【文章內(nèi)容簡介】 AT89C51是一種帶 4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器 （ FPEROM—Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory） 的低電壓，高性能 CMOS8位微處理器，俗稱單片機。 AT89C51是一種帶 4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器的單片機。單片機的可擦除只讀存儲器可以反復(fù)擦除 100次。該器件采用 ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 MCS51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能 8位 CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中， ATMEL的 AT89C51是一種高效微控制器， AT89C2051是它的一種精簡版本。 AT89C51單片機為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。 主要特性： 與 MCS51兼容； 4K字節(jié)可編程閃爍存儲器，壽命： 1000寫 /擦循環(huán)，數(shù)據(jù)保留時間： 10年；全靜態(tài)工作： 0Hz24Hz；三級程序存儲器鎖定； 128*8位內(nèi)部 RAM；32可編程 I/O線；兩個 16位定時器 /計數(shù)器； 5個中斷源；可編程串行通道； 低功耗的閑置和掉電模式；片內(nèi)振蕩器和時鐘電路。 溫濕度傳感器 SHT11 SHT11 溫濕度傳感器的主要特性如下： 將溫濕度傳感器、信號放大調(diào)理、 A/D轉(zhuǎn)換、 I2 C總線接口全部集成于一芯 （ CMOSensTM技術(shù)）；可給出全校準(zhǔn)相對濕度及溫度值輸出；帶有工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 I2C總線吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 8 數(shù)字輸出接口；具有露點值計算輸出功能；具有卓越的長期穩(wěn)定性；濕度值輸出分辨率為 14位，溫度值輸出分辨率為 12位，并可編程為 12位和 8位；小體積（ ），可表面貼裝； 具有可靠的 CRC數(shù)據(jù)傳輸校驗功能； 片內(nèi) 裝載的校準(zhǔn)系數(shù)可保證 100%互換性 。電源電壓范圍為 。電流消耗 ,測量時為 550uA，平均為 28uA，休眠時為 3uA。 SHT11溫濕度傳感器采用 SMD(LCC)表面貼片封裝形式，管腳排列 及典型應(yīng)用電路如圖 37所示 。 引腳說明如下： GND：接地端； DATA：雙向串行數(shù)據(jù)線； DATA三態(tài)門用于數(shù)據(jù)的讀取。 DATA在 SCK時鐘下降 沿之后改變狀態(tài)，并僅在 SCK時鐘上升沿有效。數(shù)據(jù)傳輸期間，在 SCK時鐘高電平時，DATA必須保持穩(wěn)定。為避免信號沖突，微處理器應(yīng)驅(qū)動 DATA在低電平。需要一個外部的上 拉電阻（例如： 10kΩ）將信號提拉至高電平 。 SCK：串行時鐘輸入； VDD電源端： ～ ； 電源引腳（ VDD， GND）之間可增加一個 100nF 的電容，用以去耦濾波。 NC：空管腳。 圖 37 SHT11 引腳圖及 典型應(yīng)用電路 SHT11 foot Map and Typical Application Circuit 工作原理 SHT11的濕度檢測運用電容式結(jié)構(gòu)，并采用具有不同保護的 “ 微型結(jié)構(gòu) ” 檢測電極系統(tǒng)與聚合物覆蓋層來組成傳感器芯片的電容，除保持電容式濕敏器件的原有特性外，還可抵御來自外界的影響。由于它將溫度傳感器與濕度傳感器結(jié)合在一起而構(gòu)成了一個單一的個體，因而測量精度較高且可精確得出露點，同時不會產(chǎn)生由于溫度與濕度傳感器之間隨溫度梯度變化引起的誤差。 CMOSensTM技術(shù)不僅將溫濕度傳感器結(jié)合在一起，而且還將信號放大器、模／數(shù)轉(zhuǎn)換器、校準(zhǔn)數(shù)據(jù)存儲器、標(biāo)準(zhǔn) I2C總線等電路全部集成在一個芯片內(nèi)。 SHT11傳感器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖 38所示 ： 吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 9 圖 38 SHT11內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖 SHT11 Internal Structure Diagram SHT11的每一個傳感器都是在極為精確的濕度室中校準(zhǔn)的。 SHT11傳感器的校準(zhǔn)系數(shù)預(yù)先存在 OTP內(nèi)存中。經(jīng)校準(zhǔn)的相對濕度和溫度傳感器與一個 14位的 A/D轉(zhuǎn)換器相連，可將轉(zhuǎn)換后的數(shù)字溫濕度值送給二線 I2C總線器件，從而將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為符合 I2C總線協(xié)議的串行數(shù)字信號。 濕度值輸出 SHT11可通過 I2C總線直接輸出數(shù)字量濕度值，其相對濕度數(shù)字輸出特性曲線 圖 38所示。由圖 39可看出， SHT11的輸出特性呈一定的非線性，為了補償濕度傳感器的非線性，可按如下公式修正濕度值： RHlinear =c1 +c2*SORH +c3*SORH 式中 SORH為傳感器相對濕度測量值，系數(shù)取值如下 : 12 位 :SORH:c1= 4? ， c2=， c3= 10??? 8 位 :SORH:c1= 4? ， c2=， c3= 10??? 圖 39 從 SORH轉(zhuǎn)換到相對濕度 Conversion from SORH to Relative Humidity 吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 10 溫度值輸出 [5] 由于 SHT11溫度傳感器的線性非常好， 故可用下列公式將溫度數(shù)字輸出轉(zhuǎn)換 成實際溫度值 : T=d1+d2*SOT 當(dāng)電源電壓為 5V，且溫度傳感器的分辨率為 14位時 : d1 = 40? ， d2 =0. 01 當(dāng)溫度傳感器的分辨率為 12位時 : d1= 40? ， d2 =0. 04 SHT11傳感器共有 5條用戶命令，具體命令格式見表 31所列 。 表 31 SHT11命令集 Tab. 31 SHT11 List of Commands 命令 編碼 說明 測量溫度 00011 溫度測量 測量濕度 00101 濕度測量 讀寄存器狀態(tài) 00111 “讀 ”狀態(tài)寄存器 寫寄存器狀態(tài) 00110 “寫 ”狀態(tài)寄存器 軟啟動 11110 重啟芯片，清楚狀態(tài)記錄器的錯誤記錄 11毫秒后進入下一個命令 當(dāng)發(fā)出了溫濕度測量命令后，控制器就要等到測量完成。使用 8/12/14位的分辨率測量分別需要大約 11/55/210ms的時間。為表明測量完成， SHT11會使數(shù)據(jù)線為低，此時控制器必須重新啟動 SCK，然后傳送兩字節(jié)的測量數(shù)據(jù)與 1字節(jié) CRC校驗和?？刂破鞅仨毻ㄟ^使 DATA為低來確認(rèn)每一個字 節(jié)，所有的量均從右算， MSB列于第一位。通訊在確認(rèn) CRC數(shù)據(jù)位后停止。如果沒有用 CRC8校驗和，則控制器就會在測量數(shù)據(jù) LSB后保持ack為高以停止通訊， SHT11在測量和通訊完成后會自動返回睡眠模式。需要注意的是：為使 SHT11的溫升低于 ℃ ，此時的工作頻率不能大于標(biāo)定值的 15%（如 :12位精確度時，每秒最多進行 3次測量）。測量溫度和濕度命令所對應(yīng)的時序如圖 310所示。 圖 310 測量時序概覽 (TS = 啟動傳輸 ) Fig310 Overview of Measurement Sequence (TS = Transmission Start) 寄存器配置 SHT11傳感器中的一些高級功能是通過狀態(tài)寄存器來實現(xiàn)的，寄存器各位的類型及說明見表 34所列。 吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 11 表 32 SHT11狀態(tài)寄存器位 Tab. 32 SHT11 Status Register Bits 位 類型 說明 缺省 備注 7 預(yù)留 0 6 讀 電量不足 (低電壓檢測 ) ?0?對應(yīng) Vdd ?1?對應(yīng) Vdd X 無默認(rèn)值 , 此位僅在測量結(jié)束后更新 5 預(yù)留 0 4 預(yù)留 0 3 僅供測試 , 不使用 0 2 讀 /寫 加熱 0 關(guān) 1 讀 /寫 不從 OTP 加載 0 加載 0 讀 /寫 ?1?= 8位相對濕度 /12位溫度 分辨率 ?0?=12相對濕度 /14位溫度 分辨率 0 12位相對濕度 14位溫度 ISD4003 系列語音芯片 引腳圖及引腳描述 圖 311 ISD4003 引腳圖 ISD4003 foot Map 電源 ： (VCCA,VCCD) 為使噪聲最小 ,芯片的模擬和數(shù)字電路使用不同的電源總線 ,并且分別引到外封裝的不同管腳上 ,模擬和數(shù)字電源端最好分別走線 ,盡可能在靠近供電端處相連 ,而去耦電容應(yīng)盡量造近器件。 地線 ： (VSSA,VSSD) 芯片內(nèi)部的模擬和數(shù)字電路也使用不同的地線。幾個 VSSA盡量在引腳焊盤上相連 ,并用低阻通路連至電源上 ,VSSD 也用低阻通路連至電源上。這些 接地通路要足以使 VSSA 與 VSSD 之間的阻值小于 3Ω。芯片的背面是通過襯底電阻連接到 VSS 的 ,在做 COB 時托盤須接 VSS 或懸空。 同相模擬輸入 ： (ANA IN+) 這是錄音信號的同相輸入端。輸入放大器可用單端或差分驅(qū)動。單端驅(qū)動時 ,信號由耦合電容輸入 ,最大幅度為峰峰值 32mV,耦合電容和本端的吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 12 3KΩ 電阻輸入阻抗決定了芯片頻帶的低端截止頻率。差分驅(qū)動時 ,信號最大幅度為峰峰值 16mV。 反相模擬輸入： (ANA IN)差分驅(qū)動時 , 這是錄音信號的 反 相輸入端 。 信號 通過 耦合電容輸入 ,最大幅度為峰峰值 16mV。 音 頻輸入： (AUD OUT)提供音頻輸出，可驅(qū)動 5KΩ 的負(fù)載。 片選： ( SS)此端為低，即向該 ISD4003 芯片發(fā)送指令，兩條指令之間為高電平。 串行輸入： (MOSI)此端為串行輸入端，主控制器應(yīng)在串行時鐘上升沿之前半個周期將數(shù)據(jù)放到本端，供 ISD 輸入。 串行輸出 ： (MISO) ISD 的串行輸出端。 ISD 未選中時 ,本端呈高阻態(tài)。 串行時鐘 ： (SCLK) ISD 的時鐘輸入端 ,由主控制器產(chǎn)生 ,用于同步 MOSI 和 MISO 的數(shù)據(jù)傳輸。數(shù)據(jù)在 SCLK 上升沿鎖存到 ISD,在下降沿移出 ISD。 中斷 ： (/INT) 本端為 漏極開路輸出。 ISD 在任何操作 (包括快進 )中檢測到 EOM 或OVF 時 ,本端變低并保持。中斷狀態(tài)在下一個 SPI周期開始時清除。中斷狀態(tài)也可用 RINT指令讀取。 OVF 標(biāo)志 指示 ISD 的錄、放操作已到達存儲器的未尾。 EOM 標(biāo)志 只在放音中檢測到內(nèi)部的 EOM 標(biāo)志時 ,此狀態(tài)位才置 1。 行地址時鐘 ： (RAC) 漏極開路輸出。每個 RAC 周期表示 ISD 存儲器的操作 進 行了一行 (ISD4003 系列中的存貯器其 1200 行 )。該信號 175ms 保持高電平 ,低電平為 25ms?？爝M模式下 ,RAC 的 是高電平 , 為低電平。該端可用于存儲管理技術(shù)。 外部時鐘（ XCLK） ：本端內(nèi)部有下拉元件。芯片內(nèi)部的采樣時 鐘在出廠前 已 調(diào)校 ,誤差在 +1%內(nèi)。 商業(yè)級芯片在整個溫度和電壓范圍內(nèi) , 頻率變化在 +%內(nèi)。工業(yè)級芯片在整個溫度和電壓范圍內(nèi) ,頻率變化在 6/+4%內(nèi) ,此時建議使用穩(wěn)壓電源。若要求更高精度 ,可從本端輸入外部時鐘 (如前表所列 )。由于內(nèi)部的防混淆及平滑濾波器已設(shè)定 ,故上述推薦的時鐘頻率不應(yīng)改變。輸入時鐘的占空比無關(guān)緊要 ,因內(nèi)部首先進行了分頻。在不外接地時鐘時 ,此端必須接地。 自動靜噪（ AMCAP)： 當(dāng)錄音信號電平下降到內(nèi)部設(shè)定的某一閾值以下時 ,自動靜噪功能使信號衰弱 ,這樣有助于養(yǎng)活無信號 (靜音 )時的噪聲。通常本端對地接 1μF 的電容 ,構(gòu)成內(nèi)部信號電平峰值檢測電路的一部分。檢出的峰值電平與內(nèi)部設(shè)定的閾值作比較 , 決定自動靜噪功能的翻轉(zhuǎn)點。大信號時 ,自動靜噪電路不衰減 ,靜音時衰減 6dB。 1μF的電容也影響自動靜噪電路對信號幅度的響應(yīng)速度。本端接 VCCA 則禁止自動靜噪。 ISD4003 工作于 SPI 串行接口。 SPI 協(xié)議是一個同步串行數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議 ,協(xié)議假定微控制器的 SPI 移位寄存器在 SCLK 的下降沿 動作 ,因此對 ISD4003 而言 ,在時鐘止升沿鎖存 MOSI 引腳的數(shù)據(jù) ,在下降沿將數(shù)據(jù)送至 MISO 引腳。 信息快進 ： 用戶不必知道信息的確切地址 ,就能快進跳過一條信息。信息快進只用于 放音模式。放音速度是正常的 1600 倍 ,遇到 EOM 后停止 ,然后內(nèi)部地址計數(shù)器加 1,指向下條信息的開始處。 吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 13 上電順序 ： 器件延時 TPUD(8kHz 采樣時 ,約為 25 毫秒 )后才能開始操作。因此 ,用戶發(fā)完上電指令后 ,必須等待 TPUD,才能發(fā)出一條操作指令。例如：從 00 從處發(fā)音 ,應(yīng)遵循如下時序 ： 發(fā) POWER Up 命令 ； 等待 TPUD(上電延時 )。發(fā)地址值為 00 的 SETPLAY 命令 ； 發(fā)PLA