基于DS18B20的温度控制系统设计.doc

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1、毕业设计（论文）报告用纸编号：毕业设计说明书题目：保健床控制系统的设计学院：专业:学生姓名:学号：指导教师：职称：题目类型： 理论研究 实验研究 工程设计 工程技术研究 软件开发2012年 5 月 21 日摘 要随着国民经济的发展，人们的生活水平有了很大的提高，越来越多的人们开始关注自己和亲人的健康问题。作为保健产品之一，保健床得到了越来越广泛的应用。保健床温度控制系统是保健床的重要组成部分，保健床温度控制系统可以实现对保健床的温度检测，并且操作人员可以对温度进行设定，实现对保健床的恒温控制。温度测量是温度控制的基础,技术已经比较成熟.一般的测温元件有热电偶和二电阻。然而热电偶和热电阻测出的一

2、般都是电压，再转换成对应的温度,这些方法一般相对比较复杂,需要使用比较多的外部硬件.在这里我们用一种相对比较简单的方式来测量。在这里我们采用美国DALLAS半导体公司推出的一种改进型智能温度传感器DS18B20作为检测元件，它的温度范围为-55125 C,最高分辨率可达0。0625 C。DS18B20可以直接读出被测温度值,而且采用三线制与单片机相连，减少了外部的硬件电路，降低了成本而且使用方便。本文介绍一种基于AT89C51单片机的一种具有温度测量、报警、温度设定以及定时功能的恒温控制电路,该电路采用DS18B20作为温度监测元件，测量范围+20+60,使用1602LCD液晶模块显示，可以手

3、动设定温度值及定时时间值.文章中介绍了软硬件系统的各部分电路，以及了集成温度传感器DS18B20的原理，AT89C51单片机功能和应用。该恒温控制电路设计新颖、功能强大、结构简单.关键词:温度测量；恒温控制；DS18B20；AT89C51AbstractAlong with national economy development, Peoples living standards have greatly increased, more and more people begin to pay close attention to oneself and family health prob

4、lems.As One of the health products， health care bed have been applied more and more。 Health care bed control system is an important part of the health care bed, bed control health care system can realize the temperature inspection of the bed to health and the operating personnel to the temperature s

5、etting, realize the care of the bed temperature control。 Temperature measurement is the basis for the control of temperature. Its technology has more mature. The average temperature sensor thermocouple and have two resistance。 However the measured value of thermocouple and heat resistance is commonl

6、y voltage value， again converted into the corresponding temperature value， the general method is relatively complex， need to use more of the external hardware. Here we use a relatively simple way to measure. Here we use an improved intelligent temperature sensor DS18B20 launched by the American DALL

7、AS semiconductor company as the test components， its temperature range for-55 to 125 DHS C, the highest resolution is 0。0625 C. The temperature value measured by DS18B20 can be read out directly， and it can be linked to the single-chip microcomputer together with the use of three wire and ， reduce t

8、he external hardware circuit, reduce the cost and easy to use. This paper introduces a temperature measurement， alarm, the temperature setting and timing function of temperature control circuit based on AT89C51， this circuit adopts DS18B20 as temperature monitoring components， its measurement range

9、is +20 +60，it shows the temperature value and time value used 1602LCD module， can manually set temperature and time the time value。 The article introduces the hardware and software system in different parts of the circuit， and the introductions of the temperature sensor DS18B20 principle， AT89C51 si

10、nglechip microcomputer function and application. The constant temperature control circuit design is novel， powerful， simple structure。Key words：Temperature measurement; Constant temperature control；DS18B20; AT89C51 毕业设计（论文）报告用纸 第 30 页 共 35 页 目 录引言11 课题概述21。1 课题的设计目的21。2 课题的研究内容及要求22 开发工具Proteus、Keil

11、、Protel99SE软件22。1 Proteus软件22.1.1 Proteus简介22.1。4 Proteus的应用52.2 Keil软件62。3 Protel99SE软件62.4 本章小结73 设计系统概述73.1 方案选择73.1.1方案一73。1.2 方案二83.2 系统设计原理93.3 系统组成93。4 本章小结104 系统硬件设计104.1 89C51单片机的介绍104。1。1 89C51单片机的主要特性114。1.2 89C51单片机管脚图124。1。3 89C51单片机的中断系统144。1.4 89C51单片机的定时/计数器144.2 LCD显示器简介144。2。1 1602

12、LCD液晶模块简介154.3 DS18B20温度传感器的介绍.174.3。1 DS18B20温度传感器工作原理174。3.2 DS18B20的相关介绍184。3。3 使用DS18B20的注意事项194.3。4 温度传感器DS18B20与单片机的接口电路194.4 24VDC和5VDC电源设计介绍194.5 加热和散热装置介绍204.5。1 加热装置204。5.2 散热装置214。6 恒温温度和定时时间设定按键的设计224。7 温度上下限报警显示224。8 本章小结235 系统软件设计235。1 主程序设计235。2 子程序设计265。2。1 DS18B20初始化程序265.2.2 恒温控制子程

13、序275。3 本章小结276 实验仿真测试276。1 基本温度显示276。2 温度上下限报警显示286.3 恒温控制显示306.4 定时控制显示326.5 本章小结35结论36谢辞37参考文献38附录39引言随着新技术的不断开发与应用，近年来单片机发展十分迅速,单片机的应用已经渗透到电力、化工、建材、机械等各个行业.采用单片机来对他们控制不仅具有控制方便、灵活性大等优点，而且可以大幅度提高被控温度的技术指标,大大的提高产品的质量和数量。传统的温度采集方法不仅费时费力，而且精度差，单片机的出现使温度的采集和数据处理问题得到了很好的解决。温度是工业对象中一个重要的被控参数.然而由于采用的测温元件和

14、测量方法不相同;产品的工艺不同，控制温度的精度也不相同。因此对数据采集的精度和采用的控制方法也不相同。传统的控制方式已经不能满足高精度，高速度的控制要求，近年来快速发展了许多种先进的温度控制方式，如：PID控制，模糊控制等。这些控制技术极大的提高了控制精度，不但使控制变得简便，而且提高了产品的质量，降低了成本，提高了生产效率.温度控制系统虽然在国内各行各业中早已广泛应用，但从国内生产的温度控制器来讲，其发展水平仍然同日本、美国、德国等先进国家有着很大的差距.成熟的温控产品主要是“点位”控制器和常规的PID控制器，它们只能适应一般的温度系统控制，在较高控制场合的智能化、自适应控制仪表方面，国内技

15、术还不十分成熟。随着我国经济的发展,我国政府及企业对此都较为重视,相继建立了一些国研发中心，开展创新性研究，以加快使我国仪表工业得到迅速的发展。在本设计中使用AT89C51单片机作为核心进行控制。单片机具有集成度高,通用性好,功能强，重量轻，耗能低，可靠性高，抗干扰能力强和使用方便等优点，广泛应用在在数字、智能化等方面。单片机是指一个集成在一块芯片上的完整计算机系统。它的大部分功能集成在一块芯片上，具有一个完整计算机的大部分部件：CPU、内存、内部和外部总线系统，此外目前大部分还会具有外存。它同时还集成诸如通讯接口、定时器，时钟等外围设备.而且现在最强大的单片机系统甚至还可以将声音、网络、图像

16、等复杂的系统集成在一块芯片上。单片机也称为微控制器（Microcontroller），是它最早被应用于工业控制领域。单片机是由芯片内仅有CPU的专用处理器发展而来。最早的设计思想是将大量外围设备和CPU集成在一个芯片中，使计算机系统变的更小，更容易集成在复杂的而且对体积要求严格的控制设备当中。早期的单片机都是4位或8位的。其中的代表是INTEL的8031，因为其简单可靠而且性能较高而获得了极大的好评。此后在8031的基础上发展出了MCS51系列单片机系统。基于这一系统的单片机系统至今仍在广泛使用。为了满足日益提高工业控制要求，开始出现了16位单片机，但因其性价比不理想，所以并未得到广泛的应用.

17、90年代后随着电子产品的快速发展，单片机技术得到了很大的提高。随着INTEL i960系列，特别是后来的ARM系列的广泛应用，32位单片机迅速取代了16位单片机的高端地位，进入主流市场。而传统的8位单片机的性能也得到了提高，处理能力相较80年代提高了数百倍。目前,高端的32位单片机的主频已经超过300MHz，性能接近90年代中期的专用处理器，而且其普通的型号出厂价格跌至1美元，最高端的型号也只有10美元.当代的单片机系统已经不是只在裸机环境下开发和使用,大量专用的嵌入式操作系统已经被广泛地应用在全系列的单片机上。1 课题概述1。1 课题的设计目的（1). 加深巩固单片机应用的知识，提高综合运用

18、所学知识解决实际控制的能力。(2）. 培养查阅有关手册、图表及文献资料的自学能力，提高设计系统、编程、调试的动手能力.(3）。 通过对课题设计方案的分析、比较、选择，熟悉单片机应用系统开发、研制过程、软硬件设计方法、内容及步骤。1。2 课题的研究内容及要求本课题的研究内容是设计一种基AT89C51单片机，采用数字温度传感器DS18B20的恒温控制系统。此外，可以手动设定温度值和恒温时间值。利用数字温度传感器DS18B20不需要A/D转换,可直接进行温度采集。设计内容包括单片机主控核心模块，温度采集模块，参数设定模块，显示模块,加热功率输出模块。 设计要求如下：(1)。温度控制范围2060；(2

19、)。精度误差为1；（3)。 LCD液晶显示；（4)。实现温度上下限报警提示功能；（5）。实现手动设定温度功能;(6).实现定时功能.2 开发工具Proteus、Keil、Protel99SE软件2.1Proteus软件2。1.1Proteus简介Proteus软件是由英国Labcenter electronics公司出版的EDA仿真工具软件。它除了具有其它EDA工具软件的仿真功能，还具有仿真单片机及外围器件的功能.它是一款很好的仿真单片机及其他器件的工具。受到单片机爱好者，从事单片机教学的教师，以及单片机开发应用的科技工作者的好评。Proteus软件是世界上著名的EDA仿真工具。它实现了原理图

20、布图、代码调试、单片机与外围电路协同仿真、一键切换到PCB设计等一系列设计。它是目前世界上唯一将电路仿真软件、PCB设计软件和虚拟模型仿真软件合为一体的设计平台，他的处理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等.在编译方面，它同时支持IAR、Keil和MPLAB等多种编译器。Proteus软件的特点如下：(1）。实现了单片机仿真与电路仿真相结合，具有模拟电路仿真、数字电路仿真、各种单片机以及外围电路组成的系统仿真；(2）.软件中提供了多种虚拟仪器。如示波器、逻辑分析仪、信号发生器等,使用调试时非常方便；(3

21、)。具有软件调试功能，同时支持第三方的编译软件和调试环境,如Keil等软件;(4)。具有很强大的原理图绘制功能。Proteus与其它单片机仿真软件的不同点是，它不仅能仿真单片机CPU的工作情况，而且还能仿真单片机外围电路甚至没有单片机参与的其它电路的工作情况，所以在仿真和程序调试时,需要我们关心的不再是某些语句执行时单片机内寄存器和存储器内容的改变，而是可以从工程的角度直接查看程序运行和电路工作的过程和结果.这样的仿真实验弥补了实验和工程应用相脱节的矛盾和现象。于此同时，当硬件调试成功后，利用Proteus ARES软件，也可以获得其PCB图，为硬件的制作提供了方便。2.1。2Proteus软

22、件的主要功能（1)。智能原理图设计（ISIS）Proteus软件含有丰富的器件库:里面含有超过27000种元器件，而且还可方便地创建新元件；智能的器件搜索:通过模糊搜索就可以快速定位所需要的器件；智能连线功能：具有自动连线功能，使导线的连接简单快捷，极大地缩短绘图时间；支持总线结构：这一功能可以使总线器件和总线布线电路设计简明清晰；输出高质量图纸：通过个性化设置，可以生成高质量的BMP图纸，可方便地供WORD、POWERPOINT等多种文档使用。(2）.完善的电路仿真功能（Prospice)ProSPICE混合仿真：他是基于工业标准的SPICE3F5来实现数字/模拟电路的混合仿真；含有超过27

23、000个仿真器件：Labcenter也在不断地发布新的仿真器件，还可以导入第三方发布的仿真器件，此外还可通过内部原型或使用厂家的SPICE文件自行设计仿真器件；多样的激励源:不仅包括直流、正弦、脉冲、指数信号、分段线性脉冲、音频（wav文件）、单频FM、数字时钟和码流,还支持文件形式的信号输入；丰富的虚拟仪器：内含13种虚拟仪器,操作面板逼真，例如示波器、信号发生器、逻辑分析仪、直流电压/电流表、频率计/计数器、交流电压/电流表、SPI调试器、数字图案发生器、虚拟终端、逻辑探头等；生动的仿真显示：使用色点显示引脚的数字电平，导线会以不同颜色来表示其对地电压大小,与动态器件(例如按钮、电机、显示

24、器件）配合使用可以使仿真更为直观、生动；图形仿真功能（ASF）:基于图标的分析可以精确地分析电路中的多项指标,包括工作点、频率特性、瞬态特性、噪声、传输特性、傅立叶频谱分析、失真等。 （3).独特的单片机协同仿真功能（VSM）此软件支持的CPU类型：如ARM7、AVR、8051/52、PIC10/12、PIC18、PIC16、PIC24、HC11、dsPIC33、MSP430、8086、BasicStamp等,其中CPU的类型随着版本的升级还在不断增加中；支持通用外设模型：例如图形LCD模块、字符LCD模块、LED七段显示模块、LED点阵、直流/步进/伺服电机、键盘/按键、电子温度计、RS23

25、2虚拟终端等等,其COMPIM(即COM口物理接口模型)还可以使仿真电路通过PC机串口与外部电路实现双向异步串行通信；实时仿真：支持EUSARTs/UART/USART仿真、SPI/I2C仿真、中断仿真、PSP仿真、MSSP仿真、CCP/ECCP仿真、RTC仿真、ADC仿真;编译与调试：支持单片机汇编语言的编译仿真，软件内带8051、PIC、AVR的编译器，也可以与第三方软件集成编译环境（如IAR、Hitech和Keil）结合，进行高级语言的源码级仿真和调试.（4).方便实用的PCB设计平台从原理图到PCB的快速通道：在原理图设计完成后，一键便可进入ARES的PCB设计环境,方便地实现从概念到

26、产品的完整设计；自动布局/布线功能：支持引脚交换/门交换、支持无网格自动布线或人工布线、支持器件的自动/人工布局功能使PCB设计更为合理；完整的PCB设计功能:可以设计多种PCB电路层，灵活的布线策略供用户设置，自动设计规则检查，3D 可视化预览；支持多种输出格式：可以输出多种格式的文件，包括Gerber文件的导入和导出,便于与其它PCB设计工具的相互转换（例如protel设计工具)和PCB板的设计和加工。2。1.3ISIS智能原理图输入系统ISIS是PROTEUS系统的中心,它不仅是一个图表库。它具有控制原理图画图外观的超强设计环境。无论是要快速地实现复杂设计的仿真或PCB设计，还是设计以供

27、出版的精美的原理图，ISIS都可以很好的完成。ISIS提供给用户图形外观包括字符、线宽、填充类型等的全部控制,可以使用户能够绘制生成精美的原理图，比CAD软件绘制出的稀薄的线条要好很多。画完图以后即可以以图形文件输出，还可以拷贝到剪切板以便在其他文件中使用.由于以上优点,ISIS已经成为制作技术文件、项目报告、学术论文的理想工具,也是PCB设计的一个出色的工具.画图的外形可由风格模板定义。另外，还允许用户自己定制元件库提供的库部件外观。2。1.4 Proteus的应用图2-1 proteus的操作界面图(1).绘制原理图：绘制原理图需要在原理图编辑窗口中的蓝色方框内完成。原理图编辑窗口的操作是

28、不同于常用的应用程序的，应按正确的操作进行:使用左键放置元件;右键选择元件;右键拖选多个元件；双击右键删除元件；先右键后左键编辑元件属性；连线用左键，先右键后左键拖动元件;删除用右键；修改连接线:先右击连线，再左键拖动;中键放缩原理图.(2）。制定自己的元件：有三种途径可以实现,一种是用PROTEUS VSM SDK开发仿真模型来制作元件；另一种是在已有的元件基础的上进行改造,例如把元件改为bus接口；第三种途径是利用已制作好的元件，可以到网上下载一些新元件把它们添加到自己的元件库里面。（3）.Sub-Circuits应用:使用一个子电路可以把部分电路封装起来，如此可以节省原理图窗口的空间。2

29、。2 Keil软件Keil C51是美国Keil Software公司出品的51系列单片机C语言程序软件开发系统，与汇编语言相比,C语言在功能上、可读性、结构性、可维护性上都有明显的优势,因此易学易用。Keil C51软件提供了丰富的库函数和功能强大的集成开发调试工具，采用全Windows界面。此外Keil C51生成的目标代码效率非常高，语句生成的汇编代码都很紧凑，易于理解。在开发大型软件时更能体现出其优势。Keil C51软件是一个基于32位（64位系统也兼容）Windows环境的应用程序，支持C语言和汇编语言编程，其中6。0以上的版本会将编译和仿真软件统一为Vision（通常称之为V2）

30、。Keil软件提供了包括C编译器、连接器、宏汇编、库管理和功能强大的仿真调试器等在内的完整开发方案，具体由以下几部分组成： C51编译器、LIB51库管理器、A51汇编器、OH51目标文件生成器、BL51连接/定位器以及RTX51、 Monitor-51实时操作系统.2.3Protel99SE软件Protel软件包是90年代初由澳大利亚Protel Technology公司研制开发的，应用于Windows9X/2000/NT操作系统下的EDA设计软件，采用设计库管理模式，可以进行联网设计，具有很强的数据交换能力和开放性及3D模拟功能，是一个32位的设计软件，可以完成原理图、印制板设计、可编程逻

31、辑器件设计和电路仿真等,可以设计32个信号层,16个电源-地层和16个机加工层。Protel99SE中主要功能模块如下:.Advanced Schematic 99SE（原理图设计系统）该模块主要用于电路原理图设计、原理图元件设计和各种原理图报表生成等。.Advanced PCB 99SE（印刷电路板设计系统）该模块提供了一个功能强大和交互友好的PCB设计环境，主要用于PCB设计、元件封装设计、报表形成及PCB输出。.Advanced Route 99SE（自动布线系统）该模块是一个集成的无网格自动布线系统，布线效率高。.Advanced Integrity 99SE(PCB信号完整性分析）该

32、模块提供精确的板级物理信号分析，可以检查出串扰、过冲、下冲、延时和阻抗等问题，并能自动给出具体解决方案。.Advanced SIM 99SE（电路仿真系统）该模块是一个基于最新Spice3.5标准的仿真器，为用户的设计前端提供了完整、直观的解决方案。Advanced PLD 99SE（可编程逻辑器件设计系统)该模块是一个集成的PLD开发环境,可使用原理图或CUPL硬件描述语言作为设计前端,能提供工业标准JEDEC输出。2。4 本章小结本章主要简单介绍了本课题研究需要用到的仿真软件Proteus和编译软件Keil，以及在制作硬件电路板是用到的Protel99SE软件.了解了这三种软件的发展，功能

33、，着重了解了proteus的功能模块和Protel99SE的功能模块等，为以后的设计奠定了基础。3 设计系统概述3.1方案选择该测温系统主要由温度测量和数据采集两部分组成，实现的方法有很多种，下面列出两种在实际中常用到的实现方案。3。1。1方案一采用热电偶温差电路进行温度测量，温度检测部分可以使用低温热电偶，热电偶由两个焊接在一起的不同金属导线组成,热电偶产生的热电势由两种不同金属的接触电势和单一导体的温差电势所组成。将参考结点保持在已知温度值并测量该电压，即可推断出检测节点的温度值.数据采集部分则采用带有A/D 通道的单片机,将测得的电压或电流采集过来，进行A/D 转换，然后就可以用单片机进

34、行数据处理，显示在电路上了。使用热电偶的优点是温度范围非常宽，而且体积小，但是它们也存在着输出电压小、易受到来自导线环路的噪声影响和漂移较高的缺点,此外这种设计要用到A/D转换电路,硬件电路比较麻烦。这种系统主要包括对A/D0809 的数据采集,自动或手动工作方式检测,温度显示等，这些功能的信号通过输入输出电路经单片机处理。除此之外还有复位电路、启动电路、晶振电路等.现场输入硬件有手动复位按键、A/D 转换芯片，处理芯片为AT89C51芯片，执行机构有数码管、报警器等。系统框图如图3-1所示：图31 热电偶温差电路测温系统结构框图3.1.2方案二采用数字温度传感器芯片DS18B20测量温度，输

35、出信号为数字信号。非常便于单片机处理及控制，较传统的测温方法而言，省去了很多电路设计.并且该芯片的物理化学性很稳定,元件线形较好,可用作工业测温元件。在0-100时,它的最大线形偏差小于1 。DS18B20 采用了单总线的数据传输，使用数字温度计DS18B20和微控制器AT89C51单片机构成的温度测量装置，可以直接输出温度的数字信号，并可直接与计算机连接。使用DS18B20的测温系统,结构比较简单，体积也较小。此外采用51单片机控制,软件编程的自由度较大，通过编程可实现各种各样的算术算法和逻辑控制，而且整体电路体积小，硬件简单，安装方便。既可以单独对DS18B20进行控制工作，还可以与PC机

36、进行通信，上传数据。此外AT89C51 在工业控制中也有广泛的应用,它的编程技术及外围功能电路的配合使用都已经比较成熟了.该系统使用AT89C51芯片控制温度传感器DS18B20进行温度检测并显示，能够快速实现环境温度测量，并可以根据上下限报警温度进行报警提示，此外，可以通过按键手动设定恒定温度值以及定时时间。该系统扩展性非常强，它不仅可以在系统中加入时钟芯片DS1302以获取时间数据，在数据处理同时显示时间,还可以利用AT24C16芯片作为存储器，以此对时间点的温度数据进行存储，利用键盘来进行调节时间和温度查询,所得数据可以通过MAX232芯片与计算机的RS232接口进行串口通信,方便采集整

37、理时间温度数据.通过分析以上两种方案，可以看出方案一的测温装置测温度范围宽、体积小，但是误差较大.方案二的测温装置电路比较简单、精确度较高、设计方便、软件编程也比较简单，故本次设计采用方案二。3.2系统设计原理温度传感器DS18B20可以直接读取被测温度值，进行数值转换，模拟温度值经过DS18B20处理后将转换为数字值，将数值送到单片机中进行数据处理，同时与温度报警上下限进行比较,超过限度后通过发光二极管显示报警。同时处理后的数据送到LCD中显示。此外，设置了按键,可以手动输入要保持的温度值，实测温度值与设定值相比，以控制加热或散热模块运行,同也可以手动输入设定时间，对恒温控制进行定时功能。3

38、.3系统组成本课题是以AT89C51单片机为核心设计的一种数字温度控制系统，该系统整体硬件电路包括：24VDC电源电路、单片机主板电路、传感器数据采集电路、温度和时间显示电路、上下限报警电路、设定按键电路、加热和散热电路等组成。系统框图主要由主控制器、单片机复位、按键设置、时钟振荡、LCD显示、温度传感器组成。系统框图如图32所示:按键设置时钟振荡单片机复位主控制器LCD显示温度传感器图32 系统结构框图 主控制器本设计中采用AT89C51单片机作为主控电路,AT89C51具有低电压供电和体积小等特点，采用进24VDC电源稳压得的5V直流电源供电。 显示电路本设计中使用1602LCD液晶显示电

39、路，从P2输出。显示电路是使用的并口显示.采用液晶显示的优点是体积小、功耗低、显示操作简单，缺点是其使用的温度范围很窄，通用型液晶正常工作温度范围为0+55，存储温度范围为20+60。在本设计中，液晶处在正常工作温度范围内，故适合选取液晶显示。 温度传感器本设计中采用由美国DALLAS半导体公司生产的DS18B20温度传感器。使用DS18B20输出的信号为全数字信号。便于单片机处理和控制，在0-100时，其最大线形偏差小于1，此外，它采用单总线的数据传输，可直接与计算机连接。采用AT89C51芯片控制传感器DS18B20进行实时温度检测并显示,可以实现快速测量外界环境温度，并可以实现温度上下限

40、报警，此外,可以根据需要手动设定温度值并设定定时时间。3。4 本章小结本章简述了温度控制系统的设计思路、方案选择、以及系统的组成、设计的基本原理，详细介绍了主控电路和显示电路的结构,并简单描述了温度传感器DS18B20的特点。4 系统硬件设计4.1 89C51单片机的介绍89C51单片机最初是由Intel公司开发设计的，但后来Intel 公司把51 核的设计方案转卖给几家大的电子设计生产商如Atmel公司。现如今市面上出现的各式各样的单片机大多以以51 为内核。这些电子生产商推出的单片机都兼容51指令，并在51的基础上扩展了一些功能而且内部结构是与51一致的。89C51有40个引脚，4个8位并

41、行I/O口，1个全双工异步串行口，其中含有5个中断源、2个优先级、2个16位定时/计数器。89C51的存储器系统由4K的程序存储器（ROM),和128B的数据存储器(RAM)组成。89C51单片机的组成框图如图41所示：图41 89C51单片机结构组成由图41可见，8051单片机主要由以下几部分组成： CPU系统：8位CPU；时钟电路；总线控制逻辑。 存储器系统：4K字节的程序存储器（ROM。可外扩至64KB）；128字节的数据存储器（RAM,可再外扩64KB）；特殊功能寄存器SFR。 I/O口和其它功能单元：4个并行的I/O口；2个16位定时/计数器;1个全双工异步串行口；5个中断源；2个优

42、先级。4。1。1 89C51单片机的主要特性(1).一个8位微处理器（CPU）。(2）。片内数据存储器RAM（128B)，用以存放读/写的数据，如运算结果、最终结果和欲显示的数据等，SST89 系列单片机最多可以提供1K的RAM.（3)。片内程序存储器ROM（4KB），用以存放程序、原始数据和表格.目前单片机的发展趋势是将RAM和ROM全都集成在单片机里面,这样不仅方便了用户进行设计而且提高了系统的抗干扰性能。89系列单片机分别集成了16K、32K、64K存储器,可供不同要求选用。(4).四个8位并行I/O口,接口P0P3，每个接口既可以用作输入，也可以用作输出.(5)。两个定时器/计数器，每

43、个定时器/计数器都既可以设置成计数方式，用来对外部设计进行计数，也可以设置成定时方式，用来对外部设计进行计时.并可以根据计数或定时的结果实现计算机控制。此外，为了方便设计串行通信，目前52系列单片机都会提供3个16位定时器/计数器.(6)。含有五个中断源的中断控制系统.现在推出的单片机都不只有5个中断源，例如SST89E58RD芯片就有9个中断源.(7）.一个全双工异步串行I/O 口，用于实现单片机与单片机之间或单机与微机之间的串行通信.(8）.单片机内振荡器和时钟产生电路，其中的石英晶体和微调电容需要外接。其最高允许振荡频率为12MHz，SST89V58RD 最高允许振荡频率达40MHz，故

44、其极大的提高了指令的执行速度。4。1。2 89C51单片机管脚图图42 89C51单片机管脚图引脚说明： 时钟电路引脚XTAL1和XTAL2:XTAL2（18脚):连接外部晶体和微调电容的一端；在89C51单片机内它是振荡电路反相放大器的输出端,其中振荡电路的频率就是晶体固有频率。如果需要采用外部时钟电路,则该引脚输入外部时钟脉冲。若要检查89C51单片机内的振荡电路是否工作正常,可以使用示波器检查XTAL2端是否有脉冲信号输出。XTAL1(19脚):连接外部晶体和微调电容的另一端；在89C51单片机内它是振荡电路反相放大器的输入端。在使用外部时钟时，该引脚必须接地。 控制信号引脚RST、AL

45、E、PSEN、EA：RST/VPD（9脚)：RST是复位信号输入端,高电平有效。当主电源Vcc发生故障，降低到低电平值时，将5V电源给RST键提供两个机器周期(24个时钟振荡周期)的高电平后，就可以完成复位操作。RST引脚还具有VPD功能，即接入RST 端后能为RAM 供备用电源，以确保存储在RAM 中的信息在突然断电后不丢失，从而复位后能继续正常运行.ALE/PROG(30脚）：地址锁存允许信号端。当单片机上电正常工作后,ALE即引脚不断向外输出正脉冲信号,其频率为振荡器频率的1/6。当CPU访问片外存储器时，ALE输出信号可作为锁存低8位地址的控制信号。在不访问片外存储器时，ALE端也以固

46、定的振荡频率的1/6输出正脉冲，所以ALE信号还可以用作对外输出时钟或定时信号。在检测8051芯片是否已经损坏时,可以用示波器查看单片机上的ALE端是否有脉冲信号输出。若有脉冲信号输出,一般情况下则说明芯片是好的。ALE端的负载驱动能力为8个LS型TTL(低功耗甚高速TTL)负载.此外，ALE引脚还具有PROG功能,在对有4KB EPROM的8951编程写入程序时，ALE引脚可作为编程脉冲输入端.PSEN(29脚):程序存储允许输出信号端.当访问片外程序存储器时，PSEN端定时输出负脉冲以作为读片外存储器的选通信号.此芯片引脚接EPROM的OE 端。当PSEN端有效时,即允许读出EPROM/R

47、OM中的指令码.PSEN端同样可以驱动8个LS型TTL负载。若要检查一个8051系统上电后CPU 可否正常到EPROM/ROM 中读取指令码,也可以用示波器查看PSEN端有无脉冲输出。若有则说明芯片基本工作正常。EA/Vpp（31脚):外部程序存储器地址允许输入端/固化编程电压输入端。EA引脚接高电平时，CPU只访问片内ROM并执行内部程序存储器中的指令，但当程序计数器的值超过0FFFH时，将自动转去执行片外程序存储器中的程序.当输入信号EA引脚接低电平(即接地）时，不论是否有片内程序存储器，CPU只访问外部ROM并执行外部程序存储器中的指令。对于无片内ROM的8031或8032单片机,需要外扩EPROM,此时必须将EA引脚接地。EA引脚还具有Vpp功能，在对8751 片内EPROM固化编程时，可以作为较高编程电压(一般12V21V）的输入端。 P0/P1/P2/P3输入/输出端口：P0口(P0。0P0.7，即3932脚）:P0口是一个漏极开路的8位准双向I/O端口.作为漏极开路的输出端口，每位都能驱动8个LS型TTL负载。当用P0口作为输入端口使用时,应先向P0口锁存器（地址