【正文】 備及外圍芯片相連。 CPU中配置有指令系統(tǒng)，計算機系統(tǒng)中配置有駐機監(jiān)控程序、系統(tǒng)操作軟件及用戶應用軟件。 目前用戶在構成應用系統(tǒng)時，有三種構成方式可供選擇。 ⑴ 專用系統(tǒng) 系統(tǒng)的擴展與配置完全按照應用系統(tǒng)的功能 要求設計的。硬件系統(tǒng)的性能 /配置比近于 1。系統(tǒng)中只配備有應用軟件，故系統(tǒng)有最佳配置，系統(tǒng)的軟、硬件資源能獲得充分利用，但這種系統(tǒng)無自開發(fā)能力。采用這種方式要求有較強的硬件開發(fā)基礎。 ⑵ 模塊化系統(tǒng) 鑒于單片機應用系統(tǒng)的系統(tǒng)擴展與配置電路具有典型性 ,因此，有些廠家將這些典型配置做成用戶系列板，供用戶選擇使用。用戶可根據(jù)應用系統(tǒng)的需要選擇適當?shù)哪K板組合成各種測、控系統(tǒng)。有些用戶系列板在結構上做成 STD總線型。模塊化結構是中、大型應用系統(tǒng)發(fā)展方向。它可以大大減少用戶在硬件開發(fā)上投入的 力量。但目前系統(tǒng)模塊化產(chǎn)品水平尚不高，軟硬件配套工作還不完善，有待于進一步發(fā)展。 ⑶ 單片單板機系統(tǒng) 受通用 CPU單板機的影響，國內(nèi)有用單片機來構成單片單板機，其硬件按照典型應用系統(tǒng)配置，并配有監(jiān)控程序，具有自開發(fā)能力。但是，單板機的固定結構形式常使應用系統(tǒng)不能獲得最佳配置。產(chǎn)品批量大時，軟、硬件資源浪費較大，但可大大減少系統(tǒng)研制時的硬件工作量，并具有二次開發(fā)能力。 單片機是一種集成電路芯片，采用超大規(guī)模技術把具有數(shù)據(jù)處理能力 (如算術運算，邏輯運算、數(shù)據(jù)傳送、中斷處理 )的微處理器 (CPU)，隨機存取數(shù)據(jù)存儲器 (RAM)，只讀程序存儲器 (ROM)，輸入輸出電路 (I/O口 )，可能還包括定時計數(shù)器，串行通信口 (SCI)，顯示驅動電路 (LCD或 LED驅動電路 )，脈寬調(diào)制電路 (PWM)，桂林電子科技大學畢業(yè)設計（論文）報告用紙 第 17 頁 共 47 頁 模擬多路轉換器及 A/D轉換器等電路集成到一塊單塊芯片上，構成一個最小然而完善的計算機系統(tǒng)。這些電路能在軟件的控制下準確、迅速、高效地完成程序設計者事先規(guī)定的任務。 單片機是控制器工作的核心，它的性能直接影響到控制器的工作性能。為了使用方便，系統(tǒng)要求可以進行在線改寫，并能在斷電情況下保存數(shù)據(jù)而不需要保護電源，同 時為了實現(xiàn)真正的單片控制，最好系統(tǒng)使用盡可能少的外部擴展芯片，提高系統(tǒng)運行的可靠性，所以我們要求使用的單片機具有片內(nèi)電擦除可編程只讀存儲器 EEPROM。 AT89C51 簡介 89C51 是一種帶 4K 字節(jié)閃爍可編程可擦除 只讀存儲器 （ FPEROM— Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓、高性能 CMOS8 位 微處理器 ，俗稱 單片機 。 單片機 的可擦除 只讀存儲器 可以反復擦除 100 次。該器件采用 ATMEL 高密度非易失存儲器制造技術制造 ，與工業(yè)標準的 MCS51 指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能 8 位 CPU 和閃爍 存儲器 組合在單個芯片中， ATMEL的 89C51 是一種高效微控制器， 89C2051 是它的一種精簡版本。 89C 單片機為很多 嵌入式控制系統(tǒng) 提供了一種靈活性高且價廉的方案 。 89C51 系列單片機基本配置 1) 微處理器 該單片機中有一個 8位的微處理器，與通用的微處理器基本相同，同樣包括 了運算器和控制器兩大部分，只是增加了面向控制的處理功能，不僅可處理數(shù)據(jù)，還可以進行位變量的處理。 2) 數(shù)據(jù)存儲器 片內(nèi)為 128 個字節(jié)，片外最多可外擴至 64k 字節(jié)，用來存儲程序在運行期間的工作變量、運算的中間結果、數(shù)據(jù)暫存和緩沖、標志位等，所以稱為數(shù)據(jù)存儲器。 3) 程序存儲器 由于受集成度限制，片內(nèi)只讀存儲器一般容量較小，如果片內(nèi)的只讀存儲器 的容量不夠，則需用擴展片外的只讀存儲器，片 外最多可外擴至 64k 字節(jié)。 4) 中斷系統(tǒng) 具有 5個中斷源， 2級中斷優(yōu)先權。 5) 定時器 /計數(shù)器 片內(nèi)有 2 個 16 位的定時器 /計數(shù)器， 具有四種工作方式。 6) 串行口 1 個全雙工的串行口，具有四種工作方式?？捎脕磉M行串行通訊，擴展并行 桂林電子科技大學畢業(yè)設計（論文）報告用紙 第 18 頁 共 47 頁 I/O 口，甚至與多個單片機相連構成多機系統(tǒng)，從而使單片機的功能更強且應用更廣。 7) P1 口、 P2 口、 P3 口、 P4 口 為 4 個并行 8 位 I/O 口。 8) 特殊功能寄存器 一共有 21 個 ，用于對片內(nèi)的個功能的部件進行管理、控制、監(jiān)視。實際上是一些控制寄存器和狀態(tài)寄存器，是一個具有特殊功能的 RAM 區(qū)。 89C51 單片機引腳及其功能 1) 電源及時鐘引腳 VCC：接 +5V 電源正端； VSS：接 +5V 電源地端； X1：接外部晶體振蕩器的一端； X2：接外部晶體振蕩器的另一端。 2) 控制引腳 RESET： 復位輸入。當振蕩器復位器件時， 要保持 RST腳兩個 機器周期 的高 電平時間。 ALE：當訪問外部 存儲器 時， 地址鎖存 允許的 輸出電平 用于鎖存地址的地位字節(jié)。在 FLASH編程 期間，此 引腳 用于輸入編程脈沖。在平時， ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的 1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當用作 外部數(shù)據(jù) 存儲器時，將跳過一個 ALE脈沖。如想禁止 ALE的輸出可在 SFR8EH地址上置 0。此時， ALE只有在執(zhí)行 MOVX， MOVC指令是 ALE才起作用。另外，該 引腳 被略微拉高。如果 微處理器 在外部執(zhí)行狀態(tài) ALE禁止，置位無效。 PSEN：為片外程序存儲器讀選通信號輸出端。 EA ：當 /EA保持低電平時，則在此期間外部 程序 存儲器 （ 0000HFFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲器。注意加密方式 1時， /EA將內(nèi)部鎖定為 RESET；當 /EA端保持高電平時，此間內(nèi)部程序存儲器。在 FLASH編程 期間，此 引腳 也用于施加 12V編程電源（ VPP） 。 3) 輸入 /輸出引腳 P3 口的第二功能： P3口： P3口管腳是 8個帶內(nèi)部上拉電阻的 雙向 I/O口，可接收輸出 4個 TTL門電流。當 P3口寫入“ 1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平， P3口將輸出電流（ ILL）這是由于上拉的緣故。 ： RXD，串行輸入通道； ： TXD，串行輸出通道； 桂林電子科技大學畢業(yè)設計（論文）報告用紙 第 19 頁 共 47 頁 ： INT0，外部中斷 0； ： INT1，外部中斷 1； ： T0，計數(shù)器 0 外部輸入； ： T1，計數(shù)器 1 外部輸入； ： WR ，外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通； ： RD，外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通。 P0口： P0口為一個 8位漏級開路雙向 I/O口，每腳可吸收 8TTL門電流。當 P1口的管腳第一次寫 1時，被定義為 高阻 輸入。 P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù) 存儲器 ，它可以被定義為數(shù)據(jù) /地址的低八位。在 FIASH編程時， P0 口作為 原碼 輸入口，當 FIASH進行校驗時， P0輸出原碼，此時 P0外部必須 被拉高。 P1口： P1口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的 8位雙向 I/O口， P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。 P1口管腳寫入 1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入， P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在 FLASH編程和校驗時，P1口作為第八位地址接收。 圖 41 AT89C51引腳圖 P2口： P2口為一個內(nèi)部上拉電阻的 8位雙向 I/O口， P2口緩沖器可接收，輸出 4個TTL門電流，當 P2口被寫“ 1”時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時， P2口的 管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。 P2口當用于外部程序 存儲器 或 16位地址 外部數(shù)據(jù) 存儲器 進行存取時， P2口輸出地址的高八位。在給出地址“ 1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當對外部八位地址 數(shù)據(jù) 存儲器 進行讀寫時， P2口輸出其 特殊功能寄存器 的內(nèi)容。 P2口在 FLASH編桂林電子科技大學畢業(yè)設計（論文）報告用紙 第 20 頁 共 47 頁 程和校驗時接收高八位地址信號和 控制信號 。 單片機的 I/O 口結構 AT89C51 系列單片機其所有 I/O 口均可由 軟件配置成 4 種工作類型之一，如下表所示。 4 種類型分 別為：準雙向口 （標準 8051 輸出模式）、推挽輸出、僅為輸入 （高阻）或開漏輸出功能。每個口由 2 個控制寄存器中的相應位控制每個引腳工作類型。 STC12C5628AD 系列單片機上電復位后為準雙向口 （傳統(tǒng)8051 的 I/O 口）模式。 2V 以上時為高電平， 以下時為低電平。 關于 I/O 口應用注意事項：少數(shù) I/O 口有損壞現(xiàn)象，有些是 I/O 口由低變高讀外部狀態(tài)時，讀不對，實際沒有損壞，軟件處理一下即可。是因為 1T 的 8051單片機速度太快了，軟件執(zhí)行由低變高指令后 立即讀外部狀態(tài)，此時由于實際輸出還沒有變高，就有可能讀不對，正確的方法是在軟件設置由低變高后加 1 到 2個空操作指令延時，再讀就對了。有些實際沒有損壞，加上拉電阻就 OK 了。是因為外圍接的是 SPI/I2C 等漏極開漏的電路，要加 10K 上拉電阻 .有些是外圍接的是 NPN 三極管，沒有加上拉電阻，其實基極串多大電阻， I/O 口就應該上拉多大的電阻， 或者將該 I/O 口設置為強推挽輸出。 A/D 轉換 AT89X51 系列帶 A/D 轉換的單片機的 A/D 轉換口在 P1 口（ ），有 8路 10 位高速 A/D 轉換器，速度 均可達到 100KHz（ 10 萬次 /秒）。 8 路電壓輸入型A/D，可做溫度檢測、電池電壓檢測、按鍵掃描、頻譜檢測等。上電復位后 P1口為弱上拉型 I/O 口，用戶可以通過軟件設置將 8 路中的任何一路設置為 A/D轉換，不需作為 A/D 使用的口可繼續(xù)作為 I/O 口使用。本設計中用了主機中的 到 四個接口實現(xiàn)驅動電機電路的堵轉檢測，若電機沒有堵轉則繼續(xù)運行。 需作為 A/D 使用的口需先將其設置為開漏模式或高阻輸入，在 P1M0、 P1M1寄存器中對相應的位進行設置。 驅動芯片的選擇 驅動芯片概念 在微機控制 系統(tǒng)中，還要處理另一類數(shù)字量，即開關信號、脈沖信號。它們是以二進制的邏輯“ 1”和“ 0”，即電平的高和低出現(xiàn)的。如開關觸電的閉合和斷開，指示燈的亮和滅，繼電器和接觸器的吸合和釋放，馬達的啟動和停止，晶閘管的通和斷，閥門的打開和關閉等，我們稱為開關量。開關量所控制的執(zhí)行器所要求的控制電壓一般都比較高，電流一般都較大，有的是直流驅動，有的是交流驅動，必須根據(jù)具體對象采用適當?shù)慕涌?。開關量的輸出接口實質上是利用計算機做“弱電”控制“強電”。它需要解決兩個重要問題：隔離和驅動。用單片桂林電子科技大學畢業(yè)設計（論文）報告用紙 第 21 頁 共 47 頁 機控制各種各樣的高壓、大電流負載， 如電動機、電磁鐵、繼電器、燈泡等時，不能用單片機的 I/O 線來直接驅動。 P0、 P P P3 四個口都可以做輸出口，但其驅動能力不同。 P0 口的驅動能力較大，當其輸出高電平時，可提供 400 m A的電流；當其輸出低電平（ ）時，則可提供 ，如低電平允許提高，灌電流會相應加大。 P P P3 口的每一位只能驅動四個 LSTTL，即可提供的電流只有 P0 口的一半。所以，用低電平輸出可獲得比高電平輸出更大的驅動能力。目前，一些 MCS51 系列單片機的引腳驅動能力有所提高，如 89C2051，一些引腳可提供 20mA 的灌入電流。但大多數(shù)場合，單片機 I/O 口的驅動能力是不夠的，必須通過各種驅動電路的開關電路來提高驅動能力。 L298 的簡介 L298是 ST公司生產(chǎn)的一種高電壓、大電流電機驅動芯片。該芯片的主要特點是 :工作電壓高，最高工作電壓可達 46V。輸出電流大，瞬間峰值電流可達 3A，持續(xù)工作電流為 2A；內(nèi)含兩個 H橋的高電壓大電流全橋式驅動器，可以用來驅動直流電動機和步進電動機、繼電器、線圈等感性負載；采用標準 TTL邏輯電平信號控制；具有兩個使能控制端，在不受輸入信號影響的情況下允 許或禁止器件工作；有一個邏輯電源輸入端，使內(nèi)部邏輯電路部分在低電壓下工作；可以外接檢測電阻，將變化量反饋給控制電路。 L298 芯片引腳及其功能 圖 42 L298 引腳圖 表 41 L298 引腳功能表 引腳 符號 功能 1 15 SENSING A SENSING B 此兩端與地連接電流檢測電阻，并向驅動芯片反饋檢測到的信號 桂林電子科技大學畢業(yè)設計（論文）報告用紙 第 22 頁 共 47 頁 2 3 OUT 1 OUT 2 此兩腳是全橋式驅動器 A的兩個輸出端，用來連接負載 4 V