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毕业论文网 > 外文翻译 > 机械机电类 > 测控技术与仪器 > 正文


 2022-09-15 03:09  

The General Situation of AT89C51

1 The application of AT89C51

The monolithic integrated circuit said that the monolithic micro controller, it is not completes some logical function the chip, but integrates a computer system to a chip on. Summary speaking: A chip has become a computer. Its volume is small, the quality is light, and the price cheap, for the study, the application and the development has provided the convenient condition. At the same time, the study use monolithic integrated circuit is understands the computer principle and the structure best choice.Microcontrollers are used in a multitude of commercial applications such as modems, motor-control systems, air conditioner control systems, automotive engine and among others. The high processing speed and enhanced peripheral set of these microcontrollers make them suitable for such high-speed event-based applications.However, these critical application domains also require that these microcontrollers are highly reliable. The high reliability and low market risks can be ensured by a robust testing process and a proper tools environment for the validation of these microcontrollers both at the component and at the system level. IntelPlatformEngineering department developed anobject-oriented multi-threaded test environment for the validation of its AT89C51 automotive microcontrollers. The goals of thisenvironment was not only to provide a robust testing environment for the AT89C51 automotive microcontrollers, but to develop an environment which can be easily extended and reused for the validation of several other future microcontrollers. The environment was developed in conjunction with Microsoft Foundation Classes (AT89C51). The paper describes the design and mechanism of this test environment, its interactions with various hardware/software environmental components, and how to use AT89C51.

1.1 Introduction

The 8-bit AT89C51 CHMOS microcontrollers are designed to handle high-speedcalculations and fast input/output operations. MCS 51 microcontrollers are typically used for high-speed event control systems. Commercial applications include modems,motor-control systems, printers, photocopiers, air conditioner control systems, disk drives,and medical instruments. The automotive industry use MCS 51 microcontrollers in engine-control systems, airbags, suspension systems, and antilock braking systems (ABS). The AT89C51 is especially well suited to applications that benefit from its processing speed and enhanced on-chip peripheral functions set, such as automotive power-train control, vehicle dynamic suspension, antilock braking, and stability control applications. Because of these critical applications, the market requires a reliable cost-effective controller with a low interrupt latency response, ability to service the high number of time and event driven integrated peripherals needed in real time applications, and a CPU with above average processing power in a single package. The financial and legal risk of having devices that operate unpredictably is very high. Once in the market, particularly in mission criticalapplications such as an autopilot or anti-lock braking system, mistakes are financiallyprohibitive. Redesign costs can run as high as a $500K, much more if the fix means 2 back annotating it across a product family that share the same core and/or peripheral design flaw. In addition, field replacementsof components are extremely expensive, as the devices are typically sealed in modules with a total value several times that of the component. To mitigate these problems, it is essential that comprehensive testing of the controllers be carried out at both the component level and system level under worst case environmental and voltage conditions.This complete and thorough validation necessitates not only a well-defined process but also a proper environment and tools to facilitate and execute the mission successfully.Intel Chandler Platform Engineering group provides post silicon system validation (SV) of various micro-controllers and processors. The system validation process can be broken into three major parts.The type of the device and its application requirements determine which types of testing are performed on the device.

1.2 The AT89C51 provides the following standard features:

4Kbytes of Flash, 128 bytes of RAM, 32 I/O lines, two 16-bittimer/counters, a five vector two-level interrupt architecture,a full duple serial port, on-chip oscillator and clock circuitry. In addition, the AT89C51 is designed with static logic for operation down to zero frequency and supports two software selectable power saving modes. The Idle Mode stops the CPU while allowing the RAM, timer/counters,serial port and interrupt sys -tem to continue functioning. The Power-down Mode saves the RAM contents but freezes the oscillator disabling all other chip functions until the next hardware reset.

1.3Pin Description

VCC: Supply voltage.

GND: Ground.

Port 0: Port 0 is an 8-bit open-drain bi-directional I/O port. As an output port, each pin cansink eight TTL inputs. When 1s are written to port 0 pins, the pins can be used as highimpedance inputs.Port 0 may also be configured to be the multiplexed loworder address/data busduring accesses to external program and data memory. In this mode P0 has internalpullups.Port 0 also receives the code bytes during Flash programming,and outputs the codebytesduring program verification. External pullups are required during programverification.

Port 1:Port 1 is an 8-bit bi-directional I/O port with internal pullups.The Port 1 output buffers can sink/source four TTL inputs.When 1s are written to Port 1 pins they are pulled high by the internal pullups and can be used as inputs. As inputs, Port 1 pins that are externally being pulled low will source current (IIL) because of the internal pullups.Port 1 also receives the low-order address bytes during Flash prog



1 AT89C51的应用

单片机又称单片微控制器,它不是完成某一个逻辑功能的芯片,而是把一个计算机系统集成到一个芯片上。概括的讲:一块芯片就成了一台计算机。它的体积小、质量轻、价格便宜、为学习、应用和开发提供了便利条件。同时,学习使用单片机是了解计算机原理与结构的最佳选择。单片机广泛应用于商业:诸如调制解调器,电动机控制系统,空调控制系统,汽车发动机和其他一些领域。这些单片机的高速处理速度和增强型外围设备集合使得它们适合于这种高速事件应用场合。然而,这些关键应用领域也要求这些单片机高度可靠。强健的测试环境和用于验证这些无论在元部件层次还是系统级别的单片机的合适的工具环境保证了高可靠性和低市场风险。英特尔平台工程部门开发了一个面向对象的多线程测试环境验证的汽车微控制器AT89C51单片机。这种环境的目标不仅是为 AT89C51 汽车微控制器提供一种强健的测试环境,而且开发一种能够容易扩展并重复用来验证其他几种将来的单片机的环境。开发的这种环境连接了 AT89C51。本文讨论了这种测试环境的设计和原理,它的和各种硬件/软件环境部件的交互性,以及如何使用 AT89C51。

1.1 介绍

8 位 AT89C51 CHMOS 工艺单片机被设计用于处理高速计算和快速输入/输出。MCS51 单片机典型地应用于高速事件控制系统。商业应用包括调制解调器、电动机控制系统、打印机、影印机、空调控制系统、磁盘驱动器和医疗设备。汽车工业把 MCS51 单片机用于发动机控制系统,悬挂系统和反锁制动系统。AT89C51尤其适合应用程序得益于它的处理速度和增强型片的外围功能集,诸如:汽车动力控制、车辆动态悬挂、反锁制动和稳定性控制应用。由于这些决定性应用,市场需要一个可靠的成本效益和较低的中断控制器的延迟响应,服务能力的大量时间和事件驱动整合周边需要实时应用程序,具有在单一程序包中高出平均处理功率的中央处理器。拥有操作不可预测的设备的经济和法律风险是很高的。一旦进入市场,尤其在任务决定性应用诸如自动驾驶仪或反锁制动系统中,错误将是财力上所禁止的。重新设计的费用可以高达 500K 美元,如果产品族享有同样内核和/或外围设计缺陷的话,费用会更高。另外,部件的替代品领域是极其昂贵的,因为设备要把模块典型地焊接成一个总体,其价值比各个部件高几倍。为了缓和这些问题,在最坏的环境和电压条件下对这些单片机进行无论在部件级别还是系统级别上的综合测试是必需的。Intel Chandler平台工程组提供了各种单片机和处理器的系统验证。这种系统的验证处理可以被分解为三个主要部分。系统的类型和应用需求决定了能够在设备上执行的测试类型。

1.2 AT89C51提供以下标准功能:

4 千字节的 FLASH (闪速存储器)、128 字节的内部 RAM (随机存取存储器)、32个I/O (输入/输出)接口线、2个16 位定时/计数器、一个 5 向量两级中断结构、一个全双工串行通信口、片内振荡器及时钟电路。此外,AT89C51 降至 0 Hz 的静态逻辑操作,并支持两种可选的节电工作模式。空闲方式体制阻止 CPU 的工作,但允许 RAM(随机存取存储器)、定时/计数器、串行通信口及中断系统继续运行。掉电方式保存 RAM 中的内容,但冻结振荡器禁用所有其他芯片功能,直到下一个硬件复位。




·Port 0:P0 是一组 8 位漏极开路型双向 I/O (输入/输出)口,也即地址/数据总线复用。作为输出口用时,每位能吸收电流的方式驱动8个TTL 逻辑门电路,对端口写“1”可作为高阻抗输入端用。在访问外部数据存储器或程序存储器时,这组口线分时转换地址(低8 位)和数据总线复用,在访问期间激活内部上拉电阻。在Flash 编程时,P0 口接受指令字节,而在程序校验时,输出指令字节。校验时,要求外接上拉电阻。

·Port 1:P1 是一个带内部上拉电阻的8 位双向I/O(输入/输出)口,P1 的输出缓冲级可驱动(吸收或输出电流)4个TTL 逻辑门电路。对端口写“1”,通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平,此时可作输入口。作为输入口使用时,因为内部存在上拉电阻,某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流(IIL)。Flash 编程和程序校验期间,P1 接受低8 位地址。

·Port 2:P2 是一个带有内部上拉电阻的8 位双向I/O(输入/输出) 口,P2 的输出缓冲级可驱动(吸收或输出电流)4个TTL 逻辑门电路。对端口写“1”,通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平,此时可作输入口。作为输入口使用时,因为内部存在上拉电阻,某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流(IIL)。在访问外部程序存储器或16 位地址的外部数据存储器(例如执行MOVX @DPTR指令)时,P2 口送出高8 位地址数据,在访问8 位地址的外部数据存储器(例如执行MOVX @ RI 指令)时,P2 口线上的内容(也即特殊功能寄存器(SFR)区中R2 寄存器的内容),在整个访问期间不改变。Flash 编程和程序校验时,P2 也接收高位地址和其他控制信号。

·Port 3:P3 是一个带有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口,P3 的输出缓冲级可驱动(吸收或输出电流)4个TTL 逻辑门电路。对端口写“1”,通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平,此时可作输入口。作为输入口使用时,因为内部存在上拉电阻,某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流(IIL)。P3 口还接收一些用于Flash (闪速存储器)编程和程序校验的控制信号。

·RST:复位输入。当振荡器工作时,RST 引脚出现两个机器周期以上高电平将使单片机复位。

·ALE/PROG:当访问外部程序存储器或数据存储器时,ALE(地址锁存允许)输出脉冲用于锁存地址的低 8 位字节。即使不访问外部存储器,ALE 仍以时钟振荡频率的1/6 输出固定的正脉冲信号,因此它可对外输出时钟或用于定时目的。要注意的是,每当访问外部数据存储器时将跳过一个 ALE 脉冲。对 Flash 存储器编程期间,该引脚还用于输入编程脉冲(PROG)。如有必要,通过对特殊功能寄存器(SFR)区中的8EH 单元 D0 位置设定,可禁止ALE 操作。该位置设定后,只有一条 MOVX 和 MOVC 指令 ALE 才会被激活。此外,该引脚会被微弱拉高,单片机执行外部程序时,应设置ALE 无效。

·PSEN:程序存储允许输出是外部程序存储器的读选通型号,当 AT89C51 由外部存储器取指令(或数据)时,每个机器周期内 PSEN 被激活两次,即输出两个脉冲。在此期间,当访问外部数据存储器,这两次有效的PSEN 信号不出现。

·EA/VPP:外部访问允许。欲使CPU 仅访问外部程序存储器(地址为0000H—FFFFH),EA 端必须保持低电平(接地)。但需要注意的是:如果加密位LB1 被编程,复位时内部会锁存 EA 端状态。如 EA 端为高电平(接VCC 端),CPU 则执行内部程序存储器中的指令。Flash 存储器编程时,该引脚加上 12V 的编程允许电源(VPP),当然这必须是该器件使用12V编程电压(VPP)。


·XTAL2:振荡器反相放大器的输出端。AT89C51 中有一个用于构成内部振荡器的高增益反相放大器,引脚XTAL1 和XTAL2分别是该放大器的输入端和输出端。这个放大器与作为反馈元件的片外石英晶体或陶瓷谐振器一起构成自激振荡器,振荡电路如图1 所示。外接石英晶体或陶瓷谐振器及电容C1、C2 接在放大器的反馈回路中构成并联振荡电路,如图2 所示。电容C1、C2 虽没有十分严格的要求,但电容容量的大小会轻微影响振荡频率的高低、振荡器工作的稳定性、起振的难易程度及温度稳定性,如果使用石英晶体,我们推荐电容使用30Pfplusmn;10 Pf,而如使用陶瓷谐振器建议选择40Pfplusmn;10 Pf。用户也可以采用外部时钟。这种情况下,外部时钟脉冲接到XTAL1 端,即内部时钟发生器的输入端XTAL2 则悬空。


在掉电模式下,振荡器停止工作,进入掉电模式的指令是最后一条被执行的指令,片内RAM 和特殊功能寄存器的内容在终止掉电模式前被冻结。退出掉电模式的唯一方法是硬件复位,复位后将重新定义全部特殊功能寄存器但不改变RAM 中的内容,在VCC 恢复到正常工作电平前,复位应无效,且必须保持一定时间以使振荡器重启动并稳定工作。AT89C51 的程序存储器阵列是采用字节写入方式编程的,每次写入一个字符,要对整个芯片的EPROM 程序存储器写入一个非空字节,必须使用片擦除的方法将整个存储器的内容清除。

2 编程方法

编程前,设置好地址、数据及控制信号,编程单元的地址加在P1 口和P2 口的P2.0—P2.3(11 位地址范围为0000H——0FFFH),数据从P0口输入,引脚P2.6、P2.7 和P3.6、P3.7 的电平设置见表6,PSEB 为低电平,RST保持高电平,EA/VPP 引脚是编程电源的输入端,按要求加上编程电压,ALE/PROG引脚输入编程脉冲(负脉冲)。编程时,可采用4—20MHz 的时钟振荡器,89C51 编程方法如下:在地址线上加上要编程单元的地址信号,在数据线上加上要写入的数据字节。激活相应的控制信号。在高电压编程方式时,将EA/VPP 端加上 12V编程电压。每对Flash 存储阵列写入一个字节或每写入一个程序加密位,加上一个ALE/PROG 编程脉冲。改变编程单元的地址和写入的数据,重复1—5 步骤,直到全部文件编程结束。每个字节写入周期是自身定时的,通常约为1.5ms。·数据查询89C51 单片机用数据查询方式来检测一个写周期是否结束,在一个写周期中,如需要读取最后写入的那个字节,则读出的数据的最高位(P0.7)是原来写入字节的最高位的反码。写周期开始后,可在任意时刻进行数据查询。


字节编程的进度可通过Ready/Busy 输出信号检测。编程期间,ALE 变为高电平“H”后,P3.4(Ready/Busy)端被拉低,表示正在编程状态(忙状态)。编程完成后,P3.4 变为高电平,表示准备就绪状态。

·程序校验:如果加密位LB1、LB2 没有进行编程,则可通过地址和数据线读回原编写的代码数据。密码位不能直接被确认,而是通过观察它们的特征实现密码位的确认。采用下图的电路,程序存储器的地址由P1 口和P2 口的P2.0—P2.3 输入,数据由P0 口读出,P206、P2.7 和P3.6、P3.7 的控制信号见表6,PSEN 保持低电平,ALE、EA 和RST 保持高电平。校验时,P0 口必须接上10k 左右的上拉电阻。


利用控制信号的正确组合(表6)并保持ALE/PROG 引脚10ms 的低电平脉冲宽度即可将EPROM 阵列(4 千字节)和三个加密位整片擦除,代码阵列在片擦除操作中将任何非空单元写入“ 1”,这步骤需在编程之前进行。


89C51 单片机内有3个签名字节,地址为030H、031H 和032H,用于声明该器件的厂商、号和编程电压。读签名字节的过程和单元030H、031H 和032H的正常校验相仿,只需要将P3.6 和P3.7 保持低电平。返回值意义如下:

(030H) = 1EH 声明产品由ATMEL 公司制造。

(031H) = 51H 声明为89C51 单片机。

(032H) = FFH 声明为12V 编程电压。

(032H) = 05H 声明为5 编程电压。

2.4 编程接口:




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