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使用89C2051实现A/D的使用方法和程序A/D转换设计(3)

2013-05-24 01:22 串行UART通道
·直接LED驱动输出
·片内模拟比较器
·低功耗空载和掉电方式
    此外，AT89C2051设有静态逻辑，可以在低到零频率的条件下工作，支持两种软件可选的省电模式。
 AT89C2051有20个引脚，AT89C2051的硬件引脚如图1-1所示。从图中可以看出，除了缺少89C51通用单片机的一些常用引脚外，AT89C2051的P1.0、P1.1与P3口的P3.6还被赋予了其他的功能，即含有模拟输入和比较的功能，这就是我们为什么可以采用AT89C2051而不需要外部A／D芯片实现数据采集的关键。
 

图1-1 AT89C2051的引脚封装

 AT89C2051芯片的20个引脚功能为：
 1). Vcc：电源电压。
 2). GND：地。
 3). P1口：P1口是一8位双向I/O口。口引脚P1.2～P1.7提供内部上拉电阻。 P1.0和P1.1要求外部上拉电阻。P1.0和P1.1还分别作为片内精密模拟比较器的同相输入(AIN0)和反相输入（AIN1)。P1口输出缓冲器可吸收20mA电流并能直接驱动LED显示。当P1口引脚写入“1”时,其可用作输入端。当引脚P1.2～P1.7用作输入并被外部拉低时,它们将因内部的上拉电阻而流出电流(IIL)。
 P1口还在闪速编程和程序校验期间接收代码数据。
    4). P3口：P3口的P3.0～P3.5、P3.7是带有内部上拉电阻的七个双向I/0引脚。P3.6用于固定输入片内比较器的输出信号并且它作为一通用I/O引脚而不可访问。P3口缓冲器可吸收20mA电流。当P3口引脚写入“1”时,它们被内部上拉电阻拉高并可用作输入端。用作输入时,被外部拉低的P3口引脚将用上拉电阻而流出电流(IIL)。
 P3口还用于实现AT89C2051的各种功能,如下表1-1所示。
 
 

 表1-1  P3口的功能
 P3口引脚   功能  
 P3.0   RXD(串行输入端口)   （转载自http://www.ＮＳＥＡＣ.com中国科教评价网）
 P3.1   TXD(串行输出端口)  
 P3.2   INT0(外中断0)  
 P3.3   INT1(外中断1)  
 P3.4   TO(定时器0外部输入)  
 P3.5   T1(定时器1外部输入)  
 
 P3口还接收一些用于闪速存储器编程和程序校验的控制信号。
 5). RST：复位输入。RST一旦变成高电平,所有的I/O引脚就复位到“1”。当振荡器正在运行时,持续给出RST引脚两个机器周期的高电平便可完成复位。每一个机器周期需12个振荡器或时钟周期。 
 6). XTAL1：作为振荡器反相放大器的输入和内部时钟发生器的输入。
 7). XTAL2：作为振荡器反相放大器的输出。
 从上述引脚说明可看出,AT89C2051没有提供外部扩展存储器与I/O设备所需的地址、数据、控制信号,因此利用AT89C2051构成的单片机应用系统不能在AT89C2051之外扩展存储器或I/O设备,也即AT89C2051本身即构成了最小单片机系统。
 可知，P1.0引脚与比较器的同相输入端相接，P1.1与比较器的反相输入端相接，比较器的输出端在片内与P3.6相接。而P3.6并无片外引脚，因此，AT89C2051的P1口有完整的8条片外引脚，而P3口只有7条I／O线的片外引脚，可供片外使用的I／O线为15条。
 
2.1.2．AT89C2051的A／D转换是如何实现的?
  AT89C2051A／D转换电路如图1-2所示，其A／D转换原理如下：比较器IC1的同相输入端P1.0与P1.4之间接有电阻R0，而被测电压是通过P1.1输入至比较器IC1的反相端，这样，当被测电压u从Pl输入并开始测量时，先使P1.4置低电位、C4对地放电，使P1.0的电位为零。由于此时P1.1的电位高于P1.0的电位，因此，IC1的输出端P3.6为低电位。

图1-2 AT89C2051A/D转换电路

进入测量程序后，具体的转换步骤如下。 （转载自http://zw.ＮＳＥaＣ.com科教作文网）
·先使P1.4为高电位，VCC就会通过R9、R10向C4充电，P1.0的电位就会随时间按指数规律上升。
·当P1.0的电位上升至与P1.1的电位相同或稍高一点时，IC1的输出端P3.6会由低电位变为高电位。
·由此，我们可用程序控制C4充电的同时，不间断检测P3.6的电位，当P3.6电位发生高跳时，就认为P1.0的电压与P1.1的电压相等
·由于C4的充电电压是可以通过充电时间的长短来准确计算的，所以，计算出C4的充电压，也就间接地测出了被测电压的值。

 89C2051有很宽的工作电源电压，可为2.7～6V,当工作在3V时，电流相当于6V工作时的1/4。89C2051工作于12Hz时，动态电流为5.5mA，空闲态为1mA,掉电态仅为20nA。这样小的功耗很适合于电池供电的小型控制系统。
 89C2051片内含有2k字节的Flash程序存储器，128字节的片内RAM,与80C31内部完全类似。由于2051内部设计全静态工作，所以允许工作的时钟为0～20MHz,也就是说，允许在低速工作时，不破坏RAM内容。相比之下，一般8031对最低工作时钟限制为3.5MHz，因为其内部的RAM是动态刷新的。89C2051不允许构造外部总线来扩充程序/数据存储器，所以它也不需要ALEPSEN、RD、WR一类的引脚。
 89C2051在内部I/O控制上继承了MCS51的特性： 5路2级优待中断，串等口，2路定时器/计数器，内部组成参见图4。
 89C2051设计有2个程序保密位，保密位1被编程之后，程序存储器不能再被编程除非做一次擦除，保密位2被编程之后，程序不能被读出。

3.1  电路
    由于不需要外部的A／D芯片，所以本例的电路非常简单，只需要最简单的单片机系统，而输入的信号只需要接入规定的引脚就可以了。具体的电路如图1-3所示。
3.1.1．电路原理和器件选择
在这里列出和本例相关的、关键部分的器件名称及其在电路中的主要功能。 （转载自科教范文网http://fw.nseac.com）
·89C2051：单片机，进行数据采集和转换的工作。
·WU1：12MHz的晶振。
·SW-PB：复位开关。
3.1.2．地址分配和连接
只列出和本例相关的、关键部分的单片机与各个模块管脚的连接和相关的地址分配。
·P1.0：模拟量输入。
·P1.1：DA输入比较基准电压。
·P3.7：LED的显示输出。
·XTAL1：晶振的引脚1。
·XTAL2：晶振的引脚2。