单片机与微型打印机软硬件接口设计.doc

1、31摘 要本世纪以来，微型打印机广泛使用在各个行业，比如仪器仪表、超级市场、便利店、邮政、银行、烟草专卖、公用事业抄表、移动警务系统、移动政务系统等等。微型打印机相对以往的大型打印机来说，有它自身的特点，它不但体积小，质量轻，方便携带和安装，而且打印速度也挺快，特别是在一些特殊的地方大型的打印机没办法使用，微型打印机就有了用武之地。所以，微型打印机会随着社会的发展而逐渐的被人们所接受，发挥着它独有的作用。本文在分析微型打印机机芯M-150 II结构的基础上，详细介绍了针点式微型打印机的驱动原理，提出了一种以单片机AT89C2051为核心的微型打印机设计方案。本文在打印同步信号检测、字库芯片的选

2、用、不同电平信号器件的混合接口、通讯接口、系统EMC性能等方面较现有针点式微型打印机系统有所创新和改进。这种基于单片机的微型打印机系统设计，不仅具有良好的打印速度和打印效果，还大大地简化了硬件电路，节约了成本，为自己提供了一种低成本、高可靠性的产品。关键词：单片机、嵌入式系统、微型打印机、M-150II、AT89C2051AbstractSince this century, micro printer has been widely used in many fields ,such as meters, super market, stores, mail, Bank, cigarette

3、, mobile warning system, mobile policy affairs system, and so on. For the large printer, micro printer have its own characteristics, It not only small volume, light quality, easy to carry and installation, and the printing speed also pretty quickly, especially the large printer couldnt be used in so

4、me special place, micro printer will have Climatically almost. So, micro printer will have a good opportunity with the development of society and gradually accepted by people, playing the role of its unique.This paper introduced the drive principle of the Micro Dot Printer and put forward a plan abo

5、ut how to design a Micro Dot Printer with the MCU AT89C2051 as the core, base on the analysis of the structure of M-150 II. This article has great innovation and the improvement relative to existing Micro Dot Printer in the printing synchronized signal detection, in the selection of flash chip, in t

6、he mix connection of different signal level, in communication interface and in EMC performance of system, etc. This kind of printer system based on MCU not only has quicker printing speed and better printing effect but also simplifies the hardware circuit and reduces the cost greatly. The paper prov

7、ides a kind of low cost and the redundant reliable product for me.Key words：MCU; Embedded System; Micro Printer; M-150II; AT89C2051 目 录引 言31 微型打印机的概述61.1 背景和意义61.2 微型打印机的发展和现状61.3 常见的微型打印机82 针式微型打印机的驱动原理102.1 微型打印机的组成102.2 打印原理112.3热敏打印机与针式微型打印机的比较 153 电路分析133.1 硬件系统组成133.2 复位检测电路143.3 直流电机驱动153.4 驱

8、动放大电路173.5 打印同步信号检测193.6 微型打印机通讯控制204 芯片资料及主要功能224.1 单片机的介绍及应用224.2 芯片功能介绍234.3 内部结构244.4 引脚功能说明254.5 芯片主要性能274.6 芯片工作概况275 软件设计305.1 打印格式305.2 程序设计32结 论36致 谢37参考文献38附 录40附录1：原理图40附录2：主要程序41引言从1946年日本大和公司（即现在的EPSON公司）研制出第一台微型打印机开始，微型打印机到如今已有近60年的历史。在这60年里，微型打印机技术获得了突飞猛进的发展。从最初的点阵式打印方式，已经扩展到现今的近10种微型

9、打印方式，包括梭式打印、9针击打、24针击打、喷墨打印、热敏打印等。产品种类也百花齐放，包括工业仪器、商场POS、医院收费、话费清单等，几乎所有需要打印的地方，都会有它的身影。 目前，在国内微打市场上主要有EPSON、STAR、SAMSUNG等国际品牌和实达、公达、博施等国内品牌。目前，国内微型打印机的应用主要有以下几类： 测试仪器类打印测量结果，如注塑机打印品质管理报告、恒温室打印温度曲线等。 商业收款打印发票或收据，如商场POS收款打印买卖物品清单、火车等客运站打印车票、出租车打印收据、网吧打印上网时间等。 自助式查询设备打印查询结果，如银行打印排号单据、电信局自助查询打印话费清单、医院查

10、询打印收费明细单等。自助式缴费设备打印收款收据，如自助式银行ATM机打印收款付款单据等。 随着国内电子政务、电子商务的迅速发展，以及工商、税务电子监控等政策的逐渐实施，对发票和税控收据的自动打印要求将越来越广泛，商业收款和税控发票打印也就成为微型打印机应用最为广泛的领域，而热敏式、针串行点阵式打印方式则在此领域应用最为广泛。另外，随着银行等自助服务系统的广泛应用，ATM机、自助式查询设备、自助式缴费终端领域也获得了快速的发展。在这个领域，主要应用的是支持大纸卷、高速、高性能的嵌入式打印单元。 此外，随着微型打印机技术的发展，各种新型的微型打印机也慢慢走向市场，如便携式微型打印机，它在水、电、燃

11、气等抄表业务中得到了很好的推广。相对于传统的手工抄表，然后录入电脑，再由电脑打印出单据送到用户手中，便携式微打表现出了极大的方便性。类似的应用还有火车上的移动式补票机等。而基于新一代的数码移动打印解决方案而研制的微型打印机也正在逐渐面向市场，这类微打的主要特点是轻巧、便于随身携带，而且可以支持无线打印。富士通公司研发设计的MP-70就是其中一个典型的例子。试想一下，有一天你能够即刻将你手机或数码相机里的相片打印出来，那该是多么令人高兴的事情啊！总之，国内微打市场才刚刚起步，它的背后还有着巨大的应用空间。我们有理由相信，微型打印机能够凭借其自身小巧、轻便、易用的特点在整个打印机市场中开辟出一块属

12、于自己的天空！第一章 微型打印机的概述1.1什么是微型打印机？微型打印机和普通的打印机并没有本质上的区别，称之为微型打印机主要是由于其自身的特点所造成的，微型打印机的特点如下。处理的票据宽度较窄，整体的体积较小。票据宽度通常为44mm，57mm，75mm，82mm，114mm几种规格。打印原理有字轮式，梭式点阵式，9针点阵式，24针点阵式，列式热敏式，喷墨式等功能上通常需要有撕纸器，自动切纸刀，钱箱驱动接口，条码字库，中文字库，黑标检测功能，卷纸器，吐纸装置等。整体类型要求密封防尘性能好，外观流畅。内置机芯类型要求节省空间，结构紧凑。1.2微型打印机有何用途？微型打印机作为特种打印机系列的一个

13、重要组成部分，目前的市场需求日渐成熟，而且未来市场的潜力巨大，随着国内微型打印机用户的日渐成熟，用户对微型打印机的打印性能的要求不断完善，他们要求打印机的功能与实际使用的要求相吻合，价格性能比最优，体积最小节省空间，方便装纸与撕纸，使用稳定可靠。针对用户的不同要求，微型打印机产品结构将会向专业化，多元化发展，目前的主要应用方向和使用要求如下。工业控制与智能仪表领域：字轮式，梳式点阵式类型微型打印机将重点发展。这种类型微型打印机体积小，打印速度慢，价格低，在体重计，衡器，出租车计费器等产品配套方面将会重点发展。商业打发票领域：热敏式，9针点阵式，24针点阵式类型微型打印机将是主要选用机型，这些类

14、型的微型打印机的市场空间是最广泛的，特点是打印速度快，纸张处理方便，有中文打印功能，有钱箱驱动口，有黑标检测功能，有自动切纸功能，是微型打印机产品结构中的主要组成部分。自助式缴费终端打印收据领域的用户：这种类型微型打印机通常内置于设备里面，不需要外壳，要求装纸方便，有纸尽报警装置，有自动切纸功能，有吐纸送纸功能，有黑标检测功能，前部处置且安装方便灵活，此类型微型打印机是微型打印机产品结构的主流发展方向。手持电脑，IC卡手持终端用户：手持式打印机将是未来的热点，此类型微型打印机要求体积小，重量轻，功耗小，电池供电，与手持终端接驳方便，装纸方便，最好能红外线接口，便于随身携带。火车上补票，交警交通

15、违章打印交通违章罚单等业务的对手持式打印机的需求将急剧增长。随着电子货币，电子商务，电子税控等政策的逐渐实施，对发票与税控收据的自动打印要求也越来越广泛。1.3微型打印机有哪些种类？微型打印机的种类和型号多种多样，目前在国内微型打印机市场的产品结构主要有以下几种。第一，按用途分，专用微型打印机：所谓专用微型打印机是指用于特殊用途的微型打印机，比如专业条码微打，专业证卡微打等等，这些微打通常需要专业的软件或驱动程序进行支持，或者只能配套一种或几种特殊的设备才能工作， 通用微型打印机：通用的微型打印机使用范围比较广，可以支持很多种设备的打印输出，很多所谓的印表机其实也是通用的微型打印机。 第二，按

16、打印方式分类，针式微型打印机：针式微打采用的打印方式是打印针撞击色带将色带的油墨印在打印纸上； 热敏微型打印机：热敏的方式是用加热的方式使涂在打印纸上的热敏介质变色； 热转印微型打印机等。热转印是将碳带上的碳粉通过加热的方式将碳粉印在打印纸上，目前除了条码打印机和车票打印机，在其他领域国内使用很少； 另外还有微型字模打印机，这种打印机多用在出租车上。 第三，按工作场所分类，便携式微型打印机：便携式微型打印机体积较小，电池供电，利用红外或蓝牙技术进行数据通讯，当然也使用串口；通常便携式微型打印机又称为便携式票据打印机；主要用于各种移动应用：如政府部门的移动警务系统，移动执法系统等现场打印执法文书

17、，另外如保险行业的现场车辆定损系统打印定损单，还如户外设备巡检、物流系统交割单等等； 台式微型打印机：通常置于桌面通过串口或并口接收数据打印；通常用于POS机打印小票或配合仪器仪表打印测试结果； 嵌入式微型打印机：严格说来，嵌入式微型打印机不能算一个完整产品，而是一个产品的部件，是个能只需要简单安装就能实现打印功能的模块，常用于嵌入仪器仪表进行打印，或者嵌入ATM机，排队机等打印1。第二章 针式微型打印机2.1 微型打印机的组成微型打印机,简称微打,是由微型打印机机芯+驱动部分+控制部分构成微型打印机。所谓的微型打印机是相对通用办公用打印机而言,所打印的票据较窄,整机体积较小,使用电压较低,是

18、打印机家族的一个分支,作为特种打印机,目前,已广泛的应用到商业,交通,金融,工业仪器仪表等众多领域。目前市场上的微打有热敏打印机和针式打印机两种,所用的票据的纸宽有44mm、58mm、76mm和89mm等规格,主要品牌有EPSON,STAR,SEIKO,SANSUNG,CITIZEN等。市面上单片机主要通过串口或并口以命令的方式控制微型打印机,微型打印机作为应用系统的一个模块,这种方式控制简单但在有些考虑成本的应用系统中,这类方案就不可取了2 。而本文介绍的是WH16-PT02针式微型打印机。它是由炜煌科技生产的平台针式微型打印机。WH16-PT02所用微型打印机机芯是EPSON M-150I

19、I，EPSON M-150II微型打印机机芯主要由直流电机(Motor)、测速感应线圈(Timing Detector)、干簧管复位开关(Reset Detector)、电磁打印针(Print Solenoid)ABCD、色带、与电机连接的滑槽轮以及蜗杆等部分组成3。图1 打印机终端分配微型打印机的终端分配如图1所示，对应的12个脚分别为：1.点反馈，即复位检测端；2.地；3.电机控制；4.电机电源；5.针头电源；69.针头D、C、B、A；10.行反馈，即时间检测端；11.电源检测。其中点反馈与行反馈分别控制单片机的一个I/O口，点反馈用来在打印完一个点之后反馈下一点的信息，查询下一个要打印的

20、点；行反馈用来在打印完一行之后，控制打印机进行走纸并且将针头从右边返回到左边。2.2 打印原理打印时，单片机控制隔离开关给电机供电,电机带动滑槽轮及蜗杆转动，使打印机的机头滑架左右移动，从而不断改变同一点行上的打点位置。蜗杆的转动一方面通过凸轮带动走纸机构走纸，另一方面驱动色带移动。随着电机的转动，测速感应线圈输出一个3V的正弦信号，经过整形电路后成为方波,方波再输入到单片机以检测打印同步信号。打印头每移动一点行，单片机可以检测到196个高、低电平作为打印同步信号，其中前96个高、低电平对应特定的打印点的位置，后72个高、低电平对应打印头从最右端返回起始位置所用时间。打印针从方波的第1个高电平

21、信号到第96个低电平信号按A-B-C-D的次序循环打印，直至完成一点行的打印任务。当机头滑架返回到最左边时，磁铁使干簧管闭合，单片机检测到这一同步信号，开始下一点行的打印。正如前面所说的，针式打印机是依靠打印针击打所形成色点的组合来实现规定字符和汉字打印的。因此，在打印方式上，针式打印机均采用字符打印和位图像打印两种打印方式，其中字符打印方式是按照计算机主机传来的打印字符（ASCII码形式），由打印机自己从所带的点阵字符库中取出对应字符的点阵数据（打印数据），经过字型变换处理后，送往打印针驱动电路进行打印；而位图像打印方式则是由计算机进行要打印数据的生成，并将生成的数据送往打印机，打印机不需要

22、进行打印数据的处理，可以直接将其打印出来。在这种方式下，计算机生成的打印数据可以是一幅图像，也可以是汉字4。本文所研究的主要是微打印机的字符打印方式。2.3热敏微打和针式微打的比较针式微打目前常用的主要为9针微打;而热敏微打中，直热式热敏微打要比热转印式热敏微打更常用。针式微打和热敏微打的共同点和差异性，要从这两类打印机的工作原理以及各自表现出的性能上说起。 2.3.1基本工作原理 针式微型打印机至少由以下基本关键部件组成：打印机芯、打印控制器、电源和外壳，而打印机芯又由打印头和字车电机运动机构、走纸电机运动机构以及各种传感器等组成。在这些关键部件中，与热敏式微打最大的区别。一般的行式热敏微打

23、没有字车电机运动机构和打印头的运动机构，而这些主要是由热敏微打的打印头不同于针式微打决定的，这也同时决定了不同的打印方式和控制方法。 针式微打是通过控制打印头运动和走纸运动，并控制打印头出针击打色带和打印纸，把色带上相应点的墨汁印在打印纸上，从而在纸上打出所需的信息。直热行式热敏微打，其热敏头由一排紧密均匀排列的特殊材料的可加热电阻组成，每个单元电阻对应一个点，控制其不同点的通电即可对相应的点加热，而与其紧密接触的带热敏涂层的热敏纸受热就可以印出相应的点信息，再同时通过走纸的控制，就可以打印出各种信息。另一种热敏微打热转印微打，其工作原理与直热式热敏机基本相同，不同之处在于：热转印微打通过加热

24、带热敏涂层的碳带，把相应碳带加热点上的涂层材料转印到普通的打印纸上。2.3.2性能表现 热敏微打和针式微打在不同的性能点上表现出各自的优缺点，下表对这两类型的机型提供较直观的对比。下表是对目前市场上常用的微打的主要性能的对比，而一些特殊应用的微打，某些特定性能可能会有较大的变化。（1）打印速度 针式微打一般打印速度可达每秒35行，这取决于打印头的工作频率、控制器的处理速度和方法等因素。而热敏微打正好克服了这些速度的限制，打印速度能达到50mm/s甚至150mm/s，是针式微打的几倍。（2）拷贝能力 热敏式微打一般不具备拷贝能力，而针式微打能实现1层原始纸张加上2层复印联的打印拷贝效果。直热式热

25、敏微打的热敏头只能与单层的热敏纸表面接触，而无法传热到复印联的热敏纸上，所以只能实现单层打印；而针式微打利用了击针的力度，可以把针的撞击传递到2层的带复印涂层的拷贝纸上，从而实现了1+2拷贝能力的打印。这是针式微打在打印发票以及其他需要打印复印联的应用上所具有的独特优势。（3）体积 通常热敏机的体积比针式微打的体积会稍小些，这主要是热敏微打机芯小于针式微打机芯决定的。（4）打印分辨率 热敏微打的打印分辨率比针式微打要高很多，所以其打印的效果也因此比针式微打好。常用的行式热敏打印头横向分辨率为203dpi，根据不同的应用还有300dpi甚至更高的;针式微打的打印头的纵向分辨率为72dpi，但通过

26、合适的控制，可达到144dpi甚至更高。（5）打印耗材 针式打印机使用的是普通打印纸和色带，这两者的成本都相对较低；直热式热敏微打必须用专用的热敏纸，尽管不需要色带，但耗材成本还是高于针式微打。热转印式热敏微打大部分性能与直热式热敏微打相同，但因其采用热转印碳带，所以在耗材方面增加了碳带的成本，但因采用普通的打印纸从而降低了纸张成本。 总之，直热式热敏微打主要在噪声、速度和分辨率上优于针式微打，而针式微打却在拷贝能力和打印后纸张的保存效果（热转印式除外）上优于直热式热敏微打，这些各自的优点奠定了这两大类的微打在不同应用领域受青睐的地位。3 电路分析3.1 硬件系统组成硬件系统主要由复位检测电路

27、、打印同步信号检测电路、反相器及光耦电路、打印机驱动电路、单片机晶振电路、RS232通讯电路等部分组成。单片机执行程序存贮器中的程序，控制电机带动滑槽轮及蜗杆转动，使打印机的机头滑架左右移动，从而不断改变同一点行上的打点位置。蜗杆的转动一方面通过凸轮带动走纸机构实行走纸，另一方面驱动色带移动。电机转动时感应线圈产生的正弦信号输入到单片机，用来控制打印针的动作。本文主要设计了EPSON打印头驱动控制电路的部分。该部分由单片机及其外围晶振复位电路，反相器及光耦电路，打印机驱动电路等部分组成，其硬件结构框图如图2所示。 AT89C2051 通讯电路反相器及光耦电路打印机驱动电路打印同步信号检测电路单

28、片机晶振电路复位检测电路图2 系统硬件构成3.2 复位检测电路AT89C2051单片机与其它微控制器一样，在启动时都需要复位，让系统各部件处于确定的初始状态，从初始态开始工作。复位信号从RST引脚输入到芯片内的施密特触发器中。当系统处于正常工作状态时，且振荡器稳定后，如果RST引脚上有一个高电平并维持2个机器周期（24个振荡周期），则CPU就可响应并将系统复位。复位方式有手动复位和上电自动复位两种。在本设计中，采用上电自动复位，如图3所示。复位工作原理：通电时，电容两端相当于短路，RST引脚上为高电平，然后电源通过电阻对电容充电，RST端电压慢慢下降，降到一定电压值以下，即为低电平，单片机开始

29、正常工作8。图3 复位检测电路3.3 直流电机驱动图4 DC电机驱动电路单片机通过P1.0的输出控制电机的启动与停止，如图4所示。若P1.0输出为低，开关管G1导通，电机开始转动；若P02输出为高，开关管G1关断，电机停止转动，D2、D3在制动过程中可以起到电机反向电流保护作用。电路中用光耦P521实现了单片机与感性负载与电机的隔离，大大增强了系统的抗干扰能力9。图5 电机与打印线圈的电压关系根据Epson M-150II开发手册和实际调试情况可知，电机和打印线圈终端的电压应满足如图5所示关系，否则打印出的字符就会混乱，使人难以辨认(关于打印线圈驱动电路可参考附录原理图)。为了使打印出的字符效

30、果更好，我们在G1和VCC之间串入了D1，用以降低电机两端的电压，使其电压稍低于线圈的电压。实践证明：当电机两端的电压略低于线圈的电压时，打印出的字符效果更好，打印过程更稳定些。3.4 驱动放大电路此模块是整个电路中最重要、最核心的部分，其设计如图6所示。I/O驱动能力主要指它使用输出工作方式下的输出电流和灌电流。负载越重,就需要更大的驱动能力。如果单片机输出口驱动能力大于外部要求的就不用驱动电路了。如用单片机启动一个继电器,如果电流足够当然可以驱动继电器。但事实上一般单片机都要用三极管作为驱动，以小电流控制大电流。如果要使一个小功率的LED发光当然不再需要用三极管来放大电流了。而这里控制打印

31、机的工作，驱动电路则是非常重要的部分10。 为了加强驱动能力，在这里采用的是复合管的形式。其中复合管Q1、Q2用来驱动电机，Q3、Q4和Q5、Q6分别用来驱动针头电源和针头D、针头C。图6 驱动放大电路1图7 驱动放大电路2光耦合器（optical coupler，英文缩写为OC）亦称光电隔离器，简称光耦。光耦合器以光为媒介传输电信号。它对输入、输出电信号有良好的隔离作用，所以，它在各种电路中得到广泛的应用。目前它已成为种类最多、用途最广的光电器件之一。光耦合器一般由三部分组成：光的发射、光的接收及信号放大。输入的电信号驱动发光二极管（LED），使之发出一定波长的光，被光探测器接收而产生光电流

32、，再经过进一步放大后输出。这就完成了电光电的转换，从而起到输入、输出、隔离的作用。由于光耦合器输入输出间互相隔离，电信号传输具有单向性等特点，因而具有良好的电绝缘能力和抗干扰能力。如图7所示，又由于光耦合器的输入端属于电流型工作的低阻元件，因而具有很强的共模抑制能力。所以，它在长线传输信息中作为终端隔离元件可以大大提高信噪比。在计算机数字通信及实时控制中作为信号隔离的接口器件，可以大大增加计算机工作的可靠性。 光耦合器的主要优点是：信号单向传输，输入端与输出端完全实现了电气隔离隔离，输出信号对输入端无影响，抗干扰能力强，工作稳定，无触点，使用寿命长，传输效率高。光耦合器是70年代发展起来产新型

33、器件，现已广泛用于电气绝缘、电平转换、级间耦合、驱动电路、开关电路、斩波器、多谐振荡器、信号隔离、级间隔离 、脉冲放大电路、数字仪表、远距离信号传输、脉冲放大、固态继电器(SSR)、仪器仪表、通信设备及微机接口中。在单片开关电源中，利用线性光耦合器可构成光耦反馈电路，通过调节控制端电流来改变占空比，达到精密稳压目的11。3.5 打印同步信号检测电机转动时，感应线圈输出幅值为3V的正弦波，经10、11两端送出到晶体管整形为方波后送入P3.7，P3.7检测此方波作为打印同步信号，以确保打印点之间距离相等。4只打针循环同步情况如图8所示。由图可知：A、C打针是在方波降低到来时冲打，B、D打针在方波上

34、升到来时冲打12。图8 同步信号检测3.6 微型打印机通讯控制图9 MAX3232串口通讯模块RS-232协议： RS-232是串行数据接口标准，最初都是由电子工业协会（EIA）制订并发布的，RS-232在1962年发布，命名为EIA-232-E，作为工业标准，以保证不同厂家产品之间的兼容。目前RS-232是PC机与通信工业中应用最广泛的一种串行接口。RS-232被定义为一种在低速率串行通讯中增加通讯距离的单端标准。RS-232采取不平衡传输方式，即所谓单端通讯。收、发端的数据信号是相对于信号地，如从DTE设备发出的数据在使用DB25连接器时是2脚相对7脚（信号地）的电平。典型的RS-232信

35、号在正负电平之间摆动，在发送数据时，发送端驱动器输出正电平在+5+15V，负电平在-5-15V电平。当无数据传输时，线上为TTL，从开始传送数据到结束，线上电平从TTL电平到RS-232电平再返回TTL电平。接收器典型的工作电平在+3+12V与-3-12V。RS-232是为点对点（即只用一对收、发设备）通讯而设计的，其驱动器负载为37k。所以RS-232适合本地设备之间的通信。MAX3232是电荷泵芯片，可以完成两路TTL/RS-232电平的转换，它的9、10、11、12引脚是TTL电平端，用来连接单片机的。而51系列单片机的10、11引脚是串口，连接MAX232的TTL电平端。此模块是用得M

36、AX232的9和10引脚13。图中C9到C12四个电容构成电压泵，功能是产生+12V和-12V两个电压，提供给RS-232串口电平的需要。TTL/CMOS数据从T1IN、T2IN输入转换成RS-232数据从T1OUT、T2OUT送到电脑DB9插头；DB9插头的RS-232数据从R1IN、R2IN输入转换TTL/CMOS数据后从R1OUT、R2OUT输出，如图9所示。第四章 芯片资料及主要功能AT89C2051是美国ATMEL公司生产的低电压、高性能CMOS 8位单片机，片内含2k bytes的可反复擦写的只读程序存储器（PEROM）和128bytes的随机数据存储器（RAM），器件采用ATME

37、L公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元。另外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。4.1 单片机的介绍及应用单片机是一种集成在电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计时器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的计算机系统。目前，单片机的应用领域 主要包括

38、：办公自动化设备；单片机在机电一体化中的应用；在实时过程控制中的应用；单片机在日常生活及家用电器领域的应用；在各类仪器仪表中引入单片机，使仪器仪表智能化，提高测试的自动化程度和精度，简化仪器仪表的硬件结构，提高其性能价格比；在计算机网络和通信领域中的应用；商业营销设备；单片机在医用设备领域中的应用；汽车电子产品；航空航天系统和国防军事、尖端武器等领域14.本次设计运用的单片机型号是AT89C2051，下面对它进行介绍。4.2 芯片功能介绍AT89C2051提供一下标准功能：2K字节Flash闪速存储器，128字节内部RAM，15个I/O口线，两个16位定时/计数器，一个5向量两级中断结构，一个

39、全双工串口通信口，内置一个精密比较器，片内振荡器及时钟电路。同时，AT89C2051可降至0Hz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止CPU的工作，但允许RAM、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RAM中的内容，但振荡器停止工作并禁止其他所有部件工作直到下一个硬件复位。AT89C2051可以采用下面2种方法开发应用系统：a、由于89C2051内部程序存贮器为Flash，所以修改它内部的程序十分方便快捷，只要配备一个可以编程89C2051的编程器即可。调试人员可以采用程序编辑-编译-固化-插到电路板中试验这样反复循环的方法，对于熟练的MCS-51程序

40、员来说，这种调试方法并不十分困难。当然这种调试不能够了解片内RAM的内容和程序的走向等有关信息。b、将普通8031/80C31仿真器的仿真插头中P1.0P1.7和P3.0P3.6引出来仿真2051,这种方法可以运用单步、断点的调试方法，但是仿真不够真实，比如，2051的内部模拟比较器功能，P1口、P3口的增强下拉能力等等。4.3 内部结构AT89C2051是一带有2K字节闪速可编程可擦除只读存储器（EEPROM）的低电压，高性能8位CMOS微处理器。它采用ATMEL的高密非易失存储技术制造并和工业标准MCS-51指令集和引脚结构兼容。通过在单块芯片上组合通用的CPLI和闪速存储器，ATMEL的

41、AT89C2051是一强劲的微型处理器，它对许多嵌入式控制应用提供一定高度灵活和成本低的解决办法。 AT89C2051提供以下标准功能：2K字节闪速存储器，128字节RAM，15根I/O口，两个16位定时器，一个五向量两级中断结构，一个全双工串行口，一个精密模拟比较器以及两种可选 的软件节电工作方式。空闲方停止CPU工作但允许RAM、定时器/计数器、串行工作口和中断系统继续工作。掉电方式保存RAM内容但振荡器停止工作并禁止有其它部件的工作到下一个硬件复位。4.4 引脚功能说明图10 AT89C2051引脚图AT89C2051是一个有20个引脚的芯片，引脚图如图10所示。与8051内部结构进行对

42、比可发现，AT89C2051减少了两个对外端口（集P0、P2口），使它最大可能的减少了对外引脚，因而芯片尺寸有所减小。其引脚主要功能如下：P1口：P1口是一组8位双向I/O口，P1.2P1.7提供内部上拉电阻，P1.0和P1.1内部无上拉电阻，主要是考虑它们分别是内部精密比较器的同相输入端（AIN0）和反相输入端（AIN1），如果需要在外部接上拉电阻，P1口输出缓冲可吸收20mA电流并可直接驱动LED。当P1口引脚写入“1”时可作输入端，当引脚P1.2P1.7用作输入并被外部拉低时，它们将因内部的上拉电阻而输出电流。P1口还在Flash闪速编程及程序校验是就受代码数据。P3口：P3口的P3.0

43、P3.5、P3.7是带有内部上拉电阻的7个双向I/O口。P3.6没有引出，它作为一个通用I/O口但是不可访问，但可作为固定输入片内比较器的输出信号，P3口缓冲器可吸收20mA电流。当P3口写入“1”时，它们被内部上拉电阻拉高并可作为输入端口。作输入端时，被外部拉低的P3口将用上拉电阻输出电流。 P3口能接收一些用于Flash闪速存储器编程和程序校验的控制信号。并且还用于实现AT89C2051特殊的功能，如表1所示：表1 P3口特殊功能I/O引脚功能特性P3.0RXD（串行输入口）P3.1TXD（串行输出口）P3.2INT0（外中断0）P3.3INT1（外中断1）P3.4T0（定时/计数器0外部

44、输入）P3.5T1（定时/计数器1外部输入）RST:复位输入。RST引脚一旦变成两个机器周期以上高点平，所有的I/O口都将复位到“1”状态，当振荡器正在工作时，持续两个机器周期以上的高电平便可完成复位，每个机器周期为12个振荡时钟周期。XTAL1:振荡器反相放大器及内部时钟发生器的输入端15。XTAL2:振荡器反相放大器的输出端。4.5 芯片主要性能1、和MCS-51产品兼容； 2、2KB可重编程FLASH存储器（10000次）； 3、2.7-6V电压范围； 4、全静态工作：0Hz-24MHz； 5、2级程序存储器保密锁定； 6、128*8位内部RAM； 7、15条可编程I/O线； 8、两个1

45、6位定时器/计数器； 9、6个中断源； 10、可编程串行通道； 11、高精度电压比较器（P1.0，P1.1，P3.6）； 12、直接驱动LED的输出端口16。4.6 芯片工作概况空闲模式：在空闲模式下，CPU保持睡眠状态而所有片内的外设仍保持激活状态，这种方式由软件产生。此时，片内RAM和所有特殊功能寄存器的内容保持不变。空闲模式可由任何允许的中断请求或硬件复位终止。P1.0和P1.1在不使用外部上拉电阻的情况下应设置为“0”，或者在使用上拉电阻的情况下设置为“1”。在用硬件复位终止空闲模式时，AT89C2051通常从程序停止一直到内部复位获得控制之前的两个机器周期处回复程序执行。在这种情况下

46、片内硬件禁止对内部RAM的读写，但允许对端口的访问，要消除硬件复位终止空闲模式对端口意外写入的可能，原则上进入空闲模式指令的下一条指令不应对端口引脚或外部存储器进行访问。掉电模式：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，恢复应无效，且必须保持一定时间以使振荡器重启并稳定工作。P1.0和P1.1在不使用外部上拉电阻的情况下应设置为“0”，或者在使用外部上拉电阻时应设为“1”。Flash闪速存储器：AT89C2051是在擦除状态下（即所有单元内容均为FFH时）用2K字节的片内PEROM代码存储阵列进行封装微控制器，其程序存储器是可反复编程的17。代码存储阵列一次编程一个字节，一旦阵列被编程，如需重新编程一个非空字节（空为：FFH），必须对整个存储器阵列进行电擦除。Flash闪速存储器的编程和校验电路图如图11和图12所示：图11 编程电路图12 校验电路内部地址计数器：AT89C2051内部包