【正文】 AT89C51 工作方式相同。串口為全雙工結(jié)構(gòu)，表示可以同時發(fā)送和接收，它還具有接收緩沖，在第一個字節(jié)從寄存器讀出之前，可以開始接收第二個字節(jié)。 （但是如果第二個字節(jié)接收完畢時第一個字節(jié)仍未讀出，其中一個字節(jié)將會丟失） 。串口的發(fā)送和接收寄存器都是通過 SFR SBUF 進(jìn)行訪問的。寫入 SBUF 的數(shù)據(jù)裝入發(fā)送寄存器，對 SBUF 的讀操作是對物理上分開的接收寄存器進(jìn)行訪問。該串口有 4 種操作模式（模式 0、模式 模式 2 和模式 3） ，在這 4 種模式中，發(fā)送過程是以任意一條寫 SBUF 作為目標(biāo)寄存器的指令開始的，模式 0 時接收通過設(shè)置 R0=0 及 REN=1 初始化，其他模式下如若 REN=1 則通過起始位初始化。中斷：AT89S51 共有 6 個中斷向量：兩個外中斷（INT0 和 INT1） ，3 個定時器中斷（定時器 0、2）和串行口中斷。這些中斷源可通過分別設(shè)置專用寄存器 IE 的置位或清 0 來控制每一個中斷的允許或禁止。IE 也有一個總禁止位 EA，它能控制所有中斷的允許或禁止。第四章 數(shù)字式電流表的硬件設(shè)計 21 定時器 2 的中斷是由 T2CON 中的 TF2 和 EXF2 邏輯或產(chǎn)生的，當(dāng)轉(zhuǎn)向中斷服務(wù)程序時，這些標(biāo)志位不能被硬件清除，事實上，服務(wù)程序需確定是 TF2 或EXF2 產(chǎn)生中斷，而由軟件清除中斷標(biāo)志位。定時器 0 和定時器 1 的標(biāo)志位 TF0 和 TF1 在定時器溢出那個機器周期的S5P2 狀態(tài)置位，而會在下一個機器周期才查詢到該中斷標(biāo)志。然而，定時器 2 的標(biāo)志位 TF2 在定時器溢出的那個機器周期的 S2P2 狀態(tài)置位，并在同一個機器周期內(nèi)查詢到該標(biāo)志。時鐘振蕩器：AT89S51 中有一個用于構(gòu)成內(nèi)部振蕩器的高增益反相放大器，引腳 XTAL1 和XTAL2 分別是該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構(gòu)成自激振蕩器，振蕩電路。外接石英晶體（或陶瓷諧振器）及電容 CC2 接在放大器的反饋回路中構(gòu)成并聯(lián)振蕩電路。對外接電容 CC2 雖然沒有十分嚴(yán)格的要求，但電容容量的大小會輕微影響振蕩頻率的高低、振蕩器工作的穩(wěn)定性、起振的難易程序及溫度穩(wěn)定性，如果使用石英晶體，我們推薦電容使用 30pF177。10pF，而如使用陶瓷諧振器建議選擇 40pF177。10F。用戶也可以采用外部時鐘。采用外部時鐘的電路。這種情況下，外部時鐘脈沖接到 XTAL1 端，即內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入端，XTAL2 則懸空。由于外部時鐘信號是通過一個 2 分頻觸發(fā)器后作為內(nèi)部時鐘信號的，所以對外部時鐘信號的占空比沒有特殊要求，但最小高電平持續(xù)時間和最大的低電平持續(xù)時間應(yīng)符合產(chǎn)品技術(shù)條件的要求。Flash 存儲器的編程：AT89S51 單片機內(nèi)部有 8k 字節(jié)的 Flash PEROM，這個 Flash 存儲陣列出廠時已處于擦除狀態(tài)（即所有存儲單元的內(nèi)容均為 FFH） ，用戶隨時可對其進(jìn)行編程。編程接口可接收高電壓（+12V）或低電壓（Vcc）的允許編程信號。低電壓編程模式適合于用戶在線編程系統(tǒng)，而高電壓編程模式可與通用 EPROM 編程器兼容?！?shù)據(jù)查詢：AT89S51 單片機用 Data Palling 表示一個寫周期結(jié)束為特征，在一個寫周期中，如需讀取最后寫入的一個字節(jié)，則讀出的數(shù)據(jù)的最高位（）是原來寫22 直流數(shù)字電流表的設(shè)計入字節(jié)最高位的反碼。寫周期完成后，所輸出的數(shù)據(jù)是有效的數(shù)據(jù)，即可進(jìn)入下一個字節(jié)的寫周期，寫周期開始后，Data Palling 可能隨時有效?！eady/Busy：字節(jié)編程的進(jìn)度可通過“RDY/BSY 輸出信號監(jiān)測，編程期間，ALE 變?yōu)楦唠娖健癏”后，（RDY/BSY）端電平被拉低，表示正在編程狀態(tài)（忙狀態(tài)） 。編程完成后， 變?yōu)楦唠娖奖硎緶?zhǔn)備就緒狀態(tài)。程序校驗：如果加密位 LBLB2 沒有進(jìn)行編程，則代碼數(shù)據(jù)可通過地址和數(shù)據(jù)線讀回原編寫的數(shù)據(jù)，采用如圖 12 的電路。加密位不可直接校驗，加密位的校驗可通過對存儲器的校驗和寫入狀態(tài)來驗證?！⌒酒脸豪每刂菩盘柕恼_組合并保持 ALE/PROG 引腳 10mS 的低電平脈沖寬度即可將 PEROM 陣列（4k 字節(jié)）和三個加密位整片擦除，代碼陣列在片擦除操作中將任何非空單元寫入“1” ，這步驟需再編程之前進(jìn)行。 A/D 轉(zhuǎn)換芯片 ADC0809 ADC0809 是典型的 8 位 8 通道逐次逼近式 A/D 轉(zhuǎn)換器，其實物如圖 13 所示。它可以和微型計算機直接接口。ADC0809 轉(zhuǎn)換器的系列芯片是 ADC0808，可以相互替換。 ADC0809 內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu) 圖 ADC0809 的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)圖ADC0809 的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)如圖 所示。圖中多路模擬開關(guān)可選通 8 路模擬通道，允許 8 路模擬量分時輸入，并共用一個 A/D 轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。地址鎖存與第四章 數(shù)字式電流表的硬件設(shè)計 23 譯碼電路完成對 A、B、C 三個地址位進(jìn)行鎖存與譯碼，如表 所示。表 ADC0809 通道選擇表C(ADDC) B(ADDB) A(ADDA) 選擇的通道0 0 0 IN00 0 1 IN10 1 0 IN20 1 1 IN31 0 0 IN41 0 1 IN51 1 0 IN61 1 1 IN7 ADC0809 的引腳ADC0809 芯片為 28 引腳雙列直插式芯片，其主要功能：(1)IN0～I(xiàn)N7：8 路模擬量輸入通道。(2)A、B、C：模擬通道地址線。這 3 根地址線用于對 8 路模擬通道的選擇，其譯碼關(guān)系如表 所示。其中，A 為低地址，C 為高地址，引腳圖中為ADDA，ADDB 和 ADDC。(3)ALE：地址鎖存允許信號。對應(yīng) ALE 上跳沿，A、B、C 地址狀態(tài)送入地址鎖存器中。(4)START：轉(zhuǎn)換啟動信號。START 上升沿時，復(fù)位 ADC0809；START 下降沿時啟動芯片，開始進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換；在 A/D 轉(zhuǎn)換期間，START 應(yīng)保持低電平。本信號有時簡寫為 ST。(5)D7～D0：數(shù)據(jù)輸出線。為三態(tài)緩沖輸出形式，可以和單片機的數(shù)據(jù)線直接相連。D0 為最低位，D7 為最高。 (6)OE：輸出允許信號。用于控制三態(tài)輸出鎖存器向單片機輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。OE=0，輸出數(shù)據(jù)線呈高阻；OE=1，輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。24 直流數(shù)字電流表的設(shè)計(7)CLK：時鐘信號。ADC0809 的內(nèi)部沒有時鐘電路，所需時鐘信號由外界提供，因此有時鐘信號引腳。通常使用頻率為 500KHz 的時鐘信號。(8)EOC：轉(zhuǎn)換結(jié)束信號。EOC=0,正在進(jìn)行轉(zhuǎn)換；EOC=1,轉(zhuǎn)換結(jié)束。使用中該狀態(tài)信號即可作為查詢的狀態(tài)標(biāo)志，又可作為中斷請求信號使用。(9)Vcc： +5V 電源，GND：地。 (10)Vref：參考電壓。參考電壓用來與輸入的模擬信號進(jìn)行比較，作為逐次逼近的基準(zhǔn)。其典型值為+5V(Vref(+)=+5V, Vref()=0V)。 ADC0809 的工作原理首先輸入 3 位地址，并使 ALE=1，將地址存入地址鎖存器中。此地址經(jīng)譯碼選通 8 路模擬輸入之一到比較器。START 上升沿將逐次逼近寄存器復(fù)位。下降沿啟動 A/D 轉(zhuǎn)換，之后 EOC 輸出信號變低，指示轉(zhuǎn)換正在進(jìn)行。直到 A/D 轉(zhuǎn)換完成，EOC 變?yōu)楦唠娖?，指?A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)束，結(jié)果數(shù)據(jù)已存入鎖存器，這個信號可用作中斷申請。當(dāng) OE 輸入高電平時，輸出三態(tài)門打開，轉(zhuǎn)換結(jié)果的數(shù)字量輸出到數(shù)據(jù)總線上。（注意：ALE 信號常與 START 信號連在一起，這樣連接可以在信號的前沿寫入地址信號，在其后沿啟動 A/D 轉(zhuǎn)換，圖 為 ADC0809 信號的時序配合圖） 。 圖 ADC0809 信號的時序配合 4 位一體 7 段 LED 數(shù)碼管本實驗的顯示模塊主要由一個 4 位一體的 7 段 LED 數(shù)碼管(SM410564)構(gòu)成，第四章 數(shù)字式電流表的硬件設(shè)計 25 用于顯示測量到的電壓值。它是一個共陽極的數(shù)碼管，每一位數(shù)碼管的原理圖如圖 所示。每一位數(shù)碼管的 a,b,c,d,e,f,g 和 dp 端都各自連接在一起，用于接收 AT89C52 的 P1 口產(chǎn)生的顯示段碼。C1，C2，C3，C4 引腳端為其位選端，用于接收 AT89C52 的 P3 口產(chǎn)生的位選碼。圖 一位數(shù)碼管的原理圖圖 4 位一體 7 段 LED 數(shù)碼管圖 控制電路模塊 總電路本課題實驗主要采用 AT89S51 芯片和 ADC0809 芯片來完成一個簡易的數(shù)字電壓表，能夠?qū)斎氲?0～5 V 的模擬直流電流進(jìn)行測量，并通過一個 4 位一體的26 直流數(shù)字電流表的設(shè)計7 段 LED 數(shù)碼管進(jìn)行顯示，測量誤差約為 V。該電流表的測量電路主要由三個模塊組成：A/D 轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)據(jù)處理模塊及顯示控制模塊。A/D 轉(zhuǎn)換主要由芯片 ADC0809 來完成，它負(fù)責(zé)把采集到的模擬量轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的數(shù)字量再傳送到數(shù)據(jù)處理模塊。數(shù)據(jù)處理則由芯片 AT89S51 來完成，其負(fù)責(zé)把 ADC0809 傳送來的數(shù)字量經(jīng)一定的數(shù)據(jù)處理，產(chǎn)生相應(yīng)的顯示碼送到顯示模塊進(jìn)行顯示；另外它還控制著 ADC0809 芯片的工作。顯示模塊主要由 7 段數(shù)碼管及相應(yīng)的驅(qū)動組成，顯示測量到的電流值。數(shù)字式電流表的設(shè)計的總電路圖見附錄一。 AT89S51 的復(fù)位電路和時鐘電路AT89S51 的復(fù)位電路如圖 所示。當(dāng)單片機一上電，立即復(fù)位；另外，如果在運行中，外界干擾等因素使單片機的程序陷入死循環(huán)狀態(tài)或“跑飛” ，就可以通過按鍵使其復(fù)位。復(fù)位也是使單片機退出低功耗工作方式而進(jìn)入正常狀態(tài)的一種操作。圖 復(fù)位電路和時鐘電路電容 C 和電阻 R1 實現(xiàn)上電自動復(fù)位。增加按鍵開關(guān) S 又可實現(xiàn)按鍵復(fù)位功能。一般取 C=10uF,R1=1KΩ。單片機中 CPU 每執(zhí)行一條指令，都必須在統(tǒng)一的時鐘脈沖的控制下嚴(yán)格按時間節(jié)拍進(jìn)行，而這個時鐘脈沖是單片機控制中的時序電路發(fā)出的。CPU 執(zhí)行一條指令的各個微操作所對應(yīng)時間順序稱為單片機的時序。MCS51 單片機芯片內(nèi)部有一個高增益反相放大器，用于構(gòu)成震蕩器，XTAL1 為該放大器的輸入端，XTAL2為該放大器輸出端，但形成時鐘電路還需附加其他電路。第四章 數(shù)字式電流表的硬件設(shè)計 27 本設(shè)計系統(tǒng)采用內(nèi)部時鐘方式，利用單片機內(nèi)部的高增益反相放大器，外部電路簡，只需要一個晶振和 2 個電容即可。電路中的器件選擇可以通過計算和實驗確定，也可以參考一些典型電路的參數(shù)，電路中，電容器 C1 和 C2 對震蕩頻率有微調(diào)作用，通常的取值范圍是30177。10pF，在這個系統(tǒng)中選擇了 33uF；石英晶振選擇范圍最高可選 24MHz，它決定了單片機電路產(chǎn)生的時鐘信號震蕩頻率，在本系統(tǒng)中選擇的是 12MHz，因而時鐘信號的震蕩頻率為 12MHz。 A/D 轉(zhuǎn)換電路 A/D 轉(zhuǎn)換由 ADC0809 完成。ADC0809 具有 8 路模擬輸入端口，地址線（23～25 腳）可決定對哪一路模擬輸入作 A/D 轉(zhuǎn)換。22 腳為地址控制，當(dāng)輸入為高電平時，對地址信號進(jìn)行鎖存。6 腳為測試控制，當(dāng)輸入一個 2μs 寬高電平脈沖時，就開始 A/D 轉(zhuǎn)換。7 腳為 A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)束標(biāo)志，當(dāng) A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)束時，7 腳輸出高電平。9 腳為 A/D 轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)輸出允許控制，當(dāng) OE 腳為高電平時，A/D 轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)從該端口輸出。10 腳為 ADC0809 的時鐘輸入端，利用單片機 AT89S51 的 30腳的六分頻晶振頻率再通過 14024 二分頻得到 1MHz 時鐘。AT89S51 與 ADC0809 的連接電路原理圖如圖 所示。 圖 AT89S51 與 ADC0809 的連接電路原理圖AT89S51 與 ADC0809 的連接必須注意處理好 3 個問題：(1)在 START 端送一個 100μs 寬的啟動正脈沖；28 直流數(shù)字電流表的設(shè)計 (2)獲取 EOC 端上的狀態(tài)信息，因為它是 A/D 轉(zhuǎn)換的結(jié)束標(biāo)志；(3)給“三態(tài)輸出鎖存器”分配一個端口地址，也就是給 OE 端送一個地址譯碼器的輸出信號。 顯示電路由于單片機的并行口不能直接驅(qū)動 LED 顯示器，所以，在一般情況下，必須采用專用的驅(qū)動電路芯片，使之產(chǎn)生足夠大的電流，顯示器才能正常工作 [7]。如果驅(qū)動電路能力差，即負(fù)載能力不夠時，顯示器亮度就低，而且驅(qū)動電路長期在超負(fù)荷下運行容易損壞，因此，LED 顯示器的驅(qū)動電路設(shè)計是一個非常重要的問題。為了簡化數(shù)字式直流電流表的電路設(shè)計，在 LED 驅(qū)動電路的設(shè)計上，可以利用單片機 P0 口上外接的上拉電阻來實現(xiàn)，即將 LED 的 AG 段顯示引腳和 DP 小數(shù)點顯示引腳并聯(lián)到 P0 口與上拉電阻之間，這樣，就可以加大 P0 口作為輸出口德驅(qū)動能力，使得