含Flash存储器，S表示含有串行下载Flash存储器。AT89S51的性能参数为：Flash存储器容量为4KB、16位定时器2个、中断源6个（看门狗中断、接收发送中断、外部中断0、外部中断1、定时器0和定时器1中断）、RAM为128B、14位的计数器WDT、IO口共有32个。
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CPU接口设计
CPU接口部分包括传感器部分、传动驱动部分、人机交互界面三部分。示意图如下所示：（电磁铁）（行程开关）
传感器
前向通道
AT89S51
（步进电机）后向通道
传动驱动
（键盘、LED）
人机界面
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f图31CPU外部接口示意图AT89S51要完成的任务：（1）将行程开关的状态读入CPU，通过中断进行处理，它的优先级别最高。（2）通过程序实时控制电机和电磁铁的运行。（3）接受键盘中断指令，并响应指令，将当前行程开关状态和键盘状态反应到LED上，实现人机交互作用。由于AT89S51只有P1口和P3口是准双向口，但P3口主要以第二功能为主，并且在系统中要用到第二功能的中断口，因此要进行IO扩展。考虑到电路的简便性和可实现性，实际中采用内部自带锁存器的8155，所以AT89S51的IO口线分配如下：（1）P10P15控制XY两个方向步进电机的A、B、C线圈通电，形成AABBBCCCAA三相六拍正转模式和AACCCBBBAA的反转模式。（2）P16口输出控制电磁铁的吸合。（3）P32和P33两个中断源中INT0优先级最高，它读入行程开关的状态并触发中断；INT1读入点动、复位、圆弧插补开关的状态而触发中断。（4）P00P07外部IO扩展的数据读取。（5）P27和P26决定8155的PA、PB、PC口的地址。
X步进电机Y步进电机电磁铁
驱动1驱动2驱动3外部中断1
P10P12P00P07P13P15P16P32P33P27
AD0AD7PA口
CE
PB口
键盘外部中断2P26IOMPC口AT89S518155
图32AT89S51控制系统图PB口接LED反映当前运行的8个状态：X禁止、X禁止、Y禁止、Y禁止、手动X运行、手动X运行、手动Y运行、手动Y运行。PA口低四位反映触发中断1的4个行程开关的状态。PC口低6位反映了触发中断2的手动X运行、手动X运行、手动Y运行、手动Y运行、复位（RST）、圆弧插补6个开关的状态。
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f32
驱动系统
传动驱动部分包括步进电机的驱动和电磁铁的驱动，步进电机须满足快速急停、定位和退刀时能快速运行、工作时能带动工作台并克服外力（如切削力、摩擦力）并以指令的速度运行。在定位和退刀时电磁铁吸合使绘笔抬起，绘图时能及时释放磁力使笔尖压下。
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步进电机驱动电路和工作原理
步进电机的速度控制比较容易实现，而r