第3章 硬件电路设计
3.1 元器件介绍 3.1.1 AT89C2051单片机
AT89C2051是一个CMOS 8位单片机，具有高性能、低电压的特点，其片内含2Kbt的可反复擦写的只读Flash程序存储器（ROM）和128 bt的数据存储器（RAM）。美国ATMEL公司采用了高密度、非易失真性存储技术研发生产而成，它兼容标准的MCS-51单片机指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元。
AT89C2051单片机技术比较先进，功能也比较全面，其采用了20引脚封装技术，15个双向I/O口线，其中P1口是一个完整的8位双向I/O口，此外还有两个外中断口、一个模拟比较放大器、两个全双向串行通信口、两个16位可编程定时/计数器。
AT89C2051与其它单片机相比有一个特殊点就是它的时钟频率可以为零，可以通过软件设置睡眠系统，能有效的节省电能，当单片机进入睡眠状态时，可以通过RAM、定时/计数器、串行口和外中断口等系统唤醒方式将其唤醒，系统被唤醒后就会进入继续工作状态，接着睡眠前得工作状态继续工作。在省电模式中，单片机所有将会功能停止工作，直至系统被硬件复位唤醒后方可继续运行。
（1）AT89C2051引脚简介，引脚图如图3-1所示。
图3-1 AT89C2051引脚图
① VCC：电源端口。 ② GND：接地端口。
③ P1口：P1口是一个完整的8位双向I/O口。引脚P1.0和P1.1在接外围元件时必须设置外部上拉电阻，引脚P1.2~P1.7上拉电阻由单片机内部提供。P1.0和P1.1还可以分别作为片内精密模拟比较器的同相输入端(ANI0)和反相输入端(AIN1)。P1口输出缓冲器可吸收20mA电流并能直接驱动LED进行数码显示。当P1口引脚写入“1”时，就可用作输入端，当引脚P1.2~P1.7用作输入并被外部设备拉低时，它们将因内部的上拉电阻作用而输出电流。
④ P3口：P3口的引脚P3.0~P3.5和P3.7是七个双向I/O口，它们都带有内部上拉电阻。P3.6作为一通用I/O引脚，不但可以访问还可以用于固定输入片内比较器的输出信号。P3口缓冲器可吸收20mA的电流。当P3口写入“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，P3口被外部拉低时将被上拉电阻作用而输出电流。P3口还用于实现AT89C2051的其他功能，其第二功能如表3-1所列：
表3-1 P3口第二功能表
引 脚 P3.0 P3.1 P3.2 P3.3 P3.4 P3.5
功 能 RXD串行输入端口 TXD串行输入端口 INT0 外中断0 INT1 外中断1 T0定时器0外部输入 T1定时器1外部输入
（注：P3口还接收一些用于闪速记忆体编程和程序校验的控制信号。）
⑤ RST：复位输入引脚。当RST变成高电平时，单片机所有的I/O口引脚就被复位到“1”。振荡器正在运行时，持续给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个时钟周期。 ⑥ XTAL1：用作反相器、振荡器和内部时钟发生器的输入端口。 ⑦ XTAL2：反相放大器和振荡器的输出端口。 （2）AT89C2051内部结构
图3-2 AT89C205内部结构图
AT89C2051是带有2K字节闪速可编程可擦除只读存储器（EEPROM）微处理器。它采用ATMEL的高密非易失存储技术制造，并能和标准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和闪速记忆体，ATMEL的AT89C2051是强劲的微型处理器，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具有以下标准功能：2K字节闪速记忆体，128字节数据存储器RAM，15个双向I/O口，两个16位定时器，一个两级五矢量中断结
构，一个全双工串行接口，一个精密模拟比较器以及两种可选的软件节电工作方式。空闲方可以停止CPU工作但允许定时器/计数器、程序存储器RAM、中断系统和串行工作口继续工作。掉电方式保存RAM内容但振荡器停止工作并禁止所有其他部件的工作直到下一个硬件复位[15，16]。
3.1.2 LM324简介
LM324系列器件是带有真差动输入的四运算放大器。其价格便宜，与单电源应用场合的标准运算放大器相比，具有很多优点。该四运算放大器工作电压跨度较大，可以在低到3.0伏或者高到32伏的电源电压下正常工作，静态电流为MC1741的静态电流的五分之一。共模输入范围包括负电源，因而消除了在许多应用场合中采用外部偏置元件的必要性。每一组运算放大器可用图3-3所示的符号来表示，它有5个引出脚，其中“+”、“-”为两个信号输入端，“V+”、“V-”为正、负电源输入端，“Vo”为输出端。两个信号输入端中，Vi-为反相信号输入端，表示该输入端与运放输出端Vo的信号的位相反；Vi+为同相信号输入端，表示该输入端与运放输出端Vo的信号的相位相同。LM324采用14脚双列直插塑胶封装，引脚排列如图3-4所示：
图3-3 运算放大器
图3-4 LM324引脚图
由于LM324四运放电路具有电源电压范围宽，可单电源使用，静态