【文章內(nèi)容簡介】 振蕩。定時元件通常采用石英晶體和電容組成的并聯(lián)諧振回路。晶體振蕩頻率可以在 ～ 12MHz 之間選擇，電容值在 5～ 30pF 之間選擇，桂林航天工業(yè)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 9 頁 電容值的大小可對頻率起微調(diào)的作用。 外部方式的時鐘電路如圖 2— 2（ b）所示， RXD接地， TXD 接外部振蕩器。對外部振蕩信號無特殊要求，只要求保證脈沖寬度，一般采用頻率低于 12MHz 的方波信號。片內(nèi)時鐘發(fā)生器把振蕩頻率兩分頻，產(chǎn)生一個兩相時鐘 P1 和 P2，供單片機使用。 RXD 接地， TXD 接外部振蕩器。對外部振蕩信號無特殊要求，只要求保證脈沖寬度，一般采用頻率低于 12MHz 的方波信號。片內(nèi)時鐘發(fā)生器把振蕩頻率兩分頻，產(chǎn)生一個兩相時鐘 P1和 P2，供單片機使用。 （ a）內(nèi)部方式時鐘電路 （ b）外部方式時鐘電路 圖 2— 2 時 鐘電路 復(fù)位及復(fù)位電路 （ 1）復(fù)位操作 復(fù)位是單片機的初始化操作。其主要功能是把 PC 初始化為 0000H，使單片機從 0000H 單元開始執(zhí)行程序。除了進入系統(tǒng)的正常初始化之外，當由于程序運行出錯或操作錯誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)時，為擺脫困境，也需按復(fù)位鍵重新啟動。 除 PC 之外，復(fù)位操作還對其他一些寄存器有影響，它們的復(fù)位狀態(tài)如表一所示。 桂林航天工業(yè)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 10 頁 表 21 一些寄存器的復(fù)位狀態(tài) 寄存器 復(fù)位狀態(tài) 寄存器 復(fù)位狀態(tài) PC 0000H TCON 00H ACC 00H TL0 00H PSW 00H TH0 00H SP 07H TL1 00H DPTR 0000H TH1 00H P0P3 FFH SCON 00H IP XX000000B SBUF 不定 IE 0X000000B PCON 0XXX0000B TMOD 00H （ 2）復(fù)位信號及其產(chǎn)生 RST 引腳是復(fù)位信號的輸入端。復(fù)位信號是高電平有效，其有效時間應(yīng)持續(xù)24個振蕩周期 (即二個機器周期 )以上。若使用頗率為 6MHz 的晶振，則復(fù)位信號持續(xù)時間應(yīng)超過 4us 才能完成復(fù)位操作。 產(chǎn)生復(fù)位信號的電路邏輯如圖 4— 3所示： 圖 2— 3 復(fù)位信號的電路邏輯圖 整個復(fù)位電路包括芯片內(nèi)、外兩部分。外部電路產(chǎn)生的復(fù)位信號 (RST)送至施密特觸發(fā)器，再由片內(nèi)復(fù)位電路在每個機器周期的 S5P2 時刻對施密特觸發(fā)器的輸出進行采樣，然后才得到內(nèi)部復(fù)位操作所需要的信號。 復(fù)位操作有上電自動復(fù)位相按鍵手動復(fù)位兩種方式。 桂林航天工業(yè)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 11 頁 上電自動復(fù)位是通過外部復(fù)位電路的電容充電來實現(xiàn)的，其電路如圖 2— 4（ a）所示。這佯，只要電源 Vcc 的上升時間不超過 1ms，就可以實現(xiàn)自動上電復(fù)位，即接通電源就成了系統(tǒng)的復(fù)位初始化。 按鍵手動復(fù)位有電平方式和脈沖方式兩種。其中，按鍵電平復(fù)位是通過使復(fù)位端經(jīng)電阻與 Vcc 電源接通而實現(xiàn)的，其電路如圖 2— 4（ b）所示；而按鍵脈沖復(fù)位則是利用 RC 微分電路產(chǎn)生的正脈沖來實現(xiàn)的， 其電路如圖 2— 4（ c）所示： （ a）上電復(fù)位 （ b）按鍵電平復(fù)位 （ c）按鍵脈沖復(fù)位 圖 2— 4 復(fù)位電路 上述電路圖中的電阻、電容參數(shù)適用于 6MHz 晶振，能保證復(fù)位信號高電平持續(xù)時間大于 2個機器周期。 本系統(tǒng)的復(fù)位電路采用圖 2— 4（ b）上電復(fù)位方式。 STC89C52 具體介紹 ① 主電源引腳（ 2 根） VCC(Pin40)：電源輸入，接＋ 5V電源 GND(Pin20)：接地線 ②外接晶振引腳（ 2 根） XTAL1(Pin19)：片內(nèi)振蕩電路的輸入端 XTAL2(Pin20)：片內(nèi)振蕩電路的輸出端 ③控制引腳（ 4 根） RST/VPP(Pin9)：復(fù)位引腳，引腳上出現(xiàn) 2 個機器周期的高電平將使單片機復(fù)位。 ALE/PROG(Pin30)：地址鎖存允許信號 PSEN(Pin29)：外部存儲器讀選通信號 EA/VPP(Pin31)：程序存儲器的內(nèi)外部選通，接低電平從外部程序存儲器讀桂林航天工業(yè)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 12 頁 指令，如果接高電 平則從內(nèi)部程序存儲器讀指令。 ④可編程輸入 /輸出引腳（ 32 根） STC89C52 單片機有 4組 8位的可編程 I/O 口，分別位 P0、 P P P3 口，每個口有 8位（ 8根引腳），共 32 根。 PO口（ Pin39～ Pin32）： 8位雙向 I/O 口線，名稱為 ～ P1口（ Pin1～ Pin8）： 8 位準雙向 I/O 口線，名稱為 ～ P2口（ Pin21～ Pin28）： 8位準雙向 I/O 口線，名稱為 ～ P3口（ Pin10～ Pin17）： 8位準雙向 I/O 口線，名稱為 ～ STC89C52 主要功能如表 22所示。 表 22 STC89C52 主要功能 主要功能特性 兼容 MCS51 指令系統(tǒng) 8K 可反復(fù)擦寫 Flash ROM 32個雙向 I/O 口 256x8bit 內(nèi)部 RAM 3個 16 位可編程定時 /計數(shù)器中斷 時鐘頻率 024MHz 2個串行中斷 可編程 UART 串行通道 2個外部中斷源 共 6個中斷源 2個讀寫中斷口線 3 級加密位 低功耗空閑和掉電模式 軟件設(shè)置睡眠和喚醒功能 桂林航天工業(yè)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 13 頁 第三章 按鍵模塊 圖 31 是按鍵輸入電路。 圖 31 按鍵電路 由于本次設(shè)計用到的 I/O 口較少，有足夠的多余 I/O 口用于按鍵設(shè)計。故 采用比較簡單的獨立式鍵盤的接口設(shè)計。 這種按鍵形式電路簡單，配置靈活，但是因為每一個按鍵需要占用一個 I/O 口，所以， I/O 口占用量很大，它只適合于按鍵數(shù)量少的情況下使用。獨立式鍵盤按鍵的數(shù)量較少，并且各個按鍵相互獨立，每一個按鍵由一個獨立的 I/O口控制，一個按鍵改變的是一個相應(yīng) I/O 口的輸入電平，而不會對其他 I/O 口電平產(chǎn)生影響。這樣，通過檢測各 I/O 口的電平變化，即可很容易地確定是否有按鍵按下及是何鍵按下。 如上圖所示按鍵電路，一開始 口是高電平，按鍵按下時即轉(zhuǎn)變?yōu)榻拥氐牡碗娖?，單片機檢測到該變化 即可按程序規(guī)定的情況進行運轉(zhuǎn)。 按鍵掃描的程序流程如圖 32。該流程考慮了去抖動。 桂林航天工業(yè)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 14 頁 圖 32 按鍵掃描程序流程圖 桂林航天工業(yè)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 15 頁 第四章 電路框圖設(shè)計 系統(tǒng)框圖 圖 系統(tǒng)框圖 工作原理 硬件工作原理 硬件控制電路主要用了 4*4 矩陣鍵盤、 AT89S52 芯片處理器、 LCD。由 AT89S52 處理器處理從 4*4 鍵盤發(fā)出的指令，通過 LCD 繪制出相應(yīng)按鍵的內(nèi)容。 軟件工作原理 軟件控制程序主要有主控程序、時間程序、 LCD 控制程序、時間及日期顯示程序、鍵盤掃描程序等組成。主控程序中對整個程序進行控制，進行了時間和LCD 初始化、 LCD等控制。 LCD 顯示程序是整個顯示部分中的重要部分，包括寫入命令、初始化、寫入數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)顯示、自定義 GDRAM 顯示、繪圖顯示、反白顯示等。當 LCD 的 RS=RW= 0，同時 EN 由 1 變 0 時，可以對 LCD 寫入基本指令和擴充指令；當 RS=1， RW=0，同時 EN 由 1 變 0 時，可以對 LCD 寫入數(shù)據(jù)。對 LCD 端口寫入不同的命令可以寫入和顯示不同的數(shù)據(jù)，具體命令請參考 LCD12864 和數(shù)據(jù)手冊。 LCD 時間控制程序是時間程序重要的部分，時間控制程序體現(xiàn)了年、月、日、時、分、秒的計算方法。此設(shè)計采用 AT89S52 自帶的 T0 計時器進行計時，中斷桂林航天工業(yè)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 16 頁 程序每隔 50ms 中斷一次當作一個計數(shù)，每中斷一次則計數(shù)加 1，當計數(shù) 20 次時，則表示 1 秒到了，秒變量加 1，同理再判斷是否 1 分鐘到了，再判斷是否 1 小時到了，再判斷是否 1 天到了，再判斷是否 1 月到了，再判斷是否 1 年到了，若計數(shù)到了則相關(guān)變量清除 0。先給出一般年份的每月天數(shù)。如果是閏年，第 2 月天數(shù)為 29 天，非閏年則有 28 天。在我們的這個設(shè)計中只設(shè)有 100 年的范圍，判斷是否閏年就只需要用該年份除以 4 來判斷就行了。 鍵盤掃描程序是整個設(shè)計的輸入控制程序， 4*4 鍵盤占用單片機的 8 個 I/O 口。本設(shè)計的鍵盤掃描程序采用行列反轉(zhuǎn)掃描法讀取按鍵鍵值。單片機 先讓鍵盤行線輸出全為 0，然后讀入列線值，再檢測有無按鍵按下，去抖，再讀入列線值，輸出當前列線值，線值，最后組合行、列線值，得到鍵盤的碼值供調(diào)用 。 桂林航天工業(yè)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 17 頁 第五章 第硬件原理分析及設(shè)計 單片機時鐘電路 內(nèi)部時鐘電路如圖所示，在 XTAL1 和 XTAL2 引腳上外接定時元件，內(nèi)部振蕩電路就產(chǎn)生自激振蕩。定時元件通常石英晶體和電容組成的并聯(lián)諧振回路，晶體振蕩器選擇 12MHZ，電容采用 30PF。 圖 時鐘電路 單片機復(fù)位電路 影響單片機系統(tǒng)運行穩(wěn)定性的因素可大體分為外因和內(nèi)因兩部分 : （ 1）外因 射頻干擾，它是以空間電磁場的形式傳遞在機器內(nèi)部的導(dǎo)體（引線或零件引腳）感生出相應(yīng)的干擾，可通過電磁屏蔽和合理的布線 /器件布局衰減該類干擾； 電源線或電源內(nèi)部產(chǎn)生的干擾，它是通過電源線或電源內(nèi)的部件耦合或直接傳導(dǎo)，可通過電源濾波、隔離等措施來衰減該類干擾。 （ 2）內(nèi)因 振蕩源的穩(wěn)定性，主要由起振時間頻率穩(wěn)定度和占空比穩(wěn)定度決定 起振時間可由電路參數(shù)整定穩(wěn)定度受振蕩器類型溫度和電壓等參數(shù)影響復(fù)位電路的可靠性。 桂林航天工業(yè)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 18 頁 鍵盤電路 4*4 鍵盤電路由 4*4=16 個按鍵組成，其中 4 列經(jīng)過 4 個 10K 電阻接入 VCC 上拉，接入單片機的 P3 口的高 4 位口， 4 行直接接入單片機低 4 位，當有按鍵按下時，由單片機控制 8 個 I/O 口讀取出當前鍵值。 圖 鍵盤 電路 顯示電路 LCD 顯示電路 LCD12864 一共有 20 個引腳，其中 41 17 腳接入單片機的 P0 全部 I/O 口和 P2 的三個 I/O 口，是 LCD 與單片機通訊的橋梁。 16 號腳是空腳， 1 和 20 腳接地， 2 和 19 腳接 VCC，其中 1 19 三個腳接可調(diào)電位器和電阻，組成調(diào)節(jié) LCD 對比度電路。如圖 所示。 桂林航天工業(yè)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 19 頁 圖 顯示 電路 桂林航天工業(yè)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 20 頁 第六章 軟件設(shè)計 此設(shè)計名為儀器儀表的鍵盤繪制模擬系統(tǒng)，顧名思義軟件占很大比例。整個設(shè)計硬件比較簡單，主要就是程序的寫法，而軟件的調(diào)試也是此設(shè)計的重點和難點。整個軟件結(jié)構(gòu)分為主控程序、顯示部分程序、鍵盤掃描部分程序、時鐘部分程序和延時程序。 寄存器寫入 寫入液晶寄存器地址，根據(jù)寫入電平時序可以得到，先使 CS和 RS置低電平，然后在送上寄存器的地址，再將寫信號 WR 送一低電平脈沖，這樣 P3口上的寄存器地址被液晶寫入，最后再恢復(fù) CS高電平，這樣寄存器地址就寫入了。 寫入寄存器數(shù)據(jù)，根據(jù)寫入脈沖時序可以得到，先使 CS 低電平先中芯片，使我 RS 置高電平選中寄存器，然后在送上寄存器的數(shù)據(jù)，再將寫信號 WR 上送一低電平脈沖，這樣 P3 口送出低 8 位數(shù)據(jù)， P4 口送入高位數(shù)據(jù)，最后再恢復(fù) CS的高電平，這樣寄存器數(shù)據(jù)就寫入了 。 清屏 清屏程序，將光標值（０，０）位置，先使 CS 置低電平選中芯片，使 RS置高電平選中寄存器，然后在送上寄存器的數(shù)據(jù)，然后調(diào)用 LCD１２８６４函數(shù)送入 RGB 數(shù)據(jù)，然后 WR 送出 76800 個脈沖，將 128*64 的液晶所有像點全部設(shè)置成一個顏色，這樣達到了清屏的目的。 光標 參數(shù) 設(shè)置 設(shè)置液晶的光標，根據(jù)輸入的 X和 Y的坐標數(shù)據(jù)，會調(diào)用到寫入寄存器的函數(shù)，將 X 和 Y 的數(shù)據(jù)寫入控制光標寄存器，將光標設(shè)置在所要的地方，這樣光標設(shè)置好了。 RAM 寫入 寫入液晶 RAM 的 RGB 數(shù)據(jù)，先使 CS 置低電平選中芯片，使 RS 置高電平選中寄存，然后在送上寄存器的數(shù)據(jù)，然后調(diào)用 LCD12864 函數(shù)送入 RGB 數(shù)據(jù)，