【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 基準(zhǔn)源 計(jì)數(shù)器內(nèi)部總線(xiàn)中斷中斷控制 并行 I / O 口 串行輸入 / 輸出8 9 C5 1振蕩器及定時(shí)電路4 K / 8 K 字節(jié)程序存儲(chǔ)器 R O M128 / 256 字節(jié)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 R A M2 個(gè) 16 位定時(shí)器 / 計(jì)數(shù)器8051C P U64K 字節(jié)總線(xiàn)擴(kuò)展控制可編程 I / O 口4 8 位可編程串行口單片機(jī)結(jié)構(gòu)框圖頻率基準(zhǔn)源 計(jì)數(shù)器內(nèi)部總線(xiàn)中斷中斷控制 并行 口 串行輸入 輸出振蕩器及定時(shí)電路字節(jié)程序存儲(chǔ)器字節(jié)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器個(gè) 位定時(shí)器 計(jì)數(shù)器字節(jié)總線(xiàn)擴(kuò)展控制可編程 口 位可編程串行口頻率基準(zhǔn)源 計(jì)數(shù)器內(nèi)部總線(xiàn)中斷中斷控制 并行 口 串行輸入 輸出振蕩器及定時(shí)電路字節(jié)程序存儲(chǔ)器字節(jié)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器個(gè) 位定時(shí)器 計(jì)數(shù)器字節(jié)總線(xiàn)擴(kuò)展控制可編程 口 位可編程串行口圖 31 89C51 單片機(jī)結(jié)構(gòu)框圖 在一小塊芯片上，集成了一個(gè)微型計(jì)算機(jī)的各個(gè)組成部分。每一個(gè)單片機(jī)包括： 一個(gè) 8位的微處理器（ CPU） CPU 是單片機(jī)的核心，是計(jì)算機(jī)的控制和指揮中心，有運(yùn)算器和控制器等部件組成。 存儲(chǔ)器 89C51 片內(nèi)有 ROM（程序存儲(chǔ)器，只能讀）和 RAM（數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，可讀可寫(xiě)）兩類(lèi)，他們有各自獨(dú)立的存儲(chǔ)地址空間，與一般微機(jī)的存儲(chǔ)器配置方式很不相同。 （ ROM） 存放程序，一些原始數(shù)據(jù)和表格。 89C51 及 8751 的片內(nèi)程序存儲(chǔ)器容量為 4KB，地址從 0000H 開(kāi)始，用于存放程序和表格常數(shù)。 （ RAM） 存放可以讀 /寫(xiě)的數(shù)據(jù) 運(yùn)算的中間結(jié)果、最終結(jié)果、欲顯示的數(shù)據(jù)等。 89C51 片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器均為 128B，地址為 00H7FH，用于存放運(yùn)算的中間結(jié)果、數(shù)據(jù)暫存以及數(shù)據(jù)緩沖等。 在這 128B 的 RAM中，有 32 個(gè)字節(jié)單元可指定為 工作寄存器，這同一般微處理器不同。 89C51 的片內(nèi) RAM 和工作寄存器排在一個(gè)隊(duì)列里統(tǒng)一編址。 3. 特殊功能寄存器 89C51 單片機(jī)內(nèi)部還有 SP， DPTR， PCON， ? ， IE， IP等特殊功能寄存器，它們也同 12 128 字節(jié) RAM 在一個(gè)隊(duì)列編址，地址為 80H~FFH。在這 128 字節(jié) RAM 單元中有 21個(gè)特殊功能寄存器（ SFR），在這些特殊功能寄存器中還包括 P0~P3 口鎖存器。 I/O 接口 四個(gè) 8位并行 I/O 接口 P0P3。每個(gè)口既可以用作輸入，也可以用作輸出。它們都是雙向端口，每個(gè)端口有 8條 I/O 線(xiàn)，均 可輸入 /輸出。 P0P3 口四個(gè)鎖存器同 RAM 統(tǒng)一編址，可以把 I/O口當(dāng)作一般特殊功能寄存器來(lái)尋址。一個(gè)全雙工 UART（通用異步接收發(fā)送器）的串行 I/O口。 用于實(shí)現(xiàn)單片機(jī)之間或單片機(jī)與微機(jī)之間的串行通信。 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 89c51 有兩個(gè)定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器，每個(gè)定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器都可以設(shè)置成計(jì)數(shù)方式，用以對(duì)外部事件進(jìn)行計(jì)數(shù)，也可以設(shè)置成定時(shí)方式，并可以根據(jù)計(jì)數(shù)或定時(shí)的結(jié)果實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)控制。 五個(gè)中斷源的中斷控制系統(tǒng) —— 外部中斷 0請(qǐng)求，低電平有效。通過(guò) 引腳輸入。 —— 外部中斷 1請(qǐng)求，低電平有效。通過(guò) 引腳輸入。 —— 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 0 溢出中斷請(qǐng)求。 —— 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 1 溢出中斷請(qǐng)求。 —— 串行口中斷請(qǐng)求。當(dāng)串行口完成一幀數(shù)據(jù)的發(fā)送或接收時(shí)，便請(qǐng)求中斷。 振蕩器及定時(shí)電路 石英晶體和微調(diào)電容需要外接。最高允許振蕩頻率 24MHZ。 89C51 單片機(jī)片內(nèi)有振蕩電路，只需外接石英晶體和頻率微調(diào)電容（ 2 個(gè) 30pF 左右），其頻率范圍為 。 以上各個(gè)部分通過(guò)內(nèi)部數(shù)據(jù)總線(xiàn)相連接。 89C51 單片機(jī) 引腳及其功能 89C51 系列中各種芯片的引腳是互相兼容的，如 89C51， 8751 和 8031 均采用 40腳雙列直插封裝（ DIP）方式。當(dāng)然，不同芯片之間引腳功能也略有差異。 89C51 單片機(jī)是高性能單片機(jī)，因?yàn)槭艿揭_數(shù)目的限制，所以有不少引腳具有第二功能，如下圖所示。 13 Vc c （＋）P0 . 0P0 . 1P0 . 2P0 . 3P0 . 4P0 . 5P0 . 6P0 . 7EA / Vp pA L E/ PR O GPSENP2 . 7P2 . 6P2 . 5P2 . 4P2 . 3P2 . 2P2 . 1P2 . 08 9 C 5 112345678910111213141516171819204039383736353433323130292827262524232221P1 . 0P1 . 1P1 . 2P1 . 3P1 . 4P1 . 5P1 . 6P1 . 7R ST / V PDR XD / P3 . 0T XD / P3 . 1I N T 0 / P3 . 2I N T 1 / P3 . 3T 0 / P3 . 4T 1 / P3 . 5W R / P3 . 6R D / P3 . 7XT A L 2XT A L 1Vs s（＋）（＋） 圖 32 89C51 引腳 803089C 518751端口 0端口 1端口 2R S T / V PDVss V c cE A / V ppP S E NA L E / P RO G端口3X T A L 1X T A L 2TX DR X DI N T 0 I N T 1T0T1WR端口端口端口端口 14 圖 33 89C51 引腳 各引腳功能簡(jiǎn)要說(shuō)明如下： 電源引腳 Vcc和 Vss （ 40腳）：電源端，為 +5V。 （ 20腳）：接地端。 時(shí)鐘電路引腳 XTAL1 和 XTAL2 （ 19）：接外部晶體和微調(diào)電容的一端；在采用外部時(shí)鐘時(shí)，該引腳必須接地。 （ 18）：接外部晶體和微調(diào)電容的另一端；若采用外部時(shí)鐘電路時(shí)，該引腳輸入外部時(shí)鐘脈沖。 控制信號(hào)引腳 RST， ALE， /PSEN 和 /EA (9 腳）：復(fù)位信號(hào)與備用電源的輸入端。 RST 是復(fù)位信號(hào)輸入端，高電平有效。保持兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)，就可以完成復(fù)位操作。 RST 引腳的第二功能是 VPD，即備用電源的輸入端。 (30 腳）：地址鎖存允許信號(hào)端。當(dāng) 89C51 上電正常工作后， ALE 引腳不斷向外輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率 fosc 的 1/6。 CPU 訪(fǎng)問(wèn)片外存儲(chǔ)器時(shí)， ALE 輸出信號(hào)作為鎖存低 8位地址的控制信號(hào)。不訪(fǎng)問(wèn)片外存儲(chǔ)器時(shí)， ALE端也以振蕩頻率的 1/6固定輸出正脈沖，因而 ALE 信號(hào)可以用作對(duì)外輸出時(shí)鐘或定時(shí)信號(hào)。 ALE 負(fù)載驅(qū)動(dòng)能力8 個(gè) LS 型 TTL(低功耗甚高速 TTL)負(fù)載。第二功能 PROG 在對(duì)片內(nèi)帶有 4KB EPROM 的8751 編程寫(xiě)入（固化程序）時(shí)，作為編程脈沖輸入端。 (29 腳 )：程序存儲(chǔ)允許輸出信號(hào)端。在訪(fǎng)問(wèn)片外程序 存儲(chǔ)器時(shí)，此端定時(shí)輸出負(fù)脈沖作為讀片外存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。此引腳接 EPROM 的 OE 端。 PSEN 端有效，即允許讀出 EPROM/ROM 中的指令碼。 PSEN 負(fù)載 8 個(gè) LS 型 TTL 負(fù)載。 (31 腳 )：外部程序存儲(chǔ)器地址允許輸入端 /固化編程電壓輸入端。 當(dāng) EA引腳接高電平時(shí)， CPU 只訪(fǎng)問(wèn)片內(nèi) EPROM/ROM 并執(zhí)行內(nèi)部程序存儲(chǔ)器中的指令，但當(dāng) PC(程序計(jì)數(shù)器 )的值超過(guò) 0FFFH(對(duì) 8751/89C51 為 4KB)時(shí)，將自動(dòng)轉(zhuǎn)去執(zhí)行片外程序存儲(chǔ)器的程序。當(dāng)輸入信號(hào) EA 引腳接低電平 (接地 )時(shí)， CPU 只訪(fǎng)問(wèn)外部 EPROM/ROM 并執(zhí)行外部程序存儲(chǔ)器中的指令，而不管是否有片內(nèi)程序存儲(chǔ)器。對(duì)于無(wú)片內(nèi) ROM的 8031或 8032， 15 需外擴(kuò) EPROM，此時(shí)必須將 EA引腳接地。如是擁有片內(nèi) ROM 的 89C51，外擴(kuò) EPROM 也是可以的，但也要將 EA接地。 第二功能 Vpp是對(duì) 8751片內(nèi) EPROM固化編程時(shí)，作為施加較高編程電壓 (一般 12V21V)的輸入端。 輸入 /輸出端口 P0， P1， P2和 P3 口 (,3932 腳 )： P0 口是一個(gè)漏極開(kāi)路的 8 位準(zhǔn)雙向 I/O 端口。作為漏極開(kāi)路的輸出端口，每個(gè)能驅(qū)動(dòng) 8 個(gè) LS 型 TTL 負(fù)載。當(dāng) P0口作為輸入口使用時(shí)，應(yīng)先向口鎖存器 (地址 80H)寫(xiě)入全 1，此時(shí) P0 口的全部引腳浮空，可作為高阻抗輸入。作輸入口使用時(shí)要先寫(xiě) 1，這就是準(zhǔn)雙向的含義。在 CPU訪(fǎng)問(wèn)片外存儲(chǔ)器（ 8031片外 EPROM或 RAM ）時(shí)， P0 口是分時(shí)提供低 8 位地址和 8位數(shù)據(jù)的復(fù)用總線(xiàn)。在此期間， P0 口內(nèi)部上拉電阻有效。 口 (,18腳 )： P1 口是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的 8位準(zhǔn)雙向 I/O 端口。 P1口的每一位能驅(qū)動(dòng) (灌入或輸出電流 )4個(gè) LS型 TTL 負(fù) 載。在 P1 口作為輸入口使用時(shí)，應(yīng)先向 P1 口鎖存器 (地址 90H)寫(xiě)入全 1，此時(shí) P1 口引腳有內(nèi)部上拉電阻拉成高電平。 口 (,2128 腳 )： P2 口是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的 8位準(zhǔn)雙向 I/O 端口。P2 口的每一位能驅(qū)動(dòng) (灌入或輸出電流 )4 個(gè) LS 型 TTL 負(fù)載。在訪(fǎng)問(wèn)片外 EPROM/ROM 時(shí)，它輸出高 8位地址。 口 (,1017 腳 )： P3口是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的 8位準(zhǔn)雙向 I/O 端口。P3 口的每一位能驅(qū)動(dòng) (灌入或輸出電流 )4 個(gè) LS 型 TTL 負(fù)載。 P3 口與其他 I/O 端口有 很大區(qū)別，它除作為一般準(zhǔn)雙向 I/O 口外，每個(gè)引腳還具有第二功能。 系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)控制部分設(shè)計(jì) 電機(jī)選型 電機(jī)種類(lèi)繁多，本設(shè)計(jì)采用比較常見(jiàn)的兩種電機(jī)進(jìn)行比較，并結(jié)合實(shí)際情況選出最佳方案： 直流電動(dòng)機(jī) : 直流電動(dòng)機(jī)是依靠直流工作電壓運(yùn)行的電動(dòng)機(jī)，廣泛應(yīng)用于收錄機(jī)、錄像機(jī)、影碟機(jī)、電動(dòng)剃須刀、電吹風(fēng)、電子表、玩具等。直流電動(dòng)機(jī)具有調(diào)速性能好、起動(dòng)容易、能夠載 16 重起動(dòng)等優(yōu)點(diǎn)，所以目前直流電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用仍然很廣泛，尤其在 可控硅 直流電源出現(xiàn)以后。 步進(jìn)電動(dòng)機(jī) : 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是將電 脈沖 信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€(xiàn)位移的開(kāi) 環(huán)控制元件。在非超載的情況下，電機(jī)的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號(hào)的頻率和脈沖數(shù)，而不受負(fù)載變化的影響，即給電機(jī)加一個(gè)脈沖信號(hào)，電機(jī)則轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè) 步距角。 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)主要應(yīng)用在數(shù)控 機(jī)床 制造領(lǐng)域，由于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)不需要 A/D 轉(zhuǎn)換，能夠直接將數(shù)字脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)化成為角位移，所以一直被認(rèn)為是最理想