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1、 摘要本文是对本人毕业设计的介绍，我的设计题目是仓库温湿度检测及通风控制，目前市场的仓库自动通风及温、湿度控制系统，可以实时检测仓库的温度、湿度，并根据所测的数据控制排风扇、空调器等设备的运行，确保仓库通风良好并有合适的温、湿度环境。我根据目前市场的情况和毕业设计的具体要求设计了自己的系统。系统硬件电路采用89C51单片机为主控制器、温湿度检测等外部设备；采用PID控制算法为软件中心。前向通道包括温度检测元件、湿度检测元件和A/D转换，选用DS1820作为温度检测元件，通过温度变送器将对应的温度信号送到A/D0809转换器，再传给89C51。湿度检测和温度检测的过程相同。信号在8031单片机中
2、，按PID调节规律进行控制和运算。另外采用8279和LED数码管为系统的显示部分，实现对温湿度的显示。关键词 89C51 DS1820 PID算法 通风控制 目录第一章 绪论61.1研究内容61.2温度传感器61.3湿度传感器61.4智能控制技术发展8第二章 仓库温湿度检测及通风控制的方案论证112.1 CPU的选择112.2系统硬件设计方案122.3温度传感器的选择：142.4湿度传感器的选择：14第三章 控制系统的硬件结构的设计153.1 AT89C51的介绍和特性153.2 温度检测电路253.3 湿度检测电路303.4仓库通风系统313.5 定时及控制驱动电路333.6 语音电路353
3、.7 通讯电路383.8 打印机接口的设计413.9 键盘显示部分的设计433.10 A/D转换器及其与CPU的接口493.11 带看门狗和电源监控功能的复位芯片IPM813L53第四章 框图和软件设计554.1主流程图554.2 上位机通讯564.3 A/D转换574.4 搜索DS1820系列号流程图584.5 中断流程图59总结60附录A61参考文献71第一章 绪论1.1研究内容研究的内容是仓库的温湿度检测及通风控制，主要研究的是利用单片机技术实现仓库温、湿度的实时监测，并通过监测的结果对通风系统进行控制。以达到设计要求的控制精度，使系统的响应速度快，工作可靠。1.2温度传感器温度是表征物
4、体冷热程度的物理量。温度的宏观概念是建立在热平衡基础上的.任意两个冷热程度不同(即温度不同)的物体相互接触，它们之间必然会发生热交换现象，热量要从温度高的物体传向温度低的物体，直到两物体之间的A序完全一致时，这种热传递现象才能停止。这也是热力学第零定律所描述的:系统的温度相等是系统热平衡的充要条件。当两个物体同处于一个系统中而达到热平衡时，则它们就具有相同的温度。因此可以从一个物体的温度得知另一物体的温度，这就是测量温度的依据。如果事先知道一个物体的某些性质或状态随温度变化的确定关系，就可以以温度来分析其性质或状态的变化情况(即温度与其性质或状态的定量关系)，这就是测量温度的数学物理基础。测温
5、的方法可以分为两大类:接触式测温与非接触式测温。接触式测温方法主要是热电偶测温和热电阻测温。测量温度的方法有:1,膨胀测温法2、压力温度计传感器属于信息技术的前沿尖端产品，尤其是温度传感器被广泛用于工农业生产、科学研究和生活等领域，数量高居各种传感器之首。近百年来，温度传感器的发展大致经历了以下三个阶段；(1)传统的分立式温度传感器(含敏感元件)；(2)模拟集成温度传感器控制器；(3)智能温度传感器。目前，国际上新型温度传感器正从模拟式向数字式、由集成化向智能化、网络化的方向发展。进入21世纪后，智能温度传感器正朝着高精度、多功能、总线标准化、高可靠性及安全性、开发虚拟传感器和网络传感器、研制
6、单片测温系统等高科技的方向迅速发展。1.3湿度传感器 空气湿度是表示空气千湿程度的物理量。空气湿度是反映空气中水蒸汽含量多少的尺度，对空气湿度的测量，也就是对空气中水蒸汽含量的测量。空气湿度常用相对湿度和露点温度来表示。相对湿度是指空气中水蒸汽的分压了与同温度下饱和水蒸汽压力之比。常用的湿度测量方法有:I、毛发测湿法 毛发的长度会随着所处环境的湿度而变化。这种变化在机械意义方面指为双对湿度。该方法简单，成本低，但是维修费用高，要频繁地对毛发进行长度还原;最大相对湿度测量范围只为15%RH-85%RH，最大测量温度只为50;高误差，测量慢。2,露点镜法 一面镜子降温并达到露点时，其表面上将出现水
7、凝滴。于是通过监视镜面上的凝滴即可测得露点。这种方法测量范围宽、测量准确，但是费时、昂贵、笨重、时间适应慢。3,湿度传感器测湿 湿度传感器分为电阻式和电容式两种，产品的基本形式都为在基片涂覆感湿材料形成感湿膜。空气中的水蒸汽吸附于感湿材料后，元件的阻抗、介质常数发生很大的变化，从而制成湿敏元件.湿度传感器要达到土2%-13%RH的精度是比较困难的，通常产品资料中给出的特性是在常温(20士10C)和洁净的气体中测最的。在实际使用中，由于尘土、油污及有害气体的影响，使用时间长了，会产生老化，精度下降，湿度传感器的精度水平要结合其长期稳定性去判断，一般说来，长期稳定性和使用寿命是影响湿度传感器质量的
8、头等问题，年漂移量控制在1%RH水平的产品很少，一般都在土2%左右，甚至更高。湿敏元件除了对环境湿度敏感外，对温度亦十分敏感，其温度系数一般在0.2-O.8%RH的范围内，而且有的湿敏元件在不同的相对湿度下，其温度系数又有差别。温漂非线性，这需要在电路上加温度补偿式。采用单片机软件补偿，或无温度补偿的湿度传感器是保证不了全温范围的精度的，湿度传感器温漂曲线的线性化直接影响到补偿的效果，非线性的温漂往往补偿不出较好的效果，只有采用硬件温度跟随性补偿才会获得真实的补偿效果。湿度传感器工作的温度范围也是重要参数。多数湿敏元件难以在40以上正常工作。金属氧化物陶瓷，高分子聚合物和氯化铿等湿敏材料施加直
9、流电压时，会导致性能变化，甚至失效，所以这类湿度传感器不能用直流电压或有直流成份的交流电压。必须是交流电供电。 国内市场上出现了不少国内外湿度传感器产品，电容式湿敏元件较为多见。感湿材料种类主要为高分子聚合物，氯化铿和金属氧化物.电容式湿敏元件的优点在于响应速度快、体积小、线性度好、较稳定，国外有些产品还具备高温工作性能。但是达到上述性能的产品多为国外名牌，价格都较昂贵。市场上出售的一些电容式湿敏元件低价产品，往往达不到需求的水平，线性度、一致性和重复性都不甚理想，30%RH以下及80%RH以上感湿段变形严重。有些产品采用单片机补偿修正，使湿度出现“阶跃性的跳跃，使精度降低，出现一致性差、线性
10、差的缺点。无论高档次或低档次的电容式湿敏元件，长期稳定性都不理想，多数长期使用漂移严重，湿敏电容容值变化为pF级，1%RH的变化不足0. 5pF，容值的漂移改变往往引起几十RH%的误差，大多数电容式湿敏元件不具备40以上温度下工作的性能，往往失效和损坏。电容式湿敏元件抗腐蚀能力也较欠缺，往往对环境的洁净度要求较高，有的产品还存在光照失效、静电失效等现象，金属氧化物为陶瓷湿敏电阻，具有湿敏电容相同的优点，但尘埃环境下，陶瓷细孔被封堵元件就会失效，往往采用通电除尘的方法来处理，但效果不够理想，且在易燃易爆环境下不能使用，氧化铝感湿材料无法克服其表面结构“天然老化，的弱点，阻抗不稳定，金属氧物陶瓷湿
11、敏电阻也同样存在长期稳定性差的弱点。4、干、湿球测湿法。 该方法利用干、湿球温度差效应来测量空气相对湿度。选用线性度好、的热敏元件，能够实现宽范围、高精度测量，而且性价比高，反映也很快。1.4智能控制技术发展目前集成电路技术发展非常迅速，我国国有资金和技术等方面的不足,同国外的差距还很大，国外集成电路的主流工艺正由 0.35m向0.18m推进，而我国还是在1m-3m的工艺线上占主导地位，在未来的10年20年是内，我国将难在集成电路制造领域同国外大公司抗衡。集成智能传感器是较新的发展领域，具有广阔的市场空间，它主要利用集成电路的工艺和微机械加工技术取得研究进展，但比国外集成电路的主流工艺要落后到
12、两代以上。如果我国把集成智能传感器的研制和生产作为半导体工艺的主要发展方向之一，就可以在现在的集成电路工艺线和微机械加工的优势基础上另辟蹊径，使集成智能传感器的研制与生产具有一定功能模块化能力，为传感器产业的集成化智能化发展积累新的技术，并拓展应用领域的广泛性，使其成为未来传感器发展的主流。电子自动化产业的迅速发展与进步促使传感器技术、特别是集成智能传感器技术日趋活跃发展，近年来随着半导体技术的迅猛发展，国外一些著名的公司和高等院校正在大力开展有关集成智能传感器的研制，国内一些著名的高校和研究所也积极跟进，集成智能传感器技术取得了令人瞩目的发展。大规模集成电路技术和微机械加工技术的迅猛发展，为
13、传感器向集成化、智能化方向发展奠定了基础，集成智能传感器在应用领域成为传感器发展的总体趋势。集成智能传感器采用微机械加工技术和大规模集成电路工艺技术，利用硅作为基本材料来制作敏感元件、信号调制电路，以及微处理器单元，并把它们集成在一块芯片上构成。这样，使智能传感器达到了微型化和结构一体化，从而提高了精度和稳定性。目前市场上的集成智能传感器已经成为研究热点，其发展方向主要有以下几个方面：(1)向微型化发展；(2)应用新的物理现象、化学反应、生物效应作为传感器原理；(3)使用新型材料；(4)向微功耗及无源化发展；(5)采用新的加工技术(如化学微腐技术、微机械加工技术)；(6)向高可靠性、宽温度范围
14、发展。一、集成智能传感器四大热点：1.物理转化机理由于集成智能传感器可以很容易对非线性的传递函数进行校正，得到一个线性度非常好的输出结果，从而消除了非线性传递对传感器应用的制约，所以一些科研工作者正在对这些稳定性好、精确度高、灵敏度高的转换机理或材料进行研究。比如，谐振式传感器具有高稳定性、高精度、准数字化输出等许多优点，但传统的传感器频率信号检测需要较复杂的设备，限制了谐振式传感器的应用和发展，现在利用同一硅片上集成的智能检测电路，可以迅速提取频率信号，使得谐振式微机械传感器成为国际上传感器领域的一个研究热点。2.数据融合理论数据融合是集成智能传感器理论的重要领域，也是各国研究的热点，数据融
15、合技术，简言之，即对多个传感器或多源信息进行综合处理，从而得到更为准确、可靠的结论。对于多个传感器组成的阵列，数据融合技术能够充分发挥各个传感器的特点，利用其互补性、冗余性，提高测量信息的精度和可靠性，延长系统的使用寿命。数据融合是一种数据综合和处理技术，是许多传统学科和新技术的集成和应用，如通信、模式识别、决策论、不确定性理论、信号处理、估计理论、最优化技术、计算机科学、人工智能和神经网络等。近年来，不少学者又将遗传算法、小波分析技术、虚拟技术引入数据融合技术中。3.CMOS工艺兼容目前，国外在研究二次集成技术的同时，集成智能传感器在工艺上的研究热点集中在研制与CMOS工艺兼容的各种传感器结
16、构及制造工艺流程，探求在制造工艺和微机械加工技术上有所突破。目前，利用CMOS工艺兼容的集成湿度传感器将敏感电容和处理电路集成在一块硅片上，通过Coventor模拟得到全量程总的敏感湿敏电容变化值，同时提高了可靠性并降低了成本，随着微机械加工技术的逐步发展，使得以CMOS工艺技术制造的集成湿度传感器已经成为当前研究的热点。图像传感器在CMOS工艺兼容基础上使得其动态范围扩展技术有所进步。4.传感器的微型化集成智能传感器的微型化决不仅仅是尺寸上的缩微与减少，而是一种具有新机理、新结构、新作用和新功能的高科技微型系统，并在智能程度上与先进科技融合。其微型化主要基于以下发展趋势：尺寸上的缩微和性质上
17、的增强性；各要素的集成化和用途上的多样化；功能上的系统化、智能化和结构上的复合性。第二章 仓库温湿度检测及通风控制的方案论证本系统采用89C51单片机,硬件包括数据采集、传感器测量电路、A/D转换电路、CPU、扩展接口、键盘及显示单元、打印、通讯电路、电源、D/A转换、通风控制电路、报警电路等组成。2.1 CPU的选择 “51系列单片机”这个名字，对于学过单片机课程的人来说，是非常熟悉的。8031、8051、8751和89C51等等都是属于“51系列单片机”范畴之内的。但本系统之所以采用51系列中的89C51单片机作为系统的芯片，是因为它有着其他单片机所不可比拟的优点的。首先，我们应该先来简单
18、的了解一下51系列单片机早期的代表：8031、8051、和8751，以及它们之间的区别，从而可以看出使用89C51的优点。8031片内不带程序存储器，使用时用户须外接程序存储器和一片锁存器74LS373，而其外接的程序存储器多为EPROM的27XX系列。用户若想对写入EPROM的程序进行修改，必须先用一种特殊的紫外线照射，将其擦除，之后才可以重新写入。对于写入到EPROM的程序，无法进行保密工作，也可以理解为无保密性。8051片内有4K字节的ROM，无须外接程序存储器，但是程序只能一次性有厂商代为烧写，无法更改写如内容。8751片内也有4K字节的EPROM，用户可将自己编写的程序写如单片机片内
19、的EPROM，也可以根据需要删除EPROM中的程序，可以达到反复烧写，但需要用紫外线照射一段时间后擦除，才能重新烧写。由于上述类型的单片机应用的非常早，且影响很大，已经成为了一种事实上的工业标准。后来，很多芯片厂商纷纷与INTEL公司合作，买进了单片机的专利，也开始推出各种类型的单片机。其中，如8031、8051、8751和89C51等，由于它们的内核都是一样的，所以它们之间的指令系统是完全兼容的。又因它们的绝大多数管脚也是兼容的，在使用上基本可以直接互换。所以，我们把这些与8051内核相同的单片机统称为“51系列单片机”。在众多的51系列单片机中，要算ATMEL公司生产的89C51单片机最为
20、实用，因为它不但和8051的指令、管脚完全兼容，而且其片内带有4K的带有FLASH工艺的程序存储器ROM。这种工艺的存储器用户可以用电的方式擦除、写入，目前市场上用很多编程器都可以实现此功能。这使采用单片机开发的系统开发时间缩短，而且的开发设备的要求降低。而且，写入片内EEPROM的程序开可以进行加密，从而使写入的程序得到保护。ATMEL公司生产的51系列单片机还有AT89C2051、89C1051等芯片，这些芯片是在89C51的基础上将一些功能精简掉后所形成的精简版。如AT89C2051去掉了P0口和P2口，内部的程序FLASH存储器也缩减到了2K，封装形式也从51系列的40引脚改为20引脚
21、。其相应的价格同样也降低了一些，特别适合在一些智能玩具，手持仪器等程序不大的系统环境下应用；AT89C1051在AT89C2051的基础上，再次精简了串口功能，程序存储器也缩减到了1K，也价格更低。对2051和1051来说，虽然减掉了一些资源，但它们片内都集成了一个精密比较器，使得测量模拟信号带来更大的方便：在外接几个电阻和电容的情况下，就可以测量电压、温度等日常需要的量。这对于设计日用电器来说，带来了极大的便利。并且，ATMEL公司的51系列单片机有很多的封装形式，如AT89C51有PDIP、PLCC和PQFP/TQFP的封装形式；而AT89C2051、AT89C1051有PDIP和SOIC
22、封装形式。由于51系列单片机的内核都是一样的，其开发软件和工具也都是一样的，所以我将其统称为8051开发系统、环境等。如MCS51、Keil51、MedWin等软件均是针对8051内核单片机的开发软件。而对89C51单片机来说，在实际电路中可以直接和8031单片机互换，只是在第31脚有所区别。因为8031内部没有ROM，31脚需接地（GND），在启动后就到外面程序存储器读取指令；而8051/8751/89C51因内部有程序存储器，31脚接高电平（Vcc），启动后直接在内部读取指令。也就是说51单片机的31管脚控制着单片机程序是否从外部读取：31脚接电源，程序从内部读取；接地，则从外部读取。其他
23、管脚全部兼容。通过以上的对比，我们可以得出结论：89C51单片机是相对起来最好的芯片，本文也曾考虑过87C51单片机，但由于其价格比89C51高，而功能基本相同，故从性价比的考虑上本文最后选取了AT89C51单片机作为系统的芯片。2.2系统硬件设计方案环境条件中的温湿度指标是许多工作场合的重要参数，不论是仓库管理、图书保存还是工业测量与计量检定，都需要符合操作规定的温湿度环境条件。而温湿度也是最不易保障的指标，针对这一情况，研制可靠且实用的温湿度控制器显得非常重要。本系统的温湿度实时控制装置可在050和20%98%RH（相对湿度）的范围内任意设定温湿度值，其附加的通信接口可方便地实现与计算机的
24、实时通信，而且便于功能的扩展，可保证温度、湿度满足设计指标。此外，该装置还可自动控制多个设备的多点时间控制电路，因而具有更广泛的应用前景。该装置可实现的功能如下：在050和20%98%RH间可任意设定温湿度控制点；可以实时监测环境温湿度的变化情况，并记录、存储相关数据；对环境温湿度的控制可满足设计指标；具有多点定时设备控制电路，便于功能扩展；设有语音提示功能，可方便地实现仪器操作和工作管理提示；配有通信接口，可方便地与计算机进行通信；温湿度控制的精度分别为：温度（050）0.5；湿度（20%98%RH）2%3%RH。 图2-1 系统原理图本系统以单片机为控制核心，对仓库进行实时采集，并对所采集
25、的数据进行处理，实现对采集数据储存、显示、上位机接口和数据打印，更为直观的再现了所采集的数据。单片机89C51单片机。看门狗电路、复位电路、和掉电保护由MAX690A来实现；上位机接口电路采用MAX232作为电平转换，用DB9连接器与上位机相连，通过89C51的串行口把数据向上位机的传输。打印机我们采用TPup-40A微型打印机实现采集时间和数据的同时打印，提高了设备携带的方便性；键盘显示采用8279键盘显示接口芯片来实现温度、湿度、时间的并行同时显示。通过本系统的设计能够实现数据采集、存储、显示、打印和上传PC等功能。2.3温度传感器的选择：温度传感器有很多种类：热电偶，热电阻，半导体温度传
26、感器和红外线测温仪等。在众多的温度传感器中，由于我们所采集的信号是大气温度，所以我们选择半导体温度传感器，这里我们考虑AD590和DS1820这两种，由于AD590的连接需要放大和A/D转换器件的支持，增加了电路的复杂性，而且它的抗干扰能力没有DS1820强，DS1820把温度直接换成了串行的数字信号，仅需要一根口线就能与单片机连接，且能同一口线带载多片DS1820扩展为多点温度检测。它不需要外围的放大和A/D转换，且固有的转换时间为200ms，它的测量温度范围是-5575，能够满足系统的需要，与其他种类的传感器相比较而言，具有精度高使用方便等特点，所以我们在温度采集部分应用DS1820来进行
27、信号采集。2.4湿度传感器的选择：湿度测量和控制广泛应用于日常生活和工业过程,高分子电容式湿度传感器具有响应速度快、线性好、重复性好、测量范围宽、尺寸小等优点,但是,传感器的输出是电容值,不能直接显示和传输。为使湿度测量和控制智能化,便于总线测量,利用单片机和HART 变送器设计电容式湿度传感器。所以在本系统中选择的湿敏传感器为MXS型电容式湿敏传感器，湿度为76%时的电容值为500pF，电容相对变化率为+1.7pF/%。当湿度为0%100%RH时，9脚输出的相应信号频率为01000Hz，精度为2%，F/V电路输出的电压为05V。调整时，可先设定湿度为5%RH，然后调节R2，使9脚输出100m
28、V电压即可。 第三章 控制系统的硬件结构的设计3.1 AT89C51的介绍和特性AT89C51单片机是美国ATMEL公司生产的低电压、高性能的8位CMOS单片机。其片内含4K字节的可反复擦写的只读存储器（EPROM），128字节的随机存取数据存储器（RAM）。器件采用ATMEL公司高密度、非易失性存储器技术生产、并兼容标准MCS-51指令系统，片内置有通用的8位CPU和Flash存储单元。可灵活运用于各种控制领域，且其性价比较高。 图3-1 AT89C51芯片引脚图AT89C51单片机的主要性能参数：与MCS-51系列产品指令系统完全兼容；4K字节的可重复擦写的FLASH存储器；存储器可循环写
29、入/擦写10000次；全静态操作：0Hz-16MHz；三级加密程序存储器；内部有128字节的RAM；32个可编程的I/O口线；2个16位的定时/计数器；可编程串行URAT通道；空闲状态维持低功耗和掉电状态保存存储内容；功能特性概述：AT89C51单片机提供以下标准功能：4K字节的Flash存储器、128字节的内部RAM、32个I/O口线、2个16位的定时/计数器、1个全双工串行通信口、片内振荡器和时钟电路。同时，AT89C51单片机可降置0Hz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电模式。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
30、内容，但振荡器停止工作并禁止其他所有的工作，直到下一个硬件复位。 图3-2 内部结构图引脚说明：Vcc:电源引脚；GND:地；P0口（P0.0-P0.7）：是一组8位的开漏双向I/O口，即地址/数据总线复用口。作为输出口使用时，每位能吸收电流的方式驱动8个TTL逻辑门电路，对断口写“1”可作为高阻抗输入端来使用。 在访问外部的数据存储器或程序存储器时，这组线分时转换地址（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口接受指令字节；在程序校验时，输出指令字节。在校验时，要求外接上拉电阻。P1口（P1.0-P1.7）: 是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口，P1的
31、输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。向端口写入1的时候，P1口被内部上拉为高电平，此时可用做输入口，当作为输入脚的时候，外部拉低的P1口会因为内部上拉而输出电流。在Flash编程和程序校验期间，P1口接受低8位地址。P2口（P2.0-P2.7）:是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口。当向P2口写入1时，P2口被内部上拉为高电平，可作为输入口。当作为输入引脚 的时候，被外部拉底的P2口会因为内部上拉而输出电流。在访问片外程序存储器和外部数据存储器（例如执行MOVX DPTR指令）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（例如执行 MOVX Ri指令）时，
32、P2口上的内容（也即特殊功能寄存器SFR区中R2寄存器的内容），在整个访问期间不变。在Flash编程和程序校验期间，P2口接受高位地址和其他控制信号。P3口（P3.0-P3.7）：是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口。P3口的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。向端口写入1的时候，P3口被内部上拉为高电平，此时可用做输入口，当作为输入脚的时候，外部拉低的P3口会因为内部上拉而输出电流。端 口 引 脚第 二 功 能P3.0RXD（串行输入口）P3.1TXD（串行输出后）P3.2（外中断0）P3.3（外中断1）P3.4T0（定时/计数器0）P3.5T1（定时/计数器1）P3.
33、6（外部数据存储器写选通）P3.7（外部数据存储器读选通）P3口除了做一般的I/O口线使用外，更为重要的是它的第二功能，如下表所示：P3口还可接受一些用于Flash存储器编程和程序校验的控制信号。Rst:复位输入。当振荡器工作时，Rst引脚出现2个机器周期以上的高电平，使单片机复位。ALE/PROG非：当访问片外程序存储器时，ALE输出脉冲用于锁存地址的低8位。即使单片机不访问片外存储器，ALE也仍以时钟振荡频率的1/6输出固定的正脉冲信号，因此可对外输出时钟或定时作用。并且，当单片机每访问一次片外数据存储器时都将跳过一个ALE脉冲。对Flash存储器编程时，该引脚还用于编程脉冲（PROG非）
34、。PSEN非：程序存储器允许输出是片外程序存储器的读选信号，当AT89C51由外部程序存储器指令（或数据）时，每个机器周期2个PSEN非有效，即输出2个脉冲。在此期间，当访问片外数据存储器时，这2次有效的PSEN非信号不出现。EA非/Vpp:外部访问允许。当CPU仅访问片外程序存储器时（地址为0000H-FFFFH），EA非端必须得保持低电平（接地）。需要注意的是：当加密位LBI被编程时，复位后单片机会内部锁存EA非端状态。若EA非端为高电平（接Vcc时），CPU执行内部程序存储器中的指令。当Flash存储器编程时，该引脚加上+12V的编程允许电源Vpp。当然前提是该器件使用+12V的编程电压
35、Vpp。时钟振荡器：AT89C51单片机内部有一个用于构成内部振荡器的高增益反向放大器，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元件的片外石英晶体或陶瓷振荡器一起构成自激振荡器，振荡电路如图。外接石英晶体（或陶瓷振荡器）及电容C1、C2在防地器的反馈贿赂中构成并联振荡电路，虽然对电容C1、C2并没有十分严格的要求，但电容容量的大小会轻微的影响振荡频率的高低、振荡器工作的稳定性、起振的难易程序及温度稳定性。若使用石英晶体，则电容容量最好为+30PF-10PF，而若使用陶瓷振荡器，则电容容量最好是+40PF-10PF。用户也可以采用外部时钟方式，其电路如下图所
36、示。在这种时钟脉冲接到XTAL1端，即内部时钟发生器的输入端，XTAL2管脚则悬空。图3-3 XTAL2管脚图空闲节电模式：AT89C51有两种可用软件编程的节电模式，它们是空闲模式和接电模式。这两种方式是控制专用寄存器PCON（即电源中指寄存器）中的PD（PCON.1）和IDL（PCON.0）位来实现的。PD是掉电模式，当PD=1时，激活掉电工作模式，单片机进入掉电工作状态。IDL是空闲等待方式，当IDL=1时，激活空闲工作模式，单片机进入睡眠状态。若要同时进入两种工作模式，即PD和IDL同时为1,则先激活掉电模式。在空闲工作模式状态，CPU保持睡眠状态而所有片内的外设保持激活状态，这种方式
37、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者硬件复位终止。终止空闲工作模式的方法有两种：其一是任何一条被允许的中断的事件被激活，IDL被硬件清除，即可中断空闲工作模式，程序会先响应中断，进入中断服务程序，执行完中断服务程序并紧随RETI指令后，下一条要执行的程序就是使单片机进入空闲模式指令后面的那一条。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，当有硬件复位来重置空闲工作模式时，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有效，在这种情况下，内部禁止CPU访
38、问片内RAM，而允许访问其它端口，为了避免可能对端口产生意外写入，即或空闲模式的那条指令后一条指令不应是一条对端口或外部存储器的写入命令。掉电模式：在掉电模式下，振荡器停止工作，进入掉电模式的指令是后一条被执行的指令，片内RAM和特殊功能寄存器SFR的内容在终止掉电模式前被冻结。推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是RAM中的内容，在RAM恢复到正常电平前，复位是无效的，并且必须保持一定时间使振荡器重新启动并稳定工作。程序存储器的加密：AT89C51可使用对芯片上的3个加密位LB1,LB2,LB3进行编程（P）或不编程（U）来得到如下表琐事的功能程序加密保
39、护 类 型LB1LB2LB31UUU没有程序保护功能2PUU禁止从外部程序存储器中执行MOVC指令读取内部程序存储器的内容3PPP除上表功能外，还禁止程序校验4PPP除以上功能外，同时禁止外部执行注：表中的U-表示未编辑，P-表示编辑当加密位LB1被编程时，在复位期间，EA非端的逻辑电平被采样并保存，如果单片机上电后一直没有复位，则所存储的初值是一个随机数，并且这个随机数会一直到真正复位为止，为单片机能正常工作，被锁存的EA非电平值必须与该引脚当前的逻辑电平一致。此外，加密的位只能通过整片的方式擦除。Flash闪速存储器的编程：AT89C51单片机内部有4K字节的Flash的EPROM，这个F
40、lash阵列出厂时已经处于擦除状态（即所有存储单元的内容均为FFH），用户随时可对其编程。编程接口可接受高电压（+12V）或者低电压（Vcc）的允许编程信号，低电压变成模式适合于用户再线编程系统，而高电压变成模式可与通用EPROM编程器兼容。AT89C51单片机中，有些属于低电压编程方式，而有些则是高电压编程方式，用户可从芯片上的型号读取芯片内的字节获得该信息。VPP =12VVPP =5V芯片顶面标识AT89C51XXXXYYWWAT89C51XXXX-5YYWW签名字节（030H）=1EH（031H）=51H（032H）=FFH（030H）=1EH（031H）=51H（032H）=05HA
41、T89C51的存储器阵列是采用字节写入方式编程的，每次写入一个字节，要对整个芯片EPROM程序存储器写入一个非空字节，必须用片擦除的方式将整个存储器的内容清除。编程前，须按表3.1.4和图3.1.5设置好地址，数据及控制信号，编程单元的地址加在P1口和P2口的P2.0P2.3（11位地址范围为0000H0FFFH），数据P0口输入，引脚P2.6、P2.7和P3.6,P3.7的电平设置见表3.1.4，PSEN非端低电平，RST保持高电平，EA非/Vpp引脚是编程电源的输入端，按要求加上编程电源，ALE/PROG引脚输入编程脉冲（负脉冲）。编程时，可采用4-20MHZ的时钟振荡器。AT89C51编
42、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非/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编程结束。每个字节写入周期是自身定时的，通常约为1.5ms。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哪个字节，则读出的数据的最高位（P0.7）是原来写入字节最高码的反码，写周期完成后，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/
43、BSY”输出信号监测，编程期间，ALE变成高电平“H”后P3.4 (RDY/BSY)端电平被拉低，表示正在编程状态（忙状态）。编程结束后，P3.4变为高电平准备就绪状态。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，用下图的电路，程序存储器的地址由P1口和P2口的P2.0-P2.3输入，数据由P0口读出，P2.6、P2.7、P3.6和,P3.7的控制信号见表3.1.4。PSEN非端保持低电平，ALE,EA非和RST保持高电平，检验时，P0口必须接上10K左右的上拉电阻。Flash存储器编程真值表方式RSTALE/ VPPP2.6P2.7P3.6
44、P3.7写代码数据HLH/12VLHHH读代码数据HLHHLLHH写加密Bit-1HLH/12VHHHHBit-2HLH/12VHHLLBit-3HLH/12VHLHL片檫除HLH/12VHLLL读签名字节HLHHLLLL编程电路：图3-4 编程电路校验电路：图3-5 校验电路芯片擦除：利用控制信号的正确组合（表3.1.4）并保持ALE/PROG引脚10ms的低电平脉冲宽度即可将EPROM阵列（4K字节）和3个加密位整片擦除，代码阵列在片擦除操作中将任何非空单元写如“1”，这个步骤需要在编程之前进行。读片内签名字节：AT89C51单片机片内有3个签名字节，地址为030h，031h和032h。用
45、于声明该器件的厂商，型号和编码电压。读签名字节的过程和单元030h，031h和032h校验相仿，只须将P3.6,P3.7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12v编程电压（032H）声明为5v编程电压编程接口:符号参数最小值最大值单位VPP（t）编程电压11.512.5VI PP（t）编程电流31.0MA1/tclcl时钟频率324MHZtAVGL建立地址到PROG48tclcltGHAXPROG变低后地址保存不变48tclcltDVGL建立数据到PROG变低48tclcltGHOXPROG变低后数据保持不变48tclcltEHSHENABLE变高到VPP48tclcltSHGL加VPP到PROG10stGHSL（t）PROG后保持VPP10stGLGHPROG宽度1110stAVOV地址到数据有效48tclcl
