【文章內(nèi)容簡介】 好、使用溫度范圍寬。在各種惡劣的環(huán)境下都能可靠的工作，這是其他機種無法比擬的。 種類多，型號全。很多單片機廠家逐年擴大適應(yīng)各種需要，有針對性地推出一系列型號產(chǎn)品，使系統(tǒng)開發(fā)工程師有很大的選擇余地。大部分產(chǎn)品有較好的兼容性，保證了已開發(fā)產(chǎn)品能順利移植，較容易地使產(chǎn)品進行升級換代。 常熟理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 4 低功耗?，F(xiàn)在新型單片機的 功耗越來越小，供電電壓從 5V 降低到了 ，甚至1V，工作電流從 mA 降到 181。A 級，工作頻率從十幾兆可編程到幾十千赫茲。特別是很多單片機都設(shè)置了多種工作方式，這些工作方式包括等待、暫停、睡眠、空閑、節(jié)電等。 可以采用 C 語言開發(fā)環(huán)境， 具有 友 好的人機互交環(huán)境。大多數(shù)單片機都提供基于 C語言開發(fā)平臺，并提供大量的函數(shù)供使用，這使產(chǎn)品的開發(fā)周期、代碼可讀性、可移植性都大為提高。 單片機的發(fā)展現(xiàn)狀 單片機技術(shù)在不斷的發(fā)展，它反映在內(nèi)部結(jié)構(gòu)、功率消耗、外部電壓等級以及制造工藝 上。 在這幾方面，較為典型地說明了數(shù)字單片機 的 技術(shù) 水平。 在目前，用戶對單片機的需要越來越多，但是，要求也越來越高。下面分別就這三個方面說明單片機的技術(shù)進步狀況。 內(nèi)部結(jié)構(gòu)的進步 單片機在內(nèi)部已集成了越來越多的部件，這些部件包括一般常用的電路，例如：定時器，比較器， A/D 轉(zhuǎn)換器， D/A 轉(zhuǎn)換器，串行通信接口， Watchdog 電路， LCD 控制器等。有的單片 機為了構(gòu)成控制網(wǎng)絡(luò)或形成局部網(wǎng)，內(nèi)部含有局部網(wǎng)絡(luò)控制模塊 CAN。例如，Infineon 公司的 C 505C， C515C， C167CR， C167CS32FM， 81C90。因此，這類單片機十分容易構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)。特別是在控制，系統(tǒng)較為復(fù)雜時，構(gòu)成一個控制網(wǎng)絡(luò)十分有用。 為了能在變頻控制中方便使用單片機，形成最具經(jīng)濟效益的嵌入式控制系統(tǒng)。有的單片機內(nèi)部設(shè)置了專門用于變頻控制的脈寬調(diào)制控制電路，這些單片機有 Fujitsu 公司的MB89850 系列、 MB89860 系列； Motorola 公司的 MC68HC08MR1 MR24 等。在這些單片機中，脈寬調(diào)制電路有 6 個通道輸出，可產(chǎn)生三相脈寬調(diào)制交流電壓，并內(nèi)部含死區(qū)控制等功能。 特別引人注目的是：現(xiàn)在有的單片機已采用所謂的三核 （ TrCore）結(jié)構(gòu)。這是一種建立在系統(tǒng)級芯片（ System on a chip）概念上的結(jié)構(gòu)。這種單片機由三個核組成：一個是微控制器和 DSP 核，一個是數(shù)據(jù)和程序存儲器核，最后一個是外圍專用集成電路（ ASIC）。這種單片機的最大特點在于把 DSP 和微控制器同時做在一個片上。這是目前單片機最大的進步之一。這些單片機都是高檔單片機， MCU 都是 32 位的，而 DSP 采用 16 或32位結(jié)構(gòu)，工作頻率一般在 60MHz 以上。 功耗、封裝及電源電壓的進步 現(xiàn)在新的單片機的功耗越來越小，特別是很多單片機都設(shè)置了多種工作方式 ，這些工常熟理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 5 作方式包括等待，暫停，睡眠，空閑，節(jié)電等工作方式。而單片機的封裝水平也大大提高，隨著貼片工藝的出現(xiàn)，單片機也大量采用了各種合符貼片工藝的封裝方式出現(xiàn)，以大量減少體積。在這種形勢中， Microchip 公司推出的 8 引腳的單片機特別引人注目。這是PIC12CXXX 系列。它含有 ～ 2K 程序存儲器， 25～ 128字節(jié)數(shù)據(jù)存儲器， 6 個 I/O 端口以及一個定時器，有的還含 4道 A/D ，完全可以滿足一些低檔系統(tǒng)的應(yīng)用。擴大電源電壓范圍以及在較低電壓下仍然能工作是今天單片機發(fā)展的目標(biāo)之一。目前，一般單片機都可以在 ～ 的條件下工作。而一些廠家，則可以生產(chǎn)出在 ～ 6V的條件下工作的單片機。 工藝上的進步 現(xiàn)在的單片機基本上采用 CMOS 技術(shù)，但已經(jīng)大多數(shù)采用了 以上的光刻工藝，有個別的公司，如 Motorola 公司則已采用 甚至是 技術(shù)。這些技術(shù)的進步大大地提高了單片機的內(nèi)部密度和可靠性。 單片機的發(fā)展趨勢 單片機在目前的發(fā)展形勢下，表現(xiàn)出幾大趨勢： 可靠性及應(yīng)用越來越水平高 ， 和互聯(lián)網(wǎng)連接已是一種明顯的走向； 所集成的部件越來越多， NS（美國國家半導(dǎo)體）公司的 單片機已把語音、 圖像 部件也集成到單片機中，也就是 說，單片機的意義只是在于單片集成電路，而不在于其功能了。 如果從功能上講它可以講是萬用機。原因是其內(nèi)部已集成上各種應(yīng)用電路 ； 功耗越來越低和模擬電路結(jié)合越來越多。 隨著半導(dǎo)體工藝技術(shù)的發(fā)展及系統(tǒng)設(shè)計水平的提高，單片機還會不斷產(chǎn)生新的變化和進步，最終人們可能發(fā)現(xiàn)：單片機與微機系統(tǒng)之間的距離越來越小，甚至難以辨認。 編程語言的選擇 在 1972 年，美國貝爾實驗室的 在 B 語言的基礎(chǔ)上最終設(shè)計出了一種新的語言，他取了 BCPL 的第二個字母作為這 種語言的名字， 這就是 C語言。 在眾多的程序設(shè)計語言中， C 語言簡潔緊湊，語言表達能力強，其結(jié)構(gòu)化的流程控制有助于編制結(jié)構(gòu)良好的程序。 C 語言程序經(jīng)編譯后生成的目標(biāo)程序代碼效率高，幾乎可以與匯編語言媲美。 C 語言既具備高級語言使用方便、接近自然語言和數(shù)學(xué)語言的特性，同時也具備對計算機硬件系統(tǒng)的良好操縱和控制能力。 C 語言可移植性好，一個 C 語言源程序可以不做改動，或者稍加改動，就可以從一種型號的計算機移轉(zhuǎn)到另外一種型號的計算常熟理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 6 機上編譯運行。因此， C語言被廣泛應(yīng)用于各類系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件的開發(fā)。 所以 本系統(tǒng)以 C語言進行軟件 設(shè)計，增加了程序的可讀性和可移植性，便于擴展和更改，軟件的設(shè)計采用模塊化結(jié)構(gòu)，使程序設(shè)計的邏輯關(guān)系更加簡潔了。 本章小結(jié) 本章主要介紹了單片機的定義 和特點， 重點描述了單片機發(fā)展現(xiàn)狀和未來的發(fā)展趨勢，最后簡單地介紹了 選擇的編程語言 。 常熟理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 7 第 三 章 設(shè)計要求和 方案論證 設(shè)計要求 具 備在液晶上顯示 年、月、日、星期、時、分、秒 的 功能； 具備年、月、日、星期、時、分、秒校準(zhǔn)功能； 具有與即時時間同步的功能； 具有顯示溫度的功能； 單片機芯片的選擇方案和論證 方案一 : 采用 AT89S51 芯片作為硬 件核心，內(nèi)部具有 4KB ROM 存儲空間 ,能于 3V的超低壓工作 ,而且與 MCS51 系列單片機完全兼容 ,但是運用于電路設(shè)計中時由于不具備 ISP 在線編程技術(shù) ，所以 在對電路進行調(diào)試時，由于程序的錯誤修改或?qū)Τ绦虻男略龉δ苄枰獰氤绦驎r，對芯片的多次拔插會對芯片造成一定的損壞。 方案二 : 采用 STC89C52 芯片 ,STC89C52 是一種低功耗、高性能 的 8 位 CMOS 微控制器，具有 8K的 可編程 Flash 存儲器。 同樣具有 AT89S51 的功能，且具有在線編程可擦除技術(shù)，當(dāng) 對電路進行調(diào)試時，由于程序的錯誤修改或?qū)Τ绦虻男略龉?能需要燒入程序時，不需要對芯片多次拔插，所以不會對芯片造成損壞 ,因此 選擇采用 STC89C52 作為主控制系統(tǒng) 核心 。 顯示模塊選擇方案和論證 方案一： 采用 LED數(shù)碼管動態(tài)掃描 ,LED數(shù)碼管價格適中 ,對于顯示數(shù)字合適 ,采用動態(tài)掃描法與單片機連接時 ,雖然占用的單片機口線少，但連線還需要花費一點時間，所以也不用此種作為顯示。 方案二： 采用點陣式數(shù)碼管顯示，點陣式數(shù)碼管是由八行八列的發(fā)光二極管組成，對于顯示文字比較適合 ,若 采用在顯示數(shù)字顯得太浪費 ,且價格也相對較高 ,所以 在此 也不用此種作為顯示。 常熟理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 8 方案三： 采用 1602 液晶顯示屏 ,該 液晶顯示屏的顯示功能強大 ,內(nèi)置 192 種字符， 可顯示大量 符號、數(shù)字 ,清晰可見 ,而且功率消耗小 壽命長 抗干擾能力強。 所以在此設(shè)計中采用 1602 液晶顯示屏。 時鐘芯片的選擇方案和論證 方案一： 直接采用單片機定時計數(shù)器提供秒信號，使用程序?qū)崿F(xiàn)年、月、日、星期、時、分、秒計數(shù)。采用此種方案雖然減少芯片的使用，節(jié)約成本，但是，實現(xiàn)的時間誤差較大 ,所以不采用此方案。 方案二 ： 采用 DS1302 時鐘芯片實現(xiàn)時鐘， DS1302 芯片是一種高性能的時鐘芯片，可自動對秒、分、時、日、周、月、年進 行計數(shù)，而且精度高 ,位的 RAM 做為數(shù)據(jù)暫存區(qū)，工作電壓 ～ 范圍內(nèi)， 時耗電小于 300nA。 所以本設(shè)計采用 DS1302 時鐘芯片。 方案一： 使用熱敏電阻作為傳感器，用熱敏電阻與一個相應(yīng)阻值電阻相串聯(lián)分壓，利用熱敏電阻阻值隨溫度變化而變化的特性，采集這兩個電阻變化的分壓值，并進行 A/D 轉(zhuǎn)換。此設(shè)計方案需用 A/D 轉(zhuǎn)換電路，增加硬件成本而且熱敏電阻的感溫特性曲線并不是嚴(yán)格線性的，會產(chǎn)生較大的測量誤差。 方案二： 采用數(shù)字式溫度傳感器 DS18B20，此類傳感器為 數(shù)字式傳感器而且僅需要一條數(shù)據(jù)線進行數(shù)據(jù)傳輸，易于與單片機連接，可以去除 A/D 模塊，降低硬件成本，簡化系統(tǒng)電路。另外，數(shù)字式溫度傳感器還具有測量精度高、測量范圍廣等優(yōu)點 。 因此本設(shè)計選用 DS18B20溫度傳感器。 常熟理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 9 電路設(shè)計最終方案決定 綜上各方案所述 ,對此次作品的方案選定 : 采用 STC89C52 作為主控制芯片， DS1302 時鐘芯片計時， DS18B20 采集溫度 ， LCD1602 作為顯示 模塊 。 本章小結(jié) 本章主要介紹了 系統(tǒng) 要 實現(xiàn)的功能和 萬年歷系統(tǒng)硬件平臺的選擇，比較了 主控模塊，時鐘模塊，顯示 模塊，溫度采集模塊中 不同器件的優(yōu)劣， 最后確定 了 電路設(shè)計的 整體 方案。這 也 是完成設(shè)計的先決條件。 常熟理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 10 第四章 系統(tǒng)的硬件設(shè)計與實現(xiàn) 電路設(shè)計框圖 根據(jù)上章確定的方案給出了系統(tǒng)整體的設(shè)計框圖： STC89C52主控制模 塊鍵 盤 模 塊D S 1 3 0 2 時 鐘 模 塊L C D 液 晶 顯 示 模 塊溫 度 傳 感 器 圖 結(jié)構(gòu)框 圖 為使時鐘走時與標(biāo)準(zhǔn)時間一致 ，校時電路是必不可少的，鍵盤 模塊用來校正液晶上顯示的時間 ； 溫度傳感器 則 用來 檢測 當(dāng) 前的環(huán)境 溫度 ； STC89C52 單片機通過輸出各種電脈沖信號來驅(qū)動控制各部分正常工作 ；而 系統(tǒng)的時間、溫度等 數(shù)據(jù) 則 最終通過 液晶 模塊 顯示出來。 系統(tǒng)硬件概述 本電路是 以 STC89C52 單片機為控制核心， 該芯片 具有在線編程功能，功耗 低 ，能在 的 超低壓 下 工作；時鐘 芯片采用 DS1302，它是一款 高性能、低功耗、 自 帶 RAM 的實時時鐘芯片， 具有使用壽命長，精度高和功耗低 等特點，同時具有掉電自動保存功能 ,可以對年、月、日、 星期 、時、分、秒進行計時，具有閏年補償功能， 其 工作電壓為 ～；溫度檢測模塊 由 DS18B20 構(gòu)成 ,它采用獨特的單線接口僅需一個端口引腳進行通訊 , 具有測量精度高、測量范圍廣等優(yōu)點 ,其測溫范圍在 55~+125℃ ,工作電壓為 3v~；顯示部份使用 1602 液晶顯示屏 來實現(xiàn) ,該顯示屏具有低功耗、壽命長、可靠性高的特點，其工作電壓為 5v。 常熟理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 11 主要單元電路的設(shè)計 STC89C52 單片機簡介 STC89C52 是一種低功耗、高性能 的 8 位 CMOS 微控制器，具有 8K 的 可編程 Flash 存儲器。使用高密度非易失性存儲器技術(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。 STC89C52 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，看門狗定時器， 2 個數(shù)據(jù)指針， 三 個 16 位定時器 /計數(shù)器，一個 6 向量 2 級中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時鐘電路。另外， STC89C52 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、定時器 /計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護方式下， RAM 內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機一切工作停止，直到下 一個中斷或硬件復(fù)位為止。 引腳排列如圖 所示 。 圖 STC89C52 引腳圖 從引腳功能來看，可將引腳分為三部分 ： 電源及時鐘引腳 VCC：接 +5V 電源 ； VSS：接地 ； XTAL1 和 XTAL2：時鐘引腳，外接晶體引線端。當(dāng)使用芯片內(nèi)部時鐘時，此兩引腳端用于外接石英晶體和微調(diào)電容；當(dāng)使用外部時鐘時，用于接常熟理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 12 外部時鐘脈沖信號。 控制引腳 RST/VPT： RST 是復(fù)位信號輸入端， VPT 是備用電源輸入端。當(dāng) RST 輸入端保持 2個機器周期