基于单片机的电阻、电容、电感测试仪

摘要随着电子工业的发展，电子元器件急剧增加，电子元器件的适用范围也逐渐广泛起来，在应用中我们常常要测定电阻，电容，电感的大小。因此，设计可靠，安全，便捷的电阻，电容，电感测试仪具有极大的现实必要性。在系统硬件设计中，以MCS51单片机为核心的电阻、电容、电感测试仪，将电阻，电容，电感，使用对应的振荡电路转化为频率实现各个参数的测量。其中电阻和电容是采用555多谐振荡电路产生的，而电感则是根据电容三点式产生的，将振荡频率送入AT89C52的计数端端，通过定时并且计数可以计算出被测频率，再通过该频率计算出被测参数。在系统的软件设计是以KEIL51为仿真平台，使用C语言与汇编语言混合编程编写了系统应用软件；包括主程序模块、显示模块、电阻测试模块、电容测试模块和电感测试模块。最后，实际制作了一台样机，在实验室里进行了测试，结果表明该样机的功能和指标得到了设计要求。关键词单片机，555多谐振荡电路，LED动态显示模块，电容三点式振荡ABSTRACTWITHTHEDEVELOPMENTOFELECTRONICINDUSTRY，ELECTRONICCOMPONENTSRAPIDLYINCREASEDTHESCOPEOFELECTRONICCOMPONENTSWIDELYUPGRADUALLY，INAPPLICATIONSWEOFTENMEASUREDRESISTORS，CAPACITORS，INDUCTORSSIZETHEREFORE,THEDESIGNOFRELIABLE，SAFE，CONVENIENTRESISTANCE，CAPACITANCE，INDUCTANCETESTEROFGREATPRACTICALNECESSITYINTHESYSTEMHARDWAREDESIGN，TAKETHEMCS51MONOLITHICINTEGRATEDCIRCUITASTHECORERESISTANCE，THEELECTRICCAPACITY，THEINDUCTANCEREFLECTOSCOPEREFLECTOR，THERESISTANCE，THEELECTRICCAPACITY，THEINDUCTANCE，THEUSECORRESPONDENCESOSCILLATINGCIRCUITTRANSFORMSFORTHEFREQUENCYREALIZESEACHPARAMETERSURVEYANDTHERESISTANCEANDTHEELECTRICCAPACITYAREUSE555MULTIRESONANTCIRCUITSTOPRODUCE，BUTTHEINDUCTANCEISPRODUCESACCORDINGTOTHEELECTRICCAPACITYBIKINI，THEOSCILATIONFREQUENCYWILLSENDAT89C52THECOUNTINGTOBENEAT，THROUGHANDFIXEDTIMECOUNTSMAYCALCULATEBYTHEFREQUENCYMEASUREMENTRATE，FIGURESOUTAGAINTHROUGHTHISFREQUENCYMETERISMEASUREDTHEPARAMETERINSYSTEMSSOFTWAREDESIGNISTAKEKEIL51ASTHESIMULATIONPLATFORM，USEDTHECLANGUAGEANDTHEASSEMBLYLANGUAGEMIXPROGRAMMINGHASCOMPILEDTHESYSTEMAPPLICATIONSOFTWARE；INCLUDINGMASTERROUTINEMODULE，DISPLAYMODULE，RESISTANCETESTMODULE，ELECTRICCAPACITYTESTMODULEANDINDUCTANCETESTMODULEFINALLY，THEACTUALPRODUCTIONOFAPROTOTYPE，TESTEDINTHELABORATORYRESULTSSHOWTHATTHEPROTOTYPEOFTHEFUNCTIONSANDINDICATORSARETHEDESIGNREQUIREMENTSKEYWORDSSINGLESLICEOFMACHINE，555RESONANCESWINGSCIRCUIT，LEDDYNAMICDISPLAYMODULE，CAPACITANCETHREEPOINTSHOCK目录1前言111设计的背景及意义112电阻、电容、电感测试仪的发展历史及研究现状113本设计所做的工作314本论文的结构安排32电阻、电容、电感测试仪的系统设计521电阻、电容、电感测试仪设计方案比较522系统的原理框图53电阻、电容、电感测试仪的系统硬件设计731MCS51单片机电路的设计732LED数码管电路与键盘电路的设计933测量电阻、电容电路的设计13331555定时器简介13332测量电阻电路的设计15333测量电容电路的设计1634测量电感电路的设计及仿真17341测量电感电路的设计17342测量电感电路的仿真1835多路选择开关电路的设计204电阻、电容、电感测试仪的软件设计2241I/O口的分配2242主程序流程图2243频率参数计算的原理245PCB板的设计与系统的调试2651PROTEL99SE的介绍与PCB板的设计2652系统调试与系统测试28521系统软件调试28522系统硬件调试28523系统测试326结论与展望34致谢36参考文献37附录38附录一系统原理图及PCB38附录二源程序401前言11设计的背景及意义目前，随着电子工业的发展，电子元器件急剧增加，电子元器件的适用范围也逐渐广泛起来，在应用中我们常常要测定电阻，电容，电感的大小。因此，设计可靠，安全，便捷的电阻，电容，电感测试仪具有极大的现实必要性。通常情况下，电路参数的数字化测量是把被测参数传换成直流电压或频率后进行测量。电阻测量依据产生恒流源的方法分为电位降法、比例运算器法和积分运算器法。比例运算器法测量误差稍大，积分运算器法适用于高电阻的测量。传统的测量电容方法有谐振法和电桥法两种。前者电路简单，速度快，但精度低；后者测量精度高，但速度慢。随着数字化测量技术的发展，在测量速度和精度上有很大的改善，电容的数字化测量常采用恒流法和比较法。电感测量可依据交流电桥法，这种测量方法虽然能较准确的测量电感但交流电桥的平衡过程复杂，而且通过测量Q值确定电感的方法误差较大，所以电感的数字化测量常采用时间常数发和同步分离法。由于测量电阻，电容，电感方法多并具有一定的复杂性，所以本次设计是在参考555振荡器基础上拟定的一套自己的设计方案。是尝试用555振荡器将被测参数转化为频率，这里我们将RLC的测量电路产生的频率送入AT89C52的计数端端，通过定时并且计数可以计算出被测频率再通过该频率计算出各个参数。12电阻、电容、电感测试仪的发展历史及研究现状当今电子测试领域，电阻，电容和电感的测量已经在测量技术和产品研发中应用的十分广泛。电阻、电容和电感测试发展已经很久，方法众多，常用测量方法如下。电阻测量依据产生恒流源的方法分为电位降法、比例运算器法和积分运算器法。比例运算器法测量误差稍大，积分运算器法适用于高电阻的测量。传统的测量电容方法有谐振法和电桥法两种。前者电路简单，速度快，但精度低；后者测量精度高，但速度慢。随着数字化测量技术的发展，在测量速度和精度上有很大的改善，电容的数字化测量常采用恒流法和比较法。电感测量可依据交流电桥法，这种测量方法虽然能较准确的测量电感但交流电桥的平衡过程复杂，而且通过测量Q值确定电感的方法误差较大，所以电感的数字化测量常采用时间常数发和同步分离法。在我国1997年05月21日中国航空工业总公司研究出一种电阻、电容、电感在线测量方法及装置等电位隔离方法，用于对在线的电阻、电容、电感元件实行等电位隔离，其特征在于，1将一个运算放大器的输出端与其反相输入端直接连接，形成一个电压跟随器；2将基准精密电阻R的一端与被隔离的在线元件ZX的一端通过导线连接，基准精密电阻R的另一端与信号源VI或者地连接，被隔离的在线元件ZX的另一端通过导线与地或者信号源VI连接，基准精密电阻R与被隔离的在线元件ZX连接的一端同时与运算放大器的同相输入端连接；3通过导线将运算放大器的输出端与线路板上所有的隔离点C连接，隔离点C的确定方法是在线路板上凡是与被隔离的在线元件ZX靠近信号源VI的一端A相连的电阻、电容、电感元件的另一端均为隔离端C。中国本土测量仪器设备发展的主要瓶颈。尽管本土测试测量产业得到了快速发展，但客观地说中国开发测试测量仪器还普遍比较落后。每当提起中国测试仪器落后的原因，就会有许多不同的说法，诸如精度不高，外观不好，可靠性差等。实际上，这些都还是表面现象，真正影响中国测量仪器发展的瓶颈为1测试在整个产品流程中的地位偏低。由于人们的传统观念的影响，在产品的制造流程中，研发始终处于核心位置，而测试则处于从属和辅助位置。关于这一点，在几乎所有的研究机构部门配置上即可窥其一斑。这种错误观念上的原因，造成整个社会对测试的重视度不够，从而造成测试仪器方面人才的严重匮乏，造成相关的基础科学研究比较薄弱，这是中国测量仪器发展的一个主要瓶颈。实际上，即便是研发队伍本身，对测试的重视度以及对仪器本身的研究也明显不够。2面向应用和现代市场营销模式还没有真正建立起来。本土仪器设备厂商只是重研发，重视生产，重视狭义的市场，还没有建立起一套完整的现代营销体系和面向应用的研发模式。传统的营销模式在计划经济年代里发挥过很大作用，但无法满足目前整体解方案流行年代的需求。所以，为了快速缩小与国外先进公司之间的差距，国内仪器研发企业应加速实现从面向仿制的研发向面向应用的研发的过渡。特别是随着国内应用需求的快速增长，为这一过渡提供了根本动力，应该利用这些动力，跟踪应用技术的快速发展。3缺乏标准件的材料配套体系。由于历史的原因，中国仪器配套行业的企业多为良莠不齐的小型企业，标准化的研究也没有跟上需求的快速发展，从而导致仪器的材料配套行业的技术水平较低。虽然目前已有较大的改观，但距离整个产业的要求还有一定距离。所以，还应把标准化和模块化的研究放到重要的位置。还有，在技术水平没有达到的条件下，一味地追求精度或追求高指标，而没有处理好与稳定性之间的关系。上述这些都是制约本土仪器发展的因素。近年来我国测量仪器的可靠性和稳定性问题得到了很多方面的重视，状况有了很大改观。测试仪器行业目前已经越过低谷阶段，重新回到了快速发展的轨道，尤其最近几年，中国本土仪器取得了长足的进步，特别是通用电子测量设备研发方面，与国外先进产品的差距正在快速缩小，对国外电子仪器巨头的垄断造成了一定的冲击。随着模块化和虚拟技术的发展，为中国的测试测量仪器行业带来了新的契机，加上各级政府日益重视，以及中国自主应用标准研究的快速进展，都在为该产业提供前所未有的动力和机遇。从中国电子信息产业统计年鉴中可以看出，中国的测试测量仪器每年都以超过30以上的速度在快速增长。在此快速增长的过程中，无疑催生出了许多测试行业新创企业，也催生出了一批批可靠性和稳定性较高的产品。13本设计所做的工作本设计是以555为核心的振荡电路，将被测参数模拟转化为频率，并利用单片机实现计算频率，所以，本次设计需要做好以下工作1学习单片机原理等资料。2学习PROTEL99E,KEL30等工具软件的使用方法。3设计测量电阻，电容，电感的振荡电路。4设计测量LED动态显示电路。5设计测量频率程序，设置程序。6用PROTEL软件绘制电原理图和印刷电路版图。7安装和调试，并进行实际测试，记录测试数据和结果。8撰写毕业论文。9完成英文翻译。14本论文的结构安排本论文的结构安排为第1章前言，第2章电阻、电容、电感测试仪的系统设计，第3章电阻、电容、电感测试仪的系统硬件设计，第4章电阻、电容、电感测试仪的软件设计，第5章PCB板的设计与系统的调试，第六章结论与展望。2电阻、电容、电感测试仪的系统设计21电阻、电容、电感测试仪设计方案比较电阻、电容、电感测试仪的设计可用多种方案完成，例如利用模拟电路，电阻可用比例运算器法和积分运算器法，电容可用恒流法和比较法，电感可用时间常数发和同步分离法等、使用可编程逻辑控制器PLC、振荡电路与单片机结合或CPLD与EDA相结合等等来实现。在设计前对各种方案进行了比较1利用纯模拟电路虽然避免了编程的麻烦，但电路复杂，所用器件较多，灵活性差，测量精度低，现在已较少使用。2可编程逻辑控制器PLC应用广泛，它能够非常方便地集成到工业控制系统中。其速度快，体积小，可靠性和精度都较好，在设计中可采用PLC对硬件进行控制，但是用PLC实现价格相对昂贵，因而成本过高。3采用CPLD或FPGA实现应用目前广泛应用的VHDL硬件电路描述语言，实现电阻，电容，电感测试仪的设计，利用MAXPLUSII集成开发环境进行综合、仿真，并下载到CPLD或FPGA可编程逻辑器件中，完成系统的控制作用。但相对而言规模大，结构复杂。4利用振荡电路与单片机结合利用555多谐振荡电路将电阻，电容参数转化为频率，而电感则是根据电容三点式电路也转化为频率，这样就能够把模拟量近似的转换为数字量，而频率F是单片机很容易处理的数字量，一方面测量精度高，另一方面便于使仪表实现自动化，而且单片机构成的应用系统有较大的可靠性。系统扩展、系统配置灵活。容易构成各种规模的应用系统，且应用系统有较高的软、硬件利用系数。单片机具有可编程性，硬件的功能描述可完全在软件上实现，而且设计时间短，成本低，可靠性高。综上所述，利用振荡电路与单片机结合实现电阻、电容、电感测试仪更为简便可行，节约成本。所以，本次设计选定以单片机为核心来进行。22系统的原理框图本设计中，考虑到单片机具有物美价廉、功能强、使用方便灵活、可靠性高等特点，拟采用MCS51系列的单片机为核心来实现电阻、电容、电感测试仪的控制。系统分四大部分测量电路、控制电路、通道选择和显示电路。通过P13和P14向模拟开关送两位地址信号，取得相应的振荡频率，然后根据所测频率判断是否转换量程，或者是把数据进行处理后，得出相应的参数值。系统设计框图如图21如下所示。图21系统设计框图框图各部分说明如下1控制部分本设计以单片机为核心，采用89C51单片机，利用其管脚的特殊功能以及所具备的中断系统，定时/计数器和LED显示功能等。LED灯本设计中，设置了1盏电源指示灯，采用红色的LED以共阳极方式来连接，直观易懂，操作也简单。数码管显示本设计中有1个74HC02、2个74LS573、1个2803驱动和6个数码管，采用共阳极方式连接构成动态显示部分，降低功耗。键盘本设计中有SR，SC，SL三个按键，可灵活控制不同测量参数的切换，实现一键测量。2通道选择本设计通过单片机控制CD4052模拟开关来控制被测频率的自动选择。3测量电路RC震荡电路是利用555振荡电路实现被测电阻和被测电容频率化。电容三点式振荡电路是利用电容三点式振荡电路实现被测电感参数频率化。通过51单片机的IO口自动识别量程切换，实现自动测量。3电阻、电容、电感测试仪的系统硬件设计31MCS51单片机电路的设计在本设计中，考虑到单片机构成的应用系统有较大的可靠性，容易构成各种规模的应用系统，且应用系统有较高的软、硬件利用系数。还具有可编程性，硬件的功能描述可完全在软件上实现。另外，本设计还需要利用单片机的定时计数器、中断系统、串行接口等等，所以，选择以单片机为核心进行设计具有极大的必要性。在硬件设计中，选用MS51系列单片机，其各个I/O口分别接有按键、LED灯、七位数码管等，通过软件进行控制。MCS51单片机包含中央处理器、程序存储器ROM、数据存储器RAM、定时/计数器、并行接口、串行接口和中断系统等几大单元，以及数据总线、地址总线和控制总线等三大总线，现在分别加以说明1中央处理器中央处理器CPU是整个单片机的核心部件，是8位数据宽度的处理器，能处理8位二进制数据或代码，CPU负责控制、指挥和调度整个单元系统协调的工作，完成运算和控制输入输出功能等操作。2数据存储器RAM内部有128个8位用户数据存储单元和128个专用寄存器单元，它们是统一编址的，专用寄存器只能用于存放控制指令数据，用户只能访问，而不能用于存放用户数据，所以，用户能使用的RAM只有128个，可存放读写的数据，运算的中间结果或用户定义的字型表。3程序存储器ROM共有4096个8位掩膜ROM，用于存放用户程序，原始数据或表格。4定时/计数器ROM有两个16位的可编程定时/计数器，以实现定时或计数产生中断用于控制程序转向。5并行输入输出I/O口共有4组8位I/O口P0、P1、P2或P3，用于对外部数据的传输。6全双工串行口内置一个全双工串行通信口，用于与其它设备间的串行数据传送，该串行口既可以用作异步通信收发器，也可以当同步移位器使用。7中断系统具备较完善的中断功能，有两个外中断、两个定时/计数器中断和一个串口中断，可满足不同的控制要求，并具有2级的优先级别选择。8时钟电路内置最高频率达12MHZ的时钟电路，用于产生整个单片机运行的脉冲时序。本设计中单片机的设计电路如下图31所示图31单片机的设计电路本电路使用单片机内部振荡器，110592MHZ的晶体谐振器直接接在单片机的时钟端口X1和X2，电路中C2、C3为振荡器的匹配电容。该电路简单，工作可靠。另外本系统的容阻上电复位，就是利用RC电路的充电过程来给单片机复位。RC电路的时间常数计算公式TRC31即TRC10U10K100MS。当需要复位时，也可以按下复位按键，进行复位。32LED数码管电路与键盘电路的设计在电阻、电容、电感测试系统中，用LED灯来显示测量参数的类别和电源指示，既简单又显而易见。与小白炽灯泡和氖灯相比，LED的特点是工作电压很低有的仅一点几伏；工作电流很小有的仅零点几毫安即可发光；抗冲击和抗震性能好，可靠性高，寿命长；通过调制通过的电流强弱可以方便地调制发光的强弱。由于有这些特点，发光二极管在一些光电控制设备中常常用作光源。在本设计中，利用单片机的P10、P11和P12口直接和发光二极管相连接，控制程序放在MCS51单片机的ROM中。由于测试指示灯为发光二极管且阳极通过限流电阻与电源正极相接，所以为共阳极。因此I/0口输出低电平时，与之相连的相应指示灯会亮；I/0口输出高电平时，相应的指示灯会灭。发光二极管的接口电路如图32所示图32发光二极管的接口电路发光二极管的设计中，每个二极管与单片机接口间有一个电阻，其阻值至少为180欧。按33V时的工作电流15MA来计算，需要让与之串联的电阻，分去VCC5V电压中的27V电压，则得到RU/I27V/0015A180欧，且电阻的功率为PUI27V0015A0041W。另外，在本设计中，LED应用于七位数码管中，实现了被测参数的显示，七位数码管以共阴极的方式经过74LS573锁存器与单片机的P0口相连。六位数码管显示被测参数的示值从左到右依次代表十万、万、千、百、十和个位，这样显示结果更为简单可行。数码管要正常显示，就要用驱动电路来驱动数码管的各个段码，从而显示出我们要的数字，因此根据数码管的驱动方式的不同，可以分为静态式和动态式两类。1静态显示驱动静态驱动也称直流驱动，静态驱动是指每个数码管的每一个段码都由一个单片机的I/O端口进行驱动，或者使用如BCD码二十进制译码器译码进行驱动。静态驱动使编程简单，显示亮度高。2动态显示驱动数码管动态显示接口是单片机中应用最为广泛的一种显示方式之一，动态驱动是将所有数码管的8个显示笔划“A,B,C,D,E,F,G,DP“的同名端连在一起，另外为每个数码管的公共极COM增加位选通控制电路，位选通由各自独立的I/O线控制，当单片机输出字形码时，所有数码管都接收到相同的字形码，但究竟是那个数码管会显示出字形，取决于单片机对位选通COM端电路的控制，所以我们只要将需要显示的数码管的选通控制打开，该位就显示出字形，没有选通的数码管就不会亮。通过分时轮流控制各个数码管的COM端，就使各个数码管轮流受控显示，这就是动态驱动。在轮流显示过程中，每位数码管的点亮时间为12MS，由于人的视觉暂留现象及发光二极管的余辉效应，尽管实际上各位数码管并非同时点亮，但只要扫描的速度足够快，给人的印象就是一组稳定的显示数据，不会有闪烁感，动态显示的效果和静态显示是一样的，能够节省大量的I/O端口，而且功耗更低。经过对两种显示方式的比较分析静态方式需要大量I/O，而动态扫描显示方式能够节省大量的I/O口，且电路结构也比较简单，显示效果良好，因此最终采用动态扫描显示方式。系统核心电路AT89S52最小系统的P0口以总线方式与二片数据锁存器74HC573相连接，二片74HC573的片选使能端LE分别连接在或非门74HC02的1、4管脚，三个或非门相类似，都是两个输入端的其中一端接在单片机的16管脚WR，而另一端分别接在P25P26。单片机片选电路如图33所示。图33单片机片选电路或非门片选电路分析当单片机通过P0口总线输出数据时，16管脚WR为低电平“0”，片选信号端P25P27中，要被片选端为“0”，其它为“1”，这样三个或非门中，只有需要片选中或非门的输出为高电平“1”，其它两个或非门的输出信号为低电平“0”。另外，74HC573数据锁存器的LE使能端为高电平有效，与之前电路结合可以实现片选功能。在本设计中，LED显示接口电路如下图34所示图34LED显示接口电路电路由6个共阴极数码管、两个74HC573和一个ULN2803组成。两个74HC573分别作为段码和位码的数据锁存器，它们的片选信号来自最小系统AT89S52的P25和P26，由此可以计算出它们的片选地址段码片选地址为C000HDFFFH，位码片选地址为A000HBFFFH。ULN2803是达林顿管，在电路中能起到大电流输出和高压输出的作用。由于电路使用的是共阴极动态显示方式，ULN2803在位码数据锁存器后连接八个数码管的COM端，可以增强驱动数码管的能力，使数码管的显示效果更好。本设计中设置了SR,SC,SL三个按键，利用单片机的P10、P11和P12口直接和按键相连接，控制程序放在MCS51单片机的ROM中用于启动各个被测参数程序的调整。见图35按键电路所示图35按键电路控制R、L、C的三个按键接入一个10K大小的上拉电阻，起限流保护作用。当有键按下时为低电平，无键按下时则为高电平。33测量电阻、电容电路的设计331555定时器简介555定时器是一种模拟电路和数字电路相结合的中规模集成器件，它性能优良，适用范围很广，外部加接少量的阻容元件可以很方便地组成单稳态触发器和多谐振荡器，以及不需外接元件就可组成施密特触发器。因此集成555定时被广泛应用于脉冲波形的产生与变换、测量与控制等方面。1555定时器内部结构555定时器是一种模拟电路和数字电路相结合的中规模集成电路,其内部结构如图36A部分及管脚排列如图B部分所示。图36定时器内部结构它由分压器、比较器、基本RS触发器和放电三极管等部分组成。分压器由三个5K的等值电阻串联而成。分压器为比较器A1、A2提供参考电压，比较器A1的参考电压为，加在同相输入端，比较器A2的参考电压为，加2313在反相输入端。比较器由两个结构相同的集成运放A1、A2组成。高电平触发信号加在A1的反相输入端，与同相输入端的参考电压比较后，其结果作为基本RS触发器端的输入信号；低电平触发信号加在A2的同相输入端，与反相输入端的参考电压比较后，其结果作为基本RS触发器端的输入信号。基本RS触发器的输出状态受比较器A1、A2的输出端控制。2多谐振荡器工作原理由555定时器组成的多谐振荡器如图37C部分所示，其中R1、R2和电容C为外接元件。其工作波如图D部分所示。图37震荡器工作原理设电容的初始电压UC0，T0时接通电源，由于电容电压不能突变，所以高、低触发端VTHVTL0，比较器A1输出为高电平，A2输出为低电INCLUDEINCLUDEINCLUDEUNSIGNEDCHARINTE0/频率值溢出定时器值UNSIGNEDLONGINTUU0/频率相对应的计数值UNSIGNEDLONGINTFF0/实际频率值TYPEDEFUNSIGNEDCHARUCHARTYPEDEFUNSIGNEDINTUINTUCHARKEY1INTM0,W0,Q0,B0,S0,G0DEFINELEDSEGXBYTE0XBFFFDEFINELEDDATXBYTE0XDFFF/按键/SBITSLP10SBITSCP11SBITSRP12SBITFWP35SBITSRGP15SBITSRDP16VOIDDELAY_5MSUCHARI,JFORJ0J5JFORI0I125IVOIDDELAY_50USUCHARIFORI0I6IVOIDDISPLAYUCHARNUM,UCHARSEGSWITCHNUMCASE1NUM0X06BREAKCASE2NUM0X5BBREAKCASE3NUM0X4FBREAKCASE4NUM0X66BREAKCASE5NUM0X6DBREAKCASE6NUM0X7DBREAKCASE7NUM0X07BREAKCASE8NUM0X7FBREAKCASE9NUM0X6FBREAKCASE0NUM0X3FBREAKDEFAULTNUM0X00BREAKSWITCHSEGCASE1SEG0X01BREAKCASE2SEG0X02BREAKCASE3SEG0X04BREAKCASE4SEG0X08BREAKCASE5SEG0X10BREAKCASE6SEG0X20BREAKDEFAULTSEG0X00BREAKLEDSEGSEGDELAY_50USLEDDATNUMDELAY_50USVOIDTIMER1VOIDINTERRUPT3TL10X00TH10X00VOIDCAFREQUENTVOIDREENTRANTLONGINTL10X00LONGINTH10X00FLOATTT0/TT用于计算频率TMODTMODTH10X00TL10X00ET11EA1WHILEFW1TR11WHILEFW0WHILEFW1TR10L1TL1H1TH1UUH1256L1INTE65536INTE0TTUU/11059210000000/120FFUNSIGNEDLONGINT10/TT/频率值VOIDJUDGEKEYLONGINTR0,C0,L0CAFREQUENTDELAY_5MSWHILESR0IFSRD0/R65600000/20FF3300/20R69063430/20FF3300/20DELAY_5MSMR/100000DELAY_5MSWR/1000010DELAY_5MSQR/100010DELAY_5MSBR/10010DELAY_5MSSR/1010DELAY_5MSGR10ELSESRG0R10000000/0693001FF200000/20DELAY_5MSMR/100000DELAY_5MSWR/1000010DELAY_5MSQR/100010DELAY_5MSBR/10010DELAY_5MSSR/1010DELAY_5MSGR10WHILESC0/C27900000/FFC31933330/FFDELAY_5MSMC/100000DELAY_5MSWC/1000010DELAY_5MSQC/100010DELAY_5MSBC/10010DELAY_5MSSC/1010DELAY_5MSGC10WHILESL0L380000000/FFFFDELAY_5MSML/100000DELAY_5MSWL/1000010DELAY_5MSQL/100010DELAY_5MSBL/10010DELAY_5MSSL/1010DELAY_5MSGL10WHILE1DISPLAYM,1DELAY_5MSDISPLAYW,2DELAY_5MSDISPLAYQ,3DELAY_5MSDISPLAYB,4DELAY_5MSDISPLAYS,5DELAY_5MSDISPLAYG,6DELAY_5MSVOIDMAINJUDGEKEY外文翻译单片机AT89C51简介AT89C51是美国ATMEL公司生产的低电压，高性能CMOS8位单片机，片内含4KB字节的快速可擦写的只读程序存储器（PEROM）和128字节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MCS51产品指令系统，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。主要性能参数1）与MCS51产品指令系统完全兼容；2）4K字节可重复写FLASH闪速存储器；3）1000次擦写周期；4）全静态操作0HZ24MHZ；5）三级加密程序存储器；6）1288字节内部RAM；7）32个可编程I/O口；8）2个16位定时/计数器；9）6个中断源；10）可编程串行UART通道；11）低功耗空闲和掉电模式。功能特性概述AT89C51提供以下标准功能4K字节闪速存储器，128字节内部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。引脚功能说明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，也即地址/数据总线复位口。作为输出口用时，每位能吸收电流的方式驱动8个逻辑门电路，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。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，此时可做熟出口。做输出口使用时，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。FLASH编程和程序校验期间，P1接受低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”，通过内部地山拉电阻把端口拉到高电平，此时可作为输出口，作输出口使用时，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。P3口P3口是一组带有内部上拉电阻的8位双向I/O口。P3口输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。对P3口写入“1”时，他们被内部上拉电阻拉高并可作为输出口。做输出端时，被外部拉低的P3口将用上拉电阻输出电流。P3口还接收一些用于闪速存储器编程和程序校验的控制信号。表1P3功能引脚功能P30RXDP31TXDP32INT0P33INT1P34TOP35T1P36WRP37RDRST复位输入。当振荡器工作时，RST引脚出现两个机器周期以上高电平将使单片机复位。ALE/PROG当访问外部程序存储器或数据存储器时，ALE（地址所存允许）输出脉冲用于所存地址的低8位字节。即使不访问外部存储器，ALE仍以时钟振荡频率的1/6输出固定的正脉冲信号，因此它可对外输出时钟或用于定时目的。要注意的是每当访问外部数据存储器时将跳过一个ALE脉冲。对FLASH存储器编程期间，该引脚还用于输入编程脉冲（PROG）。如有不要，可通过对特殊功能寄存器（SFR）区中的8EH单元的D0位置位，可禁止ALE操作。该外置位后，只要一条MOVX和MOVC指令ALE才会被激活。此外，该引脚会被微弱拉高，单片机执行外部程序时，应设置ALE无效。PSEN程序存储允许（PSEN）输出是外部程序存储器的读选通信号，当AT89C51由外部程序存储器取指令（或数据）时，每个机器周期两个PSEN有效，即输出两个脉冲。在此期间，当访问外部数据存储器，这两次有效的PSEN信号不出现。EA/VPP外部访问允许。欲使CPU仅访问外部程序存储器（地址为0000HFFFFH），EA端必须保持低电平（接地）。需注意的是如果加密位LB1被编程，复位时内部会锁存EA端状态。如EA端为高电平（接VCC端），CPU则执行内部程序存储器中的指令。FLASH存储器编程时，该引脚加上12V的编程允许电源VPP，当然这必须是该器件是使用12V编程电压VPP。XTAL1振荡器反相放大器的及内部时钟发生器的输出端。XTAL2振荡器反相放大器的输出端。时钟振荡器AT89C51中有一个用于构成内部振荡器的高增益反相放大器，引脚XTAL1和XTAL2分别是该放大器的输入端和输出端。这个放大器与作为反馈的片外石英晶体或陶瓷谐振器一起构成自激振荡器。外接石英晶体（或陶瓷谐振器）及电容C1、C2接在放大器的反馈回路中构成并联振荡电路。对外接电容C1、C2虽然没有十分严格的要求，但电容容量的大小会轻微影响振荡频率的高低、振荡器的稳定性、起振的难易程度及温度稳定性，如果使用石英晶体，我们推荐电容使用30PF，而如使用陶瓷谐振器建议选择40PF。用户也可以采用外部时钟。这种情况下，外部时钟脉冲接到XTAL1端，即内部时钟发生器的输入端，XTAL2则悬空。由于外部时钟信号是通过一个2分频触发器后作为内部时钟信号的，所以对外部时钟信号的占空比没有特殊要求，但最小高电平持续时间和最大的低电平持续时间应符合产品技术要求。图1外部时钟电路图2外部时钟输入在空闲工作模式状态，CPU保持睡眠状态而所有片内的外设仍保持激活状态，这种方式由软件产生。此时，片内RAM和所有特殊功能寄存器的内容保持不变。空闲模式可由任何允许的中断请求或硬件复位终止。终止空闲工作模式的方法有两种，其一是任何一条被允许中断的事件被激活，即可终止空闲工作模式。程序会首先响应中断，进入中断服务程序，执行完中断服务程序并仅随终端返回指令，下一条要执行的指令就是使单片机进入空闲模式那条指令后面的一条指令。其二是通过硬件复位也可将空闲工作模式终止，需要注意的是，当由硬件复位来终止空闲模式时，CPU通常是从激活空闲模式那条指令的下一条指令开始继续执行程序的，要完成内部复位操作，硬件复位脉冲要保持两个机器周期（24个时钟周期）有效，在这种情况下，内部禁止CPU访问片内RAM，而允许访问其它端口。为了避免可能对端口产生以外写入，激活空闲模式的那条指令后一条指令不应该是一条对端口或外部存储器的写入指令。在掉电模式下，震荡器停止工作，进入掉电模式的指令是最后一条被执行的指令，片内RAM和特殊功能寄存器的内容在终止掉电模式前被冻结。退出掉电模式的唯一方法是硬件复位，复位后将重新定义全部特殊功能寄存器但不改变RAM中的内容，在VCC恢复到正常工作电平前，复位应无效，且必须保持一定时间以使振荡器重启动并稳定工作。表2编程电压VPP12VVPP5V标志AT89C51XXXXYYWWAT89C51XXXX5YYWW地址030H1EH031H51H032HFFH030H1EH031H51H032H05H编程方法编程前，需设置好地址，数据及控制信号，AT89C51编程方法如下1在地址线上加上要编程单元的地址信号；2在数据线上加上要写入的数据字节；3激活相应的控制信号；4在高电压编程方式时，将EA/VPP端加上12V编程电压；5每对FLASH存储阵列写入一个字节或每写入一个程序加密位，加上一个ALE/PROG编程脉冲，改变编程单元的地址和写入的数据，重复15步骤，直到全部文件编程结束。每个字节写入周期是自身定时地，通常约为15MS。数据查询AT89C51单片机用数据查询方式来检测一个写周期是否结束，在一个写周期中，如需要读取最后写入的那个字节，则读出的数据的最高位（P07）是原来写入字节最高位的反码。写周期完成后，有效的数据就会出现在所有输出端上，此时，可进入下一个字节的写周期，写周期开始后，可在任意时刻进行数据查询。READY/BUSY字节编程的进度可通过“RDY/BSY”输出信号监测，编程期间，ALE变为高电平“H”后P34RDY/BSY端电平被拉低，表示正在编程状态（忙状态）。编程完成后，P34变为高电平表示准备就绪状态。程序校验如果加密位LB1、LB2没有进行编程，则代码数据可通过地址和数据线读回原编写的数据。加密位不可能直接变化。证实加密位的完成通过观察它们的特点和能力。芯片擦除利用控制信号的正确组合（表1）并保持ALE/PROG引脚10MS的低电平脉冲宽度即可将PEROM阵列（4K字节）整片擦除，代码阵列在擦除操作中将任何非空单元写入“1”，这步骤需要再编程之前进行。读片内签名字节AT89C51单片机内有3个签名字节，地址为030H、031H和032H。用于声明该器件的厂商、型号和编程电压。读签名字节的过程和单元030H、031H和032H的正常校验相仿，只需将P36和P37保持低电平，返回值意义如下（030H）1EH声明产品由ATMEL公司制造；（031H）51H声明为AT89C51单片机；（032H）FFH声明为12V编程电压；（032H）05H声明为5V编程电压。编程接口采用控制信号的正确组合可对FLASH闪速存储阵列中的每一代码字节进行写入和存储器的整片擦除，写操作周期是自身定时的，初始化后它将自动定时到操作完成BIREFINTRODUCTIONOFAT89C51THEAT89C51ISALOWPOWER,HIGHPERFORMANCECMOS8BITMICROCOMPUTERWITH4KBYTESOFFLASHPROGRAMMABLEANDERASABLEREADONLYMEMORYPEROMAND128BYTESRAMTHEDEVICEISMANUFACTUREDUSINGATMELSHIGHDENSITYNONVOLATILEMEMORYTECHNOLOGYANDISCOMPATIBLEWITHTHEINDUSTRYSTANDARDMCS51INSTRUCTIONSETANDPINOUTTHECHIPCOMBINESAVERSATILE8BITCPUWITHFLASHONAMONOLITHICCHIP,THEATMELAT89C51ISAPOWERFULMICROCOMPUTERWHICHPROVIDESAHIGHLYFLEXIBLEANDCOSTEFFECTIVESOLUTIONTOMANYEMBEDDEDCONTROLAPPLICATIONSFEATURESCOMPATIBLEWITHMCS51PRODUCTS4KBYTESOFINSYSTEMREPROGRAMMABLEFLASHMEMORYENDURANCE1,000WRITE/ERASECYCLESFULLYSTATICOPERATION0HZTO24MHZTHREELEVELPROGRAMMEMORYLOCK128X8BITINTERNALRAM32PROGRAMMABLEI/OLINESTWO16BITTIMER/COUNTERSSIXINTERRUPTSOURCESPROGRAMMABLESERIALCHANNELLOWPOWERIDLEANDPOWERDOWNMODESTHEAT89C51PROVIDESTHEFOLLOWINGSTANDARDFEATURES4KBYTESOFFLASH,128BYTESOFRAM,32I/OLINES,TWO16BITTIMER/COUNTERS,AFIVEVECTORTWOLEVELINTERRUPTARCHITECTURE,AFULLDUPLEXSERIALPORT,ONCHIPOSCILLATORANDCLOCKCIRCUITRYINADDITION,THEAT89C51ISDESIGNEDWITHSTATICLOGICFOROPERATIONDOWNTOZEROFREQUENCYANDSUPPORTSTWOSOFTWARESELECTABLEPOWERSAVINGMODESTHEIDLEMODESTOPSTHECPUWHILEALLOWINGTHERAM,TIMER/COUNTERS,SERIALPORTANDINTERRUPTSYSTEMTOCONTINUEFUNCTIONINGTHEPOWERDOWNMODESAVESTHERAMCONTENTSBUTFREEZESTHEOSCILLATORDISABLINGALLOTHERCHIPFUNCTIONSUNTILTHENEXTHARDWARERESETPINDESCRIPTIONVCCSUPPLYVOLTAGEGNDGROUNDPORT0PORT0ISAN8BITOPENDRAINBIDIRECTIONALI/OPORTASANOUTPUTPORTEACHPINCANSINKEIGHTTTLINPUTSWHENISAREWRITTENTOPORT0PINS,THEPINSCANBEUSEDASHIGHIMPEDANCEINPUTSPORT0MAYALSOBECONFIGUREDTOBETHEMULTIPLEXEDLOWORDERADDRESS/DATABUSDURINGACCESSESTOEXTERNALPROGRAMANDDATAMEMORYINTHISMODEP0HASINTERNALPULLUPSPORT0ALSORECEIVESTHECODEBYTESDURINGFLASHPROGRAMMING,ANDOUTPUTSTHECODEBYTESDURINGPROGRAMVERIFICATIONEXTERNALPULLUPSAREREQUIREDDURINGPROGRAMVERIFICATIONPORT1PORT1ISAN8BITBIDIRECTIONALI/OPORTWITHINTERNALPULLUPSTHEPORT1OUTPUTBUFFERSCANSINK/SOURCEFOURTTLINPUTSWHEN1SAREWRITTENTOPORT1PINSTHEYAREPULLEDHIGHBYTHEINTERNALPULLUPSANDCANBEUSEDASINPUTSASINPUTS,PORT1PINSTHATAREEXTERNALLYBEINGPULLEDLOWWILLSOURCECURRENTIILBECAUSEOFTHEINTERNALPULLUPSPORT1ALSORECEIVESTHELOWORDERADDRESSBYTESDURINGFLASHPROGRAMMINGANDVERIFICATIONPORT2PORT2ISAN8BITBIDIRECTIONALI/OPORTWITHINTERNALPULLUPSTHEPORT2OUTPUTBUFFERSCANSINK/SOURCEFOURTTLINPUTSWHEN1SAREWRITTENTOPORT2PINSTHEYAREPULLEDHIGHBYTHEINTERNALPULLUPSANDCANBEUSEDASINPUTSASINPUTS,