【文章內(nèi)容簡介】 求功耗低的場合。采用 89C51 芯片作為硬件核心，數(shù)碼管顯示，為使用戶更清楚更明白，萬年歷的日期和時間是分開顯示，同時分別對應(yīng)兩個 74LS138 芯片用于控制數(shù)碼管顯示，還有 74LS373 譯碼器芯片，74LS21 芯片是用于控制鍵盤的功能 [8]。74LS138 引腳圖如圖 21 所示：圖 21 74LS138 引腳圖74LS138 的八個輸出引腳，任何時刻要么全為高電平 1 也就是芯片處于不工作狀態(tài)，要么只有一個為低電平 0，其余 7 個輸出引腳全為高電平 1[16]。如果出現(xiàn)兩個輸出引腳同時為 0 的情況，說明該芯片已經(jīng)損壞。74LS373 原理圖如圖 22 所示：圖 22 74LS373 原理圖當(dāng) 74LS373 用作地址鎖存器時，應(yīng)使 OE 為低電平，此時鎖存使能端 G 為高電平時，輸出 Q1~Q8 狀態(tài)與輸入端 D1~D8 狀態(tài)相同；當(dāng) G 發(fā)生負(fù)的跳變時，輸入端 D1~D8 數(shù)據(jù)鎖入 Q1~Q8。51 單片機(jī)的 ALE 信號可以直接與 74LS373 的 G 連接。在 MCS51 單片機(jī)系統(tǒng)中，常采用 74LS373 作為地址鎖存器使用，其連接方法如上圖所示。其中輸入端 1D~8D 接至單片機(jī)的 P0 口，輸出端提供的是低 8 位地址，G 端接至單片機(jī)的地址鎖存允許信號 ALE[7]。輸出允許端 OE 接地，表示輸出三態(tài)門一直打開。采用 LED 數(shù)碼管動態(tài)掃描,LED 數(shù)碼管價格適中,對于顯示數(shù)字最合適,而且采用動態(tài)掃描法與單片機(jī)連接時,占用的單片機(jī)口線少 [9]。使用多個數(shù)碼管顯示 LED 數(shù)碼管是利用二極管發(fā)光顯示數(shù)字和字母，具有亮度大、接口設(shè)計(jì)比較容易，價格相對較便宜等優(yōu)點(diǎn),所以采用了 LED 數(shù)碼管作為顯示。數(shù)碼管電路如圖 23 所示：圖 23 數(shù)碼管電路采用獨(dú)立式按鍵電路。每個鍵單獨(dú)占有一根 I/O 接口線，每個 I/O 口的工作狀態(tài)互不影響，此類鍵盤采用端口直接掃描方式 [15]。而且在本次實(shí)驗(yàn)課設(shè)用的鍵盤很少，所以采用獨(dú)立式按鍵比較實(shí)用。鍵盤簡圖如圖 24 所示：圖 24 鍵盤簡圖直接采用單片機(jī)定時計(jì)數(shù)器提供秒信號，使用程序?qū)崿F(xiàn)年、月、日、時、分、秒計(jì)數(shù)。采用此種方案雖然減少芯片的使用，節(jié)約成本，但是，實(shí)現(xiàn)的時間誤差較大。綜上各方案所述,對此次作品的方案選定: 采用 AT89C51 作為主控制系統(tǒng)。 LED 數(shù)碼管動態(tài)掃描作為顯示。兩個 74LS138 和一個 74LS21 芯片。器件的選用：單片機(jī) AT89C51電容 RESPACK8三個 74LS164 串行接口傳感器 DS1302主要單片機(jī)類型如下：（1）MCS51 系列單片機(jī)MCS51 系列單片機(jī)主要是指 Intel 公司生產(chǎn)的以 51 位內(nèi)核的單片機(jī)芯片，具有 8 位 CPU、4K 字節(jié) ROM、128 字節(jié) RAM、可擴(kuò)展外部 64K 字節(jié) RAM 和ROM、2 個 16 位的定時器/計(jì)數(shù)器、4 個 8 位并行 I/O 口、1 個全雙工串行 I/O口、21 字節(jié)的專用寄存器、5 個中斷源、片內(nèi)自帶振蕩器、片內(nèi)單總線等功能部件。（2）AT89C51 單片機(jī)AT89C51 單片機(jī)的主要特性如下：? 與 MCS51 產(chǎn)品指令系統(tǒng)完全兼容? 4K 字節(jié)的在線編程 Flash 存儲器，1000 次擦寫周期? ～ 的工作電壓范圍? 全靜態(tài)工作模式：0～33MHz? 三級程序存儲器鎖? 1288 字節(jié)內(nèi)部 RAM ? 32 個可編程 I/O 口線? 2 個 16 位定時/計(jì)數(shù)器? 6 個中斷源? 全雙工串行 UART 通道? 低功耗空閑和掉電模式? 中斷可從空閑模式喚醒系統(tǒng)? 看門狗（WDT）及雙數(shù)據(jù)指針? 掉電標(biāo)識和快速編程特性? 具有掉電狀態(tài)下的中斷恢復(fù)功能? 靈活的在系統(tǒng)編程（ISP 字節(jié)或頁寫模式）由于 AT89C51 單片機(jī)片內(nèi)有 4K 字節(jié)的在線編程 Flash 存儲器，可以擦寫1000 次，具有掉電模式，而且具有掉電狀態(tài)下的中斷恢復(fù)功能，對設(shè)計(jì)開發(fā)非常實(shí)用。所以選用 AT89C51 單片機(jī)作為電子萬年歷芯片的控制單片機(jī)。第三章 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 圖 31 電路設(shè)計(jì)框圖 系統(tǒng)硬件概述本電路是由 AT89S51 單片機(jī)為控制核心，具有在線編程功能，低功耗，能在 3V 超低壓工作；時鐘電路由 DS1302 提供，它是一種高性能、低功耗、帶RAM 的實(shí)時時鐘電路，它可以對年、月、日、周日、時、分、秒進(jìn)行計(jì)時，具有閏年補(bǔ)償功能，工作電壓為 ～ [10]。采用三線接口與 CPU 進(jìn)行同步通信，并可采用突發(fā)方式一次傳送多個字節(jié)的時鐘信號或 RAM 數(shù)據(jù)。DS1302 內(nèi)部有一個 31*8 的用于臨時性存放數(shù)據(jù)的 RAM 寄存器 [16]?？僧a(chǎn)生年、月、日、周日、時、分、秒，具有使用壽命長，精度高和低功耗等特點(diǎn)，同時具有掉電自動保存功能；溫度的采集由 DS18B20 構(gòu)成；顯示部份由 21 個數(shù)碼管，74LS1374LS47 譯碼器構(gòu)成。使用動態(tài)掃描顯示方式對數(shù)字的顯示。系統(tǒng)硬件框圖如圖 32：AT89S51主控制模 塊DS1302 時鐘模塊LED 數(shù)碼管動態(tài)掃描顯示模塊鍵盤模塊時鐘芯片 DS1302串口AT89C51P2 口LED 顯示器驅(qū)動電路圖 32 系統(tǒng)硬件框圖 主要單元電路的設(shè)計(jì)本系統(tǒng)采用的是美國 ATMEL 公司生產(chǎn)的 AT89C51 單片機(jī)，首先我們來熟悉一下 AT89C51 單片機(jī)的外部引腳和內(nèi)部結(jié)構(gòu)。AT89C51 單片機(jī)有 40 個引腳。? Vcc：電源電壓+5V? GND：接地? P0 口：P0 口是一組 8 位漏極開路型雙向 I/O 口，也即地址/數(shù)據(jù)總線復(fù)用口。作為輸出口用時，每位能驅(qū)動 8 個 TTL 邏輯門電路，對端口寫“1”可作為高阻抗輸入端用。在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器或程序存儲器時，這組口線分時轉(zhuǎn)換地址（低 8 位）和數(shù)據(jù)總線服用，在訪問期間激活內(nèi)部上拉電阻。在 Flash 編程時，P0 口接收指令字節(jié)，而在程序校驗(yàn)時，輸出指令字節(jié)，校驗(yàn)時要求外接上拉電阻。? P1 口：P1 口是一個帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O，P1 的輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流）4 個 TTL 邏輯門電路。對端口寫“1” ，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口。作輸入口使用時，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流。 Flash 編程和程序校驗(yàn)期間，P1 接收低 8 位地址。? P2 口：P2 口是一個帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O，P2 的輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流）4 個 TTL 邏輯門電路。對端口寫“1” ，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口。作輸入口使用時，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流。在訪問外部程序存儲器或 16 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器（例如執(zhí)行MOVX@DPTR 指令）時， P2 口送出高 8 位地址數(shù)據(jù)。在訪問 8 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器（MOVX @Ri 指令）時，P2 口線上的內(nèi)容（也即特殊功能寄存器（SFR ）區(qū)中 P2 寄存器的內(nèi)容） ，在整個訪問期間不改變。Flash 編程和程序校驗(yàn)期間，P2 亦接收低高位地址和其他控制信號。? P3 口：P3 口是一組帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O，P3 的輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流）4 個 TTL 邏輯門電路。對 P3 口寫入“1”時，它們被內(nèi)部的上拉電阻拉高并可作為輸入端口。作輸入端時，被外部拉低的 P3 口將用上拉電阻輸出電流。P3 口除了作為一般的 I/O 口線外，更重要的用途是它的第二功能，見表 31 所示：P3 口還接收一些用于 Flash 閃速存儲器編程和程序校驗(yàn)的控制信號。表 31 P3 口的第二功能圖端口引腳 第二功能 RXD（串行輸入口） TXD（串行輸出口） INT0（外中斷 0） INT1（外中斷 1） T0（定時/計(jì)時器 0 外部輸入） T1（定時/計(jì)時器 1 外部輸入） 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）? RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器工作時，RST 引腳出現(xiàn)兩個機(jī)器周期以上高電平將使單片機(jī)復(fù)位。WDT 溢出將使引腳輸出高電平，設(shè)置 SFR AUXR 的DISRT0（地址 8EH）可打開或關(guān)閉該功能。DISRT0 位缺省為 RESET 輸出高電平打開狀態(tài)。? ALE/PROG：當(dāng)訪問外部程序存儲器或數(shù)據(jù)存儲器時， ALE（地址鎖存器允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低 8 位字節(jié)。即使不訪問外部存儲器，ALE仍以時鐘振蕩頻率的 1/6 輸出固定的正脈沖信號，因此它可對外輸出時鐘或用于定時目的。要注意的是：每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時將跳過一個 ALE 脈沖。對 Flash 存儲器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖（PROG） 。如有必要，可通過多特殊功能寄存器（SFR）區(qū)中的 8EH 單元的 D0 位置，可禁止 ALE 操作。該位置后，只有一條 MOVX 和 MOVC 指令 ALE 才會被激活。另外，該引腳會被微弱拉高，單片機(jī)執(zhí)行外部程序時，應(yīng)設(shè)置 ALE 無效。? PSEN：程序存儲允許（PSEN ）輸出是外部程序存儲器的讀選通信號，當(dāng) AT89C51 由外部程序存儲器取指令（或數(shù)據(jù)）時，每個機(jī)器周期兩次 PSEN有效，即輸出兩個脈沖。當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器，沒有兩次有效的 PSEN 信號。? EA/VPP：外部訪問允許。欲使 CPU 僅訪問外部程序存儲器（地址為0000H—FFFFH） ，EA 端必須保持低電平（接地） 。需要注意的是：如果加密位LB1 被編程，復(fù)位時內(nèi)部會鎖存 EA 端狀態(tài)。如 EA 端為高電平（接 Vcc 端） ，CPU 則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲器中的指令。Flash 存儲器編程時，該引腳加上+12V 的變成電壓 Vpp.? XTAL1：振蕩器反相放大器及內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入端。? XTAL2：振蕩器反相放大器的輸出端。AT89C51 單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu) 單片機(jī)與 MCS51 完全兼容 ? 看門狗（WDT）：WDT是一種需要軟件控制的復(fù)位方式。 WDT 由13位計(jì)數(shù)器和特殊功能寄存器中的看門狗定時器復(fù)位存儲器（WDTRST ）構(gòu)成。WDT 在默認(rèn)情況下無法工作；為了激活WDT，用戶必須往WDTRST 寄存器（地址：0A6H）中依次寫入01EH 和0E1H。當(dāng)WDT 激活后，晶振工作，WDT在每個機(jī)器周期都會增加。WDT計(jì)時周期依賴于外部時鐘頻率。除了復(fù)位（硬件復(fù)位或WDT溢出復(fù)位），沒有辦法停止 WDT工作。當(dāng) WDT溢出，它將驅(qū)動RSR引腳輸出一個高電平。? 可編程串口（UART）在AT89C51中，UART 的操作與AT89C51 和AT89C52 一樣。AT89C51系列單片機(jī)的串行通信口可以工作于同步和異步通信方式。當(dāng)工作于異步方式時，它具有全雙工的操作功能，也就是說，它可以同時進(jìn)行數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收。串行口內(nèi)的接收器采用的是雙緩沖結(jié)構(gòu)，能夠在接收到的第一個字節(jié)從接收寄存器讀走之前就開始接收第二個字節(jié)（當(dāng)然，如果第二個字節(jié)接收完畢，而第一個字節(jié)仍然沒有被讀走，那將會丟掉一個字節(jié)）。串行口的發(fā)送和接收操作都是通過特殊功能寄存器中的數(shù)據(jù)緩沖寄存器SBUF進(jìn)行的，但在SBUF的內(nèi)部，接收寄存器和發(fā)送寄存器在物理結(jié)構(gòu)上是完全獨(dú)立的。如果將數(shù)據(jù)寫入SBUF，數(shù)據(jù)會被送入發(fā)送寄存器準(zhǔn)備發(fā)送。如果執(zhí)行SBUF指令，則讀出的數(shù)據(jù)一定來自接收緩存器。因此，CPU對SBUF的讀寫，實(shí)際上是分別訪問2個不同的寄存器。這2個寄存器的功能決不能混淆。? 振蕩電路：AT89C51系列單片機(jī)的內(nèi)部振蕩器，由一個單極反相器組成。XTAL1反相器的輸入， XTAL2為反相器的輸出。可以利用它內(nèi)部的振蕩器產(chǎn)生時鐘，只要XTAL1 和XTAL2引腳上一個晶體及電容組成的并聯(lián)諧振電路，便構(gòu)成一個完整的振蕩信號發(fā)生器，此方式稱為內(nèi)部方式。另一種方式由外部時鐘源提供一個時鐘信號到XTAL1端輸入，而XTAL2 端浮空。在組成一個單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)時，多數(shù)采用這種方式，這種方式結(jié)構(gòu)緊湊，成本低廉，可靠性高。在電路中，對電容C1和C2 的值要求不是很嚴(yán)格，如果使用高質(zhì)的晶振，則不管頻率為多少，CC2 通常都選擇30pF 。? 定時/計(jì)數(shù)器：AT89C51單片機(jī)內(nèi)含有2個16位的定時器 /計(jì)數(shù)器。當(dāng)用于定時器方式時，定時器的輸入來自內(nèi)部時鐘發(fā)生電路，每過一個機(jī)器周期，定時器加1，而一個機(jī)器周期包含有12個振蕩周期，所以，定時器的技術(shù)頻率為晶振頻率的1/12，而計(jì)數(shù)頻率最高為晶振頻率的1/24。為了實(shí)現(xiàn)定時和計(jì)數(shù)功能，定時器中含有3種基本的寄存器：控制寄存器、方式寄存器和定時器/計(jì)數(shù)器。控制寄存器是一個8位的寄存器，用于控制定時器的工作狀態(tài)，方式寄存器是一個8位的寄存器，用于確定定時器的工作方式，定時器/計(jì)數(shù)器是16位的計(jì)數(shù)器，分為高字節(jié)和低字節(jié)兩部分。? RAM：高于7FH 內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器的地址是8位的，也就是說其地址空間只有256字節(jié)，但內(nèi)部RAM的尋址方式實(shí)際上可提供384字節(jié)。的直接地址訪問同一個存儲空間，高于7FH的間接地址訪問另一個存儲空間。這樣，雖然高128字節(jié)區(qū)分與專用寄器 ，即特殊功能寄存器區(qū)的地址是重合的，但實(shí)際上它們是分開的。究竟訪問哪一區(qū)，存是通過不同的尋址方式加以區(qū)分的。? SFR：SFR是具有特殊功能的所有寄存器的集合，共含有22個不同寄存器，它們的地址分配在80H～FFH中。雖然如此，不是所有的單元