【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 程序存儲(chǔ)器鎖定 5 128*8 位內(nèi)部 RAM 6 32 可編程 I/O 線 7 兩個(gè) 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 8 6 個(gè)中斷源 9 可編程串行通道 10 片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路 另外， AT89C51 是用靜態(tài)邏輯來設(shè) 計(jì)的，其工作頻率可下降到 0Hz，并提供兩種可用軟件來選擇的省電方式 ——空閑方式（ Idle Mode）和掉電方式（ Power Down Mode）。在空閑方式中， CPU 停止工作，而 RAM、定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器、串行口和中斷系統(tǒng)都繼續(xù)工作。在掉電方式中，片內(nèi)振蕩器停止工作，由于時(shí)鐘被 “凍結(jié) ”，使一切功能都暫停，故只保存片內(nèi) RAM 中的內(nèi)容，直到下一個(gè)硬件復(fù)位為止。 引腳功能說明 AT89C51 引腳圖如圖 3－ 2 所示。 圖 3－ 2 AT89C51引腳圖 VCC：供電電壓。 VSS：接地。 P0 口： P0 口為一個(gè) 8 位漏級(jí)開路雙向 I/O 口，每腳可吸收 8 個(gè) TTL 門電流。當(dāng) P1 口的管腳第一次寫 1 時(shí)，被定義為高阻輸入。 P0 能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù) /地址的 低 八位。在 FIASH 編程時(shí)， P0 口作為原碼輸入口，當(dāng) FIASH 進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)， P0 輸出原碼，此時(shí) P0 外部必須被拉高。 P1 口： P1 口是一個(gè)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(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。 P2 口： P2 口為一個(gè)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(gè) TTL 門電流，當(dāng) P2 口被寫 “1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。 硬件電路的設(shè)計(jì) 8 并因此作為輸入時(shí)， 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(chǔ)器或 16 位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)， P2 口輸出地址的高八位。在給出地址 “1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu) 勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)， 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(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。 P3 口： P3 口管腳是 8 個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O 口，可接收輸出 4 個(gè) 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(shí)器 0 外部輸入） T1（記時(shí)器 1 外部輸入） /WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通） /RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通） P3 口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。 RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持 RST 腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。 ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，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(shí)， ALE 端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的 1/6。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過一個(gè) ALE 脈沖。如想禁止 ALE 的輸出可在 SFR8EH 地址上置 0。此時(shí)， 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(chǔ)器的選通信號(hào)。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次 /PSEN 有效。但在 訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的 /PSEN 信號(hào)將不出現(xiàn)。 硬件電路的設(shè)計(jì) 9 /EA/VPP：當(dāng) /EA 保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（ 0000HFFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。注意加密方式 1 時(shí)， /EA 將內(nèi)部鎖定為 RESET；當(dāng) /EA端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)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(shí)鐘工作電路的輸入。 XTAL2：來自反向振蕩器的輸出 [6] 。 振蕩器電路的設(shè)計(jì) 89 系列單片機(jī)的內(nèi)部振蕩器電路如圖 3－ 3 所示，由一個(gè)單級(jí)反相器組成。XTAL1 為反相器的輸入， XTAL2 為反相器的輸出?？梢岳盟鼉?nèi)部的振蕩器產(chǎn)生時(shí)鐘，只要在 XTAL1 和 XTAL2 引腳上外接一個(gè)晶體及電容組成的并聯(lián)諧振電路，便構(gòu)成一個(gè)完整的振蕩信號(hào)發(fā)生器，如圖 3－ 5 示，此方法稱為內(nèi)部方式。 另一種使用方法如圖 3－ 4 示，由外部時(shí)鐘源提供一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)到 XTAL1 端輸入，而 XTAL2 端浮空。在組成一個(gè)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)時(shí)，多數(shù)采用圖 3－ 5 所示的方法，這種方式的結(jié)構(gòu)緊湊，成本低廉，可靠性高。 振蕩 器的等效電路如圖 3－ 5 上部所示。在圖中給出了外接元件，即外接晶體及電容 C1， C2，并組成并聯(lián)諧振電路。在電路中，對(duì)電容 C1 和 C2 的值要求不是很嚴(yán)格，如果用高質(zhì)的晶振，則不管頻率為多少， C1， C2 通常都選擇 30pF。有時(shí)，在某些應(yīng)用場(chǎng)合，為了降低成本，晶體振蕩器可用陶瓷振蕩器代替。如果使用陶瓷振蕩器，則電容 C1， C2 的值取 47pF。 XTAL2 XTAL1 內(nèi)部定時(shí) /PD 400? D1 D2 Q1 Rf Q2 VCC Q3 Q4 硬件電路的設(shè)計(jì) 10 圖 3－ 3 AT89C51 單片機(jī)內(nèi)部振蕩器電路 圖 3－ 4 外部時(shí)鐘接法 圖 3－ 5 片內(nèi)振蕩器等效電路 通常，在單片 機(jī)中對(duì)所使用的振蕩晶體的參數(shù)要求如下： ESR（等效串聯(lián)電阻）：根據(jù)所需頻率按圖 3－ 6 選取。 C0（并聯(lián)電容）：最大 。 CL（負(fù)載電容）： 30pF+3pF。 通常，其誤差及溫度變化的范圍要按系統(tǒng)的要求來確定。 圖 3－ 6 ESR 與頻率的關(guān)系曲線 XTAL2 XTAL1 GND NC CMOS 門 外部振蕩信號(hào) XTAL1 XTAL2 89 系列單片機(jī) GND 內(nèi)部定時(shí) VCC /PD Rf 石英晶體或 陶瓷振蕩器 C1 C2 600 500 400 300 200 100 0 4 8 12 16 硬件電路的設(shè)計(jì) 11 在本設(shè)計(jì)中，采用的是內(nèi)部方式，即如圖 3－ 5 所示，在 XTAL1 和 XTAL2 引腳上外接一個(gè) 12MHZ 的晶振及兩個(gè) 47pF 的電容組成。 復(fù)位電路的設(shè)計(jì) 89 系列單片機(jī)與其他微處理器一樣，在啟動(dòng)的時(shí)候都需要復(fù) 位，使 CPU 及系統(tǒng)各部件處于確定的初始狀態(tài)，并從初始狀態(tài)開始工作。 89 系列單片機(jī)的復(fù)位信號(hào)是從 RST 引腳輸入到芯片內(nèi)的施密特觸發(fā)器中的。當(dāng)系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)時(shí)，且振蕩器穩(wěn)定后，如 RST 引腳上有一個(gè)高電平并維持 2 個(gè)機(jī)器周期（ 24 個(gè)振蕩周期），則 CPU 就可以響應(yīng)并將系統(tǒng)復(fù)位。復(fù)位時(shí)序如圖 3－ 7 所示，因外部的復(fù)位信號(hào)是與內(nèi)部時(shí)鐘異步的，所以在每個(gè)機(jī)器周期的 S5P2 都對(duì) RST 引腳上的狀態(tài)采樣。當(dāng)在 RST 端采樣到“ 1”信號(hào)且該信號(hào)維持 19 個(gè)振蕩周期以后，將 ALE 和 /PSEN 接成高電平 ，使器件復(fù)位。在 RST 端電壓變 低后，經(jīng)過 12 個(gè)機(jī)器周期后退出復(fù)位狀態(tài)，重新啟動(dòng)時(shí)鐘，并恢復(fù) ALE 和 /PSEN 的狀態(tài)。如果在系統(tǒng)復(fù)位期間將 ALE和 /PSEN 引腳拉成低電平，則會(huì)引起芯片進(jìn)入不定狀態(tài)。 圖 3－ 7 內(nèi)部復(fù)位定時(shí)時(shí)序 手動(dòng)復(fù)位 手動(dòng)復(fù)位需要人為在復(fù)位輸入端 RST 上加入高電平。一般采用的辦法是在 RST端和正電源 VCC 之間接一個(gè)按鈕。當(dāng)人為按下按鈕時(shí)，則 VCC 的 +5V 電平就會(huì)直| S5 | S6 | S1 | S2 | S3 | S4 | S5 | S6 | S1 | S2 | S3 | S4 | S5 | S6 | S1 | S2 | S3 | RST： INST ADDR INST ADDR INST ADDR INST ADDR INST ADDR INST ALE： /PSEN： P0： 11 振蕩周期 19 振蕩周期 硬件電路的設(shè)計(jì) 12 接加到 RST 端。由于人的動(dòng)作很快也會(huì)使按鈕保持接通達(dá)數(shù)十毫秒，所以，保證能滿足復(fù)位的時(shí)間要求。手動(dòng)復(fù)位的電路如圖 3－ 8 所示。 圖 3－ 8 手動(dòng)復(fù)位電路 上電復(fù)位 AT89C51 的上電復(fù)位電路如圖 3－ 9 所示，只要在 RST 復(fù)位輸入引腳上接一電容至 VCC 端，下接一個(gè)電阻到地即可。對(duì)于 CMOS 型單片機(jī)，由于在 RST 端內(nèi)部有一個(gè)下拉電阻，故可將外部電阻去掉，而將外接電容減至 1uF。 上電復(fù)位的過程是在加電時(shí)，復(fù)位電路通過電容加給 RST 端一個(gè)短暫的高電平信號(hào)，此高電平信號(hào)隨著 Vcc 對(duì)電容的充電過程而逐漸回落，即 RST 端的高電平信號(hào)必須維持足夠長(zhǎng)的時(shí)間。 上電時(shí)， Vcc 的上升時(shí)間約為 10ms，而振 蕩器的起振時(shí)間取決于振蕩頻率，如晶振頻率為 10MHz，起振時(shí)間為 1ms；晶振頻率為 1MHz，起振時(shí)間則為 10ms。 在圖 3－ 8 的復(fù)位電路中，當(dāng) Vcc 掉電時(shí)，必然會(huì)使 RST 端電壓迅速下降到 0V以下，但是，由于內(nèi)部電路的限制作用，這個(gè)負(fù)電壓將不會(huì)對(duì)器件產(chǎn)生損害。另外，在復(fù)位期間，端口引腳處于隨機(jī)狀態(tài)，復(fù)位后，系統(tǒng)將端口置為全“ 1”態(tài)。 如果系統(tǒng)在上電時(shí)得不到有效的復(fù)位，則在程序計(jì)數(shù)器 PC 中將得不到一個(gè)合適的初值，因此， CPU 可能會(huì)從一個(gè)未被定義的位置開始執(zhí)行程序。 Vcc AT89C51 RST 10uF + Vcc GND Vcc AT89C51 RST GND 10uF + Vcc 硬件電路的設(shè)計(jì) 13 圖 3－ 9 上電復(fù)位電路 復(fù)位后寄存器的狀態(tài) 當(dāng)系統(tǒng)復(fù)位時(shí)，內(nèi)部寄存器的狀態(tài)如表 3－ 1 所列，即在 SFRS 中，除了端口鎖存器、堆棧指針 SP 和串行口的 SBUF 外，其余的寄存器全部清 0，端口鎖存器的復(fù)位值為 0FFH，堆棧指針值為 07H， SBUF 內(nèi)為不定值。內(nèi)部 RAM 的狀態(tài)不受復(fù)位的影響，在系統(tǒng)上電時(shí)， RAM 的內(nèi)容是不定的。 表 3－ 1 各特殊功能寄存器的復(fù)位值 專用寄存器 復(fù)位值 專用寄存器 復(fù)位值 PC 0000H TCON 00H ACC 00H B 00H PSW 00H SP 07H DPTR 0000H P0P3 FFH IP 00000B IE 0 00000B TMOD 00H TH0 00H TL0 00H TH1 00H TL1 00H SCON 00H SBUF 不定 PCON（ CHMOS） 0 0000B 在本設(shè)計(jì)中復(fù)位電路采用的是上電復(fù)位，即如圖 3－ 9 所示。 電壓變換電路的設(shè)計(jì) 公交車上所使用的電源電壓為 24V，而 AT89C51 芯片的工作電壓為 5V，所以需要將 24V的電壓轉(zhuǎn)換成 5V電壓。設(shè)計(jì)中采用了三端固定正電壓集成穩(wěn)壓器 7805，來得到 +5V 穩(wěn)定電壓。電壓變換電路如圖 3－ 10 所示。 集成穩(wěn)壓器是指將不穩(wěn)定的直流電壓變?yōu)榉€(wěn)定的直流電壓的集成電路。由于集成穩(wěn)壓器具有穩(wěn)壓精度高、工作穩(wěn)定可靠、外圍電路簡(jiǎn)單、體積小、重量輕等顯箸優(yōu)點(diǎn)，在各種電源電路中得到了普遍的應(yīng)用。常用的集成穩(wěn)壓器有：金屬圓形封裝、金屬菱形封裝、塑料封裝、帶散熱板塑封、扁平式封裝、雙列直插式封裝等。在電子制用中應(yīng)用較多的是三端固定輸出穩(wěn)壓器。 78xx 系列集成穩(wěn)壓器是常用的固定正輸出電壓的集成穩(wěn)壓器，輸出硬件電路的設(shè)計(jì) 14 電壓有 5V、 6V、 9V、 12V、 15V、 18V、 24V 等規(guī)格，最 大輸出電流為 。它的內(nèi)部含有限流保護(hù)、過熱保護(hù)和過壓保護(hù)電路，采用了噪聲低、溫度漂移小的基準(zhǔn)電壓源，工作穩(wěn)定可靠 [9] 。根據(jù)輸出電流值的不同，選用不同系列的芯片，當(dāng)電流小于 100mA 時(shí)，可以選用 78L00 系列；當(dāng)電流在 以內(nèi)時(shí)，可選用 78M0