【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 買(mǎi)所需要的元器件 (元器件應(yīng)考慮裕量 )。接著把元器件焊接到各個(gè)功能電路的模塊上，并結(jié)合程序進(jìn)行調(diào)試。最后將各個(gè)功能 的電路程序組合起來(lái)，然后再進(jìn)行總體調(diào)試直到成功。 本設(shè)計(jì)能達(dá)到以下結(jié)果： 1）顯示年、月、日、星期等日歷相關(guān)信息。通過(guò)按鍵設(shè)置年月日和星期，還具有秒表的功能。 單 片 機(jī) 時(shí)鐘日期 按鍵操作 輸入輸出 顯示時(shí)間日期 退出模式 第二章 總體方案 5 2）掉電后時(shí)鐘芯片正常運(yùn)行，重新上電后不用校正時(shí)鐘。 6 基于單片機(jī)的時(shí)鐘系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 7 第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 芯片的選擇 本設(shè)計(jì)選用 AT89S52 芯片，它是一種低功耗、高性能 CMOS 8 位微控制器，具有 8K（ 0000H～ 1FFFH）在線(xiàn)系統(tǒng)可編程 Flash 存儲(chǔ)器。片上 Flash 允許程序存儲(chǔ)器在線(xiàn)編程，也適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的 8 位 CPU 和在線(xiàn)系統(tǒng)可編程 Flash，使得 AT89S52 為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供靈活、高效的解決方案。 AT89S52 具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8K（ 0000H～ 1FFFH） Flash， 256 字節(jié)（ 00H～ FFH）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（ RAM）， 64K（ 0000H～ FFFFH）程序存儲(chǔ)器（ ROM）， 32 位 I/O 口線(xiàn)，看門(mén)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)，全雙工串行口內(nèi)晶振及時(shí)鐘電路。 其中，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（ RAM）用于存放各種運(yùn)算的中間結(jié)果，作緩存和數(shù)據(jù)暫存，以及設(shè)置特征標(biāo)志等。 AT89S52 的片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器用位尋址方式，最大尋址范圍為256 字節(jié)（ 00H～ FFH）。按使用情況不同可分成低 128 字節(jié)（ 00H～ 7FH）和高 128字節(jié)（ 80H～ FFH）。其中低 128 字節(jié)為真正的 RAM 存儲(chǔ)器，高 128 字節(jié)為特殊功能寄存器（ SFR）區(qū)，如累加器 ACC、程序狀態(tài)字 PSW、數(shù)據(jù)指針 DPTR、程序計(jì)數(shù)器PC等。整個(gè)片內(nèi) RAM 區(qū)分布如圖 所示。 圖 片內(nèi) RAM 區(qū) 8 基于單片機(jī)的時(shí)鐘系統(tǒng)設(shè)計(jì) 單片機(jī)是指一個(gè)集成在一塊芯片上的完整計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。盡管他的大部分功能集成在一塊小芯片上，但是它具有一個(gè)完整計(jì)算機(jī)所需要的 大部分部件： CPU、內(nèi)存、內(nèi)部和外部總線(xiàn)系統(tǒng)，目前大部分還會(huì)具有外存。同時(shí)集成諸如通訊接口、定時(shí)器，實(shí)時(shí)時(shí)鐘等外圍設(shè)備。而現(xiàn)在最強(qiáng)大的單片機(jī)系統(tǒng)甚至可以將聲音、圖像、網(wǎng)絡(luò)、復(fù)雜的輸入輸出系統(tǒng)集成在一塊芯片上。 單片機(jī)也被稱(chēng)為微控制器（ Microcontroler），是因?yàn)樗钤绫挥迷诠I(yè)控制領(lǐng)域。單片機(jī)由芯片內(nèi)僅有 CPU 的專(zhuān)用處理器發(fā)展而來(lái)。最早的設(shè)計(jì)理念是通過(guò)將大量外圍設(shè)備和 CPU 集成在一個(gè)芯片中，使計(jì)算機(jī)系統(tǒng)更小，更容易集成進(jìn)復(fù)雜的而對(duì)提及要求嚴(yán)格的控制設(shè)備當(dāng)中。 INTEL 的 Z80是最早按照這種思想設(shè)計(jì) 出的處理器，從此以后，單片機(jī)和專(zhuān)用處理器的發(fā)展便分道揚(yáng)鑣。 早期的單片機(jī)都是 8位或 4位的。其中最成功的是 INTEL 的 8031，因?yàn)楹?jiǎn)單可靠而性能不錯(cuò)獲得了很大的好評(píng)。此后在 8031 上發(fā)展出了 MCS51 系列單片機(jī)系統(tǒng)。基于這一系統(tǒng)的單片機(jī)系統(tǒng)直到現(xiàn)在還在廣泛使用。隨著工業(yè)控制領(lǐng)域要求的提高，開(kāi)始出現(xiàn)了 16位單片機(jī)，但因?yàn)樾詢(xún)r(jià)比不理想并未得到很廣泛的應(yīng)用。90 年代后隨著消費(fèi)電子產(chǎn)品大發(fā)展，單片機(jī)技術(shù)得到了巨大的提高。隨著 INTEL i960 系列特別是后來(lái)的 ARM 系列的廣泛應(yīng)用， 32位單片機(jī)迅速取代 16 位單片機(jī)的 高端地位，并且進(jìn)入主流市場(chǎng)。而傳統(tǒng)的 8 位單片機(jī)的性能也得到了飛速提高，處理能力比起 80 年代提高了數(shù)百倍。目前，高端的 32 位單片機(jī)主頻已經(jīng)超過(guò)300MHz，性能直追 90 年代中期的專(zhuān)用處理器，而普通的型號(hào)出廠價(jià)格跌落至 1 美元，最高端的型號(hào)也只有 10美元。當(dāng)代單片機(jī)系統(tǒng)已經(jīng)不再只在裸機(jī)環(huán)境下開(kāi)發(fā)和使用，大量專(zhuān)用的嵌入式操作系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用在全系列的單片機(jī)上。而在作為掌上電腦和手機(jī)核心處理的高端單片機(jī)甚至可以直接使用專(zhuān)用的 Windows和 Linux操作系統(tǒng)。單片機(jī)比專(zhuān)用處理器更適合應(yīng)用于嵌入式系統(tǒng)，因此它得到了最多的應(yīng)用。事實(shí)上單片機(jī)是世界上數(shù)量最多的計(jì)算機(jī)?，F(xiàn)代人類(lèi)生活中所用的幾乎每件電子和機(jī)械產(chǎn)品中都會(huì)集成有單片機(jī)。手機(jī)、電話(huà)、計(jì)算器、家用電器、電子玩具、掌上電腦以及鼠標(biāo)等電腦配件中都配有 12 部單片機(jī)。而個(gè)人電腦中也會(huì)有為數(shù)不少的單片機(jī)在工作。汽車(chē)上一般配備 40多部單片機(jī)，復(fù)雜的工業(yè)控制系統(tǒng)上甚至可能有數(shù)百臺(tái)單片機(jī)在同時(shí)工作！單片機(jī)的數(shù)量不僅遠(yuǎn)超過(guò) PC機(jī)和其他計(jì)算的綜合，甚至比人類(lèi)的數(shù)量還要多。 單片機(jī)又稱(chēng)單片微控制器 ,它不是完成某一個(gè)邏輯功能的芯片 ,而是把一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)集成到一個(gè)芯片上。概括的講：一塊芯片就成了 一臺(tái)計(jì)算機(jī)。它的體積小、質(zhì)量輕、價(jià)格便宜、為學(xué)習(xí)、應(yīng)用和開(kāi)發(fā)提供了便利條件。同時(shí)，學(xué)習(xí)使用單片機(jī)是了解計(jì)算機(jī)原理與結(jié)構(gòu)的最佳選擇。 第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 9 單片機(jī)內(nèi)部也用和電腦功能類(lèi)似的模塊，比如 CPU，內(nèi)存，并行總線(xiàn)，還有和硬盤(pán)作用相同的存儲(chǔ)器件，不同的是它的這些部件性能都相對(duì)我們的家用電腦弱很多，不過(guò)價(jià)錢(qián)也是低的，一般不超過(guò) 10元即可 ......用它來(lái)做一些控制電器一類(lèi)不是很復(fù)雜的工作足矣了。我們現(xiàn)在用的全自動(dòng)滾筒洗衣機(jī)、排煙罩、 VCD等等的家電里面都可以看到它的身影！它主要是作為控制部分的核心部件。 時(shí)鐘 電路工作原理： 電源經(jīng)過(guò)二極管和電感進(jìn)入分頻器后，分頻器開(kāi)始工作，和晶體一起產(chǎn)生振蕩，在晶體的兩腳均可以看到波形。晶體的兩腳之間的阻值在 450700 歐之間。在它的兩腳各有 1V 左右的電壓，由分頻器提供。晶體兩腳常生的頻率總和是 。 總頻（ OSC）在分頻器出來(lái)后送到 PCI 槽的 B16 腳和 ISA 的 B30 腳。這兩腳叫OSC測(cè)試腳。也有的還送到南橋，目的是使南橋的頻率更加穩(wěn)定。在總頻 OSC線(xiàn)上還電容?？傤l線(xiàn)的對(duì)地阻值在 450700 歐之間，總頻時(shí)鐘波形幅度一定要大于2V電平。如果開(kāi)機(jī)數(shù) 碼卡上的 OSC 燈不亮，先查晶體兩腳的電壓和波形；有電壓有波形，在總頻線(xiàn)路正常的情況下，為分頻器壞；無(wú)電壓無(wú)波形，在分頻器電源正常情況下，為分頻器壞；有電壓無(wú)波形，為晶體壞。 沒(méi)有總頻，南、北橋、 CPU、 CACHE、 I/O、內(nèi)存上就沒(méi)有頻率。有了總頻，也不一定有頻率。總頻一定正常，可以說(shuō)明晶體和分頻器基本上正常，主要是晶體的振蕩電路已經(jīng)完全正常，反之就不正常。 當(dāng)總頻產(chǎn)生后，分頻器開(kāi)始分頻， R2將分頻器分過(guò)來(lái)的頻率送到南橋，在南橋處理過(guò)后送到 PCI 槽 B8 和 ISA的 B20 腳，這兩腳叫系統(tǒng)測(cè)試腳，這個(gè)測(cè)試 腳可以反映主板上所有的時(shí)鐘是否正常。系統(tǒng)時(shí)鐘的波形幅度一定要大于 ，這兩腳的阻值在 450700 歐之間，由南橋提供。 在主板上 RESET 和 CLK 者是南橋處理的，在總頻正常下，如果 RESET 和 CLK都沒(méi)有，在南橋電源正常情況下，為南橋壞。主板不開(kāi)機(jī)， RESET 不正常，先查總頻。在主板上，時(shí)鐘線(xiàn)比 AD線(xiàn)要粗一些，并帶有彎曲。 復(fù)位電路，就是 利用它把電路恢復(fù)到起始狀態(tài)。就像計(jì)算器的清零按鈕的作用一樣，當(dāng)你進(jìn)行完了一個(gè)題目的計(jì)算后肯定是要清零的是吧！或者你輸入錯(cuò)誤，計(jì)算失誤時(shí) 都 要進(jìn)行清零操作。以便回到原始狀態(tài)，重新進(jìn)行計(jì)算。和計(jì)算器清零按鈕有所不同的是，復(fù)位電路啟動(dòng)的手段有所不同。一是在給電路通電時(shí)馬上進(jìn)行復(fù)位操作；二是在必要時(shí)可以由手動(dòng)操作；三是根據(jù)程序或者電路運(yùn)行的需要自動(dòng)地進(jìn)行。篡位電路都 是比較簡(jiǎn)單的大都是只有電阻和電容組合就可以辦到了。再?gòu)?fù)雜點(diǎn)就有三極管等等配合程序來(lái)進(jìn)行了。 為確保微機(jī)系統(tǒng)中電路穩(wěn)定可靠工作，復(fù)位電路是必不可少的一部分，復(fù)位10 基于單片機(jī)的時(shí)鐘系統(tǒng)設(shè)計(jì) 電路的第一功能是上電復(fù)位。一般微機(jī)電路正常工作需要供電電源為 5V177。5% ，即～ 。由于微機(jī)電路是時(shí)序數(shù)字電路，它 需要穩(wěn)定的時(shí)鐘信號(hào)，因此在電源上電時(shí)，只有當(dāng) VCC 超過(guò) 低于 以及晶體振蕩器穩(wěn)定工作時(shí)，復(fù)位信號(hào)才被撤除，微機(jī)電路開(kāi)始正常工作。 實(shí)驗(yàn)板電路原理圖 實(shí)驗(yàn)板電路結(jié)構(gòu)框圖如圖 圖 實(shí)驗(yàn)板結(jié)構(gòu)框圖 功能電路分析 時(shí)鐘電路 實(shí)驗(yàn)板的時(shí)鐘振蕩源電路如圖 。其中 JT 為 的晶振，改變兩電容 CB 的值即可對(duì)此晶振頻率進(jìn)行調(diào)節(jié)。該電路提供單片機(jī)工作所需的振蕩頻率，計(jì)算定時(shí)器初值即需此晶振頻率，在通信時(shí)也需知道晶振頻率，以對(duì)波特率進(jìn) 行計(jì)算。 圖 時(shí)鐘電路 第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 11 復(fù)位電路 如圖 所示為實(shí)驗(yàn)板的復(fù)位電路，當(dāng) RESET 信號(hào)為低電平時(shí)，實(shí)驗(yàn)板為工作狀態(tài)，當(dāng) RESET 信號(hào)為高電平時(shí)，實(shí)驗(yàn)板為復(fù)位或下載程序狀態(tài)。由于 AT89S52具有 ISP 的功能，即可以通過(guò)并口線(xiàn)直接將程序下載到單片機(jī)內(nèi)，因此， AT89S52 具有兩種狀態(tài)，下載程序狀態(tài)和運(yùn)行狀態(tài)。該復(fù)位電路能實(shí)現(xiàn)上電自動(dòng)復(fù)位，也能手動(dòng)復(fù)位，一般復(fù)位時(shí) RESET 應(yīng)保持 20毫秒以上高電平，此 復(fù)位時(shí) 間由接地電容控制。 圖 復(fù)位電路 12 基于單片機(jī)的時(shí)鐘系統(tǒng)設(shè)計(jì) 鍵盤(pán)電路 圖 如圖 所示為陣列按鍵電路，各設(shè)置及轉(zhuǎn)換信號(hào)由此電路輸入，實(shí)驗(yàn)板提供了 16 個(gè)按鍵，由 P1 口經(jīng) SN74F244（驅(qū)動(dòng)芯片）輸出擴(kuò)展成 4 4的陣列按鍵，～ 為行線(xiàn)， ～ 為列線(xiàn)。 SN74F244 有一片選信號(hào)線(xiàn) G ，當(dāng)此口線(xiàn)為低電平時(shí)， A1～ A4 與 Y1～ Y4 接通，反之， A1～ A4與 Y1～ Y4斷開(kāi)。 此鍵盤(pán)用掃描工作方式，若有鍵按下，則相應(yīng)位端口被拉低為低電平，由于本系統(tǒng)只用了 4 個(gè)按鍵，所以只需對(duì) 4個(gè)按鍵進(jìn)行掃描。掃描時(shí)，先置 口為高電平，向 P1 口送 0EFH（ MOV P1， 0EFH），再置 口為低電平，讀 P1 口（ MOV A， P1），最后判斷 P1 口低 4位哪位是低電平，若某位為低電平，則相應(yīng)按鍵被按下，如 為低電平（ =0），則 K1 鍵被按下。 液晶顯示屏 LCD1602 （一） LCD1602 特點(diǎn)說(shuō)明 [12] [13] 液晶顯示模塊由于具有低功耗、壽命長(zhǎng)、體積小、顯示內(nèi)容豐富、價(jià)格低、接口控制方便等優(yōu)點(diǎn)，因此在各類(lèi)電子產(chǎn)品中被極廣泛地推廣和應(yīng)用。字符型液晶顯示模塊是一類(lèi)專(zhuān)門(mén)用于顯示字母、數(shù)字 、符號(hào)等點(diǎn)陣式液晶顯示模塊。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用字符型液屏顯示模塊 LCD1602 作為顯示器件，這樣不僅簡(jiǎn)化了系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)，而且極大地提高了系統(tǒng)的可靠性。字符型液晶顯示模塊 LCD1602是單片 第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 13 機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì)中最常用的信息顯示器件。 LCD1602 可以顯示兩行，每行 16 個(gè)字符，采用＋ 5V 電源供電，外圍電路配置簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜，具有很高的性?xún)r(jià)比 [14]。 （二） LCD1602 功能介紹 LCD1602 各引腳功能如表 所示。 表 LCD1602管腳功能表 （ 1）基本操作時(shí)序： LCD1602 讀寫(xiě)操作 時(shí)序總體上來(lái)說(shuō)是比較簡(jiǎn)單的，掌握其有兩種方法：一種是直接看時(shí)序圖，另外一種方法是直接記憶和總結(jié)讀寫(xiě)時(shí)電平高低和變化。很顯然第二種更簡(jiǎn)單、直接，下面就列出典型讀寫(xiě)的時(shí)序要求，以方便編寫(xiě)程序。 讀狀態(tài) 輸入： RS=L， R/W=H， E=H 輸出： D0D7=狀態(tài)字 寫(xiě)指令 輸入： RS=L， R/W=L， D0D7=指令碼， E=高脈沖 輸出：無(wú) 讀數(shù)據(jù) 輸入： RS=H， R/W=H， E=H 輸出： D0D7=數(shù)據(jù) 寫(xiě)數(shù)據(jù) 輸入： RS=H， R/W=L， D0D7=數(shù)據(jù)， E=高脈沖 輸出：無(wú) （ 2） 狀態(tài)字說(shuō)明： 表 狀態(tài)字表 對(duì)控制器每次進(jìn)行讀寫(xiě)操作之前，都必須進(jìn)行讀寫(xiě)檢測(cè)，確保 STA7為 0 （ 3） 指令說(shuō)明： 14 基于單片機(jī)的時(shí)鐘系統(tǒng)設(shè)計(jì) 表 顯示模式設(shè)置表 表 顯示開(kāi) /關(guān)及背光燈設(shè)置表 （ 4） 數(shù)據(jù)控制 控制器內(nèi)部有一個(gè)數(shù)據(jù)地址指針，用戶(hù)可通過(guò)它們來(lái)訪(fǎng)問(wèn)內(nèi)部的全部 80字節(jié) RAM （ 5） 數(shù)據(jù)指針設(shè)置 第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 15 表 數(shù)據(jù)指針設(shè)置表 （ 6） 其他設(shè)置 表 其他設(shè)置指令表 （三） LCD1602 初始化過(guò)程 (1)延時(shí) 15ms (2)寫(xiě)指令 38H(不檢測(cè)忙信號(hào) ) (3)延時(shí) 5ms (4) 寫(xiě)指令 38H(不檢測(cè)忙信號(hào) ) (5)寫(xiě)指令 5ms (6) 寫(xiě)指令 38H(不檢測(cè)忙信號(hào) ) (7)之后每次寫(xiě)指令、讀 /寫(xiě)數(shù)據(jù)操作之前均需檢測(cè)忙信號(hào) (8)寫(xiě)指令 38H：顯示模式設(shè)置 (9)寫(xiě)指令 08H：顯示關(guān)閉 (10) 寫(xiě)指令 01H：顯示清屏幕 (11) 寫(xiě)指令 06H：顯示光標(biāo)移動(dòng)設(shè)置 (12) 寫(xiě)指令 0CH：顯示及光標(biāo)設(shè)置 本章小節(jié) 本章主要對(duì)芯片作了介紹，對(duì)其內(nèi)存單元作了詳細(xì)說(shuō)明 ，并對(duì)系統(tǒng)硬件（實(shí)驗(yàn)板）的結(jié)構(gòu)框圖和各功能電路