智能电热壶的设计—论文 - 图文(2)

MCS-51是美国Intel公司的8位高档单片机系列，是在MCS-51系列基础上发展而来的，也是我国目前应用最广的一种单片机系列[6]。 2.1 AT89C51概述

AT89C51是美国ATMEL公司生产的低电压,高性能CMOS8位单片机,片内含4Kbytes的可反复擦写的只读程序存储器和128byte的随机数据存储器,器件采用ATMEL公司高密度、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位中央处理器和FLASH存储单元,功能强大AT89C51单片机可灵活应用于各种控制领域。实物如图1所示：

图1 AT89C51实物图

主要性能参数[7]:

.与MCS-51产品指令和引脚完全兼容 .4K字节可重擦写FLASH闪速存储器 .1000次擦写周期 .全静态操作:0Hz-24MHz .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 2.2 AT89C51功能特性:

AT89C51是一种带4K字节闪存可编程可擦除只读存储器(FPEROM—Flash Programmable and Erasable Read Only Memory)的低电压、高性能CMOS 8位微处理器。AT89C2051是一种带2K字节闪存可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除1000次。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，AT89C51各种型号芯片的引脚是互相兼容的。目前，AT89C51单片机多采用40只引脚的双列直插封

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装(DIP)方式。外形及引脚排列如图所示。

图2 AT89C51引脚图

40只引脚按其功能可分为如下3类：

(1)电源及时钟引脚——Vcc、Vss；XTALl、XTAL2； (2)控制引脚——PSEN、ALE、EA、RESET(即RST)；

(3)I／O口引脚——P0、P1、P2、P3，为4个8位I／O口的外部引脚。

2.2.1电源及时钟引脚

1、电源引脚

电源引脚接入单片机的工作电源。 (1)Vcc(40引脚)：接+5V电源。 (2)Vss(20引脚)：接地。 2、时钟引脚

(1)XTALl(19引脚)：片内振荡器反相放大器和时钟发生器电路的输入端。使用片内振荡器时，该引脚连接外部石英晶体和微调电容。

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(2)XTAL2(18引脚)：片内振荡器反相放大器的输出端。当使用片内振荡器时，该引脚连接外部石英晶体和微调电容。当采用外接时钟源时，引脚XTALl接收外部时钟振荡器的信号，XTAL2悬空。

2.2.2控制引脚

控制引脚提供控制信号，有的引脚还具有复用功能。

(1)RST(9引脚)：复位信号输入端，高电平有效。当单片机运行时，在此引脚加上持续时间大于2个机器周期(24个时钟振荡周期)的高电平时，就可以对单片机完成复位操作。在单片机正常工作时，此引脚应为≤0.5V的低电平。

(2)EA/VPP(31引脚)：EA为外部程序存储器访问允许控制端。当EA引脚接高电平时，在PC值不超出0FFFH(即不超出片内4KBFlash存储器的地址范围)的情况下，单片机读片内程序存储器(4KB)，但超出0FFFH(即超出片内4KB Flash存储器地址范围)时，将自动转向访问外部程序存储器中的程序。当EA引脚为低电平时，对程序存储器的读操作只限定在外部程序存储器，地址为0000H—FFFFH，片内的4KB Flash程序存储器不起作用。

VPP为该引脚的第二功能，为编程电压输入端。对于AT89C51单片机，在对片内Flash固化编程时，加在VPP引脚的编程电压为+5V或+12V。

(3)ALE/PROG(30引脚):ALE为低8位地址锁存允许信号。在系统扩展时，ALE的负跳沿将P0口发出的低8位地址锁存在外接的地址锁存器中，然后P0口再作为数据端口使用，以实现P0口的低8位地址和数据的分时复用。 PROG为该引脚的第二功能，在对片内Flash存储器编程时，此引脚作为编程脉冲输入端。

(4)PSEN(29引脚)：读外部程序存储器的选通信号。在单片机读外部程序存储器时，此引脚输出脉冲的负跳沿作为读外部程序存储器的选通信号。此引脚接外部程序存储器的OE(输出允许)端；在访问外部RAM时PSEN信号无效[9]。

2.2.3并行I/O引脚

P0口:P0口是一组8位漏极开路型双向I/O口,也即地址/数据总线复用口。作为输出口用时，每位能吸收电流的方式8个TTL逻辑门电路，对端口写“1”时，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，此时可作输入

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口。作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时输出一个电流。

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”，通过内部的上拉电阻把端口拉倒高电平，此时可作输入口，作输入口使用时，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。在访问外部程序存储器或16位地址的外部数据存储器时，P2口送出高8位地址数据。在访问8位地址的外部数据存储器时，P2口输出P2锁存器的内容。

FLASH编程或校验时，P2亦接收高位地址和一些控制信号。

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4个TTL逻辑门电路。对P3口写“1”时，它们被内部上拉电阻拉高并可作为输入端口。此时，被外部拉低的P3口将用上拉电阻输出电流[10]。

P3口除了作为一般的I/O线外，更重要的用途是它的第二功能，如表1所示[11]：

表1 P3口的第二功能

端口引脚 P3.0 P3.1 P3.2 P3.3 P3.4 P3.5 P3.6 P3.7

第二功能 RXD(串行输入口) TXD(串行口输出口) INT0 (外中断0) INT1(外中断1) T0(定时/计数器0) T1(定时/计数器1) WR(外部数据存储器写选通) RD(外部数据存储器读选通)

此外,P3口还接收一些用于FLASH闪存存储器编程器和程序校验的控制信号。

2.3 AT89C51的最小系统

AT89C51的最小系统由单片机连接复位电路和晶振电路组成如图3、4所示：

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图3 单片机复位电路

复位电路

复位原理：复位操作有手动复位和上电自动复位，智能电热壶的设计采用的是一种上电自动复位电路，在复位电路上电的瞬间，RC电路充电，由于电容上电压不能突变，所以RST引脚出现高电平。RST引脚出现的高电平将会随着对电容C的充电过程而逐渐回落，为了保证RST引脚出现的高电平持续两个机器周期以上的时间，需要合理地选择其电阻和电容的参数值，而电阻和电容参数的取值随着时钟频率的不同而变化[12]。

在单片机应用系统中，除单片机本身需要复位外，外部扩展接口电路等也需要复位，所以系统需要一个同步的复位信号。为了保证系统可靠工作，CPU应在系统所有芯片的初始化完成后再对其进行读写。因此硬件电路应保证单片机复位后CPU开始工作时，所有的外部扩展接口电路全部复位完毕，即外部扩展接口电路的复位操作完成在前，单片机的复位操作完成在后，也可以采用软件的方式提供这种保证，在主程序的开始部分加入延时，然后再对单片机进行初始化操作。

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