【文章內(nèi)容簡介】 。 ALE/PROG（ 30 腳） ： 地址鎖存允許信號端。需要訪問外部存儲器時 ， ALE 在每個周期輸出兩次信號 用于鎖存 P0 發(fā)送的低 8 位地址數(shù)據(jù)。在不 需要 訪問外部存儲器時， ALE產(chǎn)生的同樣頻率的正脈沖信號，可以作為對外輸出的時鐘或是用于定時。 成都理工大學 2020 屆學士學位論文（設(shè)計） 8 PSEN（ 29 腳） ： 外部程序存儲器讀取信號 端口， 引腳 低電平時有效。當單片機從 外部 讀取程序存儲器時， PSEN 的信號在每個周期內(nèi)兩次有效，讀取數(shù)據(jù)存儲器時 PSEN 信號不會出現(xiàn)。 EA/VPP（ 31 腳） ： EA 用于讀取外部程序存儲器的控制信號，低電平時有效。當 EA為高電平時，單片機只會讀取單片機內(nèi)部的程序存儲器，當程序超過該范圍時，單片機會自動跳轉(zhuǎn)去執(zhí)行外部程序存儲器的程序 [3]。 矩陣鍵盤 模塊 時鐘的 校正和計算器 數(shù)值 、運算符的輸入需要用到很多的按鍵，因此若是采用獨立按鍵來編程， 雖然 程序 的 編寫會變得 相對簡單，但是 單片機的 I/O 口會被過多的占用 ，因此 在本次設(shè)計中系統(tǒng)的輸入功能使用 矩陣鍵盤來實現(xiàn)。 矩陣鍵盤是由行線和列線交叉組成的，并在每一個交叉點上設(shè)置一個按鍵。本設(shè)計只是實現(xiàn)簡單的四則運算，所以 4 4的矩陣鍵盤 就能夠滿足設(shè)計較要求。在實際電路的設(shè)計中為了有效地提高單片機 I/O的利用率，往往都會采用這種行列式的矩陣鍵盤。 圖 32 矩陣鍵盤 蜂鳴器 蜂鳴器是一種一體化結(jié)構(gòu)的電子訊響器 ，分為電磁式 蜂 鳴器和電壓式 蜂鳴器兩種類型 ，電路設(shè)計中 用字母“ H”或“ HA” 表示，它 采用直流電壓供電，廣泛應(yīng)用于計算機、打印機、復印機、報警器、 電子玩具、汽車電子設(shè)備、電話機、定時器等電子產(chǎn)品中作發(fā)聲器件。 成都理工大學 2020 屆學士學位論文（設(shè)計） 9 圖 33 蜂鳴器 LCD 顯示 模塊 1602 點陣型 液晶 作為 一種 顯示 液晶模塊 ，能夠 分兩行顯示 32 個 字符 （即 16 2=32） ，因此 通常 被使用者 簡稱為 1602 液晶。 它 可以 用來顯示 一些簡單的 數(shù)字、字母、符號，但每個點陣都只能顯示一個字符。 1602 液晶的每個 點陣之間存在一定的間隔，因此 它不能 夠 用來 顯示圖片 [4]。 圖 34 1602液晶 在 LCD1602 液晶模塊中 ， D0~D7 是液晶的 8 位 雙向 數(shù)據(jù)輸送口 ， R/W 是液晶的 讀寫 功能 選擇端口， 通過 VL 的調(diào)節(jié)可以 改變 1602 液晶的顯示對比度； E 是液晶的 使能端口； RS 為 液晶的 功能 寄存器選擇端口， 高電平時選擇 的是 芯片內(nèi)部的 數(shù)據(jù)寄存器，低電平時 選擇 的是 芯片內(nèi)部的 指令寄存器 。 圖 3 圖 36 是 1602 液晶的讀寫操作 時序圖，它 的 工作模式，如下： 圖 35 1602液晶的寫操作時序 成都理工大學 2020 屆學士學位論文（設(shè)計） 10 當需要給 1602 寫入指令 控制其工作方式 時：需要 先 把 1602 液晶的 寄存器選擇端口(RS)設(shè)置為 低 電平， 讀寫選擇端口 (R/W)設(shè)置為低電平，然后把數(shù)據(jù)從單片機發(fā) 送到 液晶的 數(shù)據(jù)口 D0~D7，最后給 液晶的 使能端 口 (E)一個高脈沖信號使數(shù)據(jù)輸入內(nèi)部芯片。 當需要 給 1602寫入 所需 顯示的數(shù)據(jù)時 ：需要 先 把 1602液晶的 寄存器選擇端口（ RS）設(shè)置為高電平， 讀寫選擇端口 (R/W)設(shè)置為低電平，然后 把 數(shù)據(jù)從單片機 發(fā) 送到 液晶的數(shù)據(jù)口 D0~D7，最后給 液晶的 使能端 口 (E)一個高脈沖信號使數(shù)據(jù)輸入內(nèi)部芯片。 此外，使用前還需對液晶進行初始化，對于是否使用背光燈、光標 是否閃爍 以及顯示方式等進行設(shè)置。 圖 36 1602液晶 的 讀 操作 時序 DS18B20 溫度 傳感器 DS18B20 作為一款 應(yīng)用 廣泛 的溫度傳感器，它具有 體積小 ，溫度測量范圍廣， 功耗低， 性能好 ，抗干擾能力強等優(yōu)點。 它的 溫度 測量 范圍是 55~125℃，并且可以直接將測量的 溫度轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號輸出 。 DS18B20 測量溫度的 分辨率 為 9~12 位， 相較 于一般的 熱電偶傳感器來說 它 的 測量精度 可以達到 更高 [5]。 圖 37 DS12B20 在溫度測量過程中， 每 進行 一次 初始化檢測 就可以從 DS18B20 中讀取一次數(shù)據(jù) ，成都理工大學 2020 屆學士學位論文（設(shè)計） 11 在 這個過程中 ， 需要總線至少保持 480us 的低電平來確保復位脈沖的發(fā)送成功 ， 接著 釋放總線， DS18B20 進入到 數(shù)據(jù) 接收狀態(tài) 。單總線 的 DS18B20 需要 由 5K 上拉電阻 將其拉至 高電平， 當 傳感器 探測到 單片機 I/O口輸出的 上升沿 信號后 ，等待 15~60us， DS18B20會 發(fā) 出一個 60~240us 低電平信號的存在脈沖 信號 。 圖 38 DS18B20初始化 DS18B20 的 寫時序 有 兩種：寫 1 時序和寫 0 時序。 DS18B20 溫度傳感器總線控制器的邏輯 1 通過寫 1 時序接收，邏輯 0 通過寫 0 時序接收。寫時序的保持時間至少為60us，在每個寫周期之間要存在至少 1us 的間隔時間。當數(shù)據(jù)線被總線控制器從邏輯 1拉低為邏輯 0 時，寫時序開始。此時總線控制器會產(chǎn)生一個寫時序，這時需要把數(shù)據(jù)線拉至 0，并且在寫時序開始后保持 15~30us，然后釋放總線。總線被釋放后， 5K 的上拉電阻會將其拉高。 如果總控制器需要產(chǎn)生一個寫 0 時序，就需要把數(shù)據(jù)線拉低并持續(xù)60~120us。當總線控制器完成初始化寫時序后， DS18B20 會在 15~60us 內(nèi)對數(shù)據(jù)線進行采樣。 如果 數(shù)據(jù) 線上是高電平，就是寫 1。如果 數(shù)據(jù) 線上是低電平，就是寫 0。 圖 39 DS18B20工作時序圖 成都理工大學 2020 屆學士學位論文（設(shè)計） 12 DS12C887 時鐘芯片 作為一款 能夠自動產(chǎn)生 時間信息的 時鐘芯片 DS12C887 ，其內(nèi)部自帶有鋰電池， 在外部掉電的情況下，內(nèi)部的時間信息仍然可以保持 10 年左右 的時間。 DS12C887 采用復用 總線 接口 ，工作電壓為 +5V，工作溫度 為 0℃ ~70℃， 時間的表示方法有 二進制數(shù)表示 和 BCD 碼表示 兩種。 DS12C887 自帶的 128 字節(jié)的 RAM 中， 113 字節(jié)提供給用戶使用 ， 11 字節(jié)用于存儲時間信息，剩余的 4 字節(jié) 用于存儲芯片的控制信息 。 圖 310 DS12C887 復位電路 單片機 系統(tǒng)在啟動 后都需要 通過 復位 電路 ，使 系統(tǒng)的外圍器件 和 單片機的存儲器 都恢復到初始狀態(tài)，并從 頭開始重新執(zhí)行程序 。 當 單片機 系統(tǒng)出現(xiàn)“死機”、“程序跑飛”等現(xiàn)象時， 按下復位鍵使 RST 引腳上加載至少持續(xù)兩個機械周期的高電平， CPU 就能夠響應(yīng)并將系統(tǒng)復位 [6]。 圖 311 復位電路 最常 采用的 復位 方法是在 RST 引腳 和 +5V 電源之間添加一個 用于復位的機械按鍵 。成都理工大學 2020 屆學士學位論文（設(shè)計） 13 當 手動按下復位按鍵 時， 復位端 RST 就會被加載 +5V 的電壓 。 一般 情況下人為 按下 按鍵的時間在一百 毫秒 左右 ，因此，完全可以滿足系統(tǒng)復位的時間要求。 晶振 電路 晶振 電路用于產(chǎn)生單片機工作所需的時鐘控制信號，它被用作為 51 系列單片機內(nèi)部各功能部件運行的基準，嚴格按照 時序一步一步地進行工作。晶振的頻率會直接影響單片機的運行速度，晶振電路的穩(wěn)定性也直接影響單片機系統(tǒng)的穩(wěn)定性。單片機的晶振電路設(shè)計有采用內(nèi)部晶振和外接晶振兩種方式 [7]。 采用內(nèi)部晶振方式，單片機內(nèi)部的高增益反相放大器通過 XTAL XTAL2 外 接反饋元件的外部晶振與電容組成并聯(lián)的諧振回路構(gòu)成一個自激振蕩器 。振蕩器的頻率主要取決于晶振的振蕩頻率。 51 系列的單片機晶振的振蕩頻率可以在 1~12MHz 的范圍內(nèi)選擇，電容的選擇范圍是 15~45pF，電容的大小會直接影響大振蕩器的穩(wěn)定性和晶振的起振速度。 采用外部晶 振方式，外部的時鐘信號通過 XTAL2 端直接接至內(nèi)部時鐘電路，這 時內(nèi)部反相放大器的輸入端（ XTAL1 端）必須接地。通常外接時鐘信號為低于 12MHz 的方波信號 [8]。 圖 312 晶振電路 成都理工大學 2020 屆學士學位論文（設(shè)計） 14 第 4 章 軟 件系統(tǒng)設(shè)計 總體設(shè)計 本系統(tǒng)的軟件設(shè)計思想是采用大小循環(huán)嵌套的方式，大循環(huán)一直不停 的掃描按鍵，用以確定 功能鍵的選擇 ， 小循環(huán)用來實現(xiàn)具體的功能，功能 1 實現(xiàn)時鐘顯示，功能 2實現(xiàn)溫度測量，功能 3 實現(xiàn)計算器的四則運算 ， 并在 LCD 上顯示各個功能的運行 結(jié)果。 系統(tǒng)總體框圖如下： 圖 41 系統(tǒng)總體框圖 子程序設(shè)計 1602 液晶控制程序 1602 液晶上電以后，需要對 其 內(nèi)部 芯片 進行 初始化后才能 進行操作。在 初始化 時，應(yīng)當參考芯片的時序圖， 先 將命令寫入芯片內(nèi)部的寄存器設(shè) 置其工作方式及狀態(tài)。需要顯示數(shù)據(jù)時，先要設(shè)置顯示的坐標，然后發(fā)送顯示的數(shù)據(jù) ， LCD 顯示數(shù)據(jù)的更 新通過刷新 數(shù)據(jù) 來實現(xiàn) [9]。 1602 液晶的 初始化、控制程序 （如圖 42 所示） 和流程圖 （如圖 43所示 ） 。 矩陣按鍵 掃描程序 4 4 的 矩陣按鍵 采用的是 4 行 4 列的結(jié)構(gòu)，每行每列都有一個 I/O 口與之對應(yīng)，因此需要編寫程序?qū)γ總€ I/O 口進行 查詢，當檢測到 某個 按 鍵被按下時，就根據(jù)讀到的 I/O口的總線數(shù)據(jù)進行確定是哪 一 列被按下，進而具體確定是哪個鍵被按 下，并返回該按鍵開始 初始化 功能選擇 顯示時鐘 顯示 溫度 計算器 成都理工大學 2020 屆學士學位論文（設(shè)計） 15 對應(yīng)的值到主程序。 矩陣 按鍵 的掃描 流程 如圖 44 所示 [10]。 圖 42 顯示控制程序 圖 43 顯示程序圖 圖 44 矩陣按鍵 的掃描流程圖 開始 初始化 設(shè)置坐標 發(fā)送數(shù)據(jù) 顯示 開始 賦初值 第 四 行按下 第三行按下 第二行按下 第一行按下 結(jié)束 判斷哪一列被按確定哪個鍵被按否 否 否 否 成都理工大學 2020 屆學士學位論文（設(shè)計） 16 DS18B20 控制程序 在對 DS18B20 操作之前 ， 首先要對它的存在脈沖進行檢測，然后 才能實現(xiàn)對器件的讀 /寫操作， 單片機將讀取到的 DS18B20 數(shù)據(jù)處理后發(fā)送至 1602 液晶顯示。 圖 45 DS18B20控制流程圖 單片機中斷 系統(tǒng) 在程序執(zhí)行過程中往往會有諸多突發(fā) 事件 需要單片機進行處理，這就使得單片機的中斷功能就應(yīng)運而生， 52 系列單片機有 3 種中斷源觸發(fā)方式， 如表 41 所示。 單片機執(zhí)行 中斷的順序通過中斷優(yōu)先級來確定，如表 42 所示。 根據(jù)實際 的設(shè)計 需求 用戶可以自行 設(shè)置 單片機的 中斷優(yōu)先級。 表 41 單片機 中斷 使能的位描述 位 符號 描述 7 EA 總中斷使能位 6 / / 5 ET2 定時器 2 中斷使能 4 ES 串口中斷使能 3 ET1 定時器 1 中斷使能 2 EX1 外部中斷 1 使能 1 ET0 定時器 0 中斷使能 0 EX0 外部中斷 0 使能 中斷是在執(zhí)行當前程序的過程中跳轉(zhuǎn)去執(zhí)行其他的臨時任務(wù)，為了保證中斷程序執(zhí)初始化 存在脈沖檢讀 /寫操作 處理數(shù)據(jù) 送顯示 成都理工大學 2020 屆學士學位論文（設(shè)計） 17 行完后能夠回到中斷出繼續(xù)執(zhí)行程序，就需要把原來的狀態(tài)儲存到相關(guān)寄存器中，當中斷程序執(zhí)行完后，在通過讀取相關(guān)寄存器使單片機恢復到之前狀態(tài)，此過程叫過現(xiàn)場恢復。 在本次設(shè)計中使用了僅使用了 1 個定時器中斷，