【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 近年來推出的一種新型高性能低價(jià)位，低電壓，低功耗的8位CMOS微型計(jì)算機(jī)。它的顯著優(yōu)點(diǎn)是：⑴內(nèi)含F(xiàn)LASH存儲(chǔ)器，這在系統(tǒng)的開發(fā)過程中，可隨意進(jìn)行程序修改，既便錯(cuò)誤編程之后仍可以重新編程，故不存在廢品且大大縮短了程序的開發(fā)周期；同時(shí)在系統(tǒng)工作過程中能有效地保存數(shù)據(jù)信息。⑵采用靜態(tài)時(shí)鐘方式，節(jié)省電能，這對(duì)于降低便攜式產(chǎn)品的功耗十分有利。⑶由于它是以8031核構(gòu)成的，所以它與MSC51系列單片機(jī)相兼容，這對(duì)于熟悉MSC51系列的廣大用戶來說，用AT89系列單片機(jī)取代51系列進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)是輕而易舉的。圖3. 1 AT89C52單片機(jī)引腳圖AT89C52是一個(gè)低電壓，高性能CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含8K8的可反復(fù)擦寫的FLASH只讀程序存儲(chǔ)器和256 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器和Flash存儲(chǔ)單元，AT89C52單片機(jī)在電子行業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用。引腳說明：VCC：電源電壓GND:地P0口：P0口是一組8位漏極開路型雙向I/O口，作為輸出口用時(shí)，每個(gè)引腳能驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL邏輯門電路。當(dāng)對(duì)0端口寫入1時(shí)，可以作為高阻抗輸入端使用。當(dāng)P0口訪問外部程序存儲(chǔ)器或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，它還可設(shè)定成地址數(shù)據(jù)總線復(fù)用的形式。在這種模式下，P0口具有內(nèi)部上拉電阻。在EPROM編程時(shí)，P0口接收指令字節(jié)，同時(shí)輸出指令字節(jié)在程序校驗(yàn)時(shí)。程序校驗(yàn)時(shí)需要外接上拉電阻。P1口：P1口是一帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口。P1口的輸出緩沖能接受或輸出4個(gè)TTL邏輯門電路。當(dāng)對(duì)P1口寫1時(shí)，它們被內(nèi)部的上拉電阻拉升為高電平，此時(shí)可以作為輸入端使用。當(dāng)作為輸入端使用時(shí)，P1口因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，所以當(dāng)外部被拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)低電流（IIL）。P2口：P2是一帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向的I/O端口。P2口的輸出緩沖能驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL邏輯門電路。當(dāng)向P2口寫1時(shí)，通過內(nèi)部上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可以用作輸入口。作為輸入口，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出電流（IIL）。P2口在訪問外部程序存儲(chǔ)器或16位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（例如MOVX ＠ DPTR）時(shí)，P2口送出高8位地址數(shù)據(jù)。在這種情況下，P2口使用強(qiáng)大的內(nèi)部上拉電阻功能當(dāng)輸出1時(shí)。當(dāng)利用8位地址線訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)（例MOVX ＠R1）,P2口輸出特殊功能寄存器的內(nèi)容。當(dāng)EPROM編程或校驗(yàn)時(shí)，P2口同時(shí)接收高8位地址和一些控制信號(hào)。P3口：P3是一帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向的I/O端口。P3口的輸出緩沖能驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL邏輯門電路。當(dāng)向P3口寫1時(shí)，通過內(nèi)部上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可以用作輸入口。作為輸入口，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出電流（IIL）。P3口同時(shí)具有AT89C51的多種特殊功能。 P3口的第二功能端口引腳第二功能RXD (串行輸入口)TXD（串行輸出口） (外部中斷0)（外部中斷1）T0（定時(shí)器0）T1（定時(shí)器1）（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通）（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器都選通）RST:復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器工作時(shí)，RST引腳出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期的高電平將使單片機(jī)復(fù)位。ALE/:當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許是一輸出脈沖，用以鎖存地址的低8位字節(jié)。當(dāng)在Flash編程時(shí)還可以作為編程脈沖輸出（）。一般情況下，ALE是以晶振頻率的1/6輸出，可以用作外部時(shí)鐘或定時(shí)目的。但也要注意，每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)將跳過一個(gè)ALE脈沖。：程序存儲(chǔ)允許時(shí)外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)。當(dāng)AT89C52執(zhí)行外部程序存儲(chǔ)器的指令時(shí)，每個(gè)機(jī)器周期兩次有效，除了當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過兩個(gè)信號(hào)。/VPP:外部訪問允許。為了使單片機(jī)能夠有效的傳送外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器從0000H到FFFH單元的指令，必須同GND相連接。需要主要的是，如果加密位1被編程，復(fù)位時(shí)EA端會(huì)自動(dòng)內(nèi)部鎖存。當(dāng)執(zhí)行內(nèi)部編程指令時(shí)，應(yīng)該接到VCC端。XTAL1：振蕩器反相放大器以及內(nèi)部時(shí)鐘電路的輸入端。XTAL2：振蕩器反相放大器的輸出端。 頻率信號(hào)預(yù)處理電路單片機(jī)是數(shù)字信號(hào)處理工具。輸入單片機(jī)的信號(hào)必需是離散的數(shù)字信號(hào)或者是脈沖信號(hào)。因此檢測(cè)來的正弦信號(hào)必需經(jīng)過預(yù)處理變?yōu)閱纹瑱C(jī)能接受的，且是采集簡(jiǎn)便，計(jì)算工作量較少的信號(hào)。首先將信號(hào)通過濾波器濾去高頻干擾和低頻漂移信號(hào)，同時(shí)也進(jìn)行線性放大、使之變?yōu)橐徊ㄐ握?guī)、幅值適當(dāng)?shù)恼倚盘?hào)，然后經(jīng)過整形電路變?yōu)榉讲ㄐ盘?hào)進(jìn)入單片機(jī)。由單片機(jī)來處理后送到顯示器進(jìn)行直觀顯示。圖3. 2 頻率信號(hào)預(yù)處理電路交流電要經(jīng)過變壓器件降壓后才可以通過放大、整形電路將信號(hào)送入單片機(jī)進(jìn)行處理。本設(shè)計(jì)因?yàn)橐獙⑿盘?hào)送入ADC0809進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，而ADC0809的模擬輸入電壓范圍為0～＋5V所以要將交流電壓降到5V內(nèi)，本電路中用的變壓器的變比系數(shù)為：，所以根據(jù)變比系數(shù)設(shè)定好電感值就做到達(dá)到線性降壓。圖3. 3 降壓電路此電路采用高速、寬頻帶運(yùn)放OP37，并采用負(fù)反饋電路，由負(fù)反饋放大電路的原理可知放大倍數(shù)n=R4/R5=10。所以此電路將信號(hào)的放大倍數(shù)為10倍。OP37最高工作頻率可達(dá)63MHz()。圖3. 4 小信號(hào)放大電路波形變換和波形整形電路實(shí)現(xiàn)把正弦波樣的正負(fù)交替的信號(hào)波形變換成可以被單片機(jī)接受的TTL/COMS兼容信號(hào)。本設(shè)計(jì)采用555構(gòu)成的施密特觸發(fā)器作為整形電路。整形電路將正弦波轉(zhuǎn)化為5V的方波信號(hào)，供單片機(jī)進(jìn)行頻率測(cè)量。圖3. 5整形電路施密特觸發(fā)器用于波形變換和整形，有著極為廣泛的應(yīng)用。、變換波形。圖3. 6施密特觸發(fā)器對(duì)波形整形的原理圖555可以看成一個(gè)RS觸發(fā)器，它的位置電平VT≤1/3VDD，而其復(fù)位電平VT+≥2/3VDD(閥值電平)。因此，設(shè)置R1=R2=10kΩ，使得6腳的偏置電壓在1/2VDD介于兩個(gè)閥值電平之間。，當(dāng)輸入的正弦波電壓的瞬時(shí)的電壓低于1/3VDD時(shí)，555置位，輸出呈高電平；而當(dāng)瞬時(shí)電壓高于2/3VDD復(fù)位，輸出呈低電平。在輸出端得到規(guī)則的矩形脈沖，對(duì)波形進(jìn)行了變換和整形。脈沖信號(hào)再傳輸過程中前后沿產(chǎn)生了振顫或震蕩，使用施密特觸發(fā)器，可以進(jìn)行整形，、。 A/D轉(zhuǎn)換電路單片機(jī)本身只能識(shí)別和處理一種離散的數(shù)字信號(hào)，而在實(shí)際的控制系統(tǒng)中，需要監(jiān)測(cè)和控制的是一些電壓、電流等隨時(shí)間連續(xù)變化的電物理量，所以為了實(shí)現(xiàn)單片機(jī)對(duì)一個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)的控制和檢測(cè)，A／D轉(zhuǎn)換電路是必不可少的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)。本設(shè)計(jì)A/D轉(zhuǎn)換器采用主次逼近型8位A/D轉(zhuǎn)換芯片ADC0809。圖3. 7 ADC0809芯片管腳圖ADC0809是美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的CMOS工藝8通道，8位逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器。它由一個(gè)8路模擬開關(guān)、一個(gè)地址鎖存譯碼器、一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器和一個(gè)三態(tài)輸出鎖存器組成（見圖1）。多路開關(guān)可選通8個(gè)模擬通道，允許8路模擬量分時(shí)輸入，共用A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。三態(tài)輸出鎖器用于鎖存A/D轉(zhuǎn)換完的數(shù)字量，當(dāng)OE端為高電平時(shí)，才可以從三態(tài)輸出鎖存器取走轉(zhuǎn)換完的數(shù)據(jù)。它可以根據(jù)地址碼鎖存譯碼后的信號(hào)，只選通8路模擬輸入信號(hào)中的一個(gè)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。是目前國(guó)內(nèi)應(yīng)用最廣泛的8位通用A/D芯片1．主要特性1）8路輸入通道，8位A／D轉(zhuǎn)換器，即分辨率為8位。 2）具有轉(zhuǎn)換起?？刂贫恕?3）轉(zhuǎn)換時(shí)間為100μs(時(shí)鐘為640kHz時(shí))，128μs（時(shí)鐘為500kHz時(shí)）　 4）單個(gè)＋5V電源供電 5）模擬輸入電壓范圍0～＋5V，不需零點(diǎn)和滿刻度校準(zhǔn)。 6）工作溫度范圍為40～＋85攝氏度 7）低功耗，約15mW。 2．內(nèi)部結(jié)構(gòu)ADC0809是CMOS單片型逐次逼近式A／D轉(zhuǎn)換器，它由8路模擬開關(guān)、地址鎖存與譯碼器、比較器、8位開關(guān)樹型A/D轉(zhuǎn)換器、逐次逼近測(cè)量結(jié)果。圖3. 8 ADC0809內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖3．外部特性（引腳功能）ADC0809芯片有28條引腳，采用雙列直插式封裝。下面說明各引腳功能。 IN0～I(xiàn)N7：8路模擬量輸入端。 21～28：8位數(shù)字量輸出端。 ADDA、ADDB、ADDC：3位地址輸入線，用于選通8路模擬輸入中的一路。 ALE：地址鎖存允許信號(hào)，輸入，高電平有效。 START： A／D轉(zhuǎn)換啟動(dòng)脈沖輸入端，輸入一個(gè)正脈沖（至少100ns寬）使其啟動(dòng)（脈沖上升沿使0809復(fù)位，下降沿啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換）。 EOC： A／D轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)，輸出，當(dāng)A／D轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，此端輸出一個(gè)高電平（轉(zhuǎn)換期間一直為低電平）。 OE：數(shù)據(jù)輸出允許信號(hào)，輸入，高電平有效。當(dāng)A／D轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，此端輸入一個(gè)高電平，才能打開輸出三態(tài)門，輸出數(shù)字量。 CLK：時(shí)鐘脈沖輸入端。要求時(shí)鐘頻率不高于640KHZ。 REF（+）、REF（）：基準(zhǔn)電壓。 Vcc：電源，單一＋5V。 GND：地。 首先輸入3位地址，并使ALE=1，將地址存入地址鎖存器中。此地址經(jīng)譯碼選通8路模擬輸入之一到比較器。START上升沿將逐次逼近寄存器復(fù)位。下降沿啟動(dòng) A／D轉(zhuǎn)換，之后EOC輸出信號(hào)變低，指示轉(zhuǎn)換正在進(jìn)行。直到A／D轉(zhuǎn)換完成，EOC變?yōu)楦唠娖?，指示A／D轉(zhuǎn)換結(jié)束，結(jié)果數(shù)據(jù)已存入鎖存器，這個(gè)信號(hào)可用作中斷申請(qǐng)。當(dāng)OE輸入高電平 時(shí)，輸出三態(tài)門打開，轉(zhuǎn)換結(jié)果的數(shù)字量輸出到數(shù)據(jù)總線上。 轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的傳送 A/D轉(zhuǎn)換后得到的數(shù)據(jù)應(yīng)及時(shí)傳送給單片機(jī)進(jìn)行處理。數(shù)據(jù)傳送的關(guān)鍵問題是如何確認(rèn)A/D轉(zhuǎn)換的完成，因?yàn)橹挥写_認(rèn)完成后，才能進(jìn)行傳送。為此可采用下述三種方式。 （1）定時(shí)傳送方式 對(duì)于一種A/D轉(zhuǎn)換其來說，轉(zhuǎn)換時(shí)間作為一項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)是已知的和固定的。例如ADC0809轉(zhuǎn)換時(shí)間為128μs，相當(dāng)于6MHz的MCS51單片機(jī)共64個(gè)機(jī)器周期?？蓳?jù)此設(shè)計(jì)一個(gè)延時(shí)子程序，A/D轉(zhuǎn)換啟動(dòng)后即調(diào)用此子程序，延遲時(shí)間一到，轉(zhuǎn)換肯定已經(jīng)完成了，接著就可進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。 （2）查詢方式 A/D轉(zhuǎn)換芯片由表明轉(zhuǎn)換完成的狀態(tài)信號(hào)，例如ADC0809的EOC端。因此可以用查詢方式，測(cè)試EOC的狀態(tài)，即可確認(rèn)轉(zhuǎn)換是否完成，并接著進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。 （3）中斷方式 把表明轉(zhuǎn)換完成的狀態(tài)信號(hào)（EOC）作為中斷請(qǐng)求信號(hào)，以中斷方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。 不管使用上述哪種方式，只要一旦確定轉(zhuǎn)換完成，即可通過指令進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。首先送出口地址并以信號(hào)有效時(shí)，OE信號(hào)即有效，把轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)送上數(shù)據(jù)總線，供單片機(jī)接受。 ADC0809應(yīng)用說明（1）ADC0809內(nèi)部帶有輸出鎖存器，可以與AT89S51單片機(jī)直接相連。（2）初始化時(shí)，使ST和OE信號(hào)全為低電平。（3）送要轉(zhuǎn)換的哪一通道的地址到A，B，C端口上。（4）在ST端給出一個(gè)至少有100ns寬的正脈沖信號(hào)。（5）是否轉(zhuǎn)換完畢，我們根據(jù)EOC信號(hào)來判斷。（6）當(dāng)EOC變?yōu)楦唠娖綍r(shí)，這時(shí)給OE為高電平，轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)就輸出給單片機(jī)了。 看門狗電路部分 看門狗電路一般有軟件看門狗和硬件看門狗兩種。軟件看門狗不需外接硬件電路，但系統(tǒng)需要出讓一個(gè)定時(shí)器資源，這在許多系統(tǒng)中很難辦到，而且若系統(tǒng)軟件運(yùn)行不正常，可能導(dǎo)致看門狗系統(tǒng)也癱瘓。硬件看門狗是真正意義上的“程序運(yùn)行監(jiān)視器”，如計(jì)數(shù)型的看門狗電路通常由555多諧振蕩器、計(jì)數(shù)器以及一些電阻、電容等組成，分立元件組成的系統(tǒng)電路較為復(fù)雜，運(yùn)行不夠可靠。本設(shè)計(jì)采用X25045芯片組成看門狗電路，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠性高。X25045是美國(guó)Xicor公司的生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)化8腳集成電路，它將EEPROM、看門狗定時(shí)器、電壓監(jiān)控三種功能組合在單個(gè)芯片之內(nèi)，大大簡(jiǎn)化了硬件設(shè)計(jì)，提高了系統(tǒng)的可靠性，減少了對(duì)印制電路板的空間要求，降低了成本和系統(tǒng)功耗，是一種理想的單片機(jī)外圍芯片。圖3. 9 X25045引腳圖其引腳功能如下：CS：片選擇輸入；SO：串行輸出，數(shù)據(jù)由此引腳逐位輸出；SI：串行輸入，數(shù)據(jù)或命令由此引腳逐位寫入X25045；SCK：串行時(shí)鐘輸入，其上升沿將數(shù)據(jù)或命令寫入，下降沿將數(shù)據(jù)輸出；WP：寫保護(hù)輸入。當(dāng)它低電平時(shí)，寫操作被禁止；VSS：地；VCC：電源電壓；RESET：復(fù)位輸出。X25045在讀寫操作之前，需要先向它發(fā)出指令。 X25045指令及其含義指令名指令格式操作WREN00000110設(shè)置寫使能鎖存器（允許寫操作）WRDI00000100復(fù)位寫使能鎖存器（禁止寫操作）RDSR00000101讀狀態(tài)寄存器WRSR000000001寫狀態(tài)寄存器READ0000A8011把開始與所選地址的存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)讀出WRITE0000A8010把數(shù)據(jù)寫入開始于所選地址的存儲(chǔ)器。X25045芯片內(nèi)包含有一個(gè)看門狗定時(shí)器，可通過軟件預(yù)置系統(tǒng)的監(jiān)控時(shí)間。在看門狗定時(shí)器預(yù)置的時(shí)間內(nèi)若沒有總線活動(dòng)，則X25045將從RESET輸出一個(gè)高電平信號(hào)，經(jīng)過微分電路CR3輸出一個(gè)正脈沖，使CPU復(fù)位。圖2電路中，CPU的復(fù)位信號(hào)共有3個(gè)：上電復(fù)位(CR2)，人工復(fù)位(S、RR2)和Watchdog復(fù)位(CR3)，通過或門綜合后加到RESET端。CR3的時(shí)間常數(shù)不必太大，有數(shù)百微秒即可，因?yàn)檫@時(shí)CPU的振蕩器已經(jīng)在工作。圖3. 10 X25045看門狗電路硬件連接圖看門狗定時(shí)器的預(yù)置時(shí)間是通過X25045的狀態(tài)寄存器的相應(yīng)位來設(shè)定的。，X25045狀態(tài)寄存器共有6位有含義，其中WDWD0和看門狗電路有關(guān)，其余位和EEPROM的工作設(shè)置有關(guān)。D7D6D5D4D3D2D1D0XXWD1WD0BL1BL0WELWIP X25045狀態(tài)寄存器WD1＝0，WD0=0。WD1＝0，WD0=1。WD1＝1，WD0=0。WD1＝1，WD0=1，禁止看門狗工作?？撮T狗電路的定時(shí)時(shí)間長(zhǎng)短可由具體應(yīng)用程序的循環(huán)周期決定，通常比系統(tǒng)正常工作