【文章內(nèi)容簡介】 時計數(shù)器 ,2 個全雙工串行通信口， 2個讀寫口線， AT89C52可以按照常規(guī)方法進行編程，也可以在線編程。其將通用的微處理器和 Flash 存儲器結合在一起，特別是可反復擦寫的 Flash 存儲器可有效地降低開發(fā)成本。 AT89C52 有PDIP、 PQFP/TQFP 及 PLCC 等三種封裝形式，以適應不同產(chǎn)品的需求 [6]。 單片機內(nèi)部結構示意圖如圖 所示。 圖 單片機內(nèi)部結構示意圖 單片機中斷系統(tǒng) 在本次設計當中，中斷部分的設計尤為重要，所謂中斷，是當計算機執(zhí)行正常程序時，系統(tǒng)中出現(xiàn)某些急需處理的事件， CPU 暫時中止當前的程序，轉 去執(zhí)行服務程太原工業(yè)學院畢業(yè)設計 11 序，以對發(fā)生的更緊迫的事件進行處理，待處理結束后， CPU 自動返回原來的程序執(zhí)行。 AT89C52 系列單片機的系統(tǒng)有 5 個中斷源， 2 個優(yōu)先級，可實現(xiàn)二級中斷服務嵌套。由片內(nèi)特殊功能寄存器中的中斷允許寄存器 IE 控制 CPU 是否響應中斷請求；有中斷優(yōu)先級寄存器 IP 安排各優(yōu)中斷源的優(yōu)先級；同一優(yōu)先級內(nèi)各終端同時提出中斷請求時，由內(nèi)部的查詢邏輯確定其響應次序。 本次設計采用的外部中斷方式包括外部中斷 0 和外部中斷 1，它們的中斷請求信號分別由單片機的 0INT 和 1INT 輸入 。 外部中斷請求有兩種信號方式：電平觸發(fā)方式和脈沖觸發(fā)方式。電平觸發(fā)方式的中斷請求是低電平有效。只要在 0INT 和 1INT 引腳上出現(xiàn)有效低電平時，就激活外部中斷方式。脈沖觸發(fā)方式的中斷請求則是脈沖的負跳變有效。在這種方式 下，在兩個相鄰機器周期內(nèi)， 0INT 活 1INT 引腳電平發(fā)生變化，即在第一個機器周期內(nèi)為高電平，第二個機器周期內(nèi)為低電平，就激活外部中斷。由此可見，在脈沖方式下，中斷請求信號的高電平和低電平狀態(tài)都應至少維持一個機器周期，以使 CPU采樣到電平狀態(tài)的變化，本次設計所采用的觸發(fā)方式為脈沖觸發(fā)方式 [7]。 單片機定時 /計數(shù)功能 AT89C52 單片機定時 /計數(shù)器的工作由兩個特殊功能 寄存器控制。 TMOD 用于設置其工作方式； TCON 用于控制其啟動和中斷請求。 ⑴ 工作方式寄存器 TMOD 工作方式寄存器 TMOD 用于設置定時 /計數(shù)器的工作方式。 GATE：門控位。 GATE=0 時，只要用軟件使 TCON 中的 TR0 或 TR1 為 1，就可以啟動定時 /計數(shù)器工作； GATE=1 時，要用軟件 TR0或 TR1 為 1，同時外部中斷引腳 0INT或 1INT 也為高電平時，才能啟動定時 /計數(shù)器工作 。 TC/ ：定時 /計數(shù)模式選擇位。 TC/ =0 為定時模式； TC/ =1 為計數(shù)模式。 M1M2：工作方式設置位。定時 /計數(shù)器有 4種工作方式，由 M1M2 進行設置。 本次設計 TMOD 為 90H，即選通定時 /計數(shù)器 定時功能、工作方式 1。工作方式16 位定時 /計數(shù)器。 ⑵ 控制寄存器 TCON TF1（ ）定時 /計數(shù)器 T1 溢出中斷請求標志位。定時 /計數(shù)器 T1 計數(shù)溢出太原工業(yè)學院畢業(yè)設計 12 時由硬件自動置 TF1 為 1。 CPU 響應中斷后 TF1 由硬件自動清零。 T1 工作時， CPU 可隨時查詢 TF 的狀態(tài)。所以， TF1 可用作查詢測試的標志。 TF1也可以用軟件置 1或清零，同硬件置 1 或清零的效果一樣。 TR1（ ）定時 /計數(shù)器 T1 運行控制位。 TR1 置 1 時時，定時 / 計數(shù)器 T1開始工作； TR1 置 0時，定時 /計數(shù)器 T1停止工作。 TR1 由軟件置 1或清 0。 TF0（ ）：定時 /計數(shù)器 T0 溢出中斷請求標志位。 TR0（ ）：定時 /計數(shù)器 T0 運行控制位。 存儲器 為了防止掉電時里程數(shù)據(jù)的丟失 ,本次設計采用的是 AT24C02。 AT24C02 是一個 2K位串行 CMOS EEPROM。內(nèi)部含有 256 個 8 位字節(jié)， ATMEL 公司的先進 CMOS 技術實質上減少了器件的功耗。 AT24C02 有一個 16 字節(jié)頁寫緩沖器，該器件通過 I2C 總線接口進行操作有一個專門的寫保護功能。 AT24C02 支持 I2C 總線數(shù)據(jù)傳送協(xié)議。數(shù)據(jù)傳送是由產(chǎn)生串行時鐘和所有起始停止信號的主器件控制的。主器件和從器件都可以作為發(fā)送器或接收器，但由主器 件控制傳送數(shù)據(jù)（發(fā)送或接收）的模式，通過器件地址輸入端 A0、 A1和 A2可以實現(xiàn)將最多 8個 24C02 器件連接到總線上。管腳圖如圖 所示。 圖 AT24C02管腳圖 SCL 串行時鐘： AT24C02 串行時鐘輸入管腳用于產(chǎn)生器件所有數(shù)據(jù)發(fā)送或接收的時鐘，這是一個輸入管腳。 SDA 串行數(shù)據(jù) /地址： CAT24WC02 雙向串行數(shù)據(jù) /地址管腳用于器件所有數(shù)據(jù)的發(fā)送或接收。 SDA 是一個開漏輸出管腳可與其它開漏輸出或集電極開路輸出進行線或（ wireOR）。 WP 寫保護：如果 WP 管腳連接 到 Vcc 所有的內(nèi)容都被寫保護，只能讀。當 WP 管太原工業(yè)學院畢業(yè)設計 13 腳連接到 Vss 或懸空，允許器件進行正常的讀 /寫操作。 由于 AT24C02 的數(shù)據(jù)線和地址線是復用的，采用串口的方式傳輸數(shù)據(jù)，所以只用兩根線 SCL 和 SDA 與單片機傳輸數(shù)據(jù)。在軟件編程時采用 EEPROM 程序包來控制AT24C02 發(fā)送或接受數(shù)據(jù)。 74LS74芯片 在本設計中采用 74LS74 芯片進行分頻。 74LS74 是 D 觸發(fā)器的一種 ,它是一個具有記憶功能的二進制信息存儲器件，是構成多種時序電路的最基本邏輯單元。觸發(fā)器具有兩個穩(wěn)定狀態(tài)，即“ 0”和“ 1”，在一 定的外界信號作用下，可以從一個穩(wěn)定狀態(tài)翻轉到另一個穩(wěn)定狀態(tài)。由于其狀態(tài)的更新發(fā)生在 CP脈沖的邊沿故又稱之為上升沿觸發(fā)的邊沿觸發(fā)器， D觸發(fā)器的狀態(tài)只取決于時針到來前 D端的狀態(tài)。 D觸發(fā)器應用很廣，可用做數(shù)字信號的寄存、移位寄存、分頻和波形發(fā)生器等。引腳圖如圖 所示。 圖 74LS74引腳圖 當車輪每轉一圈，霍爾傳感器輸出一個低電平脈沖，通過 74LS74 進行二分頻后，定時器 T1 的開啟時間為車輪轉 1 圈的時間，這樣就可以算出自行車的速度。分頻前后對比圖如圖 所示。 圖 分頻前后對比圖 太原工業(yè)學院畢業(yè)設計 14 由圖可 見，二分頻后的波形的高或低電平的時間正好是霍爾傳感器開關的一個周期，霍爾傳感器輸出脈沖到 0INT ，即 0INT 接收到對圈數(shù)計數(shù)的脈沖。經(jīng) 74LS74 二分頻后的信號輸入到 1INT ，內(nèi)部定時計數(shù)器測得每轉一圈所用的時間，通過計算即可得里程值和即時速度。 74LS244 芯片的介紹 本次設計中的采用驅動數(shù)碼管的 芯片為 74LS244， 74LS244 為三態(tài)輸出的八位緩沖器和線驅動器，若單片機輸出口直接接顯示部分電路，則電流太小，會導致顯示部分不能正常工作。所以在單片機輸出口先接入驅動芯片 74LS244，增大電流，使 LED能夠正常工作。其邏輯圖如圖 所示，可以看出 74LS244 由 2組組成、每組由四路輸入、輸出構成。每組有一個控制端高或低電平?jīng)Q定該組數(shù)據(jù)被接通還是斷開。 圖 74LS244邏輯圖 時鐘電路設計 時鐘是單片機的心臟，單片機各功能部件的運行都是以時鐘頻率為基準，有條不紊 地一拍一拍地工作。因此，時鐘頻率直接影響單片機的速度，時鐘電路的質量也直接影響單片機系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 AT89C52 片內(nèi)由一個反相放大器構成振蕩器，可以由它產(chǎn)生時鐘。常用的時鐘電路有兩種方式，一種是內(nèi)部時鐘方式，另一種為外部時鐘方式。本設計采用第一種方式。 單片機內(nèi)部有一個用于構成振蕩器的高增益反相放大器，該高增益反相放大器的輸入為芯片引腳 XTAL1，輸出端為引腳 XTAL2。這兩個引腳跨接石英晶體振蕩器和電太原工業(yè)學院畢業(yè)設計 15 容，就構成一個穩(wěn)定的自激振蕩器。單片機內(nèi)部時鐘方式的振蕩電路如圖 所示。 圖 單片機片內(nèi)振蕩 電路 電路中的電容 C1和 C2常選擇為 30pF 左右。對外接電容的值雖然沒有嚴格的要求，但電容的大小會影響振蕩器的高低、振蕩器的穩(wěn)定性、起振的快速性和溫度的穩(wěn)定性。而外接晶體的振蕩頻率的大小，主要取決于單片機的工作頻率范圍，每一種單片機都有自己的最大工作頻率，外接的晶體振蕩頻率不大于單片機的最大工作頻率即可。此外，如果單片機有串行通信，則應該選擇振蕩頻率除以串行通信頻率可以除盡的晶體。本設計晶振采用 12MHz，則計數(shù)周期為 T= μ）（ 11211012 16 ??? HzS （式 ） 復位電路的設計 AT89C52 單片機的復位輸入引腳 RET 為 AT89C52 提供了初始化的手段。有了它可以使程序從指定處開始執(zhí)行，即從程序存儲器中的 0000H 地址單元開始執(zhí)行程序。在89C52 的時鐘電路工作后，只要在 RET 引腳上出現(xiàn)兩個機器周期以上的高電平時，單片機內(nèi)部則初始復位。只要 RET 保持高電平，則 89C52 循環(huán)復位。只有當 RET 由高電平變成低電平以后， 89C52 才從 0000H 地址開始執(zhí)行程序。 本系統(tǒng)的復位電路是采用按鍵復位的電路，如圖 所示，是常用復位 電路之一。單片機復位通過按動按鈕產(chǎn)生高電平復位稱手動復位。上電時，剛接通電源，電容 C相當于瞬間短路， +5V 立即加到 RET/VPD 端，該高電平使 89C52 全機自動復位，太原工業(yè)學院畢業(yè)設計 16 這就是上電復位；若運行過程中需要程序從頭執(zhí)行，只需按動按鈕即可。按下按鈕，則直接把 +5V 加到了 RET/VPD 端從而復位稱為手動復位。復位后， P0 到 P3 并行 I/O口全為高電平，其它寄存器全部清零，只有 SBUF 寄存器狀態(tài)不確定。 圖 按鍵復位電路 工作原理：上電瞬間， RC 電路充電， RST 引腳出現(xiàn)高電平，只要 RST 端保持 10ms以上高電平 ，就能使單片機有效地復位。 顯示電路的設計 單片機系統(tǒng)中常用的顯示器有：發(fā)光二極管 LED 顯示器、液晶 LCD顯示器等。在這里由于單片機測速系統(tǒng)比較簡單，所以只考慮 LED 顯示器和 LCD 顯示器。 LED 顯示器工作方式有兩種靜態(tài)顯示方式和動態(tài)顯示方式。 方案一 LED 靜態(tài)顯示器：靜態(tài)顯示的特點是每個數(shù)碼管的段選必須接一個 8 位數(shù)據(jù)線來保持顯示字形碼。當送入一次字形碼后，顯示字形可一直保持，直到送入新字形碼為止。這種方法的優(yōu)點是占用 CPU 時間少，顯示便于監(jiān)測和控制。缺點是硬件電路比較復雜，成本較高。 LED 動 態(tài)顯示器：動態(tài)顯示的特點是將所有位數(shù)碼管的段選線并聯(lián)在一起，由位選線控制是哪一位數(shù)碼管有效。這樣一來，就沒有必要每一位數(shù)碼管配一個鎖存器，從而大大地簡化了硬件電路。選亮數(shù)碼管采用動態(tài)掃描顯示。所謂動態(tài)掃描顯示即輪流向各位數(shù)碼管送出字形碼和相應的位選，利用發(fā)光管的余輝和人眼視覺暫留作用，使人的感覺好像各位數(shù)碼管同時都在顯示，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)，不會有閃爍感。動態(tài)顯示的亮度比靜態(tài)顯示要差一些，所以在選擇限流電阻時應略小于靜態(tài)顯示電路中的。 方案二 用液晶顯示器 LCD 顯示信息。 太原工業(yè)學院畢業(yè)設計 17 LCD 顯示器工作原 理就是利用液晶的物理特性；通電時排列變得有序，使光線容易通過；不通電時排列混亂，阻止光線通過。 LCD 的好處有：與 CRT 顯示器相比， LCD的優(yōu)點主要包括零輻射、低功耗、散熱小、體積小、圖像還原精確、字符顯示銳利等。 LED 背光源技術能夠大幅度提升電視畫面的對比度和色彩表現(xiàn)力，同時具有節(jié)能環(huán)保等諸多優(yōu)點，勢必成為未來電子顯示技術的發(fā)展趨勢。 LED 技術具有非常明顯的三大優(yōu)勢：第一，它顯示的色彩更加豐富，色彩數(shù)量可超過目前 CCFL 冷陰極熒光管背光燈的一倍以上；第二， LED 背光源亮度可以隨著畫面亮度進行主動調節(jié)，可節(jié) 能30%以上；第三， LED 背光源不含鉛和汞等有毒有害物質，是真正的綠色環(huán)保光源。本課題選用 LED 動態(tài)顯示器。 LED 顯示器有兩種不同的形式：一種是發(fā)光二極管的陽極都連在一起的，稱之為共陽極 LED 顯示器；另一種是發(fā)光二極管的陰極都連在一起的，稱之為共陰極 LED 顯示器。如圖 所示。本次設計采用共陰極接法。 圖 LED顯示器 本系統(tǒng)采用動態(tài)掃描顯示接口電路，動態(tài)顯示接口電路是把所有顯示器的 8個筆劃段 ah同名端連在一起，而每一個顯示器的公共極 COM 各自獨立地受 I/O 線控制。CPU 向字段輸出口送出字型碼時，所有顯示器接收到相同的字型碼，但究竟是哪個顯示器亮，則取決于 COM 端。也就是說我們可以采用分時的方法，輪流控制各個顯示器的 COM 端，使各個顯示器輪流點亮。在輪流點亮掃描過程中，每位顯示器的點亮時間是極為短暫的（約 1ms），由于人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余輝效應，盡管實際上各位顯示器并非同時點亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)，不會有閃爍感。 本設計 、 、 、 信號一起組成位選通的位選信號， ～ 太原工業(yè)學院畢業(yè)設計 18 信號 一起組成段碼選通的段選信號，通過軟件編程，先把所要顯示的數(shù)據(jù)放入存儲單元，然后把數(shù)據(jù)送入段選通對應的地址，再選通某一個 LED