【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 單片機(jī)采用精簡(jiǎn)指令使其執(zhí)行效率大為提高。 PIC 系DATA CLK STR 列 8 位 CMOS 單片機(jī)具有獨(dú)特的 RISC 結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)總線和指令總線分離的哈佛總線（ Harvard）結(jié)構(gòu)，使指令具有單字長(zhǎng)的特性，且允許指令碼的位數(shù)可多于 8位的數(shù)據(jù)位數(shù)，這與傳統(tǒng)的采用 CISC 結(jié)構(gòu)的 8 位單片機(jī)相比，可以達(dá)到 2:1 的代碼壓縮，速度提高 4 倍。 PIC 有優(yōu)越開發(fā)環(huán)境。 PIC 在推出一款新型號(hào)的同時(shí)推出相應(yīng)的仿真芯片，所有的開發(fā)系 統(tǒng)由專用的仿真芯片支持，實(shí)時(shí)性非常好。其引腳具有防瞬態(tài)能力，通過限流電阻可以接至 220V 交流電源，可直接與繼電器控制電路相連，無(wú)須光電耦合器隔離，給應(yīng)用帶來極大方便。 PIC 以保密熔絲來保護(hù)代碼，用戶在燒入代碼后熔斷熔絲，別人再也無(wú)法讀出，除非恢復(fù)熔絲。目前， PIC 采用熔絲深埋工藝，恢復(fù)熔絲的可能性極小。自帶看門狗定時(shí)器，可以用來提高程序運(yùn)行的可靠性 [5]。 AVR 系列單片機(jī)：是一種新型的單片機(jī)。運(yùn)行速度快，一個(gè)時(shí)鐘周期執(zhí)行一條指令。硬件應(yīng)用哈佛 (Harvard)結(jié)構(gòu)，具有預(yù)取指令功能，即在執(zhí)行一條指令時(shí)，預(yù) 先把下一條指令取進(jìn)來，使得指令可以在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)執(zhí)行。 AVR 單片機(jī)是多累加器型，數(shù)據(jù)處理速度快。超功能精簡(jiǎn)指令，具有 32 個(gè)通用工作寄存器，相當(dāng)于有 32 條立交橋，可以快速通行。相當(dāng)多的單片機(jī)只有一個(gè)累加器，就像一條獨(dú)木橋，所有事都要通過累加器，速度慢。 AVR 單片機(jī)系列中有 128B～4KB 的 SRAM 靜態(tài)隨機(jī)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，可靈活使用指令運(yùn)算、存放數(shù)據(jù)，中斷響應(yīng)速度快。 AVR 像 8051 一樣，有多個(gè)固定中斷向量入口地址，可快速響應(yīng)中斷。高級(jí) C 語(yǔ)言編程效率高。從高級(jí)語(yǔ)言 C 代碼完成同一任務(wù)實(shí)例來比較， 8 MHz AVR 單 片機(jī)的速度相當(dāng)于 24 MHz 的 80C51 單片機(jī)， AVR 比 80C51 快 28 倍。AVR 是低功耗單片機(jī)，具有休眠省電功能 (Power Down)及閑置 (Idle)低功耗功能。一般耗電在 1～ mA；對(duì)于典型功耗情況， WDT 關(guān)閉時(shí)為 100 nA，更適用于電池供電的應(yīng)用設(shè)備。有的器件最低 V 即可工作?？啥啻螣龑懙?Flash，且具有多重密碼保護(hù)鎖死 (Lock)功能。 I/O 口功能強(qiáng)、驅(qū)動(dòng)能力大，具有輸入 /輸出、三態(tài)高阻輸入，也可設(shè)定內(nèi)部拉高電阻作輸入端的功能，以便于應(yīng)用到各種所需的場(chǎng)合 (多功能 I/O 口 )。 51 系列單片機(jī)： 51 系列是指是兼容 Intel 公司 51 指令集的單片機(jī)系列的統(tǒng)名稱。這種單片機(jī)所包括的硬件資源有： （ 1）一個(gè) 8 位的微處理器； （ 2）片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 RAM，用以存放可以讀 /寫的數(shù)據(jù)，如運(yùn)算的中間結(jié)果、最終結(jié)果以欲顯示的數(shù)據(jù)等； （ 3）片內(nèi)程序存儲(chǔ)器 ROM/EPROM，用以存放程序、一些原始數(shù)據(jù)和表格； （ 4）四個(gè) 8 位并行 I/O 接口 P0～ P3，每個(gè)口可以用作輸入，也可以用作輸出； （ 5）兩個(gè)（或三個(gè)）定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器，每個(gè)定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器都可以設(shè)置成計(jì)數(shù)方式，用以對(duì)外部事件進(jìn)行計(jì)數(shù)，也可以設(shè)置成定時(shí)方式， 并可以根據(jù)計(jì)數(shù)或定時(shí)的結(jié)果實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)控制； （ 6）五（或六個(gè)）個(gè)中斷源的中斷控制系統(tǒng)； （ 7）一個(gè)全雙工 UART 接口（通用異步接收發(fā)送器）的串行 I/O，用于實(shí)現(xiàn)單片機(jī)之間或單片機(jī)與微機(jī)之間的串行通信； （ 8）片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘產(chǎn)生電路，但石英晶體和微調(diào)電容須要外接?？梢钥闯?MCS51 系列單片機(jī)也是一款功能強(qiáng)大的單片機(jī)。 STC89C51RC/RD+系列單片機(jī)是宏晶科技推出的新一代超強(qiáng)抗干擾 / 高速 / 低功耗的單片機(jī)，指令代碼完全兼容傳統(tǒng) 8051 單片機(jī)， 12 時(shí)鐘 / 機(jī)器周期和6 時(shí)鐘 /機(jī)器周期可任意選擇 ，最新的 D 版本內(nèi)部集成 MAX810 專用復(fù)位電路。 特點(diǎn)如下： （ 1） .增強(qiáng) 6 時(shí)鐘 /機(jī)器周期， 12 時(shí)鐘 /機(jī)器周期 8051CPU； （ 2）工作電壓： ~（ 5V 單片機(jī)） /~（ 3V 單片機(jī)）； （ 3）工作頻率范圍： 0~40MHz，相當(dāng)于普通 8051 的 0～ 80MHz 實(shí)際工作頻率可達(dá) 48MHz； （ 4）用戶應(yīng)用程序空間 4K/8K/13K/16K/20K/32K/64K 字節(jié)； （ 5）片上集成 1280 字節(jié) /512 字節(jié) RAM； （ 6）通用 I /O 口（ 32/36 個(gè)）復(fù)位后為： P0/P1/P2/P3 是 準(zhǔn)雙向口 /弱上拉（普通 8 051 傳統(tǒng) I /O 口）， P0 口是開漏輸出，作為總線擴(kuò)展用時(shí)，不用加上拉電阻，作為 I /O 口用時(shí)，需加上拉電阻； （ 7） ISP（在系統(tǒng)可編程） /IAP（在應(yīng)用可編程），無(wú)需專用編程器 /仿真，可通過串口（ ）直接下載用戶程序， 8K 程序 3 秒即可完成一片； （ 8） EEPROM 功能； （ 9）看門狗； （ 10）內(nèi)部集成 MAX810 專用復(fù)位電路（ D 版本才有），外部晶體 20M 以下時(shí)，可省外部復(fù)位電路； （ 11）共 3 個(gè) 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器，其中定時(shí)器 0 還可以當(dāng)成 2 個(gè) 8 位 定時(shí)器使用； （ 12）外部中斷 4 路 ,下降沿中斷或低電平觸發(fā)中斷， Power Down 模式可由外部中斷低電平觸發(fā)中斷方式喚醒； （ 13）通用異步串行口（ UART），還可用定時(shí)器軟件實(shí)現(xiàn)多個(gè) UART； （ 14）工作溫度范圍： 0~75℃ /－ 40~+85℃； （ 15）封裝： PDIP40， PLCC44， PQFP44。 從以上幾種型號(hào)單片機(jī)的比較中可以看出， PIC 單片機(jī)、 AVR 單片機(jī)雖然在很多方面都有其特點(diǎn)，如 在 運(yùn)行速度 上 ，內(nèi)部資源的配置等。但因其價(jià)格高，開發(fā)工具不及使用 51 系列單片機(jī)齊全，再考慮本系統(tǒng)對(duì) CPU 的 要求并不是很高，綜合考慮還是選用已經(jīng)普及的 51 內(nèi)核的單片機(jī)。 存儲(chǔ) 電路 存儲(chǔ)電路芯片介紹 CY62256 是一種 32K 的高集成度的 RAM，采用單 一 +5V 電源供電，雙列直插式 28 引腳 SOIC 封裝，它存儲(chǔ)容量大、集成度高、成本低，具有靈活的讀寫性和較好的數(shù)據(jù)非易失性 等特點(diǎn)， 其芯片 的 引腳排列如圖 4 所示。 圖 4CY62256 芯片引腳排列 功能引腳： A0~A15 16 位的地址輸入端口； I/O0~I/O7 8 位輸入和輸出端口； CE 地址 鎖存使能端，用來控制鎖存器； WE、 OE 讀寫選通信號(hào)端，（低電平有效） VCC、 GND 電源引腳 74HC373 三態(tài)輸出的八路 D 透明鎖存器，雙列直插式 SOJ20 封裝，用于暫存數(shù)據(jù)信息的作用，其芯片引腳排列如圖 5 所示。 功能引腳： LE 鎖存器使能輸入端； OE 三態(tài)允許控制端（低電平有效）； D0～ D7 數(shù)據(jù)輸入端； O0~O7 輸出端； VCC、 GND 電源引腳。 1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t l eN u m be r R e v i s i o nS i z eBD a t e : 1 9 M a y 20 0 9 S he e t o f F i l e : C : \ D o c u m e n t s a n d S e t t i n gs \ A d m i n i s t ra t o r\桌面 \總圖 . D D BD ra w n B y:A 1 41A924A 1 22A73A 1 123A64OE22A55A 1 021A46A37CE20A28D719A010D517D011D416D112D213GND14D315A19A825A 1 326WE27V C C28D618C Y 6 22 5 6 圖 5 74HC373 芯片引腳排列 存儲(chǔ)電路 在控制系統(tǒng)中，采用 SoC 型 STC 系列 宏晶單片機(jī) STC89C516RD+同時(shí)擴(kuò)展RAM 用于存放與顯示屏對(duì)應(yīng)的要顯示的 128B 數(shù)據(jù)以及從 GSM 模塊讀取的信息。為了增大存放數(shù)據(jù)的容量，本設(shè)計(jì)采用了 CY62256（ 32KB）進(jìn)行數(shù)據(jù)的存儲(chǔ) 。它有 15 條地址總線，其中低 8 位地址由 P0 口經(jīng) 74HC373 鎖存器后提供，而且也作為 8 位數(shù)據(jù) I/O，高 8 位地址由 P2 口提供。存儲(chǔ)電路原理圖如圖 6 所示。 圖 6 存儲(chǔ)電路原理圖 從電路圖中可以看出單片機(jī)與輸出鎖存 器和存儲(chǔ)器之間的接口很簡(jiǎn)單，采用了總線的傳輸方式，這種輸出鎖存器可以應(yīng)用于任何需要額外數(shù)字輸出的環(huán)境中。 CY62256 的地址輸出被用來驅(qū)動(dòng) 74HC373 鎖存器使能輸入端 LE（ Latch Enable）。只要處理器訪問那些分配給這種設(shè)備的存儲(chǔ)區(qū)域，那么地址解碼器將1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t l eN u m be r R e v i s i o nS i z eBD a t e : 1 9 M a y 20 0 9 S he e t o f F i l e : C : \ D o c u m e n t s a n d S e t t i n gs \ A d m i n i s t r a t o r \桌面 \總圖 . D D BD r a w n B y:D03Q02D14Q15D27Q26D38Q39D413Q412D514Q515D617Q616D718Q719OE1LE11U67 4H C 3 7 3A 1 41A924A 1 22A73A 1 123A64OE22A55A 1 021A46A37CE20A28D719A010D517D011D416D112D213D315A19A825A 1 326WE27D618U 1 0C Y 6 22 5 6A8A 1 4A 1 3A 1 2A 1 0A 1 1A9A7A6A5A4A3A2A1A0D0D1D2D3D4D5D6D7A0A1A2A3A4A5A6A7D0D1D2D3D4D5D6D7/ W R/ R DGNDA L EGNDD 0 7D 0 7A 8 1 4A 0 7A 0 7OE1D02D13D24D35D46D57D68D79LE11Q712Q613Q514Q415Q316Q217Q118Q0197 4 H C 5 7 3 會(huì)觸發(fā)鎖存器以獲取數(shù)據(jù)總線上的信息。因此，處理器會(huì)把一個(gè)字節(jié)的信息寫入到鎖存器地址區(qū)域中的任意地址上，接著這一字節(jié)的信息便會(huì)被輸出到 LED 組。 采用動(dòng)態(tài)掃描方式，用 74HC373 三態(tài)輸出的八 D 透明鎖存器進(jìn)行 16 行的逐行掃描，利用人眼的視覺暫留效果，在 顯示屏上可以減少發(fā)熱量，而且可以節(jié)省I/O 資源。 實(shí)時(shí)時(shí)鐘 電路 在本系統(tǒng)中需要顯示當(dāng)前的日期、時(shí)間提示，因此我們使用一個(gè)時(shí)鐘芯片，用來提供年、月、日、星期、小時(shí)、分鐘等信息 內(nèi)容 。我們選用 DALLAS(達(dá)拉斯 )公司生產(chǎn)的時(shí)鐘芯片 DS1302，外形圖如圖 7 所示。 圖 7 DS1302 外形及管腳分布 DS1302 是 DALLAS 公司推出的涓流充電時(shí)鐘芯片，內(nèi)含有一個(gè)實(shí)時(shí)時(shí)鐘 /日歷和 31 字節(jié)靜態(tài) RAM，通過簡(jiǎn)單的串行接口與單片機(jī)進(jìn)行通信。實(shí)時(shí)時(shí)鐘 /日歷電路提供秒、分、時(shí)、日、月、年的信息，每月的天數(shù)和閏 年的天數(shù)可自動(dòng)調(diào)整時(shí)鐘操作可通過 AM/PM 指示決定采用 24 或 12 小時(shí)格式。 DS1302 與單片機(jī)之間能簡(jiǎn)單地采用同步串行的方式進(jìn)行通信，僅需用到三個(gè)口線：（ 1） RES（復(fù)位），（ 2） I/O（數(shù)據(jù)線），（ 3） SCLK（串行時(shí)鐘）。時(shí)鐘 /RAM 的讀 /寫數(shù)據(jù)以一個(gè)字節(jié)或多達(dá) 31 個(gè)字節(jié)的字符組方式通信。 DS1302 工作時(shí)功耗很低 保持?jǐn)?shù)據(jù)和時(shí)鐘信息時(shí)功率小于 1mW。雙電源管腳用于主電源和備份電源供應(yīng)，如圖 8 所示。 圖 8 實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路 從圖中可以看出 X X2 連接 的晶體振蕩器，用來產(chǎn)生 DS1302的片外