【文章內(nèi)容簡介】 單 片 機 晶 振 電路 復位檢測電路 沈陽大學畢業(yè)設計（論文） No 14 復位檢測電路 AT89C2051 單片機與其它微控制器一樣，在啟動時都需要復位，讓系統(tǒng)各部件處于確定的初始狀態(tài)，從初始態(tài)開始工作。復位信號從RST 引腳輸入到芯片內(nèi)的施密特觸發(fā)器中。當系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)時，且振蕩器穩(wěn)定后，如果 RST 引腳上有一個高電平并維持 2 個機器周期（ 24 個振蕩 周期），則 CP U 就可響應并將系統(tǒng)復位。復位方式有手動復位和上電自動復位兩種。在本設計中，采用上電自動復位，如圖 3 所示。 復位工作原理：通電時，電容兩端相當于短路， RST 引腳上為高電平，然后電源通過電阻對電容充電， RST 端電壓慢慢下降，降到一定電壓值以下，即為低電平，單片機開始正常工作 [8]。 圖 3 復位檢測電路 沈陽大學畢業(yè)設計（論文） No 15 直流電機驅(qū)動 圖 4 DC 電機驅(qū)動電路 單片機通過 的輸出控制電機的啟動與停止，如圖 4 所示。若 輸出為低，開關管 G1 導通，電機開始轉動；若 P02 輸出為高 ，開關管 G1 關斷，電機停止轉動， D D3 在制動過程中可以起到電機反向電流保護作用。電路中用光耦 P521 實現(xiàn)了單片機與感性負載與電機的隔離，大大增強了系統(tǒng)的抗干擾能力 [ 9]。 沈陽大學畢業(yè)設計（論文） No 16 圖 5 電機與打印線圈的電壓關系 根據(jù) Epson M150II 開發(fā)手冊和實際調(diào)試情況可知，電機和打印線圈終端的電壓應滿足如圖 5 所示關系，否則打印出的字符就會混亂，使人難以辨認 (關于打印線圈驅(qū)動電路可參考附錄原理圖 )。為了使打印出的字符效果更好，我們在 G1 和 VCC 之間串入了 D1，用以降低電機兩端的電壓，使其電壓稍低于線圈的 電壓。實踐證明：當電機兩端的電壓略低于線圈的電壓時，打印出的字符效果更好，打印過程更穩(wěn)定些。 沈陽大學畢業(yè)設計（論文） No 17 驅(qū)動放大電路 此模塊是整個電路中最重要、最核心的部分，其設計如圖 6 所示 。 I/O驅(qū)動能力主要指它使用輸出工作方式下的輸出電流和灌電流。負載越重 ,就需要更大的驅(qū)動能力。如果單片機輸出口驅(qū)動能力大于外部要求的就不用驅(qū)動電路了。如用單片機啟動一個繼電器 ,如果電流足夠當然可以驅(qū)動繼電器。但事實上一般單片機都要用三極管作為驅(qū)動，以小電流控制大電流。如果要使一個小功率的 LED 發(fā)光當然不再需要用三極管來放大電流了。 而這里控制打印機的工作，驅(qū)動電路則是非常重要的部分 [10]。 為了加強驅(qū)動能力，在這里采用的是復合管的形式。其中復合管 Q Q2 用來驅(qū)動電機， Q Q4 和 Q Q6 分別用來驅(qū)動針頭電源和針頭 D、針頭 C。 圖 6 驅(qū)動放大電路 1 沈陽大學畢業(yè)設計（論文） No 18 圖 7 驅(qū)動放大電路 2 光耦合器（ optical coupler，英文縮寫為 OC）亦稱光電隔離器，簡稱光耦。光耦合器以光為媒介傳輸電信號。它對輸入、輸出電信號有良好的隔離作用，所以，它在各種電路中得到廣泛的應用。目前它已成為種類最多、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、光的接收及信號放大。輸入的電信號驅(qū)動發(fā)光二極管（ LED），使之發(fā)出一定波長的光，被光探測器接收而產(chǎn)生光電流，再經(jīng)過進一步放大后輸出。這就完成了電 —光—電的轉換，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，電信號傳輸具有單向性等特點，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，因而具有很強的共模抑制能力。所以，它在長線傳輸信息中作為終端隔 沈陽大學畢業(yè)設計（論文） No 19 離元件可以大大提高信噪比。在計算機數(shù)字通信及實時控制中作為信號隔離的接口器 件，可以大大增加計算機工作的可靠性。 光耦合器的主要優(yōu)點是：信號單向傳輸，輸入端與輸出端完全實現(xiàn)了電氣隔離隔離，輸出信號對輸入端無影響，抗干擾能力強，工作穩(wěn)定，無觸點，使用壽命長，傳輸效率高。光耦合器是 70 年代發(fā)展起來產(chǎn)新型器件，現(xiàn)已廣泛用于電氣絕緣、電平轉換、級間耦合、驅(qū)動電路、開關電路、斬波器、多諧振蕩器、信號隔離、級間隔離 、脈沖放大電路、數(shù)字儀表、遠距離信號傳輸、脈沖放大、固態(tài)繼電器 (SSR)、儀器儀表、通信設備及微機接口中。在單片開關電源中，利用線性光耦合器可構成光耦反饋電路，通過調(diào)節(jié)控制端電流 來改變占空比，達到精密穩(wěn)壓目的 [ 11]。 打印同步信號檢測 電機轉動時，感應線圈輸出幅值為 3V 的正弦波，經(jīng) 11 兩端送出到晶體管整形為方波后送入 ， 檢測此方波作為打印同步信號，以確保打印點之間距離相等。 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時沖打， B、 D 打針在方波上升到來時沖打 [12]。 沈陽大學畢業(yè)設計（論文） No 20 圖 8 同步信號檢測 微型打印機通訊控制 圖 9 MAX3232 串口通訊模塊 RS232 協(xié)議： RS232 是串行數(shù)據(jù)接口 標準 ，最初都是由 電子工業(yè)協(xié)會 （ EIA）制訂并發(fā)布的， RS232 在 1962 年發(fā)布，命名為 EIA232E，作為工業(yè)標準，以保證不同廠家產(chǎn)品之間的兼容。目前 RS232 是 PC 沈陽大學畢業(yè)設計（論文） No 21 機與通信工業(yè)中應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準。 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)信號是相對于信號地，如從DTE 設備發(fā)出的數(shù)據(jù)在使用 DB25 連接器時是 2 腳相對 7 腳（信號地）的電平。典型的 RS232 信號在正負電平之間擺動，在發(fā)送數(shù)據(jù)時，發(fā)送端驅(qū)動器輸出正電平在 +5～ +15V，負電平在 5～ 15V 電平。當無數(shù)據(jù) 傳輸時，線上為 TTL，從開始傳送數(shù)據(jù)到結束，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 是為點對點（即只用一對收、發(fā)設備）通訊而設計的，其驅(qū)動器負載為 3～ 7kΩ。所以 RS232 適合本地設備之間的通信。 MAX3232 是電荷泵芯片，可以完成兩路 TTL/RS232 電平的轉換，它的 1 12 引腳是 TTL 電平端，用來連接單片機的。而 51系列單片機的 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 四個電容構成電壓泵，功能是產(chǎn)生 +12V 和 12V 兩個電壓，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 輸入轉換 TTL/CMOS 數(shù)據(jù)后從 R1OUT、 R2OUT 輸出，如圖 9 所示。 沈陽大學畢業(yè)設計（論文） No 22 4 芯片資料及主要功能 AT89C2051 是美國 ATMEL 公司生產(chǎn)的低電壓、高性能 CMOS 8位單片機，片內(nèi)含 2k bytes 的可反復擦寫的只 讀程序存儲器（ PEROM）和 128bytes 的隨機數(shù)據(jù)存儲器（ RAM），器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲技術生產(chǎn)，兼容標準 MCS51 指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用 8 位中央處理器和 Flash 存儲單元。另外 89C2051 設計有 2 個程序保密位，保密位 1 被編程之后，程序存儲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。 單片機的介紹及應用 單片機是一種集成在 電路 芯片，是采用 超大規(guī)模集成電路 技術把具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器 CPU 隨機存儲器 RAM、 只讀存儲器 ROM、多種 I/O 口和中斷系統(tǒng)、定時器 /計時器 等功能（可能還包括顯示驅(qū)動電路、 脈寬調(diào)制 電路、模擬多路轉換器、 A/D 轉換器 等電路）集成到一塊硅片上構成的一個小而完善的 計算機系統(tǒng) 。 目前，單片機的應用領域 主要包括：辦公自動化設備；單片機在機電一體化中的應用；在實時過程控制中的應用；單片機在日常生活及家用電器領域的應用；在各類儀器儀表中引入單片機，使儀器儀表智能化，提高測試的自動化程度和精度，簡化儀器儀表的硬件結構，提高其性能價格比；在計算機網(wǎng)絡和通信領域中的應用；商業(yè)營銷設備；單片機在 醫(yī)用設備領域中的應用；汽車電子產(chǎn)品；航空航天系統(tǒng)和國防軍事、尖端武器等領域 [14]. 本次設計運用的單片機型號是 AT89C2051，下面對它進行介紹 。 沈陽大學畢業(yè)設計（論文） No 23 芯片功能介紹 AT89C2051 提供一下標準功能： 2K 字節(jié) Flash 閃速存儲器， 128字節(jié)內(nèi)部 RAM， 15 個 I/O 口線，兩個 16 位定時 /計數(shù)器，一個 5 向量兩級中斷結構，一個全雙工串口通信口，內(nèi)置一個精密比較器，片內(nèi)振蕩器及時鐘電路。同時， 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 /計數(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硬件復位。 AT89C2051 可以采用下面 2 種方法開發(fā)應用系統(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 插到電路板中試驗這樣反復循環(huán)的方法，對于熟練的 MCS51 程序員來說，這種調(diào)試方法并不十分困難。當然這種調(diào)試不能夠了解片內(nèi) RAM 的內(nèi)容和程序的走向等有 關信息。 b、將普通 8031/80C31 仿真器的仿真插頭中 ～ 和 ～ 引出來仿真 2051,這種方法可以運用單步、斷點的調(diào)試方法，但是仿真不夠真實，比如， 2051 的內(nèi)部模擬比較器功能， P1 口、 P3 口的增強下拉能力等等。 沈陽大學畢業(yè)設計（論文） No 24 內(nèi)部結構 AT89C2051 是 一 帶 有 2K 字 節(jié) 閃 速 可 編 程 可 擦 除 只 讀 存 儲 器（ EEPROM）的低電壓，高性能 8 位 CMOS 微處理器。它采用 ATMEL的 高密 非易失存儲技術制造并和工業(yè)標準 MCS51 指令集和引腳結構兼容。通過在單塊芯片上組合通用的 CPLI 和閃速存儲器， ATMEL 的AT89C2051 是一強勁的微型處理器，它對許多嵌入式控制應用提供一定高度靈活和成本低的解決辦法。 AT89C2051 提供以下標準功能： 2K 字節(jié)閃速存儲器， 128 字節(jié) RAM，15 根 I/O 口，兩個 16 位定時器，一個五向量兩級中斷結構，一個全雙工串行口，一個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、定時器 /計數(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硬件復位。 沈陽大學畢業(yè)設計（論文） No 25 引腳功能說明 圖 10 AT89C2051 引腳圖 AT89C2051 是一個有 20 個引腳的芯片，引腳圖如圖 10 所示。與8051 內(nèi)部結構進行對比可發(fā)現(xiàn)， AT89C2051 減少了兩個對外端口（集P0、 P2 口），使它最大可能的減少了對外 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