【文章內(nèi)容簡介】 線相連，最多可驅(qū)動8個共陰數(shù)碼管和64個發(fā)光二極管。它內(nèi)部有可存儲顯示信息的8*8靜態(tài)RAM，動態(tài)掃描電路，以及段位驅(qū)動器。串行接口的傳輸速率可達(dá)10MHz，獨(dú)立的發(fā)光二極管段控制，有譯碼非譯碼兩種顯示方式可選，數(shù)字、模擬兩種亮度控制方式，可以級聯(lián)使用。 方案二：采用MAX7219數(shù)碼管驅(qū)動芯片 MAX7219是一種串行共陰極數(shù)碼管動態(tài)掃描顯示驅(qū)動芯片，其峰值段電流可達(dá)40mA，最高串行掃描頻率為100MHz。僅使用3線串行接口傳送數(shù)據(jù)，可直接與單片機(jī)接口。每個芯片可同時驅(qū)動8位共陰極LED或64個獨(dú)立的LED，可驅(qū)動8個數(shù)碼管。該電路與單片機(jī)接口簡單，不需附加元件，占用很小的印刷板面積，是微處理器儀表理想的顯示電路。 經(jīng)過兩方案的比較，并且根據(jù)實(shí)際情況，我們采用MAX7219作為數(shù)碼管的驅(qū)動芯片。 方案初步確定通過以上兩種方案論證和比較，從設(shè)計(jì)的實(shí)用性，方便性和成本出發(fā)，選擇了以AT89S52單片機(jī)作為中央處理器，DS1620溫度傳感器，MAX7219數(shù)碼管驅(qū)動芯片為主要器件進(jìn)行此項(xiàng)目的設(shè)計(jì)。湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）7 硬件詳細(xì)設(shè)計(jì)利用單片機(jī)芯片 AT89S52 來控制數(shù)碼管顯示模塊 DS1620，通過軟件編程改變DS1620 的工作模式端口及使能端口，從而顯示輸出相應(yīng)的內(nèi)容。K0 鍵用來設(shè)置時鐘，當(dāng) K1=1 時，進(jìn)行鬧鐘調(diào)節(jié)，K3 鍵用來移動光標(biāo)選擇調(diào)整位置，K4 鍵加法調(diào)節(jié)。當(dāng) K1=0 時，可以調(diào)節(jié)系統(tǒng)時間，K3 鍵用來移動光標(biāo)選擇調(diào)整位置，K4 鍵加法調(diào)節(jié)。當(dāng) K2=1 時，鬧鐘開始工作。當(dāng) AT89S52 的 口輸出為高電平時，啟動壓電式蜂鳴器，整點(diǎn)報(bào)時或者鬧鐘報(bào)時。AT89S52 的 P0 口與液晶顯示模塊的D0～D7 口連接，進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸，P2 口的 7 數(shù)據(jù)位控制數(shù)碼管顯示模塊的E、RW 和 RS。S 鍵按下系統(tǒng)復(fù)位，晶振頻率選用 12MHZ。 方案的拓展與最終確定： 為實(shí)現(xiàn)本設(shè)計(jì)的要求還可以合理地采用以下幾種拓展方案：方案 1：采用數(shù)字電路的方法實(shí)現(xiàn)，將用到多級電路的級連，需要考慮電路的延時，如果選擇不當(dāng)，就會有尖峰脈沖產(chǎn)生，導(dǎo)致設(shè)計(jì)的功能不能實(shí)現(xiàn)。方案 2：采用專用的電子鐘芯片配以顯示電路及其所需要的元件組成電子鐘。這樣，系統(tǒng)的擴(kuò)展和器件的再利用困難。湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）8方案 3：利用單片機(jī)控制液晶顯示模塊來實(shí)現(xiàn)，不僅具有編程靈活，程序較簡潔，便于電子鐘功能的擴(kuò)充，精度較高，而且可將其用于實(shí)時控制系統(tǒng)，從而應(yīng)用到實(shí)際工作與生產(chǎn)中去。對比三種設(shè)計(jì)拓展方案，本設(shè)計(jì)采用方案 3。系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖如圖 1 所示，本系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)主要由單片機(jī) AT89S52 控制的計(jì)時電路、復(fù)位等輔助電路，按鍵控制電路，SMC1602A 液晶顯示電路，電源系統(tǒng)等組成。該萬年歷可以顯示年、月、時、分、秒，可以設(shè)置年、月、時、分；其中計(jì)時控制電路由 AT89S52 單片機(jī)控制，按鍵電路用于時間設(shè)置及復(fù)位；時間顯示由 SMC1602A 完成；電源系統(tǒng)由小功率整流濾波穩(wěn)壓電路組成，輸出 5V 直流電壓，供各部分使用。本次設(shè)計(jì)采用圖 1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖；如下圖所示AT89S52單片機(jī)控制模塊 電源系統(tǒng)按鍵控制電路SMC 1602A液晶顯示模塊復(fù)位等輔助電路T0定時器時鐘處理模塊圖 1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）9本次設(shè)計(jì)采用如圖 21 所示系統(tǒng)原理結(jié)構(gòu)圖；如下圖所示圖21 系統(tǒng)原理結(jié)構(gòu)框圖湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）10通過數(shù)字溫度芯片對外界溫度進(jìn)行讀取，并通過單片機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，再由數(shù)碼管進(jìn)行，由單片機(jī)進(jìn)行測量溫度與設(shè)定溫度的比較，若不在設(shè)定溫度范圍內(nèi)，則令蜂鳴器報(bào)警.，屬于標(biāo)準(zhǔn)的MCS—征，而且繼承和擴(kuò)展了MCS—48單片機(jī)的體系結(jié)構(gòu)和指令系統(tǒng).數(shù)字溫度芯片采用DS1620測量溫度，省，它能用做工業(yè)測溫元件，—100攝氏度時，軟件編程的自由度大，可通過編程實(shí)現(xiàn)各種各樣的算術(shù)算法和邏輯控制，而且體積小，硬件實(shí)現(xiàn)簡單，還可以與PC機(jī)通信上傳數(shù)據(jù).利用AT89S52芯片控制溫度傳感器DS1620進(jìn)行實(shí)時溫度檢測并顯示，能夠?qū)崿F(xiàn)快速測量環(huán)境溫度，.可以看出此方案測溫裝置電路簡單、精確度較高、實(shí)現(xiàn)方便、軟件設(shè)計(jì)也比較簡單. 主控器件 本設(shè)計(jì)中使用 AT89S52 為主控芯片，它是一個低功耗，高性能 CMOS 8 位單片機(jī)，片內(nèi)含 8k Bytes ISP(Insystem programmable)的可反復(fù)擦寫 1000 次的 Flash 只湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）11讀程序存儲器，器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)制造，兼容標(biāo)準(zhǔn) MCS51 指令系統(tǒng)及 80C51 引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用 8 位中央處理器和 ISP Flash 存儲單元，功能強(qiáng)大的微型計(jì)算機(jī)的 AT89S52 可為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高性價比的解決方案。AT89S52 具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能：8k 字節(jié) Flash，256 字節(jié) RAM，32 位 I/O 口線，看門狗定時器，2 個數(shù)據(jù)指針，三個 16 位定時器/計(jì)數(shù)器，一個 6 向量 2 級中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時鐘電路。另外，AT89S52 可降至 0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持 2 種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下，CPU 停止工作，允許 RAM、定時器/計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下，RAM 內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復(fù)位為止。本設(shè)計(jì)中 AT89S52 系統(tǒng)主要包括以下幾個部分：[1] 晶振電路單片機(jī)的時鐘信號通常有兩種產(chǎn)生方式：一是內(nèi)部時鐘方式，二是外部時鐘方式。內(nèi)部時鐘方式是利用單片機(jī)內(nèi)部的振蕩電路產(chǎn)生時鐘信號。外部時鐘方式是把外部已有的時鐘信號引入到單片機(jī)內(nèi)。本設(shè)計(jì)采用內(nèi)部時鐘方式，電路圖如圖 2 所示。在單片機(jī)的 XTAL1 和 XTAL2 引腳外接石英晶體（簡稱晶振），就構(gòu)成了自激振蕩器并在單片機(jī)內(nèi)部產(chǎn)生時鐘脈沖信號。圖中電容器 C1 和 C2 的作用是穩(wěn)定頻率和快速起振 [12]。選用 C1=C2=30pF，晶振頻率 12MHz。[2] 復(fù)位電路復(fù)位是使單片機(jī)處于某種確定的初始狀態(tài)。單片機(jī)工作從復(fù)位開始，在單片機(jī) RST引腳引入高電平并保持 2 個機(jī)器周期，單片機(jī)就執(zhí)行復(fù)位操作。復(fù)位操作有兩種基本方式：一種是上電復(fù)位，另一種是上電與按鍵均有效的復(fù)位。上電復(fù)位要求湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）12接通電源后，單片機(jī)自動實(shí)現(xiàn)復(fù)位操作。開機(jī)與按鍵均有效的復(fù)位，開機(jī)復(fù)位原理與上電復(fù)位相同，另外，在單片機(jī)運(yùn)行期間，還可以利用按鈕完成復(fù)位操作 [12]。本設(shè)計(jì)復(fù)位電路如圖 2 中所示，上電后，由于電容 C3 充電，使 RST 持續(xù)一段高電平時間。若該高電平能保持足夠 2 個機(jī)器周期，就可以實(shí)現(xiàn)復(fù)位操作。當(dāng)單片機(jī)已在運(yùn)行之中時，按下復(fù)位鍵也能使 RST 持續(xù)一段時間的高電平，從而實(shí)現(xiàn)復(fù)位的操作。選用 C3=22uF，R1=10KΩ。[3] T0計(jì)時器在計(jì)時過程中本設(shè)計(jì)利用了 AT89S52 計(jì)時器 T0作為計(jì)時源，計(jì)時器中斷的準(zhǔn)確度直接關(guān)系到整個系統(tǒng)的精度，因此獲取精確的定時時鐘信號成為該系統(tǒng)的關(guān)鍵。MCS51 的單片機(jī)內(nèi)有兩個 16 位可編程的定時/計(jì)數(shù)器，在本系統(tǒng)設(shè)計(jì)中采用AT89S52 的定時器 T0并工作在方式 1。AT89S52 的定時/計(jì)數(shù)器 T0的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和控制信號如圖 3 所示 [1]，特殊功能寄存器由 TL0（低 8 位）和 TH0（高 8 位）構(gòu)成，特殊功能寄存器 TMOD 控制定時寄存器的工作方式，TCON 則用于控制定時器 T0和 T1的啟動和停止計(jì)數(shù)，同時管理定時器 T0和 T1的溢出標(biāo)志等。程序開始時需對 TL0、TH 0、進(jìn)行初始化編程，以定義它們的工作方式和控制 T0和 T1的計(jì)數(shù)。在系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，要求顯示準(zhǔn)確的北京時間（時、分、秒）及公歷日期（年、月、日），如果用循環(huán)去做，無法滿足精度要求。選用 12MHZ 的晶體可得到 1us 的精度，經(jīng)分析確定使用定時器 T0的模式 1，這個模式下定時器 T0是 16 位定時器，也就是最大定時值為 FFFFH，12MHZ 晶體的每個定時周期為 1us，最多可以定時 FFFFH*1us=65536us，即使用最大值也無法一次定時為 1 秒，設(shè)計(jì)中使用一次定時 20ms，50 次定時中斷得到 1 秒。20ms 定時中斷的定時值為：FFFFH－20ms/1us=B1DFH [5]。湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）13 C/ =0C/ =1中斷TH0 TL0TF0振蕩器12 分頻T0引腳TR0GATE＆1≥1 鬧鈴電路 整點(diǎn)報(bào)時或者鬧鐘報(bào)時出口采用壓電式蜂鳴器，電路如圖 2 所示， 壓電式蜂鳴器主要由多諧振蕩器、壓電蜂鳴片、阻抗匹配器及共鳴箱、外殼等組成。 多諧振蕩器由晶體管或集成電路構(gòu)成。當(dāng)接通電源后（~15V 直流工作電壓），多諧振蕩器起振，輸出 ~ 的音頻信號，阻抗匹配器推動壓電蜂鳴片發(fā)聲。湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）14 壓電蜂鳴片由鋯鈦酸鉛或鈮鎂酸鉛壓電陶瓷材料制成。在陶瓷片的兩面鍍上銀電極，經(jīng)極化和老化處理后，再與黃銅片或不銹鋼片粘在一起。 顯示部分 數(shù)碼管顯示模塊具有體積小、功耗低、顯示內(nèi)容豐富、超薄輕巧等優(yōu)點(diǎn)。因此本設(shè)計(jì)顯示部分采用了液晶顯示器件 DS1620，它可以顯示兩行，每行 16 個字符，相當(dāng)于 32 個 LED 數(shù)碼管，而且比數(shù)碼管顯示的信息還多，采用單+5V 電源供電，外圍電路配置簡單，價格便宜，具有很高的性價比。DS1620 的 8 位數(shù)據(jù)線與 AT89S52 的 P0 口相連，在 AT89S52 的控制下，利用單片機(jī)內(nèi)部的振蕩電路產(chǎn)生時鐘信號，由 P0 口輸出送液晶顯示模塊 DS1620 顯示，完成對日歷的顯示功能，另外在進(jìn)行時鐘調(diào)整、鬧鈴調(diào)節(jié)等處理相應(yīng)數(shù)據(jù)的顯示功能。DS1620 與單片機(jī)的接口電路如圖 2 所示。3 條控制線分別接到、（可以根據(jù)具體的硬件電路修改這幾條控制線）；電阻 R8 用來調(diào)節(jié)液晶顯示的對比度，可以接一個 10K 的電位器來調(diào)節(jié)；電阻 R7 用來設(shè)置背光的亮度，一般情況接一個 1K 的電阻就可以了，當(dāng)然也可以接入電位器來調(diào)節(jié)顯示的亮度。它的基本操作時序如下：[1] 讀狀態(tài)，輸入：RS=L，RW=H，E=H 輸出：D0~D7=狀態(tài)字[2] 寫指令，輸入：RS=L，RW=L，D0~D7=指令碼，E=高脈沖 輸出：無[3] 讀數(shù)據(jù)，輸入：RS=H，RW=HE=H 輸出：D0~D7=數(shù)據(jù)[4] 寫數(shù)據(jù)，輸入：RS=H，RW=L，D0~D7=數(shù)據(jù)，E=高脈沖 輸出：無 電源電路的設(shè)計(jì) 湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）15電源電路由變壓器、橋式整流器、電容濾波器、LM780LED 電源指示燈等組成，其電路如圖 4 所示。其中 LM7805 為三端穩(wěn)壓器，它的內(nèi)部由啟動電路、基準(zhǔn)電壓電路、取樣比較放大電路、調(diào)整電路和保護(hù)電路等部分組成。它的輸出端可以不加旁路電容，但如果加旁路電容可以改善瞬態(tài)響應(yīng)，如果穩(wěn)壓器遠(yuǎn)離濾波電容，則必須在輸入端加旁路電容。LM7805 電路參數(shù)：當(dāng) Tj=+25℃，輸入為7V≤Vin≤20V，≤I O≤，P O≤15W 時，輸出 ≤V O≤，本設(shè)計(jì)穩(wěn)壓輸出 5V，電源測試結(jié)果（見附件 2 圖 1）。電源工作原理：輸入的 220V 左右的交流電壓，經(jīng)變壓器、全波整流電橋 DB 整流后，得到一幅值為 8V 左右的波動直流。這一波動的直流經(jīng) C5，C6 濾波后，得到一較平穩(wěn)的直流，再經(jīng) LM7805 穩(wěn)壓為+5V，C7 再次濾波后，得到穩(wěn)定的+5V 直流電流，向系統(tǒng)各模塊提供能量。湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）16湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）17第 3 章 系統(tǒng)器件選擇 主控芯片介紹和有關(guān)器件介紹主控芯片選擇單片機(jī) AT89S52，該單片機(jī)具有低電壓供電和體積小等特點(diǎn)，很適合便攜手持式產(chǎn)品的設(shè)計(jì)使用系統(tǒng)可用二節(jié)電池供電. [2]AT89S52 是一個低電壓，高性能 CMOS 8 位單片機(jī)，片內(nèi)含 4k bytes 的可反復(fù)擦寫的Flash 只讀程序存儲器和 128 bytes 的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM），器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn) MCS52 指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用 8 位中央處理器和 Flash 存儲單元，內(nèi)置功能強(qiáng)大的微型計(jì)算機(jī)的 AT89S52 提供了高性價比的解決方案.AT89S52 是一個低功耗高性能單片機(jī)，40 個引腳，32 個外部雙向輸入/輸出（I/O）端口，同時內(nèi)含 2 個外中斷口，2 個 16 位可編程定時計(jì)數(shù)器,2 個全雙工串行通信口，AT89S52 可以按照常規(guī)方法進(jìn)行編程， Flash 存儲器結(jié)合在一起，特別是可反復(fù)擦寫的 Flash 存儲器可有效地降低開發(fā)成本.AT89S52主要功能特性：●4K字節(jié)可編程閃爍存儲器●壽命：1000寫/擦循環(huán)●數(shù)據(jù)保留時間：10年●全靜態(tài)工作：0Hz12Hz●三級程序存儲器鎖定●128*8位內(nèi)部RAM●32可編程I/O線●兩個16位定時器/計(jì)數(shù)器●5個中斷源●可編程串行通道●低功耗的閑置和掉電模式●片內(nèi)振蕩器和時鐘電路 各引腳功能簡單介紹如下：VCC