【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 ,加之處圍接口不斷進(jìn)入片內(nèi) ,推動(dòng)了單片機(jī) “ 單片 ” 應(yīng)用結(jié)構(gòu)的發(fā)展。特別是 I2C、 SPI 等串行總線的引入 ,可以使單片機(jī)的引腳設(shè)計(jì)得更少 ,單片機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)化及規(guī)范化。 `` 7 應(yīng)用 單片機(jī)的發(fā)展很大的推動(dòng)了我國(guó)生產(chǎn)力的發(fā)展，但單片機(jī)的應(yīng) 用意義遠(yuǎn)不限于它的應(yīng)用范疇或由此帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益，更重要的是它從根本上改變了傳統(tǒng)的電子設(shè)計(jì)方法和控制策略，使科學(xué)上無(wú)法實(shí)現(xiàn)的理論技術(shù)得以實(shí)現(xiàn)并轉(zhuǎn)換為現(xiàn)實(shí)的生產(chǎn)力，是科技發(fā)展史上的一座重要的里程碑。它們廣泛應(yīng)用于如下多個(gè)方面。 1） 在智能儀器儀表中的應(yīng)用 單片機(jī)具有體積小、功耗低、控制功能強(qiáng)、擴(kuò)展靈活、微型化和使用方便等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于儀器儀表中，結(jié)合不同類型的傳感器，可實(shí)現(xiàn)諸如電壓、功率、頻率、濕度、溫度、厚度、角度、硬度、壓力等物理量的測(cè)量。采用單片機(jī)的控制使得儀器 儀表數(shù)字化、智能化、微型化，且功能比起采用 模擬電路或數(shù)字電路更加強(qiáng)大。 2） 在工業(yè)控制中的應(yīng)用 工業(yè)上使用單片機(jī)可以構(gòu)成形式多樣的控制系統(tǒng)和采集系統(tǒng)。例如，工廠流水線的智能化管理、電梯智能化控制和各種報(bào)警系統(tǒng)，與計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成二級(jí)控制系統(tǒng)等。 3） 在家用電器中的應(yīng)用 可以這樣說(shuō)，現(xiàn)在的家電基本上都采用了單片機(jī)控制，從電飯煲、洗衣機(jī)、冰箱、空調(diào)機(jī)、電視機(jī)、其他音響視頻設(shè)備、再到電子稱量設(shè)備，五花八門，無(wú)所不在。 4） 在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和通信領(lǐng)域中的應(yīng)用 現(xiàn)代的單片機(jī)普遍具有通信接口，可以很方便的與計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，為在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和通信設(shè)備間的應(yīng)用提供了 極好的物質(zhì)條件，現(xiàn)在的通信設(shè)備基本上都實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)的智能控制，從手機(jī)、電話、小型程控交換機(jī)、樓宇自動(dòng)通信呼叫系統(tǒng)、列車無(wú)線通信、再到日常工作中隨處可見(jiàn)的集群移動(dòng)通信 ，無(wú)線對(duì)講機(jī)等。 5） 單片機(jī)在醫(yī)用設(shè)備領(lǐng)域中的應(yīng)用 單片機(jī)在醫(yī)用設(shè)備中的用途也相當(dāng)廣泛，例如，醫(yī)用呼吸機(jī)、各種分析儀、監(jiān)護(hù)儀、超聲診斷設(shè)備及病床呼叫系統(tǒng)等。 此外，單片機(jī)在工商、金融、科研、教育、國(guó)防航空航天等領(lǐng)域都有著十分廣泛的用途。 `` 8 MCS51系列單片機(jī) MCS51 是指由美國(guó) INTEL 公司（對(duì)了，就是大名鼎鼎的 INTEL） 生產(chǎn)的一系列單 片機(jī)的總稱，這一系列單片機(jī)包括了好些品種，如 8031， 8051， 8751，8032， 8052， 8752 等，其中 8051 是最早最典型的產(chǎn)品，該系列其它單片機(jī)都是在 8051 的基礎(chǔ)上進(jìn)行功能的增、 減、 改變而來(lái)的， 所以人們習(xí)慣于用 8051 來(lái)稱呼 MCS51 系列單片機(jī)， 8031 是前些年在我國(guó)最流行的單片機(jī)，而所以很多場(chǎng)合會(huì)看到 8031 的名稱。 INTEL 公司將 MCS51 的核心技術(shù)授權(quán)給了很多其它公司， 所以有很多公 司在做以 8051 為核心的單片機(jī)，當(dāng)然，功能 或多或少有些改變，以滿足不同的需求，其中 89C52 就是 這幾年在我國(guó)非常流行的單片機(jī)，它是由美國(guó) STC 公司開(kāi)發(fā)生產(chǎn)的。 `` 9 2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)思路 硬件設(shè)計(jì)是整個(gè)系統(tǒng)的基礎(chǔ)，要考慮的方面很多，除了實(shí)現(xiàn)此設(shè)計(jì) 的 基本功能以外，主要還要考慮如下幾個(gè)因素：①系統(tǒng)穩(wěn)定度；②器件的通用性或易選購(gòu)性；③ 軟件編程的易實(shí)現(xiàn)性；④系統(tǒng)其它功能及性能指標(biāo)；因此硬件設(shè)計(jì)至關(guān)重要?，F(xiàn)從各功能模塊的實(shí)現(xiàn)逐個(gè)進(jìn)行分析探討 。 系統(tǒng)方案的選擇 方案一： 用以 74LS112 雙 JK觸發(fā)器構(gòu) 成的數(shù)字邏輯電路作為密碼鎖的核心控制，共設(shè)了 9 個(gè)用戶輸入鍵，其中只有 4 個(gè)是有效的密碼按鍵，其它的都是干擾按鍵，若按下干擾鍵，鍵盤輸入電路自動(dòng)清零，原先輸入的密碼無(wú)效，需要重新輸入；如果用戶輸入密碼的時(shí)間超過(guò) 10 秒（一般情況下，用戶不會(huì)超過(guò) 10 秒，若用戶覺(jué)得不便，還可以修改）電路將報(bào)警 20秒，若電路連續(xù)報(bào)警三次，電路將鎖定鍵盤 2 分鐘，防止他人的非法操作。 采用數(shù)字電路設(shè)計(jì)的方案好處就是設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單但控制的準(zhǔn)確性和靈活性差， 故不采用。 方案 二 ： 由于單片機(jī)種類繁多，各種型號(hào)都有其一定的應(yīng)用環(huán)境，因此在選用時(shí)要多加比較， 合理選擇，以期獲得最佳的性價(jià)比。一般來(lái)說(shuō)在選取單片機(jī)時(shí)從下面幾個(gè)方面考慮：性能、存儲(chǔ)器、運(yùn)行速度、 I/O 口、定時(shí) /計(jì)數(shù)器、串行接口、模擬電路功能、工作電壓、功耗、封裝形式、抗干擾性、保密性，除了以上的一些的還有一些最基本的比如：中斷源的數(shù)量和優(yōu)先級(jí)、工作溫度范圍、有沒(méi)有低電壓檢測(cè)功能、單片機(jī)內(nèi)有無(wú)時(shí)鐘振蕩器、有無(wú)上電復(fù)位功能等。在開(kāi)發(fā)過(guò)程中單片機(jī)還受到：開(kāi)發(fā)工具、編程器、開(kāi)發(fā)成本、開(kāi)發(fā)人員的適應(yīng)性、技術(shù)支持和服務(wù)等等因素?；谝陨弦蛩乇驹O(shè)計(jì)選用單片機(jī) STC89C52 作為本設(shè)計(jì)的核心元件， 利用單片機(jī)靈活的編程 設(shè)計(jì)和豐富的 I/O 端口，及其控制的準(zhǔn)確性，實(shí)現(xiàn)基本的密碼鎖功能 。在單片機(jī)的外圍電路外接輸入鍵盤用于密碼的輸入和一些功能的控制，外接 AT24C02 芯片用于密碼的存儲(chǔ)，外接八段數(shù)碼管用于顯示作用。當(dāng)用戶需要開(kāi)鎖時(shí)，先按鍵盤開(kāi)鎖鍵之后按鍵盤的數(shù)字鍵 0－ 9 輸入密碼。密碼輸完后按下確認(rèn)鍵，如果密碼輸入正確則開(kāi)鎖，不正確顯示密碼錯(cuò)誤重新輸入密碼，當(dāng)三次密碼錯(cuò)誤則發(fā)出報(bào)警；當(dāng)用戶需要修改密碼時(shí)，先按下鍵盤設(shè)置鍵后可以 `` 10 設(shè)置新密碼。新密碼輸入無(wú)誤后按確認(rèn)鍵使新密碼將得到存儲(chǔ)，密碼修改成功。 綜上分析：方案一 雖然設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單但它的 實(shí)用性不是很強(qiáng)。而 方案 二 設(shè)計(jì)復(fù)雜，但是 安全性好，功耗低，成本低， 而且容易操作 保密性強(qiáng) 。 電子密碼鎖功能簡(jiǎn)述 在本設(shè)計(jì)中 用戶通過(guò)鍵盤輸入密碼，確認(rèn)后系統(tǒng)調(diào)用密碼比較判斷函數(shù)，如果密碼在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)輸入正確，單片機(jī)輸出開(kāi)門信號(hào)開(kāi)鎖。如果在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)沒(méi)完成密碼的輸入，系統(tǒng)則自動(dòng)清除所輸入的密碼，并提示重新輸入。用戶發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤時(shí)，可以清除重輸 。密碼輸入后，通過(guò)驗(yàn)證和多位校驗(yàn)后了，如果密碼錯(cuò)誤則啟動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)，當(dāng)密碼錯(cuò)誤次數(shù)達(dá)到 3 次時(shí)，系統(tǒng)將鎖定一定的時(shí)間，時(shí)間到后系統(tǒng)則啟動(dòng)鍵盤輸入。初始密碼由系統(tǒng)設(shè)定，用 戶可根據(jù)自己的要求設(shè)定密碼，修改密碼時(shí)首先需要與舊密碼匹配，如果輸入舊密碼錯(cuò)誤則系統(tǒng)報(bào)警并自動(dòng)退出密碼修改系統(tǒng)。舊密碼正確則可以輸入新密碼，新密碼的輸入要求兩次比對(duì)確認(rèn)。系統(tǒng)設(shè)定密碼為 6 位，當(dāng)輸入密碼不為 6 位或兩次輸入的新密碼不一致時(shí)密碼修改失敗，系統(tǒng)報(bào)警并自動(dòng)退出密碼修改狀態(tài)。如果輸入的新密碼為 6 位并且兩次輸入的新密碼一致則修改密碼成功。 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì) 系統(tǒng)以 STC89C52 為中心控制元件，用 AT24C02 作為密碼存儲(chǔ)元件，通過(guò)八段數(shù)碼管顯示。 設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)框圖如圖 所示。 圖 結(jié)構(gòu)框圖 STC89C52 鍵盤輸入 復(fù)位電路 晶振電路 顯示電路 報(bào)警電路 開(kāi)鎖電路 `` 11 工作原理， 從鍵盤輸入一組密碼，微控制器把改密碼和預(yù)先設(shè)置的密碼比較，對(duì)則將鎖打開(kāi)， 并通過(guò)蜂鳴器的聲音來(lái)演示密碼鎖的狀態(tài) 否則累計(jì)三次輸入錯(cuò)誤則啟用報(bào)警 。 單元電路的設(shè)計(jì) 單元電路包括輸入電路 、 復(fù)位電路 、 晶振電路 、 顯示電路 、 報(bào)警電路和開(kāi)鎖電路， 系統(tǒng)的實(shí)物圖見(jiàn)附錄四，總設(shè)計(jì)圖見(jiàn)附錄三。 以 下將逐一介紹這些單元電路的設(shè)計(jì)方法。 MCS51 系列中的各種芯片引腳是互相兼容的，其中 STC89C52 單片機(jī)是高性能的單片機(jī)，它具有 8 位微處理器， 128bit片內(nèi) RAM， 8K 的片內(nèi) ROM， 4 個(gè)八位的并行 I/O接口 P0P3，兩個(gè)定時(shí) /計(jì)數(shù)器及五個(gè)中斷源的中斷控制系統(tǒng)。再不接任何外圍電路的情況下可以實(shí)現(xiàn)大部分較為復(fù)雜的邏輯控制功能，進(jìn)行外部 RAM 擴(kuò)展還可以用于數(shù)據(jù)采集，點(diǎn)陣顯示屏控制等方面應(yīng)用。對(duì)于存儲(chǔ)量要求不高的實(shí)際應(yīng)用， STC89C52 是一種不可多得高性能的單片機(jī)，被廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。 STC89C52 單片機(jī)的每個(gè)端口都是 8 位準(zhǔn)雙向口，每一條 I/O 線都能獨(dú)立的用作輸入或輸出。每個(gè)端口都包括一個(gè)鎖存器，一 個(gè)輸出驅(qū)動(dòng)器和輸入緩沖器。再無(wú)片外擴(kuò)展存儲(chǔ)器系統(tǒng)中，這四個(gè)端口都可以作為準(zhǔn)雙向 I/O 口使用。再具有片外擴(kuò)展存儲(chǔ)器的系統(tǒng)中， P2口送出高 8 位地址 P0 口位雙向總線，送出低八位地址和數(shù)據(jù)的輸入 /輸出； P3 口是一個(gè)多功能端口各個(gè)引腳具有第二功能。（ 為串行口輸入， 位串行口輸入， 為外部中斷 0 輸入， 為外部中斷 1輸入， 為定時(shí)器 0 的外部輸入， 為定時(shí)器 1 的外部輸入， 位片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器“寫選通控制”輸出， 為片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器“讀選存儲(chǔ)器”輸出）。芯片引腳排列如圖 所 示 。 STC89C52 引腳功能說(shuō)明： Vcc：電源電壓 GND：地 P0口： P0口是一組 8 位漏極開(kāi)路型雙向 I/O 口，也即地址 /數(shù)據(jù)總線復(fù)用口，作為輸出 口 用時(shí)，每位能驅(qū)動(dòng) 8 個(gè) TTL 邏輯門電路，對(duì)端口寫“ 1”可作為高阻抗輸入端口。在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器或程序存儲(chǔ)器時(shí)，這組口線分時(shí)轉(zhuǎn)換地址（低 8 `` 12 位）和數(shù)據(jù)總線復(fù)用，在訪問(wèn)期間激活內(nèi)部上拉電阻。在 Flash 編程時(shí)， P0口接收指令字節(jié)，而在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)，校驗(yàn)時(shí)，要求外接上拉電阻。 P1口： P1是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P1的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流） 4 個(gè) TTL邏輯門電路。對(duì)端口寫“ 1” ,通過(guò)內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口。作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)校驗(yàn)期間， P1 接收低 8 位地址。 圖 單片機(jī)及其外圍電路 P2口： P2是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng) 4 個(gè) TTL 邏輯門電路。對(duì)端口寫“ 1” ,通過(guò)內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口，作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流 I。在訪問(wèn)８位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（如執(zhí) 行： MOVX @Ri 指令）時(shí)， P2 口線上的內(nèi)（也即特殊功能寄存器，在整個(gè)訪問(wèn)期間不改變。 Flash 編程或校驗(yàn)時(shí)， P2 也接收高位地址