【文章內(nèi)容簡介】 這里也選取數(shù)碼管作為顯示模塊。 因此本設計中采用方案二中的 DS1302 作為時鐘模塊。 按鍵模塊的選型和論證 方案一： 采用常見的獨立按鍵輸入模式，根據(jù)需要一共要用 4 個按鍵進行功能輸入，而所選用的單片機共有 32 個 IO， IO 口比較充足。 方案二： 采用矩陣鍵盤作為輸入，矩陣鍵盤是單片機外部設備中所使用的排布類似于矩陣的鍵盤組 . 在鍵盤中按鍵數(shù)量較多時，為了減少 I/O 口的占用，通常將按鍵排列成矩陣形式，如圖 1 所示。在矩陣式鍵盤中，每條水平線和垂直線在交叉處不直接連通，而 北京郵電大學畢業(yè)設計 2 是通過一個按鍵加以連接。這樣，一個端口（如 P1 口）就可以構成 4*4=16 個按鍵，比之直接將端口線用于鍵盤多出了一倍，而且線數(shù)越多，區(qū)別越明顯，比如再多加一條線就可以構成 20 鍵的鍵盤，而直接用端口線則只能多出一鍵（ 9 鍵）。由此可見，在需要的鍵數(shù)比較多時，采用矩陣法來做鍵盤是合理的。 圖 21 矩陣鍵盤 由于本設計只需少量按鍵，所以本設計中方案一中的獨立按鍵作為鍵盤模塊。 系統(tǒng)整體設計概述 本系統(tǒng)以單片機為控制核心，對系統(tǒng)進行初始化，主要完成對鍵盤的響應、數(shù)碼管顯示等功能的控制，起到總控和協(xié)調各模塊之間工作的作用。 紅 綠 黃 燈 顯 示主 控 模 塊單 片 機按 鍵 模 塊 數(shù) 碼 管 模 塊報 警 模 塊 圖 22 系統(tǒng)結構框圖 本系統(tǒng)結構如圖 21 所示，本設計可分為以下模塊：單片機主控模塊、鍵盤模 塊、數(shù)碼管模塊、報警模塊、紅綠黃燈顯示模塊。下面對各個模塊的設計方案逐一進行論證分析。 北京郵電大學畢業(yè)設計 3 主控模塊 主控模塊模塊在整個系統(tǒng)中起著統(tǒng)籌的作用，需要檢測鍵盤，溫度傳感器等各種參數(shù)，同時驅動液晶顯示相關參數(shù)，在這里我們選用了 51 系列單片機中的 STC89C52 單片機作為系統(tǒng)的主控芯片。 51 系列單片機最初是由 Intel 公司開發(fā)設計的，但后來 Intel 公司把 51 核的設計方案賣給了幾家大的電子設計生產(chǎn)商，譬如 SST、 Philip、 Atmel 等大公司。因此市面上出現(xiàn)了各式各樣的均以 51 為內(nèi)核的單片機。這些各大電子生產(chǎn)商推出的單片機都兼容 51 指令、并在 51 的基礎上擴展一些功能而內(nèi)部結構是與 51 一致的。 STC89C52 有 40 個引腳， 4 個 8 位并行 I/O 口， 1 個全雙工異步串行口，同時內(nèi)含5 個中斷源， 2 個優(yōu)先級， 2 個 16 位定時 /計數(shù)器。 STC89C52 的存儲器系統(tǒng)由 4K 的程序存儲器 (掩膜 ROM)，和 128B 的數(shù)據(jù)存儲器 (RAM)組成。 STC89C52 單片機的基本組成框圖見圖 31。 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 圖 31 STC89C52 單片機結構圖 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 北京郵電大學畢業(yè)設計 4 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)。現(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。 12345678RESET91011121314151617XTAL218XTAL119VSS202122232425262728PSEN29ALE30EA313233343536373839VCC40U5單片機 圖 32 STC89C52 單片機管腳圖 部分引腳說明： 1. 時鐘電路引腳 XTAL1 和 XTAL2： XTAL2(18 腳 )：接外部晶體和微調電容的一端；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。 2. 控制信號引腳 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 北京郵電大學畢業(yè)設計 5 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。 3. 輸入 /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。 ： (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。 北京郵電大學畢業(yè)設計 6 ： (RD)外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通。 STC89C52 單片機的中斷系統(tǒng) STC89C52 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。 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)。 STC89C52 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。 單片機最小系統(tǒng)設計 12345678RESET91011121314151617XTAL218XTAL119VSS202122232425262728PSEN29ALE30EA313233343536373839VCC40U1單片機+5V12Y212MHZ30pFC330pFC41 2 3 4 5 6 7 8 9P1 10K 排阻+5VS1SWPB10KR310u