【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 5 顯示模塊 本設(shè)計(jì)顯示模塊主要采用 LCD12864 液晶顯示器，其電路原理圖如下： 圖 35 LCD12864 模塊 LCD12864液晶顯示器通過(guò)數(shù)據(jù)端口也即端口 7～ 14與主控芯片 AT89S52 的 I/O端口 P3相連接實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)與指令的傳輸，再通過(guò)控制端口 RS、 RW、 EN也即端口 4～ 6與主控芯片 ， 端口相接實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)和指令傳輸 的控制 。顯示模塊采用 12864 液晶顯示器可實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度和時(shí)間的直接顯示，清晰明了。 獨(dú)立鍵盤(pán)模塊 鍵盤(pán)是人與萬(wàn)年歷實(shí)現(xiàn)信息交互的接口，本設(shè)計(jì)中，我們采用 3 個(gè)獨(dú)立鍵盤(pán)，電路原理如下圖 39： 6 圖 39 獨(dú)立鍵盤(pán) 當(dāng)按鍵按下，與主控芯片連接的端口被降為低電平，按鍵松開(kāi)則也升為高電平。按鍵采用的是 Tack Switch 按鈕開(kāi)關(guān) ,它具有自動(dòng)恢復(fù)（彈回）的功能。當(dāng)我們按下按鈕時(shí)，其中的接點(diǎn)接通（或切斷），放開(kāi)按鈕后，接點(diǎn)恢復(fù)為切斷（或接通）。按照尺寸區(qū)分，電子 電路或微型計(jì)算機(jī)所使用的 Tack Swith 可分為 8mm、 10mm、 12mm 等。雖然 Tack Switch有 4個(gè)引腳，但實(shí)際上，其內(nèi)部只有一對(duì) a接點(diǎn)，即其中兩個(gè)引腳是內(nèi)部相連通的，而另外兩個(gè)引腳內(nèi)部也是相連通的。 7 個(gè)按鍵實(shí)現(xiàn)了開(kāi)機(jī)模式選擇，日期調(diào)節(jié)等功能，獨(dú)立按鍵的引入使得體現(xiàn)了本設(shè)計(jì)的人性化，智能化，功能的強(qiáng)大。 蜂鳴器模塊 蜂鳴器模塊是本設(shè)計(jì)中體現(xiàn)人機(jī)交互的又一大設(shè)計(jì)亮點(diǎn)，其電路原理圖如下圖： 圖 310 蜂鳴器模塊 （ 1）蜂鳴器的介紹 ○1蜂鳴器的作用：蜂 鳴器是一種一體化結(jié)構(gòu)的電子訊響器，采用直流電壓供電，廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)、打印機(jī)、復(fù)印機(jī)、報(bào)警器、電子玩具、汽車(chē)電子設(shè)備、電話機(jī)、定時(shí)器等電子產(chǎn)品中作發(fā)聲器件。 ○2 蜂鳴器的分類(lèi)：蜂鳴器主要分為壓電式蜂鳴器和電磁式蜂鳴器兩類(lèi)。 ○3 蜂鳴器的電路圖形符號(hào)：蜂鳴器在電路中用字母 “H” 或 “HA” （舊標(biāo)準(zhǔn)用 “FM” 、“LB” 、 “JD” 等）表示。 本設(shè)計(jì)里，我們采用有源蜂鳴器，由于蜂鳴器的工作電流一般比較大，以至于單片機(jī)的 I/O 口是無(wú)法直接驅(qū)動(dòng)的，所以要利 用放大電路來(lái)驅(qū)動(dòng)，我們使用三極管來(lái)放大電流，驅(qū)動(dòng)蜂鳴器，此模塊只要通過(guò) BELL（連接到到單片機(jī) ）輸入的 PWM波既可以使蜂鳴器分出聲音，我們?cè)O(shè)計(jì)的這款萬(wàn)年歷可以在鬧鐘定時(shí)中作為聲音提醒信號(hào)。 7 單片機(jī)模塊 AT89S52 是 ATMEL 公司生產(chǎn)的低功耗，高性能 CMOS8 位單片機(jī)，片內(nèi)含 8k bytes的可系統(tǒng)編程的 Flash 只讀程序存儲(chǔ)器，器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn) 8051 指令系統(tǒng)及引腳，它集 Flash 存儲(chǔ)器既可在線編輯（ ISP）也可用傳統(tǒng)方法進(jìn)行編輯及通用 8位微處理器于單片芯片中，功能強(qiáng)大 AT89S52 單片機(jī)可為您提供許多高性價(jià)比的應(yīng)用場(chǎng)合。器管腳圖如圖 32： 圖 31 AT89S52 管腳圖 在本系統(tǒng)中， AT89S52 單片機(jī)內(nèi)部的功能單元已經(jīng)能夠滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要，不需要系統(tǒng)擴(kuò)展。 AT89S52 具有以下的特點(diǎn) : 主要性能 ● 與 MCS51 單片機(jī)產(chǎn)品兼容 ● 8K字節(jié)在系統(tǒng)可編程 Flash 存儲(chǔ)器 ● 1000 次擦寫(xiě)周期 ● 全靜態(tài)操作： 0Hz～ 33Hz ● 三級(jí)加密程序存儲(chǔ)器 ● 32個(gè)可編程 I/O 口線 ● 三個(gè) 16位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 ● 八個(gè)中斷源 ● 全雙工 UART 串行通道 8 ● 低功耗空閑和掉電模式 ● 掉電后中斷可喚醒 ● 看門(mén)狗定時(shí)器 ● 雙數(shù)據(jù)指針 ● 掉電標(biāo)識(shí)符 AT89S52 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(chǔ)器。使用 Atmel 公司高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造，與工業(yè) 80C51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上 Flash 允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程，亦適于 常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的 8 位 CPU 和在系統(tǒng)可編程 Flash，使得 AT89S52 為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供 高靈活、超有效的解決方案。 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(mén)狗定時(shí)器， 2 個(gè)數(shù)據(jù)指針，三個(gè) 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器，一個(gè) 6 向量 2 級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時(shí)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。空閑模式下， CPU 停止工作，允許 RAM、定時(shí)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(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。 溫度信息 的采集 通過(guò) DS18B20單線總線的所有執(zhí)行處理都從一個(gè)初始化序列開(kāi)始。初始化序列包括一個(gè)由總線控制器發(fā)出的復(fù)位脈沖和隨后由從機(jī)發(fā)出的存在脈沖： （ 1）復(fù)位：首先我們必須對(duì) DS18B20芯片進(jìn)行復(fù)位，復(fù)位就是由控制器（單片機(jī)）給DS18B20單總線至少 480us的低電平信號(hào)。當(dāng) 18B20接到此復(fù)位信號(hào)后則會(huì)在 15～ 60us后回發(fā)一個(gè)芯片的存在脈沖。 （ 2）存在脈沖：在復(fù)位電平結(jié)束之后，控制器應(yīng)該將數(shù)據(jù)單總線拉高，以便于在 15～60us后接收存在脈沖，存在脈沖為一個(gè) 60～ 240us的低電平信號(hào)。至此， 通信雙方已經(jīng)達(dá)成了基本的協(xié)議，接下來(lái)將會(huì)是控制器與 18B20間的數(shù)據(jù)通信。 （ 3）控制器發(fā)送 ROM指令：雙方打完了招呼之后最要將進(jìn)行交流了， ROM指令共有 5條，每一個(gè)工作周期只能發(fā)一條， ROM指令分別是讀 ROM數(shù)據(jù)、指定匹配芯片、跳躍 ROM、芯片搜索、報(bào)警芯片搜索。各自功能如下： Read ROM（讀 ROM） [33H] （方括號(hào)中的為 16進(jìn)制的命令字） : 這個(gè)命令允許總線控制器讀到 DS18B20的 64位 ROM。只有當(dāng)總線上只存在一個(gè) DS18B20的時(shí)候才可以使用此指令。 Match ROM（指定匹配 芯片） [55H]: 這個(gè)指令后面緊跟著由控制器發(fā)出了 64位序列號(hào)，9 當(dāng)總線上有多只 DS18B20時(shí)，只有與控制發(fā)出的序列號(hào)相同的芯片才能做出反應(yīng)，其它芯片將等待下一次復(fù)位。這條指令適合單芯片和多芯片掛接。 Skip ROM（跳躍 ROM指令） [CCH]: 這條指令使芯片不對(duì) ROM編碼做出反應(yīng)，在單總線的情況之下，為了節(jié)省時(shí)間則可以選用此指令。如果在多芯片掛接時(shí)使用此指令將會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)沖突，導(dǎo)致錯(cuò)誤出現(xiàn)。 Search ROM（搜索芯片） [F0H]: 在芯片初始化后，搜索指令允許總線上掛接多芯片時(shí)用排除法識(shí)別所有器件的 64位 ROM。 Alarm Search（報(bào)警芯片搜索） [ECH]: 在多芯片掛接的情況下，報(bào)警芯片搜索指令只對(duì)附合溫度高于 TH或小于 TL報(bào)警條件的芯片做出反應(yīng)。只要芯片不掉電，報(bào)警狀態(tài)將被保持，直到再一次測(cè)得溫度值達(dá)不到報(bào)警條件為止。 ROM指令為 8位長(zhǎng)度，功能是對(duì)片內(nèi)的 64位光刻 ROM進(jìn)行操作。其主要目的是為了分辨一條總線上掛接的多個(gè)器件并作處理。誠(chéng)然，單總線上可以同時(shí)掛接多個(gè)器件，并通過(guò)每個(gè)器件上所獨(dú)有的 ID號(hào)來(lái)區(qū)別，一般只掛接單個(gè) 18B20芯片時(shí)可以跳過(guò) ROM指令（注意：此處指的跳過(guò) ROM指令并非不發(fā)送 ROM指令，而是用特有的一條 “ 跳過(guò)指令 ” ）。 （ 4）控制器發(fā)送存儲(chǔ)器操作指令：在 ROM指令發(fā)送給 18B20之后，緊接著（不間斷）就是發(fā)送存儲(chǔ)器操作指令了。操作指令同樣為 8位，共 6條，存儲(chǔ)器操作指令分別是寫(xiě) RAM數(shù)據(jù)、讀 RAM數(shù)據(jù)、將 RAM數(shù)據(jù)復(fù)制到 EEPROM、溫度轉(zhuǎn)換、將 EEPROM中的報(bào)警值復(fù)制到 RAM、工作方式切換。 Write Scratchpad （向 RAM中寫(xiě)數(shù)據(jù)） [4EH]：這是向 RAM中寫(xiě)入數(shù)據(jù)的指令，隨后寫(xiě)入的兩個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)將會(huì)被存到地 址 2（報(bào)警 RAM之 TH）和地址 3（報(bào)警 RAM之 TL）。寫(xiě)入過(guò)程中可以用復(fù)位信號(hào)中止寫(xiě)入。 Read Scratchpad （從 RAM中讀數(shù)據(jù)） [BEH]：此指令將從 RAM中讀數(shù)據(jù)，讀地址從地址 0開(kāi)始，一直可以讀到地址 9，完成整個(gè) RAM數(shù)據(jù)的讀出。芯片允許在讀過(guò)程中用復(fù)位信號(hào)中止讀取，即可以不讀后面不需要的字節(jié)以減少讀取時(shí)間。 Copy Scratchpad （將 RAM數(shù)據(jù)復(fù)制到 EEPROM中） [48H]：此指令將 RAM中的數(shù)據(jù)存入EEPROM中，以使數(shù)據(jù)掉電不丟失。此后由于芯片忙于 EEPROM儲(chǔ)存處理，當(dāng)控制器發(fā)一個(gè)讀時(shí)間隙時(shí)，總線上輸出 “0” ，當(dāng)儲(chǔ)存工作完成時(shí)，總線將輸出 “1” 。在寄生工作方式時(shí)必須在發(fā)出此指令后立刻超用強(qiáng)上拉并至少保持 10MS，來(lái)維持芯片工作。 Convert T（溫度轉(zhuǎn)換） [44H]：收到此指令后芯片將進(jìn)行一次溫度轉(zhuǎn)換，將轉(zhuǎn)換的溫度值放入 RAM的第 2地址。此后由于芯片忙于溫度轉(zhuǎn)換處理，當(dāng)控制器發(fā)一個(gè)讀時(shí)間隙10 時(shí)，總線上輸出 “0” ，當(dāng)儲(chǔ)存工作完成時(shí)，總線將輸出 “1” 。在寄生工作方式時(shí)必須在發(fā)出此指令后立刻超用強(qiáng)上拉并至少保持 500MS，來(lái)維持芯片工作。 Recall EEPROM（將 EEPROM中的報(bào)警值復(fù)制到 RAM） [B8H]：此指令將 EEPROM中的報(bào)警值復(fù)制到 RAM中的第 4個(gè)字節(jié)里。由于芯片忙于復(fù)制處理，當(dāng)控制器發(fā)一個(gè)讀時(shí)間隙時(shí)，總線上輸出 “0” ，當(dāng)儲(chǔ)存工作完成時(shí)，總線將輸出 “1” 。另外，此指令將在芯片上電復(fù)位時(shí)將被自動(dòng)執(zhí)行。這樣 RAM中的兩個(gè)報(bào)警字節(jié)位將始終為 EEPROM中數(shù)據(jù)的鏡像。 Read Power Supply（工作方式切換） [B4H]：此指令發(fā)出后發(fā)出讀時(shí)間隙，芯片會(huì)返回它的電源狀態(tài)字， “0” 為寄生電源狀態(tài)， “1” 為外 部電源狀態(tài)。 存儲(chǔ)器操作指令的功能是命令 18B20作什么樣的工作，是芯片控制的關(guān)鍵。 （ 5）執(zhí)行或數(shù)據(jù)讀寫(xiě)：一個(gè)存儲(chǔ)器操作指令結(jié)束后則將進(jìn)行指令執(zhí)行或數(shù)據(jù)的讀寫(xiě)，這個(gè)操作要視存儲(chǔ)器操作指令而定。 DS18B20需要嚴(yán)格的協(xié)議以確保數(shù)據(jù)的完整性。協(xié)議包括幾種單線信號(hào)類(lèi)型：復(fù)位脈沖、存在脈沖、寫(xiě) 0、寫(xiě) 1 、讀 0和讀 1。所有這些信號(hào)，除存在脈沖外，都是由總線控制器發(fā)出的。和 DS18B20間的任何通訊都需要以初始化序列開(kāi)始。一個(gè)復(fù)位脈沖跟著一個(gè)存在脈沖表明 DS18B20已經(jīng)準(zhǔn)備好發(fā)送和接收 數(shù)據(jù)（適當(dāng)?shù)?ROM命令和存儲(chǔ)器操作命令）。 DS18B20的復(fù)位時(shí)序 : 圖 42 DS18B20復(fù)位時(shí)序圖 DS18B20 的讀時(shí)序 : 對(duì)于 DS18B20的讀時(shí)序分為讀 0時(shí)序和讀 1時(shí)序兩個(gè)過(guò)程。對(duì)于 DS18B20的讀時(shí)隙是從主機(jī)把單總線拉低之后，在 15us之內(nèi)就得釋放單總線，以讓 DS18B20把數(shù)據(jù)傳輸?shù)絾慰偩€上。DS18B20在完成一個(gè)讀時(shí)序過(guò)程，至少需要 60us才能完成。 11 圖 43 DS18B20讀 時(shí)序圖 DS18B20 的寫(xiě)時(shí)序 : 對(duì)于 DS18B20 的寫(xiě)時(shí)序仍然分為寫(xiě) 0 時(shí)序和寫(xiě) 1時(shí)序兩個(gè)過(guò)程。對(duì)于 DS18B20 寫(xiě) 0時(shí)序和寫(xiě) 1 時(shí)序的要求不同，當(dāng)要寫(xiě) 0時(shí)序時(shí)，單總線要被拉低至少 60us，保證 DS18B20 能夠在 15us 到 45us 之間能夠正確地采樣 IO 總線上的 “0” 電平，當(dāng)要寫(xiě) 1 時(shí)序時(shí)，單總線被拉低之后，在 15us 之后就得釋放單總線。 1 電路原理圖的繪制和電路的焊接 在硬件的設(shè)計(jì)前期，根據(jù)框圖對(duì)電路中可能出現(xiàn)的電路，進(jìn)行了模擬實(shí)驗(yàn)，并根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)后期的硬件設(shè)計(jì)進(jìn)行了合理化的修改完善。在前面已分析 了系統(tǒng)并繪制了框圖，并根據(jù)框圖分別設(shè)計(jì)了各部分電路。由于溫度傳感器與時(shí)鐘芯片集成度較高，所以在硬件電路設(shè)計(jì)時(shí)不需要太多其他元件即可實(shí)現(xiàn)預(yù)期功能。因此在 PROTEL 上對(duì)原理圖進(jìn)行了繪制，從而得出了最終的完整電路原理圖 [附錄 1]。 原理圖繪制軟件 PROTEL PROTEL 是 PORTEL 公司在 80 年代末推出的 EDA軟件，在電子行業(yè)的 CAD軟件中，它當(dāng)之無(wú)愧地排在眾多 EDA 軟件的前面，是電子設(shè)計(jì)者的首選軟件，它包含了電原理圖繪制、模擬電路與數(shù)字電路混合信號(hào)仿真、多層印制電路板設(shè)計(jì)（包含印制電路板 自動(dòng)布線）、可編程邏輯器件設(shè)計(jì)、圖表生成、電子表格生成、支持宏操作等功能，并具有 Client/Server （客戶 /服務(wù)器）體系結(jié)構(gòu)，同時(shí)還兼容一些其它設(shè)計(jì)軟件的文件格式，如 ORCAD， PSPICE，EXCEL 等，其多層印制線路板的自動(dòng)布線可實(shí)現(xiàn)高密度 PCB的 100％布通率。 Protel 99SE采用數(shù)據(jù)庫(kù)的管理方式。該軟件沿襲了 Protel 以前版本方便易學(xué)的特點(diǎn)，內(nèi)部界面與Protel 99 大體相同，新增加了一些功能模塊，功能更加強(qiáng)大。新增的層堆棧管理功能，可以設(shè)計(jì) 32 個(gè)信號(hào)層， 16 個(gè)地電層， 16 個(gè)機(jī)械層 。新增的