【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 這里也選取數(shù)碼管作為顯示模塊。 因此本設(shè)計(jì)中采用方案二中的 DS1302 作為時(shí)鐘模塊。 按鍵模塊的選型和論證 方案一： 采用常見(jiàn)的獨(dú)立按鍵輸入模式，根據(jù)需要一共要用 4 個(gè)按鍵進(jìn)行功能輸入，而所選用的單片機(jī)共有 32 個(gè) IO， IO 口比較充足。 方案二： 采用矩陣鍵盤(pán)作為輸入，矩陣鍵盤(pán)是單片機(jī)外部設(shè)備中所使用的排布類(lèi)似于矩陣的鍵盤(pán)組 . 在鍵盤(pán)中按鍵數(shù)量較多時(shí)，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(pán)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(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 2 是通過(guò)一個(gè)按鍵加以連接。這樣，一個(gè)端口（如 P1 口）就可以構(gòu)成 4*4=16 個(gè)按鍵，比之直接將端口線用于鍵盤(pán)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(gòu)成 20 鍵的鍵盤(pán)，而直接用端口線則只能多出一鍵（ 9 鍵）。由此可見(jiàn)，在需要的鍵數(shù)比較多時(shí)，采用矩陣法來(lái)做鍵盤(pán)是合理的。 圖 21 矩陣鍵盤(pán) 由于本設(shè)計(jì)只需少量按鍵，所以本設(shè)計(jì)中方案一中的獨(dú)立按鍵作為鍵盤(pán)模塊。 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)概述 本系統(tǒng)以單片機(jī)為控制核心，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行初始化，主要完成對(duì)鍵盤(pán)的響應(yīng)、數(shù)碼管顯示等功能的控制，起到總控和協(xié)調(diào)各模塊之間工作的作用。 紅 綠 黃 燈 顯 示主 控 模 塊單 片 機(jī)按 鍵 模 塊 數(shù) 碼 管 模 塊報(bào) 警 模 塊 圖 22 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖 21 所示，本設(shè)計(jì)可分為以下模塊：?jiǎn)纹瑱C(jī)主控模塊、鍵盤(pán)模 塊、數(shù)碼管模塊、報(bào)警模塊、紅綠黃燈顯示模塊。下面對(duì)各個(gè)模塊的設(shè)計(jì)方案逐一進(jìn)行論證分析。 北京郵電大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 3 主控模塊 主控模塊模塊在整個(gè)系統(tǒng)中起著統(tǒng)籌的作用，需要檢測(cè)鍵盤(pán)，溫度傳感器等各種參數(shù)，同時(shí)驅(qū)動(dòng)液晶顯示相關(guān)參數(shù)，在這里我們選用了 51 系列單片機(jī)中的 STC89C52 單片機(jī)作為系統(tǒng)的主控芯片。 51 系列單片機(jī)最初是由 Intel 公司開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)的，但后來(lái) Intel 公司把 51 核的設(shè)計(jì)方案賣(mài)給了幾家大的電子設(shè)計(jì)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(jī)。這些各大電子生產(chǎn)商推出的單片機(jī)都兼容 51 指令、并在 51 的基礎(chǔ)上擴(kuò)展一些功能而內(nèi)部結(jié)構(gòu)是與 51 一致的。 STC89C52 有 40 個(gè)引腳， 4 個(gè) 8 位并行 I/O 口， 1 個(gè)全雙工異步串行口，同時(shí)內(nèi)含5 個(gè)中斷源， 2 個(gè)優(yōu)先級(jí)， 2 個(gè) 16 位定時(shí) /計(jì)數(shù)器。 STC89C52 的存儲(chǔ)器系統(tǒng)由 4K 的程序存儲(chǔ)器 (掩膜 ROM)，和 128B 的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 (RAM)組成。 STC89C52 單片機(jī)的基本組成框圖見(jiàn)圖 31。 時(shí) 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(gè)定 時(shí) 個(gè) / 計(jì) 數(shù) 器 2C P U總 線 控 制中 斷 系 統(tǒng)5 個(gè) 中 斷 源2 個(gè) 優(yōu) 先 級(jí)串 行 口全 雙 工 1 個(gè)4 個(gè) 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(jī)結(jié)構(gòu)圖 STC89C52 單片機(jī)主要特性 1. 一個(gè) 8 位的微處理器 (CPU)。 2. 片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 RAM(128B)，用以存放可以讀／寫(xiě)的數(shù)據(jù)，如運(yùn)算的中間結(jié)果、最終結(jié)果以及欲顯示的數(shù)據(jù)等， SST89 系列單片機(jī)最多提供 1K 的 RAM。 3. 片內(nèi)程序存儲(chǔ)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(jī)內(nèi)部不帶 ROM/EPROM，如 8031， 8032， 80C31 等。目前單片機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)是將 RAM 和 ROM 都集成在單片機(jī)里面，這樣既方便了用戶進(jìn)行設(shè)計(jì)又提高了系統(tǒng)的抗干擾性。 SST 公 司推出的 89 系列單片機(jī)分別集成了 16K、 32K、 64K Flash 存儲(chǔ)器，可供用戶根據(jù)需要選用。 4. 四個(gè) 8 位并行 I／ O 接口 P0~P3，每個(gè)口既可以用作輸入，也可以用作輸出。 5. 兩個(gè)定時(shí)器／計(jì)數(shù)器，每個(gè)定時(shí)器／計(jì)數(shù)器都可以設(shè)置成計(jì)數(shù)方式，用以對(duì)外 北京郵電大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 4 部事件進(jìn)行計(jì)數(shù)，也可以設(shè)置成定時(shí)方式，并可以根據(jù)計(jì)數(shù)或定時(shí)的結(jié)果實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)控制。為方便設(shè)計(jì)串行通信，目前的 52 系列單片機(jī)都會(huì)提供 3 個(gè) 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器。 6. 五個(gè)中斷源的中斷控制系統(tǒng)?，F(xiàn)在新推出的單片機(jī)都不只 5 個(gè)中斷源，例如SST89E58RD 就有 9 個(gè)中斷源。 7. 一個(gè)全雙工 UART(通用異步接收發(fā)送器 )的串行 I／ O 口，用于實(shí)現(xiàn)單片機(jī)之間或單機(jī)與微機(jī)之間的串行通信。 8. 片內(nèi)振蕩器和時(shí)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(dá) 40MHz，因而大大的提高了指令的執(zhí)行速度。 12345678RESET91011121314151617XTAL218XTAL119VSS202122232425262728PSEN29ALE30EA313233343536373839VCC40U5單片機(jī) 圖 32 STC89C52 單片機(jī)管腳圖 部分引腳說(shuō)明： 1. 時(shí)鐘電路引腳 XTAL1 和 XTAL2： XTAL2(18 腳 )：接外部晶體和微調(diào)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(shí)鐘電路時(shí)，該引腳輸入外部時(shí)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(hào)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(shí)鐘時(shí)，該引腳必須接地。 2. 控制信號(hào)引腳 RST,ALE,PSEN 和 EA： RST/VPD(9 腳 )： RST 是復(fù)位信號(hào)輸入端，高電平有效。當(dāng)此輸入端保持備用電源的輸入端。當(dāng)主電源 Vcc 發(fā)生故障，降低到低電平規(guī)定值時(shí)，將＋ 5V 電源自動(dòng)兩個(gè)機(jī)器周 期 (24 個(gè)時(shí)鐘振蕩周期 )的高電平時(shí)，就可以完成復(fù)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(chǔ)在 RAM 中的信息不丟失，從而合復(fù)位后能繼續(xù)正常運(yùn)行。 ALE/PROG(30 腳 )：地址鎖存允許信號(hào)端。當(dāng) 8051 上電正常工作后， ALE 引腳 北京郵電大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 5 不斷向外輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率 fOSC 的 1/6。 CPU 訪問(wèn)片外存儲(chǔ)器時(shí)，ALE 輸出信號(hào)作為鎖存低 8 位地址的控制信號(hào)。 平時(shí)不訪問(wèn)片外存儲(chǔ)器時(shí)， ALE 端也以振蕩頻率的 1/6 固定輸出正脈沖，因而 ALE 信號(hào) 可以用作對(duì)外輸出時(shí)鐘或定時(shí)信號(hào)。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(hào)輸出。如有脈沖信號(hào)輸出，則 8051/8031 基本上是好的。 ALE 端的負(fù)載驅(qū)動(dòng)能力為 8 個(gè) LS 型 TTL(低功耗甚高速 TTL)負(fù)載。 此引腳的第二功能 PROG 在對(duì)片內(nèi)帶有 4KB EPROM 的 8751 編程寫(xiě)入 (固化程序 )時(shí)，作為編程脈沖輸入端。 PSEN(29 腳 )：程序存儲(chǔ)允許輸出信號(hào)端。在訪問(wèn)片外程序存儲(chǔ)器時(shí)，此端定時(shí)輸出負(fù)脈沖作為讀片外存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。此引肢接 EPROM 的 OE 端 (見(jiàn)后面幾章任何一個(gè)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(qū)動(dòng) 8 個(gè) LS 型 TTL 負(fù)載。要檢查一個(gè) 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(wú)脈沖輸出。如有則說(shuō)明基本上工作正常。 EA/Vpp(31 腳 )：外部程序存儲(chǔ)器地址允許輸入端 /固化編程電壓輸入端。當(dāng) EA 引腳接高電平時(shí)， CPU 只訪問(wèn)片內(nèi) EPROM/ROM 并執(zhí)行內(nèi)部程序存儲(chǔ)器中的指令，但當(dāng)PC(程序計(jì)數(shù)器 )的值超過(guò) 0FFFH(對(duì) 8751/8051 為 4K)時(shí)，將自動(dòng)轉(zhuǎn)去執(zhí)行片外程序存儲(chǔ)器內(nèi)的程序。當(dāng)輸入信號(hào) EA 引腳接低電平 (接地 )時(shí)， CPU 只訪問(wèn)外部 EPROM/ROM 并執(zhí)行外部程序存儲(chǔ)器中的指令，而不管是否有片內(nèi)程序存儲(chǔ)器。對(duì)于無(wú)片內(nèi) ROM 的8031 或 8032,需外擴(kuò) EPROM，此時(shí)必須將 EA 引腳接地。此引腳的第二功能是 Vpp 是對(duì) 8751 片內(nèi) EPROM 固化編程時(shí)，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(gè)漏極開(kāi)路的 8 位準(zhǔn)雙向 I/O 口。作為漏極開(kāi)路的輸出端口，每位能驅(qū)動(dòng) 8 個(gè) LS 型 TTL 負(fù)載。當(dāng) P0 口作為輸入口使用時(shí)，應(yīng)先向口鎖存器 (地址 80H)寫(xiě)入全 1,此時(shí) P0 口的全部引腳浮空，可作為高阻抗輸入。作輸入口使用時(shí)要先寫(xiě) 1,這就是準(zhǔn)雙向口的含義。在 CPU 訪問(wèn)片外存儲(chǔ)器時(shí)， P0 口分時(shí)提供低 8 位地址和 8 位數(shù)據(jù)的復(fù)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(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位準(zhǔn)雙向 I/O 口。P1 口每位能驅(qū)動(dòng) 4 個(gè) LS 型 TTL 負(fù)載。在 P1 口作為輸入口使用時(shí)，應(yīng)先向 P1 口鎖存地址 (90H)寫(xiě)入全 1,此時(shí) 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(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位準(zhǔn)雙向 I/O 口。P 口每位能驅(qū)動(dòng) 4 個(gè) LS 型 TTL 負(fù)載。在訪問(wèn)片外 EPROM/RAM 時(shí)，它輸出高 8 位地址。 P3 口 (～ ， 10~17 腳 )： P3 口是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位準(zhǔn)雙向 I/O 口。P3 口每位能驅(qū)動(dòng) 4 個(gè) LS 型 TTL 負(fù)載。 P3 口與其它 I/O 端口有很大的區(qū)別，它的每個(gè)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(shí) /計(jì)數(shù)器 0 的外部計(jì)數(shù)輸入。 ： (T1)定時(shí) /計(jì)數(shù)器 1 的外部計(jì)數(shù)輸入。 ： (WR)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選通。 北京郵電大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 6 ： (RD)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通。 STC89C52 單片機(jī)的中斷系統(tǒng) STC89C52 系列單片機(jī)的中斷系統(tǒng)有 5 個(gè)中斷源， 2 個(gè)優(yōu)先級(jí)，可以實(shí)現(xiàn)二級(jí)中斷服務(wù)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(yīng)中斷請(qǐng)求；由中斷優(yōu)先級(jí)寄存器 IP 安排各中斷源的優(yōu)先級(jí)；同一優(yōu)先級(jí)內(nèi)各中斷同時(shí)提出中斷請(qǐng)求時(shí)，由內(nèi)部的 查詢 邏輯確定其響應(yīng)次序。 在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，常常會(huì)有定時(shí)控制需求，如定時(shí)輸出、定時(shí)檢測(cè)、定時(shí)掃描等；也經(jīng)常要對(duì)外部事件進(jìn)行計(jì)數(shù)。 STC89C52 單片機(jī)內(nèi)集成有兩個(gè)可編程的定時(shí) /計(jì)數(shù)器： T0 和 T1，它們既可以工作于定時(shí)模式，也可以工作于外部事件計(jì)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(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì) 12345678RESET91011121314151617XTAL218XTAL119VSS202122232425262728PSEN29ALE30EA313233343536373839VCC40U1單片機(jī)+5V12Y212MHZ30pFC330pFC41 2 3 4 5 6 7 8 9P1 10K 排阻+5VS1SWPB10KR310u