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1、摘要温度是科学技术中最基本的物理量之一，物理、化学、生物等学科都离不开温度。在工业生产和实验研究中，像电力、化工、石油、冶金、航空航天、机械制造、粮食存储、酒类生产等领域内，温度常常是表征对象和过程状态的最重要的参数之一。在温度控制中，由于受到温度被控对象特性（惯性大，滞后大，非线性等因素）的影响，使得控制性能一直难以提高，在有些工艺过程中，温度控制的好坏直接影响着产品的质量。温室环境因子的自动控制是当今温室技术发展的重要方面，利用高性价比的单片微型计算机来对环境因子参数进行数据采集和简单的控制，从而解决温室环境因子自动控制问题。因此，设计一种较为理想的温度控制系统是非常有价值的。为了实现精度
2、的温度检测与控制，本文设计了一种以AT89C51为系统的核心构建温室温度控制系统，温度经廉价实用的集成温度传感器及 ADC0809进行 A/D转换进入 C51单片机，经过控制运算，对外设发出各种控制命令。系统扩展 LED 显示器，显示动态的环境温度；扩展三个功能键，通过功能键改变控制设定值从而适应不同环境下的用户。实际研究结果表明，该系统和以往的类似系统相比具有性价比高、温度控制与显示精度高、使用方便和性能稳定等优点。关键词：温度检测与控制 单片机 ADC0809 LED 温室The temperature control system based on SCM AbstractTempera
3、ture is the most basic science and technology is one of the physical, physics, chemistry and biology etc are inseparable from temperature. In industrial production and experimental study, like power, chemical, petroleum, metallurgy, aviation, machinery manufacturing, food storage, alcohol production
4、 in fields, the temperature is often characterized object and the state of process is one of the most important parameters. In temperature control, due to temperature controlled object properties (inertia big, lag, the influence factors such as nonlinear control,) that has been difficult to improve
5、performance, in some in the process of temperature control, directly affects the quality of the products.Greenhouse environment factor automatic control is an important aspect of the development of greenhouse technology, using the high ratio of performance to single chip microcomputer to environment
6、al factors parameters of data acquisition and control, to solve the problem of greenhouse environment factor automatic control. Therefore, an ideal design of temperature control system is a very valuable.In order to realize the accuracy of the temperature measurement and control, this paper introduc
7、es A design for the system to construct the core AT89C51 greenhouse temperature control system, the integration of cheap and practical temperature and temperature sensor ADC0809 on A/D transformation into C51 microcontroller, through the control arithmetic, A set of foreign control command. Expansio
8、n LED display system, display dynamic environment temperature, Expand three function keys, through the function keys to adapt to different value change control under the environment of users.Research results show that the system and the system has high ratio, compared with high precision temperature
9、 control and display, convenient and stable performance, etc.Keywords: Temperature measurement and control SCM ADC0809 LED Greenhouse目录1 绪论温度是日常生活中无时不在的物理量，温度的控制在各个领域都有积极的意义。很多行业中都有大量的用电加热设备，如用于热处理的加热炉，用于融化金属的坩锅电阻炉及各种不同用途的温度箱等，采用单片机对它们进行控制不仅具有控制方便、简单、灵活性大等特点，而且还可以大幅度提高被控温度的技术指标，从而能够大大提高产品的质量。因此，智能化温
10、度控制技术正被广泛地采用。随着世界人口的不断增加和社会的不断发展进步，人们对农产品的要求从数量上和质量上都不断提高，尤其是新鲜蔬菜、观赏植物等需温室培育的植物更是如此。这就要求人为创造更加适合作物生长的环境。其中温室环境因子的调控占有很重要的地位。温室是一个相对较小的封闭环境1，这个小环境的自调节能力有限，经常会出现一个或多个环境因子超过作物的最适限制，影响了温室作物的生长和栽培效益。1.1选题背景及研究意义随着社会的发展，科技的进步，以及测温仪器在各个领域的应用，智能化已是现代温度控制系统发展的主流方向。特别是近年来，温度控制系统已应用到人们生活的各个方面，但温度控制一直是一个未开发的领域，
11、却又是与人们息息相关的一个实际问题。针对这种实际情况，设计一个温度控制系统，具有广泛的应用前景与实际意义。温度是科学技术中最基本的物理量之一，物理、化学、生物等学科都离不开温度。在工业生产和实验研究中，像电力、化工、石油、冶金、航空航天、机械制造、粮食存储、酒类生产等领域内，温度常常是表征对象和过程状态的最重要的参数之一。比如，发电厂锅炉的温度必须控制在一定的范围之内；许多化学反应的工艺过程必须在适当的温度下才能正常进行；炼油过程中，原油必须在不同的温度和压力条件下进行分馏才能得到汽油、柴油、煤油等产品。没有合适的温度环境，许多电子设备就不能正常工作，粮仓的储粮就会变质霉烂，酒类的品质就没有保
12、障。因此，各行各业对温度控制的要求都越来越高。可见，温度的测量和控制是非常重要的。单片机在电子产品中的应用已经越来越广泛，在很多的电子产品中也用到了温度检测和温度控制。随着温度控制器应用范围的日益广泛和多样，各种适用于不同场合的智能温度控制器应运而生。温室又称暖房。能透光、保温（或加温），用来栽培植物的设施。在不适宜植物生长的季节，能提供生育期和增加产量，多用于低温季节喜温蔬菜、花卉、林木等植物栽培或育苗等。温室的种类多，依不同的屋架材料、采光材料、外形及加温条件等又可分为很多种类，如玻璃温室、塑料温室；单栋温室、连栋温室；单屋面温室、双屋面温室；加温温室、不加温温室等。温室结构应密封保温，但
13、又应便于通风降温。现代化温室中具有控制温湿度、光照等条件的设备，用电脑自动控制创造植物所需的最佳环境条件。一种室内温室栽培装置，包括栽种槽、供水系统、温控系统、辅助照明系统及湿度控制系统；栽种槽设于窗底或做成隔屏状，供栽种植物；供水系统自动适时适量供给水分；温控系统包括排风扇、热风扇、温度感应器及恒温系统控制箱，以适时调节 温度；辅助照明系统包含植物灯及反射镜，装于栽种槽周边，于无日光时提供照明，使植物进行光合作用，并经光线的折射作用而呈现出美丽景观；湿度控制系统配合排风扇而调节湿度及降低室内温度。 温室是以采光覆盖材料作为全部或部分围护结构材料，可在冬季或其它不适宜露地植物生长的季节供栽培植
14、物的建筑。 温室功能分类根据温室的最终使用功能，可分为生产性温室、试验性温室和允许公众进入的商业性温室。蔬菜栽培温室、花卉栽培温室、养殖温室等均属于生产性温室；人工气候室、温室实验室等属于试验（教育）性温室；各种观赏温室、零售温室、商品批发温室等则属于商业性温室。 现代温室环境工程是指调节、控制温室内影响植物生长的环境因子的工程技术，可调控的环境因子包括温室内的空气温度、湿度、光照、二氧化碳浓度、土壤的水分、酸碱度、养份2等。随着电子技术和轻工业技术的不断发展，利用廉价的单片机并综合现代传感器技术、智能控制技术等先进技术来实现全自动化的温室控制，进行蔬菜、花卉等作物的工厂化生产已经成为可能。1
15、.2国内外的研究应用现状目前，国内在温室自动控制方面的研究已经实现了在一定面积内对各种环境因子的综合控制。1996 年，江苏理工大学研制成功了一套温室环境控制设备，通过对温室内部温度、湿度、光照及 CO2浓度的监控，在 150m2 温室内实现了温度、湿度、光照、CO2 浓度的综合控制当前，国内外利用单片机的温度控制系统软硬件实施方式主要有三种类型。 第一种是直接使用单片机以及其他一些外围芯片作为数据采集和控制的装置，不使用上位PC 机做数据处理。这种类型的自动控制系统一般以单片机为核心 ，包括输入模块、控制模块、输出模块等。硬件电路一般由温度传感器及模拟信号处理电路、A/D 转换器、单片机、D
16、/A 转换器、LED（或 LCD）显示器及微打印机、简易键盘、指示报警装置等组成，即为一个单片机的最小应用系统，实现基本的输入输出功能和简单的控制功能。软件设计一般采用中断技术定时采集环境因子参数，然后经过相关的标度转换得到环境因子的参数化值，再通过一定的控制算法与设定值进行比较从而对外设进行控制，一般常用的控制算法是数字 PID 控制算法，这种算法经过改进可以实现较为稳定和精确的控制。 这种系统成本低，又有一定的控制精度，能较好的满足一般用户的需求；例如图 1-1 所示的控制系统, 系统运行时，首先按照玻璃炉窑所需温度通过系统键盘设置好炉内温度，通过温度传感器检测炉内此时的温度，然后通过单片
17、机与设定温度进行对比，自动通过继电器的通断来调节炉内的温度升高或者降低，达到人工智能调节与控制温度。温度检测模块温度显示模块单片机复位电路键盘电源温度控制模块 图1-1 温度自动控制系统组成框图 第二种是使用上位机做数据处理，而单片机系统只相当于一个数据采集和控制执行装置，基本上不进行数据处理，即“上位机+下位机”的控制系统。该系统体系结构为中心计算机和以单片机为核心的智能控制仪的主从式结构。例如，控制系统由中心计算机和单片机智能控制仪（51系列单片机）组成，1台上位机与多台下位机实现主从式通讯，对多个温室进行监测、管理和控制。单片机智能控制仪对温度、湿度、风速、风向、雨量、光照度等气象环境因
18、子进行监测并对温室设备进行控制，计算机和控制仪之间采用RS-485总线连接，可随时进行系统的调整和扩展 ，如图1-2所示。此系统中单片机智能控制仪的主要作用是实现输入输出，即环境参数的读入和直接驱动外设，其数据处理大部分由上位PC机完成，较好的利用了下位单片机机很强的现场数据采集能力和上位PC机优良可靠的数据处理能力。此系统工作时，一般是由下位机读入环境参数，经过串口通信直接送上位机进行处理，上位机将处理的结果-各种控制命令-送回下位机。 数据输入接口C51单片机驱动机构执行机构上位机室内数据采集传感器及外围电路室外数据采集传感器及外围电路 图1-2 上位机+下位机的控制系统第三种是引入现场总
19、线，系统由各个现场采集控制模块、现场总线和上位PC机组成，各个模块和计算机都是直接接在现场总线上的平等单元，它们之间采用点对点、广播方式进行通信。对环境因子的控制运算功能交给现场的智能模块去完成，而不需要每个数据的处理都通过上位机进行，从而避免了布线的不便和线路拥塞的可能。此系统中的上位机的主要功能是完成控制系统的一些参数设置和整个系统的信息管理 ，很适合大规模的温室环境控制使用。 另外，随着网络技术的不断发展，后两种控制系统可通过上位机与局域网和Internet连接，实现信息的共享和各种数据的交换，其下层实施方案基本一致。对于温度控制，主要有两类算法，即包括模糊控制、神经网络和模糊神经网络在
20、内的智能控制形式的算法和包括自整定PID控制和Smith预估计在内的经典控制形式的算法。1智能控制智能控制是一类无需人的干预就能独立地驱动智能机器实现其目标的自动控制。包括专家控制、模糊控制、神经网络控制、学习控制、遗传算法等。但在众多智能控制方法当中，模糊控制、神经网络以及二者的结合模糊神经网络在温度时滞系统控制中应用较为广泛。智能控制方法虽然克服了Smith预估计器和自适应控制的缺陷，但它们本身也并不完美，普遍存在控制精度不高等缺点。所以智能控制方法经常与Smith预估计及自适应相结合，这也是目前研究的方向。在国内，技术人员努力把各种时滞过程控制方法应用到实际，并且大部分采用PID控制、S
21、mith预估控制及其改进型。2经典控制所谓经典控制及方法是针对时滞系统控制伺题提出并应用得最早的控制策略。主要包括自整定PID控制、Smith预估控方法。这些方法虽理论上较简单，但在实际应用中却能收到良好的控制效果,因而在工业生产实践中获得了广泛的应用.1.3发展方向及单片机系统在控制系统中的作用 单片机的主要应用领域：由于单片机有许多优点，因此其应用领域之广，几乎到了无孔不入的地步。单片机应用的主要领域有：智能化家用电器：各种家用电器普遍采用单片机智能化控制代替传统的电子线路控制，升级换代，提高档次。如洗衣机、空调、电视机、录像机、微波炉、电冰箱、电饭煲以及各种视听设备等。办公自动化设备：现
22、*公室使用的大量通信和办公设备多数嵌入了单片机。如打印机、复印机、传真机、绘图机、考勤机、电话以及通用计算机中的键盘译码、磁盘驱动等。商业营销设备：在商业营销系统中已广泛使用的电子称、收款机、条形码阅读器、IC卡刷卡机、出租车计价器以及仓储安全监测系统、商场保安系统、空气调节系统、冷冻保险系统等都采用了单片机控制。工业自动化控制：工业自动化控制是最早采用单片机控制的领域之一。如各种测控系统、过程控制、机电一体化、PLC等。在化工、建筑、冶金等各种工业领域都要用到单片机控制。智能化仪表：采用单片机的智能化仪表大大提升了仪表的档次，强化了功能。如数据处理和存储、故障诊断、联网集控等。智能化通信产品
23、：最突出的是手机，当然手机内的芯片属专用型单片机。 汽车电子产品：现代汽车的集中显示系统、动力监测控制系统、自动驾驶系统、通信系统和运行监视器（黑匣子）等都离不开单片机。 航空航天系统和国防军事、尖端武器等领域：单片机的应用更是不言而喻。温度自动控制向着低成本和高精度、高可靠性和无人化、信息化方向发展。随着传感技术、计算机技术和自动控制技术的不断发展，计算机的应用将由简单的以数据采集处理和监测，逐步转向以知识处理和应用为主。作为上位机的数据来源，下位单片机系统的工作性能和数据采集及控制精度直接影响后续数据处理和控制命令的产生，因此构建稳定、可靠、成本低廉的单片机数据采集系统是温度控制系统设计中
24、的重要环节。1.4 本设计的目的和意义温度是工业控制中主要的被控参数之一特别是在冶金化工、建材、食品、机械、石油等工业中，具有举足重轻的作用。对于不同场所、不同工艺、所需温度高低范围不同、精度不同，则采用的测 温元件、测温方法以及对温度的控制方法也将不同；产 品工艺不同、控制温度的精度不同、时效不同，则对数据采集的精度和采用的控制算法也不同，因而，对温度的测控方法多种多样。随着电子技术和微型计算机的迅速发展，微机测量和控制技术也得到了迅速的发展和广泛的应用。利用微机对温度进行测控的技术，也便随之而生，并得到日益发展和完善，越来越显示出其优越性。本设计即用微机对温度进行实时检测与控制。本设计的目
25、的是利用单片机采集环境温度值，以数字量的形式存储和显示，可以独立作为一种设备对温室温度进行有一定精度的控制，经过简单的运算发出各种控制命令，并能动态的显示当前温度值，设定目标控制温度值。同时，也可以作为数据采集装置，为上位机进行复杂运算决策提供数据来源。1.5研究方法与技术路线 （一）研究方法与步骤 本课题主要采用单片机技术，串口技术以及温度控制的技术，通过对不同技术的了解，采用模块化的研究方式，把温度控制系统分成不同的几个模块，通过对各个模块的开发和研究，然后组合在一起，最终达到完成温度控制系统的要求。研究步骤如下： 2010年7月-2002年9月，收集资料，建立模型 2010年10月-20
26、11年1月，开发软件 2011年2月-2011年3月，做出实物2011年4月-2011年5月，改进设计，为答辩做最后的修改和准备 （二）关键技术 1、单片机技术；2、串行接口技术； 3、温度检测技术； 4、温度控制技术；5、A/D转换技术。2硬件系统设计以 AT89C51 单片机为系统的核心，通过 8155 扩展三个功能键及两位 LED 显示，数据从 ADC0809通道 0 输入，经过滤波程序和温标转换程序获得较准确的当前环境温度值，然后由单片机处理数据，从而判断环境温度的大小，如果温度过高，则启动降温设备；温度过低，则启动加热设备；如果温度超出系统设置的范围，启动蜂鸣器报警，相应的发光二极管
27、发光（如图 2-1 所示系统组成图）。硬件设计电路原理图使用Protel99SE 绘图软件完成，完整的电路原理图见附录 1。图2-1 系统组成原理图2.1 温度传感器的选型及其外围电路的设计方案一测温电路的设计，可以使用热敏电阻之类的器件利用其感温效应，在将随被测温度变化的电压或电流采集过来，进行A/D转换后，就可以用单片机进行数据的处理，在显示电路上，就可以将被测温度显示出来，这种设计由于采用了热敏电阻之类的温度传感器，感温电路比较麻烦。方案二考虑使用集成温度传感器，结合单片机电路设计， 在本系统的电路设计方框图如图2-1所示，它由三部分组成:控制部分主芯片采用单片机AT89S51；显示部分
28、采用3位LED数码管以动态扫描方式实现温度显示；温度采集部分。根据一般温室作物（例如番茄、黄瓜等）的生长需求，温度控制范围为 1050 摄氏度即可满足要求。在各种温度传感器中，热敏电阻和集成温度传感器均可满足要求。对比两种传感器，集成温度传感器具有外接电路简单，输出稳定，功耗小，成本低的优点，并且作为电子电路的一个模块对电路的影响也比较小，比较以上两种方案，很容易看出，采用方案二，电路比较简单，软件设计容易实现，故实际设计中拟采用方案二。因此本设计选用 MAXIM 公司的集成温度传感器 MAX6613（典型接线图如图 2-2），此温度传感器是一种低功耗的模拟量输出温度传感器，五脚贴片式封装，可
29、在 1.85.5V 的电压下工作，电流一般只需 7.5A；在 2.55.5V 的电压下可工作于-55+130范围内；在 1.8V 的电压下，可工作于+25+130范围内。MAX6613 输出电压与温度的大小成比例关系，050范围内最大误差为1.3，-20+50范围内误差为28，本设计测量的温度范围为 1050即可，温度最大误差为1.3，可以满足温室内大部分农作物的生长需求。图2-2 MAX6613引脚图图2-3MAX6613温度传感器输入输出曲线 2.2 A/D 转换模块设计模拟温度传感器的信号须经 A/D 转换才能进入单片机处理。本设计选用 ADC0809 模数转换器，它是一种具有 8 路模
30、拟量输入的 8 位 A/D 转换器。采用逐次逼近方式进行 A/D 转换，可对 8 路模拟量分时进行转换，其内部有地址锁存及译码器，符合本系统的性能要求。在启动信号的作用下，控制逻辑控制 A/D 转换器开始转换，经过由高到低逐位逼近后，转换完成，结果送三态输出缓冲锁存器，同时发出转换结束信号，当 CPU 读取数据时，使输出缓冲器输出有效，数字量从 D7D0 数据输出线输出。ADC0809 的时序如图 2-6 所示，通道地址由 C、B、A 送入，在 ALE 上升沿，经锁存和译码选通一路模拟量，在 START 信号的下降沿，A/D 转换器开始转换，需约 10s，EOC 信号才变为低电平。当转换结束时
31、，EOC 信号再变为高电平。当 ADC0809 接到 OE 信号变成高电平时，才将输出缓冲器的数字量由 D7D0 输出。1.主要技术指标如下：（1）分辨率： 8 位（2）不可调误差： 1LSB（3）转换时间： 100s（640kHz 输入 CLOCK 时）（4）温度范围： -4085（5）功耗： 15mW（6）单一电源： +5V。2.内部结构ADC0809是CMOS单片型逐次逼近式AD转换器，内部结构如图1322所示，它由8路模拟开关、地址锁存与译码器、比较器、8位开关树型A/D转换器、逐次逼近 3.外部特性（引脚功能）ADC0809芯片有28条引脚，采用双列直插式封装，如图1323所示。下面
32、说明各引脚功能。 IN0IN7：8路模拟量输入端。 2-12-8：8位数字量输出端。 ADDA、ADDB、ADDC：3位地址输入线，用于选通8路模拟输入中的一路 ALE：地址锁存允许信号，输入，高电平有效。 START： AD转换启动脉冲输入端，输入一个正脉冲（至少100ns宽）使其启动（脉冲上升沿使0809复位，下降沿启动A/D转换）。 EOC： AD转换结束信号，输出，当AD转换结束时，此端输出一个高电平（转换期间一直为低电平）。 OE：数据输出允许信号，输入，高电平有效。当AD转换结束时，此端输入一个高电平，才能打开输出三态门，输出数字量。 CLK：时钟脉冲输入端。要求时钟频率不高于64
33、0KHZ。 REF（+）、REF（-）：基准电压。 Vcc：电源，单一5V。 GND：地。 ADC0809的工作过程首先输入3位地址，并使ALE=1，将地址存入地址锁存器中。此地址经译码选通8路模拟输入之一到比较器。START上升沿将逐次逼近寄存器复位。下降沿启动 AD转换，之后EOC输出信号变低，指示转换正在进行。直到AD转换完成，EOC变为高电平，指示AD转换结束，结果数据已存入锁存器，这个信号可用作中断申请。当OE输入高电平 时，输出三态门打开，转换结果的数字量输出到数据总线上。图2-4 ADC0809时序图ADC0809 与单片机的接口电路如图 2-7 所示。ADC0809 的通道地址
34、 ABC 分别由 AT89C51 地址总线的低 3 位 P0.0P0.2 提供；ADC0809 的通道地址锁存信号 ALE 和启动信号 START 由 AT89C51的 P2.6 和WR “或”逻辑控制，当 P2.6 和 WR 都为低电平时，ALE 有效，将通道地址 ABC 锁存并译码，同时 START 信号有效，A/D 转换开始。ADC0809 的输出允许信号 OE 在 P2.7 和 RD 信号同为低电平时有效，输出转换后的数字量。转换结束后，EOC 经反相器接 AT89C51 的 P3.3 口，通过查询P3.3 口的电平，当其变为低时，从 ADC0809 读取数字量。利用超想3000TB
35、综合仿真实验仪（湖北省单片机实验室产品）上的 0.5MHZ 脉冲源作为 ADC0809 的 CLOCK 端输入。由于 AT89C51 的P2.6 口接 ADC0809 的片选端，故 ADC0809 的八路模拟量输入通道地址为BFF8HBFFFH，依次对应 IN0IN7。图2-5 ADC0809与单片机的连线图2.3单片机的选择本系统设计属于实验开发，控制程序简单，程序中尽量采用整型运算，尽可能的避免了浮点数运算，故运算量小，所以一般型号的 51 单片机均可在速度上满足要求。具体选择时，考虑了以下方面的问题：（1）为降低成本和简化系统，单片机应该有内部程序存储器和数据存储器，以免扩展造成系统复杂
36、化，占据过多的 I/O 口，并且也增加了系统的不稳定性因素。（2）在开发过程中需要不断的调试改进软件，所选单片机内部程序存储器应可以重复多次擦写。（3）程序中使用了外部中断 0 和时间中断 T0，所选单片机应该有两个以上中断源。（4）本系统程序算法简单，所选单片机应支持使用 MCS-51 系列通用汇编语言开发，以利于软硬件的结合，及时检查修改各种软硬件不协调。AT89S51 是一个低功耗，高性能CMOS 8位单片机，片内含8k Bytes ISP(In-system programmable)的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造
37、，兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISP Flash存储单元，功能强大的微型计算机的AT89S51可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。AT89S51具有如下特点：40个引脚，4k Bytes Flash片内程序存储器，128 bytes的随机存取数据存储器（RAM），32个外部双向输入/输出（I/O）口，5个中断优先级2层中断嵌套中断，2个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，看门狗（WDT）电路，片内时钟振荡器。此外，AT89S51设计和配置了振荡频率可为0Hz并可通过软件设置省电模式。空闲模式下，CPU暂停工作，而RA
38、M定时计数器，串行口，外中断系统可继续工作，掉电模式冻结振荡器而保存RAM的数据，停止芯片其它功能直至外中断激活或硬件复位。同时该芯片还具有PDIP、TQFP和PLCC等三种封装形式，以适应不同产品的需求。由于系统控制方案简单 ,数据量也不大 ,考虑到电路的简单和成本等因素 ,因此在本设计中选用 A TMEL 公司的 A T89S51单片机作为主控芯片。主控模块采用单片机最小系统是由于 A T89S51芯片内含有4 kB的 E2PROM ,无需外扩存储器 ,电路简单可靠 ,其时钟频率为 024 MHz ,并且价格低廉 ,批量价在 10元以内。其主要功能特性： 兼容MCS-51指令系统 4k可反
39、复擦写(1000次）ISP Flash ROM 32个双向I/O口 4.5-5.5V工作电压 2个16位可编程定时/计数器 时钟频率0-33MHz 全双工UART串行中断口线 128x8 bit内部RAM 2个外部中断源 低功耗空闲和省电模式 中断唤醒省电模式 3级加密位 看门狗（WDT）电路 软件设置空闲和省电功能 灵活的ISP字节和分页编程 双数据寄存器指针 可以看出AT89S51提供以下标准功能：4K字节Flash闪速存储器，128字节内部RAM，32个I/O口线，看门狗（WDT），两个数据指针，两个16位定时器/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。同
40、时, AT89S51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。掉电方式何在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接到一个硬件复位。AT89S51引角功能说明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/数据总线复用口，作为输出口用时，每位能驱动8个TTL逻辑门电路，对端口写“1”可作为高阻抗输入端口。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
41、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校验期间，P1接收低8位地址。表4-1为P1口第二功能。表4-1 P1口第二功能端口引脚第二功能P1.5MOSI（用于ISP编程）P1.6MISO（用于ISP编程）P1.7SCK（用于ISP编程）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4个TTL逻辑门电路。
42、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I。在访问位地址的外部数据存储器（如执行：MOVX Ri 指令）时，P2口线上的内（也即特殊功能寄存器，在整个访问期间不改变。Flash 编程或校验时，P2也接收高位地址和其它控制信号。）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（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。对P3口写入“1”时，它们被内部上拉电阻拉高并可作为输入端口。作输入端口时，被外部拉低的P3口将用上拉电阻输出电流I。P3口除了作为一般的I/O口线外
43、，更重要的用途是它的第二功能，P3口的第二功能如下表4-2。 表4-2 P3口的第二功能 端口功能第二功能端口引脚第二功能RXD（P3.0）串行输入口T0（P3.4）定时/计数器0外部输入TXD（P3.1）串行输出口T1（P3.5）定时/计数器1外部输入INT0（P3.2）外中断0WR（P3.6）外部数据存储器写选通INT1（P3.3）外中断1RD（P3.7）外部数据存储器读选通RST：复位输入。当振荡工作时，RST引脚出现两个机器周期上高电平将使单片机复位。WDT益出将使该引脚输出高电平，设置SFR AUXR 的 DISRTO 位（地址8EH）可打开或关闭该功能。DISRTO 位缺省为RES
44、ET输出高电平打开状态。ALE/PROG：当访问外部程序存储器或数据存储器时，ALE（地址锁存允许）输出脉冲用于锁存地址的低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输出的正脉冲信号，因此它可对外输出时钟或用于定时目地，要注意的是：第当访问外部数据存储器时将跳过一个ALE脉冲。如有必要，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。该位禁位后，只有一条MOVX 和MOVC指令ALE才会被激活。此外，该引脚伎被微弱拉高，单片机执行外部程序时，应设置ALE无效。PSEN：程序储存允许（PSEN）输出是外部程序存储器的读选通信号，当AT89S51
45、由外部程序存储器取指令（或数据）时，每个机器周期两次PSEN有效，即输出两个脉冲。当访问外部数据存储器，高有两次有效的PSEN信号。EA/VPP：外部访问允许。欲使CPU公访问外部程序存储器（地址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的编程电压Vpp。XTAL1：振荡器反相放大器及内部时钟发生器的输入端。XTAL2：振荡器反相放大器的输出端。AT89S51单片机内部构造及功能：特殊功能寄存器：特殊功能寄存器的
46、片内空间分存如下图3-2所示。这些地址并没有全部占用，没有占用的地址不可使用，读这些地址将得到一个随意的数值。而写这些地址单元将不能得到预期的结果。中断寄存器：各中断允许控制位于IE寄存器，5个中断源的中断优先级控制位于IP寄存器。图4-2为AUXR辅助寄存器。 图4-2 AUXR辅助寄存器双时钟指针寄存器：为方便地访问内部和外部数据存储器，提供了两个16位数据指针寄存储器：PD0位于SFR区块中的地址82H、83H和DP1位于地址84H、85H，当SFR中的位DPS=0时选择DP0,而DPS=1时选择DP1。在使用前初始化DPS。图4-3 双时钟指针寄存器电源空闲标志：电源空闲标志（POF）
47、在特殊功能寄存储器SFR中PCON的第4位（PCON.4）,电源打开时POF置“1”,它可由软件设置睡眠状态并不为复位所影响。存储器结构：MCS-51单片机内核采用程序存储器和数据存储器空间分开的结构，均具有64KB外部程序和数据的寻址空间。程序存储器：如果EA引脚接地（GND），全部程序均执行外部存储器。在AT89S51,假如接至Vcc（电源），程序首先执行从地址0000H0FFFH（4KB）内部程序存储器，再执行地址为1000HFFFFH（60KB）的外部程序存储器。数据存储器：在AT89S51的具有128字节的内部RAM，这128字节可利用直接或间接寻址方式访问，堆栈操作可利用间接寻址方式进行，128字节均可设置为堆栈区空间。看门狗定时器（WDT）：WDT是为了解决CPU程序运行时可能进入混乱或死循环而设
