【文章內(nèi)容簡介】 片機系統(tǒng)中常用的顯示電路有 LED 顯示、 LCD 顯示。 方案一： LED 顯示屏 采用七段碼顯示時，數(shù)碼管中的每一段相當于一個發(fā)光二極管。對于共陽極的數(shù)碼管，內(nèi)部每個發(fā)光二極管的陽極被連在一起，成為該各段的公共選通線，發(fā)光二極管的陰極則成為段選線。對于共陰極數(shù)碼管，則正好相反，內(nèi)部發(fā)光二極管的陰極接在一起，陽極成為段選線。這兩種數(shù)碼管的驅(qū)動方式是不同的。當需要點亮共陽極數(shù)碼管的一段時，公共段需接高電平，該段的段選線接低電平。從而該段被點亮。當需要點亮共陰極數(shù)碼管的一段時，公共段需接低電平，該段的段選線接高電平，該段被 點亮。 方案二： LCD 顯示電路多采用 1602 液晶。 1602 液晶也叫 1602 字符型液晶，它是一種專門用來顯示字母、數(shù)字、符號等的 點陣 型液晶模塊。它由若干個 5X7或者 5X11 等 點陣 字符位組成，每個點陣字符位都可以顯示一個字符，每位之間有一個點距的間隔，每行之間也有間隔，起到了字符間距和行間距的作用。 1602LCD 是指顯示的內(nèi)容為 216? ，即可以顯示兩行，每行 16個字符液晶模塊（顯示字符和數(shù)字）。 液晶顯示器以其微功耗、體積小、顯示內(nèi)容豐富、超薄輕巧的諸多優(yōu)點，在袖珍式儀表和低功耗應(yīng)用系統(tǒng)中得到越來越廣泛的應(yīng)用。 基于精確顯示，擬采用方案二。 按鍵輸入電路 一般鍵盤電路有兩種：獨立式鍵盤和矩陣式鍵盤。 方案一： 獨立式鍵盤中，各按鍵相互獨立，每個按鍵各接一根輸入線，每根輸入線上的按鍵工作狀態(tài)不會影響其它輸入線上的工作狀態(tài) 。因此，通過檢測輸入線的電平狀態(tài)就可以很容易的判斷按鍵是否被按下了。獨立式鍵盤電路配置靈活，軟件結(jié)構(gòu)簡單。但每個按鍵需占用一根輸入線，在按鍵數(shù)量較多時，輸入口浪費大，電路結(jié)構(gòu)顯得很繁雜，故此種按鍵適用于按鍵較少或操作速度較高的場合。 7 方案二：矩陣式鍵盤由行線和列線組成，按鍵位于行、列的交叉點上，分別連接到按鍵開關(guān)的兩端。行線通過上拉電阻接到 VCC 上。平時無按鍵動作時，行線處于低電平狀態(tài)，而當有按鍵按下時，列線電平為低，行線電平為高。這一點是識別矩陣式是否被按下的關(guān)鍵所在。因此，各按鍵彼此將相互影響，所以必須將行、列線信號配合起來并作適合的處理，才能確定閉合鍵的位置。很明顯，在按鍵數(shù)量較多的場合，矩陣式鍵盤與獨立式鍵盤相比，要節(jié)省很多的 I/O 口。 由于本系統(tǒng)只需要 4 個按鍵，故選擇獨立式鍵盤。 開發(fā)環(huán)境及編程語言的選擇 硬件開發(fā)環(huán)境的選擇 Protel 是 Protel 公司在 80 年代末推出的 EDA 軟件，在電子行業(yè)的 CAD 軟件中，它當之無愧地排在眾多 EDA 軟件的前面，是電子設(shè)計者的首選軟件，它較早就在國內(nèi)開始使用，在國內(nèi)的普及率也最高，有些高校的電子專業(yè)還專門開設(shè)了課程來學(xué)習(xí)它，幾乎所有的電子公司都 要用到它，許多大公司在招聘電子設(shè)計人才時在其條件欄上常會寫著要求會使用 Protel。早期的 Protel 主要作為印制板自動布線工具使用，運行在 DOS 環(huán)境，對硬件的要求很低，在無硬盤 286 機的 1M內(nèi)存下就能運行，但它的功能也較少，只有電原理圖繪制與印制板設(shè)計功能，其印制板自動布線的布通率也低，而現(xiàn)今的 Protel 已發(fā)展到 Protel 99（網(wǎng)絡(luò)上可下載到它的測試板），是個龐大的 EDA 軟件，完全安裝有 200 多 M，它工作在WINDOWS95 環(huán)境下，是個完整的板級全方位電子設(shè)計系統(tǒng)，它包含了電原理圖繪制、模擬電路與數(shù) 字電路混合信號仿真、多層印制電路板設(shè)計（包含印制電路板自動布線）、可編程邏輯器件設(shè)計、圖表生成、電子表格生成、支持宏操作等功能，并具有 Client/Server （客戶 /服務(wù)器）體系結(jié)構(gòu)，同時還兼容一些其它設(shè)計軟件的文件格式，如 ORCAD， PSPICE， EXCEL等，其多層印制線路板的自動布線可實現(xiàn)高密度 PCB 的 100％布通率。在國內(nèi) Protel 軟件較易買到，有關(guān) Protel 軟件和使用說明的書也有很多，這為它的普及提供了基礎(chǔ)。 Protel軟件的原廠商 Altium公司推出了 Protel系列的高端版本 Altium Designer 。 Altium Designer ，它是完全一體化電子產(chǎn)品開發(fā)系統(tǒng)的一個新版本，也是業(yè)界第一款也是唯一一種完整的板級設(shè)計解決方案。 Altium Designer 是業(yè)界首例將設(shè)計流程、集成化 PCB 設(shè)計、可編程器件（如 FPGA）設(shè)計和基于處理器設(shè)計的嵌入式軟件開發(fā)功能整合在一起的產(chǎn)品，一種同時進行 PCB 和 FPGA 設(shè)計以及嵌入式設(shè)計的解決方案，具有將設(shè)計方案從概念轉(zhuǎn)變?yōu)樽罱K成品所需的全部功能。 這款高端版本 Altium Designer 除了全面繼承包括 99SE， Protel 2020 在內(nèi)的先前一系列版本的功能和優(yōu)點以外，還增加了許多改進和很多高端功能。 Altium Designer 拓寬了板級設(shè)計的傳統(tǒng)界限，全面集成了 FPGA 設(shè)計功能和 SOPC 設(shè) 8 計實現(xiàn)功能，從而允許工程師能將系統(tǒng)設(shè)計中的 FPGA 與 PCB 設(shè)計以及嵌入式設(shè)計集成在一起。 Designer 以強大的設(shè)計輸入功能為特點，在 FPGA 和板級設(shè)計中，同時支持原理圖輸入和 HDL 硬件描述輸入模式；同時支持基于 VHDL 的設(shè)計仿真，混合信號電路仿真、布局前 /后信號完整性分析。 Altium Designer 的布局布線采用完全規(guī)則驅(qū)動模式，并且在 PCB 布線中采用了無網(wǎng)格的 SitusTM 拓撲邏輯自動布線功能；同時，將完整的 CAM 輸出功能的編輯結(jié)合在一起。 Altium Designer 極大地增強了對高密板設(shè)計的支持，可用于高速數(shù)字信號設(shè)計，提供大量新功能和改進，改善了對復(fù)雜多層板卡的管理和導(dǎo)航，可將器件放置在 PCB 板的正反兩面，處理高密度封裝技術(shù)，如高密度引腳數(shù)量的球型網(wǎng)格陣列 (BGAs)。 Altium Designer 中的 Board Insight 系統(tǒng)把設(shè)計師的鼠標變成了交互式的數(shù) 據(jù)挖掘工具。 Board Insight 集成了 “警示 ”顯示功能，可毫不費力地瀏覽和編輯設(shè)計中疊放的對象。工程師可以專注于其目前的編輯任務(wù)，也可以完全進入目標區(qū)域內(nèi)的任何其他對象，這增加了在密集、多層設(shè)計環(huán)境中的編輯速度。 Altium Designer 引入了強大的 ?逃逸布線 ?引擎，嘗試將每個定義的焊盤通過布線剛好引到 BGA 邊界，這令對密集 BGA 類型封裝的布線變的非常簡單。顯著的節(jié)省了設(shè)計時間，設(shè)計師無需手動就可以完成在一大堆焊盤間將線連接這些器件的內(nèi)部管腳。 Altium Designer 極 大減少了帶有大量管腳的器件封裝在高密度板卡上設(shè)計的時間，簡化了復(fù)雜板卡的設(shè)計導(dǎo)航功能，設(shè)計師可以有效處理高速差分信號，尤其對大規(guī)?？删幊唐骷系拇罅?LVDS 資源。 Altium Designer 充分利用可得到的板卡空間和現(xiàn)代封裝技術(shù)，以更有效的設(shè)計流程和更低的制造成本縮短上市時間。 經(jīng)比較，本設(shè)計采用 Altium Designer 。 軟件開發(fā)環(huán)境的選擇 單片機開發(fā)中除必要的硬件外，同樣離不開軟件，匯編語言源程序要變成 CPU可以執(zhí)行的機器嗎有兩種方法，一種是手工匯編，另一種是機器匯 編，目前已經(jīng)極少使用手工匯編的方法了。機器匯編是通過匯編軟件將源程序變?yōu)闄C器碼，用于 MCS—51 單片機的匯編軟件有早期的 A51，隨著單片機開發(fā)技術(shù)的不斷發(fā)展，單片機的開發(fā)軟件業(yè)在不斷發(fā)展，從普遍使用匯編語言到逐漸使用高級語言開發(fā)，單片機的開發(fā)軟件業(yè)在不斷發(fā)展。 方案一： Keil 是德國知名軟件公司 Keil（現(xiàn)已并入 Arm 公司）開發(fā)的基于8051 內(nèi)核的微控制器軟件開發(fā)平臺，是目前開發(fā) 8051 內(nèi)核單片機的主流工具，這從近年來各仿真機廠商紛紛宣布全面支持 Keil 即可看出。 Keil 提供了包括 C 編 9 譯器、宏匯 編、連接器、庫管理和一個功能強大的仿真調(diào)試器等在內(nèi)的完整開發(fā)方案，通過一個集成開發(fā)環(huán)境（ uVision）將這些部分結(jié)合在一起。運行 Keil 軟件需要 Pentium 或以上的 CPU， 16M 或更多的 RAM、 20M 以上的閑散硬盤空間、WIN9 NT、 WIN20 WINXP 等操作系統(tǒng)。掌握這一軟件的使用對于使用 51系列單片機的愛好者來說是十分必要的，如果使用的是 C 語言，則該軟件十分適用，即使使用的是匯編語言，其方便易用的集成環(huán)境、強大的軟件仿真調(diào)試工具也會令工作事半功倍。 方案二： 使用偉福軟件必須使用偉福的硬件才 能仿真，硬件自己也不能搭起來，硬件的支持很少，軟件編程起來也比較繁瑣。 偉福的單片機軟件平臺內(nèi)部的編譯器不如 Keil 的好用，如果寫的程序行中存在錯誤，在編譯的過程中， Keil 可以精確的指出語法錯誤所在的程序所在行數(shù)，而偉福就不能做到非常精確了，所以這次設(shè)計選擇方案一。 編程語言的選擇 方案一：選擇 C 語言 C 語言是一種通用的程序設(shè)計語言，其代碼率高，數(shù)據(jù)類型及運算符豐富，并具有良好的程序結(jié)構(gòu)，適用于各種應(yīng)用的程序設(shè)計，是目前使用較廣的單片機編程語言。單片機的 C 語言采用 C51 編譯器（簡稱 C51）。 由 C51 產(chǎn)生的目標代碼短、運行速度高、所需存儲空間小。 方案二：選擇匯編語言 當設(shè)計一個小的嵌入式系統(tǒng)時，一般我們都用匯編語言。在很多工程中，這是一個很好的方法，因為，代碼一般都不超過 8K，而且都比較簡單。如果硬件工程師要同時設(shè)計軟件和硬件，經(jīng)常會采用匯編語言來做程序。同時還應(yīng)該認識到，匯編語言是一個非常低級的語言，它僅僅高于直接手工編寫二進制的機器指令碼，因此不可避免地存在一些缺點： A. 編寫的代碼非常難懂，不好維護； B. 很容易產(chǎn)生 Bug，難于調(diào)試； C. 只能針對特定的體系結(jié)構(gòu)和處理器進行優(yōu)化； D. 開發(fā)效率很低，時 間長且單調(diào)； E. 兼容性不好，與硬件關(guān)系非常緊密。 如果使用 C51的話，可以很好的解決這些問題。應(yīng)用 C51編程具有以下優(yōu)點： 不需要了解處理器的指令集，對 8051 的存儲器結(jié)構(gòu)也不必要了解； 寄存器分配和尋址方式由編譯器進行管理； 指定操作的變量選擇組合提高了程序的可讀性； 可使用與人的思維更相近的關(guān)鍵字和操作函數(shù)； 與使用匯編語言編程相比，程序的開發(fā)和調(diào)試時間大大縮短； 10 庫文件可提供許多標準的例程（例如格式化輸出、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和浮點運算）加入到應(yīng)用程序當中； 可實 現(xiàn)模塊化編程技術(shù)，從而可 將已編制好的程序加入到新程序中； C 語言可移植性好且非常普及， C 編譯器幾乎適用于所有的目標系統(tǒng)，已完成的軟件項目可以容易地轉(zhuǎn)換到其它的處理器或環(huán)境。 此外， C51語言還有許多強大的功能，如提供豐富的庫函數(shù)供用戶直接調(diào)用，完整的編譯控制指令為程序調(diào)試提供必要的符號信息等等。總之， C51語言是廣大單片機開發(fā)人員的強有力的工具，所以本設(shè)計選擇 C語言和匯編語言同時使用。 第 3 章 硬件電路設(shè)計 11 第 3 章 硬件電路設(shè)計 單片機的選型 STC89C52單片機簡介 目前， 52 系列單片機在工業(yè)檢測領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用，因 此我們可以在許多單片機應(yīng)用領(lǐng)域中，配接各種類型的語音接口，構(gòu)成具有合成語音輸出能力的綜合應(yīng)用系統(tǒng)，以增強人機對話的功能。 STC89C52 單片機是深圳宏晶科技有限公司生產(chǎn)的一種單片機，在一小塊芯片上集成了一個微型計算機的各個組成部分。每一個單片機包括：一個 8 位的微型處理器 CPU；一個 512K 的片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器 RAM； 4K 片內(nèi)程序存儲器；四個 8 位并行的 I/O 接口 P0P3，每個接口既可以輸入，也可以輸出；兩個定時器 /記數(shù)器；五個中斷源的中斷控制系統(tǒng)；一個全雙工 UART 的串行 I/O 口；片內(nèi)振蕩器和時鐘產(chǎn)生電路，但石 英晶體和微調(diào)電容需要外接。最高允許振蕩頻率是 12MHZ。以上各個部分通過內(nèi)部總線相連接。 STC89C52 單片機時序 STC89C52 單片機的一個執(zhí)器周期由 6 個狀態(tài) (s1—s6)組成，每個狀態(tài)又持續(xù) 2 個震蕩周期，分為 P1 和 P2 兩個節(jié)拍。這樣，一個機器周期由 12 個振蕩周期組成。若采用 12MHz的晶體振蕩器，則每個機器周期為 1us，每個狀態(tài)周期為 us61 ；在一數(shù)情況下，算術(shù)和邏輯操作發(fā)生在 N 期間，而內(nèi)部寄存器到寄存器的傳 輸發(fā)生在 P2 期間。對于單周期指令，當指令操作碼讀人指令寄存器時，使從 S1P2 開始執(zhí)行指令。如果是雙字節(jié)指令，則在同一機器周期的 s4 讀人第二字節(jié)。若為單字節(jié)指令，則在 51 期間仍進行讀，但所讀入的字節(jié)操作碼被忽略，且程序計數(shù)據(jù)也不加 1。在加結(jié)束時完成指令操作。多數(shù) STC89C52 指令周期為 1—2 個機器周期，只有乘法和除法指令需要兩個以上機器周期的指令，它們需 4 個機器周期。 對于雙字節(jié)單機器指令，通常是在一個機器周期內(nèi)從程序存儲器中讀人兩個字節(jié)，但 Movx指令例外， Movx指令是訪問外部數(shù)據(jù)存儲器的單字節(jié)雙機器周 期指令，在執(zhí)行 Movx指令期間，外部數(shù)據(jù)存儲器被訪問且被選通時跳過兩次取指操作。 STC89C52 單片機引腳介紹 STC89C52 單片機的 40 個引腳中有 2 個專用于主電源引腳， 2 個外接晶振的引腳， 4 個控制或與其它電源復(fù)用的引腳，以及 32 條輸入輸出 I/O 引腳。 下面按