毕业设计（论文）-实用信号源的设计.doc

陕西理工学院毕业设计 实用信号源的设计实用信号源的设计 （陕西理工学院物理与电信工程学院电子信息科学与技术专业电信 1102 班，陕西汉中 723000） 指导教师： 摘要 本次设计用函数芯片 MAX038 设计一个波形发生器，能够产生频率为 20Hz20KHz，步长为 10Hz 的正 弦波，非线性失真系数3；以及频率为 20Hz20KHz 步长为 10Hz 的矩形波。此系统由 51 单片机最小系统、DA 转换部分、显示部分、矩阵按键部分等组成，使系统整体精度得以保障，单片机系统设计采用 AT89S52 单片机作为 主控芯片，配以 RC 上电复位电路。显示芯片用 LCD1602，达到显示作用。 关键词 AT89S52 单片机 LCD1602 MAX038 Practical design of the signal source (Grade12,Class1,Major Electronic Information Science and Technology,Physics Dept.,Shaanxi University of Technology,Hanzhong 723000,Shaanxi） Tutor: ai Abstract:The design use a function chip MAX038 to design a waveform generator,Can generate frequency is 20Hz 20KHz, step10Hz sine wave, nonlinear distortion coefficient3; and the frequency of 20Hz 20KHz step10Hz rectangular wave.This system consists of the 51smallest single-chip systems, DA converting part, display part, matrix key part, so that the overall system accuracy can be guaranteed, single-chip system design using AT89S52 microcontrolleras the master chip, with the RC power on reset circuit. Key words: AT89S52 , LCD1602, MAX038 陕西理工学院毕业设计 目录目录 引言.3 1 研究背景和意义.3 2 方案的确定.4 2.1 方案比较.4 2.2 方案论证 .4 3 总体设计框图.5 4 控制电路方案介绍.5 4.1 MAX038 芯片的介绍.5 4.1.1 MAX038 的引脚封装图.6 4.1.2 MAX038 的引脚定义及功能.6 4.1.3 MAX038 波形选择.6 4.1.4 MAX038 输出频率.7 4.1.5 FADJ 输入端.7 4.1.6 占空比（duty cycle）的调节.8 4.1.7 带负载能力.9 4.1.8 稳定性问题.9 4.1.9 波形产生电路.9 4.2 AT89S52 介绍.9 4.2.1 主要性能参数.10 4.2.2 功能特性概述.10 4.2.3 各引脚功能.10 4.2.4 单片机的定时/计数器.12 4.3 TLC5615 芯片介绍.13 4.3.1 主要特点.13 4.3.2 TLC5615 芯片各引脚功能.13 4.3.3 TLC5615 的功能结构.14 4.3.4 TLC5615 芯片 SPI 连接方式.14 4.3.5 TLC5615 与 AT89S52 单片机接口硬件连接方式.14 4.3.6 最佳工作条件.14 5 电路硬件部分设计.15 5.1 电源的制作 .15 5.2 主控电路设计 .16 6 电路软件部分设计.16 陕西理工学院毕业设计 6.1 单片机控制输出波形软件流程图 .16 6.2 TLC5615 的时序.16 7 抗干扰设计.18 7.1 提高抗电磁干扰能力的措施 .18 7.1.1 需要特别注意的抗电磁干扰的系统.18 7.1.2 应采取的抗干扰措施.18 致谢.19 参考文献.20 附录 A.20 附录 B.21 附录 C.24 陕西理工学院毕业设计 第 1 页共 23 页 引言 在现代电子测量、控制、通信系统等技术的研究及应用领域中，具有频率范围宽、分辨率高、 快速转换的多种模式的信号源是非常重要的。设计的多波形调频信号发生器是由单片机、MAX038 和D/A 转换器构成的，该信号发生器具有结构简单、成本低、体积小、便于携带等特点。能较好地 面向各种测控应用。 1 研究背景和意义 信号发生器又称信号源或振荡器，在生产时间和科技领域中有着广泛的应用。各种波形曲线均 可以用三角函数方程式来表示。信号发生器一般区分为函数信号发生器和任意波形发生器，而函数 波形发生器在设计上又区分出模拟及数字合成式。能够产生多种波形，如三角波、锯齿波、矩形波 (含方波)、正弦波的电路被成为函数信号发生器。函数信号发生器在电路实验和设备检测中具有十 分广泛的用途。例如在通信、广播、电视系统中，都需要射频（高频）发射，这里的射频波就是载 波，把音频（低频） 、视频信号或脉冲信号运载出去，就去要能够产生高频的振荡器。在工业、农 业、生物等医学领域内，如高频加热、熔炼、淬火、超热诊断、核磁共振等，都需要功率或大或小， 频率或高或低的振荡器。产生所需参数的电测试信号仪器。信号源发展到今天，它的涵盖范围已非 常广。我们可以按照频率范围对它进行分类：超低频（0.1m1kHz） 、音频(20Hz20kHz)、视频 (20kHz10MHz)、射频及高频(200k3000MHz)、微波(3000MHz)、光波信号源等.常用的信号源 有：音频信 （AWG） 、标准高频信号源（SG） 、射频信号源（RG） 、电视信号发生器(TVSG)、噪声 信号源（Noise） 、调制信号发生器（MSG） 、数字信号源（DG）等。 信号源是现代电子设备特别是测试设备的必备部分，其产生各种基准信号给被测设备，用来分 析和研究被测设的性能状况，被广泛应用于航空航天设备的电子测试、通信技术、医学成像、测量 和科研等各个领域中，而且数字化、软件化是测试设备的发展趋势。 根据不同系统对于信号的不同需求，人们总希望信号源输出的波形信号幅值、频率可调，且频 率准确、稳定，甚至在一些情况下还要求信号源能够输出具有确定相位关系的波形信号，因此传统 的模拟信号源已远远不能满足现代应用的要求。而直接应用数字合成技术产生的全数字化的信号源， 为解决上述问题提供了可行方案。 在科学研究、工程教育及生产实践中，如工业过程控制、教学实验、机械振动试验、动态分析、 材料试验、生物医学等领域，常常需要用到低频信号发生器。而在我们日常生活中，以及一些科学 研究中，锯齿波和正弦波、矩形波信号是常用的基本测试信号。譬如在示波器、电视机等仪器中， 为了使电子按照一定规律运动，以利用荧光屏显示图像，常用到锯齿波产生器作为时基电路。函数 发生器作为一种通用的电子仪器，在生产、科研、测控、通讯等领域都得到了广泛的应用。 但市面上能看到的此类仪器在频率精度、带宽、波形种类及程控方面都已不能满足许多方面实 际应用的需求。加之各类功能的半导体集成芯片的快速生产，都使我们研制一种高精度、宽频带， 能产生多种波形并具有程控等多功能函数发生器成为可能。 随着电子测量及其他部门对各类信号发生器的广泛需求及电子技术的迅速发展，促使信号发生 器种类日益增多，性能日益提高，尤其随着 70 年代微处理器的出现，更促使信号发生器向着自动 化、智能化方向发展。现在，许多信号发生器除带有微处理器，因而具备了自校、自检、自动故障 诊断和自动波形形成和修正等功能外还带有 IEEE-488 或 RS232 总线，可以和控制计算机及其他测 量仪器一起方便的构成自动测试系统。当前信号发生器总的趋势是向着宽频率覆盖、高频率精度、 多功能、自动化和智能化方向发展。 我们长期使用的信号发生器，大部分是由模拟电路构成的，这类仪器作为信号源，频率可达上 百 MHz，在高频范围内其频率稳定性高、可调性好。但用于低频信号输出时，它所需要的 RC 值很 大，参数准确度难以保证。而且其体积大，损耗也大。有人研制了采用 8031 单片机及程序存储器 构成的最小系统组成的数字式低频信号发生器，它在低频范围内性能好，但是体积较大，价格较贵。 随着大规模集成电路技术的发展，集成度不断提高，使得微型机的速度和性能大为提高，可靠性增 陕西理工学院毕业设计 第 2 页共 23 页 加，成本降低。MCS-51 就是将具有存储程序、处理数据以及与外设交换信息的功能电路集成在一 块芯片中，并符合一定系统结构而构成的单片机。 单片机在生产过程控制、自动检测、数据采集与处理、科技计算、商业管理和办公室自动化等 方面获得了广泛的应用。单片机具有体积小、重量轻、耗能省、价格低、可靠性高和通用灵活等优 点，因此也广泛应用于卫星定向、汽车火花控制、交通自动管理和微波炉等专用控制上。近几年来， 单片机的发展更为迅速，它已渗透到诸多学科的领域，以及人们生活的各个方面。单片机并没有超 脱冯诺依曼原理下的计算机的结构框 架和工作原则，而是着眼于应用到更广阔的范围：工业控制、 数字显示、智能仪表、电子设备、汽车电控、农机、家电乃至儿童玩具的控制。它不求规模大，只 求小而全。 本课题所研究的就是一种采用一片 AT89S52 单片机和 TLC5615 数模转换器组成的智能信号发 生器。按用户的需要，选择运行不同的程序，将会得到不同的波形信号。再在 TLC5615 输出端加 加在 MAX038 的占空比调节端，可以调节占空比，单片机控制输出波形可变，就完成了一个频率 可调的多功能信号发生器的设计。这样的机器体积小，价格便宜，耗电少，频率适中，便于携带。 2 方案的确定 2.1 方案方案比较比较 方案一：采用锁相环式频率合成器。利用锁相环，将压控振荡器（VCO）的输出频率锁定在所 需要的频率上。这种频率合成器具有很好的窄带跟踪特性，可以很好的选择所需要频率信号，抑制 杂散分量，并且避免了量的滤波器，有利于集成化和小型化。但由于锁相环本身是一个惰性环节， 锁定时间较长，故频率转换时间较长。而且，由模拟方法合成的正弦波的参数，如幅度、频率相信 都很难控制。 方案二：采用低温漂、低失真、高线性单片压控函数发生器 ICL8038，产生频率 （0.001300KHZ）可变的正弦波、三角波、方波及数控频率调整。但是，由于 ICL8038 自身的限 制，输出频率稳定度只有 10-3（RC 振荡器） 。而且，由于压控的非线性，频率步进的步长控制比较 困难。 方案三：采用 DDS 波形发生技术，采用 FPGA 和单片机相结合的方式实现对频率的控制。将 比例乘法器（CC14527）以及相应的大量控制逻辑集成在 FPGA 中，既减少了大量硬件连线，又降 低了干扰，系统实现方便，性能稳定。但是，DDS 成本高，资金需要量大，并且 DDS 器件很难买 到。 方案四：采用 MAX038 函数发生器专用芯片1，MAX038 是一个精密高频波形产生器芯片。能 精密地产生三角波、方波、正弦波信号。频率范围从 0.1Hz20MHz，最高可达 40MHz，而且由于 芯片内采用了多路选择器，使得三种输出波形可通过编程从同一引脚输出，输出波形的切换时间可 在 0.3S 内完成，使用更加方便。 2.2 方案论证方案论证 实用信号源可以由晶体管、运放 IC 等通用器件制作，更多的则是用专门的函数信号发生器 IC 产生。早期的函数信号发生器 IC，如 L8038、BA205、XR2207 等，它们的功能较少，精度较低， 频率上限只有 300kHz,无法产更高频率的信号，调节也不够灵活，频率和占空比不能独立调节，二 者互相影响。鉴于此，美国马克西姆公司开发了新一代函数信号发生器 ICMAX038,它克服了上述 芯片的缺点，可以达到更高的技术指标，是上述芯片望尘莫及的。MAX038 频率高，精度高，因此 它被称为高频精密函数信号发生器2。 综上所述，使用方案四完成本课题的设计。 3 总体设计框图 系统的基本结构框图如图 3.1 所示 陕西理工学院毕业设计 第 3 页共 23 页 单 片 机 控 制 LED 键盘 MAX038 调频 调占空比 稳压电源 波形选择 波形输出 图 3.1 系统结构框图 4 控制电路方案介绍 4.1 MAX038 芯片的介绍芯片的介绍 MAX038 是 MAXIM 公司生产的一种具有高频、高精度、低输出电阻而且驱动能力很强的函数 信号发生器芯片。它的内部电路主要由振荡器、振荡频率控制器、2.5 V 基准电压源、正弦波形发 生器、比较器、多路模拟开关、相位比较器组成。MAX038 芯片附加少许外围电路就能够产生三角 波、锯齿波、正弦波、方波、矩形脉冲波形。基本特性为： （1）能精密地产生正弦波、方波、三角波信号； （2）频率范围从 0.120MHz，最高可达 40MHz，各种波形的输出幅度均为2V（峰-峰值） ； （3）占空比调节范围宽，占空比和频率均可单独调节，二者互不影响，占空比最大调节范围是 （15%-85%） ； （4）10%90%，波形失真小，正弦波失真度小于 0.75%，占空比调节是非线性度低于 2%； （5）采用5V 双电源供电，允许有 5%的变化范围，电源电流为 80mA,典型功耗 400mW，工作温 度-40+800； （6）内设 2.5V 电压基准，可利用该电压设定 FADJ、DADJ 的电压值，实现频率微调和占空比调 节； （7）有低输出阻抗的输出缓冲器，输出阻抗的典型值为 01 。 4.1.1 MAX038 的引脚封装图的引脚封装图 图 4.1 MAX038 芯片的引脚封装图 4.1.2 MAX038 的引脚定义及功能的引脚定义及功能 陕西理工学院毕业设计 第 4 页共 23 页 表 4.1 MAX038 的引脚定义及功能 引脚定义（Pin Definition）功能（Function） PINNameFunction 1VREF2.5V 基准电压输出 2GND地 3A0波形选择编码输入端（兼容 TTS/CMOS 电平） 4A1同脚 5COSC主振器外接电容接入端 6GND地 7DADJ占空比调节电容输入端 8FADJ频率调节输入端 9GND地 10IIN电流输入端，用于频率调节和控制 11GND地 12PD0相位检测器输入端，若相位检测器不用，该端接地 13PD1相位检测器基准时钟输入，若相位检测器不用，该端接地 14SYNCTTS/CMOS 电平输出，用于同步外部电路，不用时开路 15DGND数字地 16DV+数字+5V 电源，若 SYNC 不用，该端开路 17V+5V 电源输入端 18GND地 19OUT正弦、方波和三角波输出端 20V-5V 电源输入端 4.1.3 MAX038 波形选择波形选择 MAX038 可以产生三角波、方波、正弦波，设置地址 A0 和 A1 引脚端的状态可选择输出波形 （TTL/CMOS 逻辑电平）如表 4.2 所列。波形切换可以在任意时候进行，可不管输出信号当时的相 位。切换发生在 0.3uS 之内，但是输出波形可能有一小段的延续 0.5uS 的过渡状态。其中 x 表示任 意状态，1 为高电平，0 为低电平3。 表 4.2 地址 A0 和 A1 引脚端工作状态的设置与波性选择 A0A1WAVEFORM X1Sine wave 00Square wave 10Triangle wave 4.1.4 MAX038 输出频率输出频率 MAX038 输出频率取决于注入 IIN 引脚端的电流大小(粗调)、COSC 引脚端的电容量（对地） 和 FADJ 引脚上的电压 VFADJ .当 VFADJ=0 V 时，输出的基波频率 fO为 陕西理工学院毕业设计 第 5 页共 23 页 (4-1) 0INF I /Cf 周期 TO则为 (4-2) 0FIN T =C /I 式中：IIN为注入到 IIN 引脚端的电流（2750uA 之间） ；Cf为接到 COSC 引脚端和地之间的电容 值（20PF100UF） 。 虽然当 IIN在 2750uA 之间时线性是好的，但最佳的性能是 IIN在 10400A 间。建议电流 值不要超出这个范围。对于固定工作频率，设置 IIN接近于 100uA 并选择一个适当的电容值。这个 电流具有最小的温度系数，并在改变占空比是产生最小的频率偏移。 电容 CF范围可以在 20pF100uF ，但必须用短的引线使电路的分布电容减到最小。在 COSC 引脚端以及它的引线周围用一个接地平面以减小其他杂散信号对这个支路的耦合。高于 20MHz 的 震荡也是可能的，但是在这种情况下波形失真会严重增加。低频率震荡的限制是由 COSC 电容器的 漏电流和所需的输出频率的精度所决定。具有良好精度的最低工作频率通常用 10pF 或更大的非极 化电容器来获得。 一个内部的闭环放大器迫使 IIN流向虚拟地，并使输入偏执电压小于2mV。IIN可以是一个电 流源（IIN） ，或是由一个电压（VIN）与一个电阻（RIN）串联的电路来产生（一个接在 REF 引脚端 和 IIN 引脚端之间的电阻，可以提供一个简单产生 IIN的方法，） 。当使用一个电压/ INREFIN IVR 与一个电阻串联时，振荡器频率的公式为 (4-3) 0ININF V / RCf 周期为 (4-4) OFININ T =CRV 当 MAX038 的频率由一个电压源 VIN与一个固定的电阻 RIN串联来控制时，输出频率是 VIN 的函数。改变 VIN就可调整振荡器的频率。例如，RIN使用一个 10k 电阻，并将从 20 mV 变动 in V 到 7.5V，则可产生大的频率移动（高达 375：1） 。选择 RIN时将 IIN保留在 2750uA 范围内。IIN的 控制放大器的带宽限制了调制信号的最高频率，典型值是 2MHz。IIN 引脚端可被用作一个求和点。 由于几个信号源电流相加或相减。这就允许输出频率是几个变量之和的函数。当 VIN接近 0V，由 于 IIN 引脚端的偏移电压将导致 IIN误差增加。 4.1.5 FADJ 输入端输入端 1）FADJ 输入 输出频率可有 FADJ 来调整，它通过内部的锁相环，主要用于精细的频率控制(细调)。一旦基 频或中心频率 f0由 IIN 设置，它还可以在 FADJ 引脚端上重新设置不同于 0V 的电压。该电压可以 从-2.4 变到+2.4V,当 FADJ 引脚端是 0V 时，其输出频率值变化 0.31.7 倍；当电压超过2.4V 其输 出将引起不稳定或是频率向相反的方向变化。当输出频率偏离 f0时，在 FADJ 上所需的电压为 Dx(以%表示)，它由下式给出： (4-5) FADJX V=-0.0343 D 其中，VFADJ是在 FADJ 引脚端上的电压，应在-2.4+2.4V 之间。 在 FADJ 引脚端上的电压与频率的关系为 (4-6) FADJOXO V=-/ 0.2915fff 其中，fX为输出频率；fX为当 VFADJ为 0V 时的频率。 同理，VFADJ与周期的关系式为 (4-7) FADJXOX V=3.43T -T/T 陕西理工学院毕业设计 第 6 页共 23 页 其中，TX为输出周期；T0表示当 VFADJ为 0V 时的周期。 相反的，如果 VFADJ是已知的，则频率为 (4-8) XOFADJ =1- 0.2915 Vff 而周期为 (4-9) XOFADJ T =T / 1- 0.2915 V 2）FADJ 调整 连接在 REF（+2.5）和 FADJ 引脚端之间的可变电阻 RF提供了一个方便于人工调整频率的方 法。RF的阻值计算式为 (4-10) FREFFADJ R = V-V/ 250 A 例如，如果 VFADJ=-2V， （+58.3%偏移） ，则 (4-11) F R = +2.5- -2.0V/ 250 A =18K 3）FADJ 禁止 FADJ 引脚端电路对输出频率增加了一个小的温度系数。对要求严格的开环应用，它可以用一 个 12 K的电阻把 FADJ 引脚端连接到地来禁用。FADJ 虽然被禁用，输出频率仍可由调整 IIN来 改变。 4.1.6 占空比（占空比（duty cycle）的调节）的调节 DADJ 引脚上的电压值的变化控制波形的占空比（定义为输出波形为正时所占时间的百分数） 。 通常时，则占空比为 50。若 VDADJ在2.3 V 范围变化将引起输出波形占空比在 DADJ V=0V 1585的变化(在 1585范围内改变占空比，对输出频率的影响最小，约电压变化 1V 可 是占空比变化 15%)。当电压超出2.3 V 范围变化时将使频率偏移或引起不稳定。 DADJ 可以用来减小正弦波的失真。未调整()的占空比是 50%12%,而偏离准确的 50%时 DADJ V=0V 引起偶次谐波的产生。通过加一个小的调整电压（典型值为小于100mV）到 DADJ 端，可以得到 准确的对称，就能减小失真。需要产生一定的占空比而加在 DADJ 端上的电压，其计算式为 (4-12) DADJONO V= 0.5- T-T5.75 其中，VDADJ为 DADJ 端电压（注意极性） ；q 为占空比（duty cycle%） ；TON为接通（正半周）时间； 为波形周期。 0 T 相反，如果 VDADJ是已知的，则占空比和接通时间分别为 (4-13) DADJ =50%- V17.4q (4-14) ONODADJ T=T0.5- V0.174 连接在 REF(+2.5 V)引脚端和 DADJ 引脚端之间的可变电阻提供了一个方便的人工调整占空比 D R 的方法。的阻值为 D R (4-15) DREFDADJ R = V-V/ 250 A 例如，如果 VDADJ取-1.5 V(23占空比)，则 (4-16) D R = +2.5- -1.5/ 250 A =16K 4.1.7 带负载能力带负载能力 MAX038 使用5 V 的工作电压。所有输出波形的幅值为2Vp-p(峰-峰值)，最大输出电流为20 mA，输出阻抗的典型值为 0.1 ，可直接驱动 100 的负载。还可以连接电压放大器或功率放器， 以提高其输出驱动能力。 4.1.8 稳定性问题稳定性问题 陕西理工学院毕业设计 第 7 页共 23 页 欲使 MAX038 长时间地在正常温度范围内产生一个频率稳定的输出电压，必须采取以下措施： (1) 决定频率的外接电阻和电容器的温度特性要好，否则将会降低器件的性能； (2) 外部电源应稳定； (3) 应选用高精度的金属膜电阻，误差在 1或更好的； (4) 电容器必须选用温度系数低的 NPO 陶瓷电容器。在 COSC 引脚上的电压是一个在 0-1 V 之间变化的三角波，不宜使用电解电容，但如果使用了这种电容，则负端必须接 COSC，而正端接 GND。 4.1.9 波形产生电路波形产生电路 图 4.2 MAX038 波形产生电路 当 V+=5 V，V-=-5 V，VDADJ=VFADJ=VPDI=VPDO=0 V，RL=1 保留在 k，CL=20 pF，输出波形、 频率变化调整时，输出电压能够稳定的达到 Vp-p=2 V。 4.2 AT89S52 介绍介绍 AT89C52 是 ATMEL 公司生产的低电压，高性能 CMOS 8 位单片机片内含 8K bytes 的可反 复擦写的只读程序存储器（PEROM）和 256 bytes 。的随机存取数据存储器（RAM） ，器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存储技术生产，与标准 MCS-51 指令系统及 8052 产品引脚兼容， 片内置通用 8 位中央处理器（CPU）和 FLASH 由存储单元，功能强大 AT89S52 单片适用于许多较 为复杂控制应用场合6。图 4.3 为 AT89S52 的引脚图。 陕西理工学院毕业设计 第 8 页共 23 页 图 4.3 AT89S52 引脚封装图 4.2.1 主要性能参数主要性能参数 8 字节可重擦写 FLASH 闪速存储器 1000 次擦写周期 全静态操作：0Hz-24MHz 三级加密程序存储器 256X8 字节内部 RAM 32 个可编程 I/0 口线 3 个 16 位定时计数器 8 个中断源 可编程串行 UART 通道 低功耗空闲和掉电模式 4.2.2 功能特性概述功能特性概述 AT89S52 提供以下标准功能7：8 字节 FLASH 闪速存储器，256 字节内部 RAM , 32 个 I/O 线， 3 个 16 位定时计数器，一个 6 向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟 电路。同时，AT89S52 可降至 OHz 的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电上作模式。空闲 方式停止 CPU 的工作，但允许 RAM，定时计数器串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式 保存 RAM 中的内容，但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位7。 4.2.3 各引脚功能各引脚功能 (1)P0 口：P0 口是一个 8 位漏极开路的双向 I/O 口。作为输出口，每位能驱动 8 个 TTL 逻辑电 平。对 P0 端口写“1”时，引脚用作高阻抗输入。当访问外部程序和数据存储器时，P0 口也被作为 低 8 位地址/数据复用。在这种模式下，P0 具有内部上拉电阻。在 flash 编程时，P0 口也用来接收 指令字节；在程序校验时，输出指令字节。程序校验时，需要外部上拉电阻。 (2)P1 口：P1 口是一个具有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，p1 输出缓冲器能驱动 4 个 TTL 逻 辑电平。对 P1 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用 时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL） 。此外，P1.0 和 P1.2 分别作定时器 /计数器 2 的外部计数输（P1.0/T2）和时器/计数器 2 的触发输入（P1.1/T2EX） ，具体如表 4.3 所示。 在 flash 编程和校验时，P1 口接收低 8 位地址字节。 表 4.3 P1 口的第二功能 引脚号第二功能 P1.0T2（定时计数器/计数器 T2 的外部计数输入） ，时钟输入 P1.1T2EX（定时器/计数器 T2 的捕捉/重载触发信号和方向控制） P1.5MOSI（则系统编程用） P1.6MOSI（则系统编程用） P1.7SCK（则系统编程用） (3)P2 口：P2 口是一个具有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，P2 输出缓冲器能驱动 4 个 TTL 逻辑电平。对 P2 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使 用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL） 。在访问外部程序存储器或用 16 位地址读取外部数据存储器（例如执行 MOVX DPTR）时，P2 口送出高八位地址。在这种应用 中，P2 口使用很强的内部上拉发送 1。在使用 8 位地址（如 MOVX RI）访问外部数据存储器时， P2 口输出 P2 锁存器的内容。在 flash 编程和校验时，P2 口也接收高 8 位地址字节和一些控制信号。 (4)P3 口：P3 口是一个具有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，p2 输出缓冲器能驱动 4 个 TTL 逻 陕西理工学院毕业设计 第 9 页共 23 页 辑电平。对 P3 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用 时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL） 。P3 口亦作为 AT89S52 特殊功能 (第二功能）使用，如表 4.4 所示。在 flash 编程和校验时，P3 口也接收一些控制信号。 表 4.4 P3 口的第二功能 引脚号第二功能 P3.0RXD（串行输入） P3.1TXD（串行输出） P3.2INT0（外部中断 0） P3.3INT0（外部中断 0） P3.4T0（定时器 0 外部输入） P3.5T1（定时器 1 外部输入） P3.6WR（外部数据存储器写选通） P3.7RD（外部数据存储器写选通） (5)RST: 复位输入。晶振工作时，RST 脚持续 2 个机器周期高电平将使单片机复位。看门狗计 时完成后，RST 脚输出 96 个晶振周期的高电平。特殊寄存器 AUXR(地址 8EH)上的 DISRTO 位可 以使此功能无效。DISRTO 默认状态下，复位高电平有效。 (6)ALE/PROG：地址锁存控制信号（ALE）是访问外部程序存储器时，锁存低 8 位地址的输出 脉冲。在 flash 编程时，此引脚（PROG）也用作编程输入脉冲。在一般情况下，ALE 以晶振六分 之一的固定频率输出脉冲，可用来作为外部定时器或时钟使用。然而，特别强调，在每次访问外部 数据存储器时，ALE 脉冲将会跳过。如果需要，通过将地址为 8EH 的 SFR 的第 0 位置 “1”，ALE 操作将无效。这一位置 “1”，ALE 仅在执行 MOVX 或 MOVC 指令时有效。否则，ALE 将被微弱拉 高。这个 ALE 使能标志位（地址为 8EH 的 SFR 的第 0 位）的设置对微控制器处于外部执行模式下 无效。 (7)PSEN:外部程序存储器选通信号（PSEN）是外部程序存储器选通信号。当 AT89S52 从外部 程序存储器执行外部代码时，PSEN 在每个机器周期被激活两次，而在访问外部数据存储器时， PSEN 将不被激活。 (8)EA/VPP:访问外部程序存储器控制信号。为使能从 0000H 到 FFFFH 的外部程序存储器读取 指令，EA 必须接 GND。为了执行内部程序指令，EA 应该接 VCC。在 flash 编程期间，EA 也接收 12 伏 VPP 电压。 (9)XTAL1:振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端。 (10)XTAL2:振荡器反相放大器的输出端。 Flash 编程并行模式： AT89S52 带有用作编程的片上 Flash 存储器阵列。编程接口需要一个高电压（12V）编程使能 信号，并且兼容常规的第三方 Flash 或 EPROM 编程器。 AT89S52 程序存储阵列采用字节式编程。 编程方法： 对 AT89S52 编程之前，需根据 Flash 编程模式表等对地址、数据和控制信号设置。可采用下列 步骤对 AT89S52 编程： 1在地址线上输入编程单元地址信号 2在数据线上输入正确的数据 3激活相应的控制信号 4把 EA/Vpp 升至 12V 5每给 Flash 写入一个字节或程序加密位时，都要给 ALE/PROG 一次脉冲。字节写周期时自 身定制的，典型值仅 50us。改变地址、数据重复第 1 步到第 5 步知道全部文件结束。Data Polling AT89S52 用 Data Polling 作为一个字节写周期结束的标志特征 陕西理工学院毕业设计 第 10 页共 23 页 4.2.4 单片机的定时单片机的定时/计数器计数器 AT89S52 单片机内部有三个 16 位的可编程的定时/计数器6，他们均是二进制加法计数器，当 计数器计满回零时能自动产生溢出中断请求，表示定时时间已到或计数己终止。三个定时器/ 计数 器均可编程设定为定时模式和计数模式两种，在这两种模式下又均可设定四种工作方式，其控制和 状态均在相应的特殊功能寄存器中，通过对控制寄存器的编程，就可方便地选择适当的工作方式。 定时模式下的定时时间和计数模式下的计数均可通过程序设定。通过软件写入 TMOD 和 TCON 两 个 8 位寄存器来设置定时/计数器的操作模式和控制功能。 （1）工作模式寄存器 TMOD 的位定义如下表 4.5 所示： 表 4.5 工作模式寄存器 TMOD 的位定义 定时器 T1定时器 T0 D7D6D5D4D3D2D1D0 GATEC/TM1M0GATEC/TM1M0 本系统只用到 M1、M0 的相关知识，这里只介绍 M1、M0 模式控制位的功能。 （2）M1、M0 控制定时器 T1 和定时器 T0 的四种工作模式如下表 4.6 所示： 表 4.6 四种工作模式 M1M0工作模式功能描述 00模式 013 位计数器 01模式 116 位计数器 10模式 2自动再装入 8 位计数器 11模式 3定时器 0:分成两个 8 位计数器 定时器 1：停止计数 （3）控制寄存器 TCON 的位定义和功能如下表 4.7 所示： 表 4.7 控制寄存器 TCON 的位