【文章內(nèi)容簡介】 合在一起，特別是可反復擦寫的 Flash存儲器可有效地降低開發(fā)成本。 AT89C52 有 PDIP、 PQFP/TQFP 及 PLCC 等三種封裝形式，以適應不同產(chǎn)品的需求。 主要功能特性： 兼容 MCS51 指令系統(tǒng) 8k 可反復擦寫 (1000 次） Flash ROM 32 個雙向 I/O 口 256x8bit 內(nèi)部 RAM 3 個 16 位可編程定時 /計數(shù)器中斷 時鐘頻率 024MHz 2 個串行中斷 可編程 UART 串行通道 2 個外部中斷源 共 6 個中斷源 2 個讀寫中斷口線 3 級加密位 低功耗空閑和掉電模式 軟件設(shè)置睡眠和喚醒功能 AT89C52 是標準的 40 引腳雙列直插式集成電路芯片，引腳分布 如 圖 27 所示 ： 圖 27 ~ P0 口 8 位雙向口線（在引腳的 39~32 號端子） ~ P1 口 8 位雙向 口線（在引腳的 1~8 號端子）。 ~ P2 口 8 位雙向口線（在引腳的 21~28 號端子）。 ~ P2 口 8 位雙向口線（在引腳的 10~17 號端子）。 電子科技大學成都學院本科畢業(yè)設(shè)計論文 10 P0 口 有三 個功能： (1)外部擴展存儲器時，當做數(shù)據(jù)總線（如圖 1 中的 D0~D7 為數(shù)據(jù)總線接口） (2)外部擴展存儲器時，當作地址總線（如圖 1 中的 A0~A7 為地址總線接口） (3)不擴展時，可做一般的 I/O 使用，但內(nèi)部無上拉電阻，作為輸入或輸出時應在外部接上拉電阻。 P1 口只做 I/O 口使用：其內(nèi)部有上拉電阻。 P2 口有兩個功能： (1)擴 展外部存儲器時，當作地址總線使用 (2)做一般 I/O 口使用，其內(nèi)部有上拉電阻； P3 口有兩個功能： 除了作為 I/O 使用外（其內(nèi)部有上拉電阻），還有一些特殊功能，由特殊寄存器來設(shè)置，具體功能請參考我們后面的引腳說明。有內(nèi)部 EPROM 的單片機芯 片（例如 8751），為寫入程序需提供專門的編程脈沖和編程電源，這些信號也是由信號引腳的形式提供的， 即：編程脈沖： 30 腳（ ALE/PROG） 編程電壓（ 25V）： 31 腳（ EA/Vpp） ALE 地址鎖存控制信號：在系統(tǒng)擴展時， ALE 用于控制把 P0 口的輸出低 8 位地址送鎖存器 鎖存起來，以實現(xiàn)低位地址和數(shù)據(jù)的隔離。參見圖 2（ 8051 擴展 2KB EEPROM 電路，在圖中 ALE 與 4LS373 鎖存器的 G 相連接，當 CPU 對外部進 存取時，用以鎖住地址的低位地址，即 P0 口輸出。由于 ALE 是以晶振六分之一的固定頻率輸出的正脈沖，當系統(tǒng)中未使用外部存儲器時， ALE 腳也會有六分之一的固定頻率輸出，因此可作為外部時鐘或外部定時脈沖使用。 PSEN 外部程序存儲器讀選通信號：在讀外部 ROM 時 PSEN 低電平有效，以實現(xiàn)外部 ROM 單元的讀操作。 內(nèi)部 ROM 讀取時， PSEN 不動作； 外部 ROM 讀取時，在每個機器周期會動作兩次； 外部 RAM 讀取時，兩個 PSEN 脈沖被跳過不會輸出； 外接 ROM 時，與 ROM 的 OE 腳相接。 EA/VPP 訪問和序存儲器控制信號 接高電平時： 第二章 主要器件介紹 11 CPU 讀取內(nèi)部程序存儲器（ ROM） 擴展外部 ROM：當讀取內(nèi)部程序存儲器超過 0FFFH（ 8051） 1FFFH（ 8052）時自動讀取外部 ROM。 接低電平時： CPU 讀取外部程序存儲器（ ROM）。 8751 燒寫內(nèi)部 EPROM 時，利用此腳輸入 21V 的燒寫電壓。 RST 復位信號：當輸入的信號連續(xù) 2 個機器周期以上高電平時即為有效，用以完成單片機的復位初始化操作。 XTAL1 和 XTAL2 外接晶振引腳。當使用芯片內(nèi)部時鐘時，此二引腳用于外接石英晶體和微調(diào)電容；當使用外部時鐘時，用于接外部時鐘脈沖信號。 VCC：電源 +5V 輸入 VSS： GND 接地。 電子科技大學成都學院本科畢業(yè)設(shè)計論文 12 第 三 章 系統(tǒng)的硬件設(shè)計 設(shè)計方案的選定 系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)如圖 31 所示 。 圖 31系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)圖 數(shù)據(jù)采集電路如圖 31 所示 ,由溫度傳感器 DS18B20 采集被控對象的實時溫度 ,提供給 AT89C2051 的 口作為數(shù)據(jù)輸入。在本次設(shè)計中我們所控的對象為所處室溫。當然作為改進我們可以把傳感器與電路板分離，由數(shù)據(jù)線相連進行通訊，便于測量多種對象。 DS18B20 是 DALLAS 公司生產(chǎn)的一線式數(shù)字溫度傳感器，具有 3 引腳 TO－ 92 小體積封裝形式；溫度測量范圍為－ 55℃ ～＋ 125℃ ,可編程為 9 位～ 12 位 A/D 轉(zhuǎn)換精度，測溫分辨率可達 ℃ ，被測溫度用符號擴展的 16 位數(shù)字量方式串行輸出，支 持 3V～ 的電壓范圍，使系統(tǒng)設(shè)計更靈活、方便；其工作電源既可在遠端引入，也可采用寄生電源方式產(chǎn)生；多個 DS18B20可以并聯(lián)到 3 根或 2 根線上， CPU 只需一根端口線就能與諸多 DS18B20 通信，占用微處理器的端口較少，可節(jié)省大量的引線和邏輯電路。以上特點使 DS18B20非常適用于遠距離多點溫度檢測系統(tǒng)。分辨率設(shè)定，及用戶設(shè)定的報警溫度存儲在 EEPROM 中，掉電后依然保存。 DS18B20 使電壓、特性有更多的選擇，讓我們可以構(gòu)建適合自己的經(jīng)濟的測溫系統(tǒng)。如圖 2 所示 DS18B20 的 2 腳 DQ 為數(shù)字信號輸入 /輸出 端； 1 腳 GND 為電源地； 3 腳 VDD 為外接供電電源輸入端。 第三章 系統(tǒng)的硬件設(shè)計 13 單片機部分 復位電路 復位是單片機的初始化操作。單片機啟運運行時，都需要先復位，其作用是使 CPU 和系統(tǒng)中其他部件處于一個確定的初始狀態(tài) ，并從這個狀態(tài)開始工作。因而，復位是一個很重要的操作方式。但單片機本身是不能自動進行復位的，必須配合相應的外部電路才能實現(xiàn)。 當 MCS5l系列單片機的復位引腳 RST(全稱 RESET)出現(xiàn) 2個機器周期以上的高電平時， 單片機就執(zhí)行復位操作 。如果 RST 持續(xù)為高電平，單片機就處于循環(huán)復位狀態(tài)。 根 據(jù)應用的要求， 復位操作通常有兩種基本形式 ：上電復位和上電或開關(guān)復位。上電復位要求接通電源后， 自動實現(xiàn)復位操作 。常用的上電復位電路如下圖A 中左圖所示。圖中電容 C1 和電阻 R1 對電源十 5V 來說構(gòu)成微分電路。上電后，保持 RST 一段高電平時間，由于單片機內(nèi)的等效電阻的作用，不用圖中電阻 R1，也能達到上電復位的操作功能，如下圖 32(A)中右圖所示。 A B 圖 32單片機的復位電路 A: 上電復位 B:上電或開關(guān)復位電路 上電或開關(guān)復位要求電源接通后 ，單片機自動復位，并且在單片機運行期間，用開關(guān)操作也能使單片機復位。常用的上電或開關(guān)復位電路如上圖 (B)所示。上電后，由于電容 C3 的充電和反相門的作用，使 RST 持續(xù)一段時間的高電平。當電子科技大學成都學院本科畢業(yè)設(shè)計論文 14 單片機已在運行當中時，按下復位鍵 K 后松開，也能使 RST 為一段時間的高電平，從而實現(xiàn)上電或開關(guān)復位的操作。 根據(jù)實際操作的經(jīng)驗， 下面給出這兩種復位電路的電容 、電阻參考值。 上圖 (A)中： Cl＝ 1030uF， R1＝ 1kO 上圖 1． 27(B)中： C：＝ 1uF， Rl＝ lkO， R2＝ 10kO 振蕩電路 在單片機系統(tǒng)設(shè)計中 ，振蕩電路的設(shè)計是十分重要的一個環(huán)節(jié)。系列單片機的典型振蕩電路如圖 2 所示。 一般情況下，設(shè)計人員按照廠家給出的參數(shù)表進行選擇。如果系統(tǒng)能夠正常工作，也就不再進行改進了。其實，這是不合適的。因為 Microchip 的單片機根據(jù)型號和版本的不同，工作電壓在直流 ～ 的范圍內(nèi)，汽車級溫度可以在40～ 125℃ 范圍內(nèi)，而參數(shù)表中只給出了有限的幾種情況，實際環(huán)境參數(shù)會對振蕩電路的性能產(chǎn)生很大的影響 。如高溫、低電壓可減小振蕩環(huán)路增益，而從降低振蕩頻率或者難以啟動；低溫、高電壓可以使環(huán)路增益變大，從而使晶振過驅(qū)動，產(chǎn)生損壞的潛在危險或者振蕩電路工作的高次諧波頻率上升，加大系統(tǒng)功耗。因此，如何正確設(shè)計系統(tǒng)的振蕩電路十分必要。對于 PIC 系列單片機，一般的設(shè)計步驟如下： ① 選擇晶振。根據(jù)系統(tǒng)需要的振蕩頻率進行晶振的選擇。此外，晶振的工作溫度和頻率穩(wěn)定度也是十分重要的指標。 ② 選擇振蕩器類型。 PIC 系列單片機有 RC、 LP、 XT、 HS 等振蕩模式。除 RC 模式外，振蕩模式的選擇實際上就是環(huán)路增益的選擇。低增益對應低振 蕩頻率，高增益對應高振蕩頻率。一般根據(jù)實際需要的工作頻率可參考數(shù)據(jù)手冊來選擇 。 單片機與 DS18B20 的 protel 連接 如 圖 33 所示 第三章 系統(tǒng)的硬件設(shè)計 15 圖 33單片機與 DS18B20 的硬件連接圖 顯示電路 數(shù)碼管的選擇及其硬件連接 LED(Light Emitting Diode)顯示是用發(fā)光二極管顯示字段的顯示器件， 也稱數(shù)碼管 。當二極管導通時相應的一個點或一個筆劃發(fā)光，就能顯示出各種字符，常用的七段 LED 顯示器的結(jié)構(gòu)如圖所示。LED 數(shù)碼顯示器有兩種結(jié)構(gòu)：將所有發(fā)光二極 管的陽極連在一起，稱為共陽接法，公共端 COMM 接高電平，當某個字段的陰極接低電平時，對應的字段就點亮；而將所有發(fā)光二極管的陰極連在一起，稱為共陰接法，公共端 COMM 接低電平，當某個字段的陽極接高電平時，對應的字段就點亮。每段所需電流一般為 5~15mA，實際電流視具體的 LED 數(shù)碼顯示器而定 電子科技大學成都學院本科畢業(yè)設(shè)計論文 16 圖 34數(shù)碼管的正面結(jié)構(gòu)框圖及內(nèi)部結(jié)構(gòu) 點亮 LED 顯示器有靜態(tài)和動態(tài)兩種方法。所謂靜態(tài)顯示，就是顯示某一字符時，相應的發(fā)光二極管恒定得導通或截止，這種方法，每一顯示位都需要一個 8 位的輸出口控制，占用的硬件較 多，一般僅用于顯示位數(shù)較少的場合。而動態(tài)就是一位一位地輪流點亮各位顯示器，對每一位顯示器而言，每隔一段時間點亮一次，利用人的視覺留感達到顯示的目的。顯示器的亮度跟導通的電流有關(guān)，也和點亮的時間與間隔的比例有關(guān)。動態(tài)顯示器因其硬件成本較低，而得到廣泛的應用。為了顯示字符和數(shù)字，要為 LED 顯示器提供顯示段碼 (或稱字形代碼 ),組成一個“ 8”字形的 7 段，再加上一個小數(shù)點位，共計 8 段，因此提供 LED 顯示器的顯示段碼為 1 個字節(jié)。各段碼的對應關(guān)系如下： 段碼位 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 顯示段 dp g f e d c b a 選擇如圖 35 這個四位 LED 顯示管 圖 35 數(shù)碼管的引腳結(jié)構(gòu) 第三章 系統(tǒng)的硬件設(shè)計 17 上述 LED 的結(jié)構(gòu)圖如圖 36 所示。 圖 36 從上圖便可知： 6， 8， 9， 12 引腳分別接到 ， ， 。來控制到底此時顯示哪個 LED 管。并且是用低電平來控制的，例如在引腳 6 處為低電平，則只要 A~G 有一處為高則 4 號 LED 就可以亮了。而 11， 7， 4， 2， 1， 10， 5， 3 則接其內(nèi)部的二極管，采用 8 個二極管來實現(xiàn) 8 段碼。以 0 為例，采用 共陽極方式， G 和 DP這兩燈沒亮，故 3 和 5 這兩個引腳為 1，其余的為 0，而引腳 3 接的是 ，引腳 5 接的是 ， 16 進制 就是 05H，同樣的方式就可以得到 10 進制 1~9 的相應 7 段碼的 16 進制值 。 串行通信 單片機與 PC 的串行通信的硬件原理圖如圖 37 所示 圖 37單 片 機 串 行 通信 硬 件 原 理 圖 電子科技大學成都學院本科畢業(yè)設(shè)計論文 18 圖 38 為 max232 與 RS232 連接的 protel 電路圖 圖 38 max232與 RS232連接的 protel電路圖 單片機串行端口 串口是計算機上一種非常通用設(shè)備通信的協(xié) 議 （不要與通用串行總線 Universal Serial Bus 或者 USB 混淆）。大多數(shù)計算機包含兩個基于 RS232的串口。串口同時也是儀器儀表設(shè)備通用的通信協(xié)議；很多 GPIB 兼容的設(shè)備也帶有 RS232 口。同時，串口通信協(xié)議也可以用于獲取遠程采集設(shè)備的數(shù)據(jù)。 串口通信的概念非常簡單，串口按位（ bit）發(fā)送和接收字節(jié)。盡管比按字節(jié)（ byte）的并行通信慢，但是串口可以在使用一根線發(fā)送數(shù)據(jù)的同時用另一根線接收數(shù)據(jù)。 它很簡單并且能夠?qū)崿F(xiàn)遠距離通信 。比如 IEEE488 定義并行通行狀態(tài)時，規(guī)定設(shè)備線總常不得超過 20 米 ，并且任意兩個設(shè)備間的長度不得超過 2 米；而對于串口而言，長度可達 1200 米。