【文章內(nèi)容簡介】 單片機電子溫度計設計 11 圖 31 系統(tǒng)總體構成圖 信息工程學院畢業(yè)論文（設計） 單片機電子溫度計設計 12 圖 32 系統(tǒng)總電路圖 4 系統(tǒng)硬件設計 核心處理器的設計 STC89C52 的簡介 對于單片機的選擇，可以考慮使 用 8031 與 8051 系列，由于 8031 沒有內(nèi)部RAM，系統(tǒng)又需要大量內(nèi)存存儲數(shù)據(jù)，因而不適用。所以，我們選用 51 系列單片機 STC89C52。 STC89C52 是一種低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程 Flash 存儲器。在單芯片上，擁有靈巧的 8 位 CPU 和在系統(tǒng)可編程 Flash，使得 STC89C52 為眾多嵌入式控制應用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。 具有以下標準功能： 8k 字節(jié) Flash， 512 字節(jié) RAM， 32 位 I/O 口線，看門狗定時器 ，內(nèi)置 4KB EEPROM， MAX810 復位電路，三個 16 位 定時器 /計數(shù)器，一個 6 向量 2 級中斷結構，全雙工串行口。低價位 STC89C52 單片機可應用于許多高性價比的場合，可靈活應用于各種控制領域，對于簡單的測溫系統(tǒng)已經(jīng)足夠。單片機 STC89C52 具有低電壓供電和體積小等特點， 很適合便攜手持式產(chǎn)品的設計使用。系統(tǒng)可用 3 節(jié)電池供電。 STC89C52 單片機的基本組成框圖見圖 41。【 2】 時 鐘 電 路R O M / E P R O M / F l a s h 4 K BR A M 1 2 8 BS F R 2 1 個定 時 個 / 計 數(shù) 器 2C P U總 線 控 制中 斷 系 統(tǒng)5 個 中 斷 源2 個 優(yōu) 先 級串 行 口全 雙 工 1 個4 個 并 行 口X T A L 2 X T A L 1R S TE AA L EP S E NP 0P 1P 2P 3V s sV c c信息工程學院畢業(yè)論文（設計） 單片機電子溫度計設計 13 圖 41 STC89C52 單片機結構圖 由圖 41 可見， STC89C52 單片機主要由以下幾部分組成： 系統(tǒng)： 8 位 cpu，含布爾處理器； 時鐘電路；總線控制邏輯。 ： 4K 字節(jié)的程序存儲器（ ROM/EPROM/Flash，可外擴至 64KB）； 128 字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲器（ RAM，可再外擴 64KB）； 特殊功能寄存器 SFR。 ： 中斷系統(tǒng)（ 5 個中斷源， 2 個優(yōu)先級）； 4 個并行 I/O 口； 2 個 16 位定時計數(shù)器； 1 個全雙工異步串行口。 STC89C52 單片機主要特性 1. 一個 8 位的微處理器 (CPU)。 2. 片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器 RAM(128B)，用以存放可以讀／寫的數(shù)據(jù)，如運算的中間結果、最終結果以及欲顯示的數(shù)據(jù)等， SST89 系列單片機最多提供 1K 的RAM。 3. 片內(nèi)程序存儲器 ROM(4KB)，用以存放程序、一些原始數(shù)據(jù)和表格。但也有一些單片機內(nèi)部不帶 ROM/EPROM，如 8031， 8032， 80C31 等。目前單片機的發(fā)展趨勢是將 RAM 和 ROM 都集成在單片機里面，這樣既方便了用戶進行設計又提高了系統(tǒng)的抗干擾性。 SST 公司推出的 89 系列單片機分別集成了 16K、32K、 64K Flash 存儲器，可供用戶根據(jù)需要選用。 4. 四個 8 位并行 I／ O 接口 P0~P3，每個口既可以用作輸入，也可以用作輸出。 5. 兩個定時器／計數(shù)器，每個定時器／計數(shù)器都可以設置成計數(shù)方式，用以對外部事件進行計數(shù)，也可以設置成定時方式，并可以根據(jù)計數(shù)或定時的結果實現(xiàn)計算機控制。為方便設計串行通信，目前 的 52 系列單片機都會提供 3 個 16 位定時器 /計數(shù)器。 6. 五個中斷源的中斷控制系統(tǒng)?，F(xiàn)在新推出的單片機都不只 5 個中斷源，例如 SST89E58RD 就有 9 個中斷源。 7. 一個全雙工 UART(通用異步接收發(fā)送器 )的串行 I／ O 口，用于實現(xiàn)單片機之間或單機與微機之間的串行通信。 8. 片內(nèi)振蕩器和時鐘產(chǎn)生電路，但石英晶體和微調(diào)電容需要外接。最高允許振蕩頻率為 12MHz。 SST89V58RD 最高允許振蕩頻率達 40MHz，因而大大的提高了指令的執(zhí)行速度。 【 3】 STC89C52 單片機管腳圖 STC89C52 單片機管腳 如圖 42 所示 信息工程學院畢業(yè)論文（設計） 單片機電子溫度計設計 14 圖 42 STC89C52 單片機管腳圖 部分引腳說明： XTAL1 和 XTAL2： XTAL2(18 腳 )：接外部晶體和微調(diào)電容的一端；在 8051 片內(nèi)它是振蕩電路反相放大器的輸出端，振蕩電路的頻率就是晶體固有頻率 。若需采用外部時鐘電路時，該引腳輸入外部時鐘脈沖。要檢查 8051/8031 的振蕩電路是否正常工作，可用示波器查看 XTAL2 端是否有脈沖信號輸出。 XTAL1(19 腳 )：接外部晶體和微調(diào)電容的另一端；在片內(nèi)它是振蕩電路反相放大器的輸入端。在采用外部時鐘時，該引腳必須接地。 RST,ALE,PSEN 和 EA： RST/VPD(9 腳 )： RST 是復位信號輸入端，高電平有效。當此輸入端保持備用電源的輸入端。當主電源 Vcc 發(fā)生故障，降低到低電平規(guī)定值時，將＋ 5V 電源自動兩個機器周期 (24個 時鐘振蕩周期 )的高電平時，就可以完成復位操作。 RST 引腳的第二功能是 VPD,即接入 RST 端，為 RAM 提供備用電源，以保證存儲在RAM 中的信息不丟失，從而合復位后能繼續(xù)正常運行。 ALE/PROG(30 腳 )：地址鎖存允許信號端。當 8051 上電正常工作后， ALE 引腳不斷向外輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率 fOSC 的 1/6。 CPU 訪問片外存儲器時， ALE 輸出信號作為鎖存低 8 位地址的控制信號。平時不訪問片外存儲器時， ALE 端也以振蕩頻率的 1/6 固定輸出正脈沖，因而 ALE 信號可以用作對外 輸出時鐘或定時信號。如果想確定 8051/8031 芯片的好壞，可用示波器查信息工程學院畢業(yè)論文（設計） 單片機電子溫度計設計 15 看 ALE 端是否有脈沖信號輸出。如有脈沖信號輸出，則 8051/8031 基本上是好的。 ALE 端的負載驅動能力為 8 個 LS 型 TTL(低功耗甚高速 TTL)負載。此引腳的第二功能 PROG 在對片內(nèi)帶有 4KB EPROM 的 8751 編程寫入 (固化程序 )時，作為編程脈沖輸入端。 PSEN(29 腳 )：程序存儲允許輸出信號端。在訪問片外程序存儲器時，此端定時輸出負脈沖作為讀片外存儲器的選通信號。此引肢接 EPROM 的 OE 端 (見后面幾章任何一 個小系統(tǒng)硬件圖 )。 PSEN 端有效，即允許讀出 EPROM／ ROM 中的指令碼。 PSEN 端同樣可驅動 8 個 LS 型 TTL 負載。要檢查一個 8051/8031 小系統(tǒng)上電后 CPU 能否正常到 EPROM／ ROM 中讀取指令碼，也可用示波器看PSEN 端有無脈沖輸出。如有則說明基本上工作正常。 EA/Vpp(31 腳 )：外部程序存儲器地址允許輸入端 /固化編程電壓輸入端。當EA 引腳接高電平時， CPU 只訪問片內(nèi) EPROM/ROM 并執(zhí)行內(nèi)部程序存儲器中的指令，但當 PC(程序計數(shù)器 )的值超過 0FFFH(對 8751/8051 為 4K)時，將自動轉去執(zhí)行片外程序存儲器內(nèi)的程序。當輸入信號 EA 引腳接低電平 (接地 )時， CPU 只訪問外部 EPROM/ROM 并執(zhí)行外部程序存儲器中的指令，而不管是否有片內(nèi)程序存儲器。對于無片內(nèi) ROM 的 8031 或 8032,需外擴 EPROM，此時必須將EA 引腳接地。此引腳的第二功能是 Vpp 是對 8751 片內(nèi) EPROM 固化編程時，作為施加較高編程電壓 (一般 12V～ 21V)的輸入端。 /輸出端口 P0/P1/P2/P3： P0 口 (～ ， 39~32 腳 )： P0 口是一個漏極開路的 8 位準雙向 I/O 口。作為漏極開路的輸出端口，每位能驅動 8 個 LS 型 TTL 負載。當 P0 口作為輸入口使用時，應先向口鎖存器 (地址 80H)寫入全 1,此時 P0 口的全部引腳浮空，可作為高阻抗輸入。作輸入口使用時要先寫 1,這就是準雙向口的含義。在 CPU 訪問片外存儲器時， P0 口分時提供低 8 位地址和 8 位數(shù)據(jù)的復用總線。在此期間，P0 口內(nèi)部上拉電阻有效。 P1 口 (～ ， 1~8 腳 )： P1 口是一個帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位準雙向 I/O口。 P1 口每位能驅動 4 個 LS 型 TTL 負載。在 P1 口作為輸入口使用 時，應先向 P1 口鎖存地址 (90H)寫入全 1,此時 P1 口引腳由內(nèi)部上拉電阻拉成高電平。 P2 口 (～ ， 21~28 腳 )： P2 口是一個帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位準雙向 I/O口。 P 口每位能驅動 4 個 LS 型 TTL 負載。在訪問片外 EPROM/RAM 時，它輸出高 8 位地址。 P3 口 (～ ， 10~17 腳 )： P3 口是一個帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位準雙向 I/O口。 P3 口每位能驅動 4 個 LS 型 TTL 負載。 P3 口與其它 I/O 端口有很大的區(qū)別，它的每個引腳都有第二功能，如下： ： (RXD)串行數(shù)據(jù) 接收。 ： (RXD)串行數(shù)據(jù)發(fā)送。 ： (INT0)外部中斷 0 輸入。 ： (INT1)外部中斷 1 輸入。 信息工程學院畢業(yè)論文（設計） 單片機電子溫度計設計 16 ： (T0)定時 /計數(shù)器 0 的外部計數(shù)輸入。 ： (T1)定時 /計數(shù)器 1 的外部計數(shù)輸入。 ： (WR)外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通。 ： (RD)外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通。 80C51 單片機的中斷系統(tǒng) 80C51 系列單片機的中斷系統(tǒng)有 5 個中斷源， 2 個優(yōu)先級，可以實現(xiàn)二級中斷服務嵌套。由片內(nèi)特殊功能寄存器中的中斷允許寄存器 IE 控制 CPU 是否響應中斷請求；由 中斷優(yōu)先級寄存器 IP 安排各中斷源的優(yōu)先級；同一優(yōu)先級內(nèi)各中斷同時提出中斷請求時，由內(nèi)部的查詢邏輯確定其響應次序。 80C51 單片機的定時 /計數(shù)器 在單片機應用系統(tǒng)中，常常會有定時控制需求，如定時輸出、定時檢測、定時掃描等；也經(jīng)常要對外部事件進行計數(shù)。 80C51 單片機內(nèi)集成有兩個可編程的定時 /計數(shù)器： T0 和 T1，它們既可以工作于定時模式，也可以工作于外部事件計數(shù)模式，此外， T1 還可以作為串行口的波特率發(fā)生器。 復位電路的設計 單片機復位電路的設計如圖 43 所示。該復位電路采用手動復 位與上電復位相結合的方式。當按下按鍵 S5 時， VCC 通過 R11 電阻給復位輸入端口一個高電平，實現(xiàn)復位功能，即手動復位。上電復位就是 VCC 通過電阻 R11 和電容 C5構成回路，該回路是一個對電容 C5 充電和放電的電路，所以復位端口得到一個周期性變化的電壓值，并且有一定時間的電壓值高于 CPU 復位電壓，實現(xiàn)上電復位功能。 信息工程學院畢業(yè)論文（設計） 單片機電子溫度計設計 17 圖 43 單片機復位電路 晶振電路的設計 單片機晶振電路的設計如圖 44 所示。 XTAL1（ X1）為反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。 XTAL2(X2)是來自反向振蕩器的輸出。按照理論上 AT89C51 使用的是 12MHz 的晶振，但實測使用 。所以設計者通常用的是 。 圖 44 單片機晶振電路 信息工程學院畢業(yè)論文（設計） 單片機電子溫度計設計 18 液晶顯示模塊 LCD 液晶顯示器簡介 顯示器是人與機器溝通的重要界面，早期以顯像管 (CRT/Cathode Ray Tube)顯示器為主，但隨著科技不斷進步，各種顯示技術如雨后春筍般誕生，近來由于液晶 (LCD)顯示器具有輕薄短小、耗電量低、無輻射危險，平面直角顯示以及影像穩(wěn)定不閃爍等優(yōu)勢，在近年來價格不斷下跌的吸引下，逐漸取代 CRT 之主流地位，顯示器明日之星架勢十足。 液晶是一種既 具有液體的流動性又具有光學特性的有機化合物，它的透明程度和呈現(xiàn)的顏色受外加電場的影響，利用這特點便可做成字符顯示器。 液晶顯示器 (LCD)英文全稱為 Liquid Crysta