【文章內(nèi)容簡介】 4 系統(tǒng)的硬件設計 主控芯片 STC89C52RC與復位電路和 時鐘振蕩電路 STC89C52RC 的概述 STC89C52RC 單片機 是以 52 內(nèi)核為主的單片機系列， STC 單片機是宏晶公司生產(chǎn)的產(chǎn)品（單時鐘 /機器周期）的單片機，是具有特別強的抗干擾、高速、低功耗的新生代的 8052 單片機 ，它的指令代碼是可以全部兼容傳統(tǒng) 8051，但速度比 51 快 8— 12 倍，內(nèi)部集成了MAX810 的專門用的 復位電路 。 4 路 PWM 和 8 路的高速的 10 位 A、 D 轉(zhuǎn)換，針對 電機 /強干的擾控制場合。 STC89C52RC 單片機引腳如下圖： 圖 STC89C52RC 單片機引腳如下圖 18 STC89C52RC單片機主要性能： （ 1） 高速： 1 個時鐘 /機器周期， 增強的 8051，速度比 傳統(tǒng)的8051 快 8～ 12 倍 ； （ 2） 低功耗 的 設計：空閑模式，掉電模式（喚醒可由外部中斷） ； （ 3） 工作頻率： 0～ 40MHz， 相當于頻率為 0～ 8MHz 的一般 8051； （ 4）時鐘：可由外部的晶振或者內(nèi)部的 RC 振蕩器，在 ISP 環(huán)境下下載用戶編程程序事設計； （ 5） 16K 的字節(jié)的芯片內(nèi) 部 Flash 程序存儲器，擦出讀寫次數(shù)可以在 10 萬次以上； （ 6）芯片內(nèi)部 RAM 數(shù)據(jù)存儲器： 512 個字節(jié)； （ 7） 芯片 內(nèi)部有 EEPROM 功能 ； （ 8） ISP / IAP，在系統(tǒng) 和應用 可編程 時 ,無需編程器 和 仿真器 ； （ 9） 16 位定時器和 2 個硬件，兼容普通 8051 的定時器； （ 10）有 WDT 看門狗功能； （ 11） SPI 的通信端口為高速的； （ 12）串口為 UART（雙全工異步），和普通 8051 兼容的串口； （ 13）結(jié)構(gòu)采用了較為先進的指令集，和 8051 普通指令集相兼容， 4 組 8 個 8 位通用的工作寄存器，有硬件乘除法指 令； （ 14） 通用 I/O 口（ 27/23/15 個），復位后為： 準雙向口 / 弱上拉（普通 80C51 傳統(tǒng) I/O 口） ； （ 15）有 四種模式 可供設置 ：準雙向口 / 弱上拉，推挽 / 強上拉，僅為輸入 / 高阻，開漏每 一 個 I/O 口 的 驅(qū)動能力 都 可達到 20mA，但是 整個芯片 的電流 最大不 能 超過 55mA。 19 復位電路和 時鐘振蕩電路 (1) 復位電路： 按鍵的手動式復位就是通過使復位端經(jīng)電阻（ R）與 VCC 接通而后來實現(xiàn)的，與單片機接口圖如圖 圖 復位電路與單片機接口圖 (2) 時鐘振蕩電路： 本多功能電子萬年歷時鐘振蕩電路采用的是內(nèi)部時鐘方式的電路，此電路可以通過調(diào)節(jié)電容 C0 和 C1 的大小對頻率進行微調(diào)，是之達到技術要求，與單片機的接口電路如圖 ： 圖 STC89C52RC 單片機的接口電路 20 時鐘芯片 DS1302接口設計和性能分析 DS1302 性能簡介 DS1302 是 Dallas 公司生產(chǎn)的一種實時時鐘芯片。它通過串行方式與單片機進行數(shù)據(jù)傳送，能夠向單片機提供包括秒、分、時、日、月、年等在內(nèi)的實時時間信息，并可對月末日期、閏年天數(shù)自動進行調(diào)整；它還擁有用 于主電源和備份電源的雙電源引腳，在主電源關閉的情況下，也能保持時鐘的連續(xù)運行。另外，它還能提供 31 字節(jié)的用于高速數(shù)據(jù)暫存的 RAM。 DS1302 的 時鐘芯片內(nèi) 部 主要包括 ： 振蕩器 、 控制邏輯電路 、 移位寄存器 。 DS1302 和 單片機系統(tǒng) 之間 的數(shù)據(jù)傳送依靠 的是 SCLK、 RST、I/O，三根端 口 線 就 可 以 完成。 它 工作 時的 過程為：首先系統(tǒng) RST 這個 引腳驅(qū)動 到 高電平，然后在 SCLK 時鐘脈沖作用下，通過 I/O 口 向DS1302 輸入命令 和 地址字節(jié)， 而 后在 SCLK 時鐘脈沖 信號 的配合下，從 I/O 引腳讀出 或 寫入相 關 的數(shù)據(jù) 的 字節(jié)。 所以 ,它和 單片機 二者 之間的數(shù)據(jù)傳送是 很 容易實現(xiàn)的 ， DS1302 的管腳排結(jié)構(gòu)圖如圖 。 DS1302 引腳說明： 圖 DS1302 引腳圖腳 21 X1， X2 晶振引腳 GND 地線 RST 復位端 I/O 數(shù)據(jù)輸入 /輸出端口 SCLK 串行時鐘端口 VCC1 慢速充電引腳 VCC2 電源引腳 DS1302 接口電路設計 （ 1）時鐘芯片 DS1302 的接口電路和工作原理 圖 DS1302 與單片機的接口電路 圖 為 DS1302 的接口電路，其中 VCC1 為后備電源， VCC2 為主電源。 VCC1 在單電源去提供電能的系統(tǒng)中可以采用提供低電源，而且可以提供低功率的電池的備份了。 VCC2 在采用雙電源提供電能系統(tǒng)中就是充當主電源來運用，其在這一種運用地方式中 VCC1 就連接到備份地電源，以致于在沒有主電源地情況之下能確保保存時間信息以及數(shù)據(jù)。 22 DS1302 由 VCC1 或 VCC2 兩者中較大者供電。當 VCC2 大于VCC1+ 時， VCC2 給 DS1302 供電。當 VCC2 小于 VCC1 時， DS1302由 VCC1 供電。 DS1302 在每次進行讀、寫程序前都必須初始化，先把 SCLK 端置 “ 0”，接著把 RST 端置“ 1”，最后才給予 SCLK 脈沖。表 1 為 DS1302的控制字，此控制字的位 7 必須置 1，若為 0 則不能對 DS1302 進行讀寫數(shù)據(jù)。對于位 6，若對時間進行讀 /寫時， CK=0，對程序進行讀 /寫時 RAM=1。位 1 至位 5 指操作單元的地址。位 0 是讀 /寫操作位，進行讀操作時，該位為 1；進行寫操作時，該位為 0?？刂谱止?jié)總是從最低位開始 輸入 /輸出的。表 2 為 DS1302 的日歷、時間寄存器內(nèi)容：“ CH”是時鐘暫停標志位，當該位為 1 時，時鐘振蕩器停止， DS1302處于低功耗狀態(tài)；當該位為 0 時，時鐘開始運行?！?WP”是寫保護位，在任何的對時鐘和 RAM 的寫操作之前，“ WP”必須為 0。當“ WP”為1 時，寫保護位防止對任一寄存器的寫操作。 （ 2） DS1032 的控制字 DS1302 它的控制字由表 1 所表示?？刂谱止?jié)的高有效位（位 7）一定是邏輯 1， 倘若它為 0，則就不可能把數(shù)據(jù)寫入到 DS1302 中去。位 6 若為 0，則表示的就是存取日歷的時鐘數(shù)據(jù)，為 1，則表示存 取的 RAM 數(shù)據(jù)。位 5 到位 1 指示的是操作單元地址。最低有效位（位 0）若為 1，則表示進行‘讀’操作，為 0，則表示進行‘寫’操作?？刂谱止?jié)一直是從最低位輸出開始的。 表 1 DS1302 的控制字格式 23 （ 3）數(shù)據(jù)輸入 /輸出（ I/O 口） 從控制指令字輸入之后的下一個時鐘脈沖的上升沿，數(shù)據(jù)開始就被寫入了 DS1302，數(shù)據(jù)的輸入 從位 0 開始。同樣的，從接下來的 8位的控制指令字后的下一個時鐘脈沖的下降沿，開始讀出 DS1302 的數(shù)據(jù)，讀出這些數(shù)據(jù)時從低位（ 0 位）到高位（ 7）。如下圖 所示。 圖 DS1302 讀 /寫時序圖 （ 4） DS1302 的寄存器 DS1302 的寄存器有 12，其中的 7 個寄存器可以和日歷以及時鐘有關聯(lián)，存放的形式就是以數(shù)據(jù)位為 BCD 碼的形式 ,它的時間和日歷的寄存器以及其控制字可以見表 2。 24 表 2 DS1302 的日歷和時間寄存器 此外， DS1302 還有寄存年份的寄存器、充電量、控制等寄存 器、與內(nèi)外部的 RAM 相關的寄存器及和時鐘突發(fā)的寄存器們等。時鐘突發(fā)的寄存器可以一次性的順序讀寫，除充電的寄存器之外的其他所有的寄存器的內(nèi)容。 DS1302 和 RAM 關聯(lián)的寄存器是可以分成為兩大類：其中之一就是單個的 RAM 單元（ 31 個），每一個單元組由一個的 8位的字節(jié)組成。它的命令 控制字是 C0H～ FDH，這中間奇數(shù)為 讀 操作，偶數(shù)則為 寫 操作；而另一類是突發(fā)地方式下地（ RAM）寄存器，這種方式下可以一次性的讀 /寫出所有 RAM 的 31 個的所以字節(jié)，它的命令控制字是 FEH(寫 )、 FFH(讀 )。 25 溫度芯片 DS18B20 接口設計和性能分析 DS18B20 的性能介紹 （ 1） DS18B20 的主要特性： DS18B20的溫度傳感器是由美國 DALLAS半導體公司最新推出的，它一種改進型的智能溫度傳感器，和普通熱敏電阻等元件相比，它可以直接的讀出被測量的溫度，而且能夠根據(jù)實際情況的要求通過簡單的程序編程來實現(xiàn) 912 位的數(shù)字值讀取方式。在 現(xiàn)場的溫度可以直接以 一線總線 的數(shù)字方式來傳輸，很好地提高了系統(tǒng)的抗干擾的能力。它可以適應于惡劣地環(huán)境的現(xiàn)場的溫度的測量。就像：雪地環(huán)境測量以及測量溫度類消費電子產(chǎn)品等。和早前一代的 產(chǎn)品不同的是新的產(chǎn)品可以支持 ～ 的電壓范圍，使系統(tǒng)設計更靈活、更簡單、更方便。 它的性能特點可歸納如下： ① 獨創(chuàng)的單線式接口僅需要一個端口引腳進行通信；② 測溫范圍在 55℃到 125℃，分辨率最大可達 ℃；③ 采用了 3 線制與單片機相連，減少了外部硬件電路；④ 零待機功耗；⑤ 可通過數(shù)據(jù)線供電，電壓范圍在 ；⑥ 用戶可定義的非易失性溫度報警設置；⑦ 報警搜索命令識別并標志超過程序限定溫度（溫度報警條件）的器件；⑧ 負電壓特性，電源極性接反時，溫度計不會因發(fā)熱燒毀，只是不 能正常工作。 （ 2） DS18B20 工作原理： DS18B20 的讀、寫時序與之測溫原理和以前的 DS1820 相同，只不過是得到的溫度的數(shù)值的位數(shù)因為分辨效率不同而不盡同的，而且溫度轉(zhuǎn)換時候的延遲時間由 2s 減少到 750ms。圖示中的低溫系數(shù)的晶振的振蕩的頻率，它受溫度變化的影響非常小，運用在產(chǎn)生固定的 26 其頻率地脈沖送給其計數(shù)器 1。高溫度的系數(shù)的晶振隨著溫度的變化其振蕩頻率很明顯發(fā)生了改變，所產(chǎn)生的信號作為計數(shù)器 2 的脈沖輸入。計數(shù)器 1 和溫度寄存器被預置在－ 55℃所對應的一個基數(shù)值。計數(shù)器 1 對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信 號進行減法計數(shù)，當計數(shù)器 1的預置值減到 0 時，溫度寄存器的值將加 1，計數(shù)器 1 的預置將重新被裝入，計數(shù)器 1 重新開始對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進行計數(shù)，如此循環(huán)直到計數(shù)器 2 計數(shù)到 0 時，停止溫度寄存器值的累加，此時溫度寄存器中的數(shù)值即為所測溫度。 DS18B20 的接口電路設計 如圖 所示，該系統(tǒng)中采用數(shù)字式溫度傳感器 DS18B20，具有測量精度高，電路連接簡單特點，此類傳感器僅需要一條數(shù)據(jù)線進行數(shù)據(jù)傳輸，用 與 DS18B20 的 DQ 口連接， VCC 接電源， GND 接地。 圖 溫度傳感器 DS18B20 接口電路 鬧鐘模塊系統(tǒng)設計于性能分析 此部分硬件上利用 AT24C02 存儲鬧鐘時間，普通蜂鳴器作為鬧鈴播放器件。 27 AT24C02 器件分析 （ 1） AT24C02 的特性： ① 與 400KHz I2C 總線兼容；② 到 伏工作電壓范圍；③ 低功耗 CMOS 技術；④ 寫保護功能當 WP 為高電平時進入寫保護狀態(tài)；⑤ 自定時擦寫周期；⑥ 1,000,000 編程 /擦除周期；⑦ 腳 DIP SOIC 或 TSSOP 封裝；⑧ 溫度范圍商業(yè)級工業(yè)級和汽車級。 （ 2） AT24C02 功能說明 AT24C02 支持的是 I2C 為總線數(shù)據(jù)的傳送協(xié)議。 I2C 的總線協(xié)議規(guī)定： 發(fā)送器為把數(shù)據(jù)傳輸?shù)娇偩€的器件；接收器為接收總線數(shù)據(jù)的器件。 數(shù)據(jù)傳送的控制是由產(chǎn)生串行時鐘以及所有起始停止信號的主器件決定的。主器件與從器件都是能夠作為接收器或發(fā)送器的，但是由主器件控制傳送、發(fā)送或接收數(shù)據(jù)的模式通過器件的地址輸入端口A0、 A1 和 A2 可以實現(xiàn)將最多 8 個 24WC01 和 24WC02 器件連接到總線上。 引腳圖腳描述如下： 圖 AT24C02 引腳圖 A0 A1 A2 器件地址選擇 SDA 串行數(shù)據(jù)和地址 28 SCL 串行時鐘 WP 寫保護 VCC +～ GND 接地 接口電路的設計 AT24C02 與單片機的接口電路如圖 所示： AT24C02 與 STC89C52RC 的接口電路 LCD 顯示模塊 LCM1602 的特性及使用說明 （ 1） LCM1602 的接口信號說明表 表 3 LCM16