【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 出只有一個(gè)低電平，也就是可以用來(lái)用灌電流的方式進(jìn)行驅(qū)動(dòng) LED，工作電壓 Vcc=5V，輸出可以直接連接 LED，沒(méi)有帶來(lái)不穩(wěn)定因素，當(dāng)然實(shí)際中應(yīng)該串接保護(hù)電阻，估計(jì)常用的 200300 歐姆都可以。 8 圖 LED動(dòng)態(tài)掃描電路 圖 74LS138的管腳分布圖 從總的設(shè)計(jì)可以看出，單片機(jī)的控制輸出是通過(guò) ～ 口完成的。當(dāng)程序開(kāi)始時(shí)，這三個(gè)口的輸出狀態(tài)都是低電平， AT89C2051 通過(guò)程序查詢(xún)?nèi)份敵龅?ON或 OFF狀態(tài)預(yù)置時(shí)間是否已到， 若時(shí)間到，則改變相應(yīng)的輸出狀態(tài)，以完成對(duì)外部電路的控制。 方案二 ： 軟件譯碼 即上面的三大顯示模塊和顯示段碼完全由軟件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)。對(duì)于硬件譯碼來(lái)說(shuō)，擴(kuò)展多片的外部程序存儲(chǔ)器采用多片的 ROM 擴(kuò)展時(shí)，其片選信號(hào) CS 的處理方法若采用全硬件實(shí)現(xiàn)，優(yōu)點(diǎn)是擴(kuò)展的各個(gè) EPROM 的地址空間可以是連續(xù)的，能得到 64K 的完整空間；缺點(diǎn)是電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，需附加譯碼器電路，常用的如上面提到的 74138。 由于單片機(jī)本身具有較強(qiáng)的邏輯控制能力，采用軟件譯碼并不復(fù)雜。其譯碼邏輯可以隨意編程設(shè)定，不受硬件邏輯限制，同時(shí)還能簡(jiǎn)化硬件電路結(jié)構(gòu)。因 此，在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中使用非常廣泛。 綜上，本設(shè)計(jì) LED 譯碼和顯示模塊就是采用軟件譯碼實(shí)現(xiàn)，程序編寫(xiě)用 C 語(yǔ)言。作為一種結(jié)構(gòu)化的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言， C 語(yǔ)言的特點(diǎn)就是可以使你盡量少地對(duì)硬件進(jìn)行操作，具有很強(qiáng)的功能性、結(jié)構(gòu)性和可移植性，常常被優(yōu)選作為單片機(jī)系統(tǒng)的編程語(yǔ)言。用 C 編 9 寫(xiě)程序比匯編更符合人們的思考習(xí)慣，開(kāi)發(fā)者可以擺脫與硬件無(wú)必要的接觸，更專(zhuān)心的考慮功能和算法而不是考慮一些細(xì)節(jié)問(wèn)題，這樣就減少了開(kāi)發(fā)和調(diào)試的時(shí)間。 C 語(yǔ)言具有良好的程序結(jié)構(gòu) ,適用于模塊化程序設(shè)計(jì)，因此采用 C 語(yǔ)言設(shè)計(jì)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)程序時(shí)，首先要盡可能 地采用結(jié)構(gòu)化的程序設(shè)計(jì)方法，將功能模塊化，由不同的模塊完成不同的功能，這樣可使整個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)程序結(jié)構(gòu)清晰，易于調(diào)試和維護(hù)。不同的功能模塊，分別指定相應(yīng)的入口參數(shù)和出口參數(shù)，對(duì)于一些要重復(fù)調(diào)用的程序一般把其編成函數(shù)，這樣可以減少程序代碼的長(zhǎng)度，又便于整個(gè)程序的管理，還可增強(qiáng)可讀性和移植性。 3 硬件設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)的硬件電路包括單片機(jī) P89V512FN 電路、鍵盤(pán)輸入與數(shù)碼顯示輸出、信號(hào)輸入與輸出口、三孔扁平插座，可控開(kāi)關(guān)和穩(wěn)壓器等電路組成。具體主要有三個(gè)模塊：?jiǎn)纹瑱C(jī)控制數(shù)碼顯示模塊；插座串接繼電器模塊； AC/DC5V輸出穩(wěn)壓模塊（如下圖 ）。隨著外加 220V/50HZ 的交流電加到插座的同時(shí)， AC/DC 實(shí)現(xiàn)電壓交直流的轉(zhuǎn)換，把 220V的交流電變?yōu)?5V 的直流電用于 SRD 電磁繼電器的工作電壓。 可控開(kāi)關(guān)裝置中的 電磁繼電器 [8]收到單片機(jī)高低脈沖電平的變化相應(yīng)做出吸合或斷開(kāi)的指令控制，從而控制插座電源的通斷。 而 單片機(jī)軟件編程通過(guò)串口輸入和 USB接口主要實(shí)現(xiàn)鍵盤(pán)、 LED顯示等各模塊的功能，采用 C 語(yǔ)言編程，來(lái)控制譯碼器譯碼以及數(shù)碼管顯示。本設(shè)計(jì)硬件部分電路圖見(jiàn) 附錄 1。 其中本系統(tǒng)的核心單片機(jī) MCU P89V512FN 為 40腳 600MIL 封裝，是 CMOS 型飛利浦80C51 系列單片機(jī)，帶有 2KB 閃存 E2PROM 型。該單片機(jī)除了少了兩個(gè)并口外，能兼容MCS51 系列單片機(jī)的所有功能，且具備體積小、功能強(qiáng)、運(yùn)行速度快等特點(diǎn)。該電路可通過(guò)單片機(jī)的 P3． 7 口連接一個(gè)鍵盤(pán)電路來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)參數(shù)的人工自由設(shè)定，同時(shí)可通過(guò)串口連接 4 位 LED 數(shù)碼管，以分別顯示小時(shí)、分鐘和秒。系統(tǒng)定時(shí)啟動(dòng)是通過(guò) P3． 0口完成的。程序開(kāi)始時(shí)這三個(gè)口的輸出狀態(tài)都是低電平， P89V512FN 通過(guò)程序查詢(xún) P3． 0口輸出 ON 或 OFF的狀態(tài)預(yù)置時(shí)間是否已到，如果已到時(shí)間，則改變相應(yīng) 的輸出狀態(tài)，從而完成對(duì)外部電路的控制。 P89V51RD2 的典型特性是它的 X2 方式選項(xiàng)。利用該特性，設(shè)計(jì)者可使應(yīng)用程序以傳統(tǒng)的 80C51 時(shí)鐘頻率（每個(gè) 機(jī)器周期 包含 12個(gè)時(shí)鐘）或 X2 方式（每個(gè)機(jī)器周期包含 6個(gè)時(shí)鐘）的時(shí)鐘頻率運(yùn)行，選擇 X2 方式可在相同時(shí)鐘頻率下獲得 2倍的吞吐量。從該特性獲益的另一種方法是將 時(shí)鐘頻率 減半來(lái)保持特性不變，這 樣可以極大地降低 EMI。 Flash 程序存儲(chǔ)器 支持并行和串行 在系統(tǒng)編程 （ ISP）， ISP允許在軟件控制下對(duì)成品中的器件進(jìn)行重復(fù)編程。應(yīng)用 固件 的 產(chǎn)生 /更新能力實(shí)現(xiàn)了 ISP 的大范圍應(yīng)用。 5V 的工作電壓，操作頻率為 0～ 40MHz。 10 圖 大模塊 如 附錄 1，上半部分是數(shù)碼管顯示電路；下半部分是由橋式整流二極管和 LM7805組成的 AC/DC 穩(wěn)壓電路，將 220V 的交流電壓整流，濾波后輸出直流 5V 電壓用于單片機(jī)的工作電壓；中間部分是由四個(gè)按扭開(kāi)關(guān)和單片機(jī)相應(yīng)管腳（ ， ， ， ）連接，分別對(duì)應(yīng) LED 時(shí)間顯示模式控制 (開(kāi)關(guān) SW1)、操作控制（ SW5）、執(zhí)行加鍵（開(kāi)關(guān)SW2），執(zhí)行減鍵（開(kāi)關(guān) SW3）。此外還有單片機(jī)外接熱敏電阻，復(fù)位鍵（開(kāi)關(guān) SW4）以及蜂鳴器可以用來(lái)實(shí)現(xiàn)溫度測(cè)量和自動(dòng)溫度報(bào)警。 可控開(kāi)關(guān)電路 圖 繼電器結(jié)構(gòu)圖 繼電器 (relay)也是一種電門(mén)，但與一般開(kāi)關(guān)不同，繼電器并非以機(jī)械方式控制，而是一種以電磁力來(lái)控制切換方向的電門(mén)。當(dāng)線圈通電后，會(huì)使中心的軟鐵核心產(chǎn)生磁性，將橫向的擺臂吸下，而臂的右側(cè)則迫使電門(mén)接點(diǎn)相接，使兩接點(diǎn)形成通路。 本設(shè)計(jì)中選用繼電器型號(hào)為 SRD05VDCSLC， 5接腳，如上圖 。其中一邊的兩腳工作狀態(tài)分別為銜鐵動(dòng)靜觸點(diǎn)閉合或斷開(kāi)（低壓控制電路時(shí) )；額定工作電壓，即繼電器正常工作時(shí)線圈所需要的電壓，本設(shè)計(jì)中選用的繼電器的額定工作電壓為 5V 直流電壓。利用直流電流觸發(fā)并控制延時(shí)， 在延時(shí)過(guò)程中可不影響主電路而延時(shí)遞增。 在本次設(shè)計(jì)過(guò)程中，將繼電器與普通電源插座串接起來(lái)，三接點(diǎn)中間的那個(gè)腳腳 4單片機(jī)控制 LED模塊 AC/DC 穩(wěn)壓模塊 插座串接 繼電器模塊 220V輸 入 信號(hào)號(hào) 220V 5V輸出供電 11 接電源插座的火線，另外兩接腳中接腳 3接單片機(jī)的控制信號(hào)引出腳，另一接腳 5和控制信號(hào)引出腳連共地端。 特別需要注意的是，在焊接繼電器前要用萬(wàn)用電表測(cè)試其五個(gè)管腳以確保正確連接。當(dāng)接腳 3 和接腳 5 之間加 5V 電壓時(shí)，接腳 4 和接腳 2 導(dǎo)通，電源插座開(kāi)關(guān)可正常工作；當(dāng)接腳 3 和接腳 5之間電壓為 0時(shí)，接腳 4 和接腳 1 導(dǎo)通，電源插座開(kāi)關(guān)不工作，從插座正常工作到不工作的這段時(shí)間即為定時(shí)操作，可通過(guò)軟件編程設(shè)置定時(shí)（鬧鈴）程 序?qū)崿F(xiàn)。 電平轉(zhuǎn)換電路 LM7805 穩(wěn)壓電路 在不同的數(shù)字系統(tǒng)中，其電平標(biāo)準(zhǔn)是不同的。該系統(tǒng)中就包括了 220V 交流輸入和5V 的 TTL 電平標(biāo)準(zhǔn)，要實(shí)現(xiàn)兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的正常通信，必須進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。該系統(tǒng)采用使用簡(jiǎn)單的 LM7805 芯片。 如圖 所示電路為輸出電壓 +5V、輸出電流 的穩(wěn)壓電源。它由電源變壓器 B，橋式整流電路 D1～ D4，濾波電容 C C3，防止自激電容 C C3 和一只固定式三端穩(wěn)壓器 7805 極為簡(jiǎn)捷方便地搭成的。 圖 LM7805穩(wěn)壓電路 220V 交流市電通過(guò)電 源變壓器變換成交流低壓，再經(jīng)過(guò)橋式整流電路 D1～ D4和濾波電容 C1 的整流和濾波，在固定式三端穩(wěn)壓器 LM7805 的 Vin 和 GND 兩端形成一個(gè)并不十分穩(wěn)定的直流電壓 (該電壓常常會(huì)因?yàn)槭须婋妷旱牟▌?dòng)或負(fù)載的變化等原因而發(fā)生變化 )。此直流電壓經(jīng)過(guò) LM7805 的穩(wěn)壓和 C3的濾波便在穩(wěn)壓電源的輸出端產(chǎn)生了精度高、穩(wěn)定度好的直流輸出電壓。本穩(wěn)壓電源可作為 TTL 電路或單片機(jī)電路的電源。三端穩(wěn)壓器是一種標(biāo)準(zhǔn)化、系列化的通用線性穩(wěn)壓電源集成電路，以其體積小、成本低、性能好、工作可靠性高、使用簡(jiǎn)捷方便等特點(diǎn)，成為目前穩(wěn)壓電源中應(yīng) 用最為廣泛的一種單片式集成穩(wěn)壓器件。注意問(wèn)題： （ 1） 7905 的引腳定義，－ 5V輸出電壓上電容的方向（不過(guò)本設(shè)計(jì)只?。?5V 即可）； （ 2） 7905 空載時(shí)測(cè)量輸出在 6V左右。加上負(fù)載，輸出正常； 12 （ 3） 7805 驅(qū)動(dòng)電流可達(dá) 1A。實(shí)際測(cè)量時(shí)運(yùn)行時(shí)電流 200～ 300mA， 7805 會(huì)發(fā)熱，溫度有 50 度左右，布線時(shí)該器件的擺放應(yīng)考慮散熱。 RS232 電平轉(zhuǎn)換電路 由于本設(shè)計(jì)中的單片機(jī)電路要用到串口輸入，而電腦串口 RS232 電平是 10V， +10V，P89V51 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的信號(hào)電壓是 TTL 電平 0， +5V，故需進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。 本設(shè)計(jì)采用 MAX232EPE[9]進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換，該產(chǎn)品是由德州儀器公司（ TI）推出的一款兼容 RS232 標(biāo)準(zhǔn)的芯片。該器件包含 2驅(qū)動(dòng)器、 2接收器和一個(gè)電壓發(fā)生器電路提供TIA/EIA232F 電平。該器件符合 TIA/EIA232F 標(biāo)準(zhǔn)，每一個(gè)接收器將 TIA/EIA232F電平轉(zhuǎn)換成 5V TTL/CMOS 電平；每一個(gè)發(fā)送器將 TTL/CMOS 電平轉(zhuǎn)換成 TIA/EIA232F電平。該芯片單 5V電源工作，特點(diǎn)是低電源電流，典型值是 8mA。 單片機(jī)系統(tǒng)電路 單片機(jī) P89V51 簡(jiǎn)介 單片微型計(jì)算機(jī)作為微型計(jì)算機(jī)的一個(gè)分支，于今它已成為今天工業(yè)控制領(lǐng)域、通訊設(shè)備、信息處理以及日常生活中最廣泛使用的計(jì)算機(jī)。應(yīng)用方面，本設(shè)計(jì)中涉及的電子定時(shí)器也可用一般數(shù)字電路搭建而成，一臺(tái)四位數(shù)的定時(shí)器要用十多片數(shù)字電路組成 ,電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積龐大，而且功能有一定的局限性。但如用單片機(jī)制作定時(shí)器 [10]，外圍電路簡(jiǎn)單，用其靈活的編程，使定時(shí)器可有更多的功能選擇。 本設(shè)計(jì)中的單片機(jī)芯片 P89V51RD2FN 是由飛利浦公司生產(chǎn)的，屬于 80C51 系列單片機(jī)的一類(lèi)。它為 40管腳，工作電壓為 5V，片內(nèi) 有振蕩器和時(shí)鐘電路 ,時(shí)鐘電路的頻率范圍從 0 兆赫至 40 兆赫， 4 個(gè) 8 位并行 I / O 口， 3個(gè) 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器， 8 個(gè)中斷源與四個(gè)優(yōu)先級(jí)， 1個(gè)全雙工串行口（ SIO/UART），內(nèi)置 1個(gè)布爾處理器和 1個(gè)布爾累加器（ Cy），內(nèi)含 64KB 的單晶片 Flash 的 ISP（在線可編程系統(tǒng)）和 IAP（在應(yīng)用編程），可應(yīng)用于設(shè)計(jì)可編程看門(mén)狗定時(shí)器。 P89V51RD2 的典型特性是它的 X2 方式選項(xiàng)。利用該特性，設(shè)計(jì)者可使應(yīng)用程序以傳統(tǒng)的 80C51 時(shí)鐘頻率（每個(gè) 機(jī)器周期 包含 12個(gè)時(shí)鐘）或 X2 方式（每個(gè)機(jī)器周期包含 6個(gè)時(shí)鐘）的時(shí)鐘頻率運(yùn)行，選擇 X2 方式可在相同時(shí)鐘頻率下獲得 2倍的吞吐量。從該特性獲益的另一種方法是將 時(shí)鐘頻率 減半來(lái)保持特性不變，這 樣可以極大地降低 EMI。 Flash 程序存儲(chǔ)器 支持并行和串行 在系統(tǒng)編程 （ ISP），ISP 允許在軟件控制下對(duì)成品中的器件進(jìn)行重復(fù)編程。應(yīng)用 固件 的 產(chǎn)生 /更新能力實(shí)現(xiàn)了 ISP 的大范圍應(yīng)用。 5V 的工作電壓，操作頻率為 0～ 40MHz。 芯片管腳圖見(jiàn)下圖 。 P0 口是一個(gè) 8位開(kāi)漏雙向 I/O 口。寫(xiě)入‘ 1’時(shí) P0 口懸浮，可用作高阻態(tài)輸入。 P1口是一個(gè)帶內(nèi)部上拉的 8 位雙向口。寫(xiě)入‘ 1’時(shí) P1口被內(nèi)部上拉拉高，可用作輸入。T2：定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 2 的外部計(jì)數(shù)輸入或時(shí)鐘輸出。 T2EX：定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 2 捕獲 /重裝 13 觸發(fā)和方向控制。 ECI:外部時(shí) 鐘輸入。 PCA 的外部時(shí)鐘輸入。 CEXO:PCA 模塊 0 的捕獲 /比較外部 I/O 口。 SS:SPI 隨機(jī)選擇輸入。 圖 P89V51RD2FN信號(hào)引腳圖 CEX1： PCA 模塊 1的捕獲 /比較外部 I/O 口。 SCK： SPI主機(jī)輸出從機(jī)輸入端。 CEX4：PCA 模塊 4 的捕獲 /比較外部 I/O 口。 P2 口是一個(gè)帶內(nèi)部上拉的 8位雙向口。寫(xiě)入‘ 1’時(shí) P2 口被內(nèi)部上拉拉高，可用作輸入。用作輸入時(shí)，由于內(nèi)部上拉的存在， P2 口被外部器件拉低時(shí)將吸收電流（ ILI）。在取指外部程序存儲(chǔ)器或訪問(wèn) 16位地址（ MOVX @DPTR）的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)， P2 口發(fā)送高位地址。應(yīng)用中 P2 口利用強(qiáng)內(nèi)部上拉來(lái)發(fā)送‘ 1’。在外部主機(jī)模式編程和校驗(yàn)中， P2 口可接收一些控制信號(hào)和部分高地址位。 P3 口： P3口是一個(gè)帶內(nèi)部上拉的 8 位雙向口。寫(xiě)入‘ 1’時(shí)