【文章內(nèi)容簡介】 問8 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器（例如執(zhí)行MOVX @ RI 指令）時，P2 口線上的內(nèi)容（也即特殊功能寄存器（SFR）區(qū)中R2 寄存器的內(nèi)容），在整個訪問期間不改變。Flash 編程和程序校驗時，P2 也接收高位地址和其他控制信號。P3 口：P3 是一個帶有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O 口，P3 的輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流）4 個TTL 邏輯門電路。對端口寫“1”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口。作為輸入口使用時，因為內(nèi)部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流（IIL）。P3 口還接收一些用于Flash 閃速存儲器編程和程序校驗的控制信號。RST：復位輸入。當振蕩器工作時，RST 引腳出現(xiàn)兩個機器周期以上高電平將使單片機復位。ALE/PROG：當訪問外部程序存儲器或數(shù)據(jù)存儲器時，ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低8 位字節(jié)。即使不訪問外部存儲器，ALE 仍以時鐘振蕩頻率的1/6 輸出固定的正脈沖信號，因此它可對外輸出時鐘或用于定時目的。要注意的是，每當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時將跳過一個ALE 脈沖。對Flash 存儲器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖（PROG）。如有必要，可通過對特殊功能寄存器（SFR）區(qū)中的8EH 單元D0 位置位，可禁止ALE 操作。該位置位后，只有一條MOVX 和MOVC 指令ALE 才會被激活。此外，該引腳會被微弱拉高，單片機執(zhí)行外部程序時，應設置ALE 無效。PSEN：程序存儲允許輸出是外部程序存儲器的讀選通型號，當89C51 由外部存儲器取指令（或數(shù)據(jù)）時，每個機器周期兩次PSEN 有效，即輸出兩個脈沖。在此期間，當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器，這兩次有效的PSEN 信號不出現(xiàn)。EA/VPP：外部訪問允許。欲使CPU 僅訪問外部程序存儲器（地址為0000H—FFFFH），EA 端必須保持低電平（接地）。需注意的是：如果加密位LB1 被編程，復位時內(nèi)部會鎖存EA 端狀態(tài)。如EA 端為高電平（接Vcc 端），CPU 則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲器中的指令。Flash 存儲器編程時，該引腳加上+12v 的編程允許電源Vpp，當然這必須是該器件使用12v 編程電壓Vpp。XTAL1：振蕩器反相放大器及內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入端。XTAL2：振蕩器反相放大器的輸出端。89C51 中有一個用于構(gòu)成內(nèi)部振蕩器的高增益反相放大器，引腳XTAL1 和XTAL2分別是該放大器的輸入端和輸出端。這個放大器與作為反饋元件的片外石英晶體或陶瓷諧振器一起構(gòu)成自激振蕩器，振蕩電路參見圖5。外接石英晶體或陶瓷諧振器及電容CC2 接在放大器的反饋回路中構(gòu)成并聯(lián)振蕩電路。對電容CC2 雖沒有十分嚴格的要求，但電容容量的大小會輕微影響振蕩頻率的高低、振蕩器工作的穩(wěn)定性、起振的難易程度及溫度穩(wěn)定性，如果使用石英晶體，我們推薦電容使用30Pf177。10 Pf，而如使用陶瓷諧振器建議選擇40Pf177。10Pf。用戶也可以采用外部時鐘。這種情況下，外部時鐘脈沖接到XTAL1 端，即內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入端XTAL2 則懸空。掉電模式：在掉電模式下，振蕩器停止工作，進入掉電模式的指令是最后一條被執(zhí)行的指令，片內(nèi)RAM 和特殊功能寄存器的內(nèi)容在終止掉電模式前被凍結(jié)。推出掉電模式的唯一方法是硬件復位，復位后將重新定義全部特殊功能寄存器但不改變RAM 中的內(nèi)容，在Vcc 恢復到正常工作電平前，復位應無效，且必須保持一定時間以使振蕩器重啟動并穩(wěn)定工作。89C51 的程序存儲器陣列是采用字節(jié)寫入方式編程的，每次寫入一個字符，要對整個芯片的EPROM 程序存儲器寫入一個非空字節(jié)，必須使用片擦除的方法將整個存儲器的內(nèi)容清楚。三、編程方法編程前，設置好地址、數(shù)據(jù)及控制信號，編程單元的地址加在P1 口和P2 —（11 位地址范圍為0000H——0FFFH），數(shù)據(jù)從P0口輸入，、 、 的電平設置見表6，PSEB 為低電平，RST保持高電平，EA/Vpp 引腳是編程電源的輸入端，按要求加上編程電壓，ALE/PROG引腳輸入編程脈沖（負脈沖）。編程時，可采用4—20MHz 的時鐘振蕩器，89C51 編程方法如下：在地址線上加上要編程單元的地址信號在數(shù)據(jù)線上加上要寫入的數(shù)據(jù)字節(jié)。激活相應的控制信號。在高電壓編程方式時，將EA/Vpp 端加上+12v 編程電壓。每對Flash 存儲陣列寫入一個字節(jié)或每寫入一個程序加密位，加上一個ALE/PROG 編程脈沖。改變編程單元的地址和寫入的數(shù)據(jù)，重復1—5 步驟，知道全部文件編程結(jié)束。每個字節(jié)寫入周期是自身定時的。數(shù)據(jù)查詢89C51 單片機用數(shù)據(jù)查詢方式來檢測一個寫周期是否結(jié)束，在一個寫周期中，如需要讀取最后寫入的那個字節(jié)，則讀出的數(shù)據(jù)的最高位（）是原來寫入字節(jié)的最高位的反碼。寫周期開始后，可在任意時刻進行數(shù)據(jù)查詢。Ready/Busy:字節(jié)編程的進度可通過Ready/Busy 輸出信號檢測，編程期間，ALE 變?yōu)楦唠娖健癏”（Ready/Busy）端被拉低，表示正在編程狀態(tài)（忙狀態(tài)）。編程完成后， 變?yōu)楦唠娖奖硎緶蕚渚途w狀態(tài)。程序校驗：如果加密位LB、LB2 沒有進行編程，則代碼數(shù)據(jù)可通過地址和數(shù)據(jù)線讀回原編寫的數(shù)據(jù)，采用下圖的電路，程序存儲器的地址由P1 口和P2 — 輸入，數(shù)據(jù)由P0 口讀出，PSEN 保持低電平，ALE、EA 和RST 保持高電平。校驗時，P0 口必須接上10k 左右的上拉電阻。圖317 編程電路 圖318 校驗電路芯片擦除:利用控制信號的正確組合并保持ALE/PROG 引腳10ms 的低電平脈沖寬度即可將EPROM 陣列(4k 字節(jié))和三個加密位整片擦除,代碼陣列在片擦除操作中將任何非空單元寫入”1”,這步驟需在編程之前進行。讀片內(nèi)簽名字節(jié):89C51 單片機內(nèi)有3 個簽名字節(jié),地址為030H、031H 和032H。于聲明該器件的廠商、號和編程電壓。讀簽名字節(jié)的過程和單元030H、031H 和032H的正常校驗相仿， 保持低電平，返回值意義如下：(030H) = 1EH 聲明產(chǎn)品由ATMEL 公司制造。(031H) = 51H 聲明為89C51 單片機。(032H) = FFH 聲明為12V 編程電壓。(032H) = 05H 聲明為5 編程電壓。編程接口：采用控制信號的正確組合可對Flash 閃速存儲陣列中的每一代碼字節(jié)進行寫入和存儲器的整片擦除，寫操作周期是自身定時的，初始化后它將自動定時到操作完成。微機接口實現(xiàn)兩種信息形式的交換。在計算機之外，由電子系統(tǒng)所處理的信息以一種物理信號形式存在，但在程序中，它是用數(shù)字表示的。任一接口的功能都可分為以某種形式進行數(shù)據(jù)庫變換的一些操作，所以外部和內(nèi)部形式的轉(zhuǎn)換是由許多步驟完成的。模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器（ADC）用來將連續(xù)變化信號變成相應的數(shù)字量，這數(shù)字量可是可能性的二進制數(shù)值中的一固定值。如果傳感器輸出不是連續(xù)變化的，就不需模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換。這種情況下，信號調(diào)理單元必須將輸入信號變換成為另一信號，也可直接與接口的下一部分，即微計算機本身的輸入輸出單元相連接。輸出接口采用相似的形式，明顯的差別在于信息流的方向相反；是從程序到外部世界。這種情況下，程序可稱為輸出程序，它監(jiān)督接口的操作并完成數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器（DAC）所需數(shù)字的標定。該子程序依次送出信息給輸出器件，產(chǎn)生相應的電信號，由DAC 轉(zhuǎn)換成模擬形式。最后，信號經(jīng)調(diào)理（通常是放大）以形成適應于執(zhí)行器操作的形式。在微機電路中使用的信號幾乎總是太小而不能被直接地連到“外部世界”，因而必須用某種形式將其轉(zhuǎn)換成更適宜的形式。接口電路部分的設計是使用微機的工程師所面臨最重要的任務之一。我們已經(jīng)了解到微機中，信號以離散的位形式表示。當微機要與只有打開或關(guān)閉操作的設備相連時，這種數(shù)字形式是最有用的，這里每一位都可表示一開關(guān)或執(zhí)行器的狀態(tài)。為了解決實際問題，一個單片機不僅包括CPU，程序和數(shù)據(jù)存儲器，另外，它必須含有通過CPU 訪問外部信息的硬件。一旦CPU 收集到數(shù)據(jù)信息和流程，它必須能夠改變外部領(lǐng)域的一部分，這些硬件設備稱作外圍設備，它們是CPU 通往外部的窗口。單片機可利用外圍設備中最基本的用于一般用途的I/O 接口，每個I/O 接口既可作為輸入端又可作為輸出端，每個I/O 接口的功能取決與程序初始化階段對數(shù)據(jù)方位寄存器相應位進行置一和清零操作，通過CPU 指令對數(shù)據(jù)寄存器相應位進行置一和清零來置一和清零輸出端口，同樣輸入端口邏輯位也可以通過CPU 指令訪問。一些類型的串行口單元允許CPU 與外部設備進行串口通信，用串口位代替平行位進行通信需要少許的I/O 口，這樣使通信費用降低但速度也相對慢些。串口傳送可以同步也可以異步。 工作方式它的工作方式可以分做復位，掉電和低功耗方式等。一、 復位方式當MCS5l系列單片機的復位引腳RST(全稱RESET)出現(xiàn)2個機器周期以上的高電平時，單片機就執(zhí)行復位操作。如果RST持續(xù)為高電平，單片機就處于循環(huán)復位狀態(tài)。 根據(jù)應用的要求，復位操作通常有兩種基本形式：上電復位和上電或開關(guān)復位。上電復位要求接通電源后，自動實現(xiàn)復位操作。常用的上電復位電路如圖 (318a)中左圖所示。圖中電容C1和電阻R1對電源十5V來說構(gòu)成微分電路。上電后，保持RST一段高電平時間，由于單片機內(nèi)的等效電阻的作用，不用圖中電阻R1，也能達到上電復位的操作功能，如圖 (319a)中所示。上電或開關(guān)復位要求電源接通后，單片機自動復位，并且在單片機運行期間，用開關(guān)操作也能使單片機復位。常用的上電或開關(guān)復位電路如圖 (319b)所示。上電后，由于電容C3的充電和反相門的作用，使RST持續(xù)一段時間的高電平。當單片機已在運行當中時，按下復位鍵K后松開，也能使RST為一段時間的高電平，從而實現(xiàn)上電或開關(guān)復位的操作。 根據(jù)實際操作的經(jīng)驗，下面給出這兩種復位電路的電容、電阻參考值。我選的就是上位或開關(guān)復位電路,如圖319(b)所示。 圖319 單片機的復位電路 圖(318a)中：Cl＝1030uF，R1＝1kO 圖(318b)中：C：＝1uF，Rl＝lkO，R2＝10kO 二、掉電和低功耗方式人們往往在程序運行中系統(tǒng)發(fā)生掉電的故障，使RAM和寄存器中的數(shù)據(jù)內(nèi)容丟失，使人們丟失珍貴的數(shù)據(jù)而束手無策，AT89C51有掉電保護，是先把有用的數(shù)據(jù)保存，再用備用電源進行供電。 數(shù)據(jù)存儲器的掉電保護單片機系統(tǒng)內(nèi)的RAM數(shù)據(jù)是非常容易丟失的，特別是一些珍貴的科研數(shù)據(jù)，一旦丟失后果不堪設想，因此掉電保護是必須要做的，一旦電源發(fā)生掉電現(xiàn)象，在掉電的瞬間系統(tǒng)能自動保護RAM中的數(shù)據(jù)和系統(tǒng)的運行狀態(tài)，當電源恢復正常供電后能恢復到掉電前的工作狀態(tài)。 系統(tǒng)時鐘的設計時鐘電路是用來產(chǎn)生AT89C51單片機工作時所必須的時鐘信號，AT89C51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)，AT89C51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，如圖320。AT89C51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。～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320 系統(tǒng)時鐘 顯示與報警的設計 顯示電路 在單片機應用系統(tǒng)設計中，一般都是把鍵盤和顯示器放在一起考慮。本設計是利用AT89C51的串行口實現(xiàn)鍵盤/顯示器接口。 當AT89C51的串行口未作它用時，使用AT89C51的串行口來外擴鍵盤/顯示器。應用AT89C51的串行口方式0的輸出方式，在串行口外接移位寄存器74LS164，構(gòu)成鍵盤/顯示器接口，其硬件接口電路如圖321所示：圖321 鍵盤及顯示與主機的硬件連接圖中的4個74LS164：74LS164（0）～74LS164（3）作為8位段碼輸出口，74LS164的QA~QH作為鍵輸入線。這種靜態(tài)顯示方式亮度大，很容易作到顯示不閃爍。靜態(tài)顯示的優(yōu)點是CPU不必頻繁的為顯示服務，因而主程序可不必掃描顯示器，軟件設計比較簡單，從而使單片機有更多的時間處理其他事務。 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(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322是一個簡單的使用三極管驅(qū)動的峰鳴音報警電路： 圖322 三極管驅(qū)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。第4章 軟件設計溫度控制主程序的設計應考慮以下問題：（1）鍵盤掃描、鍵碼識別和溫度顯示；（2）溫濕度采樣，數(shù)字濾波；（3）越限報警和處理；（5）溫度標度轉(zhuǎn)換。通常，符合上述功能的溫度控制程序由主程序和T0中斷服務程序兩部分組成。在該軟件系統(tǒng)中，定時器T0為工作方式1，定時周期為125ms，8次定時器中斷為1S，由于實際環(huán)境溫度和濕度變化是