【正文】 1 引言 近年來隨著計(jì)算機(jī)在社會(huì)領(lǐng)域的滲透和大規(guī)模集成電路的發(fā)展，單片機(jī)的應(yīng)用正在不斷地走向深入，由于它具有功能強(qiáng)，體積小，功耗低，價(jià)格便宜，工作可靠，使用方便等特點(diǎn)，因此特別適合于與控制有關(guān)的系統(tǒng)，越來越廣泛地應(yīng)用于自動(dòng)控制，智能化儀器，儀表，數(shù)據(jù)采集，軍工產(chǎn)品以及家用電器等各個(gè)領(lǐng)域，單片機(jī)往往是作為一個(gè)核心部件來使用，在根據(jù)具體硬件結(jié)構(gòu)，以及針對(duì)具體應(yīng)用對(duì)象特點(diǎn)的軟件結(jié)合，以作完善。 單片機(jī)技術(shù)起著不可忽視的作用并且在智能控制領(lǐng)域有著舉足輕重的地位。本設(shè)計(jì)就是 利用 Atmel 公司生產(chǎn)的單片機(jī) AT89S52 芯片 和 AT24C02 芯片（存儲(chǔ)芯片），以及利用 DS1302 用作時(shí)鐘芯片（具有實(shí)時(shí)顯示當(dāng) 前時(shí)間，按設(shè)定時(shí)間用蜂鳴器報(bào)時(shí)，能修改當(dāng)前時(shí)鐘（鬧鐘）等功能） 。 在以單片機(jī)為核心的基礎(chǔ)上加上其外圍設(shè)備實(shí)現(xiàn)的小的系統(tǒng) —— 自動(dòng)打鈴系統(tǒng) 。 所謂的單片機(jī)小系統(tǒng)從系統(tǒng)的角度來定義 就是完成復(fù)雜功能的硬件和軟件，并使其緊密耦合在一起的計(jì)算機(jī)系統(tǒng) 。 硬件設(shè)計(jì)部分分別從各個(gè)功能電路進(jìn)行闡述，包括電源電路、復(fù)位電路、時(shí)鐘電路、紅外遙控及顯示電路。軟件部分分成了四個(gè)模塊：初始化模塊、時(shí)間顯示模塊、遙控按鍵設(shè)定模塊、以及定時(shí)打鈴模塊。初始化模塊主要是 對(duì)定時(shí)計(jì)數(shù)器的方式及初值的設(shè)定。時(shí)間顯示模塊負(fù)責(zé)正確的顯示當(dāng)前時(shí)間。按鍵設(shè)定模塊主要是對(duì)時(shí)間的校準(zhǔn)及設(shè)定。定時(shí)打鈴模塊負(fù)責(zé)到時(shí)響鈴功能 。 也就是說系統(tǒng)的功能是由硬件和軟件兩大部分共同合作完成 。 2 第 1 章 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)要求 設(shè)計(jì)一個(gè)校園打鈴系統(tǒng)， 使用的是 24 小時(shí)制 。 要求 在掉電狀態(tài)下數(shù)據(jù)不丟失，可以設(shè)置多個(gè)打鈴時(shí)間點(diǎn)（在本系統(tǒng)中我利用 AT24C02 芯片 存儲(chǔ) 使系統(tǒng)能夠設(shè)置 25 組的打鈴時(shí)間點(diǎn) ）， 用紅外線遙控按鍵 設(shè)置同樣的打鈴時(shí)間 ， 數(shù)字鍵輸入設(shè)置內(nèi)容，不只上、下鍵地調(diào)時(shí) 。由 于用的不是單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí)器，定時(shí)功能用的是外部時(shí)鐘 DS1302 芯片，而 DS1302 芯片的精度取決于 32768HZ 晶振的精度， 32768HZ 晶振的精度小于 %，所以整個(gè)系統(tǒng)的精確度高于 %。 功能特點(diǎn) 25 路掉電不丟失數(shù)據(jù)的用戶定時(shí)功能。 采用首創(chuàng)的忽略定時(shí)新概念，可以設(shè)置定時(shí)某項(xiàng)為忽略值，再配合多路定時(shí)項(xiàng)目使定時(shí)的內(nèi)容自由發(fā)揮，千變?nèi)f化 ，能夠適應(yīng)各種的定時(shí)要求 。 SAA3010 紅外線遙控器輸入控制，數(shù)字鍵輸入數(shù)據(jù)，方便快捷。 全程幫助提示和獨(dú)立的幫助菜單，易學(xué)易用。數(shù)字鍵輸入設(shè)置內(nèi)容，不只 上、下鍵地調(diào)時(shí)了 。 人性化軟件設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)時(shí)考慮到許多使用細(xì)節(jié)。 總體設(shè)計(jì)圖 圖 11 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)圖 中央處理單元 AT89S52 存儲(chǔ)模塊 AT24C02 紅外接收模塊 打鈴電路 時(shí)鐘模塊 DS1302 復(fù)位電路 紅外發(fā)送模塊 時(shí)間顯示模塊 LCD2402 3 第 2 章 方案的 論證 電源模塊 電源模塊是為系統(tǒng)提供電源，本設(shè)計(jì)中用到的是 正 5V 的直流穩(wěn)壓電源。 方案一 ：采用串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電路獲得直流穩(wěn)壓電源。該電路由比較放大電路、穩(wěn)壓管、三極管、限流電阻及兩個(gè)取樣電路組成，此電路 由 主回電路式起調(diào)整作用的 BJTT 與負(fù)載串聯(lián)而得名的。但它的輸出電源不可能絕對(duì)穩(wěn)定的，只能 是 基本穩(wěn)定，且負(fù)載電流較大時(shí) ，調(diào)整管的集電極損耗大，電源效率低，有時(shí)還要配有龐大的散熱裝置。 方案二 ：本設(shè)計(jì)用到的電源為 5V，屬于 中 小功率穩(wěn)壓電源， 所以可以采用 三端穩(wěn)壓 芯片 LM7805。用其設(shè)計(jì)的是線性開關(guān)，線性穩(wěn)壓電路 ， 具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、調(diào)節(jié)方便、輸出電壓穩(wěn)定性強(qiáng)、文波電壓小等優(yōu)點(diǎn)，但是，在負(fù)載電流較大且輸出電壓較低時(shí)，其自身的功耗很大 。但如果給本系統(tǒng)供電，完全滿足要求 。 綜上所述，我選擇方案 二 。 AT89S52 芯片 模塊 方案一： 采用 AT89C2051芯片 ， 它具有體積小、功耗小。含有中斷、定時(shí) /計(jì)數(shù)器 。 本次設(shè)計(jì) 需要 非常大的編程量 ， 雖然其價(jià)錢相對(duì)便宜，但 IO 口數(shù)和存儲(chǔ)空間相對(duì)較少，所以此芯片 不利于系統(tǒng)的工作和系統(tǒng)功能的擴(kuò)展。 方案二： 采用 AT89C51 芯片，它具有 AT89C2051 芯片 的所有功能，且 IO 口數(shù)相對(duì)較多，價(jià)錢相對(duì)也比較便宜，但存儲(chǔ)空間不是非常大，而本次的設(shè)計(jì)需要大量的存儲(chǔ)空間。 方案 三 ： 采用 AT89S52 芯片，它具有 AT89C2051 和 AT89C51 芯片 的所有功能，且 IO口數(shù)非常多，比 AT89C2051 和 AT89C51 多。價(jià)錢雖然比 AT89C2051 和 AT89C51 昂貴，但存儲(chǔ)空間非常大，可以到達(dá) 8K。而本次的設(shè)計(jì)正需要 此容量的空間。 綜上所述，我選擇 AT89S52 芯片作為本次設(shè)計(jì)的主控芯片 顯示模塊 在日常生活中，我們對(duì)液晶顯示器并不陌生。液晶顯示模塊已作為很多電子產(chǎn)品的通過器 件，如在計(jì)算器、萬用表、電子表及很多家用電子產(chǎn)品中都可以看到，顯示的主要是數(shù)字、專 用符號(hào)和圖形。在單片機(jī)的人機(jī)交流界面中，一般的輸出方式有以下幾種：發(fā)光管、 LED 數(shù)碼 管、液晶顯示器。 方案一： 采用 LCD1602 液晶模塊 ， 1602 液晶模塊內(nèi)部的字符發(fā)生存儲(chǔ)器（ CGROM）已經(jīng)存儲(chǔ)了 160 個(gè)不同的點(diǎn)陣字符圖形，這些字符有：阿拉伯?dāng)?shù)字 、英文字母的大小寫、常用的符號(hào)等，每一個(gè)字符都有一個(gè)固定的代碼，比如大寫的英文字母 “A”的代碼是 01000001B（ 41H），顯示時(shí)模塊把地址 41H 中的點(diǎn)陣字符圖形顯示出來，我們就能看到字母 “A”。 方案二： 采用 LCD2402液晶模塊， 用 LCD 顯示一個(gè)字符時(shí)比較復(fù)雜，因?yàn)橐粋€(gè)字符由 68 或88 點(diǎn)陣組成，既要找到和顯示屏幕上某幾個(gè)位置對(duì)應(yīng)的顯示 RAM 區(qū)的 8 字節(jié)，還要使每字節(jié)的不同位為 “1”，其它的為 “0”，為 “1”的點(diǎn)亮，為 “0”的不亮。這樣一來就組成某個(gè)字符。但由于內(nèi)帶字符發(fā)生器的控制器來說， 顯示字符就比較簡(jiǎn)單了，可以讓控制器工作在文本方式，根據(jù)在LCD 上開始顯示的行列號(hào)及每行的列數(shù)找出顯示 RAM 對(duì)應(yīng)的地址，設(shè)立光標(biāo)，在此送上該字符對(duì)應(yīng)的代碼即可。 由于 LCD1602液晶顯示模塊只能顯示 16*2個(gè)字符，而 LCD2402液晶顯示模塊能夠顯示 24*2個(gè)字符，在本設(shè)計(jì)中要顯示的字符比較多，綜上所述，我選擇 LCD2402作為本設(shè)計(jì)的顯示模塊。 其他模塊 在通過各種的考慮后，時(shí)鐘芯片我選用的是 DS1302, DS1302 是 DALLAS 公司推出的涓 4 流充電時(shí)鐘芯片內(nèi)含有一個(gè)實(shí)時(shí)時(shí)鐘 /日 歷和 31 字節(jié)靜態(tài) RAM 通過簡(jiǎn)單的串行接口與單片機(jī)進(jìn) ， 行通信實(shí)時(shí)時(shí)鐘 /日歷電路提供秒分時(shí)日日期月年的信息每月的天數(shù)和閏年的天數(shù)可自動(dòng)調(diào)整時(shí)鐘操作可通過 AM/PM 指示決定采用 24 或 12 小時(shí)格式 DS1302 與單片機(jī)之間能簡(jiǎn)單地采用同步串行的方式進(jìn)行通信僅需用到三個(gè)口線 1 RES 復(fù)位 2 I/O 數(shù)據(jù)線 3 SCLK 串行時(shí)鐘時(shí)鐘/RAM 的讀 /寫數(shù)據(jù)以一個(gè)字節(jié)或多達(dá) 31 個(gè)字節(jié)的字符組方式通信 DS1302 工作時(shí)功耗很低保持?jǐn)?shù)據(jù)和時(shí)鐘信息時(shí)功率小于 1mW。 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)芯片選用的 AT24C02， AT24C02 是美國 ATMEL公司的低功耗 CMOS 串行 EEPROM,它是內(nèi)含 2568 位存儲(chǔ)空間 ,具有工作電壓寬 (～ )、擦寫次數(shù)多 (大于 10000 次 )、寫入速度快 (小于 10ms)等特點(diǎn) 。 本設(shè)計(jì)板上安裝的是紅外線接收器是 HS0038B， 可以接收所有載波為 38kHz 的紅外信號(hào)，當(dāng)然由于各個(gè)遙控器的通訊協(xié)議不同，所采用的芯片也不同，解碼方式就有所不同，不管怎樣，大多數(shù)遙控器都是采用 38kHz 頻率作為載波頻率的 ,所以，只要知道通訊協(xié)議，絕大部分遙控器是可以解碼的 。 5 第 3 章 系統(tǒng)硬件 設(shè)計(jì) 電源模塊電路的設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)用到的電源為 正 5V，其主要芯片為ＬＭ７８０５，由于７８０５的輸入端電壓為正１２Ｖ的電壓，就少了整流和濾波電路，使電源電路簡(jiǎn)單化了，雖然輸入的是１２Ｖ的直流電壓，但還有可能存在雜波等，所以在７８０５的輸入和輸出端各用了一個(gè)４７０ＵＦ/１６Ｖ和１０４的濾波電容，分別濾除低頻和高頻干撓．經(jīng)過７８０５之后的電壓就基本保持在５Ｖ左右．具體電路圖如圖 所示． 圖 ３ １電源 電路 AT89S52是一種低功耗、高性能 CMOS8位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程 Flash 存儲(chǔ)器。使用 Atmel 公司高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造，與工業(yè) 80C51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上 Flash允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的 8 位CPU 和在系統(tǒng)可編程 Flash，使得 AT89S52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。 AT89S52具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8k字節(jié) Flash， 256字節(jié) RAM， 32 位 I/O 口線，看門狗定時(shí)器， 2 個(gè)數(shù)據(jù)指針，三個(gè) 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器，一個(gè) 6向量 2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時(shí)鐘電路。另外， AT89S52 可降至 0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持 2種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下， CPU停止工作，允許 RAM、定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下， RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。 主要性能 ?? 與 MCS51單片機(jī)產(chǎn)品兼容 ?? 8K字節(jié)在系統(tǒng)可編程 Flash存儲(chǔ)器 ?? 1000次擦寫周期 ?? 全靜態(tài)操作： 0Hz～ 33Hz ?? 三級(jí)加密程序存儲(chǔ)器 ?? 32個(gè)可編程 I/O口線 ?? 三個(gè) 16位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 ?? 八個(gè)中斷源 6 ?? 全雙工 UART串行通道 ?? 低功耗空閑和掉電模式 ?? 掉電后中斷可喚醒 ?? 看門狗定時(shí)器 ?? 雙數(shù)據(jù)指針 ?? 掉電標(biāo)識(shí)符 .1 時(shí)鐘脈沖電路 AT89S52 單片機(jī)有一個(gè)用于構(gòu)成內(nèi)部振蕩器的反相放大器， XTAL1 和 XTAL2 分別是放大器的輸入、輸出端。石英晶體和陶瓷諧振器都可以用來一起構(gòu)成自激振蕩器 ， 如圖 。 圖 32 晶振電路 石英晶振 (利用 12MHZ晶振 ) C1,C2=30PF 陶瓷諧振器 C1,C2=40PF XTAL1:振蕩器反相放大器和內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生電路的輸入端。 XTAL2:振蕩器反相放大器的輸出端。 .２復(fù)位電路 AT89S52 的復(fù)位引腳（ RESET）是第 9 腳，當(dāng)此引腳連接高電平超過 2 個(gè)機(jī)器周期，即可產(chǎn)生復(fù)位的動(dòng)作。以 12MHz 的時(shí)鐘脈沖為例，每個(gè)時(shí)鐘脈沖 為 1μ S，兩個(gè)機(jī)器周期為 2181。S，因此，在第 9 腳上連接一個(gè) 2μ S 的高電平脈沖，即可產(chǎn)生復(fù)位動(dòng)作。 最簡(jiǎn)單的就是只有 一個(gè)電阻跟一個(gè)電容 就可組成一個(gè)可靠復(fù)位的 電路， 電阻一般選擇 10K，電容一般選擇 10181。F，復(fù)雜一 點(diǎn)的就加個(gè)按鍵，可以進(jìn)行手動(dòng)復(fù)位． 如圖 所示。 7 圖 33 復(fù)位電路 .３程序及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器設(shè)定 MCS51器件有單獨(dú)的程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。外部程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器都可以64K尋址。 程序存儲(chǔ)器 ： 如果 EA引腳接地，程序讀取只從外部存儲(chǔ)器開始。對(duì)于 89S52，如果 EA 接VCC，程序讀寫先從內(nèi)部存儲(chǔ)器（地址為 0000H～ 1FFFH）開始，接著從外部尋址，尋址地址為： 2020H~FFFFH。 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器： AT89S52 有 256 字節(jié)