51单片机与压力传感器实现液体重量测量.doc

学学 号：号：200812010113 HEBEI UNITED UNIVERSITY 毕毕业业设设计计说说明明书书 GRADUATE DESIGN 设计题目：设计题目：51 单片机与压力传感器实现液体重量测量单片机与压力传感器实现液体重量测量 学生姓名：韩鹏飞学生姓名：韩鹏飞 专业班级：专业班级：08 电科电科 1 班班 学学 院：信息工程学院院：信息工程学院 指导教师：张景春指导教师：张景春 正高级工程师正高级工程师 2012 年年 05 月月 28 日日 摘 要 -I- 摘 要 随着科技的发展，检测和测量技术已趋于智能化。单片机的出现，引起了 仪器仪表结构的根本性变革。单片机为主体取代传统仪器仪表的常规电子线路， 可以容易地将计算技术与测量控制技术结合在一起，组成新一代的所谓“智能 化测量控制仪表” 。这种新型的智能仪表在测量过程自动化，测量结果的数据处 理以及功能的多样化方面，都取得了巨大的进展。目前在研制高精度、高性能、 多功能的测量控制仪表时，几乎没有不考虑采用微处理器使之成为智能仪表的。 本设计就是要设计出一个测量液体重量的智能仪表。 本设计主要是用 51 单片机和压力传感器实现对液体重量的测量。在知道液 体密度和液体容器底面积的前提下，通过对安装在液体容器内的两个压力传感 器的压力差的测量计算出容器内液体的重量。利用压力传感器采集压力数据， 输出与压力成正比的电压信号经温度补偿、线性修正，转换成标准信号输出。 再输入给单片机，经单片机处理在 LED 显示器上显示出来相应的数据。系统还 能通过键盘实现人机对话，实现对每个压力传感器压力、液体重量的切换显示。 关键词 单片机；压力传感器；数码管；智能仪表 Abstract -II- Abstract Along with the development of computer technology, testing and measurement technology has become intelligent. The emergence of single-chip microcomputer caused a fundamental structural change in microprocessor to replace the traditional instrumentation of conventional electronic circuits. That can easily be calculated with the measurement and control technology combined together to compose the new generation of so-called intelligent measurement and control instruments. This new type of intelligent instrument has made tremendous progress in measurement automation, data processing and functions of diversification. Recently in the development of high-precision, high-performance, multi-function measurement and control instruments, we almost consider using microprocessors make it a intelligent instrument. This design is to design a measurement of the weight of liquid Intelligent Instrumentation. This design is to use 51 microcontroller and pressure sensor to measure the weight of the liquid. Known the density of the liquid and the area of the liquid containers. Through the installation of the liquid within the two containers pressure differential pressure sensor measurement calculated liquid weight of the container. Using the pressure sensor data acquisition pressure, and pressure is proportional to the output voltage signal. After temperature compensation, linearization, converted into standard signal output. Send the signal to the microcontroller and processor the signal and then LED show the corresponding data. Keyboard system can do man-machine dialogue. That can achieve each pressure of the pressure sensor, , liquid weight handoff show. Keywords Single chip microcomputer； Pressure sensors；LED； Intelligent Instrument 目 录 -III- 目 录 摘 要.I ABSTRACT .II 第 1 章 绪论.1 1.1 本设计的目的及意义.1 1.2 本课题在国内外的发展状况及存在的问题.1 1.3 智能化测量技术.1 1.4 本设计应解决的主要问题.3 1.5 单片机简介.3 第 2 章 总体设计.5 2.1 单片机基于压力传感器的液体重量测量的硬件选择.5 2.1.1 主体电路设计.5 2.1.2 数据采集设计.5 2.1.3 键盘/显示器.6 2.2 设计原理.6 第 3 章 压力传感器.8 3.1 传感器在量测系统中的重要作用.8 3.2 传感器分类.8 3.3 评价传感器质量优劣的主要指标.9 3.4 压力传感器的应用.10 第 4 章 硬件设计.11 4.1 AT89C51 单片机性能介绍.11 4.1.1 主要性能指标.11 4.1.2 功能性描述.11 4.1.3 引脚功能说明.12 4.2 AD7705 性能介绍.15 4.2.1 AD7705 特点.15 4.2.2 主要性能指标:.16 4.2.3 引脚说明:.16 4.2.4 片内寄存器.18 4.2.5 复位输入.21 4.2.6 电源.21 4.2.7AD7705 与 AT89C51 的电路连接关系.22 目 录 -IV- 4.3 键盘显示器芯片 HD7279A.22 4.3.1 HD7279A 芯片简介.22 4.3.2 引脚说明与接口电路.23 4.3.3 电特性.24 4.3.4 控制指令.24 4.3.5 时序.28 4.3.6 HD7279A 与 AT89C51 的连接.29 第 5 章 软件设计.31 5.1 模块程序设计.31 5.2 整机初始化程序.31 5.3 AD7705 程序流图设计.32 5.4 HD7279 键盘/显示器模块程序流图设计.34 结 论.38 参考文献.39 谢 辞.40 附 录 A.41 程序清单.41 附录 B.51 电路原理图.51 第 1 章 绪论 -1- 第 1 章 绪论 1.1 本设计的目的及意义 随着硬件和软件技术的快速发展，自动化系统已经基本上趋于计算机化。 为了适应这种发展，单片机技术也得到了空前的发展。它已可以用于生活的很 多方面，给我们带来了很大的方便。基于理论与实际相结合的出发点，让所学 电子技术理论、单片机理论及软件的编制得到具体应用。具体研究 51 单片机的 各个接口，深入理解 16 位 A/D 转换芯片的使用方法，掌握 RS-232 串行通信接 口标准，以便在今后的学习工作中能够较好的应用。 1.2 本课题在国内外的发展状况及存在的问题 目前单片机已渗透到我们生活的各个领域，几乎很难找到哪个领域没有单 片机的足迹。导弹的导航装置，飞机上各种仪表的控制，计算机的网络通讯与 数据传输，工业自动化过程的实时控制和数据处理，广泛使用的各种智能 IC 卡，民用豪华轿车的安全保障系统，录像机、摄像机、全自动洗衣机的控制， 以及程控玩具、电子宠物等等，这些都离不开单片机。看来学习单片机是社会 发展的必然需求。 据统计，我国的单片机年需求量已达 13 亿片，且每年以 大约 16% 的速度增长，但相对于世界市场我国的占有率还不到 1% 。特别是 沿海地区的电子厂，其产品多数要用到单片机，并不断地向内地辐射。这说明 单片机应用在我国才刚刚起步，有着广阔的前景。培养单片机应用人才，特别 是工程技术中普及单片机知识有着重要的现实意义。 传感器是非电量转化为电量的元气件。经典电学测量技术已十分成熟，不 仅灵敏高，而且精度高，重复性好，数字化，智能化技术得到广泛的应用。这 为传感器的发展提供坚实的基础。压力传感器是传感器中最成熟的技术。就市 场销售额来说，居传感器之首。其年增长率达 20%，具有广阔的应用前景。国 外的压力传感器已系列化和标准化。我国压力传感器的性能在 90 年代已有较大 的提高。但与国外传感器相比，据称科研水平落后 510 年，生产技术水平落 后 10-20 年。而且产量低，品种不齐全，尚未形成系列化，标准化，不能满足 国内市场需求。 1.3 智能化测量技术 单片机的出现，引起了仪器仪表结构的根本性变革，以单片机为主体取代 河北联合大学信息工程学院 -2- 传统仪器仪表的常规电子线路，可以容易地将计算技术与测量控制技术结合在 一起，组成新一代的所谓“智能化测量控制仪表” 。这种新型的智能仪表在测量 过程自动化，测量结果的数据处理以及功能的多样化方面，都取得了巨大的进 展。目前在研制高精度、高性能、多功能的测量控制仪表时，几乎没有不考虑 采用微处理器使之成为智能仪表的，而在仪器仪表中使用得最多的微处理器就 是单片机。在测量控制仪表中采用单片机技术使之成为智能仪表后能够解决许 多传统仪表不能或不易解决的难题，同时还能简化仪表电路，提高仪表的可靠 性降低仪表的成本以及加快新产品的开发速度。这类仪表的设计重点已经从 模拟和逻辑电路的设计转向专用的单片机模板或功能部件、接口电路以及输入 输出通道的设计、通用或专用软件程序的开发，目前，这类智能化测量控制仪 表已经能够实现四则运算、逻辑判断、命令识别、自诊断自校正，甚至自适应 和自学习的功能。随着科学技术的进一步发展，这类仪表的智能程度必将会越 来越高。 以单片机为核心的智能化测量控制仪表的基本组成如图 1.1 所示。 图 1.1 智能化测量控制仪表的基本组成 单片机是仪表的主体，对于小型仪表来说，单片机内部的存储器已经 足够，大型的仪表要进行复杂的数据处理，或者要完成复杂的控制功能，其监 控程序较大。测量数据较多、这时就需要在单片机外部扩展片外存储器。被测 量的模拟信号经过 AD 转换之后，通过输入通道进入单片机内部，单片机根 据由键盘置入的各种命令，或者送往打印机打印，或者经过 DA 转换后成为 能够完成某种控制功能的模拟电压。通讯接口的功能是通过 GPlB 或者 RS 232 接口总线与其它的仪器仪表甚至计算机作远距离通讯，以达到资源共享的 目的。智能化测量控制仪表的整个工作过程都是在软件程序的控制下自动完成 的，装在仪表内部 EPROM 中的监控程序由许多程序模块组成，每一个模块完 成一种特定的功能，例如实现某种算法、执行某一中断服务程序、接受并分析 第 1 章 绪论 -3- 键盘输入命令等。编制完善的监控程序中的某些功能模块，能够取代某些硬件 电路的功能。需要指出的是，智能化测量控制仪表中引入单片机之后，有心能 降低对某些硬件电路的要求，这绝不是说可以忽略测试电路本身的重要性，尤 其是直接获取被测信号的传感器部分，仍应给予充分的重视，有时提高整台仪 表性能的关键仍然在于测试电路尤其是传感器的改进。现在传感器也正在受着 微电子技术的影响，不断发展变化。传感器正朝着小型、固态、多功能和集成 化的方向发展。有许多国家正致力于将微处理器与传感器集成于一体，以构成 超小型、廉价的测量仪器的主体。 1.4 本设计应解决的主要问题 本设计主要是用 51 单片机和压力传感器实现对液体重量的测量。在知道液 体密度和液体容器底面积的前提下，通过对安装在液体容器内的两个压力传感 器的压力差的测量计算出容器内液体的重量。利用压力传感器采集压力数据， 输出与压力成正比的电压信号经温度补偿、线性修正，转换成标准信号输出。 再输入给单片机，经单片机处理在 LED 显示器上显示出来相应的数据。系统还 要能通过键盘实现人机对话，实现对每个压力传感器压力、液体重量的切换显 示。 1.5 单片机简介 单片机是一种集成电路芯片，采用超大规模技术把具有数据处理能力(如算 术运算，逻辑运算、数据传送、中断处理)的微处理器(CPU)，随机存取数据存 储器(RAM)，只读程序存储器(ROM)，输入输出电路(I/O 口)，可能还包括定时 计数器，串行通信口(SCI)，显示驱动电路(LCD 或 LED 驱动电路)，脉宽调制电 路(PWM)，模拟多路转换器及 A/D 转换器等电路集成到一块单块芯片上，构成 一个最小然而完善的计算机系统。这些电路能在软件的控制下准确、迅速、高 效地完成程序设计者事先规定的任务。 由此来看，单片机有着微处理器所不具备的功能，它可单独地完成现代工 业控制所要求的智能化控制功能，这是单片机最大的特征。 然而单片机又不同于单板机，芯片在没有开发前，它只是具备功能极强的 超大规模集成电路，如果赋予它特定的程序，它便是一个最小的、完整的微型 计算机控制系统，它与单板机或个人电脑(PC 机)有着本质的区别，单片机的应 用属于芯片级应用，需要用户了解单片机芯片的结构和指令系统以及其它集成 电路应用技术和系统设计所需要的理论和技术，用这样特定的芯片设计应用程 河北联合大学信息工程学院 -4- 序，从而使该芯片具备特定的功能。 不同的单片机有着不同的硬件特征和软件特征，即它们的技术特征均不尽 相同，硬件特征取决于单片机芯片的内部结构，用户要使用某种单片机，必须 了解该型产品是否满足需要的功能和应用系统所要求的特性指标。这里的技术 特征包括功能特性、控制特性和电气特性等等，这些信息需要从生产厂商的技 术手册中得到。软件特征是指指令系统特性和开发支持环境，指令特性即我们 熟悉的单片机的寻址方式，数据处理和逻辑处理方式，输入输出特性及对电源 的要求等等。开发支持的环境包括指令的兼容及可移植性，支持软件(包含可支 持开发应用程序的软件资源)及硬件资源。要利用某型号单片机开发自己的应用 系统，掌握其结构特征和技术特征是必须的。 单片机的应用意义远不限于它的应用范畴或由此带来的经济效益，更重要 的是它已从根本上改变了传统的控制方法和设计思想。是控制技术的一次革命， 是一座重要的里程碑。单片机发展到了一个全新阶段，应用领域更广泛，许多 家用电器均走向利用单片机控制的智能化发展道路。 第 2 章 总体设计 -5- 第 2 章 总体设计 2.1 单片机基于压力传感器的液体重量测量的硬件选择 2.1.1 主体电路设计 AT89 系列单片机是 ATMEL 公司生产的 8 位 FLASH 单片机，其内含 803lCPU 内核，与 MCS-51 单片机兼容只要熟悉 MCS-51 单片机的结构和使 用方法，就不难掌握 AT89 系列单片机。本设计采用 AT89C51 单片机。 AT89C51 是一种带 4K 字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能 CMOS 8 位微处理器，俗称单片机。该器件采用 ATMEL 高密度非易失存储器制造技 术制造，与工业标准的 MCS-51 指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能 8 位 CPU 和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL 的 AT89C51 是一种高效微控制 器，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。 . 2.1.2 数据采集设计 AD7705 是 AD 公司新推出的 16 位 -A/D 转换器。器件包括由缓冲器和 增益可编程放大器(PGA)组成的前端模拟调节电路，- 调制器，可编程数字滤 波器等部件。能直接将传感器测量到的多路微小信号进行 A/D 转换。这种器件 还具有高分辨率、宽动态范围、自校准、优良的抗噪声性能以及低电压低功耗 等特点，非常适合仪表测量、工业控制等领域的应用。它采用三线串行接口,有 两个全差分输入通道,能达到 0.003%非线性的 16 位无误码数据输出，其增益和 数据输出更新率均可编程设定，还可选择输入模拟缓冲器，以及自校准和系统 校准方式。工作电压 3 V 或 5 V。3 V 电压时，最大功耗为 1 mW，等待模式下 电源电流仅为 8 A。业 增益可编程放大器 AD7705 包括两个全差分模拟输入通道。片内的增益可 编程放大器 PGA 可选择 1、2、4、8、16、32、64、128 八种增益之一，能将不 同摆幅范围的各类输入信号放大到接近 A/D 转换器的满标度电压再进行 A/D 转 换，这样有利于提高转换质量。当电源电压为 5 V，基准电压为 2.5 V 时，器件 可直接接受从 020 mV 至 02.5 V 摆幅范围的单极性信号和从 020 mV 至 02.5 V 范围的双极性信号。必须指出：这里的负极性电压是相对 AIN()引 脚而言的，这两个引脚应偏置到恰当的正电位上。输入的模拟信号被 A/D 转换 河北联合大学信息工程学院 -6- 器连续采样，采样频率 FS 由主时钟频率 FCLK 和选定的增益决定。增益 （16128）是通过多重采样并利用基准电容与输入电容的比值共同得到的。 数字滤波和输出更新速率模拟信号由调制器变换为占空比被模拟电压 调制(调宽)的数字脉冲串，然后在片内使用低通数字滤波器将其解释成 16 位二 进制数码并滤去噪声，以完成 A/D 转换。 2.1.3 键盘/显示器 HD7279A 是一种管理键盘和 LED 显示器的专用智能控制芯片。它能对 8 位共阴极 LED 显示器或 64 个 LED 发光管进行管理和驱动，同时能对多达 88 的键盘矩阵的按键情况进行监视，具有自动消除键抖动并识别按键代码的功能， 从而可以提高 CPU 工作的效率。HD7279A 和微处理器之间采用串行接口，其 接口电路和外围电路简单，占用口线少，加之它具有较高的性能价格比，因此， 在微型控制器、智能仪表、控制面板和家用电器等领域中日益获得广泛的应用。 2.2 设计原理 密封容器(默认为圆柱体)顶部和底部各安装一个压力传感器，当容器内盛 有液体时，顶部压力传感器测得的空气的压强为 P1,底部压力传感器测得的是液 体和空气的压强和，记为 P2。所以液体的压强为 P=P2P1。根据压力与重量 的关系即可计算出罐装液体的重量。 考虑到生产过程中的需要，在密闭圆柱体型容器罐中，罐顶和灌底分别安 装一个压力传感器，设底面积为 S,由于内部存在气体，得考虑到气体压力的存 在，罐顶测得的压强为气体的压强，记为 P1，罐底压力传感器测得的压强为液 体和气体的总压强，记为 P2，具体计算如下： mg=. （2-1） 21 PPS . （2-2） 21 PP S m g 式中：m所测液体的质量。 向压力传感器提供+24V 的直流电压，压力传感器与 A/D 转换器相连，把 模拟量转化为数字量，因为 A/D 转换器的输入电压为 0-5V，那么就说明压力传 感器的输出电压是 0-5V。相应的所测得的压力也有一个范围，为了方便起见， 我们假定为 0-100Pa。我们所选的转换器是 16 位 A/D7705，那么它的精度就为 1/216，5/216 为能检测的最小电压变化，换句话说，也就是一份代表 5/216 伏电 第 2 章 总体设计 -7- 压，那它的一个参数为 5/216，当 A/D 转换器所得到数字量为 N1 和 N2，那么 测得的压力分别为 N15/216 和 N25/216，A/D 转换器与单片机相连，在单 片机内部进行数据处理的操作，进而求出液体质量。单片机外围连接键盘及显 示部分，实现人机交换功能。总体设计框图如图 2.1 采集 模块 电源 模块 51 系列单片机 输入 模块 显示 模块 通信 模块 图 2.1 总体设计框图 河北联合大学信息工程学院 -8- 第 3 章 压力传感器 3.1 传感器在量测系统中的重要作用 在工程结构试验中，除用机械量测法外，还存在非电量电测法，进行各种 力学参数的测定。所谓非电量电测法，是把需要量测的非电量(如压力、应力、 应变、加速度、位移等)，通过一种器件转换成电量(如电阻、电容、电感、电 压等)，再依一定的关系换算成需要测定的力学参数的量测方法。其中把非电量 转换成电量的器件称为传感器，也称换能器，或称探头。 非电量电测法的主要优点是： (一)灵敏度高，量程范围大； (二)量测结果精度高； (三)能远距离量测； (四)既能用于静态量测，又能用于动态量测。 正因为非电量电测法有以上的优点，所以它已成为工程测试中的一个主要 量测手段。随着现代工业生产和科学技术的发展以及工程结构的研究对量测提 出更高和更精确的要求，非电量电测法也在不断完善和迅速发展。 3.2 传感器分类 传感器的分类目前尚无统一规定，传感器本身又种类繁多，原理各异，检 测对象五花八门，给分类工作带来一定困难，通常传感器按下列原则进行分类。 （一）.按被检测量分类： 按被检测量分类，可分为物理量传感器，化学量传感器，生物量传感器。 在各类传感器中可分为若干族，每一族中又可分为若干组。 （二）.按物理原理分类 这种分类方法是以传感器的物理原理作为分类依据。可分为压阻式、压电 式、电感式、电容式、应变式、霍尔式，这种分类方法有利于传感器专业 工作者从原理和设计上作归纳性的分析和研究。 （三）.按能量的传递方式分类 按能量的传递方式分类，传感器可分为有源传感器和无源传感器两大类： 有源传感器将非电量转换为电量。 无源传感器本身并不是一个换能器，被测非电量仅对传感器中的能量起控 制或调节作用，所以它必须具有辅助能源电源。 第 3 章 压力传感器 -9- （四） 按传感器的工作机理分类 按传感器的工作机理分类，可分为结构型和物性型两大类。 结构型传感器是利用物理学中场的定律和运动定律等构成的。物理学中的 定律一般是以方程式给出。对于传感器来说，这些方程式也就是许多传感器在 工作时的数学模型。这类传感器特点是传感器的性能与它的结构材料没有多大 关系。以差动变压器为例，无论使用坡莫合金或铁氧体做铁芯，还是使用铜线 或其它导线做绕组，都是作为差动变压器而工作。 物性型传感器是利用物质法则构成的。物质法则是表示物质某种客观性质 的法则。这种法则大多数以物质本身的常数形式给出。这些常数的大小，决定 了传感器的主要性能。因此，物性型传感器的性能随材料的不同而异。如所有 的半导体传感器，以及所有利用各种环境变化而引起的金属、半导体、陶瓷、 合金等性能变化的传感器都是物性型传感器。随着半导体技术的发展，又出现 了新型的半导体传感器，如采用扩散硅半导体的压阻式传感器，和利用电荷耦 合器件的光电式传感器。随着科学技术的发展，一方面,需要在不同环境下测量 不同的物理量、化学量和生物量的各类传感器；另一方面,新材料、新元件和新 工艺的不断出现，也为研制新型传感器提供了新的基础，因此新型的传感器不 断地出现。另外，根据传感器输出是模拟信号还是数字信号，可分为模拟传感 器和数字传感器；根据转换过程可逆与否，可分为双向传感器和单向传感器等 等 3.3 评价传感器质量优劣的主要指标 (一)精确度要高。这是要求传感器所测定的值既准确又精密，也就是要 求测定值和真值的偏差尽可能小，而且，在重复测定时，测定值的一致程度要 好。 (二)灵敏度要高。这是要求传感器能够反应最小非电量的能力要高。 (三)线性度要好。这是要求传感器的输出量的变化和相应的输入量的变 化之间呈直线关系。 (四)稳定性要好。这是要求传感器在指定条件下，在较长的时间内正常 地工作。 (五)动态特性要好。这是对用于进行动态试验的传感器的特殊要求，传 感器的自振频率和被测信匀；频率之比要符合一定要求，以减小由振幅和相位 的畸变所造成的误差。 除此以外，还要求传感器结构简单，经久耐用、密封防潮，且具有一定的 抗震性能相对量测环绕有较强的适应性。 河北联合大学信息工程学院 -10- 3.4 压力传感器的应用 传感器主要用于测量和控制系统，它的性能好坏直接影响系统的性能。在 自动测量过程或控制系统中，首先由传感器感受被测量，而后把它转换成电信 号，供显示仪表指示或用以控制执行机构。如果传感器不能灵敏地感受被测量， 或者不能把感受到的被测量精确地转换成电信号，其他仪表和装置的精确度再 高也无意义。压电式加速度传感器是一种常用的加速度计。它具有结构简单、 体积小、重量轻、使用寿命长等优异的特点。压电式加速度传感器在飞机、汽 车、船舶、桥梁和建筑的振动和冲击测量中已经得到了广泛的应用，特别是航 空和宇航领域中更有它的特殊地位。 压电式传感器也可以用来测量发动机内部燃烧压力的测量与真空度的测量。 也可以用于军事工业，例如用它来测量枪炮子弹在膛中击发的一瞬间的膛压的 变化和炮口的冲击波压力。它既可以用来测量大的压力，也可用来测量微小的 压力。 压电式传感器也广泛应用在生物医学测量中，比如说心室导管式微音器就 是由压电传感器制成的，因为测量动态压力是如此普遍，所以压电传感器的应 用就非常广。 除了压电传感器之外，还有利用压阻效应制造出来的压阻传感器，利用应 变效应的应变式传感器等，这些不同的压力传感器利用不同的效应和不同的材 料，在不同的场合能够发挥它们独特的用途。 电子计算机应用于测量系统和控制系统时，也必须由传感器提供准确可靠 的信息，如果传感器的水平与电子计算机的水平不相适应，电子计算机便不能 充分发挥应有的作用和效益。因此，传感器是测量、控制系统中的一种关键装 置。 第 4 章 硬件设计 -11- 第 4 章 硬件设计 本设计的主要任务是用 51 单片机和压力传感器实现液体的测量。这个系统 主要由 51 单片机、A/D 转换器、开关电源、键盘接口及数码显示部分组成。各 个部分都采用了典型的芯片来完成其相应的功能。下面逐个介绍所采用的芯片 性能和在设计中需要完成的任务。 4.1 AT89C51 单片机性能介绍 AT89C51 是美国 ATMEL 公司生产的低电压，高性能 CMOS8 位单片机， 片内含 4k bytes 的可反复擦写的只读程序存储器（PEROM）和 128bytes 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，兼容标准 MCS-51 指令系统，片内置通用 8 位中央处理器（CPU）和 Flash 存储单元，功能强大 AT89C51 单片机可为您提供许多高性价比的应用场 合，可灵活应用于各种控制领域。 4.1.1 主要性能指标主要性能指标 与 MCS-51 产品指令系统完全兼容 4K 字节可重擦写 Flash 闪速存储器 1000 次擦写周期 全静态操作：0Hz24Hz 三级加密程序存储器 128*8 字节内部 RAM 32 个可编程 I/O 口线 2 个 16 位定时/计数器 6 个中断源 可编程串行 UART 通道 低功耗空闲和掉电模式 4.1.2 功能性描述功能性描述 AT89C51 提供以下标准功能：4k 字节 Flash 闪速存储器，128 字节的 RAM，32 个 I/O 口线，两个 16 位定时/计数器，一个 5 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，AT89C51 可降至 0Hz 的 静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止工作并禁 河北联合大学信息工程学院 -12- 止其它所有部件工作直到下一个硬件复位。 4.1.3 引脚功能说明引脚功能说明 下图是 AT89C51 的引脚结构图，有双列直插封装(DIP)方式和方形封装方 式。 123456 A B C D 654321 D C B A Title NumberRevisionSize B Date:5-Jun-2006 Sheet of File:F:业业业业业业业keshe.ddbDrawn By: Vcc 40 P0.0(AD0) 39 P0.1(AD1) 38 P0.2(AD2) 37 P0.3(AD3) 36 P0.4(AD4) 35 P0.5(AD5) 34 P0.6(AD6) 33 P0.7(AD7) 32 EA/VPP 31 ALE /PROG 30 PSEN 29 P2.7(A15) 28 P2.6(A14) 27 P2.5(A13) 26 P2.4(A12) 25 P2.3(A11) 24 P2.2(A10) 23 P2.1(A9) 22 P2.0(A8) 21 P1.0 1 P1.1 2 P1.2 3 P1.3 4 P1.4 5 P1.5 6 P1.6 7 P1.7 8 RST 9 (RXD)P3.0 10 (TXD)P3.1 11 (INT 0)P3.2 12 (INT 1)P3.3 13 (T0)P3.4 14 (T1)P3.5 15 (WR)P3.6 16 (RD)P3.7 17 XTAL 2 18 XTAL 1 19 GND 20 AT89C51 图 4.1 AT89C51 引脚结构图 Vcc：电源电压 GND：地 P0 口：P0 口是一组 8 位漏极开路型双向 I/O 口。作为输出口用时，每位能 吸收电流的方式驱动 8 个 TTL 逻辑门电路，对端口写“1”可作为高阻抗输入 端用。 在访问外部数据存储器或程序存储器时，这组口线分时转换地址（低 8 位） 和数据总线复用，在访问期间激活内部上拉电阻。在 Flash 编程时，P0 口接收 指令字节，而在程序校验时，输出指令字节，校验时，要求外接上拉电阻。 P1 口：P1 是一个带内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，P1 的输出缓冲级可 驱动（吸收或输出电流）4 个 TTL 逻辑门电路。对端口写“1” ，通过内部的上 拉电阻把端口拉到高电平，此时可作为输入口用。作为输入口使用时，因为内 部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流（IIL） 。Flash 编 程和程序校验期间，P1 接收低 8 位地址。 P2 口：P2 是一个带有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，P2 的输出缓冲级 可驱动（吸收或输出电流）4 个 TTL 逻辑门电路。对端口写“1” ，通过内部的 第 4 章 硬件设计 -13- 上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作为输入口，作输入口使用时，因为内部 存在上