【文章內(nèi)容簡介】 R S TE A A L E P S E NX T A L 2 X T A L 1P 0 P 1 P 2 P 3V C CV S S圖 2. 2 單片機典型內(nèi)部組成原理圖單片機特點：a)單片機體積小巧、使用靈活、成本低，易于真正產(chǎn)品化。組裝各種智能式控制設備和儀器，能做到機電儀一體化。b)面向控制。能有針對性地解決各種從簡單到復雜的各類控制任務，因而能獲得最佳的性能價格比。c)抗干擾能力強，適應溫度范圍寬，在各種惡劣的環(huán)境下都能可靠的工作。這是其它微機集中無法比擬的。d)可以方便的實現(xiàn)多機、分布式的集散控制，使整個控制系統(tǒng)的效率大大地提高。e)單片機應用產(chǎn)品的研制周期短，所開發(fā)出來的樣機就是以后批量生產(chǎn)的產(chǎn)品，可以避免不必要的二次開發(fā)過程。單片機應用：a)工業(yè)方面：電機控制，工業(yè)機器人，過程控制，智能傳感器，機電儀一沈陽工程學院畢業(yè)設計（論文） 4 體化等。b)儀器儀表方面：智能儀器，醫(yī)療儀器，色譜儀，示波器等。c)家用電器：高級電子玩具，微波灶，洗衣機，錄像機等。d)電訊方面：調(diào)制解調(diào)器，智能通訊設備等。e)導航與控制方面：導彈控制，魚雷制導控制，智能武器裝置，航天導航系統(tǒng)等。f)數(shù)據(jù)處理方面：圖形終端，彩色與黑白復印機，溫式硬盤驅(qū)動器，磁帶機，打印機等。g)汽車方面：點火控制，變速器控制，防滑剎車，排氣控制等。MCS51 系列單片機在我國得到了廣泛的應用，是單片機的主流系列，軟硬件應用設計資料豐富齊全。為了提高指令的執(zhí)行速度和效率，采用了面向控制的結(jié)構(gòu)和指令系統(tǒng)的獨立 CPU，即選擇 Atmel 公司的 AT89S52 單片機。XTAL218XTAL119ALE30E31PSN29RST9P0./AT89S52圖 2. 3 AT89S52 引腳排列AT89S52 是低功耗，高性能，采用 CMOS 工藝的 8 位單片機。其片內(nèi)具有8KB 的可在線編程的 Flash 存儲器。該單片機采用了 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲器技術(shù)，與工業(yè)標準型 AT89S52 單片機的握住系統(tǒng)和引腳完全兼容；片內(nèi)的 Flash 存儲器可在線重新編程，或使用通用的非易失性存儲器編程器；通用的 8 位 CPU 與在線可編程 Flash 集成在一塊芯片上，從而使 AT89S52功能更加完善，應用更加靈活；具有較高的性能價格比，使其在嵌入式控制系統(tǒng)中有著廣泛的應用前景。AT89S52 單片機具有如下特性：? 片內(nèi)存儲器包含 8KB 的 Flash，可在線編程，擦寫次數(shù)不少于 1000 次；? 具有 256 字節(jié)的片內(nèi) RAM；? 具有可編程的 32 根 I/O 口線（P0、PP2 和 P3 口）；? 具有 3 個可編程定時器 T0，T1 和 T2；? 內(nèi)含 2 個數(shù)據(jù)指針 DPTR0 和 DPTR1；? 中斷系統(tǒng)是具有 8 個中斷源、6 個中斷矢量、2 級優(yōu)先權(quán)的中斷結(jié)構(gòu)；? 串行通信口是 1 個全雙工的 UART 串行口；? 2 種低功耗節(jié)電工作方式為空閑模式和掉電模式；正弦信號發(fā)生器 5 ? 具有 3 級程序鎖定位；? 含有 1 個看門狗定時器；? 具有斷電標志 POF；? AT89S52 的工作電壓為 ～；? 全靜態(tài)工作模式為 0～3MHz（AT89S52）和 0～16MHz （AT89LS52）；? 與 MCS51 產(chǎn)品完全兼容。 CPU 系統(tǒng)8 位 CPU，含布爾處理器；時鐘電路；總線控制邏輯。 存儲器系統(tǒng)8K 的程序存儲器（Flash），可外擴至 64K；256 的數(shù)據(jù)存儲器（RAM，可再外擴 64K）；特殊功能寄存器 SFR。 I/O 口和其它功能單元4 個并行 I/O 口；3 個 16 位定時/計數(shù)器；1 個全雙工異步串行口；中斷系統(tǒng)（8 個中斷源、2 個優(yōu)先級）。 AT89S52 的時鐘電路的接法振蕩器C1C2CYS懸空外部時鐘信號XTAL1XTAL2XTAL2XTAL1圖 2. 4 AT89S52 的時鐘電路的接法如上圖所示，左圖是內(nèi)部時鐘方式，右圖是外部時鐘方式。由于 AT89S52沈陽工程學院畢業(yè)設計（論文） 6 內(nèi)部有時鐘，所以我選擇左圖的外部時鐘方式。晶振選擇 12MHz，CC2 電容選擇 30pF（ 5~30pF 都可以）。 時鐘信號晶振周期為最小的時序單位。一個時鐘周期包含 2 個晶振周期。一個機器周期包含 12 個晶蕩周期或 6 個時鐘周期。如本設計用的是 12MHz 的晶振頻率，則機器周期為 1μS ，指令周期為 1~4μS。每個機器周期中 ALE 信號有效兩次，具有穩(wěn)定的頻率可以將基作為外部設備的時鐘信號。所以 ALE 引腳的頻率是單片機時鐘頻率的 1/6。應注意的是，在對片外 RAM 進行讀/寫時，ALE 信號會出現(xiàn)非周期現(xiàn)象。 AT89S52 的各個管腳的功能介紹（1）電源及時鐘引腳Vcc：電源接入引腳。Vss：接地引腳；XTAL1：晶體振蕩器接入的一個引腳，（采用外部振蕩器時，此引腳接地）；XTAL2:晶體振蕩器接入的另一個引腳（采用外部振蕩器時，此引腳作為外部振蕩信號的輸入端）；（2）控制線引腳RST/VPD：復位信號輸入引腳/備用電源輸入引腳；ALE/PROG：地址允許信號輸出引腳/編程脈沖輸入引腳；EA/VPP：內(nèi)外有儲器選擇引腳/片內(nèi) FlashROM 編程電壓輸入引腳；PSEN：外部程序存儲器信號輸出引腳。（3）并行 I/O 引腳（32 個，分成 4 個 8 位口）~：一般 I/O 口引腳或數(shù)據(jù)/低位地址總線復用引腳；~：一般 I/O 口引腳和定時器 T2 定義的引腳；~：一般 I/O 口引腳或高位地址總線引腳；~：一般 I/O 口引腳或第二功能引腳。 和 引腳的第二功能：T2 （T2 的外部計數(shù)輸入）；：T2EX（T2 的外部控制）；（1） ~ 引腳的第二功能：RXD （串行口輸入）；：TXD（串行口輸出）；：INT0（外部中斷 0 輸入）；：INT1（外部中斷 1 輸入）；正弦信號發(fā)生器 7 ：T0 （定時/計數(shù)器 0 的外部輸入）；；T1 （定時/計數(shù)器 1 的外部輸入）；：WR （片外數(shù)據(jù)存儲器“寫”控制輸出）；：RD（片外數(shù)據(jù)存儲器“讀”控制輸出）；（2） 并行口的負載能力P0、PPP3 口的輸入和輸出電平與 CMOS 電平和 TTL 電平均兼容。P0 口的每一個位口線可以驅(qū)動 8 個 LSTTL 負載。在作為通用 I/O 口時，由于輸出驅(qū)動電路是開漏方式，由集電極開路（OC 門）電路或漏極開路電路驅(qū)動時需外接上拉電阻；當作為地址/數(shù)據(jù)總線使用時，接口線輸出不是開漏的，無在須外接上拉電阻。PPP3 口的每一位能驅(qū)動 4 個 LSTTL 負載。它們的輸出勸電路設有內(nèi)部上拉電阻，所以可以方便地由集電極開路（OC 門）電路或漏極開路電路所驅(qū)動，而無須外接上拉電阻。由于單片機口線僅能提供幾毫安的電流，當作為輸出驅(qū)動一般晶體管的基極時，應在口與晶體管的基極之間串接限流電阻。 AT89S52 的復位當在 AT89S52 單片機的 RST 引腳引入高電平并保持 2 個機器周期時，單片機內(nèi)部就執(zhí)行復位操作（如果 RST 引腳持續(xù)保持高電平，單片機就處于循環(huán)復位狀態(tài)）。 復位電路在實際應用中，復位操作有兩種基本形式：一種是上電復位，另一種是上電與按鍵均有的復位。如圖 所示。R1C1+5v RST AT89S52+5v RST AT89S52SR1R2C1圖 2. 5 左圖為上電復位，右圖為上電與按鍵均有的復位上電復位要求接通電源后，單片機自動實現(xiàn)復位操作。開機瞬間 RST 引腳獲得高電平，隨著電容 C1 的充電，RST 引腳的高電平，隨著電容 C1 的充電，RST 引腳的高電平將逐漸下降。RST 引腳的高電平只要能保持足夠的時間（2個機器周期），單片機就可以進行復位操作。左圖上電復位電路的典型的電阻和電容參數(shù)為：晶振頻率為 12MHz 時，C1 為 10181。F， R1 為 ；晶振頻率為 6MHz 時，C1 為 22181。F，R1 為 1kΩ。沈陽工程學院畢業(yè)設計（論文） 8 開機與按鍵均有效的復位電路可以在單片機運行期間，用按鍵完成復位操作。晶振頻率為 6MHz 時，R2 為 200Ω；晶振頻率為 12MHz 時，R2 為 400。 開機復位后的狀態(tài)單片機的復位操作使單片機進入初始化狀態(tài)。初始化后，程序計數(shù)器PC＝ 0000H，所以程序從 0000H 地址單元開始執(zhí)行。單片機啟動后，片內(nèi)RAM 為隨機值，運行中的復位操作不改變片內(nèi) RAM 的內(nèi)容。特殊功能寄存器復位后的狀態(tài)是確定的。P0～P3 為 FFH，SP 為07H，SBUF 不定，IP、IE 和 PCON 的有效位為 0，其余的特殊功能寄存器的狀態(tài)均為 00H。相應的意義為：P0～P3＝FFH，相當于各接口器已定入 1，此時不但可用于輸出，也可以用于入；SP＝07H，堆棧指針指向片內(nèi) RAM 的 07H 單元（第一個入棧內(nèi)容將定入08H 單元）。IP、IE 、和 PCON 的有效位為 0，各中斷源處于低優(yōu)先級且均被關(guān)斷，串行通信的波特率不加倍；PSW＝00H，當前工作寄存器為 0 組。 AT89S52 的程序存儲器配置程序計數(shù)器 PC 是 16 位的計數(shù)器，所以能尋址 64KB 的程序存儲器地址范圍，允許用戶程序調(diào)用或轉(zhuǎn)向 64KB 的任何存儲單元。地址范圍為0000H～FFFFH。但是 AT89S52 單片機內(nèi)部只有 4KB 的存儲單元。地址范圍為0000H～0FFFH 。當 EA 引腳為高電平時，CPU 將首先訪問內(nèi)部存儲器，當指令地址超過0FFFH 時，自動片外 ROM 去取指令；接低電平時（接地），CPU 只能訪問外部程序存儲器。程序存儲器低端的一些地址被固定地用作特定的入口地址：0000H：單片機復位的入口地址；0003H：外部中斷 0 的中斷服務程序入口地址；000BH：定時/計數(shù)器 0 溢出中斷服務程序入口地址；0013H：外部中斷 1 的中斷服務程序入口地址；001BH：定時/訂數(shù)器 1 溢出中斷服務程序入口地址；0023H：串行口接口的中斷服務程序入口地址；002BH：定時/計數(shù)器 2 溢出或 T2EX 負跳變中斷服務程序入口地址。正弦信號發(fā)生器 9 T2 中斷入口 02BH圖 2. 6 程序存儲器配置編程時以上的中斷入口地址空間最好不要使用。 AT89S52 的數(shù)據(jù)存儲器配置AT89S52 片內(nèi) RAM 共有 256 字節(jié)，分成工作寄存器區(qū)、位址區(qū)、通用RAM 區(qū)和間接尋址 RAM 區(qū)四個部分。片內(nèi) RAM 地址范圍是 00H～FFH。片外 RAM 地址空間為 64KB，地址范圍是 0000H～FFFFH。圖 2. 7 數(shù)據(jù)存儲器配置 AT89S52 的中斷簡介（1） INT0（），外部中斷請求信號輸入引腳?？捎?IT0（ ）選擇其為低電平有效還是下降沿有效。當 CPU 檢測到 引腳上出現(xiàn)有效的中斷信號時，中斷標志 IE0（）置之不理，向 CPU 申請中斷。（2） INT1（），外部中斷定請求信號輸入引腳?？捎蒊T1（ ）選擇其為低電平有效還是下降沿有效。當 COU 檢測到 引腳上出現(xiàn)有效的中斷信號時，中沁村志 IE1（）置 1，向 CPU 申請中斷。（3） TF0（），片內(nèi)定時/計數(shù)器 T0 溢出中斷請求標志。當定時 /計數(shù)器 T0 發(fā)生溢出時，置位 TF0，并向 CPU 申請中斷。（4） TF1（），片內(nèi)定時/計數(shù)器 T1 溢出中斷請求標志。當定時 /計數(shù)器 T1 發(fā)生溢出時，置位 TF1，并向 CPU 申請中斷。沈陽工程學院畢業(yè)設計（論文） 10 （5） RI（ ）或 TI（），串行口中斷請求標志。當串行口接收完一幀串行數(shù)據(jù)置位 RI 或當串行口發(fā)關(guān)完一幀串行數(shù)據(jù)時置位 TI，向CPU 早請中斷。（6） TF2（）定時器 T2 溢出中斷標志。定時器 T2 溢出時置位標志并向 CPU 申請中斷。（7） EXF2（）定時器 T2 外部中斷標志。在捕捉和常數(shù)自動重裝方式下，當 EXEN2＝1 時，在 T2EX 端發(fā)生的負跳變使 EXF2 置位。如此時T2 中斷被允許，則 EXF2＝1，使 CPU 響應中斷。 中斷的定義：CPU 正在執(zhí)行主程序時，單片機外部或內(nèi)部發(fā)生的某一事件（如外部設備產(chǎn)生的一個電平的變化，一個脈沖沿的發(fā)生或內(nèi)部計數(shù)器的計數(shù)溢出等）請求CPU 迅速去處理，于是， CPU 暫時中止當前的工作，轉(zhuǎn)到中斷服務處理程序處理所發(fā)生的事件。中斷服務處理程序處理完該事件后，再回到原來被中止的地方，繼續(xù)原來的工作（例如，繼續(xù)執(zhí)行被中斷的主程序），這稱為中斷。 CPU處理事件的過程，稱為 CPU 的中斷響應過程。能夠?qū)崿F(xiàn)中斷處理功能的部件稱為中斷系統(tǒng)；產(chǎn)生中斷的請求源稱為中斷請求源。中斷源向 CPU 提出的處理請求，稱為中斷請求(或中斷申請)。中斷的工作：保護現(xiàn)場、恢復現(xiàn)場、中斷返回。中斷方式的優(yōu)點是大大地提高了 CPU 的工作效率。六個中斷請求源：（1）INT0— 外部中斷請求 0，由引腳 INT0 輸入，中斷請求標志為 IE0。（2）INT1— 外部中斷請求 1，由引腳 INT1 輸入，中斷請求標志為 IE1（3）定時器/計數(shù)器 T0