【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 單 片 機(jī) 晶 振 電路 復(fù)位檢測(cè)電路 沈陽(yáng)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） No 14 復(fù)位檢測(cè)電路 AT89C2051 單片機(jī)與其它微控制器一樣，在啟動(dòng)時(shí)都需要復(fù)位，讓系統(tǒng)各部件處于確定的初始狀態(tài)，從初始態(tài)開(kāi)始工作。復(fù)位信號(hào)從RST 引腳輸入到芯片內(nèi)的施密特觸發(fā)器中。當(dāng)系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)時(shí)，且振蕩器穩(wěn)定后，如果 RST 引腳上有一個(gè)高電平并維持 2 個(gè)機(jī)器周期（ 24 個(gè)振蕩 周期），則 CP U 就可響應(yīng)并將系統(tǒng)復(fù)位。復(fù)位方式有手動(dòng)復(fù)位和上電自動(dòng)復(fù)位兩種。在本設(shè)計(jì)中，采用上電自動(dòng)復(fù)位，如圖 3 所示。 復(fù)位工作原理：通電時(shí)，電容兩端相當(dāng)于短路， RST 引腳上為高電平，然后電源通過(guò)電阻對(duì)電容充電， RST 端電壓慢慢下降，降到一定電壓值以下，即為低電平，單片機(jī)開(kāi)始正常工作 [8]。 圖 3 復(fù)位檢測(cè)電路 沈陽(yáng)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） No 15 直流電機(jī)驅(qū)動(dòng) 圖 4 DC 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路 單片機(jī)通過(guò) 的輸出控制電機(jī)的啟動(dòng)與停止，如圖 4 所示。若 輸出為低，開(kāi)關(guān)管 G1 導(dǎo)通，電機(jī)開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)；若 P02 輸出為高 ，開(kāi)關(guān)管 G1 關(guān)斷，電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)， D D3 在制動(dòng)過(guò)程中可以起到電機(jī)反向電流保護(hù)作用。電路中用光耦 P521 實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)與感性負(fù)載與電機(jī)的隔離，大大增強(qiáng)了系統(tǒng)的抗干擾能力 [ 9]。 沈陽(yáng)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） No 16 圖 5 電機(jī)與打印線圈的電壓關(guān)系 根據(jù) Epson M150II 開(kāi)發(fā)手冊(cè)和實(shí)際調(diào)試情況可知，電機(jī)和打印線圈終端的電壓應(yīng)滿(mǎn)足如圖 5 所示關(guān)系，否則打印出的字符就會(huì)混亂，使人難以辨認(rèn) (關(guān)于打印線圈驅(qū)動(dòng)電路可參考附錄原理圖 )。為了使打印出的字符效果更好，我們?cè)?G1 和 VCC 之間串入了 D1，用以降低電機(jī)兩端的電壓，使其電壓稍低于線圈的 電壓。實(shí)踐證明：當(dāng)電機(jī)兩端的電壓略低于線圈的電壓時(shí)，打印出的字符效果更好，打印過(guò)程更穩(wěn)定些。 沈陽(yáng)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） No 17 驅(qū)動(dòng)放大電路 此模塊是整個(gè)電路中最重要、最核心的部分，其設(shè)計(jì)如圖 6 所示 。 I/O驅(qū)動(dòng)能力主要指它使用輸出工作方式下的輸出電流和灌電流。負(fù)載越重 ,就需要更大的驅(qū)動(dòng)能力。如果單片機(jī)輸出口驅(qū)動(dòng)能力大于外部要求的就不用驅(qū)動(dòng)電路了。如用單片機(jī)啟動(dòng)一個(gè)繼電器 ,如果電流足夠當(dāng)然可以驅(qū)動(dòng)繼電器。但事實(shí)上一般單片機(jī)都要用三極管作為驅(qū)動(dòng)，以小電流控制大電流。如果要使一個(gè)小功率的 LED 發(fā)光當(dāng)然不再需要用三極管來(lái)放大電流了。 而這里控制打印機(jī)的工作，驅(qū)動(dòng)電路則是非常重要的部分 [10]。 為了加強(qiáng)驅(qū)動(dòng)能力，在這里采用的是復(fù)合管的形式。其中復(fù)合管 Q Q2 用來(lái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)， Q Q4 和 Q Q6 分別用來(lái)驅(qū)動(dòng)針頭電源和針頭 D、針頭 C。 圖 6 驅(qū)動(dòng)放大電路 1 沈陽(yáng)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） No 18 圖 7 驅(qū)動(dòng)放大電路 2 光耦合器（ optical coupler，英文縮寫(xiě)為 OC）亦稱(chēng)光電隔離器，簡(jiǎn)稱(chēng)光耦。光耦合器以光為媒介傳輸電信號(hào)。它對(duì)輸入、輸出電信號(hào)有良好的隔離作用，所以，它在各種電路中得到廣泛的應(yīng)用。目前它已成為種類(lèi)最多、用途最廣的光電器件之一。光耦合器一 般由三部分組成：光的發(fā)射、光的接收及信號(hào)放大。輸入的電信號(hào)驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管（ LED），使之發(fā)出一定波長(zhǎng)的光，被光探測(cè)器接收而產(chǎn)生光電流，再經(jīng)過(guò)進(jìn)一步放大后輸出。這就完成了電 —光—電的轉(zhuǎn)換，從而起到輸入、輸出、隔離的作用。由于光耦合器輸入輸出間互相隔離，電信號(hào)傳輸具有單向性等特點(diǎn)，因而具有良好的電絕緣能力和抗干擾能力。 如圖 7 所示， 又由于光耦合器的輸入端屬于電流型工作的低阻元件，因而具有很強(qiáng)的共模抑制能力。所以，它在長(zhǎng)線傳輸信息中作為終端隔 沈陽(yáng)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） No 19 離元件可以大大提高信噪比。在計(jì)算機(jī)數(shù)字通信及實(shí)時(shí)控制中作為信號(hào)隔離的接口器 件，可以大大增加計(jì)算機(jī)工作的可靠性。 光耦合器的主要優(yōu)點(diǎn)是：信號(hào)單向傳輸，輸入端與輸出端完全實(shí)現(xiàn)了電氣隔離隔離，輸出信號(hào)對(duì)輸入端無(wú)影響，抗干擾能力強(qiáng)，工作穩(wěn)定，無(wú)觸點(diǎn)，使用壽命長(zhǎng)，傳輸效率高。光耦合器是 70 年代發(fā)展起來(lái)產(chǎn)新型器件，現(xiàn)已廣泛用于電氣絕緣、電平轉(zhuǎn)換、級(jí)間耦合、驅(qū)動(dòng)電路、開(kāi)關(guān)電路、斬波器、多諧振蕩器、信號(hào)隔離、級(jí)間隔離 、脈沖放大電路、數(shù)字儀表、遠(yuǎn)距離信號(hào)傳輸、脈沖放大、固態(tài)繼電器 (SSR)、儀器儀表、通信設(shè)備及微機(jī)接口中。在單片開(kāi)關(guān)電源中，利用線性光耦合器可構(gòu)成光耦反饋電路，通過(guò)調(diào)節(jié)控制端電流 來(lái)改變占空比，達(dá)到精密穩(wěn)壓目的 [ 11]。 打印同步信號(hào)檢測(cè) 電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，感應(yīng)線圈輸出幅值為 3V 的正弦波，經(jīng) 11 兩端送出到晶體管整形為方波后送入 ， 檢測(cè)此方波作為打印同步信號(hào)，以確保打印點(diǎn)之間距離相等。 4 只打針循環(huán)同步情況如圖 8 所示。由圖可知： A、 C 打針是在方波降低到來(lái)時(shí)沖打， B、 D 打針在方波上升到來(lái)時(shí)沖打 [12]。 沈陽(yáng)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） No 20 圖 8 同步信號(hào)檢測(cè) 微型打印機(jī)通訊控制 圖 9 MAX3232 串口通訊模塊 RS232 協(xié)議： RS232 是串行數(shù)據(jù)接口 標(biāo)準(zhǔn) ，最初都是由 電子工業(yè)協(xié)會(huì) （ EIA）制訂并發(fā)布的， RS232 在 1962 年發(fā)布，命名為 EIA232E，作為工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，以保證不同廠家產(chǎn)品之間的兼容。目前 RS232 是 PC 沈陽(yáng)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） No 21 機(jī)與通信工業(yè)中應(yīng)用最廣泛的一種串行接口。 RS232 被定義為一種在低速率串行通訊中增加通訊距離的單端標(biāo)準(zhǔn)。 RS232 采取不平衡傳輸方式，即所謂單端通訊。收、發(fā)端的數(shù)據(jù)信號(hào)是相對(duì)于信號(hào)地，如從DTE 設(shè)備發(fā)出的數(shù)據(jù)在使用 DB25 連接器時(shí)是 2 腳相對(duì) 7 腳（信號(hào)地）的電平。典型的 RS232 信號(hào)在正負(fù)電平之間擺動(dòng)，在發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，發(fā)送端驅(qū)動(dòng)器輸出正電平在 +5～ +15V，負(fù)電平在 5～ 15V 電平。當(dāng)無(wú)數(shù)據(jù) 傳輸時(shí)，線上為 TTL，從開(kāi)始傳送數(shù)據(jù)到結(jié)束，線上電平從 TTL 電平到 RS232 電平再返回 TTL 電平。接收器典型的工作電平在 +3～ +12V與 3～ 12V。 RS232 是為點(diǎn)對(duì)點(diǎn)（即只用一對(duì)收、發(fā)設(shè)備）通訊而設(shè)計(jì)的，其驅(qū)動(dòng)器負(fù)載為 3～ 7kΩ。所以 RS232 適合本地設(shè)備之間的通信。 MAX3232 是電荷泵芯片，可以完成兩路 TTL/RS232 電平的轉(zhuǎn)換，它的 1 12 引腳是 TTL 電平端，用來(lái)連接單片機(jī)的。而 51系列單片機(jī)的 11 引腳是串口，連接 MAX232 的 TTL 電平端。此模塊是用得 MAX232 的 9 和 10 引腳 [13]。圖中 C9 到 C12 四個(gè)電容構(gòu)成電壓泵，功能是產(chǎn)生 +12V 和 12V 兩個(gè)電壓，提供給 RS232 串口電平的需要。 TTL/CMOS 數(shù)據(jù)從 T1IN、 T2IN 輸入轉(zhuǎn)換成 RS232 數(shù)據(jù)從T1OUT、 T2OUT 送到電腦 DB9 插頭； DB9 插頭的 RS232 數(shù)據(jù)從 R1IN、R2IN 輸入轉(zhuǎn)換 TTL/CMOS 數(shù)據(jù)后從 R1OUT、 R2OUT 輸出，如圖 9 所示。 沈陽(yáng)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） No 22 4 芯片資料及主要功能 AT89C2051 是美國(guó) ATMEL 公司生產(chǎn)的低電壓、高性能 CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含 2k bytes 的可反復(fù)擦寫(xiě)的只 讀程序存儲(chǔ)器（ PEROM）和 128bytes 的隨機(jī)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（ RAM），器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn) MCS51 指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用 8 位中央處理器和 Flash 存儲(chǔ)單元。另外 89C2051 設(shè)計(jì)有 2 個(gè)程序保密位，保密位 1 被編程之后，程序存儲(chǔ)器不能再被編程除非做一次擦除，保密位 2 被編程之后，程序不能被讀出。 單片機(jī)的介紹及應(yīng)用 單片機(jī)是一種集成在 電路 芯片，是采用 超大規(guī)模集成電路 技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器 CPU 隨機(jī)存儲(chǔ)器 RAM、 只讀存儲(chǔ)器 ROM、多種 I/O 口和中斷系統(tǒng)、定時(shí)器 /計(jì)時(shí)器 等功能（可能還包括顯示驅(qū)動(dòng)電路、 脈寬調(diào)制 電路、模擬多路轉(zhuǎn)換器、 A/D 轉(zhuǎn)換器 等電路）集成到一塊硅片上構(gòu)成的一個(gè)小而完善的 計(jì)算機(jī)系統(tǒng) 。 目前，單片機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域 主要包括：辦公自動(dòng)化設(shè)備；單片機(jī)在機(jī)電一體化中的應(yīng)用；在實(shí)時(shí)過(guò)程控制中的應(yīng)用；單片機(jī)在日常生活及家用電器領(lǐng)域的應(yīng)用；在各類(lèi)儀器儀表中引入單片機(jī)，使儀器儀表智能化，提高測(cè)試的自動(dòng)化程度和精度，簡(jiǎn)化儀器儀表的硬件結(jié)構(gòu)，提高其性能價(jià)格比；在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和通信領(lǐng)域中的應(yīng)用；商業(yè)營(yíng)銷(xiāo)設(shè)備；單片機(jī)在 醫(yī)用設(shè)備領(lǐng)域中的應(yīng)用；汽車(chē)電子產(chǎn)品；航空航天系統(tǒng)和國(guó)防軍事、尖端武器等領(lǐng)域 [14]. 本次設(shè)計(jì)運(yùn)用的單片機(jī)型號(hào)是 AT89C2051，下面對(duì)它進(jìn)行介紹 。 沈陽(yáng)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） No 23 芯片功能介紹 AT89C2051 提供一下標(biāo)準(zhǔn)功能： 2K 字節(jié) Flash 閃速存儲(chǔ)器， 128字節(jié)內(nèi)部 RAM， 15 個(gè) I/O 口線，兩個(gè) 16 位定時(shí) /計(jì)數(shù)器，一個(gè) 5 向量?jī)杉?jí)中斷結(jié)構(gòu)，一個(gè)全雙工串口通信口，內(nèi)置一個(gè)精密比較器，片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路。同時(shí)， AT89C2051 可降至 0Hz 的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式?？臻e方式停止 CPU 的工作，但允許 RAM、定時(shí) /計(jì)數(shù)器、串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存 RAM 中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其他所有部件工作直到下一個(gè)硬件復(fù)位。 AT89C2051 可以采用下面 2 種方法開(kāi)發(fā)應(yīng)用系統(tǒng)： a、由于 89C2051 內(nèi)部程序存貯器為 Flash，所以修改它內(nèi)部的程序十分方便快捷，只要配備一個(gè)可以編程 89C2051 的編程器即可。調(diào)試人員可以采用程序編輯 編譯 固化 插到電路板中試驗(yàn)這樣反復(fù)循環(huán)的方法，對(duì)于熟練的 MCS51 程序員來(lái)說(shuō)，這種調(diào)試方法并不十分困難。當(dāng)然這種調(diào)試不能夠了解片內(nèi) RAM 的內(nèi)容和程序的走向等有 關(guān)信息。 b、將普通 8031/80C31 仿真器的仿真插頭中 ～ 和 ～ 引出來(lái)仿真 2051,這種方法可以運(yùn)用單步、斷點(diǎn)的調(diào)試方法，但是仿真不夠真實(shí)，比如， 2051 的內(nèi)部模擬比較器功能， P1 口、 P3 口的增強(qiáng)下拉能力等等。 沈陽(yáng)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） No 24 內(nèi)部結(jié)構(gòu) AT89C2051 是 一 帶 有 2K 字 節(jié) 閃 速 可 編 程 可 擦 除 只 讀 存 儲(chǔ) 器（ EEPROM）的低電壓，高性能 8 位 CMOS 微處理器。它采用 ATMEL的 高密 非易失存儲(chǔ)技術(shù)制造并和工業(yè)標(biāo)準(zhǔn) MCS51 指令集和引腳結(jié)構(gòu)兼容。通過(guò)在單塊芯片上組合通用的 CPLI 和閃速存儲(chǔ)器， ATMEL 的AT89C2051 是一強(qiáng)勁的微型處理器，它對(duì)許多嵌入式控制應(yīng)用提供一定高度靈活和成本低的解決辦法。 AT89C2051 提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 2K 字節(jié)閃速存儲(chǔ)器， 128 字節(jié) RAM，15 根 I/O 口，兩個(gè) 16 位定時(shí)器，一個(gè)五向量?jī)杉?jí)中斷結(jié)構(gòu)，一個(gè)全雙工串行口，一個(gè)精密模擬比較器以及兩種可選 的軟件節(jié)電工作方式?？臻e方停止 CPU 工作但允許 RAM、定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器、串行工作口和中斷 系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存 RAM 內(nèi)容但振蕩器停止工作并禁止有其它部件的工作到下一個(gè)硬件復(fù)位。 沈陽(yáng)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） No 25 引腳功能說(shuō)明 圖 10 AT89C2051 引腳圖 AT89C2051 是一個(gè)有 20 個(gè)引腳的芯片，引腳圖如圖 10 所示。與8051 內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行對(duì)比可發(fā)現(xiàn)， AT89C2051 減少了兩個(gè)對(duì)外端口（集P0、 P2 口），使它最大可能的減少了對(duì)外 引腳，因而芯片尺寸有所減小。其引腳主要功能如下： P1 口： P1 口是一組 8 位雙向 I/O 口， — 提供