畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)基于單片機(jī)的電容測(cè)量?jī)x設(shè)計(jì)

1、基于單片機(jī)的電容測(cè)試儀設(shè)計(jì)前言目前，隨著電子工業(yè)的發(fā)展，電子元器件急劇增加，電子元器件的適用范圍也逐漸廣泛起來，在應(yīng)用中我們常常要測(cè)定電容的大小。在電子產(chǎn)品的生產(chǎn)和維修中，電容測(cè)量這一環(huán)節(jié)至關(guān)重要，一個(gè)好的電子產(chǎn)品應(yīng)具備一定規(guī)格年限的使用壽命。因此在生產(chǎn)這一環(huán)節(jié)中，對(duì)其產(chǎn)品的檢測(cè)至關(guān)重要，而檢測(cè)電子產(chǎn)品是否符合出產(chǎn)要求的關(guān)鍵在于檢測(cè)其內(nèi)部核心的電路，電路的好壞決定了電子產(chǎn)品的好與壞，而電容在基本的電子產(chǎn)品的集成電路部分有著其不可替代的作用。同樣，在維修人員在對(duì)電子產(chǎn)品的維修中，電路的檢測(cè)是最基本的，有時(shí)需要檢測(cè)電路中各個(gè)部件是否工作正常，電容器是否工作正常。因此，設(shè)計(jì)可靠，安全，便捷的電容測(cè)試

2、儀具有極大的現(xiàn)實(shí)必要性。1選題背景 1.1電容測(cè)試儀的發(fā)展歷史及研究現(xiàn)狀當(dāng)今電子測(cè)試領(lǐng)域，電容的測(cè)量已經(jīng)在測(cè)量技術(shù)和產(chǎn)品研發(fā)中應(yīng)用的十分廣泛。電容通常以傳感器形式出現(xiàn)，因此，電容測(cè)量技術(shù)的發(fā)展歸根結(jié)底就是電容傳感器的發(fā)展。由最初的用交流不平衡電橋就能測(cè)量基本的電容傳感器。最初的電容傳感器有變面積型，變介質(zhì)介電常數(shù)型和變極板間型?，F(xiàn)在的電容式傳感器越做越先進(jìn)，現(xiàn)在用的比較多的有容柵式電容傳感器，陶瓷電容壓力傳感器等。電容測(cè)量技術(shù)發(fā)展也很快現(xiàn)在的電容測(cè)量技術(shù)也由單一化發(fā)展為多元化?，F(xiàn)在國(guó)內(nèi)外做傳感器的廠商也比較多,在世界范圍內(nèi)做電容傳感器做的比較好的公司有：日本figaro、德國(guó)tecsis、美國(guó)

3、alphasense。中國(guó)本土測(cè)量?jī)x器設(shè)備發(fā)展的主要瓶頸。盡管本土測(cè)試測(cè)量產(chǎn)業(yè)得到了快速發(fā)展，但客觀地說中國(guó)開發(fā)測(cè)試測(cè)量?jī)x器還普遍比較落后。每當(dāng)提起中國(guó)測(cè)試儀器落后的原因，就會(huì)有許多不同的說法，諸如精度不高，外觀不好，可靠性差等。實(shí)際上，這些都還是表面現(xiàn)象，真正影響中國(guó)測(cè)量?jī)x器發(fā)展的瓶頸為：1.測(cè)試在整個(gè)產(chǎn)品流程中的地位偏低。由于人們的傳統(tǒng)觀念的影響，在產(chǎn)品的制造流程中，研發(fā)始終處于核心位置，而測(cè)試則處于從屬和輔助位置。關(guān)于這一點(diǎn)，在幾乎所有的研究機(jī)構(gòu)部門配置上即可窺其一斑。這種錯(cuò)誤觀念上的原因，造成整個(gè)社會(huì)對(duì)測(cè)試的重視度不夠，從而造成測(cè)試儀器方面人才的嚴(yán)重匱乏，造成相關(guān)的基礎(chǔ)科學(xué)研究比較薄弱

4、，這是中國(guó)測(cè)量?jī)x器發(fā)展的一個(gè)主要瓶頸。實(shí)際上，即便是研發(fā)隊(duì)伍本身，對(duì)測(cè)試的重視度以及對(duì)儀器本身的研究也明顯不夠。 2.面向應(yīng)用和現(xiàn)代市場(chǎng)營(yíng)銷模式還沒有真正建立起來。本土儀器設(shè)備廠商只是重研發(fā)，重視生產(chǎn)，重視狹義的市場(chǎng)，還沒有建立起一套完整的現(xiàn)代營(yíng)銷體系和面向應(yīng)用的研發(fā)模式。傳統(tǒng)的營(yíng)銷模式在計(jì)劃經(jīng)濟(jì)年代里發(fā)揮過很大作用，但無法滿足目前整體解方案流行年代的需求。所以，為了快速縮小與國(guó)外先進(jìn)公司之間的差距，國(guó)內(nèi)儀器研發(fā)企業(yè)應(yīng)加速實(shí)現(xiàn)從面向仿制的研發(fā)向面向應(yīng)用的研發(fā)的過渡。特別是隨著國(guó)內(nèi)應(yīng)用需求的快速增長(zhǎng)，為這一過渡提供了根本動(dòng)力，應(yīng)該利用這些動(dòng)力，跟蹤應(yīng)用技術(shù)的快速發(fā)展。3.缺乏標(biāo)準(zhǔn)件的材料配套體系

5、。由于歷史的原因，中國(guó)儀器配套行業(yè)的企業(yè)多為良莠不齊的小型企業(yè)，標(biāo)準(zhǔn)化的研究也沒有跟上需求的快速發(fā)展，從而導(dǎo)致儀器的材料配套行業(yè)的技術(shù)水平較低。雖然目前已有較大的改觀，但距離整個(gè)產(chǎn)業(yè)的要求還有一定距離，所以，還應(yīng)把標(biāo)準(zhǔn)化和模塊化的研究放到重要的位置。還有，在技術(shù)水平?jīng)]有達(dá)到的條件下，一味地追求精度或追求高指標(biāo)，而沒有處理好與穩(wěn)定性之間的關(guān)系。上述這些都是制約本土儀器發(fā)展的因素。近年來我國(guó)測(cè)量?jī)x器的可靠性和穩(wěn)定性問題得到了很多方面的重視，狀況有了很大改觀。測(cè)試儀器行業(yè)目前已經(jīng)越過低谷階段，重新回到了快速發(fā)展的軌道，尤其最近幾年，中國(guó)本土儀器取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，特別是通用電子測(cè)量設(shè)備研發(fā)方面，與國(guó)外

6、先進(jìn)產(chǎn)品的差距正在快速縮小，對(duì)國(guó)外電子儀器巨頭的壟斷造成了一定的沖擊。隨著模塊化和虛擬技術(shù)的發(fā)展，為中國(guó)的測(cè)試測(cè)量?jī)x器行業(yè)帶來了新的契機(jī)，加上各級(jí)政府日益重視，以及中國(guó)自主應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)研究的快速進(jìn)展，都在為該產(chǎn)業(yè)提供前所未有的動(dòng)力和機(jī)遇。從中國(guó)電子信息產(chǎn)業(yè)統(tǒng)計(jì)年鑒中可以看出，中國(guó)的測(cè)試測(cè)量?jī)x器每年都以超過30%以上的速度在快速增長(zhǎng)。在此快速增長(zhǎng)的過程中，無疑催生出了許多測(cè)試行業(yè)新創(chuàng)企業(yè)，也催生出了一批批可靠性和穩(wěn)定性較高的產(chǎn)品。1.2現(xiàn)今的電容測(cè)量技術(shù)手段電容器作為非常重要的一個(gè)電學(xué)元件在現(xiàn)代電子技術(shù)中有著非常廣泛的用途，電容定義為：電容器所帶的電荷量Q與電容器兩極板間的電勢(shì)差U的比值，即：。這種

7、原始的方法必須通過測(cè)量?jī)蓚€(gè)物理量來計(jì)算電容的大小，而其中的Q是比較難以測(cè)量的量。目前常用的兩種測(cè)量電容的實(shí)現(xiàn)方法：一是利用多諧震蕩產(chǎn)生脈沖寬度與電容值成正比信號(hào)，通過低通濾波后測(cè)量輸出電壓實(shí)現(xiàn)；二是利用單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)裝置產(chǎn)生與電容值成正比門脈沖來控制通過計(jì)數(shù)器的標(biāo)準(zhǔn)計(jì)數(shù)脈沖的通斷，即直接根據(jù)充放電時(shí)間判斷電容值。利用多諧震蕩原理測(cè)量電容的方案硬件設(shè)計(jì)比較簡(jiǎn)單，但是軟件實(shí)現(xiàn)相對(duì)比較復(fù)雜，而直接根據(jù)充放電時(shí)間判斷電容值的方案雖然基本上沒有用到軟件部分，但是硬件卻又十分的復(fù)雜。而且他們都無法直觀的把測(cè)量的電容值大小顯示出來。根據(jù)上面兩種方案的優(yōu)缺點(diǎn)，本次設(shè)計(jì)提出了硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)都相對(duì)比較簡(jiǎn)單的方案：

8、基于AT89C51單片機(jī)和555芯片的數(shù)顯式電容測(cè)量。該方案主要是根據(jù)555芯片的應(yīng)用特點(diǎn)，把電容的大小轉(zhuǎn)變成555輸出頻率的大小，進(jìn)而可以通過單片機(jī)對(duì)555輸出的頻率進(jìn)行測(cè)量。本方案的硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)都相對(duì)簡(jiǎn)單。2 基于單片機(jī)電容測(cè)量硬件設(shè)計(jì)2.1設(shè)計(jì)方案本次設(shè)計(jì)中考慮了三種設(shè)計(jì)方案，三種設(shè)計(jì)方案中主要區(qū)別在于硬件電路和軟件設(shè)計(jì)的不同，對(duì)于本設(shè)計(jì)三種方案均能夠?qū)崿F(xiàn)，最后根據(jù)設(shè)計(jì)要求、可行性和設(shè)計(jì)成本的考慮選擇了基于AT89C51單片機(jī)和555芯片構(gòu)成的多諧振蕩電路的測(cè)量的方案?，F(xiàn)在一一介紹論證如下：方案一、利用多諧振蕩原理測(cè)量電容測(cè)量原理如下圖所示。電容C電阻R和555芯片構(gòu)成一個(gè)多諧振蕩

9、電路。在電源剛接通時(shí)(K合上)，電容C上的電壓為零，多諧振蕩器輸出為高電平 通過R對(duì)電容C充電。當(dāng)C上沖得的電壓= 時(shí)，施密特觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)，變?yōu)榈碗娖剑珻又通過R放電，下降。當(dāng)= 時(shí)施密特觸發(fā)器又翻轉(zhuǎn)，輸出又變?yōu)楦唠娖剑绱送鶑?fù)產(chǎn)生震蕩波形。由理論分析可知 （1） （2） (3)令 （4）則 （5） （6）有式(6)和測(cè)得的校準(zhǔn)值測(cè)量值及存放的軟件中的標(biāo)準(zhǔn)電容值C可得出待測(cè)電容值。實(shí)際應(yīng)用中也可以通過測(cè)量和來算出V0LV0HVT+ CXC0K0K1555AT8 9C51LED數(shù)碼管圖1 電容測(cè)量原理圖VCVT-tV0t圖2 震蕩波形圖R測(cè)量誤差分析：由式(6)可以看出，經(jīng)過軟件校準(zhǔn)后得出的結(jié)果與

10、的值有關(guān)。這樣單片機(jī)晶振頻率的絕對(duì)精度，環(huán)境溫度的變化和電源電壓的絕對(duì)精度引起的誤差被消除。測(cè)量結(jié)果主要受標(biāo)準(zhǔn)電容的絕對(duì)精度影響，因此應(yīng)該選擇精度高、穩(wěn)定性好的；其他誤差來源包括周期測(cè)量的量化誤差，除法運(yùn)算產(chǎn)生的余數(shù)誤差，電源電壓的波動(dòng)造成諧振頻率偏移帶來的誤差，因此電路要用穩(wěn)壓性能好的穩(wěn)壓電源這種方法的利用了一個(gè)參考的電容實(shí)現(xiàn)，雖然硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，軟件實(shí)現(xiàn)卻相對(duì)比較復(fù)雜。方案二、直接根據(jù)充放電時(shí)間判斷電容值這種電容測(cè)量方法主要利用了電容的充放電特性，放電常數(shù)，通過測(cè)量與被測(cè)電容相關(guān)電路的充放電時(shí)間來確定電容值。一般情況下，可設(shè)計(jì)電路使( T為振蕩周期或觸發(fā)時(shí)間；A為電路常數(shù)與電路參數(shù)有關(guān))。這

11、種方法中應(yīng)用了555芯片組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，在秒脈沖的作用下產(chǎn)生觸發(fā)脈沖，來控制門電路實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)，從而確定脈沖時(shí)間，通過設(shè)計(jì)合理的電路參數(shù)，使計(jì)數(shù)值與被測(cè)電容相對(duì)應(yīng)。其原理框圖如圖3所示。 反向器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器顯示窄脈沖觸發(fā)器秒脈沖發(fā)生器譯碼器鎖存器記數(shù)器標(biāo)準(zhǔn)記數(shù)脈沖圖3 電路原理框圖誤差分析：這種電容測(cè)量方法的誤差主要由兩部分組成：一部分是由555芯片構(gòu)成的振蕩電路和觸發(fā)電路由于非線性造成的誤差，其中最重要的是單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路的非線性誤差，(T由充放電時(shí)間決定，是被測(cè)電容值)；另一部分是由數(shù)字電路的量化誤差引起，是數(shù)字電路特有的誤差該誤差相對(duì)影響較小，可忽略不計(jì)。這種方法硬件結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，實(shí)際上是

12、通過犧牲硬件部分來減輕軟件部分的負(fù)擔(dān)，但在具體設(shè)計(jì)中會(huì)碰到很大問題，而且硬件一旦設(shè)計(jì)好，可變性不大。方案三、基于AT89C51單片機(jī)和555芯片構(gòu)成的多諧振蕩電路電容測(cè)量 這種電容測(cè)量方法主要是通過一塊555芯片來測(cè)量電容，讓555芯片工作在直接反饋無穩(wěn)態(tài)的狀態(tài)下，555芯片輸出一定頻率的方波，其頻率的大小跟被測(cè)量的電容之間的關(guān)系是：，我們固定的大小，其公式就可以寫為：，只要我們能夠測(cè)量出555芯片輸出的頻率，就可以計(jì)算出測(cè)量的電容。計(jì)算頻率的方法可以利用單片機(jī)的計(jì)數(shù)器和中斷配合使用來測(cè)量，這種研究方法相當(dāng)?shù)暮?jiǎn)單。系統(tǒng)框圖見圖4。AT89C51 555晶振電路被測(cè)電容LCD1602顯示復(fù)位電路

13、測(cè)量按鍵圖4 系統(tǒng)框圖圖中給出了整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的系統(tǒng)框圖，系統(tǒng)主要由四個(gè)主要部分組成，單片機(jī)和晶振電路設(shè)計(jì)，555芯片電路設(shè)計(jì)，顯示電路設(shè)計(jì)，復(fù)位電路設(shè)計(jì)。2.2 硬件設(shè)計(jì)的任務(wù)AT89C51基本工作電路設(shè)計(jì)：使單片機(jī)正常工作；時(shí)鐘電路：為單片機(jī)提供時(shí)鐘信號(hào)；復(fù)位電路：為單片機(jī)提供高電平復(fù)位信號(hào)；555芯片電路：把電容的大小轉(zhuǎn)變成輸出頻率的大?。伙@示電路：顯示當(dāng)前測(cè)量電容的大??；按鍵電路：開始測(cè)量電容；2.3基于AT89C51電容測(cè)量系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)詳細(xì)分析2.3.1 AT89C51單片機(jī)工作電路本設(shè)計(jì)的核心是單片機(jī)電路，考慮到需要一個(gè)中斷輸入，存儲(chǔ)容量、外部接口對(duì)單片機(jī)端口的需要以及兼顧到節(jié)約成本

14、的原則，選用了常用的AT89C51單片機(jī)。AT89C51是低功耗、高性能、經(jīng)濟(jì)的8位CMOS微處理器，工作頻率為024MHz，內(nèi)置4K字節(jié)可編程只讀閃存，128x8位的內(nèi)部RAM，16位可編程IO總線。它采用Atmel公司的非易儲(chǔ)器制造技術(shù)，與MCS51的指令設(shè)置和芯片引腳可兼容。AT89C51可以按照常規(guī)方法進(jìn)行編程，也可以在線編程。其將通用的微處理器和Flash存儲(chǔ)器結(jié)合在一起，特別是可反復(fù)擦寫的Flash存儲(chǔ)器可有效地降低開發(fā)成本。AT89C51工作的最簡(jiǎn)單的電路是其外圍接一個(gè)晶振和一個(gè)復(fù)位電路，給單片機(jī)接上電源和地，單片機(jī)就可以工作了。其最簡(jiǎn)單的工作原理圖如下圖。圖5 AT89C51單

15、片機(jī)工作電路2.3.2 基于AT89C51電容測(cè)量系統(tǒng)復(fù)位電路MCS-51的復(fù)位是由外部的復(fù)位電路來實(shí)現(xiàn)的。MCS-51單片機(jī)片內(nèi)復(fù)位，復(fù)位引腳RST通過一個(gè)斯密特觸發(fā)器用來抑制噪聲，在每個(gè)機(jī)器周期的S5P2，斯密特觸發(fā)器的輸出電平由復(fù)位電路采樣一次，然后才能得到內(nèi)部復(fù)位操作所需要的信號(hào)。復(fù)位電路通常采用上電自動(dòng)復(fù)位和按鈕復(fù)位兩種方式。上電自動(dòng)復(fù)位是通過外部復(fù)位電路的電容充電來實(shí)現(xiàn)的。只要Vcc的上升時(shí)間不超過1ms，就可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)上電復(fù)位。除了上電復(fù)位外，有時(shí)還需要按鍵手動(dòng)復(fù)位。按鍵手動(dòng)復(fù)位有電平方式和脈沖方式兩種。其中電平復(fù)位是通過RST端經(jīng)電阻與電源Vcc接通而實(shí)現(xiàn)的。按鍵脈沖復(fù)位則是利

16、用RC微分電路產(chǎn)生的正脈沖來實(shí)現(xiàn)的。圖6 上電復(fù)位電路上圖兼有上電復(fù)位和按鈕復(fù)位的電路。在單片機(jī)設(shè)計(jì)中，若有外部擴(kuò)展的I/O接口電路需初始復(fù)位，如果它們的復(fù)位端和MCS-51單片機(jī)的復(fù)位端相連，復(fù)位電路中的R、C參數(shù)要受到影響，這時(shí)復(fù)位電路中的R、C參數(shù)要統(tǒng)一考慮以保證可靠的復(fù)位。如果單片機(jī)MCS-51單片機(jī)與外圍I/O接口電路的復(fù)位電路和復(fù)位時(shí)間不完全一致，使單片機(jī)初始化程序不能正常運(yùn)行，外圍I/O接口電路的復(fù)位也可以不和MCS-51單片機(jī)復(fù)位端相連，僅采用獨(dú)立的上電復(fù)位電路。一般來說，單片機(jī)的復(fù)位速度比外圍I/O快些。若RC上電復(fù)位電路接MCS-51單片機(jī)和外圍電路復(fù)位端，則能使系統(tǒng)可靠地

17、同步復(fù)位。為保證系統(tǒng)可靠復(fù)位，在初始化程序中應(yīng)用到一定的復(fù)位延遲時(shí)間。復(fù)位電路軟件程序跑飛或者硬件發(fā)生錯(cuò)誤的時(shí)候產(chǎn)生一個(gè)復(fù)位信號(hào)，控制MCS-51單片機(jī)從0000H單元開始執(zhí)行程序，重新執(zhí)行軟件程序。此電路的輸出端RESET接在單片機(jī)的復(fù)位引腳。2.3.3 基于AT89C51電容測(cè)量系統(tǒng)時(shí)鐘電路時(shí)鐘在單片機(jī)中非常重要，單片機(jī)各功能部件的運(yùn)行都是以時(shí)鐘頻率為基準(zhǔn)。時(shí)鐘頻率直接影響單片機(jī)的速度，時(shí)鐘電路的質(zhì)量也直接影響單片機(jī)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。常用的時(shí)鐘電路有兩種方式，一種是內(nèi)部時(shí)鐘方式，另一種為外部時(shí)鐘方式。內(nèi)部時(shí)鐘方式：內(nèi)部時(shí)鐘方式電路圖如下圖所示。圖7 內(nèi)部時(shí)鐘電路MCS-51單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)用與

18、構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器，該高增益反相放大器的輸入端為芯片引腳XTAL1，輸出端為引腳XTAL2。這兩個(gè)引腳接石英晶體振蕩器和微調(diào)電容，就構(gòu)成一個(gè)穩(wěn)定的自激振蕩器電路。電路中的電容C1和C2典型值通常選擇為30PF左右。對(duì)外接電容的值雖然沒有嚴(yán)格的要求，但是電容的大小會(huì)影響振蕩器頻率的高低、振蕩器的穩(wěn)定性和起振的快速性。晶體的振蕩頻率的范圍通常是在1.2MHz12MHz之間。晶體的頻率越高，則系統(tǒng)的時(shí)鐘頻率也就越高，單片機(jī)的運(yùn)行速度也就越快。為了提高溫度穩(wěn)定性，應(yīng)采用溫度穩(wěn)定性能好的NPO高頻電容。MCS-51單片機(jī)常選擇振蕩頻率6MHz或12MHz的石英晶體。外部時(shí)鐘方式：外部時(shí)鐘方式電

19、路圖如下圖所示。圖8 外部時(shí)鐘電路外部時(shí)鐘方式是使用外部振蕩脈沖信號(hào)，常用于多片MCS-51單片機(jī)同時(shí)工作，以便于同步。對(duì)外部脈沖信號(hào)只要求高電平的持續(xù)時(shí)間大于20us，一般為低于12MHz的方波。外部的時(shí)鐘源直接接到XTAL2端，直接輸入到片內(nèi)的時(shí)鐘發(fā)生器上。由于XTAL2的邏輯電平不是TTL的，因此要外接一個(gè)4.7k10k的上拉電阻。這次的設(shè)計(jì)采用MCS-51的內(nèi)部時(shí)鐘方式。因?yàn)橥獠繒r(shí)鐘方式是用外部振蕩脈沖信號(hào)，用于多片MCS-51單片機(jī)同時(shí)工作。在這次設(shè)計(jì)中只用一個(gè)MCS-51單片機(jī)，不需要振蕩脈沖信號(hào)。2.3.4 基于AT89C51電容測(cè)量系統(tǒng)按鍵電路按鍵是實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話的比較直觀的接口

20、，可以通過按鍵實(shí)現(xiàn)人們想讓單片機(jī)做的不同的工作。鍵盤是一組按鍵的集合，鍵是一種常開型開關(guān)，平時(shí)按鍵的兩個(gè)觸點(diǎn)處于斷開狀態(tài)，按下鍵是它們閉合。鍵盤分編碼鍵盤和非編碼鍵盤，案件的識(shí)別由專用的硬件譯碼實(shí)現(xiàn)，并能產(chǎn)生鍵編號(hào)或鍵值的稱為編碼鍵盤，而缺少這種鍵盤編碼電路要靠自編軟件識(shí)別的稱為非編碼鍵盤。在單片機(jī)組成的電路系統(tǒng)及智能化儀器中，用的更多的是非編碼鍵盤。圖9就是一種比較典型的按鍵電路，在按鍵沒有按下的時(shí)候，輸出的是高電平，當(dāng)按鍵按下去的時(shí)候，輸出的低電平。圖9 按鍵電路2.3.5 基于AT89C51電容測(cè)量系統(tǒng)555芯片電路555芯片電路是一種將模擬功能與邏輯功能巧妙結(jié)合在同一硅片上的組合集成電

21、路。它設(shè)計(jì)新穎，構(gòu)思奇巧，用途廣泛，備受電子專業(yè)設(shè)計(jì)人員和電子愛好者的青睞，人們將其戲稱為偉大的小IC。1972年，美國(guó)西格尼蒂克斯公司(Signetics)研制出Tmer NE555雙極型時(shí)基電路，設(shè)計(jì)原意是用來取代體積大,定時(shí)精度差的熱延遲繼電器等機(jī)械式延遲器。但該器件投放市場(chǎng)后，人們發(fā)現(xiàn)這種電路的應(yīng)用遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出原設(shè)計(jì)的使用范圍，用途之廣幾乎遍及電子應(yīng)用的各個(gè)領(lǐng)域，需求量極大。美國(guó)各大公司相繼仿制這種電路 1974年西格尼蒂克斯公司又在同一基片上將兩個(gè)雙極型555單元集成在一起，取名為NF556。1978年美國(guó)英特錫爾(Intelsil)研制成功CMOS型時(shí)基電路ICM555 ICM556,

22、后來又推出將四個(gè)時(shí)基電路集成在一個(gè)芯片上的四時(shí)基電路558 由于采用CMOS型工藝和高度集成，使時(shí)基電路的應(yīng)用從民用擴(kuò)展到火箭、導(dǎo)彈、衛(wèi)星、航天等高科技領(lǐng)域。在這期間，日本、西歐等各大公司和廠家也競(jìng)相仿制、生產(chǎn)。盡管世界各大半導(dǎo)體或器件公司、廠家都在生產(chǎn)各自型號(hào)的555556時(shí)基電路，但其內(nèi)部電路大同小異，且都具有相同的引出功能端。555電路，也稱555芯片電路，是一種中規(guī)模集成電路。它具有功能強(qiáng)、使用靈活、適用范圍寬的特點(diǎn)。通常只要外接少量幾個(gè)元件，就可構(gòu)成各種不同用途的脈沖電路以及許多實(shí)用電路，如多諧振蕩器、單穩(wěn)態(tài)電路及施密特觸發(fā)器等等。從而能夠?qū)崿F(xiàn)振蕩、定時(shí)、調(diào)光、調(diào)壓、調(diào)速等。555集

23、成電路有雙極型和CMOS兩種。CMOS型的優(yōu)點(diǎn)是功耗低、電源電壓低、輸入阻抗高。對(duì)于初學(xué)者來說，可以把555電路等效看成一個(gè)帶放電開關(guān)的RS觸發(fā)器，這個(gè)特殊的觸發(fā)器有兩個(gè)輸入端：閾值端TH可看成是置零端R，要求高電平，觸發(fā)端R可看成置位端低電平有效。它只有一個(gè)輸出端Vo，Vo可等效為觸發(fā)器的Q端。放電端DIS可看成由內(nèi)部放電開關(guān)控制的一個(gè)接點(diǎn)，放電開關(guān)由觸發(fā)器的端控制：Q=1時(shí)DIS端接地；Q=0時(shí)，DIS端懸空。此外，這個(gè)觸發(fā)器還有復(fù)位端MR加上低電平(<03V)時(shí)可使輸出為低電平。該特殊的RS觸發(fā)器有兩個(gè)輸入端，這兩個(gè)輸入端的觸發(fā)電平要求一高一低，其中置零端R即閾值端TH要求高電平，

24、置位端即觸發(fā)端則要求低電平，也就是使它們翻轉(zhuǎn)的閾值電壓值不同。當(dāng)VK端不接控制電壓時(shí)，對(duì)TH端(即R端)來講，大于23VDD是高電平1，小于23VDD時(shí)是低電平0；而對(duì)TR端(即端)來講，大于13VDD是高電平1，小于13VDD是低電平O。555芯片電路的應(yīng)用電路很多，如：多個(gè)單穩(wěn)、多個(gè)雙穩(wěn)、單穩(wěn)和無穩(wěn)，雙穩(wěn)和無穩(wěn)的組合等。在實(shí)際應(yīng)用中，除了單一品種的電路外，還可組合出很多不同電路。本次設(shè)計(jì)中應(yīng)用的電路是直接反饋型無穩(wěn)類電路。電路如圖10所示。圖10 555芯片電路555芯片芯片輸出的頻率為，只要我們改變電阻R，就可以達(dá)到改變電阻量程的目的，圖中提供了四組電阻，所以說有四組的電容測(cè)量量程，每個(gè)

25、量程之間的跨度是10倍的關(guān)系。在555芯片輸出方波后，由于硬件的原因，輸出的方波會(huì)有很多毛刺，為了去除這些毛刺本設(shè)計(jì)中使用了一個(gè)兩輸入與門（74HC08），讓信號(hào)通過74HC08后會(huì)使輸出的波形毛刺減少很多，使單片機(jī)的測(cè)量結(jié)果變得精確。 圖11 74HC08電路沒有加74HC08之前輸出的波形如下 圖12 沒加74HC08輸出波形 加了74HC08之后的輸出波形如下 圖13 加了74HC08輸出波形二者的比較如下圖14 二者的比較2.3.6 基于AT89C51電容測(cè)量系統(tǒng)顯示電路LCD以其微功耗、體積小、顯示內(nèi)容豐富、超薄輕巧的諸多優(yōu)點(diǎn)，在袖珍式儀表和低功耗應(yīng)用系統(tǒng)中得到越來越廣泛的應(yīng)用。這里

26、介紹的字符型液晶模塊是一種用5x7點(diǎn)陣圖形來顯示字符的液晶顯示器，根據(jù)顯示的容量可以分為1行16個(gè)字、2行16個(gè)字、2行20個(gè)字等等，這里我們使用的是2行16個(gè)字的1602液晶模塊。圖15 LCD1602引腳圖1602 采用標(biāo)準(zhǔn)的16腳接口，其中:第1腳：VSS為地電源第2腳：VDD接5V正電源第3腳：V0為液晶顯示器對(duì)比度調(diào)整端，接正電源時(shí)對(duì)比度最弱，接地電源時(shí)對(duì)比度最高，對(duì)比度過高時(shí)會(huì)產(chǎn)生“鬼影”，使用時(shí)可以通過一個(gè)10K 的電位器調(diào)整對(duì)比度第4 腳：RS為寄存器選擇，高電平時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時(shí)選擇指令寄存器。第5腳：RW為讀寫信號(hào)線， 高電平時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平時(shí)進(jìn)行寫操作。當(dāng)RS

27、和RW共同為低電平時(shí)可以寫入指令或者顯示地址，當(dāng)RS為低電平RW為高電平時(shí)可以讀忙信號(hào)，當(dāng)RS為高電平RW 為低電平時(shí)可以寫入數(shù)據(jù)。第6 腳：E端為使能端，當(dāng)E端由高電平跳變成低電平時(shí)，液晶模塊執(zhí)行命令。第714腳：D0D7為8位雙向數(shù)據(jù)線。第1516腳：空腳1602液晶模塊內(nèi)部的字符發(fā)生存儲(chǔ)器（CGROM)已經(jīng)存儲(chǔ)了160個(gè)不同的點(diǎn)陣字符圖形，如表1所示，這些字符有：阿拉伯?dāng)?shù)字、英文字母的大小寫、常用的符號(hào)、和日文假名等，每一個(gè)字符都有一個(gè)固定的代碼，比如大寫的英文字母“A”的代碼是01000001B（41H），顯示時(shí)模塊把地址41H 中的點(diǎn)陣字符圖形顯示出來，我們就能看到字母“A”表1 C

28、GROM和CGRAM中字符代碼與字符圖形對(duì)應(yīng)關(guān)系1602液晶模塊內(nèi)部的控制器共有11 條控制指令，其控制命令如下表所示。表2 LCD1602內(nèi)部11條控制指令它的讀寫操作、屏幕和光標(biāo)的操作都是通過指令編程來實(shí)現(xiàn)的。（說明：1 為高電平、0 為低電平）指令1：清顯示，指令碼01H,光標(biāo)復(fù)位到地址00H位置指令2：光標(biāo)復(fù)位，光標(biāo)返回到地址00H指令3：光標(biāo)和顯示模式設(shè)置I/D：光標(biāo)移動(dòng)方向，高電平右移，低電平左移S:屏幕上所有文字是否左移或者右移。高電平表示有效，低電平則無效指令4：顯示開關(guān)控制。D：控制整體顯示的開與關(guān)，高電平表示開顯示，低電平表示關(guān)顯示C：控制光標(biāo)的開與關(guān)，高電平表示有光標(biāo)，低

29、電平表示無光標(biāo)B：控制光標(biāo)是否閃爍，高電平閃爍，低電平不閃爍指令5：光標(biāo)或顯示移位S/C：高電平時(shí)移動(dòng)顯示的文字，低電平時(shí)移動(dòng)光標(biāo)指令6：功能設(shè)置命令DL：高電平時(shí)為4位總線，低電平時(shí)為8位總線N：低電平時(shí)為單行顯示，高電平時(shí)雙行顯示F低電平時(shí)顯示5x7的點(diǎn)陣字符，高電平時(shí)顯示5x10的點(diǎn)陣字符（有些模塊是 DL：高電平時(shí)為8位總線，低電平時(shí)為4位總線）指令7：字符發(fā)生器RAM地址設(shè)置指令8：DDRAM地址設(shè)置指令9：讀忙信號(hào)和光標(biāo)地址BF：為忙標(biāo)志位，高電平表示忙，此時(shí)模塊不能接收命令或者數(shù)據(jù)，如果為低電平表示不忙。指令10：寫數(shù)據(jù)指令11：讀數(shù)據(jù)LCD1602液晶顯示模塊可以和單片機(jī)AT8

30、9C51直接接口，電路如下圖所示。圖16 LCD1602與AT89C51連接圖液晶顯示模塊是一個(gè)慢顯示器件，所以在執(zhí)行每條指令之前一定要確認(rèn)模塊的忙標(biāo)志為低電平，表示不忙，否則此指令失效。要顯示字符時(shí)要先輸入顯示字符地址，也就是告訴模塊在哪里顯示字符，下表是LCD1602的內(nèi)部顯示地址表3 LCD1602內(nèi)部顯示地址圖17 LCD1602顯示電路2.4 各部分電路連接成整個(gè)電路圖當(dāng)各個(gè)部分的電路設(shè)計(jì)完成后，下面的工作就是組合成一個(gè)總的電路圖?，F(xiàn)今用的最多的電路設(shè)計(jì)軟件就是Proteus，Proteus軟件是英國(guó)Labcenter electronics公司出版的EDA工具軟件。它不僅具有其它E

31、DA工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機(jī)及外圍器件。它是目前最好的仿真單片機(jī)及外圍器件的工具。雖然目前國(guó)內(nèi)推廣剛起步，但已受到單片機(jī)愛好者、從事單片機(jī)教學(xué)的教師、致力于單片機(jī)開發(fā)應(yīng)用的科技工作者的青睞。Proteus是世界上著名的EDA工具(仿真軟件)，從原理圖布圖、代碼調(diào)試到單片機(jī)與外圍電路協(xié)同仿真，一鍵切換到PCB設(shè)計(jì)，真正實(shí)現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的完整設(shè)計(jì)。是目前世界上唯一將電路仿真軟件、PCB設(shè)計(jì)軟件和虛擬模型仿真軟件三合一的設(shè)計(jì)平臺(tái)，其處理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等，目前已增加Cortex和

32、DSP系列處理器，并持續(xù)增加其他系列處理器模型。在編譯方面，它也支持IAR、Keil和MPLAB等多種編譯器。圖18 總電路圖3 基于單片機(jī)電容測(cè)量軟件設(shè)計(jì)3.1 軟件設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)是一個(gè)創(chuàng)造性的過程，對(duì)一些設(shè)計(jì)者來說需要一定的資質(zhì)，而最后設(shè)計(jì)通常都是由一些初步設(shè)計(jì)演變而來的。從書本上學(xué)不會(huì)設(shè)計(jì)，只能經(jīng)過實(shí)踐，通過對(duì)實(shí)際系統(tǒng)的研究和實(shí)踐才能學(xué)會(huì)。對(duì)于高效的軟件工程，良好的設(shè)計(jì)是關(guān)鍵，一個(gè)設(shè)計(jì)得好的軟件系統(tǒng)應(yīng)該是可直接實(shí)現(xiàn)和易于維護(hù)、易懂和可靠的。設(shè)計(jì)得不好的系統(tǒng)，盡管可以工作，但很可能維護(hù)起來費(fèi)用昂貴、測(cè)試?yán)щy和不可靠，因此，設(shè)計(jì)階段是軟件開發(fā)過程中最重要的階段。直到最近，軟件設(shè)計(jì)在很大程度上仍

33、是一個(gè)特定過程。一般用自然語言給定一個(gè)需求集，預(yù)先作非正式設(shè)計(jì)，常常用流程圖的形式說明，接著開始編碼，當(dāng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)時(shí)設(shè)計(jì)還需修改。當(dāng)實(shí)現(xiàn)階段完成后，設(shè)計(jì)往往已與起初形式相去甚遠(yuǎn)以至于設(shè)計(jì)的原始文檔完全不適合對(duì)系統(tǒng)的描述。3.2 軟件設(shè)計(jì)任務(wù) 軟件設(shè)計(jì)主要是針對(duì)硬件設(shè)計(jì)里面的控制部分的，這里指AT89C51單片機(jī)，一般的單片機(jī)均可用匯編語言和C語言進(jìn)行編程。C語言直觀，相對(duì)比較的簡(jiǎn)單，但占用的程序存儲(chǔ)器的內(nèi)存比較大，匯編語言是針對(duì)硬件設(shè)計(jì)的語言，如果想用匯編語言設(shè)計(jì)的話必須要對(duì)硬件有很大的了解，相對(duì)C語言就比較的復(fù)雜，但是比較的精簡(jiǎn)，占用的程序存儲(chǔ)器的空間比較的小。作為還在學(xué)生階段的我們，用匯編語

34、言進(jìn)行編程對(duì)我們理解單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、資源都有很好的幫助，但是C語言編程在以后的實(shí)際工作中將會(huì)大大簡(jiǎn)化自己的工作。因此本論文的程序都是基于C語言的。要完成的任務(wù)是：初始化程序設(shè)計(jì)、按鍵程序設(shè)計(jì)、中斷處理程序，計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)程序，顯示程序設(shè)計(jì)等。3.3 軟件設(shè)計(jì)的工具本次畢業(yè)設(shè)計(jì)所選用Keil C51中的編譯/連接器軟件Keil uVision2作為編譯器/連接工具。3.4 程序設(shè)計(jì)算法設(shè)計(jì) 整個(gè)程序設(shè)計(jì)過程中遇到的最大的問題的如何根據(jù)測(cè)量到的方波的頻率來計(jì)算所測(cè)量的電容的大小。在前面的介紹中我們知道：555時(shí)基芯片的輸出頻率跟所使用的電阻R和電容C的關(guān)系是：又因?yàn)?，所?(7)即： (8)如果單片

35、機(jī)采用12M的晶振，計(jì)數(shù)器T0的值增加1，時(shí)間就增加1S，我們采用中斷的方式來啟動(dòng)和停止計(jì)數(shù)器T0，中斷的觸發(fā)方式為脈沖下降沿觸發(fā)，第一次中斷到來啟動(dòng)T0，計(jì)數(shù)器的值為，第二次中斷到來停止T0，計(jì)數(shù)器器的值為，則測(cè)量方波的周期為，如何開始時(shí)刻計(jì)數(shù)器的值，則。簡(jiǎn)單時(shí)序圖如下。T555輸出的方波啟動(dòng)T0停止T0圖19 時(shí)序圖則： (9)單片機(jī)的計(jì)數(shù)器的值N=0-65535，為了測(cè)量的精度，N的取值一般在1005000，當(dāng)電阻R越大，電容C的值就越小。我們?nèi)〔煌碾娮柚?，就得到不同的電容測(cè)量的量程。第一檔： 150uF第二檔： 0.15 uF第三檔： 0.010.5 uF第四檔： 0.0010.05

36、 uF為了編寫程序的方便，我們只計(jì)算，后面的單位可以根據(jù)使用的量程自行添加。測(cè)量范圍的大小0.001uF655.35uF。3.5 軟件設(shè)計(jì)流程流程圖是一種傳統(tǒng)的算法表示法，它利用幾何圖形的框來代表各種不同性質(zhì)的操作，用流程線來指示算法的執(zhí)行方向。由于它簡(jiǎn)單直觀，所以應(yīng)用廣泛，特別是在早期語言階段，只有通過流程圖才能簡(jiǎn)明地表述算法，流程圖成為程序員們交流的重要手段。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)在軟件設(shè)計(jì)方面的難度是有點(diǎn)大。圖20為整個(gè)程序設(shè)計(jì)的流程。T0，INT0初始化啟動(dòng)555有無中斷有無按鍵有無中斷啟動(dòng)計(jì)數(shù)器T0停止計(jì)數(shù)器T0計(jì)算電容的大小顯示電容值有無按鍵NYnNYNYNY圖20 程序設(shè)計(jì)流程圖3.6 編

37、寫程序有了前面的對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的分析后畫出的流程圖，下面的工作就是根據(jù)流程圖編寫程序。編寫程序是一個(gè)相當(dāng)復(fù)雜的過程，要求編程人員具有很強(qiáng)邏輯思維，而且要在對(duì)整個(gè)系統(tǒng)工作原理相當(dāng)熟悉的基礎(chǔ)上面才能完成任務(wù)。在編寫程序的時(shí)候要養(yǎng)成作注釋的習(xí)慣，這樣既利于自己以后的修改，又利于以后程序的維護(hù)。尤其是使用C語言編寫程序的時(shí)候更是要注釋，因?yàn)镃語言是一門比較高級(jí)的語言，C語言比較的煩瑣。當(dāng)然編寫程序遇到困難的時(shí)候還需要很大技巧。根據(jù)上面的流程圖，編寫程序：#include "reg51.h"#include"intrins.h"/庫函數(shù)#define DATA P0s

38、bit RW=P21;/1602寫數(shù)據(jù)sbit RS=P20;/1602寫地址sbit EN=P22; /1602工作使能sbit b_test=P37; /開始測(cè)量電容的按鍵輸入sbit _reset=P35; /555時(shí)基芯片工作控制信號(hào)unsigned int T_flag,N,C,i,Dis1,Dis0;unsigned int b6=0X13,0X0D,0X00,0X00,0X25,0X16; /顯示C=00UF/*延時(shí)1MS*/void Delay1ms(unsigned int mm)unsigned int i; for(mm;mm>0;mm-) for(i=100;i&

39、gt;0;i-);/*檢查忙否*/void Checkstates() unsigned char dat; RS=0; RW=1; doEN=1;/下降沿 _nop_();/保持一定間隔_nop_(); dat=DATA; _nop_();_nop_(); EN=0; while(dat&0x80)=1);/*LCD寫命令函數(shù)*/void wcomd(unsigned char cmd) Checkstates(); RS=0; RW=0; DATA=cmd; EN=1; _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); EN=0;/*LCD寫數(shù)據(jù)函數(shù)*/voi

40、d wdata(unsigned char dat) Checkstates(); RS=1; RW=0; DATA=dat; EN=1; _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); EN=0;/*初始化*/void LCDINIT() Delay1ms(15); wcomd(0x38);/功能設(shè)置 Delay1ms(5); wcomd(0x38);/功能設(shè)置 Delay1ms(5); wcomd(0x01);/清屏 Delay1ms(5); wcomd(0x08);/關(guān)顯示 Delay1ms(5); wcomd(0x0c);/開顯示，不開光標(biāo)/*顯示函數(shù)*/voi

41、d Display(void) /顯示函數(shù)unsigned char i,j; unsigned char a12=0X4D,0X45,0X41,0X53,0X55,0X52,0X45,0X4D,0X45,0X4E,0X54,0X53;/顯示measurements LCDINIT(); for(i=0;i<12;i+)/寫顯示第一行 wcomd(0x80+i); Delay1ms(1); wdata(ai); Delay1ms(1); for(j=0;j<6;j+)/寫顯示第二行 wcomd(0xc0+j); Delay1ms(1); wdata(0x30+bj); Delay1

42、ms(1); Delay1ms(150);void main() IE=0x81; /打開全部的中斷控制，并開啟外部中斷允許 TMOD=0x09; /T0為16位計(jì)數(shù)工作方式1 IT0=1; /設(shè)置外部中斷的觸發(fā)的方式為脈沖觸發(fā) TH0=0x00; TL0=0x00; T_flag=0; _reset=0; while(1) while(!b_test) /如果有測(cè)量按鍵輸入就往下執(zhí)行 i=0; _reset=1; /啟動(dòng)555時(shí)基芯片 EX0=1; /開啟中斷0 while(_reset) /超出等待時(shí)間，中斷還沒有過來，就退出 i+; if(i>5000) /設(shè)置最長(zhǎng)等待時(shí)間 _re

43、set=0; /最長(zhǎng)等待時(shí)間到還沒有中斷，停止555 if(N<100) /如果計(jì)數(shù)值小于100，顯示SM，表示應(yīng)換用小一點(diǎn)的量程 b3=0X1D; b2=0X23; if(N>5000) /如果計(jì)數(shù)值大于5000，顯示LA，表示應(yīng)換用大一點(diǎn)的量程 b3=0X11; b2=0X1C; if(N>=100 && N<=5000) C=N/100; /計(jì)算電容的大小 b2=C/10; /計(jì)算電容值的十位 b3=C-b2*10; /計(jì)算電容值的各位 Display(); /顯示電容的大小 void int0(void) interrupt 0 /第一次中斷開始

44、計(jì)數(shù)，第二個(gè)中斷停止計(jì)數(shù) T_flag=!T_flag; if(T_flag=1) TR0=1; /開始計(jì)時(shí) if(T_flag=0) TR0=0; /停止計(jì)時(shí) EX0=0; /關(guān)閉中斷 _reset=0; /停止發(fā)出方波 N=TH0*256+TL0; /計(jì)算計(jì)數(shù)器的值 N=N*5/3; TH0=0x00; /恢復(fù)初值 TL0=0x00; 3.7結(jié)果分析通過仿真得到如下數(shù)據(jù)表格表4 電容測(cè)量值與實(shí)際值的比較被測(cè)電容值35uF25uF10uF5uF測(cè)量值35uF25uF10uF5uF通過表中的數(shù)據(jù)可以看出仿真的數(shù)據(jù)還是比較準(zhǔn)確的，但是在實(shí)際的操作中，測(cè)量值可能沒有這么準(zhǔn)確，因?yàn)樵趯?shí)際的電路中，5

45、55芯片輸出的方波可能不會(huì)如仿真時(shí)的那么標(biāo)準(zhǔn)平滑，即使加上一些去除毛刺和去干擾的電路例如加上一個(gè)兩輸入與門或者加上一個(gè)過零比較器或者瀉回比較器波形還是不會(huì)那么理想，再加上單片機(jī)的測(cè)量也會(huì)存在一些誤差，所以綜合以上的一些考慮，真實(shí)中的測(cè)量結(jié)果肯定要比仿真中的結(jié)果誤差大。所以本次的方案算然說不能過非常精確的測(cè)出結(jié)果來，但是相比較一些能夠測(cè)出比較精確結(jié)果的電路來，本電路是實(shí)現(xiàn)起來很容易，測(cè)量結(jié)果也比較準(zhǔn)確，實(shí)際操作中比較有保障的一種電路。4 主要元器件介紹AT89C51是美國(guó)ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓，高性能CMOS8位單片機(jī)，片內(nèi)含4Kb字節(jié)的快速可擦寫的只讀程序存儲(chǔ)器（PEROM）和128 字節(jié)

46、的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51產(chǎn)品指令系統(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)可為您提供許多高性價(jià)比的應(yīng)用場(chǎng)合，可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。主要性能參數(shù)：1）與MCS-51產(chǎn)品指令系統(tǒng)完全兼容；2）4K字節(jié)可重復(fù)寫flash閃速存儲(chǔ)器；3）1000次擦寫周期；4）全靜態(tài)操作：0HZ24MHZ；5）三級(jí)加密程序存儲(chǔ)器；6）128*8字節(jié)內(nèi)部RAM；7）32個(gè)可編程I/O口；8）2個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器；9）6個(gè)中斷源；10）可編程串行UART通道；11）低功耗空閑和掉電模式。

47、功能特性概述：AT89C51提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能：4K 字節(jié)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?jī)杉?jí)中斷結(jié)構(gòu)，一個(gè)全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時(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，串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，但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一個(gè)硬件復(fù)位。引腳功能說明：Vcc：電源電壓GND：地P0口：P0口是一組8位漏極開路型雙向I/O口，也即地址/數(shù)據(jù)總線復(fù)位口。作為輸出口用時(shí)，每位能吸收電流的方

48、式驅(qū)動(dòng)8個(gè)邏輯門電路，對(duì)端口寫“1”可 作為高阻抗輸入端用。在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器或程序存儲(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，在訪問期間激活內(nèi)部上拉電阻。P1口：P1是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P1的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4個(gè)TTL邏輯門電路。對(duì)端口寫“1”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可做熟出口。做輸出口使用時(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)會(huì)輸出一個(gè)電流。Flash編程和程序校驗(yàn)期間，P1接受低8位地址。P2口：P2是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4個(gè)TTL邏輯門電路。對(duì)端

49、口寫“1”，通過內(nèi)部地山拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作為輸出口，作輸出口使用時(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)會(huì)輸出一個(gè)電流。P3口：P3口是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口。P3口輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4個(gè)TTL邏輯門電路。對(duì)P3口寫入“1”時(shí)，他們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可作為輸出口。做輸出端時(shí)，被外部拉低的P3口將用上拉電阻輸出電流。P3口還接收一些用于閃速存儲(chǔ)器編程和程序校驗(yàn)的控制信號(hào)。表5 1P3功能引腳功能P3.0RXDP3.1TXDP3.2INT0P3.3INT1P3.4TOP3.5T1P3.6WRP3.7RDRST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器工作時(shí)，RS

50、T引腳出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期以上高電平將使單片機(jī)復(fù)位。ALE/PROG：當(dāng)訪問外部程序存儲(chǔ)器或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，ALE（地址所存允許）輸出脈沖用于所存地址的低8位字節(jié)。即使不訪問外部存儲(chǔ)器，ALE仍以時(shí)鐘振蕩頻率的1/6輸出固定的正脈沖信號(hào)，因此它可對(duì)外輸出時(shí)鐘或用于定時(shí)目的。要注意的是：每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)將跳過一個(gè)ALE脈沖。對(duì)flash存儲(chǔ)器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖（PROG）。如有不要，可通過對(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。該外置位后，只要一條MOVX和MOVC指令A(yù)LE才會(huì)被激活。此外，該引腳會(huì)被微弱拉高，單片機(jī)執(zhí)行外部程序時(shí)，應(yīng)設(shè)置AL

51、E無效。PSEN：程序存儲(chǔ)允許（PSEN）輸出是外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)，當(dāng)AT89C51由外部程序存儲(chǔ)器取指令（或數(shù)據(jù)）時(shí)，每個(gè)機(jī)器周期兩個(gè)PSEN有效，即輸出兩個(gè)脈沖。在此期間，當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，這兩次有效的PSEN信號(hào)不出現(xiàn)。EA/VPP:外部訪問允許。欲使CPU僅訪問外部程序存儲(chǔ)器（地址為0000H-FFFFH），EA端必須保持低電平（接地）。需注意的是; 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)。如 EA端為高電平（接VCC端），CPU則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲(chǔ)器中的指令。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編程電壓V

52、PP。XTAL1: 振蕩器反相放大器的及內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸出端。XTAL2: 振蕩器反相放大器的輸出端。時(shí)鐘振蕩器：AT89C51中有一個(gè)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(gè)放大器與作為反饋的片外石英晶體或陶瓷諧振器一起構(gòu)成自激振蕩器。外接石英晶體（或陶瓷諧振器）及電容C1、C2接在放大器的反饋回路中構(gòu)成并聯(lián)振蕩電路。對(duì)外接電容C1、C2雖然沒有十分嚴(yán)格的要求，但電容容量的大小會(huì)輕微影響振蕩頻率的高低、振蕩器的穩(wěn)定性、起振的難易程度及溫度穩(wěn)定性，如果使用石英晶體，我們推薦電容使用30PF，而如使用陶瓷諧振器建議選擇40PF。用戶也可以采用外部時(shí)鐘。這種情況下，外部時(shí)鐘脈沖接到XTAL1端，即內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端，XTAL2則懸空。由于外部時(shí)鐘信號(hào)是通過一個(gè)2分頻觸發(fā)器后作為內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)的，所以對(duì)外部時(shí)鐘信號(hào)的占空比沒有特殊要求，但最小高電平持續(xù)時(shí)間和最大的低電平持續(xù)時(shí)間應(yīng)符合產(chǎn)品技術(shù)要求。在空閑工作模式狀態(tài)，CPU保持睡眠狀態(tài)而所有片內(nèi)的外設(shè)仍保持激活狀態(tài)，這種方式由軟件產(chǎn)生。此時(shí)，片內(nèi)RAM和所有特殊功能寄存器的內(nèi)容保持不變。空閑模式可由任何允許的中斷請(qǐng)求或硬件復(fù)位終止。終止空閑工作模式的方法有兩種，其一是任何一條被允許中斷的事