【正文】 刻只能有一個控制信號或數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)要能在單片機(jī)和單總線芯片之間實(shí)現(xiàn)可靠的傳送，遵循單總線處理次序通信協(xié)議，確保數(shù)據(jù)有條不紊地傳送，單總線處理次序圖如圖48所示：S51 開發(fā)板的設(shè)計(jì)27圖 48 單總線處理次序圖處理次序操作時，一般有以下 4 個過程：(1)初始化。數(shù)據(jù)寫入時從低位(位0) 開始；同樣，從DS1302 讀取數(shù)據(jù)時，數(shù)據(jù)在緊跟控制字節(jié)后的下一個SCLK的下降沿讀出，讀出數(shù)據(jù)時也是從低位(0位) 到高位(7位) ，只要～RST 保持高電平，額外的SCLK將導(dǎo)致數(shù)據(jù)字節(jié)的持續(xù)讀出，這個特性用于實(shí)現(xiàn)該芯片的突發(fā)讀模式。如果在傳送過程中～RST置為低電平，則會終止此次數(shù)據(jù)傳送，并且I/ O 引腳變?yōu)楦咦钁B(tài)。如果使用TL5615的級聯(lián)功能，來自DOUT的數(shù)據(jù)需要輸入16位時鐘下降沿，因此完成一次數(shù)據(jù)輸入需要16個時鐘周期，輸入的數(shù)據(jù)也應(yīng)為16位。這里，為了使時鐘的內(nèi)部饋通最小，當(dāng)片選CS 為高電平時，輸入時鐘SCLK應(yīng)當(dāng)為低電平。 DA 模塊程序設(shè)計(jì)a TLC5615 的工作時序 TLC5615 的工作時序如圖 44 所示：圖 44 TLC5615 的時序圖由時序圖可以看出，當(dāng)片選CS為低電平時，輸入數(shù)據(jù) DIN由時鐘SCLK 同步輸入或輸出，而且最高有效位在前，低有效位在后。如果要再進(jìn)行一次模/數(shù)轉(zhuǎn)換，片選CS必須再次從高向低跳變，后面再輸入啟動位和配置位。轉(zhuǎn)換開始后，經(jīng)過一個時鐘周期延遲，以使選定的通道穩(wěn)定。 AD 模塊程序設(shè)計(jì)a ADC0832 的工作時序ADC0832 的工作時序圖如圖 42 所示：S51 開發(fā)板的設(shè)計(jì)22圖 42 ADC0832 的工作時序圖當(dāng)CS 由高變低時，選中ADC0832。若某列為低，則該列線與置為低電平的行線交叉處的按鍵就是閉合的按鍵。若所有列線均為高電平，則鍵盤中無鍵按下。 分模塊程序設(shè)計(jì)依據(jù)開發(fā)板上硬件資源，進(jìn)行程序的開發(fā)，在軟件的設(shè)計(jì)過程中，采用模塊化的設(shè)計(jì)方法，依次分別為每個模塊設(shè)計(jì)軟件。 其他模塊 流水燈模塊、蜂鳴器模塊的原理圖如圖 3圖 321 所示：S51 開發(fā)板的設(shè)計(jì)19 圖 320 流水燈模塊原理圖 圖 321 蜂鳴器模塊原理圖如圖 320 所示流水燈模塊包含 8 個 LED 燈，單片機(jī)的 P0 口接 10K 上拉電阻，八個 LED 的負(fù)極依次連接單片機(jī) P0 口的 8 個引腳，八個 LED 的正極依次與 510 歐姆的排阻的八個端子相連，排阻的公共端連接短路插針的一端，短路插針的另一端與電源相連，因此，若將短路插針用短路帽短路，則八個 LED 的正極上拉到高電平， LED 低電平點(diǎn)亮。由于其先進(jìn)的指令集以及單時鐘周期指令執(zhí)行時間， ATmega8 的數(shù)據(jù)吞吐率高達(dá) 1MIPS/MHz，從而可以緩減系統(tǒng)在功耗和處理速度之間的矛盾。*注釋 2：模塊內(nèi)部接有上電復(fù)位電路，因此在不需要經(jīng)常復(fù)位的場合可將該端懸空。模塊內(nèi)置升壓電路，無需負(fù)壓，配置 LED背光。(2) 硬件實(shí)現(xiàn)：數(shù)碼管模塊的原理圖如圖 315 所示：圖 315 數(shù)碼管模塊原理圖單片機(jī)與 74HC573 通過 、 、 、相連，作為段碼信號線；與 74HC138 通過 、 、 相連，作為片選信號線。同時將 A 和 B 端之間加匹配電阻，一般可選 100Ω 的電阻。MAX485 芯片的結(jié)構(gòu)和引腳都非常簡單，內(nèi)部含有一個驅(qū)動器和接收器。200 mV；最大傳輸速率可達(dá) Mb/s。b RS485 串行通信模塊RS232 由于傳輸速率慢，傳輸距離短，傳輸信號易受外界的干擾等缺點(diǎn)。TTL/CMOS 數(shù)據(jù)從 T1IN、T2IN 輸入轉(zhuǎn)換成RS232 數(shù)據(jù)從 T1OUT、T2OUT 送到電腦 DP9 插頭； DP9 插頭的 RS232 數(shù)據(jù)從R1IN、R2IN 輸入轉(zhuǎn)換成 TTL/CMOS 數(shù)據(jù)后從 R1OUT、R2OUT 輸出。第二部分是數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換通道。是 PC 機(jī)與單片機(jī)串口進(jìn)行通訊的電平轉(zhuǎn)換芯片。RS232 與 TTL 電路之間需要進(jìn)行電平和邏輯關(guān)系的變換。本文采用的是3腳PR35封裝，其具有以下特點(diǎn)：采用了單總線技術(shù)，傳感器直接以二進(jìn)制輸出被測溫度，可通過串行口線，也可與單機(jī)通過I/O 口連接；測量溫度范圍為： 55℃～+125℃，測量精度高達(dá)+℃；內(nèi)含寄生電源，在兩線方式下可通過數(shù)據(jù)線提供寄生電源，而不需要再單獨(dú)供電；轉(zhuǎn)換時間在分辨率為12位（℃）時最大為750ms；用戶可分別對每個器件設(shè)定溫度上下限；DS18B20 在使用時不需要任何外圍元件，全部傳感元件及轉(zhuǎn)換電路集成在形如一只三極管的集成電路內(nèi)；電源極性接反時，芯片不會因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作；每個DSl8B20 器件對應(yīng)一個唯一的 64 位長的序號，該序號值存放 ROM中，可通過序號匹配實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)測溫。只有在 SCL K 為低電平時，才能將 RST 置為高電平。RST 輸入有兩種功能：RST 接通控制邏輯，允許地址/命令序列送入移位寄存器；RST 提供了終止單字節(jié)或多字節(jié)數(shù)據(jù)的傳送手段。當(dāng) Vcc2 低于 Vcc1 時，DS1302 由 Vcc1 供電。DS1302 的引腳如圖 38 所示： 圖38 DS1302引腳圖Vcc1 為后備電源，Vcc2 為主電源。 DS1302 時鐘模塊a DS1302 簡介DS1302 是美國 DALLAS 公司推出的一種高性能、低功耗、帶 RAM 的實(shí)時時鐘芯片，它可以對年、月、日、周日、時、分、秒進(jìn)行計(jì)時，且具有閏年補(bǔ)償功能，工作電壓寬達(dá) ～。主要性能指標(biāo)有：10 位 CMOS 電壓輸出；5V 單電源供電；與 CPU 三線串行接口；最大輸出電壓可達(dá)基準(zhǔn)電壓的二倍；輸出電壓具有和基準(zhǔn)電壓相同極性；建立時間 ；內(nèi)部上電復(fù)位；低功耗，最大僅 。開發(fā)板可外接模擬信號，也可由電位器 RR8 將+5V 分壓后提供兩路模擬信號。ADC0832 有 DIP 和 SOIC 兩種封裝，DIP 封裝的， ADC0832 引腳排列如圖 34所示：圖 34 ADC0832 引腳圖各引腳說明如下：CS—片選端，低電平有效；CH0，CH1 —兩路模擬信號輸入端；D I—兩路模擬輸入選擇輸入端；DO—模數(shù)轉(zhuǎn)換結(jié)果串行輸出端；CLK—串行時鐘輸入端；VCC /REF—正電源端和基準(zhǔn)電壓輸入端；GND—電源地。這樣，一個端口（如 P2 口）就可以構(gòu)成 4*4=16 個按鍵，比之直接將端口線用于鍵盤多出了一倍，而且線數(shù)越多，區(qū)別越明顯，比如再多加一條線就可以構(gòu)成 20 鍵的鍵盤，而直接用端口線則只能多出一鍵（9 鍵） ，在需要的按鍵數(shù)較多時，采用矩陣法來做鍵盤是合理的。S51 開發(fā)板的設(shè)計(jì)33 硬件部分 硬件結(jié)構(gòu)框圖總體硬件結(jié)構(gòu)主要包括：S51 單片機(jī)主控制器模塊、鍵盤模塊、AD 模塊、DA模塊、DS1302 時鐘模塊、測溫模塊、MAX232 模塊、 MAX485 模塊、數(shù)碼管模塊、LCD1602 模塊、LCD12864 模塊、下載器模塊、流水燈模塊、蜂鳴器模塊。但必須注意，由軟件實(shí)現(xiàn)的硬件功能，一般響應(yīng)時間比硬件實(shí)現(xiàn)長，且占用 CPU 時間；(4)系統(tǒng)中的相關(guān)器件要盡可能做到性能匹配。其中以 S51 單片機(jī)作為核心控制器；鍵盤模塊用來向單片機(jī)輸入特定編碼的信息；AD 模塊用來實(shí)現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)換；DA 模塊用來實(shí)現(xiàn) DA 轉(zhuǎn)換；DS1302 時鐘模塊用來實(shí)現(xiàn)實(shí)時時鐘；測溫模塊用來測量環(huán)境溫度；RS232 模塊和 RS485 模塊通過電平轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)通信；數(shù)碼管模塊用來顯示簡單的數(shù)字、字母；LCD1602 模塊用來顯示字母、數(shù)字、符號；LCD12864 模塊用來顯示圖像、符號、漢字；下載器模塊用來實(shí)現(xiàn) S51 單片機(jī)的 ISP 在線編程；流水燈模塊用來顯示單片機(jī) I/O 口電平的變化；蜂鳴器模塊用來發(fā)出聲音。利用程序開發(fā)語言開發(fā)程序并實(shí)現(xiàn) ISP 在線下載到單片機(jī)，無需配置單獨(dú)的下載器。但是單片機(jī)學(xué)習(xí)效果的優(yōu)劣直接取決于單片機(jī)的選擇，C51 系列單片機(jī)內(nèi)部具有 128 字節(jié) RAM、5個中斷源、32 條 I/O 口線、2 個 16 位定時器、4KB 的程序存儲器、一個全雙工異步串行口。因此擁有一塊單片機(jī)開發(fā)板對單片機(jī)學(xué)習(xí)具有著極其重要的意義。本課題設(shè)計(jì)的 S51 單片機(jī)開發(fā)板，具有一般開發(fā)板通用結(jié)構(gòu)，并基于硬件進(jìn)行相關(guān)軟件設(shè)計(jì)。S51 開發(fā)板的設(shè)計(jì)22 系統(tǒng)方案 總體設(shè)計(jì)方案本開發(fā)板共分為十四個模塊，分別是：S51 單片機(jī)主控制器模塊、鍵盤模塊、AD 模塊、DA 模塊、DS1302 時鐘模塊、測溫模塊、MAX232 模塊、MAX485 模塊、數(shù)碼管模塊、LCD1602 模塊、LCD12864 模塊、下載器模塊、流水燈模塊、蜂鳴器模塊。硬件結(jié)構(gòu)與軟件方案會產(chǎn)生相互影響，考慮的原則是：軟件能實(shí)現(xiàn)的功能盡可能由軟件實(shí)現(xiàn)，以簡化硬件結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)器件越多，器件之間相互干擾也越強(qiáng)，功耗也增大，也不可避免地降低了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 鍵盤模塊在鍵盤中按鍵數(shù)量較多時，為了減少 I/O 口的占用，通常將按鍵排列成矩陣形式，如圖 33 所示：圖 33 鍵盤模塊原理圖S51 開發(fā)板的設(shè)計(jì)5JP7 用來連接 P2 口與矩陣鍵盤模塊，在矩陣式鍵盤中，每條水平線和垂直線在交叉處不直接連通，而是通過一個按鍵加以連接。主要性能指標(biāo)有：功耗低，只有 15mW；8 位分辨率，逐次逼近型，基準(zhǔn)電壓為 5V；輸入模擬信號電壓范圍為 0～5V ；輸入和輸出電平與TTL 和 CMOS 兼容；在 250kHz 時鐘頻率時，轉(zhuǎn)換時間為 32us；具有兩個可供選擇的模擬輸入通道。b 硬件實(shí)現(xiàn)AD 模塊的原理圖如圖 35 所示：圖 35 AD 模塊原理圖單片機(jī)與 ADC0832 通過 、 、 相連，分別為時鐘信號線、數(shù)據(jù)輸出信號線、片選信號線。TLC5615 性能價格比高，目前在國內(nèi)市場很方便購買。TLC5615 轉(zhuǎn)換后的模擬信號通過 OUT 端輸出。主要性能指標(biāo)有：31 字節(jié)帶后備電池的 RAM 用于數(shù)據(jù)存儲；串行 I/O 口，管腳數(shù)量少；寬范圍工作電壓：～；工作電壓 時，電流小于 300nA；讀/寫時鐘或 RAM 數(shù)據(jù)時有兩種傳送方式—單字節(jié)傳送和突發(fā)模式傳送；8 腳 DIP 封裝或其他可選封裝方式；簡單的 3 線接口；與 TTL 兼容(Vcc = 5V)；可選工業(yè)級溫度范圍： 40℃～+ 85℃；與 DS1202 兼容。當(dāng) Vcc2 高于 Vcc1 + 0. 2V 時，Vcc2 給 DS1302 供電。RST 是復(fù)位片選線，通過把 RST 輸入驅(qū)動置為高電平來啟動所有的數(shù)據(jù)傳送。上電運(yùn)行時，在 Vcc 高于 2. 5V 之前，RST 必須保持低電平。 測溫模塊a DS18B20 簡介DS18B20 是DALLAS 半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的，是一種單總線溫度傳感器，屬于新一代適配微處理器的智能溫度傳感器，有兩種封裝形式分別為3腳PR35封裝和16腳SSOP封裝。對于一般雙工通信，僅需幾條信號線就可實(shí)現(xiàn)，如一條發(fā)送線、一條接收線及一條地線。MAX232 芯片是 RS232 標(biāo)準(zhǔn)接口芯片，使用+5v 單電源供電。功能是產(chǎn)生+12v 和12v 兩個電源，提供給 RS232 串口電平的需要。8 腳（R2IN） 、9 腳（ R2OUT） 、10 腳（T2IN） 、7 腳（T2OUT ）為第二數(shù)據(jù)通道。MAX232 模塊的原理圖如圖 312 所示：S51 開發(fā)板的設(shè)計(jì)11圖 312 MAX232 模塊的原理圖單片機(jī)與 MAX232 通過 、 相連，分別為發(fā)送線、接收線，另外單片機(jī)要與 MAX232 共地。它采用差分信號進(jìn)行傳輸；最大傳輸距離可以達(dá)到 km；最大可連接 32 個驅(qū)動器和收發(fā)器；接收器最小靈敏度可達(dá)177。它完成將 TTL 電平轉(zhuǎn)換為 RS485 電平的功能。只需要一個信號控制 MAX485 的接收和發(fā)送即可。 ADP 對應(yīng)八段數(shù)碼管的各段，當(dāng) ADP 中有低電平輸出時，被低電平片選中的數(shù)碼管的相應(yīng)段點(diǎn)亮。c LCD12864 模塊 (1) LCD12864 簡介：LCD12864 漢字圖形點(diǎn)陣液晶顯示模塊可以顯示漢字、圖形、ASCⅡ碼和自定義字形，內(nèi)置 8192 個 16*16 的中文漢字、128 個 8*16 字符、以及 64*256點(diǎn)陣顯示 RAM，控制器為 ST7920，具有串/并接口方式，其內(nèi)部含有中文字庫，LCD12864 顯示屏為 128*64 點(diǎn)陣，可顯示 4 行，每行 8 個字，模塊內(nèi)含有多種軟件功能：光標(biāo)顯示、畫面移位、自定義字符、反白、清除、關(guān)閉顯示和睡眠模式等，可方便地對模塊進(jìn)行控制。S51 開發(fā)板的設(shè)計(jì)16RS， R/W 的配合決定的 4 種模式見表 33：表 33 RS，R/W 決定的控制模式RS R/W 功能說明L L MPU 寫指令到指令暫存器（IR）L H 讀出忙標(biāo)志（BF）及地址記數(shù)器（AC）的狀態(tài)H L MPU 寫入數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)暫存器（DR）H H MPU 從數(shù)據(jù)暫存器（DR）中讀出數(shù)據(jù)E 信號的狀態(tài)產(chǎn)生的動作見表 34：表 34 E 信號的狀態(tài)產(chǎn)生的動作E 狀態(tài) 執(zhí)行動作 結(jié)果高——低 I/O 緩沖——DR 配合/W 進(jìn)行寫數(shù)據(jù)或指令高 DR——I/O 緩沖 配合 R 進(jìn)行讀數(shù)據(jù)或指令低/低——高 無動作 LCD12864 的并行接口見表 35：表 35 LCD12864 的并