1、山東交通學院2011屆畢業(yè)生畢業(yè)論文(設計)題目：簡易r、l、c測量儀設計院(系)別信息科學與電氣工程學院 專 業(yè) 電氣工程及其自動化 班 級 學 號 姓 名 指導教師 山東交通學院教務處2012年4月73原 創(chuàng) 聲 明本人王康宇鄭重聲明：所呈交的論文“簡易r、l、c測量儀設計”，是本人在導師饒中洋老師的指導下開展研究工作所取得的成果。除文中特別加以標注和致謝的地方外，論文中不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果，對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體均已在文中以明確方式標明，本人完全意識到本聲明的法律后果，尊重知識產(chǎn)權(quán)，并愿為此承擔一切法律責任。 論文作者(簽字)：日期：2012年

2、4月12日摘 要大學四年，通過對相關專業(yè)知識的學習，在不斷的失敗和挫折中，漸漸成長也漸漸成熟。二十一世紀是一個科學的世紀，是一個高度自動化及各種機械漸漸擺脫人類操控的時代。自動化高度集中是時代的需要，也是人類的需要。簡易r、l、c測量儀是為了方便人們對電阻、電容、及電感測量而隨著人們的生活節(jié)奏的加快應運而生的具有現(xiàn)代工業(yè)氣息的測量儀器，具有方便，準確，操作簡單，體積小，易于攜帶等優(yōu)點。它的設計運用了模擬電子，模擬電路，數(shù)字電路，及相關的單片機知識加以人為的思想設計而成。設計的原理是把r、l、c轉(zhuǎn)換成頻率信號f，轉(zhuǎn)換的原理分別是rc振蕩電路和lc電容三點式振蕩電路。單片機計數(shù)得出被測頻率，由該頻

3、率計算出各個參數(shù)值，數(shù)據(jù)處理后，送顯示。在設計中為了節(jié)約單片機的口線,選有了單端8通道雙向多路開關cd4051。通過控制cd4051控制端選擇8路輸入中的一路輸出,輸入到單片機的計數(shù)端。在量程的多檔位設計中沒有使用模擬可控,而是使用了雙刀雙置開關,雖然在測量時候不能自動換量程,帶來不便。但它卻不用考慮由模擬可控開關帶來的幾十歐電阻對測量結(jié)果的影響。為使單片機能正確的調(diào)用計算標準電阻電容,設計了由741構(gòu)成的比較電路,再將比較結(jié)果供單片機查詢。關鍵詞：rc振蕩電路,lc電容三點式,顯示電路,恒流源,單片機,555多謝振蕩電路abstractuniversity for four years, t

4、hrough the relevant professional knowledge and learning, in the continuing failure and setbacks, began to grow gradually mature. the 21st century is a century of science, is a highly automated and machinery gradually get rid of the era of human manipulation. highly centralized automation needs of th

5、e times, but also the human needs.simple r, l, c measuring instrument is to facilitate peoples resistance, capacitance, and inductance measurements with the accelerated pace of life came into being with the breath of modern industrial measuring instruments, with a convenient, accurate, simple operat

6、ion, volume small, easy to carry and so on. it is designed to use the analog electronics, analog circuits, digital circuits, and microcontroller-related knowledge and ideas designed to be human.design principle is the r, l, c into a frequency signal f, the principle of conversion were rc and lc osci

7、llator circuit capacitor three-point oscillator circuit. the measured frequency of the microcontroller counts obtained from the frequency to calculate the various parameters, data processing, and sending display.in order to save the design of the microcontroller port lines, i chose the single-ended

8、8-channel bi-directional multiplexer cd4051. cd4051control by controlling the input terminal selection in the way 8-way output, input to the chip count side.in the range of multi-gear design does not use analog control, but the use of a double-pole double position switch, although not automatically

9、change when the measurement range, the inconvenience, but it does not consider the switch from analog control to bring dozens of european resistance to the measurement results. to enable the microcontroller to calculate the correct standard called resistors and capacitors, designed by the compositio

10、n of the comparison circuit 741, and then compare the results for the microcontroller queries.key words: rc oscillator circuit, lc capacitor three-show circuit，constant-current source circuit, mcu,555 resonance swings circuit目 錄前 言11 系統(tǒng)設計21.1 設計要求21.1.1 設計任務21.1.2 技術要求21.2 方案比較21.3 方案論證41.3.1 總體思路42

11、 主要電路設計與說明52.1 555芯片簡介52.1.1 芯片的頂視圖及各引腳的功能及555芯片工作原理52.2 測的rc振蕩電路62.2.1 用555時基電路構(gòu)成多諧振蕩器62.2.2 測量電阻的電路模塊92.3 測的rc振蕩電路112.4 測的電容三點式振蕩電路122.5 單片機控制系統(tǒng)的硬件電路設計132.5.1 單片機結(jié)構(gòu)介紹132.5.2 at89s52單片機的特點142.5.3 總線結(jié)構(gòu)222.5.4 單片機最小系統(tǒng)的設計222.5.5 顯示電路的設計232.5.6 鍵盤電路272.5.7 cd4051單端雙向多路開關電路設計273 軟件設計29結(jié) 論40致 謝41參考文獻42附

12、錄a43附 錄b44附 錄c45山東交通學院畢業(yè)設計（論文）前 言為深入地檢測在學習過程中所學知識的連貫性以及掌握知識的靈活程度，進一步加深對所學知識的了解及進入社會后更好地為社會做貢獻，根據(jù)學校及其現(xiàn)當代對大學生能力的要求，嚴格要求自己，做出了本設計。本論文以設計“簡易rlc測量儀”為主體，從實現(xiàn)的方法、作用及其在現(xiàn)實生活中的應用。以電路為主體闡述了各電路在設計過程中的作用，以及怎么樣把所有有關電路連接起來實現(xiàn)了對rlc的測量。在認真地學習和研究中不斷地總結(jié)失敗及其對實現(xiàn)實物做出重要的考究和探討。另外在論文開頭善于運用當前人們最熟悉的隊店主、電容、電感的測量方法和本文中所用的測量方法做出了相

13、應對比，發(fā)現(xiàn)本文中所用方法更易于實現(xiàn)對電阻、電容、及其電感的自動顯示和測量。在一般情況下只要應用者有相應的關于電的有關知識就可以運用此儀器對相應的對象進行測量，從而為該儀器的普及應用增加了很多籌碼。本論文注重于測量過程中電路實現(xiàn)測量的過程，仔細講述了電容、電阻、電感的測量電路，并分析了測量過程中所產(chǎn)生的誤差及誤差的補償方法。本著精于求精，盡量減小測量誤差，方便及在現(xiàn)實生活中實現(xiàn)應用的原則，更新了以往影響測量結(jié)果和增加了實物實現(xiàn)的原件。本論文三章，主要內(nèi)容有系統(tǒng)設計、主要電路設計與說明、軟件設計，總體思想，及其實現(xiàn)目的的相應電路和原理。本論文在在同學們的討論聲中一步步成長，在饒老師的幫助和輔導下

14、一步步走向成熟，在編寫過程中采用了許多教輔書籍，這些在論文最后將會有所編排。最后希望我的努力能得到大家的肯定，在論文中出現(xiàn)的錯誤，請諸位學者批評指正。1 系統(tǒng)設計1.1 設計要求1.1.1 設計任務設計并制作一臺數(shù)字顯示的電阻、電容和電感參數(shù)測試儀，示意框圖如下：圖參數(shù)測試儀fig.1.1 .1.1 parameter test instrument1.1.2 技術要求基本要求：(1)測量范圍電阻 1001m；電容 100 pf10000 pf；電感 100 h10 mh；(2)測量精度+5(3)制作4位數(shù)碼管顯示器，顯示測量數(shù)值，并用發(fā)光二極管分別指示所測元件的類別和單位。發(fā)揮

15、部分：(1)擴大測量范圍；(2)提高測量精度；(3)測量量程自動轉(zhuǎn)換；1.2 方案比較目前，測量電子元件集中參數(shù)r、l、c的儀表種類較多，方法也各不相同，這些方法都有其優(yōu)缺點。電阻r的測試方法最多。最基本的就是根據(jù)r的定義式來測量。在如圖1.2.1中，分別用電流表和電壓表測出通過電阻的電流和通過電阻的電壓，根據(jù)公式求得電阻。這種方法要測出兩個模擬量，不易實現(xiàn)自動化。而指針式萬用表歐姆檔是把被測電阻與電流一一對應，由此就可以讀出被測電阻的阻值，如圖1.2.1所示。這種測量方法的精度變化大，若需要較高的精度，必須要較多的量程，電路復雜。圖1.2.1電阻測量電路圖fig.1.2 .1 resista

16、nce measuring circuit diagram能同時測量電器元件r、l、c的最典型的方法是電橋法(如圖1.2.1)。電阻r可用直流電橋測量，電感l(wèi)、電容c可用交流電橋測量。電橋的平衡條件為 (1.1)通過調(diào)節(jié)阻抗、使電橋平衡，這時電表讀數(shù)為零。根據(jù)平衡條件以及一些已知的電路參數(shù)就可以求出被測參數(shù)。用這種測量方法，參數(shù)的值還可以通過聯(lián)立方程求解，調(diào)節(jié)電阻值一般只能手動，電橋的平衡判別亦難用簡單電路實現(xiàn)。這樣，電橋法不易實現(xiàn)自動測量。q表是用諧振法來測量l、c值(如圖1.2.2)。它可以在工作頻率上進行測量，使測量的條件更接近使用情況。但是，這種測量方法要求頻率連續(xù)可調(diào)，直至諧振。因此

17、它對振蕩器的要求較高，另外，和電橋法一樣，調(diào)節(jié)和平衡判別很難實現(xiàn)智能化。圖 1.2.2電容測量電路圖fig.1.2.2capacitance measuring circuit用阻抗法測r、l、c有兩種實現(xiàn)方法：用恒流源供電，然后測元件電壓；用恒壓源供電，然后測元件電流。由于很難實現(xiàn)理想的恒流源和恒壓源，所以它們適用的測量范圍很窄。很多儀表都是把較難測量的物理量轉(zhuǎn)變成精度較高且較容易測量的物理量。基于此思想，我們把電子元件的集中參數(shù)r、l、c轉(zhuǎn)換成頻率信號f,然后用單片機計數(shù)后在運算求出r、l、c的值，并送顯示，轉(zhuǎn)換的原理分別是rc振蕩和lc三點式振蕩。其實，這種轉(zhuǎn)換就是把模擬量進擬地轉(zhuǎn)化為數(shù)

18、字量，頻率f是單片機很容易處理的數(shù)字量，這種數(shù)字化處理一方面便于使儀表實現(xiàn)智能化，另一方面也避免了由指針讀數(shù)引起的誤差。1.3 方案論證1.3.1 總體思路本設計中把r、l、c轉(zhuǎn)換成頻率信號f，轉(zhuǎn)換的原理分別是rc振蕩電路和lc電容三點式振蕩電路，單片機根據(jù)所選通道，向模擬開關送兩路地址信號，取得振蕩頻率，作為單片機的時鐘源，通過計數(shù)則可以計算出被測頻率，再通過該頻率計算出各個參數(shù)。然后根據(jù)所測頻率判斷是否轉(zhuǎn)換量程，或者是把數(shù)據(jù)處理后，把r、l、c的值送數(shù)碼管顯示相應的參數(shù)值，利用編程實現(xiàn)量程自動轉(zhuǎn)換。設計方案該設計方案的總體方框圖如圖所示。量程轉(zhuǎn)換rc振蕩rc振蕩量程轉(zhuǎn)換量程轉(zhuǎn)

19、換單片機89s52模 擬開關電容三點式振蕩被測電阻被測電容被測電感三路通選擇開關數(shù)字顯示addrff0f0f0圖 設計的總體方框圖fig.1.3.1 .1 the design of the overall block diagram2 主要電路設計與說明2.1 555芯片簡介方案選擇中，利用555時基電路構(gòu)成多諧振蕩器來測量電阻r、電容c，為了測量兩個物理量需要兩塊555時基電路。2.1.1 芯片的頂視圖及各引腳的功能及555芯片工作原理555時基電路，它的頂視圖如下圖2.1.1所示，雙列直插8腳封裝1。圖 555時基電路頂視圖fig. 555 ti

20、me-base circuit top view頂視圖各引腳的功能分別為：1腳：gnd；2腳：置位觸發(fā)；3腳：輸出;4腳：復位；5腳：控制；6腳：閾值；7腳：放電；8腳：+電源vcc。555集成定時器是一種模擬和數(shù)字電路相混合的集成電路。它結(jié)構(gòu)簡單，使用靈活，用途十分廣泛，可以組成多種波形發(fā)生器、多諧振蕩器、定時延時電路、雙穩(wěn)觸發(fā)電路、報警電路、檢測電路、頻率變換電路等。555定時器的電路原理圖及管腳排列圖分別如圖所示：圖 555定時器的原理電路fig. 555 timer circuit principle555含有兩個比較器a1、a2。a1參考電壓

21、為2/3ucc，a2參考電壓為1/3ucc。當utl1/3ucc時，a2輸出為1；當utl2/3ucc,a2輸出為0，則使r-s觸發(fā)器置1。當uth2/3ucc時，a1輸出為0，使r-s觸發(fā)器置0。5端為電壓控制端，通過外接一個參考電源，可以改變上、下觸發(fā)電位值，不用時，可通一個0.01f旁路電容接地。4端為觸發(fā)器復位端，不用時應接高電平。總之，555相當于一個可用模擬電壓來控制翻轉(zhuǎn)的r-s觸發(fā)器。555電路有無穩(wěn)態(tài)、單穩(wěn)態(tài)和雙穩(wěn)態(tài)三種基本工作方式。用這三種方式中的一種或多種組合起來可以組成各種實用電子電路(用得最多的是前兩種方式)。 2.2 測的rc振蕩電路2.2.1 用555時基電路構(gòu)成多

22、諧振蕩器在電路中采用rc振蕩電路來測量電阻r、電容c的值，用555時基電路構(gòu)成rc振蕩器。如圖(a)所示，將555與三個阻、容元件如圖連接，便構(gòu)成穩(wěn)態(tài)多諧振蕩模式。圖（a）電路圖fig. (a) circuit diagrams圖（b）波形圖fig. (b) waveform graph 當加上電壓時，由于c上端電壓不能突變，故555處于置位狀態(tài)，輸出呈高電平“1”，而內(nèi)部的放電coms管截止，c通過和對其充電，2/6腳電位隨c上端電壓的升高呈指數(shù)上升，波形如圖(b)所示。當c上的電壓隨時間增加，達到2/3vc

23、c閾值電平(7腳)時，上比較器a1翻轉(zhuǎn)，使rs觸發(fā)器置位，經(jīng)緩沖級倒相，輸出呈低電平“0”。此時，放電管飽和導通，c上的電荷經(jīng)至放電管放電。當c放電使其電壓降至1/3vcc觸發(fā)電平(2/6腳)時，下比較器a2翻轉(zhuǎn)，使rs觸發(fā)器復位，經(jīng)緩沖級倒相，輸出呈高電平“1”。以上過程重復出現(xiàn)，形成無穩(wěn)態(tài)多諧振蕩。由上面對多諧振蕩過程的分析不難看出，輸出脈沖的持續(xù)時間就是c上的電壓從1/3vcc充電到2/3vcc所需的時間，故c兩端電壓的變化規(guī)律為(2.1)設(2.2)則上式簡化為(2.3)從上式中求得(2.4)一般簡寫為(2.5)電路間歇期就是c兩端電壓從vcc充電到vcc所需的時間，即(2.6)從上式

24、中求得，并設，則(2.7)一般簡寫為(2.8)那么電路的振蕩周期t為(2.9)振蕩頻率，即(2.10)輸出振蕩波形的占空比為(2.11)從上面的公式推導，可以得出(1)振蕩周期與電源電壓無關，而取決于充電和放電的總時間常數(shù)，即僅c、的值有關。(2)振蕩波的占空比與c的大小無關，而僅與、的大小比值有關。2.2.2 測量電阻的電路模塊圖是一個由555時基電路構(gòu)成的多諧振蕩電路,由該電路可以測出量程在1001m的電阻。該電路的振蕩周期為：圖 測量電阻的電路fig.2.2.2 .1 measurement of the electrical resistance circu

25、it(2.12）其中為輸出高電平的時間，為輸出低電平的時間。則：(2.13）為了使振蕩頻率保持在10k100khz這一段單片機計數(shù)的高精度范圍內(nèi)，需選擇合適的c和r的值。第一個量程選擇r=200c=0.22f，第二個量程選擇。這樣，第一個量程中，rx=100時： 第二個量程中，rx=1m時： 因為rc振蕩的穩(wěn)定度可達，單片機測頻率最多誤差一個脈沖，所以用單片機測頻率引起的誤差在百分之一以下。在電路中選用雙刀雙置開關來轉(zhuǎn)換量程,這樣就比使用4066電路更簡單。也無須考慮由于4066的幾十歐的阻抗對測量精度的影響。不過比它沒有使用4066那樣方便。4066可以通過單片機的軟件自動切換量程。而使用雙

26、刀雙置開關來轉(zhuǎn)換量程,它同過單片機的過量程指示,來提示當前的測量頻率不在測量的范圍之內(nèi),再同過手動切換。由于轉(zhuǎn)換量程是手動的,單片機并不知道量程的轉(zhuǎn)換,計算結(jié)果必然有錯,所以為解決這問題,設計了有一個運算放大器741它的同向輸入端接在一檔前端,接通是這一點的電壓vcc,另一端接在556芯片的thr腳。這一腳的電壓在1/3vcc2/3vcc的電壓，當接通時運放有一個高電壓輸出，為了與單片機的電壓匹配,接了兩個電阻分壓。2.3 測的rc振蕩電路測量電容的振蕩電路與測量電阻的振蕩電路完全一樣。其電路圖如圖2.3.1所示：r10圖2.3.1 測量電容的電路fig.2.3.1 capacitance m

27、easuring circuit若r10=r11或者r12=r13,則(2.14）兩個量程的取值分別為：第一量程：r10=r11=510 ；第一量程：r12=r13 =10 ；其分析過程如測量電阻的方法一樣,這里就不在贅述了。2.4 測的電容三點式振蕩電路電感的測量是采用電容三點式振蕩電路來實現(xiàn)的,如圖2.4.1所示,三點式電路是指：lc回路中與發(fā)射極相連的兩個電抗元件必須是同性質(zhì)的,另外一個電抗元件必須為異性質(zhì)的，而與發(fā)射極相連的兩個電抗元件同為電容時的三點式電路，成為電容三點式電路。在這個電容三點式振蕩電路中，c4 、c5分別采用1000pf、2200pf的獨石電容，其電容值遠大于晶體管極

28、間電容，可以把極間電容忽略2。圖2.4.1 測量電感的電路fig.2.4.1 measurement of inductance circuit振蕩公式： (2.15)其中：(2.16)則電感的感抗為：(2.17)在測量電感的時候，發(fā)現(xiàn)電感起振頻率非常的高，大致到達3mhz左右，而單片機的最大計數(shù)頻率大約為500khz，在頻率方面達不到測量電感頻率，于是我們把測電感的電容三點式電路得出的頻率經(jīng)過由兩片74ls160組成八位計數(shù)器作為分頻電路對該頻率進行分頻，有，滿足單片機計數(shù)要求。2.5 單片機控制系統(tǒng)的硬件電路設計2.5.1 單片機結(jié)構(gòu)介紹單片機通常是指芯片本身,在它上面集成是一些作為基本組

29、成部分的運算器電路、控制器電路、存儲器、中斷系統(tǒng)、定時器/計數(shù)器以及輸入/輸出口電路等。但一個單片機芯片并不能把計算機的全部電路都集成到其中，如組成諧振電路和復位電路的石英晶體、電阻、電容等，這些元件在單片機系統(tǒng)中只能以散件的形式出現(xiàn)。此外，在實際的控制應用中，常常需要擴展外圍電路和外圍芯片。從中可以看到單片機和單片機系統(tǒng)的差別3。at89s52結(jié)構(gòu)框圖(如圖所示）：圖 at89s52結(jié)構(gòu)框圖fig.2.5.1 at89s52 structure diagram2.5.2 at89s52單片機的特點主要性能：(1)與mcs-51單片機產(chǎn)品兼容；(2)8k字節(jié)在系統(tǒng)可

30、編程flash存儲器；(3)1000次擦寫周期；(4)全靜態(tài)操作：0hz33hz；(5)三級加密程序存儲器；(7)32個可編程i/o口線；(8)三個16位定時器/計數(shù)器；(9)八個中斷源；(10)全雙工uart串行通道；(11)低功耗空閑和掉電模式；(12)掉電后中斷可喚醒；(13)看門狗定時器；(14)雙數(shù)據(jù)指針；(15)掉電標識符；(1)功能特征描述at89s52是一種低功耗、高性能cmos8位微控制器，具有8k在系統(tǒng)可編程flash 存儲器。使用atmel公司高密度非易失性存儲器技術制造，與工業(yè)80c51產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上flash允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。

31、在單芯片上，擁有靈巧的8位cpu和在系統(tǒng)可編程flash，使得at89s52為眾多嵌入式控制應用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。at89s52具有以下標準功能： 8k字節(jié)flash，256字節(jié)ram，32位i/o口線，看門狗定時器，2個數(shù)據(jù)指針，三個16位定時器/計數(shù)器，一個6向量2級中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時鐘電路。另外，at89s52 可降至0hz靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式。空閑模式下，cpu停止工作，允許ram、定時器/計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護方式下，ram內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復位為止。引腳功能：vcc：

32、電源；gnd：接地；p0口：p0口是一個8位漏極開路的雙向i/o口。作為輸出口，每位能驅(qū)動8個ttl邏輯電平。對p0端口寫“1”時，引腳用作高阻抗輸入。當訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲器時，p0口也被作為低8位地址/數(shù)據(jù)復用。在這種模式下，p0具有內(nèi)部上拉電阻。在flash編程時，p0口也用來接收指令字節(jié)；在程序校驗時，輸出指令字節(jié)。程序校驗時，需要外部上拉電阻。p1口：p1口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向i/o口，p1輸出緩沖器能驅(qū)動4個ttl邏輯電平。對p1 端口寫“1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（iil）。

33、此外，p1.0和p1.2分別作定時器/計數(shù)器2的外部計數(shù)輸入(p1.0/t2)和定時器/計數(shù)器2的觸發(fā)輸入(p1.1/t2ex)，具體如下表所示。在flash編程和校驗時，p1口接收低8位地址字節(jié)。詳見表：表 p3口線的第二功能tab. p1.0 line second function 引腳號第二功能p1.0t2（定時器/計數(shù)器t2的外部計數(shù)輸入），時鐘輸出p1.1t2ex（定時器/計數(shù)器t2的捕捉/重載觸發(fā)信號和方向控制）p1.5mosi（在系統(tǒng)編程用）p1.6miso（在系統(tǒng)編程用）p1.7sck（在系統(tǒng)編程用）p2口：p2口是一個具有內(nèi)部上拉電

34、阻的8位雙向i/o口，p2輸出緩沖器能驅(qū)動4個ttl 邏輯電平。對p2端口寫“1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流(iil)。在訪問外部程序存儲器或用16位地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲器(例如執(zhí)行movx dptr)時，p2口送出高八位地址。在這種應用中，p2口使用很強的內(nèi)部上拉發(fā)送”1”。在使用8位地址(如movx ri)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，p2口輸出p2鎖存器的內(nèi)容。在flash編程和校驗時，p2口也接收高8位地址字節(jié)和一些控制信號。p3口：p3口是一個有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向i/o口，p2輸出緩沖器能驅(qū)動4個tt

35、l邏輯電平。對p3端口寫“1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流(iil)。p3口亦作為at89s52特殊功能(第二功能)使用，如下表所示。在flash編程和校驗時，p3口也接收一些控制信號。詳見表：表 p3 口線的第二功能tab. p3 line second function引腳號第二功能p3.0rxd（串行輸入）p3.1txd（串行輸出）p3.2 (外部中斷0)p3.3 (外部中斷1)p3.4t0（定時器0外部輸入）p3.5t1定時器1外部輸入）p3.6 (外部數(shù)據(jù)存

36、儲器寫選通)p3.7 (外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通)rst：復位輸入,晶振工作時，rst腳持續(xù)2個機器周期高電平將使單片機復位。看門狗計時完成后，rst腳輸出96個晶振周期的高電平。特殊寄存器auxr(地址8eh)上的disrto位可以使此功能無效。disrto默認狀態(tài)下，復位高電平有效。ale/：地址鎖存控制信號(ale)是訪問外部程序存儲器時，鎖存低8位地址的輸出脈沖。在flash編程時，此引腳()也用作編程輸入脈沖。在一般情況下，ale以晶振六分之一的固定頻率輸出脈沖，可用來作為外部定時器或時鐘使用。然而，特別強調(diào)，在每次訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，ale脈沖將會跳過。如果需要，通過將地址為8eh的

37、sfr的第0位置 “1”，ale操作將無效。這一位置“1”，ale僅在執(zhí)行movx 或movc指令時有效。否則，ale將被微弱拉高。這個ale使能標志位(地址為8eh的sfr的第0位)的設置對微控制器處于外部執(zhí)行模式下無效。：外部程序存儲器選通信號()是外部程序存儲器選通信號。當at89s52從外部程序存儲器執(zhí)行外部代碼時,在每個機器周期被激活兩次，而在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時,將不被激活。/vpp:訪問外部程序存儲器控制信號。為使能從0000h到ffffh的外部程序存儲器讀取指令,必須接gnd。為了執(zhí)行內(nèi)部程序指令,應該接vcc。在flash編程期間,也接收12伏vpp電壓。xtal1：振蕩器反

38、相放大器和內(nèi)部時鐘發(fā)生電路的輸入端。xtal2：振蕩器反相放大器的輸出端。(2)存儲器結(jié)構(gòu)mcs-51器件有單獨的程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器。外部程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器都可以64k尋址。程序存儲器:如果引腳接地，程序讀取只從外部存儲器開始。對于89s52，如果 接vcc，程序讀寫先從內(nèi)部存儲器(地址為0000h1fffh)開始，接著從外部尋址，尋址地址為：2000hffffh。數(shù)據(jù)存儲器: at89s52有256字節(jié)片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器。高128字節(jié)與特殊功能寄存器重疊。也就是說高128字節(jié)與特殊功能寄存器有相同的地址，而物理上是分開的。當一條指令訪問高于7fh的地址時，尋址方式?jīng)Q定cpu訪問高128字

39、節(jié)ram還是特殊功能寄存器空間。直接尋址方式訪問特殊功能寄存器(sfr)。例如，下面的直接尋址指令訪問0a0h(p2口)存儲單元：mov 0a0h, #data使用間接尋址方式訪問高128字節(jié)ram。例如，下面的間接尋址方式中，r0內(nèi)容為0a0h，訪問的是地址0a0h的寄存器，而不是p2口(它的地址也是0a0h)。mov r0, #data堆棧操作也是簡介尋址方式。因此，高128字節(jié)數(shù)據(jù)ram也可用于堆棧空間。(3)看門狗定時器wdt是一種需要軟件控制的復位方式。wdt由13位計數(shù)器和特殊功能寄存器中的看門狗定時器復位存儲器(wdtrst)構(gòu)成。wdt在默認情況下無法工作；為了激活wdt，戶用

40、必須往wdtrst寄存器(地址：0a6h)中依次寫入01eh和0e1h。當wdt激活后，晶振工作，wdt在每個機器周期都會增加。wdt計時周期依賴于外部時鐘頻率。除了復位(硬件復位或wdt溢出復位)，沒有辦法停止wdt工作。當wdt溢出，它將驅(qū)動rsr引腳一個高個電平輸出。wdt的使用：為了激活wdt，用戶必須向wdtrst寄存器(地址為0a6h的sfr)依次寫入0e1h和0e1h。當wdt激活后，用戶必須向wdtrst寫入01eh和0e1h喂狗來避免wdt溢出。當計數(shù)達到8191(1fffh)時，13位計數(shù)器將會溢出，這將會復位器件。晶振正常工作、wdt激活后，每一個機器周期wdt都會增加。

41、為了復位wdt，用戶必須向wdtrst寫入01eh 和0e1h(wdtrst是只讀寄存器)。wdt計數(shù)器不能讀或?qū)憽．攚dt計數(shù)器溢出時，將給rst引腳產(chǎn)生一個復位脈沖輸出，這個復位脈沖持續(xù)96個晶振周期(tosc)，其中tosc=1/fosc。為了很好地使用wdt，應該在一定時間內(nèi)周期性寫入那部分代碼，以避免wdt復位。掉電和空閑方式下的wdt：在掉電模式下，晶振停止工作，這意味這wdt也停止了工作。在這種方式下，用戶不必喂狗。有兩種方式可以離開掉電模式：硬件復位或通過一個激活的外部中斷。通過硬件復位退出掉電模式后，用戶就應該給wdt喂狗，就如同通常at89s52復位一樣。通過中斷退出掉電模

42、式的情形有很大的不同。中斷應持續(xù)拉低很長一段時間，使得晶振穩(wěn)定。當中斷拉高后，執(zhí)行中斷服務程序。為了防止wdt在中斷保持低電平的時候復位器件，wdt直到中斷拉低后才開始工作。這就意味著wdt應該在中斷服務程序中復位。為了確保在離開掉電模式最初的幾個狀態(tài)wdt不被溢出，最好在進入掉電模式前就復wdt。在進入待機模式前，特殊寄存器auxr的wdidle位用來決定wdt是否繼續(xù)計數(shù)。默認狀態(tài)下，在待機模式下，wdidle0，wdt繼續(xù)計數(shù)。為了防止wdt在待機模式下復位at89s52，用戶應該建立一個定時器，定時離開待機模式，喂狗，再重新進入待機模式4。(4)uart在at89s52中，uart的操

43、作與at89c51和at89c52一樣。為了獲得更深入的關于uart的信息，可參考atmel網(wǎng)站（http/）。從這個主頁，選擇“products”，然后選擇“8051-architech flash microcontroller”，再選擇“product overview”即可。(5)定時器0和定時器1在at89s52中，定時器0和定時器1的操作與at89c51和at89c52一樣。為了獲得更深入的關于uart的信息，可參考atmel網(wǎng)站()。從這個主頁，選擇“products”，然后選擇“8051-architech flash microcontroller”，再選擇“product

44、overview”即可。(6)定時器2定時器2是一個16位定時/計數(shù)器，它既可以做定時器，又可以做事件計數(shù)器。其工作方式由特殊寄存器t2con中的c/t2位選擇(如表2.2.1所示)。定時器2有三種工作模式：捕捉方式、自動重載(向下或向上計數(shù))和波特率發(fā)生器。如表2.2.1所示，工作模式由t2con中的相關位選擇。定時器2有2個8位寄存器：th2和tl2。在定時工作方式中，每個機器周期，tl2寄存器都會加1。由于一個機器周期由12個晶振周期構(gòu)成，因此，計數(shù)頻率就是晶振頻率的1/12。詳見表：表 定時器2工作模式tab. timer 2working m

45、oderclk +tclkcp/tr2mode00116位自動重載01116位捕捉1x1波特率發(fā)生器xx0（不用）在計數(shù)工作方式下，寄存器在相關外部輸入角t2發(fā)生1至0的下降沿時增加1。在這種方式下，每個機器周期的s5p2期間采樣外部輸入。一個機器周期采樣到高電平，而下一個周期采樣到低電平，計數(shù)器將加1。在檢測到跳變的這個周期的s3p1期間，新的計數(shù)值出現(xiàn)在寄存器中。因為識別10的跳變需要2個機器周期(24個晶振周期)，所以，最大的計數(shù)頻率不高于晶振頻率的1/24。為了確保給定的電平在改變前采樣到一次，電平應該至少在一個完整的機器周期內(nèi)保持不變5。捕捉方式：在捕捉模式下，通過t2con中的ex

46、en2來選擇兩種方式。如果exen2=0，定時器2時一個16位定時/計數(shù)器，溢出時，對t2con的tf2標志置位，tf2引起中斷。如果exen2=1，定時器2做相同的操作。除上述功能外，外部輸入t2ex引腳(p1.1)1至0的下跳變也會使得th2和tl2中的值分別捕捉到rcap2h和rcap2l中。除此之外，t2ex 的跳變會引起t2con中的exf2置位。像tf2一樣，t2ex也會引起中斷。自動重載：當定時器2工作于16位自動重載模式，可對其編程實現(xiàn)向上計數(shù)或向下計數(shù)。這一功能可以通過特殊寄存器t2mod(見表2.2.1)中的dcen(向下計數(shù)允許位)來實現(xiàn)。通過復位，dcen被置為0，因此

47、，定時器2默認為向上計數(shù)。dcen設置后，定時器2就可以取決于t2ex向上、向下計數(shù)。dcen=0時，定時器2自動計數(shù)。通過t2con中的exen2位可以選擇兩種方式。如果exen2=0，定時器2計數(shù)，計到0ffffh后置位tf2溢出標志。計數(shù)溢出也使得定時器寄存器重新從rcap2h和rcap2l中加載16位值。定時器工作于捕捉模式，rcap2h和rcap2l的值可以由軟件預設。如果exen2=1，計數(shù)溢出或在外部t2ex(p1.1)引腳上的1到0的下跳變都會觸發(fā)16位重載。這個跳變也置位exf2中斷標志位。置位dcen，允許定時器2向上或向下計數(shù)。在這種模式下，t2ex引腳控制著計數(shù)的方向。

48、t2ex上的一個邏輯1使得定時器2向上計數(shù)。定時器計到0ffffh溢出，并置位tf2。定時器的溢出也使得rcap2h和rcap2l中的16位值分別加載到定時器存儲器th2和tl2中。t2ex上的一個邏輯0使得定時器2向下計數(shù)。當th2和tl2分別等于rcap2h和rcap2l中的值的時候，計數(shù)器下溢。計數(shù)器下溢，置位tf2，并將0ffffh加載到定時器存儲器中。定時器2上溢或下溢，外部中斷標志位exf2被鎖死。在這種工作模式下，exf2不能觸發(fā)中斷。(7)波特率發(fā)生器通過設置t2con中的tclk或rclk可選擇定時器2作為波特率發(fā)生器。如果定時器2作為發(fā)送或接收波特率發(fā)生器，定時器1可用作它

49、用，發(fā)送和接收的波特率可以不同。設置rclk和(或)tclk可以使定時器2工作于波特率產(chǎn)生模式。波特率產(chǎn)生工作模式與自動重載模式相似，因此，th2的翻轉(zhuǎn)使得定時器2寄存器重載被軟件預置16位值的rcap2h和rcap2l中的值。模式1和模式3的波特率由定時器2溢出速率決定，具體如下公式：定時器可設置成定時器，也可為計數(shù)器。在多數(shù)應用情況下，一般配置成定時方式(cp/=0)。定時器2用于定時器操作與波特率發(fā)生器有所不同，它在每一機器周期(1/12晶振周期)都會增加；然而，作為波特率發(fā)生器，它在每一機器狀態(tài)(1/2晶振周期)都會增加。波特率計算公式如下：其中,(rcap2h,rcap2l)是rca

50、p2h和rcap2l組成的16位無符號整數(shù)。特別強調(diào)，th2的翻轉(zhuǎn)并不置位tf2，也不產(chǎn)生中斷,exen2置位后，t2ex引腳上10的下跳變不會使(rcap2h，rcap2l)重載到(th2，tl2)中。因此，定時器2作為波特率發(fā)生器，t2ex也還可以作為一個額外的外部中斷。定時器2處于波特率產(chǎn)生模式，tr2=1，定時器2正常工作。th2或tl2不應該讀寫。在這種模式下，定時器在每一狀態(tài)都會增加，讀或?qū)懢筒粫蚀_。寄存器rcap2可以讀，但不能寫，因為寫可能和重載交迭，造成寫和重載錯誤。在讀寫定時器2或rcap2寄存器時，應該關閉定時器(tr2清0)。(8)可編程時鐘輸出可以通過編程在p1.0

51、引腳輸出一個占空比為50%的時鐘信號。這個引腳除了常規(guī)的i/o角外，還有兩種可選擇功能。它可以通過編程作為定時器/計數(shù)器2的外部時鐘輸入或占空比為50%的時鐘輸出。當工作頻率為16mhz時，時鐘輸出頻率范圍為61hz到4hz。為了把定時器2配置成時鐘發(fā)生器，位c/(t2con.1)必須清0，位t2oe(t2mod.1)必須置1。位tr2(t2con.2)啟動、停止定時器。時鐘輸出頻率取決于晶振頻率和定時器2捕捉寄存器(rcap2h，rcap2l)的重載值，如公式所示：在時鐘輸出模式下，定時器2不會產(chǎn)生中斷，這和定時器2用作波特率發(fā)生器一樣。定時器2也可以同時用作波特率發(fā)生器和時鐘產(chǎn)生。不過，波

52、特率和輸出時鐘頻率相互并不獨立，它們都依賴于rcap2h和rcap2l。(9)中斷at89s52有6個中斷源：兩個外部中斷( 和)，三個定時中斷(定時器0、1、2)和一個串行中斷。每個中斷源都可以通過置位或清除特殊寄存器ie中的相關中斷允許控制位分別使得中斷源有效或無效。ie還包括一個中斷允許總控制位ea，它能一次禁止所有中斷。ie.6位是不可用的。對于at89s52，ie.5位也是不能用的。用戶軟件不應給這些位寫1。它們?yōu)閍t89系列新產(chǎn)品預留。定時器2可以被寄存器t2con中的tf2和exf2的或邏輯觸發(fā)。程序進入中斷服務后，這些標志位都可以由硬件清0。實際上，中斷服務程序必須判定是否是t

53、f2或exf2激活中斷，標志位也必須由軟件清0。定時器0和定時器1標志位tf0和tf1在計數(shù)溢出的那個周期的s5p2被置位。它們的值一直到下一個周期被電路捕捉下來。然而，定時器2的標志位tf2在計數(shù)溢出的那個周期的s2p2被置位，在同一個周期被電路捕捉下來。(10)晶振特性at89s52單片機有一個用于構(gòu)成內(nèi)部振蕩器的反相放大器，xtal1和xtal2分別是放大器的輸入、輸出端。石英晶體和陶瓷諧振器都可以用來一起構(gòu)成自激振蕩器。從外部時鐘源驅(qū)動器件的話，xtal2可以不接，而從xtal1接入。由于外部時鐘信號經(jīng)過二分頻觸發(fā)后作為外部時鐘電路輸入的，所以對外部時鐘信號的占空比沒有其它要求，最長低

54、電平持續(xù)時間和最少高電平持續(xù)時間等還是要符合要求的。(11)空閑模式在空閑工作模式下，cpu處于睡眠狀態(tài)，而所有片上外部設備保持激活狀態(tài)。這種狀態(tài)可以通過軟件產(chǎn)生。在這種狀態(tài)下，片上ram和特殊功能寄存器的內(nèi)容保持不變。空閑模式可以被任一個中斷或硬件復位終止。由硬件復位終止空閑模式只需兩個機器周期有效復位信號，在這種情況下，片上硬件禁止訪問內(nèi)部ram，而可以訪問端口引腳。空閑模式被硬件復位終止后，為了防止預想不到的寫端口，激活空閑模式的那一條指令的下一條指令不應該是寫端口或外部存儲器。(12)掉電模式在掉電模式下，晶振停止工作，激活掉電模式的指令是最后一條執(zhí)行指令。片上ram和特殊功能寄存器保

55、持原值，直到掉電模式終止。掉電模式可以通過硬件復位和外部中斷退出。復位重新定義了sfr的值，但不改變片上ram的值。在vcc未恢復到正常工作電壓時，硬件復位不能無效，并且應保持足夠長的時間以使晶振重新工作和初始化6。 at89s52單片機為40引腳芯片如圖2. 5.2.1所示：圖at89s52單片機為40引腳芯片fig. at89s52 microcontroller chip40pin2.5.3 總線結(jié)構(gòu)at89s52的管腳除了電源、復位、時鐘接入、用戶i/o口部分p3外，其余管腳都是為實現(xiàn)系統(tǒng)擴展而設置的。這些管腳構(gòu)成了三總線形式，即：(1)地址總線(ab)：地址總線寬度為16位，因此，其外部存儲器直接地址外圍為64k字節(jié)。16