畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）基于單片機(jī)的大氣溫度采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、 蘭州工業(yè)高等?？茖W(xué)校畢業(yè)論文 摘要隨著科技的飛速發(fā)展，單片機(jī)的應(yīng)用正在不斷深入。在實(shí)時(shí)檢測(cè)和自動(dòng)控制的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，單片機(jī)往往作為一個(gè)核心部件來(lái)使用，僅單片機(jī)是不夠的，還應(yīng)根據(jù)具體要求設(shè)計(jì)軟硬件結(jié)構(gòu)。很多科學(xué)領(lǐng)域及氣象監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域都要求對(duì)溫度，濕度，風(fēng)向風(fēng)速等參數(shù)進(jìn)行采集與傳輸，然后根據(jù)采集來(lái)的的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，判斷，從而對(duì)環(huán)境進(jìn)行控制。本系統(tǒng)是基于單片機(jī)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，采用了單片機(jī)，鍵盤(pán)，傳感器，8位ad轉(zhuǎn)換器adc0809構(gòu)成數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。全文由緒論，硬件部分，方案論證，軟件部分四部分組成，緒論部分講述了本文設(shè)計(jì)的目標(biāo)，原理，和設(shè)計(jì)方案，硬件部分講述了元器件的選擇及單元電路的介紹。單元電

2、路主要介紹了鍵盤(pán)顯示電路，ad轉(zhuǎn)換電路，大氣參數(shù)檢測(cè)電路，報(bào)警電路，軟件部分進(jìn)行了主程序，鍵盤(pán)子程序和顯示程序的流程圖。關(guān)鍵詞：大氣溫度采集 單片機(jī) 傳感器 ad轉(zhuǎn)換器abstract with the rapid development of science and technology, scm plays more and more important roles today. in the real-time examination and automatic control system using scm, the microcontroller is often used as

3、a core component. has received environmental parameters, and then gathered the data calculations and judgments, and thus control the environment, this system is based on single chip data acquisition system, which uses a microcomputer, keyboard, sensors. 8-bit ad converter adc0809 constitute a data a

4、cquisition system. full-text from the introduction, hardware, software, part of the three parts, introduction part of this paper describes the design objectives, principles, and design programs, described the hardware components of the selection and introduction of unit cell circuit circuit focuses

5、on the keyboard display circuit ad atmospheric parameters conversion circuit detection circuit, alarm circuit, the software portion of the main program, keyboard and display subroutine program flow chart.keywords: scm sensors ad converter 目錄摘要3abstract4第一章 緒論71.1引言71.2課題的理論與研究意義7第二章 方案論證82.1總體方案82.2

6、.靜態(tài)ram存儲(chǔ)器的選用82.3 傳感器的選取92.3.1濕度傳感器92.3.2風(fēng)速傳感器92.4 ad轉(zhuǎn)化器102.5 i/o擴(kuò)展芯片的選取10第三章 硬件部分113.1 8051單片機(jī)113.1.1 單片機(jī)的發(fā)展及應(yīng)用113.1.2 8051芯片123.1.3 中央處理器143.1.4 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(ram)143.1.5 程序存儲(chǔ)器(rom)153.1.6 定時(shí)/計(jì)數(shù)器153.1.7 并行輸入輸出(i/o)口163.1.8 全雙工串行口163.1.9 中斷系統(tǒng)163.1.10 時(shí)鐘電路173.1.11 復(fù)位電路183.2 at89c51單片機(jī)193.2.1 主要特性203.2.2 管腳說(shuō)明

7、203.2.3 振蕩器特性213.2.4 芯片擦除213.3風(fēng)向傳感器223.3.1風(fēng)向傳感器檢測(cè)原理223.3.2風(fēng)向傳感器的檢測(cè)223.4硬件電路的設(shè)計(jì)233.4.1 ad590簡(jiǎn)介233.4.2 ad590的應(yīng)用電路243.4.3 溫度測(cè)量電路253.5 8155介紹263.6 8051 外擴(kuò)ram283.6.1 8255芯片的介紹293.6.2 8051單片機(jī)與8255的接口343.7 模數(shù)轉(zhuǎn)換器ad0809353.7.1 ad0809簡(jiǎn)介353.7.2 adc0809與單片機(jī)的連接373.8 hm1500濕度傳感器373.8.1 hm1500濕度傳感器的工作原理383.8.2 hm1

8、500濕度傳感器應(yīng)用383.9 風(fēng)速傳感器393.9.1風(fēng)速傳感器(waa-15)的原理393.9.2風(fēng)速檢測(cè)電路設(shè)計(jì)393.10 單片機(jī)的復(fù)位電路403.10.1 x25165與8051的連接403.10.2 x25165的工作413.11單片機(jī)的報(bào)警電路433.12 led8段數(shù)碼管443.12.1 led8段數(shù)碼管簡(jiǎn)介443.13 鍵盤(pán)453.14 電源部分463.15 總結(jié)47第四章 軟件設(shè)計(jì)484.1主程序484.2 定時(shí)中斷504.3 鍵盤(pán)/顯示系統(tǒng)主程序514.4 a/d轉(zhuǎn)換53致謝56參考文獻(xiàn)57第一章 緒論1.1引言氣象作為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)服務(wù)的職能部門(mén)，為經(jīng)濟(jì)建設(shè)發(fā)揮了重要作用。近

9、年來(lái)，黨中央、國(guó)務(wù)院立足我國(guó)基本國(guó)情、把握我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)特征、著眼于推動(dòng)我國(guó)農(nóng)業(yè)持續(xù)穩(wěn)定健康發(fā)展對(duì)氣象工作提出的新要求，我們需要認(rèn)真學(xué)習(xí)領(lǐng)會(huì)和貫徹落實(shí)。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)離不開(kāi)氣象服務(wù)的支撐和保障。我國(guó)是農(nóng)業(yè)大國(guó)，而農(nóng)業(yè)生產(chǎn)高度依賴天氣氣候條件，天幫忙則豐收，災(zāi)害多則歉收。在全球氣候變暖的背景下，極端氣象災(zāi)害增多增強(qiáng)，農(nóng)業(yè)病蟲(chóng)害趨多趨廣，所以氣象是人們非常關(guān)注的問(wèn)題。在近代氣象監(jiān)測(cè)信息廣泛地應(yīng)用在冰雹、大風(fēng)、龍卷和寒潮天氣的預(yù)警預(yù)報(bào)；應(yīng)用在全球云量分布、大氣臭氧層、火山爆發(fā)、城市熱島、地表水體分布和沙漠及荒漠化的監(jiān)測(cè)等多方面。大量的氣象衛(wèi)星監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及其處理產(chǎn)品，被提供給眾多相關(guān)的科研院所、高等院校以及軍事

10、部門(mén)，得到了廣泛應(yīng)用。1.2課題的理論與研究意義本論文需要鍵盤(pán)模塊、風(fēng)速、風(fēng)向等參數(shù)，其采用自動(dòng)掃描，和防抖動(dòng)技術(shù)，顯示模塊采用led顯示，傳感器模塊（溫度傳感器ad590、濕度傳感器sht11、風(fēng)向風(fēng)速傳感器）采集的數(shù)據(jù)經(jīng)放大、ad轉(zhuǎn)換器處理后由單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析并顯示后傳輸?shù)浇K端，單片機(jī)的時(shí)鐘由內(nèi)部時(shí)鐘模塊提供，復(fù)位電路采用看門(mén)狗芯片，若系統(tǒng)在工作中出現(xiàn)故障，一旦程序運(yùn)行過(guò)程中因干擾而陷入死循環(huán)，超過(guò)預(yù)設(shè)的時(shí)間間隔而讓能執(zhí)行這條指令后復(fù)位芯片復(fù)位的指令執(zhí)行，使與之相連的微控制器、數(shù)據(jù)采集模塊、鍵盤(pán)及顯示模塊統(tǒng)統(tǒng)復(fù)位，重新初始化并恢復(fù)到正常工作狀態(tài)。在本課題介紹了一種基于單片機(jī)的大氣參數(shù)多路

11、采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法這會(huì)使多路采集系統(tǒng)更加簡(jiǎn)單和方便使用。第二章 方案論證2.1總體方案如圖2.1所示。它由單片機(jī)、顯示器、傳感器、a/d轉(zhuǎn)換器、鍵盤(pán)等部分所組成。本設(shè)計(jì)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)氣象參數(shù)的采集，并隨著采集來(lái)的參數(shù)的變化作出相應(yīng)的顯示。單片機(jī) 鍵盤(pán) 顯示 ad轉(zhuǎn)換器報(bào)警電路傳感器1傳感器2傳感器3 圖2.1 總體設(shè)計(jì)框圖2.2.靜態(tài)ram存儲(chǔ)器的選用靜態(tài)存儲(chǔ)器依靠雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的兩個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)保存信息。每個(gè)雙穩(wěn)態(tài)電路存儲(chǔ)一位二進(jìn)制代碼0或1，一塊存儲(chǔ)芯片上包含許多個(gè)這樣的雙穩(wěn)態(tài)電路。雙穩(wěn)態(tài)電路是有源器件，需要電源才能工作，只要電源正常，就能長(zhǎng)期穩(wěn)定的保存信息，所以稱為靜態(tài)存儲(chǔ)器。如果斷電，信息將會(huì)丟

12、失，屬于揮發(fā)性存儲(chǔ)器，或稱易失性。靜態(tài)ram存儲(chǔ)器產(chǎn)品很多，它們各自有不同的容量。62256是32k的低功耗靜態(tài)ram存儲(chǔ)器。62128是16k的低功耗靜態(tài)ram存儲(chǔ)器。6264是8k的低功耗靜態(tài)ram存儲(chǔ)器。2.3 傳感器的選取2.3.1濕度傳感器濕度傳感器的精度應(yīng)達(dá)到2%5%rh，達(dá)不到這個(gè)水平很難作為計(jì)量器具使用，濕度傳感器要達(dá)到2%3%rh的精度是比較困難的，通常產(chǎn)品資料中給出的特性是在常溫和潔凈的氣體中測(cè)量的，在實(shí)際使用中，由于塵土、油污及有害氣體的影響，使用時(shí)間一長(zhǎng)，會(huì)產(chǎn)生老化，精度下降，濕度傳感器的精度水平要結(jié)合其長(zhǎng)期穩(wěn)定性去判斷，一般說(shuō)來(lái)，長(zhǎng)期穩(wěn)定性和使用壽命是影響濕度傳感器質(zhì)

13、量的頭等問(wèn)題，年漂移量控制在1%rh水平的產(chǎn)品很少，一般都在2%左右，甚至更高。濕敏元件除對(duì)環(huán)境濕度敏感久，對(duì)濕度亦十分敏感，其濕度系數(shù)一般在0.20.8%rh/范圍內(nèi)，而且有的濕敏元件在不同的相對(duì)濕度下，其濕度系數(shù)又有差別。溫漂非線性，這需要在電路上加濕度補(bǔ)償式。彩單片機(jī)軟件補(bǔ)償，或無(wú)濕度補(bǔ)化學(xué)元素的濕度傳感器是保證不了全溫范圍的精度的，濕度傳感器溫漂曲線的線性化直接影響到補(bǔ)償?shù)男Ч?，非線性的溫漂往往補(bǔ)償不出較好的效果，只有彩硬件濕度跟隨性補(bǔ)償才會(huì)獲得真實(shí)的補(bǔ)償效果，濕度傳感工作的濕度范圍也是重要參數(shù)。，多數(shù)濕敏元件難以在40以上正常工作。 濕度傳感器sht11。該傳感器將芯片技術(shù)與傳感器技

14、術(shù)結(jié)合起來(lái)，從而發(fā)揮出它們強(qiáng)大的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)作用，溫濕度的測(cè)量在倉(cāng)儲(chǔ)管理、生產(chǎn)制造的等方面廣泛應(yīng)用，將溫濕度傳感器、信號(hào)放大調(diào)理、轉(zhuǎn)換、總線接口全部集成于一芯片可給出全校準(zhǔn)相對(duì)濕度及溫度值輸出；帶有工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的總線數(shù)字輸出接口，濕度值輸出分辨率為位，溫度值輸出分辨率為位輸出電壓范圍為; 具有卓越的長(zhǎng)期穩(wěn)定性；但軟件編程復(fù)雜。在本次設(shè)計(jì)中選用了hm1500濕度傳感器，因?yàn)轶w積小 ；溫度影響極小； 不受水浸影響 ；適于37v供電； 比例于供電電壓 5vdc供電時(shí)0100%rh對(duì)應(yīng)14vdc輸出 ；55%rh時(shí)修正精度在2%rh以內(nèi)，完全符合本次設(shè)計(jì)中濕度測(cè)量精度要求，并且不需要特殊的軟件處理，使用方便，

15、因此在本次設(shè)計(jì)中選用了hm1500濕度傳感器。2.3.2風(fēng)速傳感器 waa15是一種高響應(yīng)、低門(mén)限、三風(fēng)杯的光電型風(fēng)速計(jì),轉(zhuǎn)換器由裝接于風(fēng)速計(jì)轉(zhuǎn)軸上的齒盤(pán)組成,齒盤(pán)安置于光電耦合器的發(fā)光管與光電三極管之間并能隨軸轉(zhuǎn)動(dòng),光電耦合器裝于印制電路板上。轉(zhuǎn)盤(pán)有多個(gè)齒度,當(dāng)齒盤(pán)隨軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),發(fā)光管led發(fā)射的光束被齒盤(pán)上的齒度切割,光電三極管即產(chǎn)生脈沖輸出。每個(gè)齒遮住光束時(shí)表現(xiàn)為低電平(即0態(tài)),軸轉(zhuǎn)動(dòng)一圈,多次切割光束而輸出一高一低的脈沖信號(hào)。通過(guò)對(duì)這些一高一低的脈沖信號(hào)的處理和計(jì)算來(lái)確定風(fēng)速。2.4 ad轉(zhuǎn)化器由于本系統(tǒng)的實(shí)測(cè)對(duì)象都是一些模擬量（如溫度、濕度等），要使計(jì)算機(jī)能識(shí)別、處理這些信號(hào)，必須首

16、先將這些模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)；也就是需要使用模數(shù)轉(zhuǎn)換器。常用a/d轉(zhuǎn)換器有8位、10位和12位的。8位的a/d轉(zhuǎn)換器完全能滿足本設(shè)計(jì)的要求，因此我選用了8位的a/d轉(zhuǎn)換器ad0809。2.5 i/o擴(kuò)展芯片的選取可編程外設(shè)接口電路（programmable peripheral interface)簡(jiǎn)稱ppi，常用型號(hào)有8255、8155。8255具有24條輸入/輸出引腳、可編程的通用并行輸入/輸出接口電路、具有三個(gè)相互獨(dú)立的輸入/輸出通道、通道a、通道b、通道c。a，b，c三通道可以聯(lián)合使用，構(gòu)成單線、雙線或三線聯(lián)絡(luò)信號(hào)的并行接口。與8255a相比，8155具有更強(qiáng)的功能，不僅可以擴(kuò)展單片

17、機(jī)的i/o口，還具有定時(shí)器、外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，因此在本次設(shè)計(jì)中選取8155芯片用來(lái)擴(kuò)io口。所以綜上所述，大氣參數(shù)多路采集系統(tǒng)的單片機(jī)采用8051，顯示采用led數(shù)碼顯示，造價(jià)相對(duì)低廉，顯示比較清晰，操作也比較簡(jiǎn)單，i/o擴(kuò)展芯片采用8155，功能多樣，輸入方式也簡(jiǎn)單。第三章 硬件部分3.1 8051單片機(jī)3.1.1 單片機(jī)的發(fā)展及應(yīng)用單片機(jī)微型計(jì)算機(jī)是微型計(jì)算機(jī)的一個(gè)重要分支，也是頗具生命力的機(jī)種。單片機(jī)微型計(jì)算機(jī)簡(jiǎn)稱單片機(jī)，特別適用于控制領(lǐng)域，故又稱為微控制器。 通常，單片機(jī)由單塊集成電路芯片構(gòu)成，內(nèi)部包含有計(jì)算機(jī)的基本功能部件：中央處理器、存儲(chǔ)器和i/o接口電路等。因此，單片機(jī)只需要和適當(dāng)?shù)?/p>

18、軟件及外部設(shè)備相結(jié)合，便可成為一個(gè)單片機(jī)控制系統(tǒng)。 隨著超大規(guī)模集成電路的出現(xiàn)以及微電子工藝水平的提高，近年來(lái)單片機(jī)有了長(zhǎng)足的發(fā)展。世界上各個(gè)著名的集成電路芯片制造商紛紛推出各自的產(chǎn)品，各種類(lèi)型和型號(hào)的單片機(jī)猶如雨后春筍般相繼問(wèn)世。1976年intel公司首先推出的mcs-48系列單片機(jī)是一種功能較簡(jiǎn)單、尋址范圍很有限的低性能8位單片機(jī)，除了一些傳統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域（如鍵盤(pán)控制器）外，這類(lèi)單片機(jī)在很大程度上已被1980年intel公司推出的mcs-51系列高檔8位單片機(jī)所取代。在mcs-51系列單片機(jī)的內(nèi)核8051/80c51的基礎(chǔ)上，intel公司、philips公司、siemens公司等紛紛推出

19、了各種派生芯片。此類(lèi)派生來(lái)的單片機(jī)功能豐富、使用靈活，性能價(jià)格比遠(yuǎn)高于mcs-51系列單片機(jī)，是目前世界上使用得最廣的一類(lèi)單片機(jī)。早期8051單片機(jī)的最高振蕩器頻率為12mhz，一個(gè)機(jī)器周期為1us。 intel公司后來(lái)推出的80c51zx的一個(gè)機(jī)器周期僅為1/6 us。 早期8051單片機(jī)的工作電壓都為5v，而philips公司的80cl51/80cl410可在1.8v的低電壓環(huán)境下工作。80cl51/80cl410是全靜態(tài)設(shè)計(jì)的，當(dāng)芯片采用外部時(shí)鐘時(shí)，可工作于直流狀態(tài)，即可把外部時(shí)鐘完全關(guān)掉仍能保持芯片的內(nèi)部狀態(tài)；當(dāng)時(shí)鐘重新加上時(shí)，芯片將繼續(xù)正常工作。當(dāng)外部時(shí)鐘停止時(shí)，芯片的消耗電流只有1

20、ua。在保留共同的cpu體系結(jié)構(gòu)、最基本的外設(shè)（如異步串行接口、定時(shí)器等）和一套公用的指令系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，根據(jù)不同的應(yīng)用領(lǐng)域，把不同的外設(shè)裝置集成到芯片內(nèi)，在同一家族內(nèi)繁衍滋生出各種型號(hào)的單片機(jī)。intel公司在8051/80c51的基礎(chǔ)上，已經(jīng)衍生出10種共50多個(gè)型號(hào)的芯片，philips公司在80c51的基礎(chǔ)上，衍生出20多種近50個(gè)型號(hào)的芯片，使用戶可根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求選用合適的型號(hào)，而不必重新熟悉指令系統(tǒng)和cpu的結(jié)構(gòu)。除此之外，還有motorola公司的mc68hc11（6801增強(qiáng)型）、zilog公司的super8等單片機(jī)，它們代表了單片機(jī)發(fā)展的方向，在單片機(jī)領(lǐng)域起著越來(lái)越大的作用

21、。隨著單片機(jī)應(yīng)用范圍的擴(kuò)大，人們對(duì)單片機(jī)的性能要求越來(lái)越高，1983年intel公司又推出mcs-96系列高性能的16位單片機(jī)，它的處理速度更高，功能更齊備。但由于其價(jià)格昂貴，使這種單片機(jī)在我國(guó)的應(yīng)用受到限制。1988年intel公司研制出了8098準(zhǔn)16位單片機(jī)，它屬于mcs-96系列的子系列，其性能與mcs-96系列的16位單片機(jī)基本相同，而價(jià)格卻與mcs-51系列8位單片機(jī)接近，因而也受到人們的青睞。單片機(jī)是一種集成度很高的微型計(jì)算機(jī)，在一塊小芯片上就集成了一臺(tái)計(jì)算機(jī)所具備的功能。單片機(jī)具有超小型化、結(jié)構(gòu)緊湊、高可靠性、高抗干擾能力和高性能價(jià)格比的優(yōu)勢(shì)，特別適用于實(shí)時(shí)工業(yè)測(cè)量控制、智能化

22、儀器儀表、計(jì)算機(jī)外設(shè)、家用電器控制、醫(yī)用設(shè)備、航空航天、專用設(shè)備的智能化管理及過(guò)程控制等領(lǐng)域，大致可分如下幾個(gè)范疇：1）在智能儀器儀表上的應(yīng)用 單片機(jī)具有體積小、功耗低、控制功能強(qiáng)、擴(kuò)展靈活、微型化和使用方便等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于儀器儀表中，結(jié)合不同類(lèi)型的傳感器，可實(shí)現(xiàn)諸如電壓、功率、頻率、濕度、溫度、流量、速度、厚度、角度、長(zhǎng)度、硬度、元素、壓力等物理量的測(cè)量。采用單片機(jī)控制使得儀器儀表數(shù)字化、智能化、微型化，且功能比起采用電子或數(shù)字電路更加強(qiáng)大。例如精密的測(cè)量設(shè)備（功率計(jì)，示波器，各種分析儀）。2）在工業(yè)控制中的應(yīng)用 用單片機(jī)可以構(gòu)成形式多樣的控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。例如工廠流水線的智能化管理

23、，電梯智能化控制、各種報(bào)警系統(tǒng)，與計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成二級(jí)控制系統(tǒng)等。3）在家用電器中的應(yīng)用 可以這樣說(shuō)，現(xiàn)在的家用電器基本上都采用了單片機(jī)控制，從電飯褒、洗衣機(jī)、電冰箱、空調(diào)機(jī)、彩電、其他音響視頻器材、再到電子秤量設(shè)備，五花八門(mén)，無(wú)所不在。4）在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和通信領(lǐng)域中的應(yīng)用 現(xiàn)代的單片機(jī)普遍具備通信接口，可以很方便地與計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，為在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和通信設(shè)備間的應(yīng)用提供了極好的物質(zhì)條件，現(xiàn)在的通信設(shè)備基本上都實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)智能控制，從手機(jī)、電話機(jī)、小型程控交換機(jī)、樓宇自動(dòng)通信呼叫系統(tǒng)、列車(chē)無(wú)線通信、再到日常工作中隨處可見(jiàn)的移動(dòng)電話、集群移動(dòng)通信和無(wú)線電對(duì)講機(jī)等。5）單片機(jī)在醫(yī)用設(shè)備領(lǐng)域中的應(yīng)用單

24、片機(jī)在醫(yī)用設(shè)備中的用途亦相當(dāng)廣泛，例如醫(yī)用呼吸機(jī)、各種分析儀、監(jiān)護(hù)儀、超聲診斷設(shè)備及病床呼叫系統(tǒng)等等。6) 在汽車(chē)方面的具體應(yīng)用 點(diǎn)火裝置；變速器控制；防滑剎車(chē)；排氣控制；避雷控制；節(jié)能控制；保安控制。此外，單片機(jī)在工商，金融，科研、教育，國(guó)防航空航天等領(lǐng)域都有著十分廣泛的用途。3.1.2 8051芯片mcs-51系列單片機(jī)包括8031、8051、8751等很多型號(hào)，其代表型號(hào)為8051.8051單片機(jī)是intel公司于1981年以8048為基礎(chǔ)，向上延伸所開(kāi)發(fā)出來(lái)的單片機(jī)。由于其功能強(qiáng)大、價(jià)格低廉，并且可以使用匯編語(yǔ)言或c語(yǔ)言開(kāi)發(fā)程序軟件，所以本次設(shè)計(jì)采用8051型號(hào)的芯片。1）8051的引

25、腳及功能：mcs-51系列單片機(jī)中的8031、8051及8751均采用40pin封裝的雙列直接dip結(jié)構(gòu)，40個(gè)引腳中，正電源和地線兩根，外置石英振蕩器的時(shí)鐘線兩根，4組8位共32個(gè)i/o口，中斷口線與p3口線復(fù)用。下面我們主要對(duì)8051單片機(jī)的引腳及功能進(jìn)行詳細(xì)的說(shuō)明。圖3.1是8051的引腳結(jié)構(gòu)框圖。圖3.1 8051雙列直插式封裝和引腳分配pin30:ale/當(dāng)訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器時(shí)，ale(地址鎖存)的輸出用于鎖存地址的低位字節(jié)。而訪問(wèn)內(nèi)部程序存儲(chǔ)器時(shí)，ale端將有一個(gè)1/6時(shí)鐘頻率的正脈沖信號(hào)，這個(gè)信號(hào)可以用于識(shí)別單片機(jī)是否工作，也可以當(dāng)作一個(gè)時(shí)鐘向外輸出。更有一個(gè)特點(diǎn)，當(dāng)訪問(wèn)外部程序

26、存儲(chǔ)器，ale會(huì)跳過(guò)一個(gè)脈沖，如果單片機(jī)是eprom，在編程其間，將用于輸入編程脈沖。 pin29:當(dāng)訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器時(shí)，此腳輸出負(fù)脈沖選通信號(hào)，pc的16位地址數(shù)據(jù)將出現(xiàn)在p0和p2口上，外部程序存儲(chǔ)器則把指令數(shù)據(jù)放到p0口上，由cpu讀入并執(zhí)行。 pin31:ea/vpp程序存儲(chǔ)器的內(nèi)外部選通線，8051和8751單片機(jī)，內(nèi)置有4kb的程序存儲(chǔ)器，當(dāng)ea為高電平并且程序地址小于4kb時(shí)，讀取內(nèi)部程序存儲(chǔ)器指令數(shù)據(jù)，而超過(guò)4kb地址則讀取外部指令數(shù)據(jù)。如ea為低電平，則不管地址大小，一律讀取外部程序存儲(chǔ)器指令。顯然，對(duì)內(nèi)部無(wú)程序存儲(chǔ)器的8031,ea端必須接地。pin9:reset/vpd

27、復(fù)位信號(hào)復(fù)用腳，當(dāng)8051通電，時(shí)鐘電路開(kāi)始工作，在reset引腳上出現(xiàn)24個(gè)時(shí)鐘周期以上的高電平，系統(tǒng)即初始復(fù)位。初始化后，程序計(jì)數(shù)器pc指向0000h，p0p3輸出口全部為高電平，堆棧指針寫(xiě)入07h，其它專用寄存器被清“0”。reset由高電平下降為低電平后，系統(tǒng)即從0000h地址開(kāi)始執(zhí)行程序。然而，初始復(fù)位不改變r(jià)am（包括工作寄存器r0r7）的狀態(tài)，8051的初始態(tài)。pin20:vss接地信號(hào)線。pin40:vcc +5v電源輸入引腳。pin19:xtal1反相振蕩放大器的輸入。pin18: xtal2反相振蕩放大器的輸出。pin18:ea/vpp外部存取致能輸入信號(hào)線（externa

28、l access enable）當(dāng)ea=1時(shí)使用芯片內(nèi)部前4kb程序內(nèi)存（如8051/8751/8951），并可外部擴(kuò)展至64kb。 當(dāng)ea=0時(shí)，內(nèi)部程序內(nèi)存無(wú)效，僅讀取外部程序內(nèi)存（如8031）； 燒錄時(shí)，為vpp燒錄電壓輸入端。pin3239:p0.00.7 端口0，8位輸入/輸出端口 此端口為開(kāi)汲極結(jié)構(gòu)，當(dāng)輸出端口使用時(shí)，應(yīng)外加提升電阻。 若當(dāng)輸入端口使用，應(yīng)先將“1”寫(xiě)入此口。 對(duì)外部?jī)?nèi)存進(jìn)行存取時(shí)，可當(dāng)多任務(wù)的低階地址線（a0a7）及數(shù)據(jù)總（d0d7）。 pin18: p1.01.7端口1，8位輸入/輸出端口 具有內(nèi)部提升電阻的雙向i/o,每支腳可單獨(dú)作輸入或輸出使用。 若當(dāng)輸入口

29、使用時(shí)，應(yīng)先將“1”寫(xiě)入此口。 pin2128: p2.02.7端口2，8位輸入/輸出端口 具有內(nèi)部提升電阻的雙向i/o,與p1同。 對(duì)外部?jī)?nèi)存進(jìn)行存取時(shí)，可當(dāng)多任務(wù)的高階地址線（a8a15）總線。 p2.02.7：端口3，8位輸入/輸出端口 具有內(nèi)部提升電阻的雙向i/o。 具有雙重功能，除當(dāng)一般i/o外，每支腳的特殊功能如下： rxd(p3.0):串行端口信號(hào)輸入腳 txd(p3.1): 串行端口信號(hào)輸出腳 int0(p3.2):外部中斷0輸入腳 int1(p3.3):外部中斷1輸入腳 t0(p3.4):定時(shí)/計(jì)數(shù)器0外部信號(hào)輸入腳 t1(p3.5):定時(shí)/計(jì)數(shù)器1外部信號(hào)輸入腳 wr(p3

30、.6):寫(xiě)入脈沖輸出腳 rd(p3.7):讀取脈沖輸出腳2）8051單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)8051是mcs-51系列單片機(jī)的典型產(chǎn)品，我們以這一代表性的機(jī)型進(jìn)行系統(tǒng)的講解。 8051單片機(jī)包含中央處理器、程序存儲(chǔ)器(rom)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(ram)、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、并行接口、串行接口和中斷系統(tǒng)等幾大單元及數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線等三大總線，現(xiàn)在我們分別加以說(shuō)明。3.1.3 中央處理器 中央處理器(cpu)是整個(gè)單片機(jī)的核心部件，是8位數(shù)據(jù)寬度的處理器，能處理8位二進(jìn)制數(shù)據(jù)或代碼，cpu負(fù)責(zé)控制、指揮和調(diào)度整個(gè)單元系統(tǒng)協(xié)調(diào)的工作，完成運(yùn)算和控制輸入輸出功能等操作。3.1.4 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(ram) 805

31、1內(nèi)部有128個(gè)8位用戶數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元和128個(gè)專用寄存器單元，它們是統(tǒng)一編址的，專用寄存器只能用于存放控制指令數(shù)據(jù)，用戶只能訪問(wèn)，而不能用于存放用戶數(shù)據(jù)，所以，用戶能使用的ram只有128個(gè)，可存放讀寫(xiě)的數(shù)據(jù)，運(yùn)算的中間結(jié)果或用戶定義的字型表。8051內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3.2所示。 圖3.2 8051的內(nèi)部結(jié)構(gòu)3.1.5 程序存儲(chǔ)器(rom)8051有4kb片內(nèi)rom存儲(chǔ)器，地址范圍為0000h0fffh。用于存放用戶程序，原始數(shù)據(jù)或表格。3.1.6 定時(shí)/計(jì)數(shù)器8051單片機(jī)內(nèi)部有2個(gè)16位可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器，即定時(shí)器t0（timer0）與定時(shí)器t1（timer1）.它們都有定時(shí)和事件計(jì)數(shù)的功能，

32、可用于定時(shí)控制、延時(shí)、對(duì)外部事件計(jì)數(shù)等場(chǎng)合。定時(shí)器t0和t1都是16位加1計(jì)數(shù)器，其中，t0由2個(gè)特殊功能寄存器th0和tl0構(gòu)成；t1由2個(gè)特殊功能寄存器th1和tl1構(gòu)成。每個(gè)定時(shí)器都可由軟件設(shè)置為定時(shí)工作方式和計(jì)數(shù)工作方式，這些功能都由特殊功能寄存器tmod和tcon所控制。設(shè)置為定時(shí)工作方式時(shí)，計(jì)數(shù)脈沖來(lái)自內(nèi)部時(shí)鐘脈沖（即8051片內(nèi)振蕩器輸出經(jīng)12分頻后的脈沖），即機(jī)器周期信號(hào)。于是每個(gè)機(jī)器周期使定時(shí)器（t0或t1）的數(shù)值加1，直至計(jì)滿溢出。設(shè)置為計(jì)數(shù)工作方式時(shí)，通過(guò)引腳t0或t1對(duì)外部脈沖信號(hào)計(jì)數(shù)，當(dāng)檢測(cè)到t0（或t1）引腳的信號(hào)從高電平跳變到低電平時(shí)，計(jì)數(shù)器加1。每個(gè)機(jī)器周期的s

33、5p2期間cpu對(duì)t0（或t1）采樣一次。當(dāng)在第一個(gè)機(jī)器周期的s5p2期間檢測(cè)到t0（或t1）引腳信號(hào)為1，而在第二個(gè)機(jī)器周期的s5p2期間檢測(cè)到t0(或t1)引腳信號(hào)為0時(shí)，認(rèn)為收到一個(gè)有效信號(hào)，在第三個(gè)機(jī)器周期的s3p1期間計(jì)數(shù)器加1.由于檢測(cè)到一次負(fù)跳變需要兩個(gè)機(jī)器周期，所以最高的外部計(jì)數(shù)脈沖的頻率不能超過(guò)時(shí)鐘頻率的1/24，并且要求外部計(jì)數(shù)脈沖的高電平和低電平的持續(xù)時(shí)間不能小于一個(gè)機(jī)器周期。不管是定時(shí)還是計(jì)數(shù)工作方式，定時(shí)器t0或t1在對(duì)內(nèi)部時(shí)鐘或?qū)ν獠渴录?jì)數(shù)時(shí)，不占用cpu的時(shí)間，除非溢出，向cpu提出中斷申請(qǐng)，才可能中斷cpu的當(dāng)前操作。3.1.7 并行輸入輸出(i/o)口i/o

34、端口有串行和并行之分，串行i/o端口一次只能傳送一位二進(jìn)制信息，并行i/o端口一次可以傳送一組二進(jìn)制信息。8051有4個(gè)并行i/o端口，分別命名為p0、p1、p2、p3.這4個(gè)并行i/o端口都有雙向i/o功能，即cpu既可以向4個(gè)并行i/o端口中的任何一個(gè)輸出數(shù)據(jù)，又可以從他們那里讀取數(shù)據(jù)。每個(gè)i/o端口內(nèi)部都有一個(gè)8位數(shù)據(jù)輸出鎖存器和一個(gè)數(shù)據(jù)輸入緩沖器，4個(gè)與相應(yīng)的i/o端口同名的數(shù)據(jù)輸出鎖存器，它們和特殊功能寄存器（sfr）相對(duì)應(yīng)。因此，cpu數(shù)據(jù)從并行i/o端口輸出時(shí)可以得到鎖存，數(shù)據(jù)輸入時(shí)可以得到緩沖。4個(gè)并行i/o端口在結(jié)構(gòu)上并不相同，因此它們的功能和用途不同。p0和p2口內(nèi)部均有個(gè)

35、受控制器控制的二選一選擇電路，故它們除可以用作通用i/o端口外還具有一些特殊的功能。在4個(gè)并行i/o中只有p0口是真正的雙向i/o口，故它具有較大的負(fù)載能力，最多可以推動(dòng)8個(gè)lsttl門(mén)，其余三個(gè)i/o端口是準(zhǔn)雙向i/o口，只能推動(dòng)4個(gè)lsttl門(mén)。3.1.8 全雙工串行口8051有一個(gè)全雙向的可編程串行i/o端口。這個(gè)串行i/o端口既可以在程序控制下把cpu的8位并行數(shù)據(jù)變成串行數(shù)據(jù)一位一位地從發(fā)送數(shù)據(jù)線（txd）發(fā)送出去，也可以把串行接收到的數(shù)據(jù)變成8位并行數(shù)據(jù)送給cpu,而且這種串行發(fā)送和串行接收既可以單獨(dú)運(yùn)行，也可以同時(shí)進(jìn)行。8051的串行發(fā)送和串行接收利用了p3口的第二功能，即它利用

36、p3.1引腳作為串行數(shù)據(jù)的發(fā)送線（txd）,p3.0腳作為串行數(shù)據(jù)的接收線（rxd）。串行i/o口的電路結(jié)構(gòu)還包括串行口控制寄存器（scon）、電源及波特率選擇寄存器（pcon）和串行數(shù)據(jù)緩沖器（sbuf）等，它們都屬于sfr特殊功能寄存器。其中pcon和scon用于設(shè)置串行口的工作方式和確定數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收波特率。sbuf實(shí)際上由兩個(gè)8位寄存器組成，一個(gè)用于存放欲發(fā)送的數(shù)據(jù)，一個(gè)用于存放接收到的數(shù)據(jù)，起著數(shù)據(jù)的緩沖作用。3.1.9 中斷系統(tǒng)中斷技術(shù)是計(jì)算機(jī)在實(shí)時(shí)處理和實(shí)時(shí)控制中不可缺少的重要技術(shù)。中斷是指cpu暫停執(zhí)行原程序轉(zhuǎn)而為外部設(shè)備服務(wù)（執(zhí)行中斷服務(wù)程序），并在服務(wù)完后繼續(xù)執(zhí)行原程序的

37、過(guò)程。中斷系統(tǒng)是指能夠處理上述中斷過(guò)程所需要的那部分電路。中斷源是指能產(chǎn)生中斷請(qǐng)求信號(hào)的源泉。8051可處理5個(gè)中斷源發(fā)出的中斷請(qǐng)求，并對(duì)5個(gè)中斷請(qǐng)求信號(hào)進(jìn)行排隊(duì)和控制，響應(yīng)其中優(yōu)先權(quán)最高的中斷請(qǐng)求。8051的5個(gè)中斷源有內(nèi)部和外部之分：外部中斷源有兩個(gè)，通常指外部設(shè)備；內(nèi)部中斷源有3個(gè)，兩個(gè)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器中斷源和一個(gè)串行口中斷源。外部中斷源產(chǎn)生的中斷請(qǐng)求信號(hào)可以從p3.2和p3.3（即可由int0和int1）引腳上輸入，有電平或邊沿兩種引起中斷的觸發(fā)方式。內(nèi)部中斷源t0和t1的兩個(gè)中斷請(qǐng)求是在它們從全“1”變?yōu)槿?”溢出時(shí)，自動(dòng)向中斷系統(tǒng)提出的，內(nèi)部串行口中斷源的中斷請(qǐng)求是在串行口每發(fā)送一

38、個(gè)8位二進(jìn)制數(shù)據(jù)或接收到8位輸入數(shù)據(jù)后自動(dòng)向中斷系統(tǒng)提出的。中斷嵌套示意圖如圖3.3所示。 圖3.3 中斷示意圖8051的中斷系統(tǒng)主要由中斷允許控制器ie和中斷優(yōu)先級(jí)控制器ip等組成。其中，ie用于控制5個(gè)中斷源中哪些中斷請(qǐng)求被允許向cpu提出，哪些中斷源的中斷請(qǐng)求被禁止；ip用于控制5個(gè)中斷源的中斷請(qǐng)求的優(yōu)先級(jí)，優(yōu)先級(jí)最高的中斷請(qǐng)求可以被cpu最先處理。ie和ip也屬于21個(gè)特殊功能寄存器sfr，其狀態(tài)也可以由用戶通過(guò)指令設(shè)定。3）8051的工作方式程序執(zhí)行方式程序執(zhí)行方式可以分為單步操作和程序連續(xù)執(zhí)行兩種方式。單步操作方式是使程序的執(zhí)行處于外加脈沖（通常用一個(gè)按鍵產(chǎn)生）的控制下，一條指令一

39、條指令的執(zhí)行，即按一次鍵執(zhí)行一條指令。單步操作方式特別適合于用戶程序的調(diào)試階段。單步操作方式是通過(guò)單片機(jī)的中斷控制系統(tǒng)來(lái)完成的。在8051單片機(jī)的中斷系統(tǒng)中規(guī)定，中斷服務(wù)程序返回后，至少再執(zhí)行完一條指令，才能重新進(jìn)入中斷。因此可以采用外部中斷零的中斷方式，實(shí)現(xiàn)單步操作方式。具體方法如下：將外加脈沖（按鍵）接到int0引腳輸入，當(dāng)它被按下時(shí)相應(yīng)電路就產(chǎn)生一個(gè)負(fù)脈沖（即中斷請(qǐng)求信號(hào)）送到單片機(jī)的int0（或int1）引腳。8051單片機(jī)在int0上，負(fù)脈沖作用下，啟動(dòng)一次中斷處理過(guò)程，cpu執(zhí)行一條程序指令，這樣可以一步一步的進(jìn)行單步操作。程序連續(xù)執(zhí)行方式是單片機(jī)的基本工作方式。所執(zhí)行的程序?qū)懭氤?/p>

40、序存儲(chǔ)器后，接通單片機(jī)電源，此時(shí)單片機(jī)上電復(fù)位，使pc=0000h，cpu將從程序的起始地址0000h單元開(kāi)始，連續(xù)執(zhí)行事先存放在程序存儲(chǔ)器中的應(yīng)用程序。低功耗操作方式低功耗操作方式分為節(jié)電操作方式和掉電操作方式。節(jié)電方式是執(zhí)行一條將idl位置1 的指令后，8051單片機(jī)就進(jìn)入節(jié)電方式。這時(shí)提供給cpu的時(shí)鐘信號(hào)被中斷，但中斷、串行口和定時(shí)器繼續(xù)工作，此時(shí)cpu現(xiàn)場(chǎng)（即sp、pc、psw和acc等）、片內(nèi)ram和sfr中其他寄存器內(nèi)容均維持不變。掉電方式是執(zhí)行一條將pd位置1的指令后，8051單片機(jī)就進(jìn)入掉電方式，進(jìn)入掉電方式后，振蕩器停止工作，時(shí)鐘凍結(jié)，一切工作都停止，只有片內(nèi)ram和特殊功

41、能寄存器sfr中內(nèi)容保持不變。在掉電期間，vcc電源可以降為2v（可由電池供電）。3.1.10 時(shí)鐘電路 8051內(nèi)部有一個(gè)用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器。時(shí)鐘引腳有兩條：xtal1：接外部晶體的一個(gè)引腳。在單片機(jī)內(nèi)部，它是反相放大器的輸入端，這個(gè)放大器構(gòu)成了片內(nèi)振蕩器。當(dāng)采用外部時(shí)鐘時(shí)，該引腳必須接地。xtal2：接外部晶體的另一個(gè)引腳。在單片機(jī)內(nèi)部，接上述振蕩器的反相放大器的輸出端。當(dāng)采用外部時(shí)鐘時(shí)，該引腳輸入外部時(shí)鐘脈沖。引腳xtal1和xtal2分別是此放大器的輸出端和輸入端。這個(gè)放大器與片外石英晶體和陶瓷諧振器一起構(gòu)成了一個(gè)自激振蕩器，接線如圖3.4所示。外接晶體時(shí)，c1和c2通常

42、選擇為30pf;外接陶瓷諧振器時(shí)，c1和c2的典型值約為47pf。它的振蕩頻率在1.212mhz。圖3.4 時(shí)鐘電路它采用12mhz晶振，與8051單片機(jī)的xtal1和xtal2相接，為cpu提供計(jì)時(shí)基準(zhǔn)。8051的機(jī)械周期（machine cycle）由s1至s6共6個(gè)狀態(tài)所組成，每一狀態(tài)又可細(xì)分為相1（p1）與相2（p2），故一個(gè)機(jī)械周期等于12個(gè)振蕩周期，因此若振蕩頻率為12mhz,則振蕩周期=1/12mhz=1/12us機(jī)械周期=6態(tài)2相振蕩周期=121/12=1us了解指令執(zhí)行所花費(fèi)的機(jī)械周期后，即可計(jì)算延遲時(shí)間。通常在程序中，為達(dá)到延遲的目的，必須調(diào)用延遲子程序，以讓cpu執(zhí)行不做

43、任何工作的指令。經(jīng)由計(jì)算每一指令執(zhí)行的機(jī)械周期及次數(shù)，即可求出延遲時(shí)間。延遲時(shí)間的計(jì)算與振蕩頻率息息相關(guān)。若使用的振蕩器頻率越低，則執(zhí)行相同子程序所需時(shí)間相對(duì)越久。至于需延遲多久，需要軟件開(kāi)發(fā)人員好好掌握。3.1.11 復(fù)位電路復(fù)位是單片機(jī)的初始化操作，其主要功能是把pc初始化為0000h,使cpu從0000h單元開(kāi)始執(zhí)行程序。除了進(jìn)入系統(tǒng)的正常初始化之外，當(dāng)由于程序運(yùn)行出錯(cuò)或操作錯(cuò)誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)時(shí)，為擺脫困境，也需按復(fù)位鍵重新啟動(dòng)。8051的復(fù)位方式可以是自動(dòng)復(fù)位，也可以是手動(dòng)復(fù)位，手動(dòng)復(fù)位見(jiàn)圖3.5。reset/vpd還是一復(fù)用腳，vcc掉電期間，此腳可接上備用電源，以保證單片機(jī)內(nèi)部

44、ram的數(shù)據(jù)不丟失。為保證復(fù)位成功，只要reset腳保持足夠時(shí)間（即兩個(gè)周期以上）的高電平，就可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)自動(dòng)上電復(fù)位。除上電自動(dòng)復(fù)位外，有時(shí)在程序運(yùn)行時(shí)，通過(guò)手動(dòng)按鍵也可以強(qiáng)制cpu進(jìn)入復(fù)位狀態(tài)。手動(dòng)按鍵復(fù)位有電平方式和脈沖方式兩種。 圖3.5 手動(dòng)按鍵復(fù)位電路本設(shè)計(jì)采用手動(dòng)按鍵復(fù)位的電平方式，使復(fù)位端經(jīng)電阻與vcc電源接通而實(shí)。3.2 at89c51單片機(jī)at89c51是一種帶4k字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器（fperomfalshprogrammable and erasable read only memory）的低電壓，高性能cmos8位微處理器，俗稱單片機(jī)。 at89c2051是

45、一種帶2k字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器的單片機(jī)。單片機(jī)的可擦除只讀存儲(chǔ)器可以反復(fù)擦除100次。由于將多功能8位cpu和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，atmel的at89c51是一種高效微控制器，at89c2051是它的一種精簡(jiǎn)版本。如圖3.6所示。圖3.6 at89c513.2.1 主要特性與mcs-51 兼容 4k字節(jié)可編程閃爍存儲(chǔ)器 壽命：1000寫(xiě)/擦循環(huán)數(shù)據(jù)保留時(shí)間：10年全靜態(tài)工作：0hz-24hz三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定128*8位內(nèi)部ram32可編程i/o線兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器5個(gè)中斷源 可編程串行通道低功耗的閑置和掉電模式片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路 3.2.2 管腳說(shuō)明vcc：供電電壓

46、。gnd：接地。p0口：p0口為一個(gè)8位漏級(jí)開(kāi)路雙向i/o口，每腳可吸收8ttl門(mén)電流。當(dāng)p1口的管腳第一次寫(xiě)1時(shí)，被定義為高阻輸入。p0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在fiash編程時(shí)，p0 口作為原碼輸入口，當(dāng)fiash進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，p0輸出原碼，此時(shí)p0外部必須被拉高。p1口：p1口是一個(gè)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(mén)電流。p1口管腳寫(xiě)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(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在flash編程和校驗(yàn)時(shí)，p1口作為第八位地址接收。 p2口：p2口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的

47、8位雙向i/o口，p2口緩沖器可接收，輸出4個(gè)ttl門(mén)電流，當(dāng)p2口被寫(xiě)“1”時(shí)，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(shí)，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(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)，p2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫(xiě)時(shí)，p2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。p2口在flash編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。p3口：p3口管腳是8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向i/o口，可接收輸出4個(gè)ttl門(mén)電流。當(dāng)p3口寫(xiě)入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作

48、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。 p3口也可作為at89c51的一些特殊功能口，如下所示： p3.0 rxd（串行輸入口） p3.1 txd（串行輸出口） p3.2 /int0（外部中斷0） p3.3 /int1（外部中斷1） p3.4 t0（記時(shí)器0外部輸入） p3.5 t1（記時(shí)器1外部輸入） p3.6 /wr（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選通） p3.7 /rd（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通） p3口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。rst：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持rst腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。ale/prog：當(dāng)訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存

49、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(shí)，ale端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過(guò)一個(gè)ale脈沖。如想禁止ale的輸出可在sfr8eh地址上置0。此時(shí)， 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(wú)效。 /psen：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次/psen有效。但在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的/psen

50、信號(hào)將不出現(xiàn)。/ea/vpp：當(dāng)/ea保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（0000h-ffffh），不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。注意加密方式1時(shí)，/ea將內(nèi)部鎖定為reset；當(dāng)/ea端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。在flash編程期間，此引腳也用于施加12v編程電源（vpp）。xtal1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。xtal2：來(lái)自反向振蕩器的輸出。3.2.3 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(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)器件，xtal2應(yīng)不接。有余輸入至內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)要通過(guò)一個(gè)二分頻觸發(fā)

51、器，因此對(duì)外部時(shí)鐘信號(hào)的脈寬無(wú)任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。3.2.4 芯片擦除整個(gè)perom陣列和三個(gè)鎖定位的電擦除可通過(guò)正確的控制信號(hào)組合，并保持ale管腳處于低電平10ms 來(lái)完成。在芯片擦操作中，代碼陣列全被寫(xiě)“1”且在任何非空存儲(chǔ)字節(jié)被重復(fù)編程以前，該操作必須被執(zhí)行。此外，at89c51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(shí)器，計(jì)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(gè)硬件復(fù)位為止。 3.3風(fēng)向傳感器 3.3.1風(fēng)向傳感

52、器檢測(cè)原理風(fēng)速傳感器工作原理風(fēng)速waai51是響應(yīng)快、啟動(dòng)風(fēng)速低的光電子風(fēng)速計(jì)。該風(fēng)速傳感器是采用傳統(tǒng)三杯式的，感應(yīng)部分由三個(gè)輕質(zhì)錐形風(fēng)杯組成，能在整個(gè)工作范圍內(nèi)提供良好的線性，直到風(fēng)速達(dá)到75rds。隨著在中心不銹鋼軸上的截光盤(pán)隨軸旋轉(zhuǎn)，每轉(zhuǎn)動(dòng)一圈，切割紅外光束l4次，從而由光電晶體中產(chǎn)生出一個(gè)脈沖鏈。輸出的脈沖速率與風(fēng)速成正比(例如，246i-iz：246rds)。然而，對(duì)于最佳精度而言，應(yīng)當(dāng)使用特征傳輸方程(見(jiàn)技術(shù)參數(shù))，從而對(duì)起動(dòng)慣量和輕微過(guò)速進(jìn)行補(bǔ)償。表2風(fēng)向?qū)?yīng)表在軸中有一個(gè)加熱元件，提供10w的額定功率，以保證軸承在寒冷天氣狀況下不凍結(jié)。風(fēng)向傳感器也是光電型傳感器,由單風(fēng)標(biāo)、格雷

53、碼盤(pán)、光電組件組成,紅外led和光電三極管分別安裝于8位格雷碼盤(pán)上下兩側(cè)的8個(gè)窩型孔內(nèi)。當(dāng)風(fēng)標(biāo)隨風(fēng)向變化而轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),通過(guò)其軸帶動(dòng)軸下端固定著的格雷碼盤(pán),在光電組件的狹縫中轉(zhuǎn)動(dòng),產(chǎn)生的光電信號(hào)經(jīng)放大整形后,輸出對(duì)應(yīng)當(dāng)時(shí)風(fēng)向的幅度為12v的六位格雷碼(每位格雷碼只有電平高低的區(qū)別,習(xí)慣上高電平為1,低電平為0),轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)風(fēng)向信號(hào)以2.8度的分辨率為步進(jìn)變化。測(cè)量范圍為0360,128個(gè)方位,結(jié)構(gòu)如圖 3.7所示。 圖3.7 風(fēng)向傳感器原理圖3.3.2風(fēng)向傳感器的檢測(cè)由于風(fēng)傳感器安裝在氣象觀測(cè)場(chǎng)內(nèi)11m高的風(fēng)桿上,最易雷擊損壞,而且傳感器內(nèi)部的led發(fā)光管和光敏管因長(zhǎng)期使用也易老化和損壞。維護(hù)維修過(guò)程中

54、,對(duì)傳感器進(jìn)行準(zhǔn)確的檢測(cè)、認(rèn)證和判斷是關(guān)鍵,根據(jù)檢測(cè)結(jié)論實(shí)施維護(hù)、維修和更換,避免維修工作的盲目性。1.典型方向的格雷碼檢測(cè)斷開(kāi)傳感器與主設(shè)備箱的8根信號(hào)連線,僅留+12v與地線連接供電,對(duì)傳感器進(jìn)行格雷碼檢測(cè)。分別把風(fēng)標(biāo)轉(zhuǎn)至0、90、180、270,用萬(wàn)用表測(cè)量脫開(kāi)的6根信號(hào)線的電平,12v為格雷碼的高電平1,0v為格雷碼的低電平0。此時(shí)測(cè)量出的格雷碼必須是四個(gè)方向所對(duì)應(yīng)的格雷碼。這樣可判斷傳感器內(nèi)格雷碼盤(pán)、脈沖整形電路、穩(wěn)壓防護(hù)電路等是否正常。2.六位碼的單碼檢測(cè)上面的檢查還不能完全判斷傳感器的好壞。從四個(gè)典型方向的格雷碼表中可看出,在上面的檢測(cè)中,三個(gè)低位碼的變化尚未檢測(cè)。因此,為了排除三個(gè)低位碼對(duì)應(yīng)的三對(duì)led發(fā)光管和光敏管的好壞,還必須用指針式萬(wàn)用表進(jìn)一步測(cè)量。萬(wàn)用表分別連接于六根信號(hào)線上測(cè)量六次,測(cè)量時(shí)隨意轉(zhuǎn)動(dòng)風(fēng)標(biāo)(至少必須轉(zhuǎn)動(dòng)一圈以上),每根信號(hào)線上的電平都必須至少在012v兩個(gè)點(diǎn)上變動(dòng)一次。這樣檢測(cè)之后,即可判斷傳感器內(nèi)三對(duì)led發(fā)光管和光敏管的好壞,配合(1)中典型方向格雷碼的檢測(cè),可以對(duì)風(fēng)向傳感器進(jìn)行完全的檢測(cè)和判斷。3.4硬件電路的設(shè)計(jì) 3.4.1 ad590簡(jiǎn)介ad590是美國(guó)模擬器件公司生