锂电池充放电系统的设计毕设论文.doc

题目： 锂电池充放电系统的设计 学生姓名： 刘庆 学号： 1002149 所在院系：信息与通信技术系专业：电气工程及其自动化 入学时间： 2010 年 9 月导师姓名： 陈梅 职称/学位： 副教授 导师所在单位： 合肥工业大学 完成时间： 2014 年 2 月摘要随着电子技术的快速发展使得各种各样的电子产品都朝着便携化和小型轻量化的方向发展，也使得更多的电气化产品采用基于电池的供电系统。目前为止，较多使用的电池有镍镉、镍氢、铅蓄电池和锂电池。由于不同类型电池的充电特性不同，通常对不同类型，甚至不同电压、容量等级的电池使用不同的充电器，但这在实际使用中有很多不便。本设计是一种基于单片机的锂离子电池充电器，在设计上，选择了简洁、高效的硬件，设计稳定可靠的软件，说明了系统的硬件组成，包括单片机电路、充电控制电路、电压转换及光耦隔离电路，并对充电器的核心器件MAX1898充电芯片、AT89C2051单片机进行了较详细的介绍。阐述了系统的软硬件设计。以C语言为开发工具，进行了设计和编码。保证了系统的可靠性、稳定性、安全性和经济性。该充电器具有检测锂离子电池的状态；自动切换充电模式以满足充电电池的充电需求；充电器短路保护功能；充电状态显示的功能。在生活中更好的维护了充电电池，使电池更好被运用到生活中。关键词：单片机、MAX1898、AT89C51AbstractElectronic technologys fast development causes various electronic products develops toward portable and the small lightweight direction, It also causes the more electrification products to use based on batterys power supply system. At present, the many uses batteries have the nickel cadmium, the nickel hydrogen, the lead accumulator and the lithium battery. Their respective characteristic had decided they will coexist in a long time develop. Because the different type batterys charge characteristic is different, usually to different type, even different voltage, capacity rank battery use different battery charger, but this has many inconveniences in the actual use. This topic design is one kind lithium ion battery charger which is based on Single Chip, in the design, it has chosen succinctly, the highly effective hardware, the design stable reliable software, explained in detail systems hardware composition, including the monolithic integrated circuit electric circuit, the charge control electric circuit, the voltage transformation and the light pair isolating circuit, and to this battery chargers core component - MAX1898 charge chip, at89C2051 monolithic integrated circuit has carried on the detailed introduction. Elaborated systems software and hardware design. Take the C language as the development kit, has carried on the detailed design and the code. Has realized systems reliability, the stability, the security and the efficiency. The intelligence battery charger has the examination lithium ion batterys condition; The automatic cut over charge pattern meets when rechargeable batterys charge needs; Battery charger has short circuit protection function; The charge condition demonstrations function. The battery charger has made the better maintenance rechargeable battery in the life，and lengthened the rechargeable batterys service life.Key words: SCM,STC89c51, MAX1898目 录引 言5第1章 绪论61.1 课题研究的背景61.2 课题研究的主要工作7第2章 电池的充电方法与充电控制技术92.1 电池的充电方法和充电器112.1.1 电池的充电方法112.1.2 充电器的要求和结构152.1.3 单片机控制的充电器的优点162.2 充电控制技术162.2.1 快速充电器介绍162.2.2 快速充电终止控制方法17第3章 锂电池充电器硬件设计203.1 单片机电路203.2 电压转换及光耦隔离电路233.3 电源电路243.4 充电控制电路263.4.1 MAX1898充电芯片263.4.2 充电控制电路的实现30第4章 锂电池充电器软件设计324.1程序功能324.2 主要变量说明324.3 程序流程图32结论与展望35致 谢35参考文献36附录A 电路原理图37附录B 外文文献及其译文38附录C 主要参考文献的题录及摘要40附录D 主要源程序42引言电池是通过能量转换获得电能的一种器件，电池可以分为一次电池与二次电池，一次电池是一次性的，二次电池可以反复循环使用。随着便携式设备的发展，不管从节约资源上还是从环保上考虑，二次电池的应用会越来越广泛。锂电池就是二次电池的一种。 随着社会的快速发展，电子产品小型化、便携化也使得充电电池越来越重要，锂离子电池因为具有较高的比能量，放电曲线平稳，自放电率低，循环寿命长，有良好的充放电性能，可随充随放、快充深放，无记忆效应，不含镉、铅、汞等有害物质，对环境无污染，被称为绿色电池。基于这些特性，所以锂电池得到了迅速的发展和广泛的应用。锂电池充电器是为锂离子充电电池补充能源的静止变流装置，其性能的优劣直接关系到整个用电系统的安全性和可靠性指标。本论文从锂电池技术特性、充电过程、充电器电路结构、充电器典型电路和电池保护等方面，多角度地阐述了充电技术发展和应用。第1章 绪论1.1课题研究的背景电池是一种将物质的化学能通过电化学氧化还原反应直接转化成电能的一种装置。电池可以分为一次电池和二次电池两种。二次电池是可以反复使用的电池。而当对二次电池充电时，电能转换为化学能，期间还伴随着吸热反应。对于二次电池有很多性能参数。主要的有以下四个指标：工作电压：二次电池放电曲线上的平台电压。电池容量：常用单位为毫安时(mAh)和安时(Ah)工作温区：二次电池正常充放电的温度范围。二次电池正常工作的充、放电次数。二次电池的性能可以由电池的特性曲线表示，这些特性曲线包含了充电曲线、放电曲线、充放电循环曲线、温度曲线等。二次电池的安全性可以用特性的安全检测方式对其进行评估。二次电池可以反复使用，十分切合经济使用的原则。对于市场上二次电池的种类，大致可分为：铅酸(LA)电池、镍镉(NiCd)电池、镍氢(NiMH)电池和锂离子(Liion)电池。1. 二次电池的性能比较 二次电池间的性能比较见下表1-1电池类型工作电压(V)重量比能量(Wh/kg)体积比能量(Wh/L)循环次数记忆效应自放电率(%/月)铅酸电池2.0400600无3镍镉电池1.250150400500有1530镍氢电池1.26080240300500无2535锂离子电池3.61201403001000无25 表1-1 铅酸、镍镉、镍氢和锂离子电池的性能比较2.锂电池与镍氢电池、镍镉电池之间的区别(1)重量方面从每一个单元电池的电压来看，镍氢电池和镍镉电池是1.2V，而锂离子电池是3.6V，锂离子电池的电压是镍氢、镍镉电池的3倍。而且，同型电池的重量锂离子电池与镉镍电池几乎相等，镍氢电池却比较重。但锂离子电池因其端电压为3.6V，在输出同电池的情况下，单个电池组合时数目减少2/3从而使成型后的电池组重量与体积都减小。(2)记忆效应镍氢电池和镍镉电池不同，它没记忆效应。对镍镉电池来说，定期的放电管理是必要的。定期放电管理属于模糊状态下的被动管理，甚至是在镍镉电池荷电量不确切的情况下进行放电，这种烦琐的放电管理在使用镍镉电池时是没法避免的。相比较而言，锂离子电池没有记忆效应，使用非常方便，完全不用考虑电池残余电压的多少，就可直接对其进行充电，充电时间自动可以缩短。记忆效应是电池因为使用而使电池内容产生结晶的一种效应，一般都是长期不正确的充电方式导致的，它可使电池早衰，使电池无法进行有效的充电，出现一充就满、一放就完的现象。防止电池出现记忆效应的方法有，在充电前最好将电池剩余的电量放光，充电时记得要一次充满。一般镍镉电池容易出现记忆效应，所以充电时要特别注意；镍氢电池理论上没有记忆效应，但使用中最好也得注意，这也是许多充电器提供放电附加功能的原因。对于因为记忆效应而导致容量下降的电池，可以用一次充足再一次性放光的方法反复数次，大部分电池就可以修复。(3)自放电率自放电率又称电荷保持能力，是指电池在开路状态下，电池所储存的电量在一定条件下的保持能力。主要受电池制作工艺，材料，储存等因素影响。镍镉电池为15%30%，镍氢电池为25%35%，锂离子电池为2%5%。镍氢电池的自放电率最大，锂离子电池的自放电率最小。(4)充电方式锂离子电池易受到过充电、深放电以及短路的损害。单体锂离子电池的充电电压必须严格限制。充电速率(蓄电池的充电电流通常用充电速率C表示，C为蓄电池的额定容量，例如用2A的电流对1Ah电池充电，充电速率就是2C)通常不超过1C，最低放电电压为2.73.0V，如果再继续放电，就会损害电池。锂离子电池以恒流转恒压方式充电。采用1C充电速率充电到4.1V时，充电器此时立即转入恒压充电，充电电流逐渐减小；当电池充满电后，进入涓流充电过程。为避免过充电或过放电，锂离子电池不仅在内部设有安全机构，充电器也必须采取安全保护措施，以监测锂离子电池的充放电状态。3.课题研究的意义本课题研究的主要是锂离子电池的充电原理和充电控制。锂离子电池的充电设备需解决的问题有:(1)能进行充电前处理。(2)解决充电时间长、充电效率低的问题。(3)改善充电控制不合理，而造成过充、欠充等问题，提高电池的使用效率和使用寿命。(4) 通过加强单片机的控制，简化外围电路的复杂性，同时增加自动化管理设置，减轻充电过程的劳动强度和时间，从而使充电器具有更高的可靠性、更好的灵活性，且成本低。本课题研究的意义在于：(1)充分研究锂离子电池的充放电特性，寻找有效的充电及电池管理途径。(2)使充电设备具有完善的自诊断功能和适时处理功能。1.2 课题研究的主要工作 本文主要研究锂电池的充电方法，在此基础上进行系统设计和电路设计。第一章 绪论。首先叙述了课题研究的背景，还介绍了锂电池的特点和应用中存在的主要问题及课题研究的意义和要做的工作。第二章 电池的充电方法与控制技术。介绍了电池的充电方法和锂电池的快速充电终止的控制方法，确保在充电过程中不过充、不损坏电池。第三章 锂电池充电器电路设计。选择控制芯片进行介绍和比较。在此基础之上，对该电路的充电控制芯片进行选择、介绍与分析。第四章 通过C语言软件设计出锂电池快速充电器电路。第2章 电池的充电方法与充电控制技术2.1电池的充电方法与充电器2.1.1电池的充电方法1.恒流充电（1）恒流充电充电器的交流电源电压一般会波动，充电时需要用一个直流恒流电源(充电器)。当采用恒流充电时，可使电池具有较高的充电效率，可方便地依据充电时间来决定充电是否停止，也可以改变电池的数目。恒流电源充电电路如图2-1所示图2-1恒流电源充电电路(2)准恒流充电在准恒流充电电路中，通过直流电源与电池之间串联一个电位器，以增加电路内阻来产生恒定电流。电阻值可以依据充电末期的电流进行调整，使电流在电池的允许值范围内。因为结构简单、成本低廉，所以此充电电路被广泛应用于充电器中。准恒流充电电路如图2-2所示。图2-2准恒流充电电路2.恒压充电恒压充电是指每只单体电池都以某一恒定电压进行充电。当对电池进行恒定电压充电时，电池两端的电压决定了充电电流。恒压充电的充电初期电流较大，末期电流较小。充电电流会随着电压的波动而改变，所以充电电流的最大值应设置在充电电压最高时，防止电池过充电。另外，恒压充电的充电末期电压在达到峰值后会有所下降。电池的充电电流将变大，会导致电池温度升高。随着电池温度升高，电压下降，将会导致电池的热失控，有损电池的性能。恒压充电电路如图2-3所示。图2-3 恒压充电电路3.浮充方式在浮充方式中，电池用很小的电流(C/30C/20)进行充电，以便电池保持在满充状态。浮充方式广泛应用于备用电源或应急电源的电气设备中。常规浮充方式充电电路如图2-4所示。图2-4 浮充方式充电电路 4.涓充方式 电池与负载并联，同时电池与充电器相连接。一般情况下，直流电源作为负载的工作电源，并以涓充方式为电池充电，只有当负载变很大、直流电源端电压小于电池端电压或直流电源停止供电后，电池才对负载放电。在这种情况下，充电电流由使用模式决定。涓充方式通常使用在紧急电源、备用电源或电子表等不允许断电的场合。涓充方式的简单示意图下图2-5所示。图2-5 涓充方式的简单示意图5.分阶段充电方式在分阶段充电方式中，在电池充电的初始阶段充电电流较大。当电池电压达到控制点时，电池将转为以涓流方式充电。分阶段充电方式是电池目前最理想的充电方式，但缺点是充电电路复杂和成本高。而且需增设控制点的电池电压的监测电路。分阶段充电方式的简单示意图如图2-6所示。图2-6 分阶段充电的简单示意图 6.快速充电当用大电流短时间对电流充电时，需要电池电压检测和控制电路。该电路在电池充电末期实时检测电池电压和电池温度，并且依据检测参数控制充电过程。(1)电池电压检测在大电流充电末期，检测电池的电压，当电池电压达到设定值的时候，将大电流充电转换成小电流充电。这里采用小电流充电方式是为了确保电池充电容量。控制电路设置的充电截止电压一定要比充电峰值电压低。(2)V检测电池充电过程的充电电流是通过检测电池充电末期的电压降来进行控制的，V控制系统框图如图2-7所示。采用V控制系统的充电控制电路，当充电峰值电压确定后，若V检测电路检测的电压降达到设定值，控制电路将使大电流充电电路分断。电池的充电电流、电池电压和充电时间的关系如图2-8所示。图2-7 V控制系统框图图2-8 充电电池、电池电压和充电时间的关系 (3)电池温度检测电池在充电末期，电池负极会发生氧复合反应产生热量，使电池温度升高。由于电池温度升高将会导致充电电流增大，为了控制充电电流，可一在电池外壳上设置温度传感器或电阻等温度检测元件。当电池温度达到设定值时，电池充电电路会被切断。电池温度检测简图如图2-9所示，电池温度和充电时间的关系如图2-10所示图2-9 电池温度检测简图图2-10 电池温度和充电时间的关系2.1.2 充电器的要求和结构1.充电器的要求对充电器的要求是：安全，快速，省电，功能齐，使用简便，成本低。快速充电器(1C4C的充电器)的安全尤为重要，终止快速充电的检测方法要可靠、精确，防止过充电。另外，一些充电器集成电路还设有充电时间定时器来作为一种附加的安全措施。功能全的充电器一般具有电池电压检测功能。如果充电电池的电压大于终止放电电压，为了防止“记忆效应”的产生，应先放电至终止放电电压后，然后自动充电。先进行快速充电，到终止快速充电时自动转换为涓流充电，各个充、放电过程都有LED指示。功能较齐全的充电器还应具有充电率的设定、充电电池数的设定、涓流电流大小的设定、定时器时间的设定、充电前电池状态测定功能，并且可以依据电池的温度来选择充电参数。当充电电流较小时可采用线性电源，充电电流较大时采用开关电源，它既可以省电又能解决电池发热的问题，并有可能由市电直接整流经ACDC变换获得低压直流电，可以省去笨重的工频变压器。2.充电器的结构框图较早的充电器是没有处理器的,它主要由充电器集成电路和电源部分组成，它的内部结构较复杂，引脚也较多。一般的功能较完善的充电器结构框图如图2-11 AA线右边所示。图2-11 充电器结构框图2.1.3 单片机控制的充电器的优点目前，市场上有很多的电池管理芯片，对于充电器开发的电池充电管理芯片业很多，可以直接使用这些芯片进行充电器的设计。但是，充电器实现的方式不同导致其充电效果也不同。因为采用大电流的快速充电法，所以在电池充满后如不及时停止会使电池发烫，过充会损害电池的寿命。一些低成本的充电器采用电压比较法，为了防止过充一般充电到90%就停止大电流快充，采用小电流涓流补充充电。一般的情况下，为了使电池充电充分，容易造成过充，表现为有些充电器在充电结束时电池发烫，如若电池在充电后期明显发烫一般说明电池已过充。设计比较科学的充电器采用专业充电控制芯片，具备业界公认较好的V检测，可以检测出电池充电饱和时发出的电压变化信号，能比较精确地结束充电工作。这些芯片往往具备了充电过程控制，加上单片机对充电后的功能，如图2-11所示。还可加入关断电源、蜂鸣报警和LED显示等，就能完成一个比较实用的充电器。2.2充电控制技术2.2.1 快速充电器的介绍快速充电器的特点是对充电电池采用大电流充电。常用的充电电流值为0.32小时率电流。小时率电流值是由公式C(Ah)/t(h)规定的，其中C代表电池额定容量，t代表时间。例如用1小时率电流对5号锂电池快速充电，0.5(Ah)1(h)500(mA)，即采用500mA的充电电流，而一般慢速充电，选用10小时率电流。性能完善的快速充电器原理图如图2-12所示：图2-12 快速充电器原理框图主控电路的类型如下：(1)定时型对电池进行定时充电时，主控电路采用定时电路，定时时间可由充电电流决定。定时主控电路常设置不同的时间以控制不同的小时率电流对电池按时间分档充电，使用起来很方便。因为定时器制作容易，所以常用它自制定时快速充电器。自制时，为了确保充电安全，最好选用5小时率的电流充电。(2)电压峰值增量V型有的可充电电池在充电时端电压随着充电时间的增长而变大，但充足电后端电压又开始下降。设计主控电路时，利用该特性能监测到电池电压出现峰值之后的微量下降，以控制充电结束，达到自动充电的目的。这也称为V法。由于这种控制电路比较复杂，所以不适于自制。(3)其他主控电路主控电路除了上面两种以外，还有温度监测和脉宽调制(PWM)控制电路。温度监测常用热敏电阻监测电池温度。当电池温度高于设定值时，立即停止快速充电，即使电池温度下降后，充电器也不会启动工作。只有它复位后，才能启动再次快速充电。2.2.2 快速充电终止控制方法充电控制技术是充电器系统中软件设计的核心部分。依据充电电池的原理，将锂电池的电压曲线分成三个阶段，如下图2-13所示。图2-13 锂电池的充电特性由于锂电池的最佳充电过程无法用单一量实现，在这三个阶段应分别用不同的控制方式。具体为:进入BC阶段之前，电池电量基本用完，此时采用恒定的小电流充电。当进入BC阶段时，如果还采用恒流充电，电流过大就会损坏电池，电流过小就会使充电时间变长，根据电压变化情况控制充电电流，使电池充电已满，如果此时停止充电，电池就会自放电。为防止自放电现象得发生，必须采用浮充维护充电方式，用小电流进行涓流充电。在恒流充电状态下，不断检测电池端电压，当电池电压达到饱和电压时，恒流充电状态将终止，自动进入恒压充电状态；恒压充电时，保持充电电压不变。由于电池内阻不断变大，导致充电电流不断下降，当充电电流下降到恒流状态下充电电流的1/10时，终止恒压充电，进入浮充维护充电阶段。电池在充满后，如果不能及时停止充电，电池的温度将会迅速上升。温度的升高将加速板栅腐蚀速度及电解液的分解，会使缩短电池寿命、容量下降。为了保证电池充足电而又不过充电，可以采用定时控制、电压控制和温度控制等多种方法来终止充电。(1)定时控制定时控制适用于恒流充电。采用恒流充电法时，依据电池的容量和充电电流，能很容易的确定所需要的充电时间。充电的过程中，达到预定的充电时间后，定时器会发出信号，使得充电器迅速停止充电或者将充电电流迅速转换成浮充维护充电电流，这样可以避免电池长时间大电流过充电。这种控制方法较简单，但也有缺点：充电前，电池的容量不能准确知道，而且电池和一些元器件的发热使充电电能有一定量的损失，实际的充电时间很难确定。而该方法充电时间是固定的，不能依据电池充电前的状态而自动调整，会使有的电池可能充不足电，有的电池过充电，所以，只有充电速率小于0.3C时，才会采用这种方法。(2)电池电压控制在电压控制法中，最容易检测的是电池的最高电压值。常用的电压控制法如下：最高电压(VMAX)：从充电特性曲线能看出，电池电压达到最大值时，电池此时充足电。充电过程中，当电池电压达到规定值后，应立即停止快速充电。这种控制方法的缺点是：电池充足电的最高电压会随环境温度、充电速率而变，而且电池组中各单体电池的最高充电电压也会有差别，所以采用这种方法不可能非常准确地判断电池是否充满电。电压负增量(V)：由于电池电压的负增量和电池组的绝对电压无关，而且不受环境温度和充电速率等因素影响，所以可以比较准确地判断电池是否充满电。而这种控制方法的缺点有：电池充足电之前，也有可能出现局部电压下降的情况，使电池在未充足电时，由于检测到了负增量而停止快充；镍镉电池充足电后，电池电压要经过较长时间，才出现负增量，此时过充电较严重，此时电池的温度较高，对电池有所损害。所以这种控制方法主要适用于镍镉电池。电压零增量(V)：锂电池充电器中，为了避免等待出现电压负增量的时间过久而损坏电池，通常采用0V控制法。这种方法的缺点是：未充足电以前，电池电压会在某一段时间内可能变化较小，如果此时误认为0V出现而停止充电，会造成误操作。为此，目前大多数锂电池快速充电器都采用高灵敏0V检测，当电池电压略有降低时，立即停止快速充电。(3)电池温度控制为了避免损坏电池，电池温度上升到一定数值后，必须立即停止快速充电。常用的温度控制方法如下：最高温度(TMAX)：充电过程中，通常当电池温度达到40时，应立刻停止快速充电，否则就会损害电池。电池的温度可通过与电池装在一起的热敏电阻来检测。这种方法的缺点是热敏电阻的响应时间较长，温度检测有一定滞后。温度变化率(T/t)：充电电池在充电的过程中温度都会发生变化，在充足电后，电池温度迅速上升，而且上升速率T/t基本相同，当电池温度每分钟上升1时，应当立即终止快速充电。这里要说明的是，由于热敏电阻的阻值与温度关系是非线性的，所以为了提高检测精度应设法减小热敏电阻非线性的影响。采用温度控制法时，由于热敏电阻响应时间较长，再加上环境温度的影响，所以不能准确的检测电池的充足电状态。(4)综合控制法以上各种控制方法各有其优缺点：因为存在电池个体的差异和个别的特殊电池，若只采用一种方法，就会很难保证电池有高质量的充电。为了保证在任何情况下均能可靠的检测电池的充足电状态，可采用具有定时控制、温度控制和电池电压控制功能的综合控制法。依据定时控制、温度控制、最高电压控制等单独作为终止条件使用的局限性，有的系统中锂电池的充电终止也采用综合控制法。锂电池是以零增量检测为主，时间、温度和电压检测为辅的方式。系统在充电过程检测有无零增量(V)出现，作为判断电池已充满的正常标准，同时判断充电时间、电池温度及端电压，是否已超过预先设定的保护值作为辅助的检测手段。当电池电压超过检测门限时，系统会检测有无零增量出现，若出现V，就会认为电池正常充满，进入浮充维护状态；在充电过程中，系统会一直判断充电时间、电池温度及端电压是否已经到达或超过了充电保护条件。若其中有一个条件满足，系统会终止现有充电方式，进入浮充维护状态。第3章 锂电池充电器硬件设计 3.1 单片机电路部分1.AT89C51AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROMFalsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。AT89C2051是一种带2K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机的可擦除只读存储器可反复擦除1000次。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，AT89C2051是它的一种精简版本。AT89C系列单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。结构如下图所示：（1）主要特性：与MCS-51 兼容4K字节可编程FLASH存储器 寿命：1000写/擦循环数据保留时间：10年全静态工作：0Hz-24MHz三级程序存储器锁定1288位内部RAM32可编程I/O线两个16位定时器/计数器5个中断源可编程串行通道低功耗的闲置和掉电模式片内振荡器和时钟电路（2）特性概述：AT89C51 提供以下标准功能：4k字节Flash闪速存储器，128字节内部RAM，32 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，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。同时，AT89C51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它所有部件工作直到下一个硬件复位。（3）管脚说明：VCC：供电电压。GND：接地。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P0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FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须接上拉电阻。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口作为低八位地址接收。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，如下表所示：口管脚 备选功能P3.0 RXD（串行输入口）P3.1 TXD（串行输出口）P3.2 /INT0（外部中断0）P3.3 /INT1（外部中断1）P3.4 T0（计时器0外部输入）P3.5 T1（计时器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：复位输入。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。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），不管是否有内部程序存储器。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：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。XTAL2：来自反向振荡器的输出。振荡器特性:XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器可以配置为片内振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。(4)芯片擦除整个PEROM阵列和三个锁定位的电擦除可通过正确的控制信号组合，并保持ALE管脚处于低电平10ms 来完成。在芯片擦操作中，代码阵列全被写“1”且在任何非空存储字节被重复编程以前，该操作必须被执行。此外，AT89C51设有稳态逻辑，可以在低到零频率的条件下静态逻辑，支持两种软件可选的掉电模式。在闲置模式下，CPU停止工作。但RAM，定时器，计数器，串口和中断系统仍在工作。在掉电模式下，保存RAM的内容并且冻结振荡器，禁止所用其他芯片功能，直到下一个硬件复位为止。串口通讯单片机的结构和特殊寄存器，这是你编写软件的关键。至于串口通信需要用到那些特殊功能寄存器呢，它们是SCON，TCON，TMOD，SCON等，各代表什么含义呢？SBUF数据缓冲寄存器这是一个可以直接寻址的串行口专用寄存器。有朋友这样问起过“为何在串行口收发中，都只是使用到同一个寄存器SBUF？而不是收发各用一个寄存器。”实际上SBUF包含了两个独立的寄存器，一个是发送寄存，另一个是接收寄存器，但它们都共同使用同一个寻址地址99H。CPU 在读SBUF时会指到接收寄存器，在写时会指到发送寄存器，而且接收寄存器是双缓冲寄存器，这样可以避免接收中断没有及时的被响应，数据没有被取走，下一帧数据已到来，而造成的数据重叠问题。发送器则不需要用到双缓冲，一般情况下我们在写发送程序时也不必用到发送中断去外理发送数据。操作SBUF寄存器的方法则很简单，只要把这个99H 地址用关键字sfr定义为一个变量就可以对其进行读写操作了，如sfr SBUF = 0x99;当然你也可以用其它的名称。通常在标准的reg51.h 或at89x51.h 等头文件中已对其做了定义，只要用#include 引用就可以了。SCON串行口控制寄存器通常在芯片或设备中为了监视或控制接口状态，都会引用到接口控制寄存器。SCON 就是51 芯片的串行口控制寄存器。它的寻址地址是98H，是一个可以位寻址的寄存器，作用就是监视和控制51 芯片串行口的工作状态。51 芯片的串口可以工作在几个不同的工作模式下，其工作模式的设置就是使用SCON寄存器。它的各个位的具体定义如下：SM0 SM1 SM2 REN TB8 RB8 TI RISM0、SM1 为串行口工作模式设置位，这样两位可以对应进行四种模式的设置。串行口工作模式设置。SM0 SM1 模式 功能波特率0 0 0 同步移位寄存器fosc/120 1 1 8位UART 可变1 0 2 9位UART fosc/32 或fosc/641 1 3 9