【文章內(nèi)容簡介】 此外， AT89C2051 的時鐘頻率可為零，即具備可用軟件設(shè)置的睡眠省電功能，系統(tǒng)的喚醒方式有 RAM、定時 /計數(shù)器、串行口和外中斷口，系統(tǒng)喚醒后即進入工作狀態(tài)，省電模式中，片內(nèi) RAM 將被凍結(jié)，時鐘停止震蕩，所有功能停止工作，直至系統(tǒng)被硬件系統(tǒng)復(fù)位方可繼續(xù)工作 [12] 。 引腳介紹 Vcc：接 +5V 電源正端 GND：接 +5V 電源地端 — ：完整的雙向串行通信接口， 與 還有第二種功能 — ：除 外，雙向 I/O 口，除 外，均有第二 功能，第二功能與MCS51 系列單片機基本相同 XTAL1：震蕩器反向放大器內(nèi)部工作時鐘輸入端 XTAL2：震蕩器反向放大器的輸出端 RST：復(fù)位引腳，震蕩器工作時，該引腳上兩個機器周期的高電平復(fù)位 [10] 7 圖 AT89C2051 引腳圖 主要功能特性 ●兼容 MCS51 指令系統(tǒng) ● 15 個雙向 I/O 口 ●兩個 16 位可編成定時 /計數(shù)器 ●時鐘頻率 0— 24MHz ●兩個外部中斷源 ●可直接驅(qū)動 LED ●低功耗睡眠功能 ●可編程 URRL 通道 ● 2KB 可反復(fù)擦寫 Flash ROM ● 6 個中斷源 ● — 寬工作電壓范圍 ● 128*8 位內(nèi)部 RAM ●兩個串行中斷 ●兩級加密位 ●內(nèi)置一個模擬比較放大器 ●軟件設(shè)置睡眠和喚醒功能 8 AT89C2051 單片機的主要組成部分 1． CPU CPU 是單片機的核心部分 ,他的作用是讀入和分析每條指令 ,根據(jù)每條指令的功能要求 ,控制各個部件執(zhí)行相應(yīng)的操作。 AT89C2051 單片機內(nèi)部有一個 8 位的 CPU，它是由運算器和控制器組成 [13]。 A．運算器 運算器主要包括算術(shù)、邏輯運算部件 ALU、累加器 ACC、寄存 器 B、暫存器 YMP YMP程序狀態(tài)寄存器 PSW、布爾處理器及十進制調(diào)整電路等。 運算器主要用來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳送、數(shù)據(jù)的算術(shù)運算、邏輯運算和位變量處理等。 B．控制器 控制器包括時鐘發(fā)生器、定時控制邏輯、指令寄存器指令譯碼器、程序計數(shù)器 PC、程序地址寄存器、數(shù)據(jù)指針寄存器 DPTR 和堆棧指針 SP 等。 控制器是用來統(tǒng)一指揮和控制計算機進行工作的部件。它的功能是從程序存儲器中提取指令，送到指令寄存器，再進入指令譯碼器進行譯碼，并通過定時和控制電路，在規(guī)定的時刻發(fā)出各種操作所需要的全部內(nèi)部控制信息及 CPU外部所需 要的控制信號，如 ALE、 PSEN、 RD、 WR 等，使各部分協(xié)調(diào)工作，完成指令所規(guī)定的各種操作。 2．存儲器 A．程序存儲器 程序存儲器用于存放編好的程序、表格和常數(shù)。 CPU 的控制器專門提供一個控制信號 EA 來區(qū)分內(nèi)部 ROM 和外部 ROM 的公用地址區(qū)：當(dāng) EA 為無效電平時，單片機從片內(nèi) ROM 的 2KB 存儲器取指令，而當(dāng)指令超過 07FFH 后，就自動轉(zhuǎn)向片外 ROM 取指令；當(dāng) EA 為有效電平時， CPU 只從片外 ROM 取指令。 在程序存儲器中，有 6 個單元具有特殊存儲功能。 0000H— 0002H：是所有執(zhí)行程序的入口地址， 2051 單片機復(fù)位后， CPU 總是從 0000H 單元開始執(zhí)行程序。 0003H：外部中斷 0 入口。 000BH：定時 /計數(shù)器 0 溢出中斷入口。 0013H：外部中斷 1 入口。 001BH：定時 /計數(shù)器 1 溢出中斷入口。 0023H：串行口中斷入口。 使用時，通常在這些入口地址處存放一條絕對跳轉(zhuǎn)指令，使程序跳轉(zhuǎn)到用戶安排的中斷程序起始地址，或者從 0000H 起始地址跳轉(zhuǎn)到用戶設(shè)計的初始程序上。 B．?dāng)?shù)據(jù)存儲器 片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器的 8 位地址共可尋址 256B 單元， 2051 單片機將其分為兩9 個區(qū)： 00H— FFH 的 128B 單元為片內(nèi) RAM 區(qū)，可 以讀、寫任何數(shù)據(jù)； 80H—FFH 的高 128B 單元為專用寄存器區(qū)。在低 128B 的內(nèi)部 RAM 中，前 32 個單元（地址為 00H— 1FH）為通用工作寄存器區(qū)，共分為四組（寄存器 0 組、 1 組、2 組、 3 組），每組 8 個工作寄存器由 R0— R7 組成，共占 32 個 單元。選用哪一組由程序狀態(tài)字 PSW 中的 RS RS0 這兩位的設(shè)置決定，若程序并不需要四個 4 組工作寄存器，那么剩下的工作寄存器可作一般的存儲器來使用。 CPU 在復(fù)位時自動選中 0 組 20H— 2FH 的 16 個單元為位尋址區(qū)，每個單元 8 位，共128 位。其位尋址范圍為 00H— 7FH。位 尋址區(qū)的每一位都可當(dāng)作軟件觸發(fā)器，由程序直接進行處理。程序中通常把各種程序狀態(tài)標志、位控變量設(shè)在位尋址區(qū)。同樣，位尋址區(qū)的 RAM 單元也可作為一般的數(shù)據(jù)存儲器按字節(jié)單元使用。 3．特殊功能寄存器 A．累加器 A 累加器 A 是一個最常用的 8 位特殊功能寄存器，它既可用于存放操作數(shù)， 也可用于存放運算的中間結(jié)果。大部分單操作數(shù)指令的操作數(shù)就取自累加器。用 ACC 表示 A 的符號地址。 B．寄存器 B 寄存器 B 是一個 8 位寄存器，主要用于乘法和除法的運算。乘法運算時，B 中存放乘法，乘法操作后，乘積的高 8 位又存于 B 中；除法運算時， B 中存放除數(shù)，出發(fā)操作后， B 中又存放余數(shù)。在其他指令中，寄存器 B 可作為一般的寄存器使用，用于暫存數(shù)據(jù) [14]。 /計數(shù)器 主要特性 （ 1） AT89C2051 單片機有兩個可編程的定時器 /計數(shù)器 —— 定時器 /計數(shù)器 0與定時器 /計數(shù)器 1，可有程序選擇作為定時器用或作為計數(shù)器用，定時時間或記數(shù)值也可由程序設(shè)定。 （ 2） 每一個定時器 /計數(shù)器具有 4 種工作方式，可用程序選擇。 （ 3） 任一定時器 /計數(shù)器在定時時間到或記數(shù)值到時，可有程序安排產(chǎn)生中斷請求信號或不產(chǎn)生中斷請求信號 [15]。 定時 /計數(shù)器 0 和 1 的控制 和狀態(tài)寄存器 特殊功能寄存器 TMOD 和 TCON 分別是定時 /計數(shù)器 0 和 1 的控制和狀態(tài)寄存器，用于控制和確定各定時 /計數(shù)器的功能和工作模式。 1．模式控制寄存器 TMOD 10 TMOD 用于控制 T0 和 T1 的工作方式和 4 種工作模式。其中低 4 位用于控制 T0，高 4 位用于控制 T1。其格式如下： GATE C/T 非 M1 M0 GATE C/T 非 M1 M0 GATE 位：門控位。 當(dāng) GATE=1 時，只有 INTO 非或 INT1 非引腳為高電平且 TR0 或 TR1 置 1時，相應(yīng)的定時 /計數(shù)器才被選通工作；當(dāng) GATE=0，則只要 TR0 和 TR1 置 1，定時 /計數(shù)器就被選通，而不管 INT0 非或 INT1 非的電平是高還是低 C/T 非位：計數(shù) /定時功能選擇位。 C/T 非 =0，設(shè)置為定時器方式，計數(shù)器的輸入是內(nèi)部時鐘脈沖，其周期等于機器周期。 C/T 非 =1，設(shè)置為計數(shù)器方式，計數(shù)器的輸入來自 T0（ ）或 T1（ ）端的外部脈沖。 M M0 位：工作模式選擇位。 2 位可形成 4 中編碼，對應(yīng) 4 種工作模式，見下表： M1 M0 功 能 描 述 00 方式 0： 13 位定時器 /計數(shù)器 01 方式 1： 16 位定時器 /計數(shù)器 10 方式 2：具有自動重裝初值的 8 位定時器 /計數(shù)器 11 方式 3：定時 /計數(shù)器 0 分為兩個 8 位定時 /計數(shù)器，定時 /計數(shù)器 1 在此方式無實用意義 2． 控制寄存器 TCON TCON 用來控制 T0 和 T1 的啟、停，并給出相應(yīng)的控制狀態(tài)，高 4 位用于控制定時器 0、 1 的運行；低 4 位用于控制外部中斷。格式如下： TF1 TR1 TF0 TR0 IE1 IT1 IE0 IT0 TF1：定時器 1 溢出標志。 當(dāng)定時器 1 溢出時，由硬件置 1。使用查詢方式時，此位做狀態(tài)位供查詢，查詢有效后需由軟件清零 ；使用中斷方式時，此位做中斷申請標志，進入中斷服務(wù)后被硬件自動清零。 TR1 位：定時器 1 運行控制位。 該位靠軟件置位或清零，置位時，定時 /計數(shù)器接通工作，清零時，停止工11 作。 TF0 位：定時器溢出標志位，其功能和操作情況類同于 TF1。 TR0 位：定時器 0 運行控制位，其功能和操作類同于 TR1。 IE 位：外部中斷請求標志位。 當(dāng) CPU 采樣到 INT0 非（或 INT1 非）端出現(xiàn)有效中斷請求時， IE0（或 IE1）由硬件置 1，中斷響應(yīng)完成后轉(zhuǎn)向中斷服務(wù)時，再由硬件自動清零。 IT 位：外部中斷請求出發(fā)方式位。 IT0（ IT1） =1 為脈沖觸發(fā)方式，后負跳有效。 IT0（ IT1） =0 為電平觸發(fā)方式，低電平有效。 3．定時 /計數(shù)器的初始化 AT89C2051 單片機的定時 /計數(shù)器是可編程的，因此，在進行定時或計數(shù)之前也要用程序進行初始化。初始化一般應(yīng)包括以下幾個步驟： （ 1） 對 TMOD 寄存器賦值，以確定定時器的工作模式； （ 2） 置定時 /計數(shù)器初值，直接將初值寫入寄存器的 TH0， TL0 或 TH1，TL1； （ 3） 根據(jù)需要，對寄存器 IE 置初值，開放定時器中斷； （ 4） 對 TCON 寄存器中的 TR0 或 TR1 置位，啟動定時 /計數(shù)器，置位以后，計數(shù)器即按規(guī)定的工作模式和初值 進行計數(shù)或開始定時。 在初始化過程中，要置入定時 /計數(shù)器的初值，這時要做一些計算。由于計數(shù)器是加法計數(shù)，并在溢出時申請中斷，因此不能直接輸入所需的計數(shù)值，而是要從計數(shù)最大值倒退回去一個計數(shù)值才是應(yīng)置入的初值。設(shè)計數(shù)器的最大值為 M（在不同的工作模式中， M 可以為 8192， 65536， 256），則置入的初值可以這樣來計算。 計數(shù)方式時 X=M— 記數(shù)值 定時方式時 （ M— X） T=定時值 所以 X=M— 定時值 /T 式中， T 為計 數(shù)周期，是單片機的機器周期 [13]。 T0 和 T1 的 4 種工作方式 方式 0： 13 位定時 /計數(shù)器， TL1（或 TL0）的低 5 位和 TH1（或 TH0）的8 位構(gòu)成， TL 中的高 3 位棄之未用。當(dāng) TL的低 5 位記數(shù)溢出時，向 TH 進位，而全部 13 位計數(shù)器溢出時使計數(shù)器回零，并使溢出標志 TF 置 1，向 CPU 發(fā)出中斷請求。 12 方式 1： 16 位定時 /計數(shù)器，其邏輯電路和工作情況與方式 0 幾乎完全相同，唯一的差別就是方式 1 中 TL 的高 3 位也參與了計數(shù)。 方式 2：把 TL 配置成一個可以自動重裝載的 8 位定時 /計數(shù)器 方式 3：僅對 T0 有意義， 將 16 位定時 /計數(shù)器分成兩個互相獨立的 8 位定時 /計數(shù)器 TL 和 TH， 獨立式按鍵是指直接用 I/O 線構(gòu)成的單個按鍵電路，每個獨立式按鍵占有一根 I/O 口線，每根 I/O 口線上的按鍵的工作狀態(tài)不會影響其他 I/O 口線的工作狀態(tài)，其結(jié)構(gòu)簡單，但 I/O 口線浪費較大 [16]。 獨立式按鍵配置靈活，軟件結(jié)構(gòu)簡單，上拉電阻保證了按鍵斷開時， I/O 口線有確定的高電平，其電路原理圖如下 圖 獨立式按鍵電路 低功耗的實現(xiàn)方法 AT89C2051 單片機的 CPU 有兩種節(jié)電工作方式即空閑方式和掉電方式，遙控器采用了空閑節(jié)電方式。當(dāng) CPU 執(zhí)行完 IDL=1（ =1）指令后 ,系統(tǒng)進入空閑工作方式 ，這時內(nèi)部時鐘不向 CPU 提供，而只供給中斷、串行口、定時器部分。遙控器退出低功耗空閑方式電路由與門來實現(xiàn)。當(dāng)有鍵按下時，由與門觸發(fā)外部中斷 1 發(fā)生中斷，單片機退出空閑工作方式，進入鍵盤和紅外發(fā)13 射程序，結(jié)束后又進入低功耗空閑方式待機。使用過程中單片機基本上都處于空閑工作 方式，功耗相當(dāng)?shù)?，從而為使用電池電源提供保障? 掉電保護和低功耗的設(shè)計 1．掉電保護 在單片機工作時，供電電源如果發(fā)生停電或瞬間停電，將會使單片機停止工作。待電源恢復(fù)時，單片機重新進入復(fù)位狀態(tài)，停電前 RAM 中的數(shù)據(jù)全部丟失，這種現(xiàn)象對于一些重要的單片機應(yīng)用系統(tǒng)是不允許的。在這種情況下，需要進行掉電保護處理。掉電保護具體操作過程如下。 單片機應(yīng)用系統(tǒng)的電壓檢測電路檢測到電源電壓下降時，觸發(fā)外部中斷（ INT0 或 INT1），在中斷服務(wù)子程序中將外部 RAM 中的有用數(shù)據(jù)送入內(nèi)部RAM 保存。因單片機電源入 口的濾波電容的儲能作用，可以有足夠的時間來完成中斷操作。備用電源自切換電路屬于單片機內(nèi)部電路。它由兩個二極管組成，當(dāng)電源電壓高于 VPD 引腳的備用電源電壓時， VD1 導(dǎo)通， VD2 截止，單片機由電源供電；當(dāng)電源電壓降到比