2013届 光信息科学与技术专业 毕业设计（论文）
2.4 AT89C51单片机选定 2.4.1单片机介绍
常用的八位单片机有三种，分别为51系列、PIC系列、51系列。然而应用最为广泛的是51系列，由于产品硬件结构合理，指令系统规范，加之生产历史“悠久”，有先入为主的优势。世界许多著名的芯片公司购买了51芯片的核心专利技术，并在其基础上进行了性能上的扩充，使得芯片得到了进一步的完善，形成了一个庞大的体系，直到现在仍在不断翻新。有的单片机并不能直接对RAM单元中的位进行操作，如AVR系列单片机。51系列优点之一是它从内部的硬件到软件有一套完整的按位操作系统，称作位处理器，或布尔处理器[9]。他的处理对象不是字或者字节而是位。他不光能对片内某些特殊功能寄存器的某位进行处理，如传送、置位、清零、测试等，还能进行位的逻辑运算，其功能十分完备，使用起来得心应手。虽然其他种类的单片机也具有位处理功能，但能进行位逻辑运算的实属少见。51系列在片内RAM区间还特别开辟了一个双重功能的地址区间，十六个字节，单元地址20H-2FH，它既可作字节处理，也可作位处理。这一功能无疑给使用者提供了极大的方便，因为一个较复杂的程序运行中遇到很多分支，因而需建立很多标志位，在运行过程中需要对有关标志位进行置位、清零或检测，以确定程序的运行方向。51系列的另一个优点就是乘法和除法指令，这给编程也带来了便利。八位除以八位的除法指令，商为八位，精度不够。而八位乘八位的乘法指令，其积为十六位，精度还是能满足要求。很多八位单片机不具有乘法功能，做乘法时还得编上一段程序调用，十分不便。在51系列中，还有一条二进制-十进制调整指令DA，能够将二进制变成BCD码，这对于十进制的计量十分方便。而在其他的单片机中，则也需调用专用的子程序才行[5]。
51系列的单片机也是我们在第一次接触单片机课程时所接触的系列，后面的学习一直以来都是对其进行应用和学习，相比其他系列的单片机，51系列对于我个人来说上手更快，因为有之前的课程作为基础。同时我手中的资料基本上是关于51系列的单片机，方便后期的应用参考。所以在选择单片机时我选择了我自己更熟悉、更容易操作的51系列单片机。
AT89C51是美国ATMEL公司生产的低功耗、高性能CMOS 的8位单片机，片内含4K的可编程的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准8051指令系统及引脚。它集Flash程序存储器
[8]
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既可在线编程(ISP)，也可用传统方法进行编程及通用8位微处理器于单片机芯片中，低价位AT89C51单片机可为您提供许多高性价比的应用场合，可灵活应用于各种控制的领域。AT89C51提供以下的功能标准：4K字节闪烁存储器，128字节随机存取数据存储器，2个16位定时/计数器，32个I/O口， 1个串行通信口，1个5向量两级中断结构，另外，AT89C51还可以进行0HZ的静态逻辑操作，并支持两种软件的节电模式，闲散方式停止中央处理器的工作，可允许随机存取数据存储器、定时/计数器、串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存随机存取数据存储器中的内容，但震荡器停止工作并禁止其它所有部件的工作直到下一个复位,使AT89C51性能有了较大提升，它的价格甚至更低，AT89C51的工作频率更高，ISP在线编程功能的优越性在于它不必要将芯片从工作状态下分离，特别是在改写存储器内的程序，这是一个相当方便简单的功能，它完全兼容51全部字系列产品[8]。
图2-4-1 AT89C51引脚图
2.4.2引脚说明
VCC：电源电压输入端。 GND：电源地
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/地址的低八位。在FLASH编程时，P0口作为原码输入
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口，当FLASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。P0口在访问外部存储器时，P0口既是一个真正的双向数据总线口，又是输出8位地址口。它包括一个输出锁存器，两个三态缓冲器，一个输出驱动电路和一个输出控制电路
P0口：P0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，被内部上拉为高电平，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。专门为用户使用的I/O口，是准双向口，P1口为8位准双向口，每一位均可单独定义为输入或输出口。在编程校验期间，用做输入低位字节地址。P1口可以驱动4个TTL负载。
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，这是由于上拉的缘故。P2口也是双向口。它是供系统扩展时输出高8位地址。如果没有系统扩展时，也可以作为用户的I/O口使用。P2口作为外部数据存储器或程序存储器的地址总线的高8位输出口AB8-AB15，P0口由ALE选通作为地址总线的低8位输出口AB0-AB7。外部的程序存储器由PSEN信号选通，数据存储器则由WR和RD读写信号选通，因为2=64K，所以AT89C51最大可外接64KB的程序存储器和数据存储器。P3口除了作为普通I/O口，还有第二功能：
表2-5-2 P3口的第二功能
端口引脚 P3.0 P3.1 P3.2 P3.3 功能特性 串行输入口（RXD） 串行输出口（TXD） 外中断0（INTO） 外中断1（INT1） 14
2013届 光信息科学与技术专业 毕业设计（论文） P3.4 P3.5 P3.6 P3.7 定时/计数器0的外部输入口（T0） 定时/计数器1的外部输入口（T1） 外部数据存储器写选通（WR） 外部数据存储器读选通（RD） RST：复位输入端，高电平有效。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个
机器周期的高电平时间。
ALE/ PROG：地址锁存允许/编程脉冲信号端。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低位字节。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，低电平有效。在由外部程序存储器取指期间，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：外部程序存储器访问允许。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：片内振荡器反相放大器和时钟发生器的输入端。 XTAL2：片内振荡器反相放大器的输出端。
现在已经对四个8位双向并行I/O口有了初步的了解。根据以上的内容可知只有P1口是标准的I/O口，所以我们选用P1口作为数据端口, P1口可逐位分别定义各口线为输入或输出线[9]。
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2.5显示部分：LCD的选定 2.5.1 LCD12864液晶简介
图2-5-1-1 12864字符型液晶显示器实物图
液晶是是一种高分子材料，因为其特殊的物理、化学、光学特性，广泛应用与轻薄的显示器上。液晶的型号有很多种，通常是按照显示字符的行数或液晶点阵的行列数来命名的。例如：1602的意思是每行显示16个字符，一共两行；类似的还有0801、0802、1601等，这类事字符型的液晶只能显示ASCII码字符，如数字、大小写字母、各种符号等。12232液晶属于图形型液晶，意思是有122列32行组成，既共有122×32个点来显示各种图形，我们可以通过程序控制这122×32个中的任意一个点显示或不显示。类似的还有12864,19264,192128,320240等[8]。
液晶体积小、功耗低、显示操作简单，但是有一个致命的缺点，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℃，即使是宽温级液晶，其正常工作范围也仅为-20℃～+70℃，存储温度范围为-30℃～+80℃，因此我们再选用时得注意根据实际情况选用合适的液晶。
本次温湿度测量系统设计液晶显示需要三行，分别为时间、温度、湿度，并且液晶正常工作的温度范围要大，故综合所有因素选用宽温级的12864液晶作为显示模块。
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