【正文】 是嵌入式系統(tǒng)的獨立發(fā)展之路。其向MCU階段發(fā)展的重要因素，便是尋求應(yīng)用系統(tǒng)在芯片上的最大化解決；所以，從此專用單片機的發(fā)展便自然形成了SoC化趨勢。目前來說，隨著微電子技術(shù)、IC設(shè)計技術(shù)、EDA工具技術(shù)的發(fā)展，基于SoC的單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計會面臨著較大的發(fā)展。因此，對單片機的理解可以從單片微型計算機、單片微控制器延伸到單片應(yīng)用系統(tǒng)。三、單片機的分類 被人熟知的51系列的單片機最早是由Intel公司推出，主要是8031和8051系列。而后來Atmel公司AT89系列單片機就是在以8051的內(nèi)核。其中AT89C5AT89C5AT89S5AT89S5AT89S8252等系列單片機都與8051系列單片機完全兼容，包括指令功能也是一樣的。但是在此基礎(chǔ)上，AT89系列的單片機則是在8051的功能上做了一系列的擴展，例如AT89S系列都支持ISP功能，AT89S5AT89S8252增加了內(nèi)部WDT功能，增加了一個定時器等功能等等。因此為了便于學(xué)習(xí)，Atmel還推出了8051指令完全一樣的AT89C205AT89C4051等單片機，此類單片機便可以看作精簡型的8051單片機。這類單片機比較適合初學(xué)者的需要。AVR的單片機同樣也是Atmel公司的產(chǎn)品，最早的便是AT90系列單片機，但是現(xiàn)在非常多的AT90單片機都轉(zhuǎn)型給了Atmega系列和Attiny系列，AVR單片機最大的特點是精簡指令型的單片機，執(zhí)行速度非常快。PIC單片機是Microchip公司的產(chǎn)品，它同AVR些列單片機一樣，也是一種精簡指令型單片機，指令數(shù)量比較少且很簡單，中檔的PIC系列單片機僅有35條指令而已，低檔的僅有33條指令。但是如果使用匯編語言編寫PIC單片機的程序有一個非常致命的弱點就是PIC中低檔單片機里有一個翻頁的概念，編寫匯編程序比較麻煩。對于初學(xué)單片機的人一般是選51系列的單片機，比如說Intel公司的8051系列，Atmel的AT89系列，STC公司的51系列等等都可以算是51系列單片機。這些單片機的指令系統(tǒng)是一樣的?？刹榈男酒Y料也是最多。而且對于學(xué)習(xí)8051類型片除了應(yīng)用簡單以外還有一個好處就是它屬于CISC（復(fù)雜指令集）結(jié)構(gòu)型單片機。指令系統(tǒng)非常完全，利用匯編語言寫程序也比較簡單易懂。而且它也有keilC51的C編譯器。因此可以利用C語言來寫程序。四、單片機的應(yīng)用領(lǐng)域目前單片機滲透到我們生活的各個領(lǐng)域，如導(dǎo)彈的導(dǎo)航裝置，飛機上的各類儀表的控制，通信網(wǎng)絡(luò)終端與數(shù)據(jù)傳輸，工業(yè)自動化過程的實時控制和數(shù)據(jù)采集處理，并且現(xiàn)在被廣泛使用的各類智能IC卡，汽車安全保障系統(tǒng)，錄像機、攝像機、自動洗衣機的控制，以及遙控玩具、電子類玩具和寵物等等，這些都離不開單片機。更不用說高科技自動控制領(lǐng)域的機器人、智能儀表、醫(yī)療器械了。 單片機技術(shù)應(yīng)用于儀器儀表、家用電器、醫(yī)用設(shè)備、航空航天、專用設(shè)備的智能化管理及過程控制等領(lǐng)域，其應(yīng)用類別大致可分如下幾個范疇：①各類智能儀器儀表上的應(yīng)用②在工業(yè)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用③在各種家用電器中的應(yīng)用④在計算機網(wǎng)絡(luò)和通信網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域中的應(yīng)用 ⑤單片機在醫(yī)用設(shè)備和制藥領(lǐng)域中的應(yīng)用此外，單片機還在金融、科研、教育、航空航天等領(lǐng)域都有著十分普遍的用途。第二節(jié) 單片機的選型如今市場上的單片機種類繁多，其功能也各不相同。在滿足本次設(shè)計的基本要求前提下我們要綜合考慮單片機的價格、體積、抗干擾性和可靠性等條件，選擇合適的單片機來完成本次設(shè)計。綜合上訴條件，如今市面上比較適合的單片機有51系列與STC系列兩種。80C51單片機雖然應(yīng)用普遍，可用工具多，易上手，價格低等優(yōu)點，但是8051單片機不適合做一些簡單的課題設(shè)計。STC系列雖然功耗低，抗干擾能力較好，支持在線下載程序、精簡指令集，可靠性高，所以一般來說，比較適合民用單片機設(shè)計。由此可見，STC系列已經(jīng)成為事實上的單片機主流系列，所以，本次設(shè)計選擇STC89C52單片機來完成。一、STC89C52的基本結(jié)構(gòu)： STC89C52的基本結(jié)構(gòu)，STC89C52單片機[4]主要由以下部分組成：①CPU(微處理器)STC89C52單片機中有一個8位的CPU，包括了運算器和放大器兩大部分，具有面向控制的處理功能，不僅可以處理字節(jié)數(shù)據(jù)，還可以進(jìn)行位變量的處理。②數(shù)據(jù)存儲器(RAM) 數(shù)據(jù)存儲器用來存儲單片機運行期間的工作變量、運算的中間結(jié)果、數(shù)據(jù)暫存和緩沖、標(biāo)志位等等。片內(nèi)為128B，片外最多可外擴64KB；片內(nèi)的128B的RAM，以高速RAM的形式集成在單片機內(nèi)，可以加快單片機的運行速度，并且這種結(jié)構(gòu)的RAM還可以降低功耗。③程序存儲器(ROM/EPROM)用來存儲程序，8031無此部件；80C51為4KB的ROM；8751為4KB的EPROM。如果片內(nèi)只讀存儲器的容量不夠，則需用擴展片外只讀存儲器，片外最多可擴展至64KB。④中斷系統(tǒng)具有5個中斷源，2級中斷優(yōu)先權(quán)。⑤定時器/計數(shù)器片內(nèi)有2個16位的定時器/計數(shù)器，具有4種工作方式。⑥串行口1個全雙工的串行口，具有4種工作方式。可用來進(jìn)行串行通信，擴展并行I/O口，甚至與多個單片機相連構(gòu)成多機系統(tǒng)，從而使單片機的功能更強且應(yīng)用更廣。⑦I/O口4個并行的I/O口。⑧特殊功能寄存器(SFR)特殊功能寄存器共有21個，用于CPU對片內(nèi)各功能部件進(jìn)行管理、控制、監(jiān)視。實際上是片內(nèi)各功能部件的控制寄存器和狀態(tài)寄存器，是一個具有特殊功能的RAM區(qū)。由上可見，STC89C52單片機的硬件結(jié)構(gòu)具有功能部件種類全，功能強等特點。特別值得一提的是CPU中的位處理器，它實際上是一個完整的1位微計算機，這個1位微計算機有自己的CPU、位寄存器、I/O口和指令集。1位機在開關(guān)決策、邏輯電路仿真、工業(yè)控制方面非常有效；而8位機在數(shù)據(jù)采集，運算處理方面有明顯的長處。80C51單片機中8位機和1位機的硬件資源復(fù)合在一起，二者相輔相成，他是單片機技術(shù)上的一個突破，這也是80C51在設(shè)計上的精美之處。二、STC89C52單片機的封裝和引腳STC89C52系列單片機[9]采用雙列直插式(DIP).QFP44(Quad Flat Pack)和LCC(Leaded Chip Caiier)形式封裝。這里僅介紹常用的總線型DIP40封裝。 STC89C52單片機的引腳圖40個引腳按引腳功能大致可分為4個種類：電源、時鐘、控制和I/O引腳①電源引腳Vcc：接+5V電源。Vss：接地。②時鐘引腳兩個時鐘引腳XTALXTAL2外接晶體與片內(nèi)的反相放大器構(gòu)成了1個振蕩器，它為單片機提供了時鐘控制信號。兩個時鐘引腳也可以外接獨立的晶體振蕩器。XTAL1：接外部晶體的一個引腳。該引腳內(nèi)部是一個反相放大器的輸入端。這個反向放大器構(gòu)成了片內(nèi)振蕩器。如果采用外接晶體振蕩器時，此引腳應(yīng)接地。XTAL2：外部晶體的另一端，在該引腳內(nèi)部接至內(nèi)部反相放大器的輸入端。若采用外部時鐘振蕩器時，該引腳接收時鐘振蕩器的信號，即把此信號直接接到內(nèi)部時鐘放生器的輸入端。③控制引腳RST/VPD：RST(RESET)是復(fù)位信號輸入端，高電平有效，單片機運行時在此引腳上加持續(xù)時間大于兩個機器周期的高電平，就可以完成復(fù)位操作。VDP為本引腳的第二功能，即備用電源的輸入端，當(dāng)主電源VCC發(fā)生故障，降低到某一規(guī)定值的低電平時，將+5V的電源自動接入RST端，為內(nèi)部RAM提供備用電源，從而使單片機在復(fù)位后能繼續(xù)正常運行。ALE/PROG：ALE引腳輸出為地址鎖存器允許信號，當(dāng)單片機正常工作后，ALE引腳不斷輸出正脈沖信號。當(dāng)單片機訪問外部存儲器時，ALE輸出信號的負(fù)跳沿用于單片機發(fā)出的低8位地址經(jīng)外部鎖存器鎖存的鎖存控制信號。PROG為該引腳的第二功能，在對片內(nèi)EPROM型單片機編程寫入時，此引腳作為編程脈沖輸入端。PSEN：程序存儲器允許輸出控制端。在單片機訪問外部程序存儲器時，此引腳輸出脈沖負(fù)跳沿作為讀外部程序存儲器的選通信號。EA/VPP：EA功能為內(nèi)外程序存儲器選擇控制端。當(dāng)EA引腳為高電平時，單片機訪問片內(nèi)程序存儲器，EA引腳為低電平時，單片機則只訪問外部程序存儲器。VPP為該引腳的第二功能。在對EPROM型單片機8751片內(nèi)EPROM固化編程時，用于施加較高的編程電壓。對于80C51單片機，則加在VPP引腳的編程電壓為+12V或+5V。④I/O口引腳STC89C52共有4個8位并行I/O端口：P0、PPP3口，共32個引腳。P1口、P2口、P3口是三個8位準(zhǔn)雙向的I/O口，各口線在片內(nèi)均有固定的上拉電阻。當(dāng)這三個準(zhǔn)雙向I/O口作輸入口使用時，要向該口先寫1，準(zhǔn)雙向I/O口無高阻的“浮空”狀態(tài)。另外P3口還具有第二功能，用于特殊信號輸入輸出和控制信號（屬控制總線）。而雙向口P0口線內(nèi)無固定上拉電阻，由兩個MOS管串接，既可開漏輸出，又可處于高阻的“浮空”狀態(tài)，故稱為雙向三態(tài)I/O口。三、STC89C52單片機的時鐘STC89C52單片機各部件的運行都是以時鐘控制信號為基準(zhǔn)，時鐘頻率直接影響單片機的速度，時鐘電路的質(zhì)量也直接影響單片機系統(tǒng)的穩(wěn)定性。常用的時鐘電路設(shè)計有兩種方式，一種是內(nèi)部時鐘方式，另一種是外部時鐘方式。①內(nèi)部時鐘方式STC89C52單片機內(nèi)部有一個用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器，該高增益反相放大器的輸入端為芯片引腳XTAL1，輸出端為引腳XTAL2，這兩個引腳跨接石英晶體振蕩器和微調(diào)電容，就構(gòu)成一個穩(wěn)定的自激振蕩器，： STC89C52內(nèi)部時鐘方式電路該電路中電容Cl和C2的值通常選擇為30pF左右；Cl、C2對頻率有微調(diào)作用，～12MHz之間選擇。為了減小寄生電容，更好地保證振蕩器穩(wěn)定、可靠地工作，振蕩器和電容應(yīng)盡可能安裝得與單片機引腳XTALl和XTAL2靠近。②外部時鐘方式外部時鐘方式是使用外部振蕩器產(chǎn)生的脈沖信號，常用于多單片機同時工作，以便于多單片機之間的同步，一般為低于12MHz的方波。外部的時鐘源直接連到XTAL1端，XTAL2端懸空。 STC89C52外部時鐘方式電路四、STC89C52單片機的復(fù)位復(fù)位是單片機的初始化操作。單片機系統(tǒng)在上電啟動運行時，都需要先復(fù)位。其作用是使CPU和系統(tǒng)中其他部件都處于一個確定的初始狀態(tài)，并從這個狀態(tài)開始工作，因而，復(fù)位是一個很重要的操作方式。但單片機本身是不能自動進(jìn)行復(fù)位的，必須配合相應(yīng)的外部復(fù)位電路才能實現(xiàn)。單片機的外部復(fù)位電路通常采用上電自動復(fù)位和按鈕復(fù)位兩種方式。上電自動復(fù)位是通過外部復(fù)位電路的電容充電來實現(xiàn)的。，當(dāng)電源接通時只要Vcc的上升時間不超過1ms，就可以實現(xiàn)自動上電復(fù)位。圖中給出了復(fù)位電路參數(shù)。 上電復(fù)位電路 除了上電復(fù)位外，單片機有時還需要按鍵手動復(fù)位。按鍵手動復(fù)位是通過RST端經(jīng)電阻與電源Vcc接通而實現(xiàn)的。上電瞬間RST引腳獲得高電平，隨著電容的充電，RST引腳的高電平將逐漸下降。RST引腳的高電平只要能保持足夠的時間（2個機器周期），單片機就可以進(jìn)行復(fù)位操作。該電路典型的電阻值和我電容參數(shù)為：晶振為12MHZ，電容值為10uF。 按鍵復(fù)位電路復(fù)位時，ALE和PSEN成輸入狀態(tài)，即ALE=PSEN= 1，片內(nèi)RAM不受復(fù)位影響。復(fù)位后，P0～P3口輸出高電平且使這些雙向口皆處于輸入狀態(tài)，并將07H寫入堆棧指針SP，同時將PC和其余專用寄存器清0。此時，單片機從起始地址0000H開始重新執(zhí)行程序。所以，單片機運行出錯或進(jìn)入死循環(huán)時，可使其復(fù)位后重新運行。初始復(fù)位不改變RAM(包括工作寄存器R0～R7)的狀態(tài)。(表中“x”為不定數(shù)) 寄存器復(fù)位狀態(tài)寄存器復(fù)位狀態(tài)PC0000HTMOD00HACC00HTCON00HB00HTH000HBSW00HTL000HSP07HTH100HDPTR0000HTL000HP0～P3FFHSCON00HIPxx000000BSBUFxxxxxxxxBIE0x000000BPCON0xxx0000B第三節(jié) 時鐘芯片現(xiàn)在市場上出現(xiàn)了越來越多的電子時鐘芯片，并且都具有各自的特點和優(yōu)勢，下面簡單介紹幾種常見的實時時鐘芯片的資料，并從中選擇并完成設(shè)計時鐘芯片的選型工作。一、S3530A實時時鐘芯片S3530A實時時鐘芯片是一款支持總線的CMOS實時時鐘芯片，它根據(jù)CPU傳送來的數(shù)據(jù)信息設(shè)置時鐘和日歷。此芯片是通過兩線式與CPU連接，并且有兩個中斷報警系統(tǒng)，這樣便可以大大減少CPU的軟件部分的工作。當(dāng)振蕩電路工作恒定電壓時，此芯片功耗非常小。此類芯片封裝有8腳DIP和8腳SSOP兩種封裝形式。實時時鐘芯片S3530A具有如下特性：①低功耗：②工作電壓范圍：~③年、月、日、星期、時、分、秒的BCD碼輸入/輸出④內(nèi)部置有電壓檢測電路⑤內(nèi)部置有穩(wěn)壓電路⑥內(nèi)部置有上電/掉電檢測電路⑦內(nèi)部置有報警中斷（雙系統(tǒng)）⑧可設(shè)固定終端頻率/時間⑨內(nèi)部置有32KHz石英晶體振蕩電路⑩8腳DIP和8腳SSOP封裝實時時鐘芯片S3530A的應(yīng)用：①移動電話②IC卡系統(tǒng)③各種呼機③電視與VCR④游戲二、DS1302涓流充電時鐘保持芯片DS1302時鐘芯片是美國DALLAS公司推出的一種高性能、低功耗、帶RAM的集成實時時鐘電路，它可以對年、月、星期、日、時、分、秒進(jìn)行計時，同時還具有閏年補償功能，～。其采用三線接口與CPU進(jìn)行同步通信，并可采用突發(fā)方式一次傳送多個字節(jié)的時鐘信號或RAM數(shù)據(jù)。DS1302內(nèi)部置有一個318的用于臨時性存放數(shù)據(jù)的RAM寄存器。DS1302是DS1202的升級產(chǎn)品，與DS1202兼容，但增加了主電源/后背電源雙電源引腳，同時提供了對后背電源進(jìn)行涓細(xì)電流充電的能力。DS1302的特性：①實時時鐘（RTC）計秒、分、時、日期、月、星期和年，并且?guī)чc年，有效補償?shù)?100年 ②31字節(jié)、電池備份的、非