【文章內(nèi)容簡介】 ● 8K字節(jié)在系統(tǒng)可編程 Flash存儲器 ● 1000次擦寫周期 ● 全靜態(tài)操作： 0Hz～ 33Hz ● 三級加密程序存儲器 ● 32個可編程 I/O口線 ● 三個 16位定時器 /計數(shù)器 ● 八個中斷源 ● 全雙工 UART串行通道 ● 低功耗空閑和掉電模式 ● 掉電后中斷可喚醒 ● 看門狗定時器 ● 雙數(shù)據(jù)指針 ● 掉電標識符 a) 功能特性概述 AT89S52具有以下標準功能： 8k字節(jié) Flash， 256字節(jié) RAM， 32位 I/O口線，看門狗定時器， 2個數(shù)據(jù)指針，三個 16位定時器 /計數(shù)器，一個 6向量 2級中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時鐘電路。另 外， AT89S52可降至 0Hz靜態(tài)邏輯操作，支持 2種軟件可選擇節(jié)電模式。空閑模式下， CPU停止工作，允許 RAM、定時器 /計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護方式下 RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復位為止。 b) 振蕩器特性 XTAL1和 XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時鐘源驅(qū)動器件 ， XTAL2應(yīng)不接。有余輸入至內(nèi)部時鐘信號要通過一個二分頻觸發(fā)器 ， 因此對外部時鐘信號的脈寬無任何要求 ， 但必須保 證脈沖高低電平要求的寬度。 c) 芯片擦除 整個 PEROM陣列和三個鎖定位的電擦除可通過正確的控制信號組合 ， 并保持ALE管腳處于低電平 10ms來完成。在芯片擦操作中 ， 代碼陣列全被寫“ 1” 且在任何非空存儲字節(jié)被重復編程以前，該操作必須被執(zhí)行。 此外 ， AT89S52設(shè)有穩(wěn)態(tài)邏輯 ， 可以在低到零頻率的條件下靜態(tài)邏輯 ， 支持兩種軟件可選的掉電模式。在閑置模式下 ， CPU停止工作。但 RAM， 定時器 ， 計數(shù)器 ，串口和中斷系統(tǒng)仍在工作。在掉電模式下 ， 保存 RAM的內(nèi)容并且凍結(jié)振蕩器 ， 禁止所用其他芯片功能 ， 直到下一個硬件復位為止。 d) 看門狗定時器 WDT是一種需要軟件控制的復位方式。 WDT由 13位計數(shù)器和特殊功能寄存器中的看門狗定時器復位存儲器（ WDTRST）構(gòu)成。 WDT在默認情況下無法工作；為了激活 WDT，戶用必須往 WDTRST寄存器（地址： 0A6H）中依次寫入 01EH和 0E1H。本科生畢業(yè)設(shè)計說明書 ( 2021) 7 當 WDT激活后，晶振工作， WDT在每個機器周期都會增加。 WDT計時周期依賴于外部時鐘頻率。除了復位（硬件復位或 WDT溢出復位），沒有辦法停止 WDT工作。當 WDT溢出，它將驅(qū)動 RSR引腳一個高個電平輸出。 e) 空閑模式 在空閑工作模式下， CPU處于睡眠 狀態(tài)，而所有片上外部設(shè)備保持激活狀態(tài)。這種狀態(tài)可以通過軟件產(chǎn)生。在這種狀態(tài)下，片上 RAM和特殊功能寄存器的內(nèi)容保持不變?？臻e模式可以被任一個中斷或硬件復位終止。由硬件復位終止空閑模式只需兩個機器周期有效復位信號，在這種情況下，片上硬件禁止訪問內(nèi)部 RAM，而可以訪問端口引腳。空閑模式被硬件復位終止后，為了防止預想不到的寫端口，激活空閑模式的那一條指令的下一條指令不應(yīng)該是寫端口或外部存儲器。 f) 掉電模式 在掉電模式下，晶振停止工作，激活掉電模式的指令是最后一條執(zhí)行指令。片上 RAM和特殊功能寄存器保持原值，直 到掉電模式終止。掉電模式可以通過硬件復位和外部中斷退出。復位重新定義了 SFR的值，但不改變片上 RAM的值。在 VCC未恢復到正常工作電壓時，硬件復位不能無效 ,并且應(yīng)保持足夠長的時間以使晶振重新工作和初始化。 空閑模式和掉電模式下的外部引腳的狀態(tài)如表 31。 表 31 外部引腳的狀態(tài)表 模式 程序存儲器 ALE PSEN PORT0 PORT1 PORT2 PORT3 空閑 內(nèi)部 1 1 數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù) 空閑 外部 1 1 浮空 數(shù)據(jù) 地址 數(shù)據(jù) 掉電 內(nèi)部 0 0 數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù) 掉電 外部 0 0 浮空 數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù) 單片機的時鐘電路硬件設(shè)計 單片機的時鐘信號用來提供單片機內(nèi)各種微操作的時間基準，這個時鐘信號可由單片機內(nèi)時鐘電路產(chǎn)生，可以直接使用外部時鐘信號。因此，單片機時鐘電路通常可以有兩種形式內(nèi)部振蕩方式和外部振蕩方式。 a) 內(nèi)部振蕩方式 MCS單片機內(nèi)有一個用于構(gòu)成振蕩器的高增益反向放大器，引腳 XTAL1和XTAL2分別是此放大器的輸入端和輸出端。把放大器與作為反饋元件的晶體振蕩器或陶瓷諧振器連接就構(gòu)成了內(nèi)部自激振蕩器并產(chǎn)生振蕩時鐘脈沖。 這種方式為內(nèi)部振蕩方式，如圖 31所示。 電動汽車儀表控制系統(tǒng)的設(shè)計 8 圖 31 內(nèi)部振蕩方式 圖 32 外部振蕩方式 圖中 C1， C2起穩(wěn)定振蕩頻率，快速起振的作用，其容值一般在 5～ 30pF。 b) 外部振蕩方式 外部振蕩方式就是把外部自己有時鐘信號引入單片機內(nèi)。這種方式是用來使單片機的時鐘與外部信號保持同步。外部振蕩方式電路接法如上圖 32所示。本系統(tǒng)中利用內(nèi)部振蕩方式，電路見圖 31，其參數(shù)選擇如下： fosc=12 MHz ， C1=C2=15pF 單片機的復位電路硬件設(shè)計 復位操作可以使單片機初始化，也可以使死機狀態(tài)下的單片機重新啟動，計算機在啟動時，都需要復位，使 CPU和系統(tǒng)中其它部件都處于一個確定的初始狀態(tài)，并從這個狀態(tài)開始工作。在振蕩器正在運行的情況下，復位是靠在 RST/Vn或 RST引腳處至少保持 2個機器周期 (24個振蕩器周期 )的高電平而實現(xiàn)的。 單片機復位電路包括片內(nèi)，片外兩部分。片外復位信號通過引腳 RST加到內(nèi)部復位電路上。內(nèi)部復位電路在每個機器周期 S5P2對片外復位信號采樣一次，當 RST引腳出現(xiàn)連續(xù)兩個 機器周期的高電平時，單片機就能完成一次復位。 RST端的外部復位電路有兩種復位操作形式：上電自動復位電路和按鍵手動電平復位電路。 對于 MCS51系列來說，最簡單的上電復位電路就是由一個電阻和一個電容構(gòu)成的。在系統(tǒng)上電時，經(jīng) C1與 R1充電，使 VRST端為高電平，持續(xù)時間 =2T，完成復位。電容充電結(jié)束后，系統(tǒng)復位結(jié)束，開始正常工作。一般為了可靠的復位， RST在上電時應(yīng)保持 20ms以上的高電平。在圖 33中， RC時間常數(shù)越大，上電時 RST保持的高電平的時間越長。當晶振頻率為 12MHz時，典型值為 C=10uF， R=。 在本系統(tǒng)中采用按鍵手動電平自動復位如下圖 34所示。 圖 33 上電自動復位電路 圖 34 手動電平復位電路 按鍵電平復位電路是通過與 Vcc接通來實現(xiàn)的，按下按鍵， 持續(xù)時間 =2T,完成復位。 本科生畢業(yè)設(shè)計說明書 ( 2021) 9 經(jīng) 以上分析設(shè)計，有關(guān)系統(tǒng)中 AT89S52單片機最小系統(tǒng)硬件設(shè)計原理圖如圖 35所示。 圖 35 AT89S52單片機的最小系統(tǒng)硬件電路原理圖 RS232 串行通信接口電路 單片機的串行口是非常有用的，通過 它 我們可以把單 片機系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳回電腦處理或者接受電腦傳過來的數(shù)據(jù)而進行相應(yīng)的動作 。 微控制器有許多標準的通信方法 ,但在主 /從嵌入式系統(tǒng)中 ,最常用的是 RS232 串行接口、 SPI 和 I2C。 52 單片機有一個全雙工的串行通信口，非常適合與電腦進行通信 ，本系統(tǒng)設(shè)計，采用的是 RS232 出行接口方式。 MAX232 介紹 MAX232 是由德州儀器公司（ TI）推出的一款兼容 RS232 標準的芯片。由于電腦串口 RS232 電平是 10V、 +10V，而一般的單片機應(yīng)用系統(tǒng)的信號電壓是 TTL 電平 0、 +5V,MAX232 就是用來進行電 平轉(zhuǎn)換的 ,該器件包含 兩 驅(qū)動器、 兩 接收器和一個電壓發(fā)生器電路提供 TIA/EIA232F電平。 MAX232 引腳圖 如圖 36所示。 電動汽車儀表控制系統(tǒng)的設(shè)計 10 圖 36 MAX232引腳圖 該器件符合 TIA/EIA232F標準，每一個接收器將 TIA/EIA232F 電平轉(zhuǎn)換成5V TTL/CMOS 電平。每一個發(fā)送器將 TTL/CMOS 電平轉(zhuǎn)換成 TIA/EIA232F 電平。 其 主要特點 為： a) 符合所有的 RS232C 技術(shù)標準 b) 只需要單一 +5V電源供電 c) 片載電荷泵具有升壓、電壓極性反轉(zhuǎn)能力，能夠產(chǎn)生 +10v 和 10v 電壓 d) 功耗低，典型供電電流 5mA e) 內(nèi)部集成 2 個 RS232C 驅(qū)動器 f) 內(nèi)部集成兩個 RS232C 接收器 串行通信接口電路 串行端口的本質(zhì)功能是作為 CPU和串行設(shè)備間的編碼轉(zhuǎn)換器。當數(shù)據(jù)從 CPU 經(jīng)過串行端口發(fā)送出去時，字節(jié)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為串行的位。在接收數(shù)據(jù)時，串行的位被轉(zhuǎn)換為字節(jié)數(shù)據(jù)。 在 Windows 環(huán)境（ Windows NT、 Win9 Windows2021）下，串口是系統(tǒng)資源的一部分。 應(yīng)用程序要使用串口進行通信，必須在使用之前向操作系統(tǒng)提出資源申請 要求（打開串口），通信完成后必須釋放資源（關(guān)閉串口）。 本次系統(tǒng)設(shè)計的串行通信接口電路如圖 37所示。 本科生畢業(yè)設(shè)計說明書 ( 2021) 11 圖 37 串行通信接口電路 溫度傳感器及其硬件接口電路設(shè)計 溫度傳感器 DS18B20簡介 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；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 三根或 兩 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)。 主要特點有 ： a) 用戶可自設(shè)定非易失性的報警上下限溫度值。 b) 需要外部組件 ,能測量 55～ +125℃ 范圍內(nèi)的溫度。 c) 10～ +85℃ 范圍內(nèi)的測溫準確度為 177。 ℃ 。 d) 通過編程可實現(xiàn) 9～ 12位的數(shù)字讀數(shù)方式 ， 測溫分辨率可達 ℃ 。 e) 獨特的單總線接口方式 ， 與微處理器連接時僅需 要一條口線即可實現(xiàn)與微處理器雙向通訊。 溫度傳感器技術(shù)指標： a) 獨特的單線接口方式： DS18B20與微處理器連接時僅需要一條線即可實現(xiàn)微處理器與 DS18B20的雙向通訊。 b) 可用數(shù)據(jù)線供電，電壓范圍： +～ +。 c) 測溫范圍： 5～ 5+125℃ ,在 10～ +85℃ 范圍內(nèi) ， 精度為 177。 ℃ 固有測溫分辨率為 ℃ 。 d) 通過編程可實現(xiàn) 9～ 12位的數(shù)字讀數(shù)方式。 e) 用戶可自設(shè)定非易失性的報警上下限值。 f) 支持多點組網(wǎng)功能，多個 DS18B20可以并聯(lián)在惟一的三線上，實現(xiàn)多點測溫。 g) 負壓特性，電源極性接反時，溫度計不會因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作。 電動汽車儀表控制系統(tǒng)的設(shè)計 12 DS18B20的內(nèi)部結(jié)構(gòu) DS18B20內(nèi)部功能模塊 ， 主要由 4部分組成 :64位光刻 ROM、溫度傳感器、非易失性的溫度報警觸發(fā)器 TH和 TL、配置寄存器。 ROM中的 64位序列號是出廠前被光刻好的 ， 他可以看作是該 DS18B20的地址序列碼 ， 每個 DS18B20的 64位序列號均不相同。高低溫報警觸發(fā)器 TH和 TL ， 配置寄存器均由一個字節(jié)的 E2PROM組成 ， 使用一個存儲器功能命令可對 TH， TL或配置寄存器寫入。配置寄存器中 R1， R0決定溫度轉(zhuǎn)換的精度位數(shù) ： R1R0=“ 00”， 9 位精度 ， 最大轉(zhuǎn)換時間為 93175ms； R1R0=“ 01”， 10位精度 ， 最大轉(zhuǎn)換時間為 18715ms； R1R0=“ 10”， 11位精度 ， 最大轉(zhuǎn)換時間為 375ms；R1R0=“ 11”， 12位精度 ， 最大轉(zhuǎn)換時間為 750ms； 未編程時默認為 12位精度。 DS18B20溫度傳感器的內(nèi)部存儲器包括一個高速暫 2存 RAM和一個非易失性的可電擦除 ERAM ， 后者存放高溫和低溫觸發(fā)器 TH， TL和結(jié)構(gòu)寄存器。暫存存儲器包含了 8個連續(xù)字節(jié) ， 前兩個字節(jié)是測得的溫度信息 ， 第 1個字節(jié)的內(nèi)容是 溫度的低 8位 ，第 2個字節(jié)是溫度的高 8位。第 3個和第 4個字節(jié)是 TH,TL的易失性拷貝 ， 第 5個字節(jié)是結(jié)構(gòu)寄存器的易失性拷貝 ， 這 3個字節(jié)的內(nèi)在每一次上電復位時被刷新。第 8個字節(jié)用于內(nèi)部計算。第 9個字節(jié)是冗余檢驗字節(jié) ， 校驗前面所有 8個字節(jié)的 CRC碼 ，可用來保證通信正確。 DS18B20與單片機的硬件接口設(shè)計 DS18B20與 AT89S52的接口電路圖如圖 38所示，其中 DS18B20工作在外部電源