【文章內(nèi)容簡介】 ,加之處圍接口不斷進入片內(nèi) ,推動了單片機 “ 單片 ” 應用結構的發(fā)展。特別是 I2C、 SPI 等串行總線的引入 ,可以使單片機的引腳設計得更少 ,單片機系統(tǒng)結構更加簡化及規(guī)范化。 `` 7 應用 單片機的發(fā)展很大的推動了我國生產(chǎn)力的發(fā)展，但單片機的應 用意義遠不限于它的應用范疇或由此帶來的經(jīng)濟效益，更重要的是它從根本上改變了傳統(tǒng)的電子設計方法和控制策略，使科學上無法實現(xiàn)的理論技術得以實現(xiàn)并轉換為現(xiàn)實的生產(chǎn)力，是科技發(fā)展史上的一座重要的里程碑。它們廣泛應用于如下多個方面。 1） 在智能儀器儀表中的應用 單片機具有體積小、功耗低、控制功能強、擴展靈活、微型化和使用方便等優(yōu)點，廣泛應用于儀器儀表中，結合不同類型的傳感器，可實現(xiàn)諸如電壓、功率、頻率、濕度、溫度、厚度、角度、硬度、壓力等物理量的測量。采用單片機的控制使得儀器 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)字電路更加強大。 2） 在工業(yè)控制中的應用 工業(yè)上使用單片機可以構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警系統(tǒng)，與計算機聯(lián)網(wǎng)構成二級控制系統(tǒng)等。 3） 在家用電器中的應用 可以這樣說，現(xiàn)在的家電基本上都采用了單片機控制，從電飯煲、洗衣機、冰箱、空調(diào)機、電視機、其他音響視頻設備、再到電子稱量設備，五花八門，無所不在。 4） 在計算機網(wǎng)絡和通信領域中的應用 現(xiàn)代的單片機普遍具有通信接口，可以很方便的與計算機進行數(shù)據(jù)通信，為在計算機網(wǎng)絡和通信設備間的應用提供了 極好的物質條件，現(xiàn)在的通信設備基本上都實現(xiàn)了單片機的智能控制，從手機、電話、小型程控交換機、樓宇自動通信呼叫系統(tǒng)、列車無線通信、再到日常工作中隨處可見的集群移動通信 ，無線對講機等。 5） 單片機在醫(yī)用設備領域中的應用 單片機在醫(yī)用設備中的用途也相當廣泛，例如，醫(yī)用呼吸機、各種分析儀、監(jiān)護儀、超聲診斷設備及病床呼叫系統(tǒng)等。 此外，單片機在工商、金融、科研、教育、國防航空航天等領域都有著十分廣泛的用途。 `` 8 MCS51系列單片機 MCS51 是指由美國 INTEL 公司（對了，就是大名鼎鼎的 INTEL） 生產(chǎn)的一系列單 片機的總稱，這一系列單片機包括了好些品種，如 8031， 8051， 8751，8032， 8052， 8752 等，其中 8051 是最早最典型的產(chǎn)品，該系列其它單片機都是在 8051 的基礎上進行功能的增、 減、 改變而來的， 所以人們習慣于用 8051 來稱呼 MCS51 系列單片機， 8031 是前些年在我國最流行的單片機，而所以很多場合會看到 8031 的名稱。 INTEL 公司將 MCS51 的核心技術授權給了很多其它公司， 所以有很多公 司在做以 8051 為核心的單片機，當然，功能 或多或少有些改變，以滿足不同的需求，其中 89C52 就是 這幾年在我國非常流行的單片機，它是由美國 STC 公司開發(fā)生產(chǎn)的。 `` 9 2 系統(tǒng)硬件設計 設計思路 硬件設計是整個系統(tǒng)的基礎，要考慮的方面很多，除了實現(xiàn)此設計 的 基本功能以外，主要還要考慮如下幾個因素：①系統(tǒng)穩(wěn)定度；②器件的通用性或易選購性；③ 軟件編程的易實現(xiàn)性；④系統(tǒng)其它功能及性能指標；因此硬件設計至關重要。現(xiàn)從各功能模塊的實現(xiàn)逐個進行分析探討 。 系統(tǒng)方案的選擇 方案一： 用以 74LS112 雙 JK觸發(fā)器構 成的數(shù)字邏輯電路作為密碼鎖的核心控制，共設了 9 個用戶輸入鍵，其中只有 4 個是有效的密碼按鍵，其它的都是干擾按鍵，若按下干擾鍵，鍵盤輸入電路自動清零，原先輸入的密碼無效，需要重新輸入；如果用戶輸入密碼的時間超過 10 秒（一般情況下，用戶不會超過 10 秒，若用戶覺得不便，還可以修改）電路將報警 20秒，若電路連續(xù)報警三次，電路將鎖定鍵盤 2 分鐘，防止他人的非法操作。 采用數(shù)字電路設計的方案好處就是設計簡單但控制的準確性和靈活性差， 故不采用。 方案 二 ： 由于單片機種類繁多，各種型號都有其一定的應用環(huán)境，因此在選用時要多加比較， 合理選擇，以期獲得最佳的性價比。一般來說在選取單片機時從下面幾個方面考慮：性能、存儲器、運行速度、 I/O 口、定時 /計數(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、工作溫度范圍、有沒有低電壓檢測功能、單片機內(nèi)有無時鐘振蕩器、有無上電復位功能等。在開發(fā)過程中單片機還受到：開發(fā)工具、編程器、開發(fā)成本、開發(fā)人員的適應性、技術支持和服務等等因素。基于以上因素本設計選用單片機 STC89C52 作為本設計的核心元件， 利用單片機靈活的編程 設計和豐富的 I/O 端口，及其控制的準確性，實現(xiàn)基本的密碼鎖功能 。在單片機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，外接八段數(shù)碼管用于顯示作用。當用戶需要開鎖時，先按鍵盤開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鍵，如果密碼輸入正確則開鎖，不正確顯示密碼錯誤重新輸入密碼，當三次密碼錯誤則發(fā)出報警；當用戶需要修改密碼時，先按下鍵盤設置鍵后可以 `` 10 設置新密碼。新密碼輸入無誤后按確認鍵使新密碼將得到存儲，密碼修改成功。 綜上分析：方案一 雖然設計簡單但它的 實用性不是很強。而 方案 二 設計復雜，但是 安全性好，功耗低，成本低， 而且容易操作 保密性強 。 電子密碼鎖功能簡述 在本設計中 用戶通過鍵盤輸入密碼，確認后系統(tǒng)調(diào)用密碼比較判斷函數(shù)，如果密碼在規(guī)定的時間內(nèi)輸入正確，單片機輸出開門信號開鎖。如果在規(guī)定的時間內(nèi)沒完成密碼的輸入，系統(tǒng)則自動清除所輸入的密碼，并提示重新輸入。用戶發(fā)現(xiàn)錯誤時，可以清除重輸 。密碼輸入后，通過驗證和多位校驗后了，如果密碼錯誤則啟動報警系統(tǒng)，當密碼錯誤次數(shù)達到 3 次時，系統(tǒng)將鎖定一定的時間，時間到后系統(tǒng)則啟動鍵盤輸入。初始密碼由系統(tǒng)設定，用 戶可根據(jù)自己的要求設定密碼，修改密碼時首先需要與舊密碼匹配，如果輸入舊密碼錯誤則系統(tǒng)報警并自動退出密碼修改系統(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確認。系統(tǒng)設定密碼為 6 位，當輸入密碼不為 6 位或兩次輸入的新密碼不一致時密碼修改失敗，系統(tǒng)報警并自動退出密碼修改狀態(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)的總體設計 系統(tǒng)以 STC89C52 為中心控制元件，用 AT24C02 作為密碼存儲元件，通過八段數(shù)碼管顯示。 設計的結構框圖如圖 所示。 圖 結構框圖 STC89C52 鍵盤輸入 復位電路 晶振電路 顯示電路 報警電路 開鎖電路 `` 11 工作原理， 從鍵盤輸入一組密碼，微控制器把改密碼和預先設置的密碼比較，對則將鎖打開， 并通過蜂鳴器的聲音來演示密碼鎖的狀態(tài) 否則累計三次輸入錯誤則啟用報警 。 單元電路的設計 單元電路包括輸入電路 、 復位電路 、 晶振電路 、 顯示電路 、 報警電路和開鎖電路， 系統(tǒng)的實物圖見附錄四，總設計圖見附錄三。 以 下將逐一介紹這些單元電路的設計方法。 MCS51 系列中的各種芯片引腳是互相兼容的，其中 STC89C52 單片機是高性能的單片機，它具有 8 位微處理器， 128bit片內(nèi) RAM， 8K 的片內(nèi) ROM， 4 個八位的并行 I/O接口 P0P3，兩個定時 /計數(shù)器及五個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現(xiàn)大部分較為復雜的邏輯控制功能，進行外部 RAM 擴展還可以用于數(shù)據(jù)采集，點陣顯示屏控制等方面應用。對于存儲量要求不高的實際應用， STC89C52 是一種不可多得高性能的單片機，被廣泛應用于各個領域。 STC89C52 單片機的每個端口都是 8 位準雙向口，每一條 I/O 線都能獨立的用作輸入或輸出。每個端口都包括一個鎖存器，一 個輸出驅動器和輸入緩沖器。再無片外擴展存儲器系統(tǒng)中，這四個端口都可以作為準雙向 I/O 口使用。再具有片外擴展存儲器的系統(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 口是一個多功能端口各個引腳具有第二功能。（ 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， 為定時器 0 的外部輸入， 為定時器 1 的外部輸入， 位片外數(shù)據(jù)存儲器“寫選通控制”輸出， 為片外數(shù)據(jù)存儲器“讀選存儲器”輸出）。芯片引腳排列如圖 所 示 。 STC89C52 引腳功能說明： Vcc：電源電壓 GND：地 P0口： P0口是一組 8 位漏極開路型雙向 I/O 口，也即地址 /數(shù)據(jù)總線復用口，作為輸出 口 用時，每位能驅動 8 個 TTL 邏輯門電路，對端口寫“ 1”可作為高阻抗輸入端口。在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器或程序存儲器時，這組口線分時轉換地址（低 8 `` 12 位）和數(shù)據(jù)總線復用，在訪問期間激活內(nèi)部上拉電阻。在 Flash 編程時， P0口接收指令字節(jié)，而在程序校驗時，輸出指令字節(jié)，校驗時，要求外接上拉電阻。 P1口： P1是一個帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P1的輸出緩沖級可驅動（吸收或輸出電流） 4 個 TTL邏輯門電路。對端口寫“ 1” ,通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口。作輸入口使用時，因為內(nèi)部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號校驗期間， P1 接收低 8 位地址。 圖 單片機及其外圍電路 P2口： P2是一個帶有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2的輸出緩沖級可驅動 4 個 TTL 邏輯門電路。對端口寫“ 1” ,通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口，作輸入口使用時，因為內(nèi)部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流 I。在訪問８位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器（如執(zhí) 行： MOVX @Ri 指令）時， P2 口線上的內(nèi)（也即特殊功能寄存器，在整個訪問期間不改變。 Flash 編程或校驗時， P2 也接收高位地址