【文章內容簡介】 節(jié) AT89C51 內部結構 Atmel 公司的 AT89C51 是一種低功耗、高性能的片內含有 4kB 快閃可編程 /擦除只讀存儲器的 8 位 CMOS 微控制器，使用高密度、非易失存儲器技術制造。其內部資源分配如下 :1 個 8 位的微 處理器 ((CPU) 。 2 個 16 位定時器 /計數(shù)器 。5 個中斷源 。4kB的 Flash 存儲器 。128 字節(jié)片內 RAM。 1 個全雙工 DART(通用異步接收發(fā)送器 )的串行1/0 口，用于實現(xiàn)單片機和微機之間的串行通訊 。4 個 8 位并行 1/0 接口 POP3,每個口即可以用作輸入，也可以用作輸出。圖 是 AT89C51 的內部結構圖。 圖 AT89C51 內部結構圖 5 第二節(jié) AT89C51 引腳及功能 圖 AT89C51 芯片引腳圖 AT89C51 引腳說明 : : Vcc (40 腳 ):電源引腳 +5V； Vss (20 腳 ):地引腳 。 : X1, X2 分別與晶體兩端相連接當采用外部時鐘信號時， X2 接振蕩信號， X1 接地 。 : PO 口 (第 3932 腳 ))PO 口由 共 8 位組成。當不與片外存儲器相連接以及與不擴展 FO 口時，那么可以作為準雙向輸入 /輸出口。而在擴展 PO 口或者接有片外存儲器時，那么 PO口可以傳遞低 8位地址信號和雙向數(shù)據信號 P 1口 (第 18腳 ):P1口由 P 共 8 位組成，可作為準雙向 1/0 口使用。 P2口 (第 2128腳 ):P2口由 8位組成，一般可作為準雙向 FO口使用 。在擴展 PO口或者接有片外存儲器時，那么 PO口可以傳遞低 8位地址信號和雙向數(shù)據信號 P3口 (第 1017腳 ):P3口由 8位組成。 6 RST—— 復位輸入。當振蕩器工作時， RST引腳出現(xiàn)兩個機器周期以上高電平將 使單片機復位。 ALE/PROG—— 當訪問外部程序存儲器或數(shù)據存儲器時， ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低 8位字節(jié)。一般情況下， ALE仍以時鐘振蕩頻率的 1/6輸出固定的脈沖信號，因此它可對外輸出時鐘或用于定時目的。要注意的是：每當訪問 外部數(shù)據存儲器時將跳過一個 ALE脈沖。對 FLASH存儲器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖（ PROG） 。 PSEN—— 程序儲存允許（ PSEN）輸出是外部程序存儲器的讀選通信號，當 AT89S52由外部程序存儲器取指令（或數(shù)據）時，每個機器周期兩次 PSEN有效，即輸出兩個脈沖，在此期間，當訪問外部數(shù)據存儲器，將跳過兩次 PSEN信號。 EA/VPP—— 外部 訪問 允許， 欲使 CPU僅訪 問外 部程 序存儲 器（ 地址 為0000H~FFFFH）， EA端必須保持低電平（接地）。需注意的是：如果加密位 LB1被編程，復位時內部會鎖存 EA端狀態(tài)。如 EA端為高電平（接 Vcc端）， CPU則執(zhí)行內部程序存儲器的指令。 FLASH存儲 器編程時，該引腳加上 ＋ 12V的編程允許電源 Vpp，當然這必須是該器件是使用 12V編程電壓 Vpp。 XTAL1： 振蕩器反相放大器和內部時鐘發(fā)生電路的輸入端。 XTAL2： 振蕩器反相放大器的輸出端。 為了便于接下來的說明，單片機各管腳網絡標號定義如圖 。 根據電路設計規(guī)范和 AT89S52芯片手冊，設計時鐘電路與復位電路如 圖 ： 圖 時鐘電路和復位電路 7 圖中網絡標號 RST連接單片機 RST引腳，具有上電復位與手 動復位的功能； XTAL1與 XTAL2連接單片機 XTAL1和 XTAL2引腳，且并聯(lián)兩個 30pF匹配電容使晶振起振。 由于單片機 P0口作普通 I/O口時不能輸出高電平，因此需接上拉電阻，實際電路中，使用 8*10KΩ 電阻作為上拉電阻。 第三節(jié) 時鐘震蕩電路設計 AT89C51 單片機有一個片內的振蕩器電路，由一個單級反相器組成，可用來作為CPU 的時鐘源。本設計采用了片外時鐘振蕩器，在單片機的引腳 XTAL 1 和 XTAL2 之間連一個石英晶體諧振器，并接兩個電容到地，就組成了完整的并聯(lián)諧振電路輸出時鐘信號。圖 為時鐘振 蕩電路 : 圖 時鐘震蕩電路 第四節(jié) 電源電路設計 一、電源選擇原理 電源類型分為 DC/DC 和 LDO 兩種 : DC/DC 電源 :使用直流電，通過調整其 PWM(占空比 )來控制輸出的有效電壓的大小。是一種非線性電源，特點是成本較高，電源效率高，損耗小，但是其電源紋波特性差。 當系統(tǒng)對電源紋波要求不高時，就可以選用 DC/DC 電源模塊 。如系統(tǒng)輸出大電流時，由于 DC/DC 電源模塊的效率高，因此就必須選用 DC/DC 電源模塊。 LDO 電源 :低壓差線性穩(wěn)壓器，從輸入電壓中減去超額的電壓產生經過調節(jié)的輸 8 出電壓，是一種 線性電源，特點是成本低，電源效率低，損耗大，但是其電源紋波特性較好。 當系統(tǒng)對電源紋波要求高時，就可以選用 LDO 電源模塊 。如果系統(tǒng)輸出電流不大時，就可以選用 LDO 電源模塊。 二、 水情檢測系統(tǒng)電源設計 本系統(tǒng)由太陽能板經變換后提供 12V 電源，而單片機需要 5V 電源，因此需要設計電源轉換電路，電源轉換電路如圖 3. 5 所示，由于系統(tǒng)電流不大，因此需用低成本 LDO 模塊 7805 作為電源芯片。 圖 電源設計電路 （ 1） SDI12 總線 SDI12 是一種標準的接口方式，它可以提供連接數(shù)據采集器和智能傳感器的方法。該通信協(xié)議由 SDI12 小組開發(fā)，并經歷了長期的修改和不斷地規(guī)范?，F(xiàn)在的最新版本是 20xx 年 7 月 18 號公布的 版 [[ 14]。在該協(xié)議支持下，可廣泛應用在江河湖海的水文和氣象等地球環(huán)境監(jiān)測，工農業(yè)多參數(shù)遠距離測控。 SDI12 具有系統(tǒng)集成成本低 。單總線可連接多個傳感器 。傳感器可與數(shù)據采集設備的距離較遠、儀器通信功耗最小化等優(yōu)點。 （ 2） SDI12 電氣接口 SDI12接口總線使用在標準傳感器和 SDI12數(shù)據采集器之間的連接來傳送串行數(shù)據，使用的波特率是 1200 baud?？偩€上可以同時連接多 個標準的傳感設備。 SDI12通信協(xié)議采用三線制，包括 ++12 V 電源線、數(shù)據線和地線 [39。S]o SDI12 的數(shù)據結構 9 為 1 位起始位、 7 位數(shù)據位 (低位在前 )、 1 位偶校驗位、 1 位停止位。 表 是在 SDI12總線上連接了數(shù)據采集器和兩個傳感器的電路?？偩€允許同時連接 10 個傳感器，由地址碼 0009 識別。 表 傳感器地址碼 （ 3） SDI12