【正文】 VPP RST 復(fù)位輸入端，當(dāng)振蕩器運行時，在該引腳上出現(xiàn)兩個機(jī)器周期的高電平將使單片機(jī)復(fù)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(shù)據(jù)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(dāng) AT89C51 由外部程序存貯器取指令時，每個機(jī)器周期兩次 PSEN 有效 (即輸出 2 個脈沖 )，但在此期間內(nèi)，每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)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(dāng) EA 端保持高電平時 (接 Vcc 端 )時 CPU 則執(zhí)行內(nèi)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(qū)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(nèi)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(qū)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(shù)據(jù)存儲器時 P2 送出高 8 位地址，在訪問 8 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器時， P2 引腳上的內(nèi)容是專用寄存器 (SPR)區(qū)中 P2 寄存器的內(nèi)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(nèi)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(xué)城市建設(shè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)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(shù)據(jù)存儲器寫選通） /RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通） 振蕩器 電路 及 復(fù)位電路 設(shè)計 T89C51 內(nèi)部有一個用于構(gòu)成片內(nèi)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(gòu)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(gòu)成并聯(lián)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(yán)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(fù)位，使 CPU及系統(tǒng)各部件處于沈陽建筑大學(xué)城市建設(shè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)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(fù)位電路如圖 所示。 圖 復(fù)位電路 在 RST 復(fù)位輸入引腳上接一電容至 Vcc 端，下接一個電阻到地。上電復(fù)位的過程是在加電時，復(fù)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(fù)位， RST 端的高電平信號必須維持足夠長的時間。在復(fù)位期間端口引腳處于隨機(jī)狀態(tài)，復(fù)位后 系統(tǒng)將端口置為全 ”1”態(tài)，除了端口寄存器的復(fù)位值為 FFH，堆棧指針 SP 為 07H， SBUF 內(nèi)為不定值外，其余的寄存器全部清 0。內(nèi)部 RAM 的狀態(tài)不受復(fù)位的影響，在系統(tǒng)上電時 RAM 的內(nèi)容是不定的。若系統(tǒng)在上電時得不到有效的復(fù)位，則在程序計數(shù)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(jī)將程序存儲器和數(shù)據(jù)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(shù)。 AT89 系列單片機(jī)可尋址的外部程序總空間為 64KB， 引腳接高電平時，執(zhí)行內(nèi)部 ROM 中的命令， EA 引腳接低電平時，單片機(jī)就從外部程序存儲器中取指令。數(shù)據(jù)存儲器在物理上和邏輯上分為兩個地址空間，一個為內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器空間，一個為外部數(shù)據(jù)存儲器空間，外部數(shù)據(jù)存儲器的尋址空間可達(dá)64KB。 只有對于片內(nèi)部無 ROM 的單片機(jī)或者程序較長，內(nèi)部 ROM 不夠用時，才需擴(kuò)展外部程序存儲器芯片 ； 當(dāng)數(shù)據(jù)量大內(nèi)部 RAM 不夠用時，需擴(kuò)展外部數(shù)據(jù)存儲器芯片。而本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)量不太大，程序也不太長，選用的 AT89C51單片機(jī)內(nèi)部含有 4KB的 Flash沈陽建筑大學(xué)城市建設(shè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） — 20— 閃速存儲器， 128KB 的 RAM 數(shù)據(jù)存儲器， 即可滿足要求，因此不需擴(kuò)展存儲器電路。 AT89C51 的 4KB 片內(nèi) Flash 的地址為 0000H~0FFFH，當(dāng)把 EA 引腳連到 Vcc， 當(dāng)?shù)刂窞?0000H ~0FFFH 時，即訪問內(nèi)部 Flash 存儲器 ； 當(dāng)?shù)刂窞?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(jī)復(fù)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(yīng)后 CPU 便跳到該單元，在這里開始執(zhí)行中斷服務(wù)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(wù)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(wù)子程序，則利用一條跳轉(zhuǎn)指令跳過后續(xù)的中斷入口地址。 內(nèi)部數(shù)據(jù)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(jī)才有高 128 字節(jié)區(qū)。 數(shù)據(jù)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(lán)、黃接線分別為接地線、輸入電壓線、輸出電壓線。根據(jù)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(jīng)A/D 轉(zhuǎn)換后成為數(shù)字信號，再傳輸至單片機(jī)內(nèi)，本系統(tǒng)可接八路傳感器信號 。 模數(shù)轉(zhuǎn)換器的選擇 A/D 轉(zhuǎn)換電路是數(shù)據(jù)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(zhuǎn)換成數(shù)字量 (數(shù)值上離散化 )。任何 A/D 轉(zhuǎn)換器的最基本的特性都是轉(zhuǎn)換位數(shù)和轉(zhuǎn)換時間，轉(zhuǎn)換時間是指完成一次完整的 A/D 轉(zhuǎn)換所占有時間。在同樣模擬輸沈陽建筑大學(xué)城市建設(shè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） — 21— 入電壓下， A/D 轉(zhuǎn)換器的位數(shù)越高，標(biāo)志著它的量化精度越 高，但這會帶來轉(zhuǎn)換速度減慢和轉(zhuǎn)換器價格上升的問題。 A/D 轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換器。雙積分式 A/D 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換精度高，抗干擾能力強(qiáng)、價格低，但轉(zhuǎn)換速度較慢 ； 并行式轉(zhuǎn)換器速度快，但價格高 ； 逐次逼近式 A/D 轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換器性能價格比最優(yōu)，應(yīng)用最廣泛，國內(nèi)使用較多的芯片 有 ADC0808/0809,ADC0801， ADC0805 及 ADC0816/0817 和 AD574等。經(jīng)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(zhuǎn)換器 ADC0809 芯片。 ADC0809 引腳及接口電路設(shè)計 ADC0809 是一種逐次逼近式 8 路模擬輸入， 8 位數(shù)字量輸出的 A/D 轉(zhuǎn)換器。為了實現(xiàn) 8 路模擬信號的分時采集，片內(nèi)設(shè)置了 8 路模擬選通開關(guān)以及相應(yīng)的通道地址鎖存及譯碼電路，轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)送入三態(tài)輸出數(shù)據(jù)鎖存器，其轉(zhuǎn)換時間約為 100ms。 A/D 轉(zhuǎn)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(yīng)的二進(jìn)制數(shù)碼。如 8 位 A/D 轉(zhuǎn)換器采集到OV 電壓則變成 00H 數(shù)字信號，采集到 5V 電壓則變換成 FFH 數(shù)字信號，其他在 0~5V之間的模擬量都可轉(zhuǎn)換成 00H~FFH 之間的數(shù)字量。通過數(shù)字量運算比較的結(jié)果，實現(xiàn)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(xué)城市建設(shè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)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(shù)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(shù)據(jù)線相連，三者編碼對應(yīng) 8 個通道地址口。 CBA =000~111 分別對應(yīng) 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(zhuǎn)換結(jié) 束的標(biāo)志信號，可作為微機(jī)處理機(jī)中斷或查詢信號， EOC 端出現(xiàn)高電平時表示 A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)束。 OE 為數(shù)據(jù)輸出允許控制端，當(dāng)給 OE 端輸入高電平時，控制三態(tài)數(shù)據(jù)輸出鎖存器向外部輸出轉(zhuǎn)換結(jié)果數(shù)據(jù)。 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(zhuǎn)換完成后轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的傳送。圖中 ADC0809 的數(shù)據(jù)線 D0~D7 接于 AT89C51 的數(shù)據(jù)總線 ~ 端， A/D 轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)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(zhuǎn)換器， 8 路模擬信號分時轉(zhuǎn)換，每個瞬間只能轉(zhuǎn)換 1 路，各路之間的切換由軟件變換通道地址實現(xiàn)。 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(dāng) P2. 0= 0 ,/WR=0 時，啟動 0809； 當(dāng) P2. 0=0,/RD=0 時，讀轉(zhuǎn)換的結(jié)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(zhuǎn)換。 A/D 轉(zhuǎn)換后得到的是數(shù)字量的模擬量，這些數(shù)據(jù)只有確認(rèn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換完成后，才能進(jìn)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(zhuǎn)換器來說，轉(zhuǎn)換時間是已知的和固定的， ADC0809 的轉(zhuǎn)換時間為 128us，可根據(jù)此設(shè)計一個延時子程序。 A/D 轉(zhuǎn)換啟動后，就調(diào)用這個延時子程序，延遲時間一到，轉(zhuǎn)換肯定已經(jīng)完成，接下來就可進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。傳送時首先送出口地址并以而作選通信號，當(dāng) /RD 信號有效時， /OE 信號即有效，把轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)送上數(shù)據(jù)總線，供單片機(jī)接收。 ADC0809 與 AT 89C51單片機(jī)接口電路圖如圖 所示 [10]： 沈陽建筑大學(xué)城市建設(shè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） — 23— 圖 AT89C51與 ADC0809接口電路 顯示系統(tǒng)的電路設(shè)計 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中使用的顯示器主要有 LED