【正文】 、報警模塊、時鐘模塊、按鍵模塊。下面對各個模塊的設計方案逐一進行論證分析。 本系統(tǒng)結構如圖 21所示， 圖 21系統(tǒng)結構框圖 （一） 主控模塊 目前，在自動控制中，一般有三種選擇，分別是嵌入式微機、 DSP（ Digital Signal Processor，數(shù)字信號處理器）和單片機。單片機最明顯的優(yōu)點 是價格便宜，從幾元人民幣到幾十元人民幣。這是因為這類芯片的生產(chǎn)量很大，技術也很成熟。其次，單片機的體積也遠小于其他兩種方案。單片機本身一般用 40引腳封裝，當然功能多一些的單片機也有引腳比較多的，如 68引腳，功能少的只有 10 多個或 20多個引腳，有的甚至只有 8只引腳。 當然，單片機無論在速度還是容量方面都小于其他兩種方案，但是在實際工作中并不是任何需要計算機的場合都要求計算機有很高的性能。例如，控制電冰箱的控制器就不需要使用嵌入式系統(tǒng)，用一片 52單片機就可以輕松實現(xiàn)。所以應用的關鍵是看能否夠用，是否有很好的性能 價格比。 52系列的單片機是 51 系列單片機的增強型已經(jīng)面世多年，依然沒有被淘汰，還在不斷發(fā)展中，這就說明是他有廣闊的應用前景。 本系統(tǒng)采用單片機為控制核心， 單片機是一種集成在電路芯片，是采用超大規(guī)模集成電路技術把具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器 CPU隨機存儲器 RAM、只讀存儲器 ROM、多種 I/O口和中斷系統(tǒng)、定時器 /計時器等功能（可能還包括顯示驅動電路、脈寬調(diào)制電路、模擬多路轉換器、 A/D轉換器等電路）集成到一塊硅片上構成的一個小而完善的計算機系統(tǒng)。 主要是單片機的特點 : （ 1） 集成度高、體積小。單片機、 CPU、存儲器、 I/O 接口等各種功能部件集成在一塊晶體芯片上，體積小，節(jié)省空間。能靈活，方便地應用于各種智能化的控制設備和儀器，實現(xiàn)機電一體化。 （ 2） 可靠性高，抗干擾性強。 單片機把各種功能部件集成在一塊芯片上，內(nèi)部采用總 5 線結構，減少了各芯片之間的連線，大大提高了單片機的可靠性與抗干擾能力。另外，其體積小，對于強磁場環(huán)境易于采取屏蔽措施，適合在惡劣環(huán)境下 （ 3） 低功耗。許多單片機的工作電壓只有 2～ 4 伏特，電流幾百微安，功耗很低，適用于便 攜式系統(tǒng) （ 4） 控制功能強。 CPU 可以對 I/O 端口直接進行操作，可以進行位 操作、分支轉移操作，還能方便地實現(xiàn)多機控制，使整個系統(tǒng)的控制效率大為提高，適用于專門的控制領域。 （ 5） 可擴展性好。單片機具有靈活方便的外部擴展總線接口，使得當片內(nèi)資源不夠使用時可以非常方便地進行片外擴展。另外，現(xiàn)在單片機具有越來越豐富的通信接口：如異步串行口 SCI、同步串行口 SPI、 I2C、 CAN 總線、甚至有的單片機還集成了 USB 接口或以太網(wǎng)接口，這些豐富的通信接口使得單片機系統(tǒng)與外部計算機系統(tǒng)的通信變得非常容易。 （ 6） 性價比高 單片機應用廣泛，生產(chǎn)批量大，產(chǎn)品供應商的商業(yè)競爭使得單片機產(chǎn)品的性 能越來 越強而價格低廉，有優(yōu)異的性能價格比。 方案一：我們選用市場最常見的 AT89S52 單片機為此設計的核心部分， AT89S52 單片機是 低功耗，高性能 CMOS 8 位單片機，片內(nèi)含 8K bytes 的可系統(tǒng)編程的 Flash 只讀程序存儲器， 器件采用高密度，非易失性存儲技術生產(chǎn)，兼容標準 8051 指令系統(tǒng)及引腳。它集 Flash 程序 存儲器，既可在線編程（ ISP）也可用傳統(tǒng)方法進行編程及通用 8 位微處理器于單片芯片中， 功能強大，低價 AT89S52 單片機可靈活應用于各種控制領域。 方案二：采用凌陽的 SPCE061A 單片機作為控制器。 SPCE061A 凌陽單片機具有強大的十六位微處理器， 32 個 I/O 口； 32K flash 存儲空間，具有掉電不丟失的優(yōu)點；口輸出 PWM 控制信號。它具有體積小、集成度高、可靠性高且易于擴展的特點。 但是，凌陽的 SPCE061A 單片機性價比較低，由于其占用的 CPU 較多而使得凌陽單片機同時處理其他任務的速度和能力降低。綜合考慮方案一為本次設計最佳方案，所以我們選擇方案一。 （二）顯示模塊 顯示器是人與機器溝通重要的界面。顯示器的 發(fā)展走到今天，從單色到彩色，從模糊到清晰，從小到大，歷經(jīng)無數(shù)的變化。各個廠商不斷的改進和完善顯示器的生產(chǎn)技術，以求其產(chǎn)品能夠適應消費者日趨變化的消費心理和消費行為。 方案一：采用 LED 數(shù)碼管顯示 。它是一種通過控制半導體發(fā)光二極管的顯示方式，用來顯示文字、圖形、圖像、動畫、行情、視頻、錄像信號等各種信息的顯示屏幕。 雖然只能顯示非常有限的符號和數(shù)字，但數(shù)碼管顏色鮮艷，易于觀察，可實時動態(tài)顯示，最多可驅動 32位，完全滿足本設計數(shù)字顯示要求，且編程簡單、成本低 。 在單片機的應用中，數(shù)碼管顯示器常采用兩種顯示方 法：靜態(tài)顯示和動態(tài)掃描。在顯示位數(shù)較多時單片機中 I/O 口的開銷很大，需要提供的 I/O 接口電路也較復雜，功耗比較大，掃描消耗資源比較多，占用 CPU的時間多，反應不靈敏。 方案二：采用 LCD液晶顯示。 機身薄，占地小，輻射小，給人以一種健康產(chǎn)品的形象。 省電，不產(chǎn)生高溫它屬于低耗電產(chǎn)品，可以做到完全不發(fā)燙，無輻射，畫面柔和不傷眼 。 綜合考慮方案二為本次設計最佳方案，所以我們選擇方案二。 6 （三）測速模塊 方案一：采用霍爾傳感器集成芯片 A44E。霍爾器件是一種磁傳感器。用它們可以檢測磁場及磁場的變化，可在 與磁場有關的各種場合中使用?；魻柶骷且曰魻栃獮楣ぷ骰A的霍爾器件有很多優(yōu)點，結構牢固、體積小、重量輕、壽命長、安裝方便、功耗小、頻率高、耐震動、不怕灰塵、油污、水汽及鹽霧等的污染或腐蝕。 方案二：采用光電傳感器產(chǎn)生脈沖通過 74HC14 非門電路發(fā)送給單片機。 光電檢測方法具有精度高、反應快、非接觸等優(yōu)點，而且可測參數(shù)多，傳感器的結構簡單，形式靈活多樣，因此 ,光電式傳感器在檢測和控制中應用非常廣泛 。 光電傳感器 將 上下沿較緩或奇變較大 的數(shù)字信號變?yōu)榉讲ㄐ问揭岳麛?shù)字信號接收電路識別 .比如一串高頻數(shù)字信號方波經(jīng)過 一個并普通光耦后波形可能奇變的后級不能識別 ,所以還需 加一個 74HC14進行整形 。 方案分析：霍爾元件是一種磁傳感器，能跟磁性物質組成曲線，成本低。光電傳感器采用一體化結構，利用黑線白線反射光的強弱進行判斷，靈敏度高，體積小，但是成本高 且比較麻煩 。經(jīng)過綜合比較分析我們選用方案 一 。 （四）報警模塊 方案一：考慮到計價器的微型化、智能化 ,選用了集成度較高的 SYN6288 語音芯片 ,其最 大特點是通過異步串口（ UART）通信方式從單片機自動讀出顯示的數(shù)據(jù)，其接口簡單，低功耗，音色清亮圓潤，極高的性價比。 方案二：采用 ISD1420 芯片，此芯片具有優(yōu)質單片語音錄放電路，但是此芯片沒有自動讀取顯示播放的功能，不適合我們設計的作品。 方案三：采用蜂鳴器，蜂鳴器是一種一體化結構的電子訊響器，采用直流電壓供電，廣泛應用于計算機、打印機、復印機、報警器、電子玩具、汽車電子設備、電話機、定時器等電子產(chǎn)品中作發(fā)聲器件。經(jīng)過綜合比較分析我們選用方案三。 （五）時鐘模塊 方案一： 采用時鐘芯片 PCF8563。 PCF8563 是 PHILIPS 公司推出的一款工業(yè)級內(nèi)含 I2C 總線接口功能的具有極低功 耗的 多功能時鐘 /日歷芯片。 PCF8563 的多種報警功能、定時器功能、時鐘輸出功能以及中斷輸出 功能能完成各種復雜的定時服務，甚至可為單片機提供看門狗功能。內(nèi)部時鐘電路、內(nèi)部振 蕩電路、內(nèi)部低電壓檢測電路 以及兩線制 I2C 總線通訊方式，不但使外圍電路及其簡 潔，而且也增加了芯片的可靠性。 方案二： 一種高性能、低功耗、帶 RAM的實時時鐘電路，它可以對年、月、日、周日、時、分、秒進行計時，具有閏年補償功能，工作電壓為 ～ 。采用三線接口與 CPU進行同步通信，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)部有一個 31 8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 /后備電源雙電源引腳，同時提供了對后備電源進行涓細電流充電的能力。 經(jīng)過綜合比較分析我們選用方案二。 重要元器件介紹 （ 1） AT 89C52 7 AT89C52單片機最初是由 Intel 公司開發(fā)設計的，但后來 Intel 公司把 51 核的設計方案賣給了幾家大的電子設計生產(chǎn)商，譬如 SST、 Philip、 Atmel 等大公司。如是市面上出現(xiàn)了 各式各樣的但均以 51 為內(nèi)核的單片機，倒是 Intel 公司自己的單片機卻顯得遜色了。這些各大電子生產(chǎn)商推出的單片機都兼容 51 指令、并在 51 的基礎上擴展一些功能而內(nèi)部結構是與 51 一致的 。 AT89C52有 40個引腳， 4個 8位并行 I/O口， 1個全雙工異步串行口，同時內(nèi)含 5個中斷源， 2個優(yōu)先級， 2個 16位定時 /計數(shù)器。 STC89C52的存儲器系統(tǒng)由 4K的程序存儲器 (掩膜 ROM)，和 128B的數(shù)據(jù)存儲器 (RAM)組成。 STC89C52單片機的基本組成框圖見圖 22。 時 鐘 電 路R O M / E P R O M / F l a s h 4 K BR A M 1 2 8 BS F R 2 1 個定 時 個 / 計 數(shù) 器 2C P U總 線 控 制中 斷 系 統(tǒng)5 個 中 斷 源2 個 優(yōu) 先 級串 行 口全 雙 工 1 個4 個 并 行 口X T A L 2 X T A L 1R S TE AA L EP S E NP 0P 1P 2P 3V s sV c c 圖 22 STC89C52單片機組成框圖 STC89C52單片機主要特性 1. 一個 8 位的微處理器 (CPU)。 2. 片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器 RAM有 128B的空間，可以用來存放可以讀／寫的數(shù)據(jù)，比如運算的中間結果，最終的結果及欲顯示的數(shù)據(jù)等，但 SST89 系列的單片機最多可提供 1K 的 RAM空間。 3. 片內(nèi)的程序存儲器 ROM有 4KB的空間，是用來存放程序的一些原始的數(shù)據(jù)表格。但也有一些單片機內(nèi)部是不帶 ROM/EPROM，如 8031， 8032， 80C31 等。目前的單片機發(fā)展趨勢是把數(shù)據(jù)存儲器 RAM 和程序存儲器 ROM 都集成在單片機上，這樣可以方便了用戶進行設計也提高了系統(tǒng)抗干擾性。 SST 公司推出 89 系列單片機分別有集成了 16K、 32K、 64K Flash 存儲器，可根據(jù)需要選用。 4. 四個 8 位的并行 I／ O接口 P0~P3，每個接口可以當作輸入，也當作輸出。 5. 兩個定時器／計數(shù)器。每個定時器／計數(shù)器都可以設置計數(shù)方式，用來對外部事件進行計數(shù)，當然也可以設置定時方式。并可以根據(jù)計數(shù)或定時結果實現(xiàn)控制。為了方便設計的串行通信，目前的 52 系列的單片機一般都會提供 3 個 16 位的定時器 /計數(shù)器。 6. 五個中斷源中斷控制?，F(xiàn)在新推出的單片機都不只 5 個中斷源，例如 SST89E58RD 就有 9 個中斷源。 7. 片內(nèi)的振蕩器與時鐘電路。石英晶體，微調(diào)電容都需要外接。最高允許振蕩頻率為 8 12MHz。 SST89V58RD 最高允許的振蕩頻率可達 40MHz，因而大大的提高了指令的執(zhí)行速度。 （ 2） LCD1602液晶顯示 液晶是一種既具有液體的流動性又具有光學特性的有機化合物，它的透明程度和呈現(xiàn)的顏色受外加電場的影響，利用這特點便可做成字符顯示器。液晶屏顯示器 (LCD)的英文全稱Liquid Crystal Display。它是一種采用液晶控制的透光度技術實現(xiàn)色彩顯示器。與 CRT顯示器相比較， LCD優(yōu)點是很明顯。通過是否透光來控制亮和暗。色彩不變的時候，液晶也是保持不變的，這樣就不用考慮刷新率的問題。顯示接口用來顯示系統(tǒng)的狀態(tài)，命令或采集的電壓數(shù)據(jù)。本系統(tǒng)顯示部分用的是 LCD1602液晶模塊，采用一個 16 1的字符型液晶顯示模塊。 LCD1602液晶模塊是采用 HD44780控制器。 HD44780具有簡單而且功能較強的指令集，也可以實現(xiàn)字符移動和閃爍等功能。一般采用 8位或 4位并行傳輸兩種方式在 LM016L與單 片機MCU通訊之間， HD44780控制器是由兩個 8位的寄存器、指令寄存器（ IR）、數(shù)據(jù)寄存器（ DR）、忙標志（ BF）、顯示數(shù) RAM（ DDRAM）、字符發(fā)生器 ROMA（ CGOROM）、字符發(fā)生器 RAM（ CGRAM）、地址計數(shù)器 RAM(AC)。 IR是用于寄存指令碼，只能寫入但不能讀出， DR是用于寄存數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)由內(nèi)部操作，自動寫入 DDRAM和 CGRAM。或者暫時存儲從 DDRAM和 CGRAM讀出數(shù)據(jù)。當 BF為 1時，液晶模塊是處于內(nèi)部模式，是不響應外部的操作指令和接受數(shù)據(jù)的， DDTAM用來存儲顯示的字符，能存儲 80個 字符碼， CGROM由 8位字符碼生成 5*7點陣字符 160中和 5*10點陣字符 32種 8位字符編碼和字符的對應關系 。 LCD1602引腳介紹： VSS（ 1號引腳）：一般接地。 VDD（ 2號引腳）：接電源。 VEE（ 3號引腳）：液晶顯示器對比度的調(diào)整端，在接正電源時的對比度最弱，接地時對比度最高（對比度過高時會產(chǎn)生“鬼影”，使用時可以通過一個 10K的電位器調(diào)整對比度）。 RS（ 4號引腳）： RS 是寄存