【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 3V 的超低壓工作，而且與 MCS51 系列單片機(jī)完全兼容，但是運(yùn)用于電路設(shè)計(jì)中時(shí)由于不具備 ISP 在線編程技術(shù) , 當(dāng)在對(duì)電路進(jìn)行調(diào)試時(shí)，由于程序的錯(cuò)誤修改或?qū)Τ绦虻男略龉δ苄枰獰氤绦驎r(shí)，對(duì)芯片的多次拔插會(huì)對(duì)芯片造成一定的損壞。 方案二：采用 AT89S52，片內(nèi) ROM 全都采用 Flash ROM；能以 3V 的電壓工作；同時(shí)也與 MCS51 系列單片機(jī)完全該芯片內(nèi)部存 儲(chǔ)器為 8KB ROM 存儲(chǔ)空間，同樣具有 89C51 的功能，且具有在線編程可擦除技術(shù)，當(dāng)在對(duì)電路進(jìn)行調(diào)試時(shí)，由于程序的錯(cuò)誤修改或?qū)Τ绦虻男略龉δ苄枰獰氤绦驎r(shí)，不需要對(duì)芯片多次拔插，所以不會(huì)對(duì)芯片造成損壞。 方案三：采用 STC89C52 芯片，它是一種低功耗、高性能 CMOS 8 位微控制器，具有 8K 系統(tǒng)可編程 Flash 存儲(chǔ)器。使用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 和在線系統(tǒng)可編程 Flash，使得 STC89C52 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。 方案一是多年前的的產(chǎn)品，因自身設(shè)計(jì)缺陷，已經(jīng)很少被人使用。方案二和方案三使用差別不大，但方案二需要專有下載線，方案三使用串口下載即可。 5 因此選擇方案三。 鍵盤(pán)電路的方案論證 在對(duì)日期和時(shí)間進(jìn)行切換，對(duì)日期和時(shí)間進(jìn)行調(diào)節(jié)校準(zhǔn)過(guò)程中，系統(tǒng)需要產(chǎn)生激勵(lì)電流，因此需要用按鍵。 方案一：使用獨(dú)立式鍵盤(pán)。獨(dú)立式鍵盤(pán)是指直接用 I/O 口線構(gòu)成的單個(gè)按鍵電路。獨(dú)立式按鍵電路配置靈活，軟件 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。 方案二：使用矩陣式鍵盤(pán)。矩陣式鍵盤(pán)是由行線和列線組成，按鍵位于行、列的交叉點(diǎn)上，行線、列線分別連接到按鍵開(kāi)關(guān)的兩端，其特點(diǎn)是簡(jiǎn)單且不增加成本，這種按鍵適合按鍵數(shù)較多的場(chǎng)合。根據(jù)以上的論述，因本系統(tǒng)需要的按鍵不多，共需四個(gè)按鍵，第一個(gè)選位，第二個(gè)加一，第三個(gè)減一，第四個(gè)確定，要求簡(jiǎn)單。 所以采用方案一獨(dú)立式鍵盤(pán)。 電路設(shè)計(jì)最終決定方案 綜 上各方案所述，此次設(shè)計(jì)的方案選定為：采用 STC89C52 作為單片機(jī)主控制系統(tǒng)，采用 PCF8563 芯片作為時(shí)鐘芯片， LCD1602 液 晶顯示屏作為顯示，鍵盤(pán)選擇獨(dú)立式鍵盤(pán)。 第三章 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)采用的是串行的時(shí)鐘芯片 PCF85693，由時(shí)鐘芯片送給單片機(jī) STC89C52，單片機(jī)處理后輸出由液晶顯示屏 LCD1602 輸出，輸出為年月日星期時(shí)分秒。系統(tǒng)硬件從功能模塊上可分為以下五部分：?jiǎn)纹瑱C(jī)主模塊、時(shí)鐘電路、液晶顯示電路、按鍵電路、復(fù)位電路。 單片機(jī)模塊的設(shè)計(jì) 根據(jù)系統(tǒng)功能要求以及單片機(jī)硬件電路設(shè)計(jì)思路對(duì)單片機(jī)模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)，要使單片機(jī)能準(zhǔn)確的進(jìn)行工作，在受到外部各種干擾后，能及時(shí)恢復(fù)繼續(xù)工作 。 單片機(jī)原理 單片機(jī)就是簡(jiǎn)化的微型計(jì)算機(jī)， CPU 中本身自帶存儲(chǔ)器 ROM 和 RAM， CPU 片內(nèi)也有總線。 IC（集成電路）技術(shù)是將電路通過(guò)特殊工藝做在一塊硅基片上封裝成芯片，比如 CPU，片外存儲(chǔ)器等等。將單片機(jī)，晶振，存儲(chǔ)器，地址鎖存器，邏輯門(mén)，七段譯碼器（顯示器），按鈕（類似鍵盤(pán)），擴(kuò)展芯片，接口等通過(guò) PCB 6 工藝（比如 SMT 貼片，或者插裝）做在環(huán)氧樹(shù)脂板上。這樣才是一個(gè)完整的單片（做在一塊 PCB 板上）的微型計(jì)算機(jī)。 單片機(jī)主控制模塊 本次設(shè)計(jì)的執(zhí)行元件是增 強(qiáng)型系列的 STC89C52，由于它本身帶有一定的優(yōu)點(diǎn)。 STC89C52是一種帶 8K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器的低電壓，高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機(jī)。該器件與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 MCS51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能 8位 CPU和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中， STC89C52是一種高效微控制器， STC89C52單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。 一、主要特性 與 MCS51兼容； 8K字節(jié)可編程閃爍存儲(chǔ)器； 壽命： 1000寫(xiě) /擦循環(huán)； 數(shù)據(jù)保留時(shí)間： 10年； 全靜態(tài)工作： 0Hz40Hz； 三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定； 128*8位內(nèi)部 RAM； 32可編程 I/O線； 兩個(gè) 16位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器； 5個(gè)中斷源； 可編程串行通道； 低功耗的閑置和掉電模式； 片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路。 二、管腳說(shuō)明 VCC：供電電壓。 GND：接地。 P0 口： P0 口為一個(gè) 8 位漏極開(kāi)路雙向 I/O 口，每腳可吸收 8TTL 門(mén)電流。當(dāng) P1 口的管腳第一次寫(xiě) 1 時(shí)，被定義為高阻輸入。 P0 能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù) /地址的第八位。在 FIASH 編程時(shí)， P0 口作為原碼輸入口，當(dāng) FIASH 進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)， P0 輸出原碼，此時(shí) P0 外部必須被拉高。 P1 口： P1 口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P1 口緩沖器能接收輸出 4TTL 門(mén)電流。 P1 口管腳寫(xiě)入 1 后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1 口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí)， P1 口作為第八位地址接收。 7 P2 口： P2 口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 口緩沖器可接收，輸出 4 個(gè) TTL 門(mén)電流，當(dāng) P2 口被寫(xiě)“ 1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為 輸入。并因此作為輸入時(shí)， P2 口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。 P2 口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或 16 位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)， P2 口輸出地址的高八位。在給出地址“ 1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫(xiě)時(shí)， P2 口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。 P2 口在 FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。 P3 口： P3 口管腳是 8 個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O 口，可接收輸出 4 個(gè)TTL 門(mén)電流。當(dāng) P3 口寫(xiě)入“ 1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入 。作為輸入，由于外部下拉為低電平， P3 口將輸出電流（ ILL）這是由于上拉的緣故。 P3 口也可作為 STC89C51 的一些特殊功能口， P3 口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。 P3 口的第二功能如圖 1 所示： 圖 1 P3功能表 RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持 RST 腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。 ALE/PROG：當(dāng)訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在 FLASH 編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時(shí)， ALE 端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻 率為振蕩器頻率的 1/6。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過(guò)一個(gè) ALE 脈沖。如想禁止 ALE 的輸出可在 SFR8EH 地址上置0。此時(shí)， ALE 只有在執(zhí)行 MOVX， MOVC 指令是 ALE 才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài) ALE 禁止，置位無(wú)效。 PSEN ：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次 PSEN 有效。但在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的 PSEN 信 8 號(hào)將不出現(xiàn)。 EA /VPP：當(dāng) EA 保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)（ 0000HFFFFH）， 不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。注意加密方式 1 時(shí)， EA 將內(nèi)部鎖定為 RESET；當(dāng) EA 端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。在 FLASH 編程期間，此引腳也用于施加 12V 編程電源（ VPP）。 XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。 XTAL2：來(lái)自反向振蕩器的輸出。 三、振蕩器特性 XTAL1 和 XTAL2 分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采 用外部時(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)器件，XTAL2 應(yīng)不接。有些輸入至內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)要通過(guò)一個(gè)二分頻觸發(fā)器，因此對(duì)外部時(shí)鐘信號(hào)的脈寬無(wú)任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。 四、芯片擦除 整個(gè) PEROM 陣列和三個(gè)鎖定位的電擦除可通過(guò)正確的控制信號(hào)組合，并保持ALE管腳處于低電平 10ms 來(lái)完成。在芯片擦操作中，代碼陣列全被寫(xiě)“ 1”且在任何非空存儲(chǔ)字節(jié)被重復(fù)編程以前，該操作必須被執(zhí)行。此外， STC89C52 設(shè)有穩(wěn)態(tài)邏輯，可以在低到零頻率的條件下靜態(tài)邏輯，支持兩種軟件可選的掉電模式。在閑置模式下， CPU 停止工作 。但 RAM，定時(shí)器，計(jì)數(shù)器，串口和中斷系統(tǒng)仍在工作。在掉電模式下，保存 RAM 的內(nèi)容并且凍結(jié)振蕩器，禁止所用其他芯片功能，直到下一個(gè)硬件復(fù)位為止。 STC89C52引腳圖如圖 2所示。 9 圖 2 STC89C52 引腳圖 時(shí)鐘電路模塊的設(shè)計(jì) 概述 PCF8563 是低功耗的 CMOS 實(shí)時(shí)時(shí)鐘日歷芯片它提供一個(gè)可編程時(shí)鐘輸出一個(gè)中斷輸出和掉電檢測(cè)器所有的地址和數(shù)據(jù)通過(guò) I2C 總線接口串行傳遞最大總線速度為 400Kbits/s 每次讀寫(xiě)數(shù)據(jù)后內(nèi)嵌的字地址寄存器會(huì)自動(dòng)產(chǎn)生增量。 .特性 ?? 低工作電流典型值為 A VDD= Tamb=25 時(shí) 。 ?? 世紀(jì)標(biāo)志 。 ?? 大工作電壓范圍 。 ?? 低休眠電流典型值為 A(VDD=,Tamb=25 )。 ?? 400KHz 的 I2C 總線接口 VDD= 時(shí) 。 10 ?? 可編程時(shí)鐘輸出頻率為 1024Hz 32Hz 1Hz。 ?? 報(bào)警和定時(shí)器 。 ?? 內(nèi)部集成的振蕩器電容片內(nèi)電源復(fù)位功能掉電檢測(cè)器 。 ?? I2C 總線從地址讀 0A3H 寫(xiě) 0A2H。 開(kāi)漏中斷引腳 圖 3 PCF8563引腳圖 管腳描述 符號(hào) 管腳號(hào) 描 述 OSCI 1 振蕩器輸入 OSCO 2 振蕩器輸出 /INT 3 中斷輸出開(kāi)漏低電平有效 VSS 4 地 SDA 5 串行數(shù)據(jù) I/O SCL 6 串行時(shí)鐘輸入 CLKOUT 7 時(shí)鐘輸出 (開(kāi)漏 ) VDD 8 正電源 時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)如圖 4所示 11 圖 4 時(shí)鐘電路原理圖 液晶顯示電路模 塊的設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)采用的是液晶顯示電路，液晶顯示效果出眾，可以運(yùn)用菜單項(xiàng)來(lái)操作，比較簡(jiǎn)單，方便。顯示電路采用了液晶顯示器 LCD1602，在主控模塊的控制下將 PCF8563中讀出年、月、日、星期、時(shí)、分、秒和溫度數(shù)據(jù)送 LCD顯示。 LCD1602 的介紹 本次設(shè)計(jì)的顯示電路是采用液晶進(jìn)行顯示的，顯示年月日星期時(shí)分秒。液晶顯示器都是數(shù)字式的，和單片機(jī)系統(tǒng)的接口更加簡(jiǎn)單可靠，操作更加方便。體積小、重量輕。液晶顯示器通過(guò)顯示屏上的電極控制液晶分子狀態(tài)來(lái)達(dá)到顯示的目的，在 重量上比相同顯示面積的傳統(tǒng)顯示器要輕得多。功耗低，相對(duì)而言，液晶顯示器的功耗主要消耗在其內(nèi)部的電極和驅(qū)動(dòng) IC上，因而耗電量比其它顯示器要少得多。液晶顯示器 (Liquid Crystal Display， LCD)用于顯示 GUI(圖形用戶界面 )環(huán)境下的文字和圖像數(shù)據(jù)，適用于低壓、微功耗電路。從選型角度，我們將常見(jiàn)液晶顯示器分為段式 (也稱 8字 )、字符型和圖形點(diǎn)陣這幾種類型，分別介紹如下：段式液晶顯示器：常見(jiàn)段式液晶顯示器的每字為 8段組成，即 8字和一點(diǎn)，只能顯示數(shù)字和部分字母，如果必須顯示其他少量字符、漢字和別的符 號(hào)，一般需要在廠家定做，將所要顯示的字符、漢字和其他符號(hào)固化在指定的位置 (比如計(jì)算器和電子表所用的液晶顯示器 )。字符型液晶顯示器：顧名思 12 義，字符型液晶顯示器是用于顯示字符和數(shù)字的，對(duì)于圖形和漢字的顯示方式與段式液晶無(wú)異。一般字符型液晶的分辨率為： 8 16 16 16 20 20 40 2和 40 4等，其中 8(1 40)的意義為一行可顯示的字符 (數(shù)字 )數(shù)， 1( 4)的意義是指顯示行數(shù)。圖形點(diǎn)陣式液晶顯示器：我們又將其分為 TN、 STN(DSTN)、 TFT等幾類。這種分類需從液晶 材料和液晶效應(yīng)講起，請(qǐng)參考液晶顯示原理。 TN類液晶由于它的局限性，只用于生產(chǎn)字符型液晶模塊；而 ST(DSTN)類液晶模塊一般為中小型，既有單色的，也有偽彩色的； TFT類液晶，則從小到大都有，而且?guī)缀跚逡簧珵檎娌噬@示模塊。除了 TFT類液晶外，一般小型液晶屏都內(nèi)置控制器 (控制器的概念相當(dāng)于顯示卡上的主控芯片 )，直接提供 MPU接口；而大中型液晶屏，要想控制其顯示，都需要外加控制器。從色彩上，分 LCD顯示屏分為單色、灰度和彩色 3種，價(jià)格由低到高，單色 LCD的點(diǎn)陣只能顯示亮和暗，通常只用于低端的不需顯示圖形的場(chǎng)合； 帶灰度級(jí)的 LCD常用的 有 2bit、 4 級(jí)灰度和 4bit、 16