【文章內(nèi)容簡介】 1 相近：所含部件有：①、 8031CPU；②、振蕩電路；③、總線控制部件；④、中斷控制部件；⑤、片內(nèi) FLASH 存儲(chǔ)器；⑥、片內(nèi) RAM；⑦、并行 I/O 接口；⑧、定時(shí)器；⑨、串行 I/O 接口。其中在 89 系列單片機(jī)中， AT89C1051 的 FLASH 存儲(chǔ)器容量最小，只有 1K，內(nèi)部不含串行接口，RAM 只有 64GE 字節(jié)。 AT89C2051 的概括功能 *和 MCS51 產(chǎn)品的兼容 *2K 字節(jié)可重編程閃 速存儲(chǔ)器 *耐久性： 1000 寫 /擦除周期 *～ 6V的操作范圍 *全靜態(tài)操作： 0HZ～ 24MHZ *兩級(jí)加密程序存儲(chǔ)器 *128*8 位內(nèi)部 RAM *15 根可編程 I/O 引線 *兩個(gè) 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 *六個(gè)中斷源 *可編程串行 UART 通道 *直接 LED 驅(qū)動(dòng)輸出 *片內(nèi)模擬比較器 *低功耗空載和掉電方式 16 AT89C2051 的結(jié)構(gòu) AT89C2051 是一帶有 2K 字節(jié)閃速可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器的低 壓，高性能CMOS 8 位微型計(jì)算 機(jī)， 它采用 ATMEL 的高密非易失存儲(chǔ)技術(shù)制造并和工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)MCS51 指令集和引腳結(jié)構(gòu)兼容。通過在單塊芯片上組合通用的 CPL1 和閃速存儲(chǔ)器， ATMEL AT89C2051 是一強(qiáng)勁的微型計(jì)算機(jī)，它對(duì)許多嵌入式控制應(yīng)用提供一高度靈活和成本低的解決辦法。 AT89C2051 提供 2K 字節(jié)閃速存儲(chǔ)器， 128 字節(jié) RAM， 15 根 I/O 引線，兩個(gè) 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器，一個(gè)五向量兩級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，一個(gè)全雙工串行口，一精密模擬比較器以及片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路。此外， AT89C2051 上用可降到 0 頻率的邏輯操作設(shè)計(jì)的并支持兩種可選擇的軟件節(jié)電工作方式。一種是空閑方式：即停止 CPU工作但允許 RAM、定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器，串行口和中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作；另一種是掉電方式，即保存 RAM 內(nèi)容但振蕩器停止工作并禁止所有其他部件的工作直到下一個(gè)硬件復(fù)位。 AT89C2051 的引腳說明 AT89C1051 的引腳如 圖 10 所示： VCC：電源電壓。 GND：地。 P1 口： P1 是一 8 位雙向 I/O 口，口引腳 至 提供內(nèi)部上拉電阻， 至 要求外部上拉電阻。 和 還分別作為片內(nèi)精密模擬比較器的 17 同相輸入 (AINO)和反向輸入（ AINI）。 P1 口輸入緩沖器可吸收 20mA 電流并能直接驅(qū)動(dòng) LED 顯 示。當(dāng) P1 口引腳寫入“ 1”時(shí)，其可用作輸入端。當(dāng)引腳 至 用作輸入并被外部拉低時(shí) ,它們將因內(nèi)部的上拉電阻而流出電流 (IIL)。 P1 口還在閃速編程和程序校驗(yàn)期間接受代碼數(shù)據(jù)。 P3 口： P3 口的 至 , 是帶有內(nèi)部上拉電阻的七個(gè)雙向 I/O 引腳。 用吸收 20mA 電流。當(dāng) P3 口引腳寫入“ 1”時(shí)，它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可用作輸入端。用作輸入時(shí)，被外部拉低的 P3 口引腳將因上拉電阻而流出電流（ IIL）。 P3 口還用于實(shí)現(xiàn) AT89C2051 的各種特殊功能。見 表 1： P3 口還接收一些用于閃速存儲(chǔ)器編程和程序校驗(yàn)的控制信號(hào)。 RST：復(fù)位輸入。 RST 一旦變成高電平所有的 I/O 引腳就復(fù)位到“ 1”。當(dāng) 振蕩器正在運(yùn)行時(shí)，持續(xù)給出 RST 引腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平變可完成復(fù)位。每一個(gè)機(jī)器周期需 12 個(gè)震蕩器或時(shí)鐘周期。 XTAL1：作為震蕩器反相放大器的輸入和內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入。 XTAL2：作為震蕩器反相放大器的輸出。 AT89C2051 的振蕩器 和專用寄存器 特性 XTAL1 和 XTAL2 分別構(gòu)成片內(nèi)振蕩器的反相放大器的輸入和輸出端，如 圖11 所示?？刹捎檬⒕w或陶瓷振 蕩器組成振蕩器。要從外部時(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)AT89C2051，則 XTAL2 應(yīng)浮空，而 XTAL1 的驅(qū)動(dòng)如 圖 12 所示。由于輸入到內(nèi)部時(shí)鐘電路是經(jīng)過一個(gè)二分頻觸發(fā)器的，故不需要對(duì)外部時(shí)鐘信號(hào)的工作周期提出特別要求，但它必須遵守最小和最大電壓高低電平的時(shí)間規(guī)范。 其次，專用功能寄存器（ SFR），不是存儲(chǔ)區(qū)中所有的地址單元都被占用， 18 未占用的地址單元不能采用，如果對(duì)其執(zhí)行讀訪問一般會(huì)返回隨機(jī)數(shù)據(jù)，寫訪問也是不確定的。 由于在將來的產(chǎn)品中可能利用未占用的單元來產(chǎn)生一些新功能，故用戶軟件不應(yīng)對(duì)寫入“ 1”，在這種情況下，新位的復(fù)位或 不激活值總是 0。 5 通信電路及元器件介紹 MAX232 芯片 51 單片機(jī)有一個(gè)全雙工的串行口，所以單片機(jī)和 PC 之間可以方便地進(jìn)行串口通訊。進(jìn)行串行通信時(shí)要滿足一定的條件，如 PC 的串口是 RS232 電平的，而單片機(jī)的串口是 TTL 電平的，兩者之間必須有一個(gè)電平轉(zhuǎn)換電路，這里用專用芯片 MAX232 進(jìn)行轉(zhuǎn)換，用專用芯片更簡單可靠。 MAX232 如 圖 13 所示。 它包含兩路接收器和驅(qū)動(dòng)器，內(nèi)部有一個(gè)電源電壓變換器，可以把輸入的+5V 電壓變換位 RS232 輸出電平所需的 +10V 電壓。所以，用該芯 片接口的串行通信只需單一的 +5V電源就可以了。其應(yīng)用性更強(qiáng)。 圖 13（ b） 中上半部電容1C 、 2C 、 3C 、 4C 及 V? ， V? 是電源變換部分。實(shí)際應(yīng)用中，器件對(duì)電源噪聲很敏感。因此， ccV 對(duì)地需要加去耦電容 5C ，其值為 。電容 1C 、 2C 、 3C 、 4C取同樣數(shù)值的電解電容，以提高抗干擾能力。 19 圖 13（ b） 下半部分為發(fā)送和接收部分， 1inT ， 2inT 可直接接 TTL/CMOS 電平的 MCS51 型單片機(jī)的串行發(fā)送端 TXD； 1outR , 2outR 可直接接 TTL/CMOS 電平的 MCS51 型單片機(jī)的串行接受端 RXD； 1outT ， 2outT 可直接接 PC 機(jī)的 RS232串口接受端 RXD； 1inR , 2inR 可直接接 PC 機(jī)的 RS232 串口發(fā)送端 TXD。 硬件原理圖如 圖 14 所示。 20 串口通信的硬件連接采用三線制連接串口，就是說和 PC 的 9 針串口只連接其中的 3 根線：第 5 腳的 GND、第 2 腳的 RXD、第 3 腳的 TXD。這是最簡單的連接方法，但是對(duì)本題來說已經(jīng)足夠了， MAX232 的第 11 腳和單片機(jī)的 11 號(hào)引腳連接，第 12 腳和單片機(jī)的 10 腳連接，第 15 腳和單片機(jī)的 20 腳連接。 MAX232的第 14 腳和 PC 機(jī)串口的 2 號(hào)引腳連接，第 13 腳和 PC 機(jī)串口的 3 號(hào)引腳連接，第 15 腳和 PC 機(jī)串口的 5 號(hào)引腳連接。 RS232接口標(biāo)準(zhǔn) RS232 是串行數(shù)據(jù)接口標(biāo)準(zhǔn)，最初都是由電子工業(yè)協(xié)會(huì)（ EIA）制訂并發(fā)布的， RS232 在 1962 年發(fā)布，命名為 EIA232E，作為工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，以保證不同廠家產(chǎn)品之間的兼容。 RS422 由 RS232 發(fā)展而來，它是為彌補(bǔ) RS232 之不足而提出的。為改進(jìn) RS232 通信距離短、速率低的缺點(diǎn)， RS422 定義了一種平衡通信接口，將傳輸速率提高到 10Mb/s，傳輸距離延長到 4000英尺（速率低于 100kb/s時(shí)），并允許在一條平衡總線上連接最多 10 個(gè)接收器。 RS422 是一種單 機(jī)發(fā)送、多機(jī)接收的單向、平衡傳輸規(guī)范，被命名為 TIA/EIA422A 標(biāo)準(zhǔn)。為擴(kuò)展應(yīng)用范圍， EIA 又于 1983 年在 RS422 基礎(chǔ)上制定了 RS485 標(biāo)準(zhǔn)，增加了多點(diǎn)、雙向 21 通信能力，即允許多個(gè)發(fā)送器連接到同一條總線上，同時(shí)增加了發(fā)送器的驅(qū)動(dòng)能力和沖突保護(hù)特性，擴(kuò)展了總線共模范圍，后命名為 TIA/EIA485A 標(biāo)準(zhǔn)。由于EIA 提出的建議標(biāo)準(zhǔn)都是以 “RS” 作為前綴，所以在通訊工業(yè)領(lǐng)域，仍然習(xí)慣將上述標(biāo)準(zhǔn)以 RS 作前綴稱謂。 RS23 RS422 與 RS485 標(biāo)準(zhǔn)只對(duì)接口的電氣特性做出規(guī)定，而 不涉及接插件、電纜或協(xié)議，在此基礎(chǔ)上用戶可以建立自己的高層通信協(xié)議。因此在視頻界的應(yīng)用，許多廠家都建立了一套高層通信協(xié)議，或公開或廠家獨(dú)家使用。如錄像機(jī)廠家中的 Sony 與松下對(duì)錄像機(jī)的 RS422 控制協(xié)議是有差異的，視頻服務(wù)器上的控制協(xié)議則更多了，如 Louth、 Odetis 協(xié)議是公開的，而 ProLINK 則是基于Profile 上的。 RS232 串行接口標(biāo)準(zhǔn) 目前 RS232 是 PC 機(jī)與通信工業(yè)中應(yīng)用最廣泛的一種串行接口。 RS232 被定義為一種在低速率串行通訊中增加通訊距離的單端標(biāo)準(zhǔn)。 RS232 采取不平衡傳輸方式，即所謂單端通訊。收、發(fā)端的數(shù)據(jù)信號(hào)是相對(duì)于信號(hào)地，如從 DTE設(shè)備發(fā)出的數(shù)據(jù)在使用 DB25 連接器時(shí)是 2 腳相對(duì) 7 腳（信號(hào)地）的電平 。 典型的 RS232 信號(hào)在正負(fù)電平之間擺動(dòng)，在發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，發(fā)送端驅(qū)動(dòng)器輸出正電平在 +5～ +15V，負(fù)電平在 5～ 15V 電平。當(dāng)無數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，線上為 TTL，從開始傳送數(shù)據(jù)到結(jié)束，線上電平從 TTL 電平到 RS232 電平再返回 TTL 電平。接收器典型的工作電平在 +3～ +12V 與 3～ 12V。由于發(fā)送電平與接收電平的差僅為 2V至3V 左右，所以其共模抑制能力差 ，再加上雙絞線上的分布電容，其傳送距離最大為約 15 米，最高速率為 20kb/s。 RS232 是為點(diǎn)對(duì)點(diǎn)（即只用一對(duì)收、發(fā)設(shè)備）通訊而設(shè)計(jì)的，其驅(qū)動(dòng)器負(fù)載為 3～ 7kΩ 。所以 RS232 適合本地設(shè)備之間的通信 。 RS232 的電氣特性 EIARS232 對(duì)電氣特性、邏輯電平和各種信號(hào)線功能都作了規(guī)定。 在 TXD 和 RXD 數(shù)據(jù)上： 邏輯 1（ MARK） =3～＋ 15V 邏輯 0（ SPACE） =+3～ 15V 在 RST、 CTS、 DSR、 DTR 和 DCD 等控制線上： 22 信號(hào)有效（接通， ON 狀態(tài)，正電壓） =+3～＋ 15V 信號(hào)無效（斷開， OFF 狀態(tài)，負(fù)電壓） =3～ 15V 以上規(guī)定說明了 RS232 標(biāo)準(zhǔn)對(duì)邏輯電平的定義。對(duì)于數(shù)據(jù)（信息碼）：邏輯“ 1” （傳號(hào)）的低電平低于 3V，邏輯“ 0”（空號(hào)）的電平高于 +3V；對(duì)于控制信號(hào)：接通狀態(tài)（ ON）即信號(hào)有效的電平高于 +3V，斷開狀態(tài)（ OFF）即信號(hào)無效的低電平 3V，也就是當(dāng)傳輸電平的絕對(duì)值大于 3V 時(shí)，電路可以有效地檢查出來，介于3V～ +3V 之間的電壓無意義，低于 15V 或高于 +15V 的電壓也認(rèn)為無意義，因此，實(shí)際工作時(shí)，應(yīng)保證電平在正負(fù)（ 5～ 15） V之間。 EIARS232 與 TTL 轉(zhuǎn)換：很明顯， EIARS232 是用正負(fù)電壓來表示邏輯狀態(tài)，與 TTL 以高低電平表示邏輯狀態(tài)的規(guī)定不同。因此，為了能夠同計(jì)算機(jī)接口或終端的 TTL 器件連接，必須在 EIARS232 與 TTL 電路之間進(jìn)行電平和邏輯關(guān)系的變換。實(shí)現(xiàn)這種變換的方法可用分立元件，也可用集成電路芯片 6 基于 RS232 的 8 位數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)電路圖及其原理 說明 電路 圖如 圖 15 所示，主要組成器件有 AT89C205 ADC080地址鎖存器74LS37采樣保持器 LF39 MAX23多路開關(guān) CD4051。其中 AT89C205 ADC080MAX232 構(gòu)成了一個(gè)基本的單元微機(jī)系統(tǒng)。 圖 15 中的 8 位的基于 RS232 的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)對(duì) 8路模擬信號(hào)進(jìn)行采集，現(xiàn)場檢測信號(hào)，模數(shù)轉(zhuǎn)換器用分辨率為 8位的 ADC0809。采樣 /保持電路為 ADC0809提供低噪聲、 穩(wěn)定、真實(shí)的信號(hào)源。 AT89C2051 通過 P1 口的 、 、 、 、 與 ADC0809 芯片接口相連。芯片內(nèi)部有上拉電阻，帶負(fù)載能力較強(qiáng)。系統(tǒng)采用串口 （ RXD）、 （ TXD）把信號(hào)輸?shù)缴侠瓩C(jī)，串行信號(hào)通過 MAX232 芯片作電平轉(zhuǎn)換后，成為 RS232 口，通過該口與上拉機(jī)進(jìn)行通信，接收上拉機(jī)的指令，并將 A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)果傳輸給上拉機(jī)。在 ADC0809 轉(zhuǎn)換完成后，要求單片機(jī)提供時(shí)鐘信號(hào) 。單片機(jī)可以通過 （ TFS 腳 ） 。 （ SDATA 腳）和 （ CLK 腳）編程輸出對(duì)其進(jìn)行設(shè)置。由于從 AT89C2051 串行口輸入 RXD和輸出 TXD，均為 TTL 電平，用 TTL 電平傳播，輸出距離短，故要使傳輸?shù)木嚯x增大，提高信號(hào)的準(zhǔn)確性，則需加 MAX232 芯片， 然后再由于 PC機(jī)相連。 從邏輯電路可以看出：單片機(jī)工作時(shí)是其內(nèi)部振蕩電路加外接晶體震蕩器產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)的，并且在這個(gè)時(shí)鐘信號(hào)的同步下，執(zhí)行程序及系統(tǒng)的控制工作。而 23 8 位的 A/D 轉(zhuǎn)換器 ADC0809的 A/D 轉(zhuǎn)換過程是依賴外部振蕩電路提供的時(shí)鐘信號(hào)同步的。至于對(duì)哪一路輸入的模擬信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，何時(shí)讀取 A/D 轉(zhuǎn)換，則是在AT89C2051 的控制下執(zhí)行。 7 總結(jié) 通過該分布式多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，由相同的模塊電路和不同的開關(guān)地址選通不同的模塊，實(shí)現(xiàn)對(duì)多路模擬信號(hào)的采集、轉(zhuǎn)換、傳送。但由于系統(tǒng)對(duì)采集速度和精度要求較低，故分 析結(jié)果數(shù)據(jù)存在一定誤差，采集量也不大，且只能實(shí)現(xiàn)異步數(shù)據(jù)采集。所以還需要進(jìn)一步改進(jìn)。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 是科學(xué)試驗(yàn)中經(jīng)常用到的測量環(huán)節(jié)。通常由信號(hào)調(diào)理、 A/D 轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)分析、顯示等幾個(gè)功能模塊組成。隨著計(jì)算機(jī)與數(shù)據(jù)終端的普及，數(shù)據(jù)通信在工業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用，在生產(chǎn)過程中，利用串行通信，人們可以遠(yuǎn)離現(xiàn)場對(duì)計(jì)算機(jī)操作，能夠方便地對(duì)現(xiàn)場進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、處理、