能 夠正常工作，這樣一個事實卻容易為不少編碼人員所忽視。軟件復位就是用一系列指令來 模擬硬件復位功能，最后通過轉(zhuǎn)移指令使程序從 0000H 地址開始執(zhí)行。對各專用寄存器的 復位操作是容易的，也沒有必要完全模擬，可根據(jù)實際需要去主程序初始化過程中完成。 值得注意的是，在設計當中使用到了硬件復位和軟件復位兩種功能，由上面的硬件復 位后的各狀態(tài)可知寄存器及存儲器的值都恢復到了初始值，而前面的功能介紹中提到了倒 計時時間的記憶功能，該功能的實現(xiàn)的前提條件就是不能對單片機進行硬件復位，所以設 定了軟復位功能。軟復位實際上就是當程序執(zhí)行完畢之后，將程序指針通過一條跳轉(zhuǎn)指令 讓它跳轉(zhuǎn)到程序執(zhí)行的起始地址。 傳統(tǒng)的復位方法有阻容上電復位和按鍵電平復位，如圖 24 所示，本設計采用按鍵手 動復位電路，它們實際上利用 RC 充放電原理實現(xiàn)的復位電路，從外部給 RST 腳 2 個機器 周期以上的高電平。 在實際應用系統(tǒng)中，為了保證復位電路可靠地工作，常常將 RC 電路接斯密特電路后 再接入單片機的復位端和外圍電路復位端。這樣就特別適用于應用現(xiàn)場干擾大、電壓波動 大的工作環(huán)境，并且當系統(tǒng)有多個復位端時，也能夠保證可靠的同步復位[4]。 11 哈爾濱學院本科畢業(yè)論文（設計） VCC C3 10uF RST S1 SWPB R3 1K 圖24 復位電路 當 AT89C51 的 RST 引腳到高電平時，單片機就會復位。按下按紐 S13，將高電平接 到 RST 端，從而復位。復位后，單片機就從 0000H 地址開始執(zhí)行程序。P0～P3 四個并行 接口全為高電平，其他寄存器全部清零，只有 SBUF 寄存器狀態(tài)不確定。 時鐘電路 時鐘電路是計算機的心臟，它控制著計算機的工作節(jié)奏。CPU 就是通過復雜的時序電 路完成不同的指令功能的。MCS51 的時鐘信號可以由兩種方式產(chǎn)生：一種是內(nèi)部方式， 利用芯片內(nèi)部的振蕩電路，產(chǎn)生時鐘信號；另一種為外部方式，時鐘信號由外部引入。 C2 XTAL1 20pF C1 20pF Y1 XTAL2 圖25 時鐘電路 MCS51 單片機有 HMOS 型和 CHMOS 型，它們的時鐘電路有一定區(qū)別。內(nèi)部時鐘電 路， 利用 AT89C51 內(nèi)部一個高增益的反向放大器， 把一個晶振體和兩個電容器組成的自激 振蕩電路接于 XTAL1（19 腳）和 XTAL2（18 腳）之間。這樣，振蕩器發(fā)出的脈沖直接送 入內(nèi)部時鐘電路。晶振體可以是石英晶體或陶瓷結(jié)構(gòu)，振蕩頻率可任選，一般頻率在 ～ 12MHz。對于石英晶體振蕩器，電容 C3，C4 在 20pF 左右，對于陶瓷振蕩器，C3，C4 約 20pF 左右。 內(nèi)部時鐘電路如圖 25 所示， MCS51 的內(nèi)部工作時鐘也可以由外部振蕩器提供，這 時，對 HMOS 型芯片，外部振蕩器的信號接至 XTAL2，即內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸出端，而 內(nèi)部反相放大器的輸人端 XTAL1 CHMOS 電路中，因內(nèi)部時鐘發(fā)生器的信號取 自反相放大器的輸入端(即與非門的一個輸入端)， 故采用外部時鐘源時， 接線方式與 HMOS 12 哈爾濱學院本科畢業(yè)論文（設計） 型的有所不同:外部信號接至 XTALI，XTAL2 不用。對外部振蕩器的信號沒有特殊的要求， 一般為 —12 MHz 的方波，方波的波形應盡量規(guī)范即上升沿、下降沿盡可能垂直。 本設計時鐘電路使用的是一個 的晶振，所以單片機的一個機器周期是 ，由此可算出單片機執(zhí)行程序時在計算延時子程序時間隔的時間。 紅外線接收模塊電路 紅外線接收模塊是一個紅外線接收及濾波一體化模塊。當有紅外線信號時，紅外接收 端接收紅外信號，濾除載波，并通過引腳傳回單片機內(nèi)進行解碼分析?？梢哉f紅外線接收 模塊式整個電路的一個窗口，紅外線接收電路在整個電路中占有非常重要的作用，只有紅 外接收模塊正常工作時才能保證整個電路正常工作。 紅外接收頭的外形，均有三只引腳，即電源正VDD、電源負(GND)和數(shù)據(jù)輸出(Out)。 接收頭的引腳排列因型號不同而不盡相同，因接收頭的外形不同而引腳有所區(qū)別，本設計 用的是是紅外線一體化接收模塊，工作條件如下： 工作電壓：～ 工作電流：～ 接收頻率：38kHz 峰值波長：980nm 靜態(tài)輸出：高電平 輸出低電平：≤ 輸出高電平：接近工作電壓 紅外線接收模塊的3個引腳不能接錯，否則恐有燒毀內(nèi)部電路之虞，最左邊引腳（1號） 為數(shù)字信號輸出， 中間接地， 右邊為電源輸入， 在電源輸入端處并接有RC的電源濾波電路。 在焊接完接收模塊后可以使用邏輯筆接觸紅外線接收模塊的信號輸出端，一邊按住紅外線 遙控器某一按鍵， 使其不斷地發(fā)射紅外線遙控器信號， 若是接收模塊正常， 邏輯筆脈沖LED 便會閃動，這是自行檢測紅外線遙控器發(fā)射及接收是否正常的最簡單的方法。 紅外線接收模塊電路如圖26所示。 C4 10uF 1 3 R6 100 U3 VCC VDD 2 GND HONG WAI OUT 圖26 紅外接收模塊電路 13 哈爾濱學院本科畢業(yè)論文（設計） 由于紅外線接收模塊對燈光照射十分敏感，觀察一般家電產(chǎn)品的紅外接收模塊處前都 有濾光的面板，因此在做實驗時，不能將燈光直接照射在接收模塊處，以免造成干擾產(chǎn)生 誤動作，做出不正確的解碼。 電源電路 如圖27所示，電源電路是一個由兩孔插針、一個1k保護電阻、一個LED發(fā)光二極管組 成。當外部電源接到J1時，電路開始通電，LED發(fā)光二極管亮起，代表電路通電的指示。