【文章內(nèi)容簡介】 S52 簡介 AT89S52 是美國 ATMEL 公司生產(chǎn)的 AT89S 系列中的增強(qiáng)型產(chǎn)品，采用了該公司的技術(shù)領(lǐng)先的 Flash 存儲器，是低功耗、高性能、采用 CMOS 工藝制造的 8 位單片機(jī)。片內(nèi)含 8KB 字節(jié)的可系統(tǒng)編程的 Flash 只讀程序存儲器。它的 Flash 程序存儲器既可在線編程（ ISP）也可用傳統(tǒng)方法進(jìn)行編程及通用 8 位微處理器于單片芯片中，功能強(qiáng)大。其主要特性參數(shù)及功能特性如下： 1． 與 MCS51 產(chǎn)品指令系 統(tǒng)完全兼容； 2． 可在線 ISP 編程的 8KB 平片內(nèi) Flash 存儲器； 3． ~ 的工作電壓范圍； 4． 振蕩器和時鐘電路的全靜態(tài)工作頻率為 0Hz~30MHz； 5． 雙數(shù)據(jù)指針 DPTR0 和 DPTR1； 6． 256B 的片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器； 7． 可編程的 32 根 I/O 接口線； 8． 3 個可編程定時 /計數(shù)器； 9． 具有 8 個中斷源、 6 個中斷矢量、 2 級優(yōu)先權(quán)的中斷系統(tǒng)； 10． 1 個可編程的全雙工的 UART 串行通信口； 11． 可在 “空閑 ”和 “掉電 ”兩種低功耗模式運(yùn)行； 12． 8 位字長的 CPU； 13． 1 個看門狗定時器 WDT； 14． 可編程的 3 級程序鎖定位； 15． 具 有斷電標(biāo)志位 POF； AT89S52 單片機(jī)的封裝形式有三種，分別為： PDIP、 TQEP 和 PLCC，本設(shè)計采用 東北大學(xué)秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 9 頁 PDIP 封裝形式的 AT89S52 單片機(jī)，其引腳排列如圖 所示。 圖 PDIP 封裝的 AT89S52 引腳排列圖 該芯片各引腳的名稱、序列號及簡要功能說明如表 所示。 表 采用 PDIP 封裝形式的 AT89S52 單片機(jī)各引腳及功能說明 序號 引腳名稱 引腳序號 功能說明 1 P0 口 32~39 8 位并 行雙向的 I/O 口，訪問外部存儲器時，可作為低 8 位地址線 /數(shù)據(jù)總線復(fù)用 2 P1 口 1~8 用戶使用的通用 I/O 口，準(zhǔn)雙向 8 位，編程和校驗時作為低 8位地址線， 和 引腳另有第二功能 3 P2 口 21~28 通用 8 位、準(zhǔn)雙向 I/O 口，訪問外部存儲器時，可作為高 8 位地址線 4 P3 口 10~17 8 位、準(zhǔn)雙向 I/O 口，還提供了一些第二功能 5 EA /VPP 31 訪問芯片內(nèi)部和芯片外部程序存儲器的選擇 信號 6 RST 9 復(fù)位信號輸入端，高電平有效 7 ALE/ PROG 30 低 8 位地址鎖存信號 /編程脈沖輸入 8 PSEN 29 外部程序存儲器讀選通信號，低電平有效 9 VCC 40 電源電壓的輸入引腳， ~ 10 XTAL2 XTAL1 18~19 芯片內(nèi)震蕩器反相放大器的輸出端和輸入端 11 GND 20 電源接地 引腳 東北大學(xué)秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 10 頁 P0 口 39~32 引腳： P0 口是 8 位并行、雙向、漏極開路型輸出的 I/O 口，也即地址I/O 數(shù)據(jù)總線復(fù)用口。作為輸出口用時，可以能驅(qū)動 8 個 TTL 邏輯門電路，該口內(nèi)無上拉電阻，由兩個 MOS 管串接，既可以斷開漏極輸出又可以處于高阻態(tài)，因此稱為雙向、漏極開路 I/O 口。對外程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行訪問時，該口作為低 8 位地址線和數(shù)據(jù)總線復(fù)用。在對片內(nèi) F1ash 存儲器編程時，該口作為接收指令的字節(jié)代碼，而在程序校驗時需，要求外接 10kΩ 的上拉電阻。該口作為通用 I/O 口使用時，需要外接上拉電阻。作為輸入口使 用時，需對每個引腳寫入 1 成為高阻抗輸入口，這時該口為準(zhǔn)雙向I/O 口。 P1 口 1~8 引腳： Pl 是一個具有內(nèi)部上拉電阻的 8 位、雙向 I/O 口， Pl 口的輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流） 4 個 TTL 邏輯門電路，當(dāng)編程和校驗程序時定義為，該口定義為低 8 位的地址線。將每個引腳置成高電平 1，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作為輸入口。引腳 同時還是定時 /計數(shù)器 T2 的外部計數(shù)輸入，引腳 同時還是定時 /計數(shù)器 T2 捕獲 /重裝操作的控制信號。 P2 口 21~28 引腳： P2 是一個帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位、準(zhǔn)雙向 I/O 口， P2 的輸出緩沖級可驅(qū)動 4 個 TTL 邏輯門電路。將每個引腳置成高電平 1，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口，作輸入口使用時。在訪問外部程序存儲器或 16 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器（例如執(zhí)行 MOVX@DPTR 指令）時， P2 口送出高 8 位地址數(shù)據(jù)。在訪問 8 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器（如執(zhí)行 MOVX@Ri指令）時， P2 口線上的內(nèi)容（也即特殊功能寄存器（ SFR）區(qū) P2 寄存器的內(nèi)容），在整個訪問期間不改變。 Flash 編程或校驗時， P2 亦接收高字節(jié)地址和一些控制信號。 P3 口 10~17： P3 口是一組帶有內(nèi)部上拉電阻 的 8 位、雙向 I/O 口。 P3 口輸出緩沖級可驅(qū)動 4 個 TTL 邏輯門電路。將該口的各引腳置成 1 時，它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可作為輸入端口。作輸入端時，被外部拉低的 P3 口將用上拉電阻輸出電流（ IIL）。P3 口除了作為一般的 I/O 口線外，更重要的用途是它還具有的第二功能，其具體第二功能如表 所示。此外 P3 口還能接收一些用于 Flash 閃速存儲器編程和程序校驗的控制信號。 RST 復(fù)位端口 9 引腳：該引腳為復(fù)位信號輸入端，高電平有效。當(dāng)振蕩器工作時，RST 引腳出現(xiàn)兩個機(jī)器周期以上高電平將使單片機(jī)系統(tǒng)復(fù)位。當(dāng)定時監(jiān)視器 WDT（看門狗）溢出，將使該引腳輸出高電平并持續(xù) 98 個振蕩周期。 東北大學(xué)秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 11 頁 表 P3 口的引腳的第二功能 端口引腳 第二功能 說 明 RXD 串行數(shù)據(jù)接收 TXD 串行數(shù)據(jù)發(fā)送 INT0 外部中斷 0 請求 1INT 外部中斷 1 請求 T0 定時器 0 外部事件計數(shù)輸入 T1 定時器 1 外部事件計數(shù)輸入 WR 外部 RAM 寫選通 RD 外部 RAM 讀選通 ALE/PROG 端口 30 引腳：低字節(jié)地址鎖存允許信號 /編程脈沖輸入端。當(dāng)訪問外部程序存儲器或數(shù)據(jù)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)地址到外接地址鎖存器中，以實現(xiàn)低字節(jié)地址和數(shù)據(jù)的分時復(fù)用。 在非訪問外圍器件期間， ALE 仍以時鐘振蕩頻率的 1/6 輸出固定的正脈沖信號，因此它可對外輸出時鐘信號或用于定時目的。如若在對 F1ash 存儲器編程期間，該引腳還用作編程脈沖輸入（ PROG ）。如果有必要，可通過對特殊功能寄存器（ SFR）區(qū)中的 8EH 單元的 D0 位置位，可禁止 ALE 操作。該位置位后，只一條 M0VX 和 M0VC 指令 ALE 才會被激活。此外，該引腳會被微弱信號拉高，單片機(jī)執(zhí)行外部程序時，應(yīng)設(shè)置 ALE 無效。 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(dāng) AT89S52的 CPU 讀取外部程序存儲器取指令代碼（或數(shù)據(jù)）時，被讀取的指令代碼被送到 P0 口。每個機(jī)器周期兩次 PSEN 有效，即輸出兩個脈沖。當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器，沒有兩次有效的 PSEN 信號。 EA /VPP 端口 31 引腳： EA 為訪問芯片內(nèi)部和芯片外部程序存儲器的選擇信號。 EA為低電平（接地）時，對程序存儲器的操作限定在外部程序存儲器進(jìn)行，地址為0000H~FFFFH。 EA 端為高電平（接電源電壓 VCC）時， CPU 首先從芯片內(nèi)部程序存儲器（地址為 0000H~FFFFH）的 0000H 單元開始讀取存儲的指令代碼，如果芯片外部有擴(kuò)展的程序存儲器，則 CPU 在執(zhí)行完芯片內(nèi)部程序存儲器種的程序后，自動轉(zhuǎn)向去執(zhí)行外部程序存儲器中的程序。 VPP 為片內(nèi) Flash 存儲器的編程電壓。對片內(nèi) Flash 存 東北大學(xué)秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 12 頁 儲器進(jìn)行編程時，該引腳接編程電壓 VPP（ 5V 或 12V），對編程程序進(jìn)行校驗時，該引腳接電源電壓 VCC。 XTAL1 端口 19 引腳：芯片內(nèi)振蕩器反相放大器及內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入端。 XTAL2 端 口 18 引腳：芯片內(nèi)振蕩器反相放大器的輸出端。 存儲器結(jié)構(gòu)： AT89S52 單片機(jī)的存儲器結(jié)構(gòu)分為程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器，各自又有芯片內(nèi)和擴(kuò)展部分，因此 AT89S52 單片機(jī)的存儲器結(jié)構(gòu)共分為 4 部分，即片內(nèi)程序存儲器、片外程序存儲器、片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器和片外數(shù)據(jù)存儲器。 程序存儲器：如果 EA 引腳接地（ GND），全部程序均執(zhí)行外部存儲器。在 AT89S52，假如 EA 接至電源電壓（ VCC），程序首先執(zhí)行地址從 0000H－ 0FFFH（ 4KB）內(nèi)部程序存儲器，再執(zhí)行地址為 1000H－ FFFFH（ 60KB）的外部程序存儲器。 數(shù)據(jù)存儲器： AT89S51 的具 128 字節(jié)的內(nèi)部 RAM，這 128 字節(jié)可利用直接或間接尋址方式訪問，堆棧操作可利用間接尋址方式進(jìn)行， 128 字節(jié)均可設(shè)置為堆棧區(qū)空間。 晶體振蕩器特性： AT89S52 一個用于構(gòu)成內(nèi)部振蕩器的高增益反相放大器，引腳XTAL1 和 XTAL2 分別是該放大器的輸入端和輸出端。這個放大器與作為反饋元件的片外石英晶體或陶瓷諧振器一起 構(gòu)成自激振蕩器。此外，外接石英晶體（或陶瓷諧振器）及電容 Cl、 C2 接在放大器的反饋回路構(gòu)成并聯(lián)振蕩電路。對外接電容 Cl、 C2 雖然沒十分嚴(yán)格的要求，但電容容量的大小會輕微影響振蕩頻率的高低、振蕩器工作的穩(wěn)定性、起振的難易程序及溫度穩(wěn)定性。如果使用石英晶體，我們推薦電容使用 30pF177。10pF，而如使用陶瓷諧振器建議選擇 40pF177。10pF。當(dāng)然，用戶也可以采用外部時鐘。這種情況下，外部時鐘脈沖接到 XTAL1 端，即內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入端， XTAL2 則懸空。由于外部時鐘信號是通過一個 2 分頻觸發(fā)器后作為內(nèi)部時鐘信號的， 所以對外部時鐘信號的占空比沒有特殊要求，但最小高電平持續(xù)時間和最大的低電平持續(xù)時間應(yīng)符合產(chǎn)品技術(shù)條件的要求。 Flash 閃速存儲器的并行編程： AT89S52 單片機(jī)內(nèi)部 8KB 字節(jié)的可快速編程的 Flash存儲陣列。編程方法可通過傳統(tǒng)的 EPROM 編程器使用高電壓（ +12V）和協(xié)調(diào)的控制信號進(jìn)行編程。 編程方法： AT89S52 的代碼是逐一字節(jié)進(jìn)行編程的。編程前，須設(shè)置好地址、數(shù)據(jù)及控制信號， AT89S52 編程方法如下：首先在地址線上加上要編程單元的地址信號，其次在數(shù)據(jù)線上加上要寫入的數(shù)據(jù)字節(jié)，進(jìn)而激活相應(yīng)的控制信號 ，再者將 EA/Vpp 端加 東北大學(xué)秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 13 頁 上 +12V 編程電壓，此外在每對 Flash 存儲陣列寫入一個字節(jié)或每寫入一個程序加密位，加上 ALE/PROG 編程脈沖。每個字節(jié)寫入周期是自身定時的，大多數(shù)約為 50μs。改變編程單元的地址和寫入的數(shù)據(jù)，重復(fù)以上步驟，直到全部文件編程結(jié)束。 單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計 采用 AT89S52 單片機(jī)構(gòu)成了控制系統(tǒng)的核心，其基本模塊就主要包括復(fù)位電路和晶體震蕩電路。在本設(shè)計當(dāng)中，單片機(jī)的 P0 口、 P1 口、 P2 口、 P3 口全部參與系統(tǒng)工作，單片機(jī)最小系統(tǒng)的接線如圖 所示。 圖 單片機(jī) 最小系統(tǒng)圖 東北大學(xué)秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 14 頁 單片機(jī) I/O 口分配及實現(xiàn)的功能 ? P0 口的全部端口主要用于負(fù)責(zé)處理 LGM12641BS1R 液晶顯示器的讀寫數(shù)據(jù) /命令。 ? P1 口的全部端口主要用于外接矩陣鍵盤電路并由此通過程序的設(shè)定進(jìn)行鍵盤的掃描。 ? P2 口的全部端口主要用于負(fù)責(zé)處理輸出脈沖給控制電機(jī)驅(qū)動芯片 ULN20xxA 從而讓其工作。 ? P3 口的部分端口用于 LGM12641BS1R 液晶顯示器的控制使能端以控制實現(xiàn)液晶顯示器的讀寫操作功能，既與 LGM12641BS1R 液晶顯示器的的使能位端口相接。部分用于串口通信模塊的連接，以實 現(xiàn)單片機(jī)與上位機(jī)的雙向通信和程序的下載。 步進(jìn)電機(jī)簡介 步進(jìn)電機(jī)作為執(zhí)行元件，是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，是機(jī)電一體化的關(guān)鍵產(chǎn)品之一，廣泛應(yīng)用在各種自動化控制系統(tǒng)中。當(dāng)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器接收到一個脈沖信號，它就驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定方向轉(zhuǎn)動一個固定的角度，因此可以通過控制脈沖數(shù)來控制角位移，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的；同時可以通過控制脈沖頻率來控制電機(jī)轉(zhuǎn)動的速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的?？傮w上說，步進(jìn)電機(jī)有如下優(yōu)點(diǎn)：可以用數(shù)字信號直接進(jìn)行開環(huán)控制，控制簡單；