【文章內(nèi)容簡介】 12） 低功耗的閑置和掉電模式 13） 片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路 （ 3）引腳及功能 10 圖 33 AT89C51 引腳排列 AT89C51 單片機(jī)為 40 腳雙列直插式封裝結(jié)構(gòu)。其引腳排列順序及引腳符號(hào)如圖 33所示。各引腳功能如下： 1）電源及接地 GND:電源接地端。 Vcc:供電電壓即正常運(yùn)行和編程校驗(yàn)時(shí)為 +5V 電源 (士 10%)。 2）時(shí)鐘及復(fù)位信號(hào) XTAL1:是片內(nèi) 振蕩器反相放大器及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入端。當(dāng)采用外部振蕩器為時(shí)鐘源時(shí)，此腳必須接地。 XTAL2:是片內(nèi)振蕩器反相放大器的輸出端，也是內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端。使用外部振蕩器時(shí)，可由此腳引入外部時(shí)鐘信號(hào)。 RST:復(fù)位信號(hào)輸入端，高電平有效。若此輸入端保持 2 個(gè)機(jī)器周期（ 24 個(gè)時(shí)鐘振蕩周期）以上的高電平，即可以將 89C51 完成復(fù)位操作。此外， RST 引腳的第二功能是 VPD，即備用電源的輸入端。當(dāng)主電源 Vcc 發(fā)生故障，降低到低電平規(guī)定值時(shí)，單片機(jī)自動(dòng)將+5v 電源接入 RST 端，為 RAM 提供備用電源，以保證存儲(chǔ)在 RAM 中的信息不丟失，以使復(fù)電后能繼續(xù)正常運(yùn)行。 3）地址鎖存允許 /編程信號(hào)端 ALE/PROG:當(dāng) 89C51 上電正常工作后， ALE 管腳不斷向外輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的六分之一。 CPU 訪問片外存儲(chǔ)器時(shí)，此信號(hào)作為鎖存地址總線的低 8 位地址的控制信號(hào)。因此 ALE 信號(hào)可以對(duì)外輸出時(shí)鐘或定時(shí)信號(hào)。 ALE 端的負(fù)載驅(qū)動(dòng)能力為 8 個(gè) LS 型 TTL。 11 4）程序存儲(chǔ)允許輸出信號(hào)端 PSEN———— ：在訪問片外存儲(chǔ)器時(shí)，此端定 時(shí)輸出脈沖作為讀片外存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。此管腳接 EPROM 的 OE端， PSEN 端有效，即允許讀出 EPROM/ROM 中的指令碼。當(dāng) CPU訪問外部程序存儲(chǔ)器時(shí)，要產(chǎn)生兩次 PSEN 負(fù)脈沖信號(hào)，當(dāng) CPU 訪問內(nèi)部程序存儲(chǔ)器時(shí)，PSEN 不跳變。此端驅(qū)動(dòng) 8 個(gè) LS 型 TTL。 5）外部程序存儲(chǔ)器地址通話輸入端 /固化編程電壓輸入端 EA—— /VPP:當(dāng) EA 端接高電平時(shí)， CPU 只訪問片內(nèi) EPROM 并執(zhí)行內(nèi)部程序存儲(chǔ)器中的指令，但在 PC 的值超過 0FFFH 時(shí)，將自動(dòng)轉(zhuǎn)向執(zhí)行片外程序存儲(chǔ)器內(nèi)的程序。當(dāng) EA端接低電平時(shí)，則 CPU 只訪問外部 EPROM 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。此管腳的第二功能 Vpp 是對(duì) 89c51 片內(nèi) EPROM 固化編程時(shí)，作為施加較高編程電壓的輸入端。 6） 輸入 /輸出端口 I/O 端口引腳： I/O 端口 P0～ P3（地址為 80H， 90H， A0H， B0H），且 P0～ P3 為四個(gè) 8 位特殊功能寄存器，分別為四個(gè)并行 I/O 端口的鎖存器。它們都有字節(jié)地址，每一個(gè)端口鎖存器還有位地址，所以每一條 I/O 線獨(dú)立地用做輸入 或輸出時(shí)，數(shù)據(jù)可以鎖存；作輸入時(shí)，數(shù)據(jù)可以緩沖。 P0 口 ： P0 口為一個(gè) 8 位漏級(jí)開路雙向 I/O 口，每腳可吸收 8TTL 門電流。當(dāng) P0 口的管腳第一次寫 1 時(shí)，被定義為 高阻 輸入。 P0 能夠用于外部程序數(shù)據(jù) 存儲(chǔ)器 ，它可以被定義為數(shù)據(jù) /地址的低八位。在 FIASH 編程時(shí)， P0 口作為原碼輸入口，當(dāng) FIASH 進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)， P0 輸出原碼，此時(shí) P0 外部必須接上拉電阻。 P1 口 ： P1 口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P1 口緩沖器能接收輸出4TTL 門電流。 P1 口管腳寫入 1 后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入， P1 口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在 FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí)， P1 口作為低八位地址接收。 P2 口 ： P2 口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 口緩沖器可接收，輸出 4個(gè) TTL 門電流，當(dāng) P2 口被寫 “1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸 入。并因此作為輸入時(shí)， P2 口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。 P2 口當(dāng)用于外部 程序存儲(chǔ)器 或 16 位地址 外部數(shù)據(jù) 存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)， P2 口輸出地址的高八位。在給出地址 “1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù) 存儲(chǔ)器 進(jìn)行讀寫時(shí)， P2口輸出其 特殊功能寄存器 的內(nèi)容。 P2 口在 FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和 控制信號(hào) 。 12 P3 口 ： P3 口管腳是 8 個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O 口，可接收輸出 4 個(gè) TTL 門電流。當(dāng) P3 口寫入 “1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平， P3 口將輸出電流（ ILL）這是由于上拉的緣故。 P3 口也可作為 AT89C51 的一些特殊功能口，如 表 所示： 表 P3 口的特殊功能 引腳符號(hào) 特殊功能 RXD（串行輸入口） TXD（串行輸出口） /INT0（外部中斷 0） /INT1（外部中斷 1 T0（計(jì)時(shí)器 0 外部輸入） T1（計(jì)時(shí)器 1 外部輸入） /WR（ 外部數(shù)據(jù) 存儲(chǔ)器 寫選通） /RD（ 外部數(shù)據(jù) 存儲(chǔ)器 讀選通 ） P3 口同時(shí) 也可以 為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些 控制信號(hào) 。 單片機(jī)的復(fù)位電路 單片機(jī)的復(fù)位電路是靠外部電路實(shí)現(xiàn)的，其主要 目的就是在上電的瞬間提供一個(gè)與正常工作狀態(tài)下相反的電平。一般利用電容電壓不能突變的原理，將電容與電阻串聯(lián)， 上電時(shí)刻，電容沒有充電，兩端電壓為零，此時(shí)，提供復(fù)位脈沖，電源不斷的給電容充電，直至電容兩端電壓為電源電壓，電路進(jìn)入正常工作狀態(tài)。 圖 34 復(fù)位電路 當(dāng)在時(shí)鐘電路工作以后，只要在 RESET 端加上大于 10ms 的高電平，單片機(jī)便能實(shí) 13 現(xiàn)復(fù)位。若 RESET 端保持高電平，單片機(jī)循環(huán)復(fù)位。單片機(jī)一般要求在上電時(shí)，或者按復(fù)位鍵時(shí)復(fù)位。所以復(fù)位電路分為上電復(fù)位和按鍵復(fù)位兩種。 圖 34 為上電和按鍵復(fù)位電路。 復(fù)位電路的極性電容 C3 直接影響單片機(jī)的復(fù)位時(shí)間，一般采用 10～ 30uF，本次選用 22uF。 上電瞬間， RST 端的 電壓與 Vcc 相同，隨著電容的逐步充電， RST 端的電位逐漸下降。此時(shí) 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 。當(dāng)按下按鍵時(shí)， RST 端出現(xiàn) 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 ,使單片機(jī)復(fù)位。 單片機(jī)的時(shí)鐘電路 （ 1）時(shí)鐘電路 當(dāng)使用單片機(jī)的內(nèi)部時(shí)鐘電路時(shí)，這兩個(gè)端用來外接石英晶體和微調(diào)電容，如圖 35所示。時(shí)鐘電路中， 晶振的振蕩頻率直接影響單片機(jī)的處理速度，頻率越大處理速度越快。晶體可在 ～ 12MHz 選擇。 起振電容一般 用 15～ 33pF， 本設(shè)計(jì)使用 30pF， 并且電容離晶振越近越好，晶振離單片機(jī)越近越好 。單片機(jī)的時(shí)鐘電路如圖 35 所示： 圖 35 時(shí)鐘電路 （ 2）晶振的選擇 晶振一般分為無源晶振和有源晶振兩種類型。無源晶振就是石英晶體諧振器的別稱， 晶體（ crystal)，有 2 個(gè)引腳，體積小，需借助于時(shí)鐘電路才能產(chǎn)生振蕩信號(hào)；有源晶振叫做振蕩器（ oscillator)，有 4 只引腳，體積較大，是一個(gè)完整的振蕩器，其中除了石英晶體外，還有晶體管和阻容元件，因此體積較大。 本設(shè)計(jì)采用無源晶體振蕩器 HC49/SSMD，其 產(chǎn)品詳細(xì)參數(shù) 如下： 頻率范圍： ～ 90 MHz 并聯(lián)電容（ C0）： 7 pF Max. 儲(chǔ)存溫度范圍： 40 ～ + 85 oC 老化（ 25℃ ）： 177。 3 ppm / year Max. 14 驅(qū)動(dòng)級(jí)： 1 ~ 500 μW (100 μW typical) 頻率公差（ 25℃ ） 177。 30 ppm, or specify 工作溫度范圍： 20 ～ +70 oC, or specify 在工作溫度范圍內(nèi)的頻率穩(wěn)定度： 177。 30 ppm, or specify 負(fù)載電容： Series, 16 pF, 20 pF, 30 pF, 32 pF, or specify 單片機(jī)的電源電路 （ 1）直流穩(wěn)壓電源的工作原理 查閱資料可知 IntelMCS51 系列單片機(jī)的 工作電壓范圍是： +～ +,一般用 +5V的電源，所以本設(shè)計(jì)設(shè)計(jì) +5V 的電壓源為系統(tǒng)單片機(jī)工作。 +5V 的穩(wěn)壓電路很多種方法可以得到，比如 的 5V 電源芯片，還有現(xiàn)在市面上的做好的 +5V 輸出穩(wěn)壓電源，直接變壓器輸出就是可調(diào)的直流穩(wěn)壓電源，在這里我采用最原始的電橋變壓加上 LM7805 整流 5V穩(wěn)壓電源。直流穩(wěn)壓電源的工作流程如圖 36所示： 圖 36 直流穩(wěn)壓電源的工作流程 直流穩(wěn)壓電源的工作原理： 1） 電源變壓器 降壓變壓器將電網(wǎng) 220V 交流電，變換成符合需要的交流電壓，并送給整流 電路，變壓器的變比由變壓器的副邊電壓決定。 2） 整流電路 利用單向?qū)щ娫?，?50HZ 的正弦交流電變換成脈沖的直流電壓。常用的整流電路有全波整流、橋式整流等。本設(shè)計(jì)采用單相橋式整流電路，與全波整流一樣，在一個(gè)周期內(nèi)的正負(fù)半周都有電流流過負(fù)載，而且始終是同一方向。其整流電路圖如圖 37 中（ a）(b)所示： 15 圖 37 整流電路及電壓、電流波形 設(shè)變壓器二次電壓 U2= 2 U2sinωt，當(dāng) U2 的正半周時(shí)， a 端電位高于 b 端電 位， VV3 承受正向電壓而導(dǎo)通， V V4 因反偏而截止，電流路徑為 a→V1→R L→V3→b ，自上而下流過 RL，在 RL 上得到上正下負(fù)的電壓。當(dāng) U2 的負(fù)半周時(shí)， a 端電位低于 b 端電位，V V4 承受正向電壓而導(dǎo)通， V V3 因反偏而截止，電流路徑為 ,b→V 2→R L→V 4→ a, 自上而下流過 RL，在 RL 上得到上正下負(fù)的電壓。這樣在 U2 的整個(gè)周期內(nèi)，都有單向脈沖的電壓輸出。其輸出波形圖如圖 37 中（ C） 所示。 3）濾波電路： 雖然整流電路的輸出電壓包含一定的直流成分，但脈動(dòng)較大，為了獲得平滑的直流電壓，在整流電路 的后面需加一個(gè)濾波電路，濾波電路可以將整流電路輸出的電壓的交流成分大部分加以濾除，從而得到比較平滑的直流電壓。其電路圖圖 38（ a） 所示為單相橋式整流電容濾波電路，它由電容 C 和負(fù)載 RL 并聯(lián)組成 16 設(shè)電容兩端初始電壓為零，并假定 t=0 時(shí)接通電路， U2 為正半周，當(dāng) U2 由零上升時(shí)， V V3 導(dǎo) 通， C 被充電，同時(shí)電流經(jīng) V V3 向負(fù)載電阻供電。忽略二極管正向壓降和變壓器內(nèi)阻，電容充電時(shí)間常數(shù)近似為零，因此 Uo=Uc≈ U2，在 U2 達(dá)到最大值時(shí)，Uc 也達(dá)到最大值，然后 U2 下降，此時(shí)， Uc U2， V V3 截止，電容 C 向負(fù)載電阻 RL放電，由于放電時(shí)間常數(shù)τ =RLC 一般較大，電容電壓 Uc 按 指數(shù)規(guī)律緩慢下降，當(dāng)下降到 | U2|Uc 時(shí)， V V4 導(dǎo)通，電容 C 再次被充電，輸出電壓增大，以后重復(fù)上述充放電 過程。其輸出電壓波形近似為一鋸齒波直流電壓，如圖 38（ b） 所示。 3） 穩(wěn)壓電路 為了使輸出的直流電壓穩(wěn)定，不隨交流電壓網(wǎng)電壓和負(fù)載的變化而變化。整流輸出的電壓仍舊有較大幅度的波動(dòng)對(duì)于電路中的芯片直接供電可能對(duì)芯片有所損害，使芯片不能正常的工作。避免這種不利的可能的發(fā)生 ,在濾波電路的后面再接一個(gè)穩(wěn)壓電路（如圖39），使輸出的直 流電壓穩(wěn)定，不隨交流電壓網(wǎng)電壓和負(fù)載的變化而變化，再用一個(gè) LED作為電源指示燈。 圖 39 穩(wěn)壓電路 4） 單片機(jī)的電源電路 圖 310 單片機(jī)的電源電路及仿真 17 單片機(jī)的電源電路如圖 310 所示，由于大容量電解電容由一定的繞制電感分布電感，易引起自激振蕩，形成高頻干擾，因此對(duì)于市電引入的各種高頻干擾的抑制能力很差。為了解決這個(gè)問題， 在電容 C 旁并聯(lián)一只瓷介質(zhì)小容量電容 C C7 用來抵消電感效應(yīng)，抑制高頻干擾。另外，穩(wěn)壓器在開環(huán)增益較高、負(fù)載較重的狀態(tài)下時(shí)，由于分布參數(shù)的影響，有可能產(chǎn)生自激， C C7 則兼有抑制 高頻振蕩的作用。輸出端接入電容器 C C6，也是為了改善瞬態(tài)負(fù)載響應(yīng)特性和減小高頻輸出阻抗。 （ 2）電源電路中主要元件的選擇 1）三端穩(wěn)壓集成電路的選擇 電子產(chǎn)品中，常見的三端穩(wěn)壓集成電路有正電壓輸出的 lm78 系列和負(fù)電壓輸出的 lm79系列。顧名思義，三端 IC 是指這種穩(wěn)壓用的集成電路，只有三條引腳輸出，分別是輸入端、接地端和輸出端。 因?yàn)槿斯潭煞€(wěn)壓電路的使用方便，電子制作中經(jīng)常采用。 用 lm78/lm79 系列三端穩(wěn)壓 IC 來組成穩(wěn)壓電源所需的外圍元件極少，電路內(nèi)部還有過流、過熱及調(diào)整管的保護(hù)電路，使用起來可靠、方便，而且價(jià)格便宜。該系列集成穩(wěn)壓IC 型號(hào)中的 lm78 或 lm79 后面的數(shù)字代表該三端集成穩(wěn)壓電路的輸出電壓，如 lm7806表示輸出電壓為正 6V， lm7909 表示輸出電壓為負(fù) 9V。 在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)在三端集成穩(wěn)壓電路上安裝足夠大的散熱器（當(dāng)然小功率的條件下不用）。當(dāng)穩(wěn)壓管溫度過