基于at89c51单片机的蔬菜大棚温度控制系统的设计__本科毕业设计论文

第3章 系统硬件设计

本系统主要由4个大的模块构成，分别是主控模块、传感器模块、数码管显示模块及报警模块，其中主控模块是此次毕业设计的核心模块，主要是指AT89C51芯片，它控制整个系统的运行，利用其各个口分别控制其他模块，使其他模块能够成为一个整体，实现功能的需要；传感器模块用于实验室实时温度的检测，由于DHT11的数字一体性，集成了模数转换等模块。直接接单片机即可；传感器模块用于实验室实时温度的检测，由于DHT11的数字一体性，集成了模数转换等模块。直接接单片机即可；报警模块主要指将蜂鸣器接入单片机电路，通过对时温度的检测，并给定所需要的温度区间，即给定上下限值，实现越限报警。

3.1 单片机型号选择

单片机型号的选择是根据设计的内容而定的，并不是什么单片机都可以用。一方面要考虑选用的单片机能否在不需要外扩的情况下就可以满足要实现的功能。比如：单片机的存储器空间的大小、单片机的 I/O 口数等。另一方面还要考虑单片机的性价比，是否容易买到等一些外部因素。

由于实现该系统功能的程序不会超过 4K，而 AT89C51单片机内部有4K的 FlASH 程序存储器和 2K 的数据存储器，因而不需要外扩程序存储器和数据存储器。并且该型号单片机程序下载方便、价格便宜的优点，因而被广泛的应用。AT89C51单片机引脚排列及功能见图 2所示。

图2 AT89C51单片机引脚图

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由图可知该单片机共有40个引脚，按其功能类别将他们分为三类： 1.电源和时钟引脚。如VCC、GND、XTAL1、XTAL2。 2.编程控制引脚。如 RST、PSEN、ALE、 EA/VPP。 3.I/O 口引脚。如 P0、P1、P2、P3，4 组 8 位 I/O 口。 管脚说明： VCC：电源接入引脚。 GND：接地引脚。

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P0口的管脚第一次写入1时，将会被定义为高阻输入。P0可以用为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编程中，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[4]。 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，如下所示： P3.0 RXD（串行输入口） P3.1 TXD（串行输出口） P3.2 /INT0（外部中断0）

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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：复位信号如如引脚。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：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），不管是否会有内部程序存储器。加密方式为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编程过程中，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。

XTAL1：晶体振荡器接入的一个引脚。

XTAL2：晶体振荡器接入的另一个引脚。

存储空间配置和功能：AT89C51单片机的存储器组织结构可以分为三个不同的存储空间，分别是：

①64KB程序存储器(ROM)，包括片内ROM和片外ROM； ②64KB外部数据存储器(外RAM)；

③256KB(包括特殊功能寄存器)内部数据存储器(内RAM)；

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三个不同的存储空间用不同的指令和控制信号实现读写功能操作： ①ROM空间用MOVC指令实现只读功能操作，用PSEN信号选通读外ROM； ②外RAM空间用MOVX指令实现读写功能操作，用RD信号选通读外RAM，用WR信号选通写外RAM；

③内RAM(包括特殊功能寄存器)用MOV指令实现读写和其它功能操作； 程序存储器(ROM)：ROM空间共64KB ,其中60KB在片外。地址范围为1000H～FFFFH，无论片内片外，ROM地址空间是统一并且不重叠。对于有内ROM的AT89C51，EA应接高电平，复位后先从内ROM0000H开始执行程序，当PC值超出内ROM4KB空间时，会自动转向片外ROM1000H依次执行程序；

读ROM是以程序计数器PC作为16位地址指针，依次读取相应的地址ROM中的指令和数据，每读一个字节，(PC)+1→PC，这是CPU自动形成的。但是有些指令有修改PC的功能，例如转移类指令和MOVC指令，CPU将按修改后的PC16位地址读ROM。

读外ROM的过程：CPU从PC中取出当前ROM的16位地址，分别由P0口(低8位)和P2口(高8位)同时输出，ALE信号有效时由地址锁存器锁存低8位地址信号，地址锁存器输出的低8位地址信号和P2口输出的高8位地址信号同时加到外ROM16位地址输入端，当PSEN信号有效时，外ROM将相应地址存储单元中的内容送至数据总线(P0口)，CPU读入后存入指定单元[5]。

需要指出的是，64KB中有一小段范围是单片机系统的专用单元，0003H～0023H是五个中断源中断服务程序入口地址，用户不能安排其它内容。单片机复位后，(PC)=0000H，CPU从地址为0000H的ROM单元中读取指令和数据。从0000H到0003H只有3个字节，根本不可能安排一个完整的系统程序，而单片机又是依次读ROM字节的，因此，这3个字节只能用来安排一条跳转指令，跳转到其它合适的地址范围执行真正的主程序。

外部数据存储器(外RAM)：外部数据存储器共64KB，读写外RAM用MOVX指令，控制信号是P3的WR和RD。

读写外RAM的过程：外RAM16位地址分到由P0口(低8位)和P2口(高8位)同时输出，ALE信号有效时由地址锁存器锁存低8位地址信号，地址锁存器输出的低8位地址信号和P2口输出的高8位地址信号同时加到外RAM16位地址输入

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