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1、精选优质文档-倾情为你奉上摘 要 随着时代的发展，城市现代化建设步伐不断加快，对城市道路照明及城市亮化工程需求也更大，而能源的供需矛盾也越来越突出。节能节电的要求越来越迫切。如何充分利用先进的科学技术解决上述矛盾,节约能源，提高路灯能源的利用率已成为当前迫切需要解决的问题。 本文设计的路灯节能控制系统正是针对我国在城市照明上所存在的巨大的能源消耗而开发出的新型节能控制系统。该系统以AT89S51单片机作为控制模块的核心部件，采用光敏三极管构成的电路检测环境光的强度。它是集检测电路、驱动电路、A/D转换电路、电流与电压采样电路、智能调压控制于一体的路灯控制装置。单片机通过改变变压器抽头，降低负载
2、电压来实现节电。系统可靠性高，成本低，节电效果明显。关键词：单片机 光控 节能 专心-专注-专业Title Street light automatic power saving system designAbstract With the development of The Times, city modernization acceleration, to the city road lighting and designs city-lighting project is also a greater demand, and energy supply and demand contr
3、adiction of the problem is more and more outstanding. The requirements of the effective energy saving more and more urgent, more and more high. Using the traditional again now controlled, clock control method of city lighting system can not meet requirements. How to make full use of the advanced sci
4、ence and technology to solve the contradiction, save energy, improve the street lamp energy utilization has become the lighting technology a new and urgent task. This paper studies the lamps of the saving energy control system in our country is in the urban lighting of the existing on huge energy co
5、nsumption and developed new energy-saving control system. This system to AT89S51 as the core component of control module, the light activated triode consists of the circuit testing environment light intensity. It is the collection detection circuit, drive circuit, A/D conversion circuit, current and
6、 voltage sampling circuit, intelligent pressure regulating control in one of the street lamp control device. SCM change transformer, reduce the load voltage to achieve power saving. High reliability, low cost and energy saving effect is obviously the main characteristics of the control device. This
7、paper discusses the energy saving lamp conceive, design of the control system of project, introduced the device of system design, working principle and detailed analysis of the main control unit with 80 c5l for the hardware circuit design.KeyWords：electric；Single-chip microcomputer；energy saving；目 录
8、第一章 绪论1.1 研究目的和意义 目前单片机渗透到我们生活的各个领域，几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。导弹的导航装置，飞机上各种仪表的控制，计算机的网络通讯与数据传输，工业自动化过程的实时控制和数据处理，广泛使用的各种智能IC卡，民用豪华轿车的安全保障系统，录像机、摄像机、全自动洗衣机的控制，以及程控玩具、电子宠物等等，这些都离不开单片机。更不用说自动控制领域的机器人、智能仪表、医疗器械了。因此，单片机的学习、开发与应用将造就一批计算机应用与智能化控制的科学家、工程师。单片机是靠程序运行的，并且程序可以修改。通过不同的程序实现不同的功能，尤其是特殊的独特的一些功能，这是别的器件需要费很
9、大力气才能做到的，有些则是花大力气也很难做到的。一个不是很复杂的功能要是用美国50年代开发的74系列，或者60年代的CD4000系列这些纯硬件来解决的话，电路一定是一块大PCB板！但是如果要是用美国70年代成功投放市场的系列单片机，结果就会有天壤之别！只因为单片机通过你编写的程序可以实现高智能，高效率，以及高可靠性的转变。鉴于单片机的这些广泛用途及如此简便的使用方法，作为本专业的学生我们更应该好好学习单片机。本次毕业设计的目的就是为了进一步熟悉单片机语言及单片机工作原理，煅炼单片机与信号检测的综合应用能力，为以后在工作中解决各种问题打好基础。现代城市飞速发展对城市道路照明和管理提出了更高的要求
10、，城市路灯照明不仅要确保足够的照度，保障城市人民正常的生产和生活，而且要亮化、美化城市。同时，随着城市基础设施投资的不断加速，路灯的数量也在逐年增加，维护和检修的工作量也随之加大。在这一新形势下，实施新的路灯监控系统网络化、遥控化、精确化的微机监控系统，对提高城市路灯照明的现代化控制和管理水平，显然十分必要。根据现存照明事业管理的现状，本课题研究的路灯智能控制系统由PC机、主机、电力线载波通讯模块（PLC）、从机等构成。进行本课题研究的目的和意义在于以下几个方面：（1）对公共照明管理者和使用者来说，本系统给他们带来了极大的方便，他们只需在管理中心的微机上进行简单操作就可以对线路上的任意路灯节点
11、进行控制以及所有路灯的状态和相关信息的控制，使用少量人力进行维修。（2）对于政府管理部门来说，也是一件一劳永逸的事情。只要进行一次投入，安装了必要的路灯设备和本控制系统，在以后的运行当中就不需要再投入较大的人力和物力，因为本系统具有自动检测和报警功能，并且可以落实到具体的一个灯，可以省去了大量的人力。（3）对于城市的美化和亮化工程来说，提高城市的形象和人民的满意度将有十分积极的作用。提高市政硬件水平，与现代科技接轨，增强城市照明可靠性和可控性。（4）结合城市夜景设置，通过智能控制，创造城市新景观，根据不同季节合理利用电能资源，杜绝电能浪费。（5）及时发现线路故障和单个路灯故障，提高路灯系统工作
12、质量。减轻工人线路巡检工作量，提高工作效率。天气变化或有特殊事件，路灯可快速投切，方便人民生活，消除不良影响。1.2 国内外现状和发展趋势目前，国内城市路灯运行的控制方式有专用控制线、带负荷控制线、时控、光控以及模拟日照开关等。他们共同的缺点是 （1）只有控制功能，并且是对整条线路进行控制，不能对具体的路灯节点进行控制。（2）半夜使灯具的使用寿命大大缩减，维修费用增大。(3)没有精确检测功能，这对道路照明管理部门来说是无法做到随时掌握全市路灯的运行状况，管理部门只有通过不断派人派车巡回检查或群众报警才能知道路灯大致故障情况。（4）巡视工作被动且工作量大，人力成本高，效率很低，市民的满意度不高。
13、 根据以上对目前国内路灯监控系统实际现状的分析，可以发现，现存问题很多。就路灯监控系统的功能实现而言，虽然已经可以通过远程计算机控制整条路灯线路的开和关，并将有关的状态返回给计算机，实现所谓的监控功能。但是，要将路灯监控提升到路灯管理的层次，并紧密的与节约能源及绿色照明结合起来，还需要在技术上有更高的进步。 不难发现，上述问题存在一些共同点（即造成上述问题的共同因素），主要是不能够对单个路灯的功率等重要参数进行有效的控制，单个路灯之间没有信息通道，不能及时反映灯的状态，以及系统的稳定性问题。要解决这些问题，不仅需要计算机网无线通信网络等技术的应用，更需要新的电力电子技术和信息技术的应用。 路灯
14、照明系统是城市建设中不可缺少的功用设施，设计自动化程度高、运行可靠、高效节电、使用维护方便的监控系统，是路灯控制与管理现代化的必然要求。传统的路灯开/关控制完全依赖光电控制或操作人员根据时钟定时控制，不但亮灯与关灯的时刻不准确，而且很可能会由于人为或其他因素（如某处控制线断）造成大面积路灯不亮，造成不良影响，给人民的生活带来不便。 微机监控系统通过监控中心的实时监控，检测各分控点的工作情况、运行状态，包括实时电压、电流以及开关状态等。当路灯站点出现故障的时候，报警信息能够及时反馈给监控中心进行处理，保证路灯处于良性状态，方便人民生活，减少交通事故，遏制夜间作案，改善投资环境，促进经济腾飞，提高
15、城市道路照明的现代化控制和管理水平，社会效益也非同一般。 随着城市市政建设的发展，传统的路灯控制与维护手段已远远不能适应城市现代化发展的速度。城市市政建设日新月异，宽阔的街道，各种各样的路灯给城市带来了光明的同时也增添了城市夜间的魅力。但是由于道路、路灯众多，传统的人工管理模式已经和快速、现代化的城市建设不相适应。现代计算机集控技术的发展给城市市政管理带来了福音。城市路灯智能控制系统是现代计算机技术运用于城市市政建设中有效、必然的产物，实现了城市路灯系统的计算机集中控制、检测和管理。操作人员只需通过计算机即可了解整个系统路灯的工作状态，并可通过计算机人工或自动控制所有路灯的开关。即使是在全无人
16、过问的情况下，系统也将严谨有序的工作。在各种管理自动化的大潮下，加上我国各个城市的大规模建设，路灯只能控制系统必然有着广阔的市场空间！据测算，一个城市的街道数量大于100条就很有必要由一套信息管理系统与之相配套来实现管理和系统维护，而中国一定规模的市级城市非常多，因此可以肯定的是国内需求会很旺盛！第二章 方案论证2.1 系统总体结构设计根据题目要求和单片机的工作原理，以AT89C51作为主控制器，进行主要的信息处理，包括路灯控制模块，检测模块，时钟模块。本系统的总体框架图如图2-1所示。图2-1 系统总体结构框图2.2 各模块器件选择2.2.1 单片机的选择论证单片机种类繁多，而且还在不断推出
17、新的更高性能的单片机品种。从使用情况上看MCS-51系列单片机应用最为广泛。首先，我们应该先来简单的了解一下51系列单片机早期的代表：8031、8051、和8751，以及它们之间的区别。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。875
18、1：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”。
19、 MCS-51系列单片机按芯片的半导体制造工艺上的不同来分，可分为HMOS和CHMOS两种类型，此两类器件在功能上是完全兼容的，但采用CHMOS工艺的芯片具有低功耗的特点，它所消耗的电流要比HMOS器件小得多。CHMOS器件比HMOS器件多了两种节电的工作方式（掉电方式和待机方式）常用于构成低功耗的应用系统在众多的51系列单片机中，ATMEL 公司的AT89C51性价比较高，该器件是INTEL 公司生产的MCS-51 系列单片机中的基础产品，采用了可靠的CMOS 工艺制造技术，具有高性能的8 位单片机，属于标准的MCS-51 的CMOS 产品。不仅结合了HMOS 的高速和高密度技术及CHMOS
20、 的低功耗特征，而且继承和扩展了MCS 一48 单片机的体系结构和指令系统。AT89C51是一种低损耗、高性能、CMOS 八位微处理器，片内有4k 字节的在线可重复编程、快速擦除快速写入程序的存储器，能重复写入/擦除1000 次，数据保存时间为十年。它与MCS-51 系列单片机在指令系统和引脚上完全兼容，不仅可完全代替MCS-51 系列单片机，而且能使系统具有许多MCS-51 系列产品没有的功能。AT89C51 可构成真正的单片机最小应用系统，缩小系统体积，增加系统的可靠性，降低系统的成本。只要程序长度小于4K，四个I/O 口全部提供给用户。可用5V 电压编程,而且擦写时间仅需10毫秒，仅为8
21、751/87C51 的擦除时间的百分之一，与8751/87C51 的12V 电压擦写相比，不易损坏器件，没有两种电源的要求，改写时不拔下芯片，适合许多嵌入式控制领域。工作电压范围宽（2.7V 6V），全静态工作，工作频率宽在0Hz24MHz 之间，比8751/87C51 等51 系列的6MHz12MHz 更具有灵活性,系统能快能慢。AT89C51 芯片提供三级程序存储器加密，提供了方便灵活而可靠的硬加密手段，能完全保证程序或系统不被仿制。此外，价格低廉也是它的主要优点，故本系统采用AT89C51为控制核心。2.2.2 时钟的选择论证 【方案一】：采用软件编程实现时钟。利用单片机定时器中断，产生
22、1秒信号，实现时钟。此方案不需硬件，但占用太多程序存储器、中断源等单片机资源。【方案二】：利用DS1302 与单片机之间能简单地采用同步串行的方式进行通信仅需用到三个口线（其引脚图如图4所示）RES（复位）、I/O （数据线）、SCLK（串行时钟）。SCLK/RAM 的读/写数据以一个字节或多达31个字节的字符组方式通信。DS1302 工作时功耗很低保持数据和时钟信息时功率小于1mW。DS1302芯片体积小、占用空间小，引脚也很少，操作起来非常方便，因此我采用此方案。2.2.3 A/D转换器选择论证由于传感器检测到的是一个模拟信号，所以必须通过A/D 转换器将其转换成数字信号，输入单片机。A/
23、D转换器是模拟信号源与数字设备，数字计算机或其它数据系统之间联系的桥梁，它的任务是将连续变化的模拟信号转换为离散的数字信号，以便于数字系统进行处理，存储、控制和显示，如电压、电流、温度测量。在工业控制系统中和数字采集以及其它领域中，A/D转换部件常常是不可缺少的重要部件。A/D转换器的种类很多。例如，计数比较型、逐次逼近型、双积分型等。A/D转换器位数的确定与整个测量控制系统所要测量控制的范围和精度有关，但又不能确定系统的精度。因为系统精度涉及的环节较多，包括窜感其转换的精度、型号预处理电路精度和控制机构精度等等。实际选取的A/D转换器的位数应与其他环节相适应，只要不低于它们就行，选的太高即没
24、有意义而且价格还要高得多，对A/D转换器位数的另一点考虑是如果微处理器机是8位以下的A/D转换器，其接口电路最简单，可直接挂在数据总线上，下面根据系统要求，对一些转换器做一下分析： （一）V/F转换器V/F转换器是把电压信号转换成频率信号的器件，有良好的精度，线性和积分输入的特点。此外，它的应用电路简单，外围元件性能要求不高，适应环境能力强，转换速度高，且价格低廉，因此V/F转换技术广泛用于A/D过程中。在精确度和精密度要求高，速度要求快的场合下，采用一般的A/D转换技术就有许多不便，这时可使用V/F转换器代替A/D转换器。虽然V/F转换器有以上的优点,但是V/F转换器的外部接线比较复杂,本系
25、统的应用是在实际的工厂中,环境比较复杂,各种干扰比较多,所以为了保持测量的精度,本系统不采用V/F转换器作为模数转换电路。（二）双积分型A/D转换器MC14433MC14433是采用一路模拟量输入，输出为3位的转换器，它的特点是结构简单，外接元件少，抗干扰能力强，精度稍高，但它的转换速度慢，约为200mS，而本系统中要求对温度的控制速度要快，因此不予采用。（三）采用逐次逼近型A/D转换器ADC0809ADC0809是一种8位A/D转换器在其内部由一个高阻抗斩波稳定比较器，逐次逼近寄存器（SAR），8路模拟开关由地址锁存器和译码器控制，ADC0809的核心是一个逐次逼近型的A/D转换电路，能采集
26、8路05V的直流电压信号，由逐次逼近电路将模拟电压信号转换成8位数字信号。8路模拟量选通开关（即多路转换器）的输出接到内部比较器的输入端之一，树状模拟开关译码器的输出接到该比较器的另一个输入端，两者在比较器中作比较，这种比较共进行8次，每次确定8位数字中的某一位是0还是1，每次比较需要8个时钟周期的时间，8次比较共需64个时钟周期,时间上几乎对温度控制没有什么影响。结合以上因素综合分析，本系统决定采用ADC0809作为数模转换电路的核心器件。2.2.4 检测光源的选择论证检测光源模块是用来判断光线明暗变化。为了确保路灯在工作过程中光线明暗变化，自动开灯和关灯，系统需要利用感光元件来检测出光线明
27、暗，充分节能。对于感光元件的选择有以下几种方案。【方案一】：采用线性光敏传感器。其对光线的强弱呈线性变化、灵敏度高、高可靠性、高稳定性，其价格相对较贵。【方案二】：方案二：采用光敏电阻。灵敏度较低，价格低。在本设计中，选用方案二，通过相应电路设计计算，能够完成环境明暗变化判断要求。2.2.5 显示方案的选择论证【方案一】：采用数码管显示。该方案控制简单，且数码管亮度高，醒目，且占用资源较多且信息量较少，为了方便观察，因此我们采用此方案。【方案二】：采用诺基亚5110 LCD显示。虽然它可显示汉字及图形，方便好用。但控制较麻烦，所以不采用此方案。第三章 硬件电路设计3.1光敏电阻光敏电阻又称光导
28、管，常用的制作材料为，另外还有硒、硫化铝、硫化铅和硫化铋等材料。这些制作材料具有在特定的光照射下，其阻值迅速减小的特性。这是由于光照产生的载流子都参与导电，在外加电场的作用下作漂移运动，电子奔向电源的正极，空穴奔向电源的负极，从而使光敏电阻器的阻值迅速下降。通常，光敏电阻器都制成薄片结构，以便吸收更多的光能。当它受到光的照射时，半导体片（光敏层）内就激发出电子空穴对，参与导电，使电路中电流增强。为了获得高的灵敏度，光敏电阻的常采用梳状图案，它是在一定的掩膜下向光电导薄膜上蒸镀金或铟等金属形成的。一般光敏电阻器通常由光敏层、玻璃基片（或树脂防潮膜）和电极等组成。光敏电阻器在电路中用字母“R”或“
29、RL”、“RG”表示。光敏电阻的工作原理是基于内光电效应。在半导体光敏材料两端装上电极引线，将其封装在带有透明窗的管壳里就构成光敏电阻，为了增加灵敏度，两电极常做成梳状。用于制造光敏电阻的材料主要是金属的硫化物、硒化物和碲化物等半导体。通常采用涂敷、喷涂、烧结等方法在绝缘衬底上制作很薄的光敏电阻体及梳状欧姆电极，接出引线，封装在具有透光镜的密封壳体内，以免受潮影响其。在黑暗环境里，它的电阻值很高，当受到光照时，只要能量大于半导体材料的禁带宽度，则价带中的吸收一个光子的能量后可跃迁到导带，并在价带中产生一个带的空穴，这种由光照产生的电子空穴对了半导体材料中载流子的数目，使其电阻率变小，从而造成光
30、敏电阻阻值下降。光照愈强，阻值愈低。入射光消失后，由光子激发产生的电子空穴对将复合，光敏电阻的阻值也就恢复原值。在光敏电阻两端的金属电极加上电压，其中便有电流通过，受到波长的光线照射时，电流就会随光强的而变大，从而实现光电转换。光敏电阻没有极性，纯粹是一个电阻器件，使用时既可加，也加交流电压。半导体的导电能力取决于半导体导带内载流子数目的多少。3.1.1基本特性及其主要参数（1）光电流、亮电阻光敏电阻器在一定的外加电压下，当有光照射时，流过的称为光电流，外加电压与光电流之比称为亮，常用“100LX”表示。 （2）暗电流、暗电阻光敏电阻在一定的外加下，当没有光照射的时候，流过的电流称为暗电流。外
31、加电压与暗电流之比称为暗电阻，常用“0LX”表示。 （3）光照特性光照特性指光敏电阻输出的电信号随光照度而变化的特性。从光敏电阻的光照特性曲线可以看出，随着的光照强度的增加，光敏电阻的阻值开始迅速下降。若进一步增大光照强度，则电阻值变化减小，然后逐渐趋向平缓。在大多数情况下，该特性为非线性。（4）灵敏度灵敏度是指光敏电阻不受光照射时的电阻值（暗电阻）与受光照射时的电阻值（亮电阻）的相对变化值。（5）光谱响应响应又称光谱灵敏度，是指光敏电阻在不同波长的单色光照射下的灵敏度。若将不同波长下的灵敏度画成曲线，就可以得到光谱响应的。 （6）伏安特性曲线伏安特性曲线用来描述光敏电阻的外加电压与光电流的关
32、系，对于光敏器件来说，其光电流随外加电压的增大而增大。（7）温度系数光敏电阻的光电效应受影响较大，部分光敏电阻在低温下的光电灵敏较高，而在高温下的灵敏度则较低。 （8）额定功率额定功率是指光敏电阻用于某种线路中所允许消耗的，当温度升高时，其消耗的功率就降低。3.1.2光敏检测电路 本系统对坏境光线的检测电路如图3-1。通过一个光敏电阻与一个电阻分压来调节运算放大器U1的输入信号大小。当有光时，光敏电阻R的阻值变小，在u1正输入端（）输入一个正向变化信号，在u1的输出端得到一个正向变化信号，正向变化信号经反向放大器U2使输出信号放大Rf/Ri倍。经过U3调节使输出信号控制在0-5V。图3-1 环
33、境光检测电路图3.2 A/D转换模块在模数转换的环节上我们采用了比较常见的ADC0809。ADC0809是一种典型的A/D转换器。它是采用逐次逼近方法的8位8通道A/D转换器+5V单电源供电。转换时间在100us左右，最大可调误差小于1LSB。从ADC0809的数据手册上查到，该芯片的供电电源最大可达6.75V，本电路中用+5V，可以应用系统经过LM78L05稳压后的电压源供电。并且，在ADC0809内部有一个高阻抗斩波比较器，逐次逼近寄存器（SFR），8路模拟开关由地址锁存器和译码器控制。3.2.1 ADC0809的引脚及功能ADC0809是一种逐次逼近式8路模拟输入、8路数字量输出的A/D
34、转换器，其引脚如图3-2所示。图3-2 ADC0809引脚图由引脚图可见，ADC0809共有28个引脚，采用双列直插式封装。其引脚功能如下：(1) IN0IN7：8路模拟量输入端，通过A，B，C三个译码地址来选通一路。(2) 2-1 2-8：8路数字量输出端，2-8为最高位，2-1为最低位。(3) A，B，C：通道号端口，A为最低位，C为最高位，如000则选通IN0通道，001则选通IN1通道，依次类推。(4) Vref+，Vref（）：基准电压端口，用来提供内部A/D转换器权电阻的标准电平。一般Vref正为5V，Vref负为0V。(5) CLOCK：外部时钟信号输入端，要求频率范围为10KH
35、z1.2MHz，可由微机处理机时钟分频得到。(6) START：A/D转换启动信号输入端，要求持续时间在200ns以上，高电平有效。(7) ALE：地址锁存允许信号，高电平有效，当ALE为高电平时，送入的通道地址便被锁存，并把该通道的模拟量接入A/D转换器中。在使用时，该信号常和START信号连在一起，以便同时锁存通道地址并启动A/D转换。(8) EOC：转换结束信号，高电平有效。当A/D转换完毕后，发出一个正脉冲，表示A/D转换结束。此信号可用作A/D转换是否结束的检测信号或中断申请信号（加一个反向器）。(9) OE：输出允许控制信号，当此信号被选中时，允许从A/D转换器的三态输出数据锁存器
36、中读取数字量，此信号为ADC0809的片选信号，高电平有效(10) Vcc：电源电压(11) GND 接地端ADC0809由一个8位A/D转换器、一个8路模拟量开关、8路模拟量地址锁存译码器和一个三态数据输出锁存器组成，如图3-3所示：图3-3 ADC0809内部结构图由于ADC0809具有输出三态锁存器，八位数据输出引脚可以直接与数据总线相连，地址译码引脚A，B，C，分别与地址总线的低三位A0，A1，A2相连，以选通IN0IN7中的一个通路。C B A 的值分别对应模拟两输入通道IN0IN7，通道地址如表3-1所示。将P2.0(地址总线A8)作为片选信号，启动A/D转换，由单片机的写信号和P
37、2.0控制ADC0809的地址锁存和转换启动，由于ALE和START连在一起，因此ADC0809的锁存通道地址的同时，启动并进行转换。在读取转换结果时，用低电平的读信号和P2.0脚经一级或非门后，产生的正脉冲为OE信号，用以打开三态输出锁存器。A/D转换后的数字信号直接进入单片机，与实际要求的温度值进行比较，并实现温度控制。表3-1 通道地址3.2.2 ADC0809与AT89C51的接口AT89C51受引脚数限制，数据线和地址线是复用的，由P0口线兼用。为了将它们分离出来，以便同单片机片外的扩展芯片正确的连接，需要在单片机外部增加地址锁存器74LS373。74LS373芯片简介：图3-4 锁
38、存器74LS373的引脚74LS373是20引脚双列直插式集成芯片。74LS373是由带有三态门的8D（八个D触发器组成）锁存器。74LS373锁存器中OE为三态门输出允许控制信号的输入端，低电平是74LS373接收。当E为高电平时，输出三态门断开，输出端对外电路呈高阻状态，因此。74LS373用作地址锁存器时，应使三态门的使能信号E为低电平，这时，锁存器输出状态和输入端的状态相同，当G端从高电平返回低电平时，输入端的数据被锁入1Q8Q中，下表是74LS373的功能表。表3-2 74LS373功能表EG功能01直通00保持不变1X输出高阻ADC0809与AT89C51的中断方式接口电路如图3-
39、5，由于ADC0809具有输出三态锁存器，其8位数据输出引脚可直接与数据总线连接。地址译码引脚A、B、C分别与地址总线的低三位A0、A1、A2相连，以选通IN0IN7中的一个通路。将P2.0作为片选信号，在启动A/D转换时，由单片机的写信号和P2.0控制ADC的地址锁存和转换启动，由ALE和START连在一起，因此ADC0809在锁存通道地址的同时，启动并进行转换。在读取转换结果的同时，用低电平的读信号和P2.0脚经一级或非门后，产生的正脉冲信号作为0E信号，用以打开三态输出锁存器。ADC0809的EOC引脚经过一非门连接到AT89C51的INT0脚，采用中断方式可大大节省CPU的时间，当转换
40、结束时，EOC发出一个脉冲向单片机提出中断申请，单片机响应中断请求，由外部中断0的中断服务程序读A/D结果，并启动ADC0809的下一个转换。图3-5 ADC0809与AT89C51的接口电路：3.3 AT89C51简介及其工作原理 3.3.1 AT89C51主要特性 与MCS-51单片机产品兼容 4K字节可编程闪存储器 寿命：1000写/擦循环，数据保留时间：10年 全静态工作：0HZ-24HZ 三级程序存储器锁定 128*8位内部RAM 32可编程I/O线 两个16位定时器/计数器 5个中断源 可编程串行通道 低功耗的闲置和掉电模式 片内振荡和时钟电路3.3.2 AT89C51管脚说明 A
41、T89C51管脚如图3-6：图3-6 AT89C51VCC：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：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
42、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，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
43、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）这是由于上拉的缘故。 P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示： 管脚 备选功能 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。 RST：复位输入。当振荡器复位器件时
44、，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。 ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时， ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。 /PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器
45、取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。/EA/VPP：当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。 XTAL2：来自反向振荡器的输出。3.3.3 振荡器特性XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器可以配置为片内振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可
46、采用。如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。3.3.4 芯片擦除整个PEROM阵列和三个锁定位的电擦除可通过正确的控制信号组合，并保持ALE管脚处于低电平10ms 来完成。在芯片擦操作中，代码阵列全被写“1”且在任何非空存储字节被重复编程以前，该操作必须被执行。 此外，AT89C51设有稳态逻辑，可以在低到零频率的条件下静态逻辑，支持两种软件可选的掉电模式。在闲置模式下，CPU停止工作。但RAM，定时器，计数器，串口和中断系统仍在工作。在掉电模式下，保存RAM的内容并且冻结振荡器，禁止所用其他芯片功能，直到下一个硬件复位为止。3.3.5 单片机的CPU MCS-51单片机的CPU由运算器、控制器和若干个特殊功能寄存器组成，运算器可以加、减以及各种逻辑运算，还可以进行乘除运算。控制器在单片机内部协调各功能部件之间的数据传送、数据运算等操作，并对单片机外部发出若干控制信息。CPU中使用的特殊功能寄存器ACC、B、PSW、SP和DPTR。ACC就是累加器，在指令中一般写为A。