單片機(jī)串行通信發(fā)射部分設(shè)計(jì)論文

西安石油大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 目錄 1 緒論 . 1 2 硬件 . 3 2.1 硬件的基本組成： . 3 2.2 電路圖 . 3 2.3 硬件介紹 . 3 2.3.1 單片機(jī)概述 . 3 2.3.2 AT89C51 單片機(jī)簡(jiǎn)介 . 5 2.4 單片機(jī)的串行接口 . 10 2.4.1 基本概念 . 10 2.4.2 MCS-51 的串行和控制寄存器 . 11 2.5 數(shù)碼顯示管 . 13 2.6 硬件的焊接及調(diào)試過(guò)程 . 15 2.6.1 硬件的焊接 . 15 3 軟件的設(shè)計(jì)和調(diào)整過(guò)程 . 18 3.1 程序流程圖 . 18 3.2 通信協(xié)議 . 18 3.2.1 竄行口控制寄存器 SCON 的設(shè)置 . 19 3.2.2 定時(shí)器的初始化設(shè)置 . 19 3.2.3 波特率計(jì)算 . 19 3.2.4 發(fā)射程序（見(jiàn)附 表 2） . 19 3.3 編譯軟件的使用和 PLDA 的使用 . 19 3.3.1 編譯軟件的使用和編譯過(guò)程 . 20 3.4 燒片 . 20 4 單片機(jī)串行通信領(lǐng)域的擴(kuò)展 . 21 4.1 無(wú)線發(fā)射電路組成及工作原理 ： . 21 4.2 單片機(jī)串口接口 . 22 4.2.1 擴(kuò)展串行口與單片機(jī)的連接 . 22 4.2.2 操作指令 . 23 4.2.3 基于 TTL 電路的設(shè)計(jì)方案和工作原理 . 23 結(jié)論 . 25 參考文獻(xiàn) . 26 致謝 . 27 西安石油大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 單片機(jī)串行通信發(fā)射部分設(shè)計(jì) 摘 要 :我所做的是單片機(jī)串行通信發(fā)射機(jī)，它能顯示數(shù)字信號(hào)，還能將信號(hào)發(fā)射出去。采用串行工作方式，能顯示 00-99 的數(shù)字，用單片機(jī) 89C51來(lái)控制，采用共陽(yáng)極數(shù)碼顯示，軟件部分由匯編語(yǔ)言編寫(xiě)。 單片機(jī)串行通信發(fā)射機(jī)是用來(lái)發(fā)射信息，能完成信息準(zhǔn)確無(wú)誤的 顯示發(fā)射，使信息能夠在兩地之間傳遞，給人們?cè)谕ㄐ派蠋?lái)方便。發(fā)射機(jī)設(shè)計(jì)的思路是 :由一片單片機(jī)來(lái)控制信息的發(fā)射、存儲(chǔ)和顯示，用匯編語(yǔ)言編寫(xiě)發(fā)射程序和顯示程序，使硬件和軟件加以結(jié)合，完成發(fā)射機(jī)的設(shè)計(jì)。 硬件的設(shè)計(jì)要考慮多方面， 以自己設(shè)計(jì)的目的為出發(fā)點(diǎn)，設(shè)計(jì)合理的方案。發(fā)射機(jī)需要硬件和軟件的配合、補(bǔ)充，軟件編寫(xiě)要和接收機(jī)達(dá)成相同的通信協(xié)議，這樣才能完成預(yù)期的效果。 關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)，匯編語(yǔ)言，數(shù)字信號(hào)，發(fā)射 西安石油大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 The Design of Micro Controller Unit Communication Transmission Depart Abstract: What I do is a Micro Controller Unit correspondence blast-off device, it can show the digital signal, and also can send out the signal .It uses serial-port operating mode, can show the number from 00 to 99, control with a machine 89 C51s, adopt the total anode figures manifestation, the software part from edit collected materials the language plait to write. A Micro Controller Unit correspondence blast-off device is used for sending out the information, it can complete the information accurate without any error of manifestation blast-off to make information delivered between the two sides and bring the convenience on the correspondence to the people.The way of thinking that blast-off device design is controlled the blast-off of information by a machine of one, saving and manifestation, use to edit collected materials the language plait to write to shoot the procedure and the manifestation procedures, make hardware and softwares take into combine, complete the design of blast-off device. The design of the hardware need to consider in many ways,taking the purpose that oneself design as the point of departure to design the reasonable project.The blast-off device need moderate between hardware and software.The software edition want to reach with receiver correspondence protocol of the machine demand hardware, then can complete the anticipant result thus. Key Words : Micro Controller Unit, edit collected materials the language, Datasignal, Transmission 西安石油大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 1 緒論 我所 做的單片機(jī)串行通信發(fā)射機(jī)主要在實(shí)驗(yàn)室完成 ,參考有關(guān)的書(shū)籍和資料，個(gè)人完成電路的設(shè)計(jì)、焊接、檢查、調(diào)試，再根據(jù)自己的硬件和通信協(xié)議用匯編語(yǔ)言編寫(xiě)發(fā)射和顯示程序，然后加電調(diào)試，最終達(dá)到準(zhǔn)確無(wú)誤的發(fā)射和顯示。在這過(guò)程中需要選擇適當(dāng)?shù)脑?，合理的電路圖扎實(shí)的焊接技術(shù)，基本的故障排除和糾正能力，會(huì)使用基本的儀器對(duì)硬件進(jìn)行調(diào)試，會(huì)熟練的運(yùn)用匯編語(yǔ)言編寫(xiě)程序，會(huì)用相關(guān)的軟件對(duì)自己的程序進(jìn)行翻譯，并燒進(jìn)芯片中，要與對(duì)方接收機(jī)統(tǒng)一通信協(xié)議，要耐心的反復(fù)檢查、修改和調(diào)試，直到達(dá)到預(yù)期目的。 單片機(jī)串行通信發(fā)射機(jī)采用串行工作方式 ，發(fā)射并顯示兩位數(shù)字信息，既顯示00-99，使數(shù)據(jù)能夠在不同地方傳遞。硬件部分主要分兩大塊，由 AT89C51 和多個(gè)按鍵組成的控制模塊，包括時(shí)鐘電路、控制信號(hào)電路，時(shí)鐘采用 6MHZ 晶振和 30pF 的電容來(lái)組成內(nèi)部時(shí)鐘方式，控制信號(hào)用手動(dòng)開(kāi)關(guān)來(lái)控制， P1 口來(lái)控制， P2、 P3 口產(chǎn)生信號(hào)并通過(guò)共陽(yáng)極數(shù)碼管來(lái)顯示，軟件采用匯編語(yǔ)言來(lái)編寫(xiě)，發(fā)射程序在通信協(xié)議一致的情況下完成數(shù)據(jù)的發(fā)射，同時(shí)顯示程序?qū)Πl(fā)射的數(shù)據(jù)加以顯示。 畢業(yè)設(shè)計(jì)的目的是了解基本電路設(shè)計(jì)的流程，豐富自己的知識(shí)和理論，鞏固所學(xué)的知識(shí)，提高自己的動(dòng)手能力和實(shí)驗(yàn) 能力，從而具備一定的設(shè)計(jì)能力。 我做得的畢業(yè)設(shè)計(jì)注重于對(duì)單片機(jī)串行發(fā)射的理論的理解，明白發(fā)射機(jī)的工作原理，以便以后單片機(jī)領(lǐng)域的開(kāi)發(fā)和研制打下基礎(chǔ)，提高自己的設(shè)計(jì)能力，培養(yǎng)創(chuàng)新能力，豐富自己的知識(shí)理論，做到理論和實(shí)際結(jié)合。本課題的重要意義還在于能在進(jìn)一步層次了解單片機(jī)的工作原理，內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作狀態(tài)。理解單片機(jī)的接口技術(shù)，中斷技術(shù)，存儲(chǔ)方式，時(shí)鐘方式和控制方式，這樣才能更好的利用單片機(jī)來(lái)做有效的設(shè)計(jì)。 我的畢業(yè)設(shè)計(jì)分為兩個(gè)部分，硬件部分和軟件部分。硬件部分介紹：?jiǎn)纹瑱C(jī)串行通信發(fā)射機(jī)電路的設(shè)計(jì)，單片機(jī) AT89C51 的功能和其在電路的作用。介紹了 AT89C51的管腳結(jié)構(gòu)和每個(gè)管腳的作用及各自的連接方法。 AT89C51 與 MCS-51 兼容， 4K 字節(jié)可編程閃爍存儲(chǔ)器，壽命： 1000 次可擦，數(shù)據(jù)保存 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 RAM， 32 跟可編程 I/O 線，兩個(gè) 16 位定時(shí) /計(jì)數(shù)器， 5 個(gè)中斷源， 5 個(gè)可編程串行通道，低功耗的閑置和掉電模式，片內(nèi)震蕩和時(shí)鐘電路， P0 和 P1 可作為串行輸入口， P3 口因?yàn)槠涔苣_有特殊功能，可連接其他電路。例如 P3.0RXD 作為串行輸出口，其中時(shí)鐘電路采用內(nèi) 時(shí)鐘工作方式，控制信號(hào)采用手動(dòng)控制。數(shù)據(jù)的傳輸方式分為單工、半雙工、全雙工和多工工作方式；串行通信有兩種形式，異步和同步通信。介紹了串行串行口控制寄存器，電源管理寄存器PCON，中斷允許寄存器 IE，還介紹了數(shù)碼顯示管的工作方式、組成，共陽(yáng)極和共陰極數(shù)碼顯示管的電路組成，有動(dòng)態(tài)和靜態(tài)顯示兩種方式，說(shuō)明了不同顯示方法與單片機(jī)的連接。再后來(lái)還介紹了硬件的焊接過(guò)程，及在焊接時(shí)遇到的問(wèn)題和應(yīng)該注意的方面。硬件焊接好后的檢查電路、不裝芯片上電檢查及上電裝芯片檢查。軟件部分：在了解電路設(shè)計(jì)原理后，根據(jù)原理和目的畫(huà)出電路流 程圖，列出數(shù)碼顯示的斷碼表，計(jì)算波特率，設(shè)置串行口，在與接受機(jī)設(shè)置相同的通信協(xié)議的基礎(chǔ)上編寫(xiě)顯示和發(fā)射程序。編寫(xiě)完程序還要進(jìn)行編譯，這就必須會(huì)使用編譯軟件。介紹了編譯軟件的使用和使用過(guò)程中遇到的問(wèn)題，及在編譯后燒入芯片使用的軟件 PLDA，后來(lái)的加電調(diào)試，及遇到的問(wèn)題，在沒(méi)問(wèn)題后與接受機(jī)連接，發(fā)射數(shù)據(jù)，直到對(duì)方準(zhǔn)確接收到。在軟件調(diào)試過(guò)程中將詳細(xì)介紹調(diào)試遇到的問(wèn)題，例如：通信協(xié)議是否相同，數(shù)碼管是否與芯片連接對(duì)應(yīng)，計(jì)數(shù)器是否開(kāi)始計(jì)數(shù)等。 我 所設(shè)計(jì)的單片機(jī)串行接口 現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)展到 無(wú)線收發(fā) 的階段，本文參考無(wú)線發(fā)射西安石油大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 部分 就是參考 南華大學(xué)黃智偉、朱衛(wèi)華的單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用一文，該串行無(wú)線發(fā)射 電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠，可方便地在單片機(jī)與單片機(jī)之間，構(gòu)成一個(gè)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的無(wú)線串行數(shù)據(jù)傳輸通道 。 單片機(jī)無(wú)線串行接口電路由 MICRF102單片發(fā)射器芯片、 MICRF007 單片接收器芯片組成，工作在 300440 MHz ISM 頻段；具有 ASK 調(diào)制和解調(diào)能力，抗干擾能力強(qiáng)，適合工業(yè)控制應(yīng)用；采用 PLL 頻率合成技術(shù)，頻率穩(wěn)定性好；接收靈敏度高達(dá) 96 dBm，最大發(fā)射功率達(dá) 2.5 dBm；數(shù)據(jù)速率可達(dá) 2 Kb/s；低工作電壓 ： 4.755.5 V；功耗低，接收時(shí)電流 3 mA，發(fā)射時(shí)電流 7.75 mA，接收待機(jī)狀態(tài)僅為 0.5A，發(fā)射待機(jī)狀態(tài)僅為 1.0A；可用于單片機(jī)之間的串行數(shù)據(jù)無(wú)線傳輸，也可在單片機(jī)數(shù)據(jù)采集、遙測(cè)遙控等系統(tǒng)中應(yīng)用。 最后介紹了畢業(yè)設(shè)計(jì)做完后的結(jié)論以及自己的心得體會(huì) 。 西安石油大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 2 硬件 2.1 硬件的基本組成 ： 單片機(jī) 89C51、 6M 晶震、 30pF 電容、 22uf/10V 電容、 1K 電阻、共陽(yáng)極數(shù)碼顯示管、按鍵。 2.2 電路圖 （ 見(jiàn)附 錄 A） 2.3 硬件介紹 2.3.1 單片機(jī)概述 單片機(jī)也被稱作 “單 片微型計(jì)算機(jī) ”、 “微控制器 ”、 “嵌入式微控制器 ”。單片機(jī)一詞最初是源于 “Single Chip Microcomputer”,簡(jiǎn)稱 SCM。隨著 SCM 在技術(shù)上、體系結(jié)構(gòu)上不斷擴(kuò)展其控制功能，單片機(jī)已不能用 “單片微型計(jì)算機(jī) ”來(lái)表達(dá)其內(nèi)涵。國(guó)際上逐漸采用 “MCU”(Micro Controller Unit)來(lái)代替，形成了單片機(jī)界公認(rèn)的、最終統(tǒng)一的名詞。為了與國(guó)際接軌，以后應(yīng)將中文 “單片機(jī) ”一詞和 “MCU”唯一對(duì)應(yīng)解釋。在國(guó)內(nèi)因?yàn)?“單片機(jī) ”一詞已約定俗成，故而可繼續(xù)沿用。 2.3.1.1 單片機(jī)的發(fā)展歷史 如果 將 8 位單片機(jī)的推出作為起點(diǎn)，那么單片機(jī)的發(fā)展歷史大致可以分為以下幾個(gè)階段： 第一階段 （ 19761978） ：?jiǎn)纹瑱C(jī)的探索階段。以 Intel 公司的 MCS-48 為代表。MCS-48 的推出是在工控領(lǐng)域的探索，參與這一探索的公司還有 Motorola、 Zilog 等。都取得了滿意的效果。這就是 SCM 的誕生年代， “單片機(jī) ”一詞即由此而來(lái)。 第二階段（ 19781982）：?jiǎn)纹瑱C(jī)的完善階段。 Intel 公司在 MCS-48 基礎(chǔ)上推出了完善的、典型的單片機(jī)系列 MCS-51。 它在以下幾個(gè)方面奠定了典型的通用總線型單片機(jī)體系結(jié)構(gòu)。 1.完善的外部總線。 MCS-51 設(shè)置了經(jīng)典的 8 位單片機(jī)的總線結(jié)構(gòu)，包括 8 位數(shù)據(jù)總線、 16 位地址總線、控制總線及具有多機(jī)通信功能的串行通信接口。 2.CPU 外圍功能單元的集中管理模式。 3.體現(xiàn)工控特性的地址空間及位操作方式。 4.指令系統(tǒng)趨于豐富和完善，并且增加了許多突出控制功能的指令。 第三階段（ 19821990）： 8 位單片機(jī)的鞏固發(fā)展及 16 位單片機(jī)的推出階段，也是單片機(jī)向微控制器發(fā)展的階段。 Intel 公司推出的 MCS-96 系列單片機(jī)，將一些用于測(cè)控系統(tǒng)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器、程序運(yùn)行監(jiān)視器、脈寬調(diào)制器等納入片中 ，體現(xiàn)了單片機(jī)的微控制器特征。 第四階段（ 1990）：微控制器的全面發(fā)展階段。隨著單片機(jī)在各個(gè)領(lǐng)域全面、深入地發(fā)展和應(yīng)用，出現(xiàn)了高速、大尋址范圍、強(qiáng)運(yùn)算能力的 8 位 /16 位 /32 位通用型單片機(jī)，以及小型廉價(jià)的專用型單片機(jī)。 2.3.1.2 單片機(jī)的發(fā)展趨勢(shì) 目前，單片機(jī)正朝著高性能和多品種方向發(fā)展，今后單片機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)將是進(jìn)一步向著 CMOS 化、低功耗化、低電壓化、低噪聲與高可靠性、大容量化、高性能化、西安石油大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 小容量、低價(jià)格化、外圍電路內(nèi)裝化和串行擴(kuò)展技術(shù)。隨著半導(dǎo)體集成工藝的不斷發(fā)展，單片機(jī)的集成度將更高、體積將 更小和功能將更強(qiáng)。 2.3.1.3 單片機(jī)的特點(diǎn) 單片機(jī)主要有如下特點(diǎn)： 1.有優(yōu)異的性能價(jià)格比。 2.集成度高、體積小、有很高的可靠性。單片機(jī)把各功能部件集成在一塊芯片上，內(nèi)部采用總線結(jié)構(gòu)，減少了各芯片之間的連線，大大提高了單片機(jī)的可靠性和抗干擾能力。另外，其體積小，對(duì)于強(qiáng)磁場(chǎng)環(huán)境易于采取屏蔽措施，適合在惡劣環(huán)境 下工作。 3.制功能強(qiáng)。為了滿足工業(yè)控制的要求，一般單片機(jī)的指令系統(tǒng)中均有極豐富的轉(zhuǎn)移指令、 I/O 口的邏輯操作以及位處理功能。單片機(jī)的邏輯控制功能及運(yùn)行速度均高于同一檔次的微機(jī)。 4.低功耗、低電壓，便于生產(chǎn)便攜式產(chǎn)品。 5.外部總線增加了 I2C（ Inter-Integrated Circuit）及 SPI(Serial Peripheral Interface)等串行總線方式，進(jìn)一步縮小了體積，簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)。 6.單片機(jī)的系統(tǒng)擴(kuò)展和系統(tǒng)配置較典型、規(guī)范，容易構(gòu)成各種規(guī)模的應(yīng)用系統(tǒng)。 2.3.1.4 單片機(jī)的應(yīng)用 由于單片機(jī)具有顯著的優(yōu)點(diǎn)，它已成為科技領(lǐng)域的有力工具，人類生活的得力助手。它的應(yīng)用遍及各個(gè)領(lǐng)域，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面： 1.單片機(jī)在智能儀表中的應(yīng)用 2.單片機(jī)在機(jī)電一體化中的 應(yīng)用 3.單片機(jī)在實(shí)時(shí)控制中的應(yīng)用 4.單片機(jī)在分布式多機(jī)系統(tǒng)中的應(yīng)用 5.單片機(jī)在人類生活中的應(yīng)用 單片機(jī)已成為計(jì)算機(jī)發(fā)展和應(yīng)用的一個(gè)重要方面，另一方面，單片機(jī)應(yīng)用的重要意義還在于，它從根本上改變了傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想和設(shè)計(jì)方法。從前必須由模擬電路或數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)的大部分功能，現(xiàn)在已能通過(guò)單片機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)了。這種用軟件代替硬件的控制技術(shù)也稱為微控制技術(shù)，是對(duì)傳統(tǒng)控制技術(shù)的一次革命。 A：由單片機(jī)組成控制器的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)： 單片微型計(jì)算機(jī)是微型計(jì)算機(jī)發(fā)展中的一個(gè)重要分支，是把構(gòu)成一臺(tái)微型計(jì)算機(jī)的主要部件如中央處 理器 (CPU)、存儲(chǔ)器 (RAM/ROM)和各種功能 I/O 接口集成在一塊芯片上的單芯片微型計(jì)算機(jī) (Single Chip Micro Computer),簡(jiǎn)稱單片機(jī) .由于它的結(jié)構(gòu)與指令功能都是按工業(yè)控制要求設(shè)計(jì)的 ,且近年來(lái)單片機(jī)著力擴(kuò)展了各種控制功能如A/D、 PWM 等 ,因此我們更多時(shí)候稱其為一個(gè)單片形態(tài)的微控制器 (Single Chip Micro Controller),或直接稱其為微控制器 (Micro Controller)。 B：用單片機(jī)組成的微機(jī)控制系統(tǒng)具有以下特點(diǎn) : 1.受集成度限制 ,片內(nèi)存儲(chǔ)器容量 較小 ,一般片內(nèi) ROM 小于 48K 字節(jié) ,片內(nèi)RAM 小于 256 字節(jié) ;但可在外部進(jìn)行擴(kuò)展 ,如 MCS51 系列單片機(jī)的片外可擦可編程只讀存儲(chǔ)器 (EPROM)、靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器 (SRAM)可分別擴(kuò)展至 64K 字節(jié)。 2.可靠性高。單片機(jī)芯片本身是按工業(yè)控制環(huán)境要求設(shè)計(jì)的 ,其抗工業(yè)噪聲的能力優(yōu)于一般通用 CPU;程序指令及其常數(shù)、表格固化在 ROM 中不易破壞 ;常用信號(hào)通道均在一個(gè)芯片內(nèi) ,故可靠性高。 西安石油大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 3.易擴(kuò)展。片內(nèi)具有計(jì)算機(jī)正常運(yùn)行所必須的部件 ,芯片外部有許多供擴(kuò)展用的總線及并行、串行輸入 /輸出端口 ,很容易構(gòu)成各種規(guī)模的微機(jī) 控制系統(tǒng)。 4.控制功能強(qiáng)。為了滿足工業(yè)控制要求 ,單片機(jī)的指令系統(tǒng)中有極豐富的條件分支轉(zhuǎn)移指令、 I/O 口的邏輯操作以及位處理功能。一般來(lái)說(shuō) ,單片機(jī)的邏輯控制功能及運(yùn)行速度均高于同一檔次的微處理器。 5.一般的單片機(jī)內(nèi)無(wú)監(jiān)控程序或系統(tǒng)管理軟件 ,軟件開(kāi)發(fā)工作量大。但近年來(lái)已開(kāi)始出現(xiàn)了片內(nèi)固化有 BASIC 解釋程序及 FROTH 操作系統(tǒng)的單片機(jī) ,使單片機(jī)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)提高了一個(gè)新水平。 此外 ,單片機(jī)成本低、集成度高、控制功能多 ,可靈活地組裝成各種智能控制裝置 ,并能有針對(duì)性設(shè)計(jì)成專用系統(tǒng) ,解決從簡(jiǎn)單到復(fù)雜的各種需要 ,實(shí)現(xiàn)最 佳的性價(jià)比。特別是單片機(jī)與傳統(tǒng)機(jī)械產(chǎn)品相結(jié)合 ,使原有機(jī)械產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化、控制智能化。如數(shù)控機(jī)床就是典型實(shí)例。近年來(lái) ,單片機(jī)發(fā)展極快 ,其產(chǎn)量占微機(jī)產(chǎn)量的 70%以上。目前，至少有 50 個(gè)系列 400 余種機(jī)型，性能和結(jié)構(gòu)各不相同 ,INTEL、 MOTOROLA、 ZILCG等公司都有系列單片微型計(jì)算機(jī)。國(guó)內(nèi)普及的幾乎都是 INTEL 公司的產(chǎn)品。 2.3.2 AT89C51 單片機(jī)簡(jiǎn)介 AT89C51 是美國(guó) ATMEL 公司生產(chǎn)的低電壓，高性能的 CMOS8 位單片機(jī)片內(nèi)4Kbytes的可反復(fù)擦寫(xiě)的只讀程序存儲(chǔ)器（ PEROM）和 128bytes的隨機(jī)存儲(chǔ)器（ RAM），器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn) MCS-51 指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用 8 位中央處理器（ CPU）和 Flash 存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大。 AT89C51 單片機(jī)可為你提供許多高性價(jià)的應(yīng)用場(chǎng)合，可靈活的應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。 AT89C51 圖 2.1 單片機(jī) AT89C51 主要性能參數(shù) ： 與 MCS-51 產(chǎn)品指令系統(tǒng)的全兼容 4k 字節(jié)可重擦寫(xiě) Flash 閃速存儲(chǔ)器 1000 次可擦寫(xiě)周期 全靜態(tài)操作： 0Hz-24MHz 西安石油大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 三級(jí)加密程序存儲(chǔ)器 1288 字節(jié)內(nèi)部 RAM 32 個(gè)可編程 I/O 口線 2 個(gè) 16 位定時(shí) /計(jì)數(shù)器 6 個(gè)中斷源 可編程串行 UART 通道 低功耗空閑和掉電模式 2.3.2.1 AT89C51 功能特性描述： AT89C51 提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 4k 字節(jié) Flash 閃速存儲(chǔ)器， 128 字節(jié)內(nèi)部 RAM，32 個(gè) I/O 口線，兩個(gè) 16 位定時(shí) /計(jì)數(shù)器，一個(gè) 5 向量中斷結(jié)構(gòu)，一個(gè)全雙工串行通信口，片內(nèi)震蕩器及時(shí)鐘電路。同時(shí)， AT89C51 可降至 0Hz 的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件的可選的節(jié)電工作模式?？臻e方式停止 CPU 的工作，但允許 RAM， 定時(shí) /計(jì)數(shù)器，竄行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存 RAM 中的內(nèi)容，但震蕩器停止工作并禁止所有部件工作直到下一個(gè)硬件復(fù)位。 （ 1） AT89C51 引腳功能說(shuō)明： Vcc：電源電壓 GND：地 P0 口： PO 口是一組 8 位漏極開(kāi)路行雙向 I/O 口，也既地址 /數(shù)據(jù)總線復(fù)用口?？勺鳛檩敵隹谑褂脮r(shí)，每位可吸收電流的方式驅(qū)動(dòng) 8 個(gè) TTL 邏輯電路，對(duì)端口寫(xiě) “1”可作為高阻抗輸入輸入端用。在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這組口線分時(shí)轉(zhuǎn)換地址（低 8位）和數(shù)據(jù)總線復(fù)用，在訪問(wèn)期間激活內(nèi)部上拉電阻。在 Flash 編程時(shí)， PO 口接收指 令字節(jié)，而在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)，校驗(yàn)時(shí)，要求接上拉電阻。 P1 口： P1 口是一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P1 的輸入緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流） 4 個(gè) TTL 邏輯門(mén)電路。對(duì)端口寫(xiě) “1”，通過(guò)內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸出口。作輸入口時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)輸出一個(gè)電流（ I）。 Flash 編程和程序校驗(yàn)期間， P1 口接收 8 位地址。 P2 口： P2 口是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 的輸入緩沖極可以驅(qū)動(dòng)（輸入或輸出電流） 4 個(gè) TTL 邏輯門(mén)電路。對(duì)端口 “1”，通過(guò)內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)和作為輸出口，作輸出口時(shí)，因?yàn)榇嬖趦?nèi)部上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流。在訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器或 1 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（例如執(zhí)行 MOVXDPTR 指令）時(shí)， P2 口送出高 8 位地址數(shù)據(jù)。在訪問(wèn) 8 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（如執(zhí)行 MOVXRI 指令）時(shí)， P2 口線的內(nèi)容（也既特殊功能寄存器（ SFR）區(qū)中 R2 寄存器的內(nèi)容），在整個(gè)訪問(wèn)期間不改變。 Flash 編程或校驗(yàn)時(shí)， P2 亦接收高地址和其他控制信號(hào)。 P3 口： P3 口是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P1 的 輸入緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流） 4 個(gè) TTL 邏輯門(mén)電路。對(duì) P3 口寫(xiě)入 “1”時(shí)，它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可作為輸出端口。作輸出端口時(shí)，被外部拉低的 P3 口將用上拉電阻輸出電流。 P3 口除可作為一般的 I/O 口線外，更重要的用途是它的第二功能，如表 2.1 所示： P3 口還接收一些用于 Flas 閃速存儲(chǔ)器編程和程序校驗(yàn)的控制信號(hào) 西安石油大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 圖 2.2 AT89C51 方框圖 RST：復(fù)位輸出。當(dāng)震蕩器工作時(shí)， RST 引腳出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期以上高電平使機(jī)器復(fù)位。 ALE/ PROG 當(dāng)訪問(wèn)外部程 序存儲(chǔ)器或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)， ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低 8 位字節(jié)，即使不訪問(wèn)外部字節(jié)， ALE 仍時(shí)鐘震蕩頻率的1/6 輸出固定的正脈沖信號(hào)，因此它可對(duì)外輸出時(shí)鐘脈沖或用于定時(shí)目的。要注意的是：每次訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)將跳過(guò)一個(gè) ALE 脈沖。對(duì) Flash 存儲(chǔ)器編程期間，該引腳還要輸入編程脈沖（ PROG ）。如有必要，可通過(guò)對(duì)特殊功能寄存器（ SFR）區(qū)中的8EH 單元的 D0 位置位，可禁止 ALE 操作。該位置位后，只有一條 MOVX 和 MOVC指令可激活。此外，此引腳會(huì)被微弱拉高， 單片機(jī)執(zhí)行外部程序時(shí)，應(yīng)該置 ALE 無(wú)效。 PSEN ：程序存入允許（ PSEN ）輸出的是外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)，當(dāng) 西安石油大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 表 2.1 AT89C51 端口 AT89C51 由外部程序取指令（或數(shù)據(jù)）時(shí)，每個(gè)機(jī)器周期兩次 PSEN 有效，既輸出兩個(gè)脈沖。在此期間，當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，這兩次有效的 PSEN 信號(hào)不出現(xiàn)。 EA/VPP：外部訪問(wèn)允許。欲使 CPU 僅訪問(wèn)外部 程序存儲(chǔ)器（地址為0000H-FFFFH）， EA 端必須保持低電平（接地）。要注意的是：如果加密位 LB1 被編程，復(fù)位時(shí)內(nèi)部會(huì)鎖存 EA 端狀態(tài)。 Flash 存儲(chǔ)器編程時(shí)，該引腳加上 +12V 的編程允許電源 Vpp，當(dāng)然這必須是該器件是使用 12V 的編程電壓 Vpp。 XTAL1：震蕩器反向放大器及內(nèi)部時(shí)鐘的輸入端。 XAAL2：震蕩器反向放大器的輸出端。 時(shí)鐘震蕩器： AT89C51 中有一個(gè)構(gòu)成內(nèi)部震蕩器的高增益反向放大器，引腳XTAL1 和 XTAL2 分別是該放大器的輸入端和輸出端。這個(gè)放大器與作為反饋元件的片外石英或 陶瓷震蕩器一起構(gòu)成自激震蕩器震蕩電路如圖。外接石英晶體（或陶瓷震蕩器）及電容 C1、 C2 接在放大器的震蕩回路中構(gòu)成并聯(lián)震蕩電路。對(duì)外接電容 C1、C2 雖然沒(méi)有非常嚴(yán)格的要求，但電容的大小會(huì)輕微影響震蕩頻率的高低、震蕩工作的穩(wěn)定性、起震的難易程序及溫度穩(wěn)定性，如果使用石英晶體，推薦使用 30pF10pF，而如果使用陶瓷諧振器建議選擇 40pF10pF。用戶還可以采用外部時(shí)鐘，采用外部時(shí)鐘如圖所示。在這種情況下，外部時(shí)鐘脈沖接到 XTAL1 端，既內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端， XTAL2 懸空。 圖 2.3 內(nèi) 部震蕩電路 圖 2.4 外部震蕩電路 西安石油大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 由于外部時(shí)鐘信號(hào)是通過(guò)一個(gè) 2 分頻的觸發(fā)器后作為內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)的所以外部 表 2.2 AT89C51 寄存器 寄存器 內(nèi)容 寄存器 內(nèi)容 PC 0000H TMOD 00H ACC 00H TCOM 00H B 00H TH0 00H PSW 00H TLO 00H SP 07H TH1 00H0 DPTR 0000H TH1 00H P1P3 0FFH SCON 00H IP xxx00000 SBUF 不定 IE 0xxx00000 PCON 0xxx00000 時(shí)鐘的占空比沒(méi)有特殊要求，但最小高電平持續(xù)的時(shí)間和最大低電平持續(xù)的時(shí)間應(yīng)符合產(chǎn)品技術(shù)條件的要求。 Flash 閃速存儲(chǔ)器的編程： AT89C51 單片機(jī)內(nèi)部有 4K 字節(jié)的 Flash PEROM，這個(gè) Flash 存儲(chǔ)存儲(chǔ)陣列出廠時(shí)已處于擦除狀態(tài)（既所有存儲(chǔ)單元的內(nèi)容均為 FFH），用戶隨時(shí)可對(duì)其進(jìn)行編程。程序接收高電壓（ +12V）或低電壓（ Vcc）的允許編程信號(hào)。低電壓編程模式，適用與用戶在線編程系統(tǒng)。而高電平模式可與通用 EPROM 編程程序兼容。 編程方法： 編程前需設(shè) 置好地址、數(shù)據(jù)及控制信號(hào)，編程單元的地址就、加在 P1 口和 P2 口的P2.0P2.3（ 11 位地址范圍為 0000H0FFFH），數(shù)據(jù)從 P0 口輸入，引腳 P2.6、 P2.7和 P3.6、 P3.7 的電平設(shè)置見(jiàn)表。 PSEN 為低電平， RST 保持高電平， EA/Vp 引腳是編程電源的輸入端，按要求加上編程電壓， ALE/PROG 引腳輸入編程脈沖（負(fù)脈沖）編程時(shí)可采用 420MHz 的時(shí)鐘震蕩器 AT89C51 的編程方法如下： 1.0 在地址線上加上要編程單元的地址信號(hào)。 1.在數(shù)據(jù)線上加上要寫(xiě)入的數(shù)據(jù)字節(jié)。 2.激活相應(yīng)的控制信號(hào)。 3.在高電壓編程時(shí)，將 EA/Vpp 端加上 +1V 編程電壓。 4.每對(duì) Flash 存儲(chǔ)陣列寫(xiě)入一個(gè)字節(jié)，加上一個(gè) ALE/PROG 編程脈沖 。 （ 2） AT89C51 控制信號(hào) RST/VPD（ 9 腳）復(fù)位信號(hào)時(shí)鐘電路工作后，在引腳上出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期的高電平，芯片內(nèi)部進(jìn)行初始復(fù)位，復(fù)位后片內(nèi)存儲(chǔ)器的狀態(tài)如表所示， P1P3 口輸出高電平，初始值 07H 寫(xiě)入堆棧指針 SP、清 0 程序計(jì)數(shù)器 PC 和其余特殊功能寄存器，但始終不影響片內(nèi) RAM 狀態(tài)，只要該引腳保持高電平， 89C51 將循環(huán)復(fù)位， RAT/VPD從高電平到低電平單片機(jī)將從 0 號(hào)單元開(kāi)始執(zhí)行程序，另外該引腳還具有復(fù)用功能，只要將 VPD 接 +5V 備用電源，一旦 Vcc 電位突然降低或斷電，能保護(hù)片內(nèi) RAM 中的信息不丟失，恢復(fù)電后能正常工作。 AT89C81 通常采用上電自動(dòng)復(fù)位和開(kāi)關(guān)手動(dòng)復(fù)位，我們采用的是手動(dòng)復(fù)位開(kāi)關(guān)如圖所示： 西安石油大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 圖 3.4 手動(dòng)開(kāi)關(guān) 手動(dòng)開(kāi)關(guān)未按下之前，電容正極處于家電狀態(tài)，當(dāng)按鍵按下去后， VCC 與 GND導(dǎo)通，電容放電，從而實(shí)現(xiàn)放電。 2.4 單片機(jī)的串行接口 MCS-51 單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè) 全雙工的串行接收和發(fā)射緩沖器（ SBUFF），這兩個(gè)在物理上獨(dú)立的接收發(fā)射器， 即可以接收也可以發(fā)射數(shù)據(jù)，但接收緩沖器只可以讀出不能寫(xiě)入，而發(fā)送緩沖器只能寫(xiě)入不能讀出，它們的地址是 99H。這個(gè)通信口即可以用于網(wǎng)絡(luò)通信，亦可以實(shí)現(xiàn)串行異步通信，還可以構(gòu)成同步移位寄存器使用。如果在串行口的輸入輸出引腳上加上電平轉(zhuǎn)換器，就可以方便的構(gòu)成標(biāo)準(zhǔn)的 RS-232 接口。下面我們分別介紹。 2.4.1 基本概念 數(shù)據(jù)通信的傳輸方式：常用于數(shù)據(jù)通信的傳輸方式有單工、半雙工、全雙工和 工方式。 A 單工方式：數(shù)據(jù)僅按一個(gè)固定的方向傳送。因?yàn)檫@種傳輸方式的用途有限，常用于串行口的打印數(shù)據(jù)傳輸與簡(jiǎn)單系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)采 集。 B 雙工方式：數(shù)據(jù)可以實(shí)現(xiàn)雙向傳送，但不能同時(shí)進(jìn)行，實(shí)際的應(yīng)用采用某種協(xié)議實(shí)現(xiàn)收發(fā)開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換。 C 全雙工方式：允許雙方同時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)雙向傳送，但一般全雙工電路的線路和設(shè)備比較復(fù)雜。 D 多工方式：以上三種傳輸方式都是同一線路傳輸一種頻率信號(hào)，為了充分的利用線路資源，可通過(guò)使用多路復(fù)用器或多路集線器，采用頻分、時(shí)分、或碼分復(fù)用技術(shù)，即可實(shí)現(xiàn)在同一線路上資源共享功能，我們稱之為多工傳輸方式。 西安石油大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 串行通信的兩種通信形式 A. 異步通信 在這種通信方式中，接收器和發(fā)射器有各自的時(shí)鐘，他們的工作是非同步的，異步通信用一幀 來(lái)表示一個(gè)字符，其內(nèi)容如下：一個(gè)起始位，緊接著是若干個(gè)數(shù)據(jù)位，圖 是傳輸 45H 的數(shù)據(jù)格式。 B.同步通信 同步通信格式中，發(fā)送器和接收器由同一個(gè)時(shí)鐘源控制，為了克服在異步傳輸中，每傳輸一幀字符都必須加上起始位和停止位，占用了傳輸時(shí)間，在要求傳送的數(shù)據(jù)量較大的 C. 串行數(shù)據(jù)通信的傳輸速率： 串行數(shù)據(jù)傳輸率有兩個(gè)概念，既美秒傳送的位數(shù) bps(Bit per second)和美秒符號(hào)數(shù) -波特率（ Band rate） ,在具有調(diào)治解調(diào)器的通信中，波特率與調(diào)治速率有關(guān)。 2.4.2 MCS-51 的 串行和控制寄存器 2.4.2.1 串行口和控制寄存器 MCS-51 單片機(jī)串行口專用寄存器結(jié)構(gòu)如圖所示。 SBUF 為串行口的收發(fā)緩沖器，它是一個(gè)可尋址的專用寄存器，其中包含了接收器和發(fā)射器寄存器，可以實(shí)現(xiàn)全雙工通信。但這兩個(gè)寄存器具有同一地址（ 99H）。 MCS-51 的串行數(shù)據(jù)傳輸很簡(jiǎn)單，只要向緩沖器寫(xiě)入數(shù)據(jù)就可發(fā)送數(shù)據(jù)。而從接收緩沖器讀出數(shù)據(jù)既可接收數(shù)據(jù)。 此外，接收緩沖器前還加上一級(jí)輸入移位寄存器， MCS-51 這種結(jié)構(gòu)的目的在于接收數(shù)據(jù)時(shí)避免發(fā)生重疊現(xiàn)象，文獻(xiàn)稱這種結(jié)構(gòu)為雙緩沖結(jié)構(gòu)。而發(fā)送數(shù)據(jù)就不需要這樣設(shè) 計(jì)，因?yàn)榘l(fā)送時(shí)， CPU 是主動(dòng)的，不可能出現(xiàn)這種情況。 A：串行通信寄存器 在上一節(jié)我們已經(jīng)分析了 SCON 控制寄存器，它 是 一個(gè)可尋址的專用寄存器，用于串行數(shù)據(jù)通信的控制，單元地址是 98H，其結(jié)構(gòu)格式如下： 表 2.3 SCON 寄存器結(jié)構(gòu) 表 1 寄存器 SCON 結(jié)構(gòu) SCON D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 SM0 SM1 SM2 REN TB8 RB8 TI RI 位地址 9FH 9EH 8DH 9CH 9BH 9AH 99H 98H 下面我們對(duì)個(gè)控制位功能介紹如下： （ 1） SM0、 SM1：串行口工作方式控制位 SMO SM1 工作方式 功能說(shuō)明 西安石油大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 0 0 方式 0 移位寄存器方式（用于 I/O 擴(kuò)展） 0 1 方式 1 8 位 UART，波特率可變（ T1 溢出率 / n） 1 0 方式 2 9 位 UART，波特率為 fosc/64 或 fosc/32 1 1 方式 3 9 位 UART，波特率可變（ T1 溢出率 / n） （ 2） SM2：多機(jī)通信控制位 多機(jī)通信是工作方式 2 和方式 3， SM2 位主要用于方式 2 和方式 3。接收 狀態(tài)，當(dāng)串行口工作方式 2 或 3，以及 SM2=1 時(shí)，只有當(dāng)接收到第 9 位數(shù)據(jù)（ RB8）為 1 時(shí)，才把接收的前 8 位數(shù)據(jù)送入 SBUF，且置位 RI 發(fā)出中斷申請(qǐng)，否則會(huì)將收到的數(shù)據(jù)放棄。當(dāng) SM2=0 時(shí)，只有在接收到有效停止位時(shí)才啟動(dòng) RI，若沒(méi)接收到有效停止位，則 RI 清 “0”。在方式 0 中 SM2 應(yīng)該為 “0”。 REN：允許接收控制位。由軟件置 “1”時(shí)，允許接收；軟件置 “0”時(shí)，不許接收。 TB8：在方式 3 和方式 3 中要發(fā)送的第 9 位數(shù)據(jù) ，需要時(shí)用軟件置位和清零。 TB8：在方式 2 和方式 3 中是接收到的第 9 位數(shù)據(jù)。在方式 1 時(shí)，如 SM2=0，RB8 接收到的停止位。在方式 0 中，不使用 RB8。 TI：發(fā)送中斷標(biāo)志。由硬件在方式 0 發(fā)送完第 8 位時(shí)置 “1”，或在其它方式中串行發(fā)送停止位的開(kāi)始時(shí)置 “1”。必須由軟件清 “0”。 RI：接收中斷標(biāo)志。由硬件在方式 0 串行發(fā)射第 8 位結(jié)束時(shí)置 “1” B:特殊功能寄存器 PCON PCON：主要是是 CHMOS 型單片機(jī)的電源控制而設(shè)置的專用寄存器，單元地址為 87H 其機(jī)構(gòu)格式如下表： 表 3.4 特殊功能 寄存器 PCON PCON D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 位符號(hào) SMOD GF1 GF0 PD IDL 在 CHMOS 型單片機(jī)中，除 SMOD 位外其它位均為虛設(shè)的， SMOD 是串行波特率倍增位，當(dāng) SMOD=1 時(shí)串行口波特率加倍，系統(tǒng)復(fù)位默認(rèn)為 SMOD=0。 C：中斷允許寄存器 IE 中斷允許寄存器這里重述一下對(duì)串行口有影響的位 ES。 ES 為串行中斷允許控制位， ES=1 允許串行中斷， ES=0，禁止串行中斷。 西安石油大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 2.4.2.2 串行口工作方式 串行口具有 4 種工作方式，我從應(yīng)用和畢業(yè)設(shè)計(jì)的角度，重點(diǎn)討論方 式 1 發(fā)送。 串行口定義為方式 1 時(shí)傳送 1 幀數(shù)據(jù)為 10 位，其中 1 位起始地址、 8 位數(shù)據(jù)位（先低位后高位）、 1 位停止位方式 1 的波特率可變，波特率 = 32/2 SMOD (T1 的溢出率 ) 表 2.5 中斷允許寄存器 符號(hào) EA ES ET1 EX1 ETO EX0 位地址 AFH AEH ADH ACH ABH AAH A8H A8H 2.5