【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 個(gè)中等規(guī)模的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)，有 8KB 左右的 ROM，已經(jīng)夠用了，AT89C51 系列單片機(jī)有 420KB 可供選擇，已完全勝任絕大多數(shù)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)對(duì) ROM 容量的要求。 6） Flash ROM 修改程序十分方便。 ATMEL89 系列單片機(jī)內(nèi) 的 Flash ROM可檫寫 1000 次以上，應(yīng)用并不復(fù)雜的通用 ROM 寫入器就能方便地檫寫。一般來(lái)說(shuō)，單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)在開發(fā)階段，程序修改十分頻繁，即使在產(chǎn)品定型生產(chǎn)后，程序修改和軟件升級(jí)也是常有的事。這是單片機(jī)產(chǎn)品與一般電子產(chǎn)品的區(qū)別，單片機(jī)產(chǎn)品可以在硬件電路維持不變的情況下，通過(guò)修改程序升級(jí)產(chǎn)品檔次，擴(kuò)展產(chǎn)品的功能。 7） 具有在片程序 ROM 二級(jí)保密系統(tǒng)。在許多情況下，單片機(jī)產(chǎn)品需要保護(hù)程序存儲(chǔ)器 ROM 中的程序，防止被非法剽竊。一般 EPROM 型單片機(jī)芯片只有一級(jí)保密系統(tǒng)，如 8751 即只有一個(gè)封鎖位，對(duì)其 編程后，可防止任何外部方式訪問(wèn)內(nèi) ROM。檫除 EPROM，保密位也同時(shí)被檫除 89C51 系列單片機(jī)內(nèi) ROM 具有二級(jí)保密系統(tǒng)，即具有 3 個(gè)保密位，對(duì)其編程后可呈現(xiàn) 3 種不同方式的保密功能， 6 表 26為 89C51 系列單片機(jī)程序封鎖位及其功能。 封鎖方式序號(hào) 程序封鎖位 保密功能 LB1 LB2 LB3 1 U U U 不設(shè)程序加密 2 P U U 不允許在片外內(nèi) ROM 代碼；禁止 ROM進(jìn)一步編碼 3 P P U 除了具有方式 2 功能外，同時(shí)禁止內(nèi)ROM 校驗(yàn) 4 P P P 除了具有方式 3 能外，同時(shí) 禁止內(nèi)ROM 執(zhí)行 注： LB1， LB2， LB3 為 3個(gè)封鎖位 P=被編程 U=未編程 8） AT89C52AT89C55 芯片與 80C51 系列單片機(jī)中的 80C52 芯片相同，有定時(shí)、計(jì)算器 3 個(gè)，中斷源 6 個(gè)，片內(nèi) RAM256B，其中 128B 與特殊功能寄存器地址空間重疊，均為 80HFFH 讀寫區(qū)方法是：讀寫特殊功能寄存器用直接尋地址或寄存器地址，同 89C51 讀寫內(nèi) RAM 高 128B 用 @Ri 間接尋址。 9） AT89C51 系列單片機(jī)還有相應(yīng)的低電壓芯片 AT89LV5 AT89LV5AT89LV5 AT89LV5 AT89LV5最低工作電壓為 。 10） AT89C51 系列單片機(jī)時(shí)鐘頻率最高可為 24MHz。 硬件裝置各部分電路分析 其硬件裝置的作用是對(duì)電壓信號(hào)、電流信號(hào)采樣，把它們轉(zhuǎn)換成適合單片機(jī)測(cè)量的信號(hào)，在設(shè)計(jì)具體電路時(shí)要考慮便于與單片機(jī)連接。硬件裝置的總體框圖如圖 3所示 圖 3 硬件裝置的總體框圖 7 單片機(jī)部分電路 圖 4 單片機(jī)部分電路 8 單片機(jī)時(shí)鐘電路 80C51 單片機(jī)內(nèi)有一高增益反相的放大器，按圖連接即可構(gòu)成自激振蕩電路，振蕩頻率取決于石英晶體振蕩頻率 ，范圍可取 ， C1， C2 主要起頻率微調(diào)和穩(wěn)定作用，電容值可取 1030Pf。 當(dāng)采用外振蕩輸入時(shí)， 8051（ HMOS）可按圖 28b連接， 80C51（ HMOS）可按圖 28bc 連接。 單片機(jī)復(fù)位電路 圖 212a 為 80c51 上電復(fù)位電路。 RC 構(gòu)成微分電路，在上電瞬間，產(chǎn)生一個(gè)微分脈沖，其寬度若大于 2個(gè)機(jī)器周期， 80c51 將復(fù)位。為保證微分脈沖寬度足夠大， RC 時(shí)間常數(shù)應(yīng)大于兩個(gè)機(jī)器周期。一般取 22μ f 電容， 1kω 電阻。圖212b 是按鍵復(fù)位電路。該電路有上電復(fù)位功能外，若要復(fù)位，只需按下圖中 REST鍵 R1C2 仍構(gòu)成微分電路，按下 RST 端產(chǎn)生一個(gè)微分脈沖復(fù)位，復(fù)位完畢 C2 經(jīng)R2放電，等待下一次按下復(fù)位按鍵。 信號(hào)提取電路 9 圖 5 信號(hào)提取電路 一般的局部供電三相交流系統(tǒng)，其三相負(fù)載是不平衡的。為了能真實(shí)地反映三相電功率因數(shù)的值，從 A、 C相取電位差 Uac 為電壓信號(hào)，從而 B取電流信號(hào)Ib，這樣能基本上取其功率因數(shù)平均值。根據(jù)三相交流點(diǎn)電中相帶奶牙之間的相位關(guān)系（見圖 6），可知 Uac 與 Ub 是正交，若系統(tǒng)的功率因數(shù)是 1，那 么 Ub 與 I b一定相同，也就是 Uac 與 Ib正交，即 Uac 超前 Ib90176。；若性同的功率因數(shù)不為 1，則 U b 與 I b（ I′ b）間一定有一個(gè)夾角177。φ。由于φ值不可能等于或超過(guò) 90176。，所以電壓信號(hào) Uac 總是超前于電流信號(hào) Ib90176。177。的。在該系統(tǒng)中，實(shí)際測(cè)量的是 Uac 與 Ib之間的相位角，若此夾角小于 90176。，即 90176。 φ，則電流 Ib超前于電壓 Ubφ角，是容性負(fù)載，過(guò)補(bǔ)償。若此夾角大于 90176。，即 90176。 +φ，則電流 Ib 落后于電壓 Ubφ角，是感性負(fù)載，欠補(bǔ)償。在一般供電系統(tǒng)中，都是感性負(fù)載。 圖 6 電壓信號(hào) Uac 與 電流信號(hào) Ib的相位關(guān)系 10 Uac 通過(guò)變壓器變成 5V，而電流信號(hào) Ib 通過(guò)一個(gè)并聯(lián)小電阻的電流互感器轉(zhuǎn)換成同相位的電信號(hào)，如圖 6 所示。 波形變換電路 從變壓器與電流互感器取得的電壓與電流信號(hào)，送到 LM339 過(guò)零檢器中，轉(zhuǎn)換成 TTL 電平的方波信號(hào)（見圖 2）。 定時(shí)電路 供電系統(tǒng)中，功率因數(shù)瞬間波動(dòng)的幅度有時(shí)是很大的，為了能準(zhǔn)確地測(cè)量功率因數(shù)，求得較平穩(wěn)的變化趨勢(shì)，要控制適當(dāng)?shù)臏y(cè)量間隔和采取多次測(cè)量求平均功率因數(shù)植的方法。定時(shí)電路的功能是控制測(cè)量時(shí)間的間隔。通過(guò)修改程序參數(shù)，控制時(shí)間可以在很 大范圍內(nèi)調(diào)整。 計(jì)數(shù)脈沖的周期是 1us，它是由系統(tǒng)時(shí)鐘 12M得到的，計(jì)數(shù)脈沖在電壓信號(hào)Uu的上升沿送入計(jì)數(shù)器，而在電流信號(hào) Ui 的上升沿停止計(jì)數(shù)脈沖。計(jì)數(shù)器對(duì)計(jì)數(shù)脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，從而確定系統(tǒng)的功率因數(shù)（見圖 2）。 計(jì)數(shù)電路 計(jì)數(shù)電路的實(shí)質(zhì)是相位差測(cè)量電路。它是利用單片機(jī)定時(shí)器來(lái)實(shí)現(xiàn)的。計(jì)數(shù)器電路有兩個(gè) 8位計(jì)數(shù)器組成。 T0的兩個(gè) 8位計(jì)數(shù)器是 TH0 和 TL0， TH0是高 8位， TL0 是低 8位； T1 是兩個(gè) 8 位計(jì)數(shù)器 TH1 和 TL1，合起來(lái)是 16位計(jì)數(shù)器。 定時(shí)時(shí)間和計(jì)數(shù)值可以編程設(shè)定，其方法是在計(jì)數(shù)器內(nèi)設(shè)置一個(gè)初 值，然后 11 加 1 計(jì)滿后溢出。調(diào)整計(jì)數(shù)器初值，可調(diào)整從初值到溢出的數(shù)值，即調(diào)整了定時(shí)時(shí)間和計(jì)數(shù)值。 需要指出的是，定時(shí) /計(jì)數(shù)器作為計(jì)數(shù)器時(shí)，外部事件脈沖必須從規(guī)定的引腳輸入， T0的外部事件脈沖應(yīng)從 引腳， T1 的外部脈沖應(yīng)從 引腳輸入，從其他引腳無(wú)效。且外部脈沖的最高頻率不能超過(guò)時(shí)鐘頻率的 1/24。例如fosc=12MHZ 則外部事件脈沖的頻率不能高于 500KHZ，因?yàn)?CPU 確認(rèn)一次脈沖跳變需要兩個(gè)機(jī)器周期。 定時(shí) /計(jì)數(shù)器的控制寄存器 80C51 定時(shí) /計(jì)數(shù)器時(shí)可編程的，其編程操作通過(guò)兩個(gè)特殊功能寄存器 TCON和 TMOD 的狀態(tài)設(shè)置來(lái)實(shí)現(xiàn)。 /計(jì)數(shù)器控制寄存器 TCON TCON 的結(jié)構(gòu)和各位名稱、位地址如表 TCON T1 中斷標(biāo)志 T1 運(yùn)行控制 T0 中斷標(biāo)志 T0 運(yùn)行控制 /INT1 中斷標(biāo)志 /INT1 觸發(fā)方式 /INT0 中斷標(biāo)志 /INT0 觸發(fā)方式 位名稱 TF1 TR1 TF0 TR0 IE1 IT1 IE0 IT0 位地址 8FH 8EH 8DH 8CH 8BH 8AH 89H 88H TCON 的低 4 位與外中斷 /INT0、 /INT1 有關(guān)，已在中斷系統(tǒng)中介紹。高 4位與定時(shí) /計(jì) 數(shù)器 T0、 T1有關(guān)，介紹如下： 1） TF1—— 定時(shí) /計(jì)數(shù)器 T1 溢出標(biāo)志。當(dāng) T1被允許計(jì)數(shù)后， T1 從初值開始加 1 計(jì)數(shù)至最高位產(chǎn)生溢出時(shí)， TF1 置“ 1”，即表示請(qǐng)求中斷。 CPU 響應(yīng)中斷后由硬件自動(dòng)對(duì) TF1 清 0。也可在程序中用指令查詢 TF1或置“ 1”、清“ 0”。 2） TF0—— 定時(shí) /計(jì)數(shù)器 T0 溢出標(biāo)志。其意義與功能與 TF1 相似 3） TR1—— 定時(shí) /計(jì)數(shù)器 T1 運(yùn)行控制位。 TR1=1， T1 運(yùn)行（ T1 是否運(yùn)行還有其他條件）； TR1=0， T1 停。 4） TR0—— 定時(shí) /計(jì)數(shù)器 T0 運(yùn)行控制位，其意義與功能與 TR1 相似。 TCON 的字節(jié)地 址為 88H，每一位有位地址，均可操作。 12 /計(jì)數(shù)器工作方式控制寄存器 TMOD TMOD 用于設(shè)定定時(shí) /計(jì)數(shù)器的工作方式，低 4 位用于控制 T0，高 4 位用于控制 T1。 TMOD 的結(jié)構(gòu)和各位名稱、功能如表 高 4位控制 T1 低 4 位控制 T0 門控制 計(jì)數(shù) /定時(shí)方式選擇 工作方式選擇 門控位 計(jì)數(shù) /定時(shí)方式選擇 工作方式選擇 GATE C//T M1 M0 GATE C//T M1 M0 1） M0M1—— 工作方式選擇位。 M1M0 2 位二進(jìn)制數(shù)可表示 4種狀態(tài)，因此 M1M0可選擇 4 種工作方式，如表 M1M0 工作方式 功能 M1M0 工作方式 功能 00 方式 0 13 位計(jì)數(shù)器 10 方式 2 8 位計(jì)數(shù)器，初值自動(dòng)裝入 01 方式 1 16 位計(jì)數(shù)器 11 方式 3 兩個(gè) 8位計(jì)數(shù)器，僅用于T0 2） C//T—— 計(jì)數(shù) /定時(shí)方式選擇位。 C//T=1，為計(jì)數(shù)工作方式，對(duì)外部事件脈沖計(jì)數(shù)，負(fù)跳變脈沖有效。 C//T=0，為定時(shí)工作方式，對(duì)片內(nèi)周期脈沖計(jì)數(shù)，用作定時(shí)器。 3） GATE—— 門控位。 GATE=0，定時(shí) /計(jì)數(shù)器的運(yùn)行只受 TCON 中運(yùn)行控制位 TR0/TR1 的控制。 GATE=1，定時(shí) /計(jì)數(shù)器的運(yùn)行同時(shí)受 TR0/TR1 和 外中斷輸入信號(hào)（ /INT0//INT1）的雙重控制，只有當(dāng) /INT0//INT1=1 且 TR0/TR1=1 時(shí) T0/T1 才能開始運(yùn)行。 以 T0 為例， GATE=0 時(shí)， TR0=1， T0 運(yùn)行； TR0=0， T0 停。 GATE=1 時(shí)， TR0=1， 13 且 /INT0 為高電平時(shí)， TO 運(yùn)行。兩個(gè)條件有一個(gè)不滿足， T0 就不能運(yùn)行。 TMOD 字節(jié)地址為 89H，不能位操作。因此，設(shè)置 TMOD 須用字節(jié)操作指令。 定時(shí) /計(jì)數(shù)器是單片機(jī)系統(tǒng)的一個(gè)重要的部件，其工作方式是靈活，編程簡(jiǎn)單，使用方便，可用來(lái)實(shí)現(xiàn)定是控制，延時(shí)，頻率測(cè)量，脈沖測(cè)量，信 號(hào)發(fā)生，信號(hào)檢測(cè)等。此外，定時(shí) /計(jì)數(shù)器還可以作為串行通信中波特率發(fā)生器。 80C51 單片機(jī)的內(nèi)部有兩個(gè)定時(shí) / 計(jì)數(shù)器 T1/T2，其核心是計(jì)數(shù)器，基本功能是加 1。對(duì)外部事件脈沖（下降沿）計(jì)數(shù)；對(duì)片內(nèi)機(jī)周脈沖計(jì)數(shù)，是定時(shí)器。因?yàn)槠瑑?nèi)機(jī)周脈沖頻率是固定的，是 fosc 的 1/12。若 fosc=12MHz， 1機(jī)周為 1us。若 fosc=6MHz， 1 機(jī)周為 2us，機(jī)周脈沖時(shí)間乘以機(jī)周數(shù)就是定時(shí)時(shí)間。 通過(guò)對(duì)定時(shí)器編程可以確定其計(jì)數(shù)功能。 投切控制電路的功能是執(zhí)行補(bǔ)償電容機(jī)會(huì)均相等地參加補(bǔ)償。由單片機(jī) 輸出