1、摘 要信号源是一种最悠久的测量仪器，早在 20 年代电子设备刚出世时它就产生了。任意波信号源是信号源的一种，它是具有信号源所具有的特点，更因它高的性能优势而倍受人们青睐。信号源主要给被测电路提供所需要的已知信号（各种波形） ，然后用其它仪表测量感兴趣的参数。可见信号源在各种实验应用和试验测试处理中，它不是测量仪器，而是根据使用者的要求，作为激励源，仿真各种测试信号，提供给被测电路，以满足测量或各种实际需要。目前我国已经开始研制任意波形信号源，并取得了可喜的成果。但总的来说，我国任意波形信号源还没有形成真正的产业。就目前国内的成熟产品来看，多为一些 PC仪器插卡，独立的仪器和 VXI 系统的模块
2、很少，并且我国目前在任意波形信号源的种类和性能都与国外同类产品存在较大的差距，因此加紧对这类产品的研制显得迫在眉睫。本系统是基于 AT89C51 单片机的数字式低频信号发生器。采用 AT89C51 单片机作为控制核心，外围采用数字/模拟转换电路（DAC0832） 、稳压电路（MC1403） 、运放电路（LM324） 、按键和八位数码管等。通过按键控制可产生方波、三角波、正弦波等，同时用数码管指示其对应的频率。其设计简单、性能优良，可用于多种需要任意波信号源的场所，具有一定的实用性。 关键词：单片机，信号源，AI89C51湖南工业大学本科毕业设计（论文）2ABSTRACTThe signal s
3、ource is one of the most long measuring instrument, early in the 20 s electronic equipment when it was just born was created. Arbitrary wave signal source is a kind of signal source, it is a signal source has the characteristics, the more because it high performance advantage and highly preferred. T
4、he main circuit under test signal source to provide needed known signal (various waveform), then use other instrument measuring the parameters of the interest. Visible in all kinds of experimental application and signal the test process, it is not measuring instrument, but according to the requireme
5、nts of users, as drive source, the simulation of test signals, provide the circuit under test, to meet various practical measures or needs.At present our country has started to develop any waveform signal source, and have achieved remarkable results. But on the whole, our country arbitrary waveform
6、signal source have not form a real industry. Is the present mature products to see, for some PC instrument card, independent instruments and VXI system modules rarely, and our country at present in any of the waveform signal types and performance with the same products abroad is a substantial gap, t
7、herefore stepping up to this kind of products of research appears imminent.The system is based on AT89C51 digital low frequency signal generator. The AT89C51 single chip microcomputer as control core and periphery the digital/simulation of transform circuit (DAC0832), voltage circuit (MC1403), ampli
8、fier (LM324), keys and eight digital pipe, etc. Through the button control can produce square wave, triangle wave, sine wave, etc, and at the same time with a digital tube to indicate the corresponding frequency. The design is simple and good performance, can be used for a variety of needs any wave
9、signal source sites, is practicalKeywords: MCU,singnal source, AT89C51湖南工业大学本科毕业设计（论文）3目 录摘 要 .IABSTRACTII目 录 .III第 1章 绪论 51.1 任意波信号源的现状 51.1.1 市场现状 .51.1.2 研究现状 .51.2 单片机在任意波信号源中的应用 71.3 本论文研究的主要内容 8第 2章 课题总体方案设计 .92.1 方案论证与比较 .92.1.1 系统方案的选择 .92.1.2 控制芯片的选择 102.2 系统整体设计思想及框架 102.2.1 单片机控制的基本思想 .10
10、2.2.2 任意波信号源的操作设计 102.2.3 任意波信号源的技术指标 112.2.4 系统整体框图设计 11第 3章 硬件电路设计 .133.1 单片机控制模块 133.1.1 单片机的工作过程及硬件特性 133.1.2 MSC-51 单片机的结构和工作原理 143.1.3 单片机控制原理 193.2 数模（D/A）转换模块 19湖南工业大学本科毕业设计（论文）43.2.1 芯片介绍 203.2.2 数模转换原理 213.2.3 单片机与 DAC0832 的接口电路 223.3 键盘显示接口电路模块 233.4 电源电路模块 24第 4章 软件设计 254.1 人机交互模块 254.1.
11、1 LED 显示子模块 .264.1.2 键盘输入处理子模块 274.2 任意波信号源的波形产生模块 334.2 单片机与 DAC0832 信号通信 34第 5章 波形仿真 365.1 Proteus 仿真系统简介 365.1.1 Proteus 软件的特点 365.1.2 Proteus 软件功能模块与所提供资源 365.1.3 Proteus 软件的基本操作和工作环境 375.2 波形仿真 38结 论 41参考文献 42致 谢 43附 录 44附录 1 .44附录 2 .45湖南工业大学本科毕业设计（论文）5第一章 绪论1.1 任意波信号源的现状1.1.1 市场现状目前我国经济开始进入一个
12、新的发展时期，经济的快速发展将加快企业的技术改造步伐，各行业特别是电子、通信行业对先进任意波发生器的需求更加强劲。据最新电子商情报道，从 1998 年开始，由于国家采取扩大内需发展经济的决策，扩大了国产任意波信号发生器的市场，销量增长都在 30%左右。但我国的任意波信号源市场大部分被国外产品所占领。国内产品市场占有率很低。目前，Anritsu、Agilent、Advantest、R|S、TEKTRONIX、NId 几家著名仪器公司都在生产各类任意波信号源，如 Agilent 公司生产的 HP33120A 函数|任逐意波发生器、Advantest 公司生产的 33120A 函数|任意波形发生器。
13、Agilentde 的信号发生器一直是世界公认的高水平仪器，而且种类和型号最多，产品功能齐、技术含量高。近几年 Anritsu、Agilent、Advangtest、R|S，NI 等外国公司在我国的销售额年大幅度上升，Agilent 公司在中国销售的任意波信号发生器已极大地超过国内产品。我国的仪器技术水平在发展中国家出于领先地位，且产品价格便宜。境外有的销售商已把目标转向国内的产品，出口到北美、欧洲、东南亚的任意波信号源逐年增加，所以扩大外销产品是扩大国产任意波信号发生器市场的一条重要出路。目前我国任意波信号源市场有两个特点：一是以进口产品为主，国产产品为辅，进口产品销量大、价值高；二是任意波
14、信号源市场逐年增长，且增长率可观。造成国产任意波信号源目前现状原因很多，技术上的问题是其中之一：产品技术性能落后，常年缺少投入；未能及时引进新工艺、新技术、造成外型陈旧、结构老化、功能简单；产品单一，品种少、重复多。随着中国开放政策的深入发展、中国加入世贸组织将给很多行业带来不同的影响，但对中国仪器行业首先是无形的冲击。我们必须加大产品的技术含量，开发新品种，以适应当今新产品新技术日新月异的世界潮流， 。努力开发拥有自主知识产权的先进任意波信号发生器已成为我国仪器行业的当务之急。只有这样，国产任意波信号源才能在竞争激烈的国内外仪器市场中占有一席之地。1.1.2 研究现状任意波信号源是随着众多领
15、域对于复杂的、可由用户定义的测试信号波形湖南工业大学本科毕业设计（论文）6日益增长的需要，以及不断进步的计算机技术和微电子技术在测量仪器中的应用而形成和发展起来的一类新的测试仪器。作为当代最新的一类信号发生器，引起了世界各国的广泛重视，纷纷投入人力物力进行研究制作。主要现状如下：第一，研究制作的任意波信号源主要有独立的台式仪器和适用于个人计算机的插卡以及VXI模块。第二，主要采用了直接数字频率合成技术（简称DDS)，研究制作基本上均采用了软件结合硬件的方式。虚拟仪器开发编程序语言LabWindowsCVI、汇编语言、Visual Basic、Visual C、EDA开发软件及硬件描述语言等软件
16、和FPGA、CPLD、DSP芯片及高速存储器、高速DA转换器、单片机等硬件被广泛应用。第三，使用各种计算机语言开发任意波信号源波形编辑软件和操作软面板，使任意波信号源的操作控制或任意波形数据生成变得更加方便和容易，允许徒手从计算机显示屏上输入任意波形。上位机与任意波信号源硬件模块广泛使用RS一232485、GPIB等总线进行数据通信，近年，USB接口也逐渐被广泛研究和应用。第四，与VXI资源结合。由于VXI总线的逐渐成熟和对测量仪器的高要求，在很多领域需要使用VXI系统测量和产生复杂的波形，VXl的系统资源提供了明显优越性。但由于开发VXI模块的周期长，而且需要专门的VXI机箱的配套使用，使得
17、VXI任意波信号源模块仅限于航空、军事及国防等大型领域，在民用方面，VXl模块远远不如台式仪器更为方便。第五，大量使用各种高速器件提高时钟频率，使任意波信号源输出波形频率不断提高，能应用于越来越广泛的领域。第六，对台式仪器的研究发展不断繁荣，台式仪器形态、功能都较以往大大改善，外形尺寸和价格，都比过去的类似产品减少了一半。任意波信号源在商业研发生产中，以Agilent公司和Tektronix公司最具有代表性，其任意波信号源产品已经形成相当的市场占有率，并以优异的产品技术，引领着该领域的发展。如：Agilent公司的N6030A任意波信号源，它拥有15位的垂直分辨率，125 GSs的采样频率，5
18、00 MHz的输出频率。Tektronix公司更是于2008年推出了性能与速度更为优异的产品：AWG7000B。采样频率高达24GSs，也可以做到96 GHz有效RF频率输出。不仅如此，该产品还提供了高达10位的垂直分辨率：10位(无标记输出)或8位(带有两个标记输出)；高64M(64，800，000)点的记录长度，提供了更长的数据流；低至100 fs分辨率的边沿定时位移控制；16，000步序列功能，创建无穷大波形循环跳转和条件分支。湖南工业大学本科毕业设计（论文）7能够生成高速串行信号、多电平信号、为存储设备测试生成信号、宽带RF信号。我国从90年代才开始研制任意波信号源，比较有代表性的产品
19、有北京普源精电科技限公司生产的DG3121A，它拥有14位的垂直分辨率、300 MSas的采样率和120 MHz的最高频率输出，它是业界第一个具备了数字逻辑输出功能的任意波信号源。指标在国产的函数任意波信号源中处于优势地位，在同类产品中，具有最完备的通信接口，具备RS232，USB，GPIB，LAN。虽然我国在任意波信号源领域取得了可喜的成果。但总体来说，我们还没有形成真正的产业。1.2 单片机在任意波信号源中的应用当今是科学技术及仪器设备高度智能化飞速发展的信息社会，电子技术的进步，给人们带来了根本性的转变。现代电子领域中，单片机的应用正在不断的走向深入，这必将导致传统控制与检测技术的日益革
20、新。单片机构成的仪器具有高可靠性、高性能价格比，在智能仪表系统和办公自动化等诸多领域得以极为广泛的应用，并走入家庭，从洗衣机、微波炉到音响汽车，处处可见其应用。因此，单片机技术开发和应用水平已逐步成为一个国家工业发展水平的标志之一。 一块单片机芯片就是一台计算机。由于单片机的这种特殊的结构形式，在某些应用领域中，它承担了大中型计算机和通用微型计算机无法完成的一些工作。使其具有很多显著的优点和特点，因此在各个领域中都得到了迅猛的发展。单片机的特点归纳起来有以下几个方面。 （1）具有优异的性能价格比 单片机尽可能地把应用所需的存储器,各种功能的 I/O 接口集成在一块芯片内,因而其性能很高,而价格
21、却相对较低廉,即性能价格比很高。 （2）集成度高、体积小、可靠性高 单片机把各种功能部件集成在一块芯片上，因而集成度高，均为大规模或超大规模集成电路。又内部采用总线结构，减少了芯片之间的连线，这大大提高了单片机的可靠性与抗干扰能力。同时，其体积小，对于强磁场环境易于采取屏蔽措施，适合于在恶劣环境下工作。 （3）控制功能强 单片机体积虽小，但“五脏俱全” ，它非常适用于专门的控制用途。为了满足工业控制要求，一般单片机的指令系统中有极丰富的转移指令，I/O 口的逻辑操作指令以及位操作指令。其逻辑控制功能及运行速度均高于同一档次的微机。 （4）低电压、低功耗 单片机大量用于携带式产品和家用消费类产品
22、，低电压和低功耗尤为重要。湖南工业大学本科毕业设计（论文）8目前，许多单片机已可在 2.2V 电压下运行,有的已能在 1.2V 或 0.9V 下工作，功耗降至 A 级,一粒钮扣电池就可长期使用。利用单片机采用程序设计方法来产生信号，其下限频率很低。具有线路相对简单，结构紧凑，价格低廉，频率稳定度高，抗干扰能力强，用途广泛等优点，并且能够对波形进行细微调整，改良波形，使其满足系统的要求。只要对电路稍加修改，调整程序，即可完成功能升级。这里介绍一种采用 AT89C51 单片机和一片 DAC0832 数模转换器做成的数字式任意波信号源，它的特点是价格低、性能高，在低频范围稳定性好、操作方便、体积小、
23、耗电少等。此信号源与其它相比还具有如下优点：较分立元件信号发生器而言，具有频率高，工作稳定，容易调试等特性；较专用 DDS 芯片的信号发生器而言，具有结构简单，成本低等特性。 1.3 本论文研究的主要内容本论文所做的工作是“单片机控制的任意波信号源设计”研究项目的一部分，研究中主要偏重于控制器部分，其主要内容如下：1、理论分析单片机的基本原理和性能，以及系统整体方案的分析和验证。2、硬件电路的设计：主要是以单片机AT89C51为核心的硬件控制电路设计。其中包括：单片机、键盘显示接口电路、波形转换（D/A）电路和电源电路等。3、软件的设计：程序流程图和程序的编写。4、系统调试：包括硬件调试与软件
24、调试。5、实现目标：满足论文要求。6、完成论文。湖南工业大学本科毕业设计（论文）9第二章 课题总体方案设计2.1 方案论证与比较信号源是电子设备调试和检测时不可缺少的仪器,它可以产生各种不同波形、不同频率和幅度的模拟信号。过去,这种信号总是由专门的振荡器产生。它结构复杂,调试困难。用计算机程序控制产生这些信号比较方便,且一致性好。目前，我国在信号源产品需求上也快速增加，因此，对信号源的研究更是当务之急，同样选择好的设计方案更是重中之重，它需要我们在各种不同方案之间进行论证与比较，从中选出最适合自己功能需求设计方案。下面介绍本设计的方案选择。2.1.1 系统方案的选择方案一：采用函数信号发生器
25、ICL8038 集成模拟芯片， （如图 2-1）它是一种可以同时产生方波、三角波、正弦波的专用集成电路。但是这种模块产生的波形都不是纯净的波形，会寄生一些高次谐波分量，采用其他的措施虽可滤除一些，但不能完全滤除掉。 图 2-1 方案一方框图方案二：采用分立元件实现非稳态的多谐振振荡器，然后根据需要加入积分电路等构成正弦、矩形、三角等波形发生器。这种信号发生器输出频率范围窄，而且电路参数设定较繁琐，其频率大小的测量往往需要通过硬件电路的切换来实现，操作不方便。 显示键盘 单片机D/AD/AICL8038 运算电路输出湖南工业大学本科毕业设计（论文）10方案三：采用单片机和 DAC0832 数模转
26、换器生成波形，由于是软件滤波，所以不会有寄生的高次谐波分量，生成的波形比较纯净。它的特点是价格低、性能高，在低频范围内稳定性好、操作方便、体积小、耗电少。 经比较，方案三既可满足毕业设计的基本要求又能充分发挥其优势，电路简单，易控制，性价比较高，所以采用该方案。 2.1.2 控制芯片的选择方案一：AT89C51 单片机是一种高性能 4 位单片微型计算机。它把构成计算机的中央处理器 CPU、存储器、寄存器、I/O 接口制作在一块集成电路芯片中，从而构成较为完整的计算机。 方案二：C8051F005 单片机是完全集成的混合信号系统级芯片，具有与AT80C52 兼容的微控制器的内核，与 MCS-51
27、 指令集完全兼容。除了具有标准AT80C52 的数字外设部件之外，片内还集成了数据采集和控制系统中常用的模拟部件和其他数字外设及功能部件。 方案选择：方案二中 C8051F005 芯片系统内部结构复杂，不易控制，芯片成本高，对于本系统而言利用率低，AT89C51 芯片比较常用，简单易控制，成本低，性能稳定故采用方案一。 2.2 系统整体设计思想及框图2.2.1 单片机控制的基本思想单片机存储器有一个波形查找表，其产生波形数据的基本方法：可以采用定点法来生成波形，即将一个周期的某一波分为若干点，计算出各点的函数值，并转化相应的 D/A 转换器输入数值，这样得到一个此波的函数表。通过程序将该表存于
28、单片机的程序存储器中，利用单片机的定时器来产生定时，每当定时时间到时，查表得到该点对应的输出值，然后通过 D/A 转换得到该点的对应电压值。如此，周而复始地查表输出，就得到所要的这个波了。由于一个周期正弦波的点数固定，改变定时器的定时值，就改变相邻两点的间隔时间，从而改变此波的频率。2.2.2 任意波信号源的操作设计1、通电后，系统进行初始化，LED 在面板上显示 6 个 0，表示系统处于初始状态，等待用户输入设置命令，此时，无任何波形信号输出。2、用户按下“F” “V”“W” ，可以分别进入频率，幅值波形设置，使系统湖南工业大学本科毕业设计（论文）11进入设置状态，相应的数码管显示“一” ，
29、此时，按其它键，无效； 3、在进入某一设置状态后，输入 0-9 等数字键， （数字键仅在设置状态时有效）为欲输出的波形设置相应参数，LED 将参数显示在面板上； 4、如果在设置中，要改变已设定的参数，可按下“CL”键，清除所有已设定参数，系统恢 复初始状态，LED 显示 6 个 0，等待重新输入命令； 5、当必要的参数设定完毕后，所有参数显示于 LED 上，用户按下“EN”键，系统会将各波形参数传递到波形产生模块中，以便控制波形发生，实现不同频率，不同电压幅值， 不同类型波形的输出；6、用户按下“EN”键后，波形发生器开始输出满足参数的波形信号，面板上相应类型的运 行指示灯闪烁，表示波形正在输
30、出，LED 显示波形类型编号，频率值、电压幅值等波形 参数； 7、波形发生器在输出信号时，按下任意一个键，就停止波形信号输出，等待重新设置参数，设置过程如上所述，如果不改变参数，可按下“EN”键，继续输出原波形信号； 8、要停止波形发生器的使用，可按下复位按钮，将系统复位，然后关闭电源。2.2.3 任意波信号源的技术指标（1）波形类型：方型、正弦波、三角波、锯齿波； （2）幅值电压：1V、2V、3V、4V、5V； （3）频率值：10HZ、20HZ、50HZ、100HZ、200HZ、500HZ、1KHZ；（4） 输出极性：双极性 2.2.4系统整体框图设计本设计是基于单片机的任意波信号源控制器设
31、计。如图 2-2 为总体设计方案框图。数字信号 模拟信号控制指令单片机显示电路键盘电路D/A 转换电路运放波形输出湖南工业大学本科毕业设计（论文）12图 2-2 总体设计示意图在对本课题总体规划设计过程中，主要由分成两大部分：控制部分和产生部分组成。本设计中主要重点介绍控制部分的设计，同时加以产生部分设计，完成信号发生器的整体功能，达到控制部分对信号源信号波形产生过程的控制功能。下面对两个部分进行简要介绍。一、控制部分从上面的框图我们很容易看出，单片机是整个设计的控制中心，即实现整个控制功能的主体。本控制部分以单片机为核心，辅以外围键盘电路、显示电路等，对信号的产生、显示及处理进行控制，能够满
32、足高精度、高速度、高分辨率等要求。设计中各电路功能介绍：键盘电路：主要完成信息的输入，用户通过键盘来针对自己所需输出的波形进行信息设置；显示电路：完成所设置信息的显示功能，及此时正在进行或所选择的波形设置状态等信息；单片机：从程序存储器读取程序，从键盘接收数据，经过处理送到指示灯和显示器，并产生相应的数字信号送到数模转换器，从而实现控制功能。2、产生部分D/A 转换电路是产生部分的主要组成部分，也是实现波形产生的重要功能部分。因为单片机产生的是数字信号，要想得到所需要的波形，就要把数字信号转换成模拟信号，它是波形能够得以正确实现的保障。DAC0832 是电流输出型，示波器上显示波形，通常需要电
33、压信号，电流信号到电压信号的转换可以由运算放大器 LM324 实现，用两片 LM324 可以实现双极性输出。单片机向 0832 发送数字编码，产生不同的输出。先利用采样定理对各波形进行抽样，然后把各采样值进行编码，的到的数字量存入各个波形表，执行程序时通过查表方法依次取出，经过 D/A 转换后输出就可以得到波形。采用 AT89C51 单片机和 DAC0832 数模转换器生成波形，由于是软件滤波，所以不会有寄生的高次谐波分量，生成的波形比较纯净。它的特点是价格低、性能高，在低频 范围内稳定性好、操作方便、体积小、耗电少。 既可满足课程设计的基本要求又能充分发挥其优势，电路简单，易控制， 性价比高
34、，所以采用该方案。湖南工业大学本科毕业设计（论文）13第 3章 硬件电路设计3.1 单片机控制模块AT89C51 是一种带 4K 字节闪烁可编程可擦除只读存储器 FPEROM 的低电压，高性能 CMOS8 位微处理器，俗称单片机。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 AT89S51 是一种高效微控制器，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。3.1.1 单片机的工作过程及硬件特性一、工作过程：单片机自动完成赋予它的任务的过程，也就是单片机
35、执行程序的过程，即一条条执行的指令的过程，所谓指令就是把要求单片机执行的各种操作用的命令的形式写下来，这是在设计人员赋予它的指令系统所决定的，一条指令对应着一种基本操作；单片机所能执行的全部指令，就是该单片机的指令系统，不同种类的单片机，其指令系统亦不同。为使单片机能自动完成某一特定任务，必须把要解决的问题编成一系列指令（这些指令必须是选定单片机能识别和执行的指令） ，这一系列指令的集合就成为程序，程序需要预先存放在具有存储功能的部件存储器中。存储器由许多存储单元（最小的存储单位）组成，就像大楼房有许多房间组成一样，指令就存放在这些单元里，单元里的指令取出并执行就像大楼房的每个房间的被分配到了
36、唯一一个房间号一样，每一个存储单元也必须被分配到唯一的地址号，该地址号称为存储单元的地址，这样只要湖南工业大学本科毕业设计（论文）14知道了存储单元的地址，就可以找到这个存储单元，其中存储的指令就可以被取出，然后再被执行。 程序通常是顺序执行的，所以程序中的指令也是一条条顺序存放的，单片机在执行程序时要能把这些指令一条条取出并加以执行，必须有一个部件能追踪指令所在的地址，这一部件就是程序计数器 PC（包含在 CPU 中） ，在开始执行程序时，给 PC 赋以程序中第一条指令所在的地址，然后取得每一条要执行的命令，PC 之中的内容就会自动增加，增加量由本条指令长度决定，可能是1、2 或 3，以指向
37、下一条指令的起始地址，保证指令顺序执行。二、硬件特性：1、单片机集成度高。单片机包括 CPU、4KB 容量的 ROM（8031 无） 、128 B容量的 RAM、 2 个 16 位定时/计数器、4 个 8 位并行口、全双工串口行口。 2、系统结构简单，使用方便，实现模块化； 3、单片机可靠性高，可工作到 106 107 小时无故障； 4、处理功能强，速度快。 5、低电压，低功耗，便于生产便携式产品3.1.2 MCS-51单片机的结构和工作原理 一、89C51 单片机的结构（1）89C51 单片机的基本组成XTAL2 XTAL1RST EA ALE PSEN 串行通信 P0 P1 P2 P3时钟
38、电路 Flash ROM4K 字节256 字节RAM|SFR定时器|计数器2 个CPU总线控制 中断系统 串行口全双工 1 个并行口4 个湖南工业大学本科毕业设计（论文）15图 3-1 89C51 单片机的基本组成由图 3-1 可以看到：它集成中央处理器（CPU）、存储器系统（RAM 和ROM）、定时/计数器、并行接口、串行接口、中断系统及一些特殊功能寄存器（SFR），它们通过内部总线紧密地联系在一起。它的总体结构仍是通用 CPU 加上外围芯片的总线结构。只是在功能部件的控制上与一般微机的通用寄存器加接口寄存器控制不同，CPU 与外设的控制不再分开，采用了特殊功能寄存器集中控制，使用更方便。内
39、部还集成了时钟电路，只须外接上晶振就可形成时钟（2）89C51 单片机芯片的内部结构图 3-2 89C51 单片机芯片的内部结构图二、89C51 芯片的介绍 (1)89C51芯片的概述湖南工业大学本科毕业设计（论文）16AT89C51 是一个低功耗，高性能 CMOS 8 位单片机，片内含 4k 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，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
40、元，功能强大的微型计算机的 AT89C51 可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。（ 2） 89C51 芯 片 的 功 能 特 性主 要 特 性 ： 8031 CPU 与 MCS-51 兼 容 4K 字 节 可 编 程 FLASH 存 储 器 (寿 命 ： 1000 写 /擦 循 环 ) 全 静 态 工 作 ： 0Hz-33MHz 三 级 程 序 存 储 器 保 密 锁 定 128*8 位 内 部 RAM 32 条 可 编 程 I/O 线 两 个 16 位 定 时 器 /计 数 器 6 个 中 断 源 可 编 程 串 行 通 道 低 功 耗 的 闲 置 和 掉 电 模 式 片 内
41、振 荡 器 和 时 钟 电 路 AT89C51 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 ， AT89C51 设 计 和 配 置 了 振 荡 频 率 可
42、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 RAM 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 。 （ 3） 管 脚 说 明 ：湖南工业大学本科毕业设计（论文）17图 3-3 89C51 的 引
43、脚 结 构 图VCC： 供 电 电 压 。 GND： 接 地 。 P0 口 ： P0 口 为 一 个 8 位 漏 级 开 路 双 向 I/O 口 ， 每 脚 可 吸 收 8TTL 门 电流 。 当 P1 口 的 管 脚 第 一 次 写 1 时 ， 被 定 义 为 高 阻 输 入 。 P0 能 够 用 于 外 部程 序 数 据 存 储 器 ， 它 可 以 被 定 义 为 数 据 /地 址 的 第 八 位 。 在 FIASH 编 程 时 ，P0 口 作 为 原 码 输 入 口 ， 当 FIASH 进 行 校 验 时 ， P0 输 出 原 码 ， 此 时 P0 外 部必 须 被 拉 高 。 P1 口
44、 ： P1 口 是 一 个 内 部 提 供 上 拉 电 阻 的 8 位 双 向 I/O 口 ， P1 口 缓 冲器 能 接 收 输 出 4TTL 门 电 流 。 P1 口 管 脚 写 入 1 后 ， 被 内 部 上 拉 为 高 ， 可 用 作输 入 ， P1 口 被 外 部 下 拉 为 低 电 平 时 ， 将 输 出 电 流 ， 这 是 由 于 内 部 上 拉 的 缘 故 。在 FLASH 编 程 和 校 验 时 ， P1 口 作 为 第 八 位 地 址 接 收 。 P2 口 ： P2 口 为 一 个 内 部 上 拉 电 阻 的 8 位 双 向 I/O 口 ， P2 口 缓 冲 器 可 接收
45、， 输 出 4 个 TTL 门 电 流 ， 当 P2 口 被 写 “1”时 ， 其 管 脚 被 内 部 上 拉 电 阻拉 高 ， 且 作 为 输 入 。 并 因 此 作 为 输 入 时 ， P2 口 的 管 脚 被 外 部 拉 低 ， 将 输 出电 流 。 这 是 由 于 内 部 上 拉 的 缘 故 。 P2 口 当 用 于 外 部 程 序 存 储 器 或 16 位 地址 外 部 数 据 存 储 器 进 行 存 取 时 ， P2 口 输 出 地 址 的 高 八 位 。 在 给 出 地 址“1”时 ， 它 利 用 内 部 上 拉 优 势 ， 当 对 外 部 八 位 地 址 数 据 存 储 器 进
46、 行 读 写 时 ，P2 口 输 出 其 特 殊 功 能 寄 存 器 的 内 容 。 P2 口 在 FLASH 编 程 和 校 验 时 接 收 高 八位 地 址 信 号 和 控 制 信 号 。 P3 口 ： P3 口 管 脚 是 8 个 带 内 部 上 拉 电 阻 的 双 向 I/O 口 ， 可 接 收 输 出 4个 TTL 门 电 流 。 当 P3 口 写 入 “1”后 ， 它 们 被 内 部 上 拉 为 高 电 平 ， 并 用 作 输湖南工业大学本科毕业设计（论文）18入 。 作 为 输 入 ， 由 于 外 部 下 拉 为 低 电 平 ， P3 口 将 输 出 电 流 （ ILL） 这 是
47、 由于 上 拉 的 缘 故 。 P3.0 RXD（ 串 行 输 入 口 ） P3.1 TXD（ 串 行 输 出 口 ） P3.2 /INT0（ 外 部 中 断 0） P3.3 /INT1（ 外 部 中 断 1） P3.4 T0（ 记 时 器 0 外 部 输 入 ） P3.5 T1（ 记 时 器 1 外 部 输 入 ） P3.6 /WR（ 外 部 数 据 存 储 器 写 选 通 ） P3.7 /RD（ 外 部 数 据 存 储 器 读 选 通 ） P3 口 同 时 为 闪 烁 编 程 和 编 程 校 验 接 收 一 些 控 制 信 号 。 I/O 口 作 为 输 入 口 时 有 两 种 工 作 方
48、 式 ， 即 所 谓 的 读 端 口 与 读 引 脚 。 读 端口 时 实 际 上 并 不 从 外 部 读 入 数 据 ， 而 是 把 端 口 锁 存 器 的 内 容 读 入 到 内 部 总 线 ，经 过 某 种 运 算 或 变 换 后 再 写 回 到 端 口 锁 存 器 。 只 有 读 端 口 时 才 真 正 地 把 外 部的 数 据 读 入 到 内 部 总 线 。 上 面 图 中 的 两 个 三 角 形 表 示 的 就 是 输 入 缓 冲 器CPU 将 根 据 不 同 的 指 令 分 别 发 出 读 端 口 或 读 引 脚 信 号 以 完 成 不 同 的 操 作 。 这是 由 硬 件 自
49、动 完 成 的 ， 不 需 要 我 们 操 心 ， 1 然 后 再 实 行 读 引 脚 操 作 ， 否 则 就可 能 读 入 出 错 ， 为 什 么 看 上 面 的 图 ， 如 果 不 对 端 口 置 1 端 口 锁 存 器 原 来 的状 态 有 可 能 为 0Q 端 为 0Q为 1 加 到 场 效 应 管 栅 极 的 信 号 为 1， 该 场 效 应 管就 导 通 对 地 呈 现 低 阻 抗 ， 此 时 即 使 引 脚 上 输 入 的 信 号 为 1， 也 会 因 端 口 的低 阻 抗 而 使 信 号 变 低 使 得 外 加 的 1 信 号 读 入 后 不 一 定 是 1。 若 先 执 行 置 1操 作 ， 则 可 以 使 场 效 应 管 截 止 引 脚 信 号 直 接 加 到 三 态 缓 冲 器 中 实 现 正 确 的 读入 ， 由 于 在 输 入 操 作 时 还 必 须 附 加 一 个 准 备 动 作 ， 所 以 这 类 I/O 口 被 称 为准 双 向 口 。 89C51 的 P0/P1/P2/P3 口 作 为 输 入 时 都 是 准 双 向 口 。 接 下 来 让 我们 再 看 另 一 个 问 题 ， 从 图 中 可 以 看 出 这 四 个
