【文章內(nèi)容簡介】 P32/INT012P33/INT113P3414P3515P3616P3717XTAL218XTAL119GND20P20/A821P21/A922P22/A1023P23/A1124P24/A1225P25/A1326P26/A1427P27/A152829293030EA31P07/A732P06/A633P05/A534P04/A435P03/A336P02/A237P01/A138P00/A039+540南京工程學院自動化學院本科畢業(yè)設計（論文） 7 表 P1 口第二功能表 引腳號 第二功能 T2（定時器 /計數(shù)器 T2 的外部計數(shù)輸入），時鐘輸出 T2EX（定時器 /計數(shù)器 T2 的捕 捉 /重載觸發(fā)信號和方向控制） MOSI（在系統(tǒng)編程用） MISO（在系統(tǒng)編程用） SCK（在系統(tǒng)編程用） P2 口（ 21 腳 ~28 腳）： P2 口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口，P2 輸出緩沖器能驅(qū)動 4 個 TTL 邏輯電平。對 P2 端口寫“ 1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（ IIL）。在訪問外部程序存儲器或用 16 位地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲器（例如執(zhí)行 MOVX @DPTR）時， P2口送出高八位地址。 在這種應用中， P2 口使用很強的內(nèi)部上拉發(fā)送 1。在使用 8 位地址（如 MOVX @RI）訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時， P2 口輸出 P2 鎖存器的內(nèi)容。在 FLASH 編程和校驗時， P2 口也接收高 8 位地址字節(jié)和一些控制信號。 P3 口（ 10 腳 ~17 腳）： P3 口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口，P3 輸出緩沖器能驅(qū)動 4 個 TTL邏輯電平。對 P3 端口寫“ 1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（ IIL）。 P3 口亦作為 AT89S52特殊功能（第二功能）使用， 如表 所示。值得強調(diào)的是， P3 口的每一條引腳均可獨立定義為第一功能的輸入輸出或第二功能。在 FLASH 編程和校驗時， P3 口也接收一些控制信號。 Vcc（ 40 腳）：接 +5V電壓。 Vss（ 20 腳）：接地。 RST（ 9 腳）：當振蕩器工作時，在此引腳上出現(xiàn)兩個機器周期以上的高電平將使單片機復位。 XTAL1（ 19 腳）：振蕩器反相放大器和內(nèi)部時鐘發(fā)生電路的輸入端。 XTAL2（ 18 腳）： 振蕩器反相放大器的輸出端。 /PSEN（ 29 腳）：程序儲存允許（ PSEN）輸出是外部程序存儲器的讀選通信號，當 AT89S52 由外 部程序存儲器取指令（或數(shù)據(jù)）時，每個機器周期兩次 PSEN南京工程學院自動化學院本科畢業(yè)設計（論文） 8 有效，即輸出兩個脈沖，在此期間，當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器，將跳過兩次 PSEN信號。 ALE//PROG（ 30 腳）： 當訪問外部程序存儲器或數(shù)據(jù)存儲器時， ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低 8 位字節(jié)。一般情況下， ALE 仍以時鐘振蕩頻率的 1/6 輸出固定的脈沖信號，因此它可對外輸出時鐘或用于定時目的。要注意的是：每當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時將跳過一個 ALE 脈沖。對 FLASH 存儲器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖（ PROG）。如有必要，可通過對特殊功能寄存器 （ SFR）區(qū)中的 8EH 單元的 D0 位置位，可禁止 ALE 操作。該位置位后，只有一條 MOVX 和 MOVC 指令才能將 ALE 激活。此外，該引腳會被微弱拉高，單片機執(zhí)行外部程序時，應設置 ALE 禁止位無效。 /EA/VPP（ 31 腳）：外部訪問允許，欲使 CPU 僅訪問外部程序存儲器（地址為 0000HFFFFH）， EA 端必須保持低電平（接地）。需注意的是：如果加密位LB1 被編程，復位時內(nèi)部會鎖存 EA 端狀態(tài)。如 EA 端為高電平（接 Vcc 端），CPU 則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲器的指令。 Flash 存儲器編程時，該引腳加上 +12V 的編程允許電源 Vpp，當然這必須是該器件是使用 12V編程電壓 Vpp。 表 P3口第二功能表 引腳 號 第 二 功能 RXD（串行口輸入端） TXD（串行口輸出端） /INT0（外部中斷 0 請求輸入端，低電平有效） /INT1（外部中斷 1 請求輸入端，低電平有效） T0（定時器 /計數(shù)器 0 計數(shù)脈沖輸入端） T1（定時器 /計數(shù)器 1 計數(shù)脈沖輸入端） /WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通信號輸出端，低電平有效） /RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通信號 輸出端，低電平有效） AT89S52 單片機主要特征 兼容 MCS51指令系統(tǒng) 。 32 個可編程 I/O 口線 。 3 個 16 位可編程定時 /計數(shù)器 。 全雙工 UART 串行中斷口線 。 8 個 中斷源 。 中斷喚醒省電模式 。 南京工程學院自動化學院本科畢業(yè)設計（論文） 9 看門狗（ WDT）電路 。 靈活的 ISP 字節(jié)和分頁編程 。 4k 可反復擦寫 (1000 次） ISP Flash ROM 。 工作電壓 。 1 時鐘頻率 033MHz。 1 128x8bit 內(nèi)部 RAM。 1 低功耗空閑和省電模式 。 1 3級加密位 。 1 軟件設置空閑和省電功能 。 1 雙數(shù)據(jù)寄存器指針 。 1 全雙工 UART 串行通道 。 南京工程學院自動化學院本科畢業(yè)設計（論文） 10 第三章 系統(tǒng)硬件設計 系統(tǒng)總體設計 溫度計電路設計總體設計方框圖如圖 所示，控制器采用單片機 AT89S52，采用 DS1302作為時鐘芯片 。 圖 總體設計方框圖 單片機最小系統(tǒng)設計 單片機最小系統(tǒng)：所謂最小系統(tǒng)就是指由單片機和一些基本的外圍電路所組成的一個可以工作的單片機系統(tǒng)。一般來說，它包括單片機，晶振電路和復位電路。 復位電路 為確保單片機系統(tǒng)中電路穩(wěn)定可靠工作，復位電路是必不可少的一部分，而復位電路設計的好壞，直接影響整個系統(tǒng)的可靠性。許多用戶在設計完單片機系統(tǒng)并在實驗室調(diào)試成功后，在現(xiàn)場卻出現(xiàn)了“死機”、“程序走飛”等現(xiàn)象，這主要是單片機的復位電路設計不可靠引起的。 單片機在啟動時都需要復位，以使 CPU及系統(tǒng)各部件處于 確定的初始狀態(tài)，并從初始狀態(tài)開始工作。單片機的復位信號是從 RST 引腳輸入到芯片內(nèi)的觸發(fā)器中的。當系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)時，且振蕩期穩(wěn)定后，如果 RST 引腳上有一個高電平并維持 2 個機器周期（ 24 個振蕩周期）以上，則 CPU就可以響應并將系統(tǒng)復位。 目前，單片機的復位方式主要有 2 種，即手動復位和上電復位，本設計中采兩種復位方式都被采用。復位電路如圖 所示 : AT89S52 程序下載 串行通信 按鍵輸入 數(shù)碼管顯示 時鐘電路 測試接口 南京工程學院自動化學院本科畢業(yè)設計（論文） 11 圖 復位電路 通電前電容 C1 兩端電壓都為 0，通電后 C1 正極電壓為 +5V，由于電容兩端電壓不能突變，所以 RST 端也為 +5V為 高電平，由公式（ 31）可算出 RST 端高電平持續(xù)時間為 遠遠大于單片機兩個機器周期 ，因此單片機復位，這就是上電復位。 t10 ?? ?? eUC (31) 其中， U0為初始電壓， τ=RC。 通電一定時間后，當按下按鍵 S1， RST 端電壓大約為 為高電平，因為按鍵的時間肯定會超過了兩個機器周期，所以單片機復位，這就是手動復位的過程。其中，電阻 R R2 起分 壓作用，電阻 R2 的作用是使 RST 端電壓不超過單片機芯片的供電電壓。 晶振電路 晶振電路是單片機的心臟，它控制著單片機的工作節(jié)奏。 高頻率的時鐘有利于程序更快的運行，也有可以實現(xiàn)更高的信號采樣率，從而實現(xiàn)更多的功能。但是高頻率對系統(tǒng)要求較高，而且功耗大，運行環(huán)境苛刻。考慮到單片機本身用在控制，并非高速信號采樣處理，所以選取合適的頻率即可。 AT89S 系列單片機允許的時鐘頻率是 33MHZ，典型值為 12MHz，為了波特率是整數(shù)，本設計選取 的無源晶振，圖 為時鐘電路的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖，由圖 可見時鐘電路是一個反相放大器， XTAL XTAL2 分別為反相放大器的輸入和輸出端，外接晶振（或陶瓷諧振器）和電容組成振蕩器。振蕩器產(chǎn)生的時鐘頻率主要由晶振的頻率決定。電容 C2 和 C3 的作用有兩個：其一是使振蕩器起振，其二是對振蕩器的頻率 f 起微調(diào)作用（ C C3 減小， f 變大），其典型值為 30pF。振蕩器在加電以后約 10ms 開始起振， XTAL2 輸出 3V左右的正弦波。振蕩器產(chǎn)生的時鐘脈沖送至單片機內(nèi)部的各個部件。 南京工程學院自動化學院本科畢業(yè)設計（論文） 12 圖 晶振電路 最小系統(tǒng) 單片機最小系 統(tǒng)如圖 所示： 圖 單片機最小系統(tǒng) 時鐘電路模塊設計 時鐘電路是控制定時開關(guān)功能的重要電路，智能家居定時開關(guān)設計的時鐘電路模塊主要依賴 DS1302和 24C16。如圖 。 圖 時鐘電路 南京工程學院自動化學院本科畢業(yè)設計（論文） 13 時鐘芯片 DS1302 模塊 美國 DALLAS 公司的 DS1302 是一種高性能 、低功耗、帶 RAM 的實時時鐘芯片，它采用 SPI 串行總線接口與單片機連接。 SPI 是由 MOTOROLA 公司提出的一種同步串行外圍接口，采用 3 根或 4 根信號線進行數(shù)據(jù)傳輸，所需要的信號包括使能信號、同步時鐘、同步數(shù)據(jù)（輸入和輸出）。采用 SPI 接口可以方便地與許多廠家的各種標準外圍器件直接連接。采用 SPI 總線可以簡化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，降低系統(tǒng)成本，使系統(tǒng)具有靈活的可擴展性。SPI 串行總線有如下一些主要特點： 全雙工，三線同步傳輸。 主機或從機操作。 。 4 種可編程主 機數(shù)據(jù)傳輸速率。 可編程串行時鐘極性與相位。 發(fā)送結(jié)束中斷標志。 定開發(fā)沖突保護。 總線競爭保護。 SPI 從設備一般使用 1 根數(shù)據(jù)線（ I/O）和 2 根控制線（ RST 、 SCLK）。其中，數(shù)據(jù)線不僅用于從設備向系統(tǒng)主機返回數(shù)據(jù)，還可以用作多個從設備之間的級聯(lián)，當前從設備的 I/O 輸出端可以連接到下一級設備的 I/O 輸入端。 SPI串行接口設備既可以工作在主設備模式下，也可以工作在從設備模式下。系統(tǒng)主設備為 SPI 總線通信過程提供同步時鐘信號，并決定從設備片選 信號的狀態(tài)，使能將要進行通信的設備。 SPI 從器件則從系統(tǒng)主設備獲取時鐘及片選信號，因此從器件的控制信號 RST 、 SCLK 都是輸入信號。 在系統(tǒng)主機與 SPI 從設備之間進行通信時，不論是命令還是數(shù)據(jù)都以串行方式傳送，串行傳送的數(shù)據(jù)被泵入到一個移位寄存器，并轉(zhuǎn)換為并行數(shù)據(jù)格式。須指出的是，移位寄存器的位數(shù)并不是固定的，它根據(jù)不同的設備而各不相同。大多數(shù)設備的移位寄存器是 8 位或 8 位的整數(shù)倍。 如果一個 SPI 從設備沒有被選中，它的數(shù)據(jù)輸出端將處于高阻狀態(tài)，從而與當前處于激 活狀態(tài)的器件隔離。當多個 SPI 從設備級聯(lián)使用時，將它們的使能端連接到同一個片選信號上，當作一個從設備來處理。級聯(lián)的 SPI 從設備被看作是一個大的設備并使用相同的片選信號，從設備的數(shù)據(jù)輸出端分別被連接到下一個從設備的數(shù)據(jù)輸入端，并將最后一個從設備的數(shù)據(jù)輸出端連接到系統(tǒng)主機的數(shù)據(jù)輸入端。當系統(tǒng)中所有的 SPI 從設備都需要獨立地連接到系統(tǒng)主機時，所有的從設備仍然使用相同的時鐘信號 SCLK，并將所有 SPI 從設備的數(shù)據(jù)輸入引腳連接南京工程學院自動化學院本科畢業(yè)設計（論文） 14 到系統(tǒng)主機的數(shù)據(jù)輸出引腳，從設備的數(shù)據(jù)輸出引腳連接到主機的數(shù)據(jù)輸入引腳，但每個 SPI 從設備采 用相互獨