【文章內(nèi)容簡介】 的執(zhí)行過程。53 主要元器件介紹 主控芯片 AT89C52 美國ATMEL 公司生產(chǎn)的AT89C52 是一種低功耗，高性能的CMOS 8位微控制器，可以被讀取的閃存程序存儲器占了4K bytes，該設(shè)備采用ATMEL公司的高密度非易失性內(nèi)存技術(shù)生產(chǎn)兼容標(biāo)準(zhǔn)8051指令集和指針。它集閃存程序存儲器，無論是在線編程（ISP ）也可以用來編程的傳統(tǒng)方法和一般片上8位微處理器芯片中，ATMEL 公司的 AT89C52功能強(qiáng)大，低成本的微控制器可以提供你許多高性價的應(yīng)用程序，可以靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。 主要特性 AT89C52 具有如下特點(diǎn)：40 個引腳，4k Bytes Flash 片內(nèi)程序存儲器，128 bytes 的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM），32 個外部雙向輸入/輸出（I/O）口，5 個中斷優(yōu)先級 2 層中斷嵌套中斷，2 個 16 位可編程定時計數(shù)器,2 個串行通信口，看門狗（WDT）電路，片內(nèi)時鐘振蕩器。此外，AT89 C52 設(shè)計和配置了振蕩頻率可為 0Hz 并可通過軟件設(shè)置省電模式?？臻e模式下，CPU 暫停工作，而 RAM 定時計數(shù)器，串行口，外中斷系統(tǒng)可繼續(xù)工作，掉電模式凍結(jié)振蕩器而保存 RAM 的數(shù)據(jù)，停止芯片其它功能直至外中斷激活或者有硬件來復(fù)位。同時該芯片還具有 PDIP、TQFP 和 PLCC 等三種封裝形式，以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求。其主要的功能特性有：（1）兼容 MCS51 指令系統(tǒng)（2）8kB 可反復(fù)擦寫(大于 1000 次）Flash ROM；（3）32 個雙向 I/O 口；（4）256x8bit 內(nèi)部 RAM；（5）3 個 16 位可編程定時/計數(shù)器中斷；（6）時鐘頻率 024MHz；（7）2 個串行中斷，可編程 UART 串行通道；（8）2 個外部中斷源，共 8 個中斷源；（9）2 個讀寫中斷口線，3 級加密位；6 引腳功能說明 圖2 單片機(jī)引腳圖VCC：電源電壓 GND：接地 P0口：P0口是8位雙向的數(shù)據(jù)口線，由于P0內(nèi)部是高阻抗的輸入狀態(tài)，當(dāng)外接電路時，需要接上拉電阻。 P1口和P2口是雙向的數(shù)據(jù)口線 ，可直接外接電路。P3口：P3 口是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I／0 口。P3 口輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流）4 個TTL邏輯門電路。P3口除了作為一般的I／0口線外，更重要的用途是它的第二功能，P3口的第二功能如下表1所示。表1 P3口的第二功能端口引腳 第二功能 端口引腳 第二功能RXD（） 串行輸入口 T0（ ） 定時 /計數(shù)器0 外部輸入TXD（） 串行輸出口 T1（ ） 定時 /計數(shù)器1 外部輸入INT0（ ） 外中斷0 WR（ ） 外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通INT1（ ） 外中斷1 RD（） 外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通7RST：復(fù)位輸入。當(dāng)輸入的復(fù)位信號延續(xù) 2 個機(jī)器周期以上高電平時即為有效，用于完成單片機(jī)的復(fù)位操作。ALE／PROG：在系統(tǒng)擴(kuò)展時，ALE 用于控制把 P0 口輸出的低 8 位地址送入鎖存器鎖存起來，以實現(xiàn)低位地址和數(shù)據(jù)的分時傳送。此外由于 ALE 是以 1/6 晶振頻率的固定頻率輸出的正脈沖，因此，可作為外部時鐘或外部定時脈使用。PSEN：在讀外部 ROM 時 PSEN 有效（低電平），以實現(xiàn)外部 ROM 單元的讀操作。 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 必須保持低電平（接地）。而當(dāng) EA 信號為高電平時，對ROM 的讀操作是從內(nèi)部程序存儲器開始，并可延續(xù)至外部程序存儲器。XTAL1 和 XTAL2：當(dāng)使用芯片內(nèi)部時鐘時，XTAL1 和 XTAL2 用于外接石英晶體諧振器和微調(diào)電容；當(dāng)使用外部時鐘時，用于接入外部時鐘脈沖信號。 存儲芯片 AT24C02 美國 Atmel 公司生產(chǎn)的 AT24C02 是一種低功耗的 CMOS 型的 E2PROM，內(nèi)含2568 位的存儲的空間，其工作電壓的寬度為(～ V)、擦寫次數(shù)多(大于 10000 次)、抵抗干擾的能力很強(qiáng)、不容易丟失數(shù)據(jù)、體積小、寫入的速度快(小于 10 ms)等特點(diǎn)。并用它來讀取和寫入 I2C 總線串行數(shù)據(jù)設(shè)備，占用很少的資源和 I/O 口線，支持在線編程，實時數(shù)據(jù)訪問是非常方便的。AT24C02 芯片的地址寄存器。每次讀或者寫一個字節(jié)的數(shù)據(jù)，地址寄存器會自動的加 1，用來讀寫下一個存儲單元。每一個字節(jié)都是用單一的操作方式來讀取的。為了達(dá)到降低寫入時間的目的，每一次操作所寫入的數(shù)據(jù)都可以達(dá)到 8 個字節(jié)。I2C總線是一種用來連接兩個或多個 IC 器件的二線制總線。它通過 SDA 及 SCL 兩根口線連到總線上的器件之間來傳送數(shù)據(jù)，根據(jù)不同的地址識別不同的器件。AT24C02 就是運(yùn)用了這種 I2C 的規(guī)程，從而使得主/從機(jī)之間能夠?qū)崿F(xiàn)雙向通信，主機(jī)和從機(jī)都可以工作在接收器和發(fā)送器的狀態(tài)上。串行時鐘信號(通過 SCL 引腳)由主機(jī)產(chǎn)生并發(fā)送控制字和控制總線的傳送方向，還會產(chǎn)生起始和終止的條件。不管是主機(jī)（單片機(jī)）還是從機(jī)（AT24C02），每次接收到一個字節(jié)都需要發(fā)送一個確認(rèn)信號 ACK。AT24C02 的控制字是由 8 位的二進(jìn)制數(shù)構(gòu)成的，在起始信號發(fā)送后，主機(jī)會立馬發(fā)送其控制字，來選擇從機(jī)和傳送控制總線的方向。圖 3 為 AT24C02 的兩種引腳圖。8圖 3 AT24C02 的兩種引腳圖 管腳的描述SCL：串行時鐘。AT24C02 的串行時鐘輸入管腳用于產(chǎn)生器件，所有數(shù)據(jù)的發(fā)送或接收的時鐘都是一個輸入管腳輸入的。SDA：串行數(shù)據(jù)/地址。A0、AA2 ：器件地址輸入引腳。當(dāng)需要多個器件級聯(lián)時，地址可由這些引腳來設(shè)置。當(dāng)這些腳懸空時默認(rèn)值為 0。AT24C02 最大可級聯(lián) 8 個器件WP：寫保護(hù)。如果該管腳連接到+5V，24C02 的內(nèi)容都被寫保護(hù)（只能讀）。當(dāng)該管腳接到 VSS 或懸空，允許器件進(jìn)行正常的讀/寫操作。 功能的描述IIC 總線協(xié)議:IIC 總線協(xié)議定義如下，（1）只有在總線空閑時才允許啟動數(shù)據(jù)傳送。（2）在數(shù)據(jù)傳送過程中，當(dāng)時鐘線為高電平，數(shù)據(jù)線必須保持穩(wěn)定狀態(tài)，不允許有跳變。時鐘線為高電平時，數(shù)據(jù)線的任何電平變化將被看作總線的起始或停止信號。起始信號:時鐘線保持高電平期間，數(shù)據(jù)線電平從高到低的跳變作為 IIC 總線的起始信號。停止信號:時鐘線保持高電平期間，數(shù)據(jù)線電平從低到高的跳變作為 IIC 總線的停止信號。 應(yīng)答信號:IIC 總線數(shù)據(jù)傳送時，每成功地傳送一個字節(jié)數(shù)據(jù)后，接收器都必須產(chǎn)生一個應(yīng)答信號。應(yīng)答的器件在第 9 個時鐘周期時將 SDA 線拉低，表示其已收到一個 8 位數(shù)據(jù)。AT24C02 在接收到起始信號和從器件地址之后響應(yīng)一個應(yīng)答信號，如果器件已選擇了寫操作，則在每接收一個 8 位字節(jié)之后響應(yīng)一個應(yīng)答信號。器件尋址:主器件通過發(fā)送一個起始信號啟動發(fā)送過程然后發(fā)送它所要尋址的從器件的地址。它的址由圖 4 上的地址位來決定。AT24C02 監(jiān)視總線時，當(dāng)其地址與發(fā)送的從地址相符合時就響應(yīng)一個應(yīng)答信號（通過 SDA 線）。AT24C02 再通過讀寫控制位（R/W） 的狀態(tài)來進(jìn)行讀或?qū)懖僮鳌?圖4 從器件地址位寫保護(hù):當(dāng) WP 管腳接的是高電平時，整個寄存器區(qū)域的內(nèi)容全都被保護(hù)了，用戶不能對里面的數(shù)據(jù)進(jìn)行操作，但是可以從中讀取內(nèi)容。立即地址讀:AT24C02 的地址計數(shù)器里面的內(nèi)容是最后操作字節(jié)的地址加1。 即如果上一次讀或?qū)懙牟僮鞯刂窞?M 則立即讀的地址從地址 M+1 開始。主器件不需要發(fā)送一個應(yīng)答信號，但需要產(chǎn)生一個停止信號。 LCD1602 顯示器 在現(xiàn)代日常生活中，字符型液晶模塊已經(jīng)運(yùn)用到很多的顯示器件中了，如計算器、萬用表、電子表等，顯示的主要是專用符號和圖形。在單片機(jī)系統(tǒng)中，使用液晶顯示器作為顯示器件具有顯示質(zhì)量高、體積小、功耗低等優(yōu)點(diǎn)。 LCD1602 的引腳功能說明1602 型 LCD 的引腳如下表 2 所示。表 2 1602 型 LCD 的接口信號說明編號 符號 引腳說明 編號 符號 引腳說明1 VSS 電源地 9 D2 Data I/O2 VDD 電源正極 10 D3 Data I/O3 V0 液晶偏壓信號端 11 D4 Data I/O4 RS 數(shù)據(jù)/命令選擇端（H/L）12 D5 Data I/O5 R/W 讀寫選擇端（H/L） 13 D6 Data I/O6 E 使能信號 14 D7 Data I/O7 D0 Data I/O 15 BLA 正極背光源8 D1 Data I/O 16 BLK 負(fù)極背光源第 1 腳：VSS 接地。第 2 腳：VDD 接+5V。第 3 腳：VL 可以接 10K 的滑動變阻器，用來調(diào)節(jié)液晶顯示的亮度。第 4 腳：RS 腳。用來選擇寄存器，當(dāng)需要選擇數(shù)據(jù)寄存器時，RS 腳接的是10高電平、當(dāng)選擇指令寄存器時，接的是低電平。第 5 腳：R/W 為信號線，當(dāng)接高電平時進(jìn)行讀的操作，當(dāng)接低電平時進(jìn)行寫的操作。當(dāng) RS 和 R/W 共同為低電平時寫入指令或者顯示地址，當(dāng) RS 為低電平R/W 為高電平時讀忙信號，當(dāng) RS 為高電平 R/W 為低電平時寫入數(shù)據(jù)。第 6 腳：E 端為使能端，當(dāng) E 端由高電平跳變成低電平時，液晶模塊執(zhí)行命令。第 7～14 腳：D0～D7 為 8 位雙向數(shù)據(jù)線。 LCD1602 的指令說明在 1602 型 LCD 中，一共有 11 條控制指令，如表 3 所示。表3 LCD1602的指令表序號 指令 RS R/W D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 1 清顯示 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 2 光標(biāo)返回 0 0 0 0 0 0 0 0 1 * 3 置輸入模式 0 0 0 0 0 0 0 1 I/D S 4 顯示開/關(guān)控制 0 0 0 0 0 0 1 D C B 5 光標(biāo)或字符移位 0 0 0 0 0 1 S/C R/L * * 6 置功能 0 0 0 0 1 DL N F * * 7 置字符發(fā)生存貯器地址 0 0 0 1 字符發(fā)生存貯器地址 8 置數(shù)據(jù)存貯器地址 0 0 1 顯示數(shù)據(jù)存貯器地址 9 讀忙標(biāo)志或地址 0 1 BF 計數(shù)器地址 10 寫數(shù)到CGRAM或DDRAM） 1 0 要寫的數(shù)據(jù)內(nèi)容 11 從CGRAM或DDRAM讀數(shù) 1 1 讀出的數(shù)據(jù)內(nèi)容 LCD1602 液晶模塊的讀寫操作、屏幕和光標(biāo)的操作都是通過指令編程來實現(xiàn)的。LCD1602 共有 11 條指令，在初始化的時候主要使用的是前 6 條指令。這里主要介紹第三條到第六條指令。第三條指令是設(shè)置光標(biāo)和顯示模式，當(dāng) D1 為高電平是，光標(biāo)右移，當(dāng)為低電平時，光標(biāo)左移。當(dāng) D0 為高電平時，液晶顯示的全部文字均左移或者右移，當(dāng) D0 為低電平時，文字不移動。第四條指令是控制顯示的開或關(guān)，D2 為高電平時顯示打開，為低電平時顯示關(guān)閉；D1 為高電平時顯示光標(biāo)，為低電平時關(guān)閉光標(biāo)；D0 為高電平時光標(biāo)閃爍，為低電平時光標(biāo)不閃爍。第五條指令控制光標(biāo)或顯示的移位，D3 為高電平時移動顯示的文字，為低電平時移動光標(biāo)。第六條指令功能設(shè)置命令，當(dāng) D4 為高電平時，連接的是 4位總線，為低電平時，連接的是八位總線；當(dāng) D3 為高電平時顯示兩行，為低電平時顯示一行；當(dāng) D2 為高電平時顯示的是 5x10 點(diǎn)陣字符，為低電平時顯示的是 5x7 點(diǎn)陣字符。11基本的操作程序：讀狀態(tài)：輸入：RS=L，RW=L， E=H 輸出：D0~D7=狀態(tài)字讀數(shù)據(jù)：輸入：RS=H，RW=H， E=H輸出：無寫指令：輸入：RS=L，RW=L， D0~D7=指令碼，E=高脈沖 輸出：D0~D7=數(shù)據(jù)寫數(shù)據(jù)：輸入：RS=H，RW=L， D0~D7=數(shù)據(jù)， E=高脈沖 輸出：無124 硬件電路的設(shè)計 最小系統(tǒng)的設(shè)計單片機(jī)所有的電路設(shè)計和應(yīng)用都是基于它的最小系統(tǒng)的,或者稱為最小應(yīng)用系統(tǒng)的。單片機(jī)的最小系統(tǒng)是指用最少的元件組成的單片機(jī)可以工作的系統(tǒng)。對于系列單片機(jī)來說,一般的最小系統(tǒng)應(yīng)該包括:單片機(jī)芯片、時鐘電路以及復(fù)位電路。如圖 6 所示，就是單片機(jī)的最常見的最小系統(tǒng)。圖 6 單片機(jī)的最小系統(tǒng)電路圖 單片機(jī)的復(fù)位電路復(fù)位電路的作用是使單片機(jī)能夠在死機(jī)狀態(tài)時重新回到程序的起始段。單片機(jī)的復(fù)位方式一般有兩種。一種是上電復(fù)位，在系統(tǒng)一上電時利用電容兩端13電壓不能突變的原理給系統(tǒng)一個短時的低電平；手動復(fù)位，通過按鈕接通低電平給系統(tǒng)復(fù)位。手動按鍵復(fù)位電路如圖 7 所示。圖 7 單片機(jī)的復(fù)位電路 單片機(jī)的時鐘電路單片機(jī)的時鐘電路由振蕩電路和分頻電路組成。其中振蕩電路由反相器以及并聯(lián)外接的石英晶體和電容構(gòu)成，用于產(chǎn)生振蕩脈沖。而分頻電路則用于把振蕩脈沖分頻，以得到所需要的時鐘信號。振蕩電路單片機(jī)芯片中的高增益反相放大器，其輸入端為引腳 XTAL1，輸出端為引腳XTAL2。通過這兩個引腳在芯片外并接石英晶體振蕩器和兩只電容器（電容的容量一般取 30pF） 。石英晶體為一感性元件，與電容構(gòu)成振蕩回路，為片內(nèi)放大器提供正反饋和振蕩所需的相移條件，從而構(gòu)成一個穩(wěn)定的自激振蕩器，如圖8 所示。14圖 8 單片機(jī)的晶振電路 鍵盤電路由于本次設(shè)計需要用到10個數(shù)字鍵和其它的一些功能鍵，按鍵較多，為了不增加I/O的使用數(shù)目，因此本設(shè)計采用的是44的矩陣鍵盤。 當(dāng)在使用較多數(shù)量的按鍵時，為了減少對單片機(jī)數(shù)據(jù)口線的的占用，通常要把按鍵排列成矩陣形式。在矩陣式鍵盤中，分為行和列。每個按鍵分別接行線和列線，每一行接一個根數(shù)據(jù)