【正文】 VPP RST 復位輸入端，當振蕩器運行時，在該引腳上出現兩個機器周期的高電平將使單片機復位。 ALE/ PROG 訪問外部存儲器時， ALE(地址鎖存允許 )的輸出用于鎖存地址的低位字節(jié)，正常工作時 ALE 以振蕩頻率 1/6的固定速率輸出，并可為外部電路提供時序與時鐘信號，但在每次訪問外部數據存儲器時，將跳過一個 ALE 脈沖。在對 Flash 存儲器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖 (FROG)。 PSEN 程序存貯允許 ( PSEN)輸出是外部程序存儲器的讀選通信號，當 AT89C51 由外部程序存貯器取指令時，每個機器周期兩次 PSEN 有效 (即輸出 2 個脈沖 )，但在此期間內，每當訪問外部數據存儲器時，兩次 PSEN 有效信號都不輸出。 EA/VPP 外部訪問允許端，要使 CPU 訪問外部程序存儲器 (地址為 0000H~FFFFH)，則右端必須保持低電平 (接 GND 端 )。當 EA 端保持高電平時 (接 Vcc 端 )時 CPU 則執(zhí)行內部程序存儲器中的程 序，在 Flash 存儲器編程期間，此引腳用于施加 12V 的編程允許 電源 VPP。 ④輸入 /輸出引腳 ~， ~， P2. 0~， ~ P0 端口 (~P0. 7}是一個 8 位漏極開路型雙向 I/O 端口，它的地址是 80H 至 87作為輸出口用時，每位能以吸收電流的方式驅動 8個 TTL 輸入，對端口寫 1 時，可作為高阻抗輸入端用，在編程時 P0 端口接收指令字節(jié)。驗證程序時則輸出指令字節(jié)，此時要求外接上拉電阻。 P1端口 (~)是一個帶有內部上拉電阻的 8位雙 向 I/0 端口，它的位地址是90H與 97H. PI 的輸出緩沖器可驅動 4 個 TTL 輸入，對端口寫 1時可用作輸入口，此時那些被外部信號拉低的引腳會輸出一個電流。在訪問外部程序存儲器和 16 位地址的外部數據存儲器時 P2 送出高 8 位地址，在訪問 8 位地址的外部數據存儲器時， P2 引腳上的內容是專用寄存器 (SPR)區(qū)中 P2 寄存器的內容，整個訪問期間不會改變。在對 Flash編程和程序驗證期間， P2 也接收高位地址和一些控制信號。 P3端口 (P3. 0~)是一個帶內部上拉電阻的 8位雙向 I/0端口，除了一些與 P1， P2部分相同 的功能外，還有一些專門功能。如表 1 所示 [6]： 沈陽建筑大學城市建設學院畢業(yè)設計（論文） — 18— 表 1 P3各端口引腳與兼用功能 端口引腳 兼用功能 RXD (串行輸入口 ) TXD（串行輸出口） /INT0（外部中斷 0） /INT1（外部中斷 1） T0（定時 0 的外部輸入） T1（定時 1 的外部輸入） /WR（外部數據存儲器寫選通） /RD（外部數據存儲器讀選通） 振蕩器 電路 及 復位電路 設計 T89C51 內部有一個用于構成片內蕩振器的高增益反相放大器 ，引腳 XTAL 1 和XTAL2 分別是此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可構成一個自激振蕩器，振蕩電路的連接方法如圖 所示 ： 圖 振蕩電路 圖中外接石英晶體 (或陶瓷諧振器 )以及電容 C1 或 C2 構成并聯諧振電路，接在放大器的反饋回路中。雖然對電容的大小沒有嚴格的要求，但多少會影響振蕩器頻率的高低、振蕩器的穩(wěn)定性、起振的快速性和溫度穩(wěn)定性。外接石英晶體時， Cl和 C2 一般取 (30pF士 10pF)，外接陶瓷諧振器時， C1 和 C2 一般取 (40pF 土 10pF)，在此 選用的是石英晶體，C1， C2 均為 30pF。 AT89 系列與其它微處理器一樣，在啟動時都需要復位，使 CPU及系統(tǒng)各部件處于沈陽建筑大學城市建設學院畢業(yè)設計（論文） — 19— 確定的初始狀態(tài)，并從初態(tài)開始工作。 AT89C51 的上電復位電路如圖 所示。 圖 復位電路 在 RST 復位輸入引腳上接一電容至 Vcc 端，下接一個電阻到地。上電復位的過程是在加電時，復位電路通過電容加給 RST 端一個短暫的高電平信號，此高電平信號隨著 Vcc 對電容的充電過程而逐漸回落。為保證能可靠地復位， RST 端的高電平信號必須維持足夠長的時間。在復位期間端口引腳處于隨機狀態(tài)，復位后 系統(tǒng)將端口置為全 ”1”態(tài)，除了端口寄存器的復位值為 FFH，堆棧指針 SP 為 07H， SBUF 內為不定值外，其余的寄存器全部清 0。內部 RAM 的狀態(tài)不受復位的影響，在系統(tǒng)上電時 RAM 的內容是不定的。若系統(tǒng)在上電時得不到有效的復位，則在程序計數器 PC 中將得不到一個合適的初值， CPU可能會從一個未被定義的位置開始執(zhí)行程序 [9]。 存儲器的配置 AT89C51 單片機將程序存儲器和數據存儲器分為不同的存儲空間，程序存儲器只可讀不可寫，用于存放編好的程序和表格常數。 AT89 系列單片機可尋址的外部程序總空間為 64KB， 引腳接高電平時，執(zhí)行內部 ROM 中的命令， EA 引腳接低電平時，單片機就從外部程序存儲器中取指令。數據存儲器在物理上和邏輯上分為兩個地址空間，一個為內部數據存儲器空間，一個為外部數據存儲器空間，外部數據存儲器的尋址空間可達64KB。 只有對于片內部無 ROM 的單片機或者程序較長，內部 ROM 不夠用時，才需擴展外部程序存儲器芯片 ； 當數據量大內部 RAM 不夠用時，需擴展外部數據存儲器芯片。而本系統(tǒng)的數據量不太大，程序也不太長，選用的 AT89C51單片機內部含有 4KB的 Flash沈陽建筑大學城市建設學院畢業(yè)設計（論文） — 20— 閃速存儲器， 128KB 的 RAM 數據存儲器， 即可滿足要求，因此不需擴展存儲器電路。 AT89C51 的 4KB 片內 Flash 的地址為 0000H~0FFFH，當把 EA 引腳連到 Vcc， 當地址為 0000H ~0FFFH 時，即訪問內部 Flash 存儲器 ； 當地址為 1000H~FFFFH 時，訪問外部程序存儲器。 AT89C51 程序存儲器中， 0000H~0002H 單元用于初始化程序，單片機復位后， CPU 總是從 0000H 單元開始執(zhí)行程序。另外，每個中斷在程序存儲器中都分配有一個固定的入口地址，中斷響應后 CPU 便跳到該單元，在這里開始執(zhí)行中斷服務子程序。每個中斷入口地址 的間隔為 8 個單元，外部中斷的入口地址為 0003H，定時器0的入口地址為 000BH，外部中斷 1的入口地址為 0013H，定時器 1的入口地址為 001BH，依此類推。如果一個中斷服務子程序足夠短的話，則可全部存放在這 8 個單元中。對較長的服務子程序，則利用一條跳轉指令跳過后續(xù)的中斷入口地址。 內部數據存儲器的地址是 8 位的，低 128KB 的分配是 ： 最低 32 個單 (00H~1FH)是四個通用工作寄存器組，每個寄存器組含有 8 個 8 位寄存器，編號為 R0~R7。專用寄存器 PSW(程序狀態(tài)字 )中有 2 位 (RS0, RS1)用來確定 采用哪一個工作寄存器組，低 128 字節(jié)區(qū)中所有單元都既可通過直接尋址方式訪問，又可通過間接尋址方式訪問。雖然高 128字節(jié)區(qū)與專用寄存器 (SFR)區(qū)的地址是重合的 (80H~FFH)，但實際上它們是分開的，究竟訪問哪一區(qū)是通過不同的尋址方式加以區(qū)分的。訪問 SFR 用直接尋址方式，訪問高 128字節(jié)區(qū)時，采用間接尋址方式，并且僅在帶有 256KB RAM 的單片機才有高 128 字節(jié)區(qū)。 數據采集處理電路 本電路主要用于傳感器信號的處理，由前面己知土壤水分的測定采用 LW02 型 水分傳感器，測量時需給其加 +，傳感器的白、藍、黃接線分別為接地線、輸入電壓線、輸出電壓線。根據土壤水分含量的不同，直接可輸出不同的電壓信號，該信號經A/D 轉換后成為數字信號，再傳輸至單片機內，本系統(tǒng)可接八路傳感器信號 。 模數轉換器的選擇 A/D 轉換電路是數據采集系統(tǒng)的核心電路，它對采樣獲得的連續(xù)電壓 (被測量信號從時間上離散化 )轉換成數字量 (數值上離散化 )。任何 A/D 轉換器的最基本的特性都是轉換位數和轉換時間，轉換時間是指完成一次完整的 A/D 轉換所占有時間。在同樣模擬輸沈陽建筑大學城市建設學院畢業(yè)設計（論文） — 21— 入電壓下， A/D 轉換器的位數越高，標志著它的量化精度越 高，但這會帶來轉換速度減慢和轉換器價格上升的問題。 A/D 轉換器芯片種類繁多，但大量投放市場的單片集成或模塊 A/D 按其變換原理主要分為逐次比較式、雙積分式、量化反饋式和并行式 A/D 轉換器。雙積分式 A/D 轉換器轉換精度高，抗干擾能力強、價格低，但轉換速度較慢 ； 并行式轉換器速度快，但價格高 ； 逐次逼近式 A/D 轉換器，轉換精度較高、速度快，大約在幾微秒到幾百微秒之間，但抗干擾能力弱。但總的來講逐次逼近式 A/D 轉換器性能價格比最優(yōu)，應用最廣泛，國內使用較多的芯片 有 ADC0808/0809,ADC0801， ADC0805 及 ADC0816/0817 和 AD574等。經過分析比較，這里 選擇常用的中速、低廉的逐次逼近型 A/D 轉換器 ADC0809 芯片。 ADC0809 引腳及接口電路設計 ADC0809 是一種逐次逼近式 8 路模擬輸入， 8 位數字量輸出的 A/D 轉換器。為了實現 8 路模擬信號的分時采集，片內設置了 8 路模擬選通開關以及相應的通道地址鎖存及譯碼電路，轉換后的數據送入三態(tài)輸出數據鎖存器，其轉換時間約為 100ms。 A/D 轉換過程主要包括 ： 采樣量化及編碼，采樣是使 模擬信號在時間上離散化，量化及編碼是把采樣后的值按比例變換成相應的二進制數碼。如 8 位 A/D 轉換器采集到OV 電壓則變成 00H 數字信號，采集到 5V 電壓則變換成 FFH 數字信號，其他在 0~5V之間的模擬量都可轉換成 00H~FFH 之間的數字量。通過數字量運算比較的結果，實現對模擬量的測量及控制。 ADC0809 的引腳及模擬通道的地址碼如圖 所示 ： 沈陽建筑大學城市建設學院畢業(yè)設計（論文） — 22— 圖 ADC0809引腳圖 ① INO~IN7 是 8 路模擬信號輸入端 ； ② D0~D7 是 8 位數字量輸出端 ； ③ A B C 和 ALE 控制 8 路模擬通道的切換， A, B, C 分別與三根數據線相連，三者編碼對應 8 個通道地址口。 CBA =000~111 分別對應 INO~IN7 通道地址 ； ④ OE START CLK 為控制信號端。 OE 為輸出允許端， START 為啟動信號輸入端，CLK 為時鐘信號輸入端。 ⑤ Vr(+)和 Vr()，為參考電壓輸入端。 電源電壓 Vcc 由 Vcc 和 GND 引入，參考電壓 Vr，由外部參考電壓源提供 (典型值為 5V)。 ⑥ EOC 是 A/D 轉換結 束的標志信號，可作為微機處理機中斷或查詢信號， EOC 端出現高電平時表示 A/D 轉換結束。 OE 為數據輸出允許控制端，當給 OE 端輸入高電平時，控制三態(tài)數據輸出鎖存器向外部輸出轉換結果數據。 電路連接主要涉及兩個問題，一是 8 路模擬信號通道選擇，二是 A/D 轉換完成后轉換數據的傳送。圖中 ADC0809 的數據線 D0~D7 接于 AT89C51 的數據總線 ~ 端， A/D 轉換后的數據信號由 P0 口送入 CPU。地址編碼端 A, B, C 直接與 AT89C51 的地址總線 P2. 1, P2. 2, P2. 3 相接，這 三位的狀態(tài)決定選擇的通道。 8 路模擬通道共用一個 A/D 轉換器， 8 路模擬信號分時轉換，每個瞬間只能轉換 1 路，各路之間的切換由軟件變換通道地址實現。 AT89C51 的 /WR、 /RD 與 P2. 0 通過兩個邏輯門控制 ADC0809 的啟動、鎖存和輸出。當 P2. 0= 0 ,/WR=0 時，啟動 0809； 當 P2. 0=0,/RD=0 時，讀轉換的結果，這些信號狀態(tài)由指令時序形成。從圖中可以看出把 ADC0809 的 ALE 信號與 START 信號連接在了一起，這樣連接使得在信號的前沿寫入地址信號，緊接著在其后沿就啟動轉換。 A/D 轉換后得到的是數字量的模擬量，這些數據只有確認數據轉換完成后，才能進行傳送。有三種傳送方式 ： 定時傳送方式、查詢方式、中斷方式，這里選用了定時傳送方式。即對于一種 A/D轉換器來說，轉換時間是已知的和固定的， ADC0809 的轉換時間為 128us，可根據此設計一個延時子程序。 A/D 轉換啟動后，就調用這個延時子程序，延遲時間一到，轉換肯定已經完成，接下來就可進行數據傳送。傳送時首先送出口地址并以而作選通信號，當 /RD 信號有效時， /OE 信號即有效，把轉換數據送上數據總線，供單片機接收。 ADC0809 與 AT 89C51單片機接口電路圖如圖 所示 [10]： 沈陽建筑大學城市建設學院畢業(yè)設計（論文） — 23— 圖 AT89C51與 ADC0809接口電路 顯示系統(tǒng)的電路設計 單片機應用系統(tǒng)中使用的顯示器主要有 LED