【文章內(nèi)容簡介】 12346578RST(VPD)9(RXD)10(TXD)11(INT0)12(INT1)13(T0)14(T1)15(WR)16(RD)17XTAL218XTAL119GND20VCC403938373635343332EA/VDD31ALE/PROG30PSEN292827262524232221U1STC89C52GND1VCC2VO3RS4R/W5E6DB07DB18DB29DB310DB411DB512DB613DB714A15K16LCD15V5V10KR1Res Tap5VRSRWENRSRWBuzzer5V12Y112MC222pC322pR1110kC110uF5VS1SWPBDB0DB2DB3DB4DB5DB6DB7DB1123456781615141312111091KR2Res Pack35VDB0DB1DB2DB3DB4DB5DB6DB7DwonSETUpYESENPWM1PWM2PWM3PWM4PWM5PWM6 第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計 7 10K。本設(shè)計中每個按鍵一端接地，另一端通過一個上拉電阻接到 VCC 上。 圖 按鍵設(shè)定電路 按鍵設(shè)定電路使得系統(tǒng)更加的人性化，通過分析本設(shè)計的需求，通過 4個按鍵即能完成本設(shè)計的設(shè)置需求。首先把按鍵輸入單片機端口設(shè)置為輸入模式，只需要讀取單片機 I/O 口，就可以獲得按鍵輸入到單片機的電平。由于系統(tǒng)供電 VCC 為 5V，當(dāng)按鍵未按下時，單片機的輸入端通過上拉電阻接到 VCC，單片機輸入端口的內(nèi)阻極大，所以，單片機輸入信號接近VCC 電源電壓，恒為高電平。當(dāng)有按鍵按下時單片機的輸入端迅速和地短接 ，輸入電平迅速拉低為低電平。單片機通過實時掃描鍵盤的電平即能判斷出是否有按鍵按下。通過讀出按鍵的電平信號而執(zhí)行相應(yīng)的程序完成人機交互的目的。 LCD1602 顯示電路 圖 LCD1602 液晶 如圖 所示為 LCD1602 液晶，此液晶屬于工業(yè)字符型液晶，能夠同時顯示 32 個字符。（ 16 列 2 行） 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 5 7 或者 5 11 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，正因為如此所以它不能5VR310kGNDS3SWPBR410kS2SWPBR510kS5SWPBR610kS4SWPBSETUpDwonYES安康學(xué)院本科生畢業(yè)論文（設(shè)計） 8 很好地顯示圖形（用自定義 CGRAM，顯示效果也不好） [3]。 1602 是指顯示的內(nèi)容為 16 2,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）。 目前市面上字符液晶絕大多數(shù)是基于 HD44780 液晶芯片的，控制 原理是完全相同的，因此基于 HD44780 寫的控制程序可以很方便地應(yīng)用于市面上大部分的字符型液晶。 1602 采用標(biāo)準(zhǔn)的 16 腳接口，其中： 第 1 腳： VSS 為 電源地 第 2 腳： VCC 接 5V電源正極 第 3 腳： V0 為液晶顯示器對比度調(diào)整端，接正電源時對比度最弱，接地電源時對比度最高（對比度過高時會 產(chǎn)生“鬼影”，使用時可以通過一個 10K 的電位器調(diào)整對比度）。 第 4 腳： RS 為 寄存器 選擇，高電平 1 時選擇 數(shù)據(jù)寄存器 、低電平 0 時選擇 指令寄存器 。 第 5 腳： RW 為讀寫信號線，高電平 (1)時進行讀操作，低電平 (0)時進行寫操作。 第 6 腳： E(或 EN)端為使能 (enable)端。 第 7～ 14 腳： D0～ D7 為 8 位雙向數(shù)據(jù)端 。 第 15～ 16 腳： 空腳 或背燈電源。 15 腳背光正極， 16 腳背光負(fù)極。 如圖 所示為 LCD1602 液晶顯示電路，因控制器單元 STC89C52 的P0端口帶載比較差，需要外接上拉電阻。其中，電位器 R1用來調(diào)節(jié) LCD1602的背光亮度，輸入到 LCD1602 的 V0 端電壓越大， LCD1602 的背光越亮。 圖 LCD1602 液晶顯示電路 本設(shè)計中液晶主要用于顯示系統(tǒng)設(shè)置信息和各路 PWM占空比等信號。GND1VCC2VO3RS4R/W5E6DB07DB18DB29DB310DB411DB512DB613DB714A15K16LCD1GNDVCC10KR1Res TapGNDVCCGNDRSRWEN 第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計 9 由于 液晶顯示以及程序設(shè)計靈活，可以省去數(shù)碼管顯示的繁瑣操作 [4]。同時液晶顯示更加人性化，且現(xiàn)在液晶成本低廉，在本設(shè)計中是一個很好的選擇。圖中單片機的 P0 口作為液晶顯示的數(shù)據(jù)端口。由于 51 單片機設(shè)計者為了滿足多電平的兼容性。在設(shè)計時 P0 口作輸出時，設(shè)計為集電極開路輸出，因此本設(shè)計作為液晶的數(shù)據(jù)端口， P0 口輸出增加上拉電 R2 將 P0 口輸出上拉至 VCC。以保證單片機輸出 1 時，液晶數(shù)據(jù)口接收到的信號為高電平。 電源電路設(shè)計 本設(shè)計中電源部分采用線性電源，所接電源為 220V交流市電。通過工頻變壓器將電壓降壓到 9V后 ，整流濾波為直流電，然后再經(jīng)過 5V的三端穩(wěn)壓器將電壓穩(wěn)定為 5V的直流電壓輸出整個系統(tǒng)供電。電源電路如圖 所示。 圖 系統(tǒng)電源電路 LED 驅(qū)動電路設(shè)計 由于 LED 是特性敏感的半導(dǎo)體 元件 ， 同時 有負(fù)溫度特性， 所以 在應(yīng)用的 過程對其需要進行工作狀態(tài)穩(wěn)定和保護。 對于 LED 來說，其 對驅(qū)動 電路的要求 十分的 苛刻， LED 不像普通的白熾燈泡，可以直接連接交流市電220V。 LED 必須是 2～ 3V的低電壓驅(qū)動， 同時 要設(shè)計 出 復(fù)雜變換電路，用途不同的 LED 燈， 需 配備不同 電壓等級 的電源適配器。 當(dāng)前 市場上國外客戶對 LED 驅(qū) 動電源的電源壽命、效率轉(zhuǎn)換、恒流精度、有效功率、電磁兼容 等 要求都非常高，設(shè)計一款好的 驅(qū)動電路 必須要考慮這些綜合因數(shù) 。本設(shè)計中 LED 驅(qū)動電路如圖 所示。為了觀察方便，本設(shè)計中選用的 LED為普通白光 LED。該 LED 的額定驅(qū)動電流為 20mA，當(dāng)電流大于 20mA 后LED 就會迅速發(fā)熱從而損壞。為了保護 LED 的正常工作，本設(shè)計在 LED驅(qū)動電路中增加了一個 330? 的電阻限流。由于單片機端口輸出驅(qū)動能力Q4PNPVCCR16330D6LED1GNDQ3PNPVCCR21330D5LED1GNDQ2PNPVCCR20330D4LED1GNDPWM1PWM2PWM3R251kR261kR271kQ5PNPVCCR15330D7LED1GNDQ7PNPVCCR17330D9LED1GNDQ6PNPVCCR18330D8LED1GNDPWM4PWM5PWM6R281kR291kR301k安康學(xué)院本科生畢業(yè)論文（設(shè)計） 10 有限，所以 LED 不能直接加載到控制器輸出端口，必須在 LED 和控制器之間增加 一級緩沖。在此采用 PNP 三極管作為驅(qū)動緩沖放大器，三級管的基極通過限流 1k 限流電阻與控制器 I/O 相連接。當(dāng)控制器輸出低電平時，PNP 三級管導(dǎo)通， LED 通過限流電阻從 VCC 獲取電流點亮。本設(shè)計中 VCC采用 5VDC 電壓。 圖 LED 驅(qū)動電路 單片機介紹 單片機俗稱片上控制系統(tǒng)，屬于微型計算機，是計算機一個重要的分支，同時，它也是當(dāng)前最具生命力的一類機。片上微型計算機簡稱單片機又名微處理器，它適用于控制領(lǐng)域，故又被稱作為微控制器。通常，單片機是由單塊集成電路芯片構(gòu)成，內(nèi)部除了集成有計算機的基本功能 單元：中央處理器、存儲器和 I/O 接口電路等以外。它還集成有定時器，外部比較器，數(shù)模，模數(shù)轉(zhuǎn)換器等外設(shè)單元 [5]。因此，單片機只需要和適當(dāng)?shù)能浖巴獠吭O(shè)備相結(jié)合，便可成為一個單片機的片上控制系統(tǒng)。 STC89C52 是 51 系列單片機的典型產(chǎn)品，在單片機內(nèi)部包含了程序存儲器 (ROM)， CPU，數(shù)據(jù)隨機存儲器 (RAM)、定時器 /計數(shù)器，并行、串行接口和中斷服務(wù)系統(tǒng)等幾大單元及地址總線、數(shù)據(jù)總線、和控制總線三大總線系統(tǒng)。整個單片機的核心部件是中央處理器 (CPU)單元，該處理器屬于8 位數(shù)據(jù)寬度的處理器，能并行處理 8 位二 進制數(shù)據(jù)或代碼，控制器中，CPU 負(fù)責(zé)控制和調(diào)度整個單元系統(tǒng)協(xié)調(diào)的工作，完成運算和控制輸入輸出功能等操作。片內(nèi)包含兩個 16 位的可編程定時 /計數(shù)器，以實現(xiàn)定時或計數(shù)產(chǎn)生中斷用于控制程序轉(zhuǎn)向。片上共有 4 組 8 位 I/O 口 (P0、 P P2 或P3)，用于對外部數(shù)據(jù)的傳輸。具備較完善的中斷功能，有兩個外中斷、兩12P8220V 交流市電Vin VoutGNDVR1Volt RegC6470uFC410uFC5GND5VAC2V+1AC4V3D4Bridge2T1Trans CuplS6SWDPSTC7 第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計 11 個定時 /計數(shù)器中斷和一個串行中斷，可滿足不同的控制要求，并具有 2 級的優(yōu)先級別選擇。 STC89C52 是一種帶 4K 字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀（ FPEROM— Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能 CMOS8位微處理器，俗稱單片機。此芯片采用 STC 公司高密度非易失存儲器技術(shù)制造，屬于工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 MCS51 精簡指令指令系統(tǒng)同時其端口互相兼容。STC 的 STC89C52 屬于業(yè)界的一種高效率的微控制器，它為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活和高性價比的設(shè)計方案。 如圖 所示是常用的一種單片機，型號為 STC89C52，它將計算機的功能都集成到這個芯片內(nèi)部去了，就這么一個小小的芯片就能構(gòu)成一臺小型的電腦，因此叫做單片機。 它有 40 個管腳，分成兩排，每一排各 有 20 個腳，其中左下角標(biāo)有箭頭的為第 1 腳，然后按逆時針方向依次為第 2 腳、第 3 腳??第 40 腳。在 40個管腳中，其中有 32 個腳可用于各種控制，比如控制小燈的亮與滅、控制電機的正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)、控制電梯的升與降等，這 32 個腳叫做單片機的“端口”，在單片機技術(shù)中，每個端口都有一個特定的名字，比如第一腳的那個端口叫做“ ”。 圖 STC89C52 管腳分布 ① VCC：供電電壓 ② GND：接地。 ③ P0 口： P0 口為一個 8 位漏級開路雙向 I/O口，每 pin可吸收來至 8TTL門的灌電流。 P0 口的管腳在寫 1 時，由于漏極 的開路結(jié)構(gòu)使其被定義為高阻輸入。 P0 可被用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器端口，它可以被定義為地址 /數(shù)據(jù)安康學(xué)院本科生畢業(yè)論文（設(shè)計） 12 的第 8bit。對 FIASH 編程時， P0 作為原碼輸入口，對 FIASH 采取校驗時，P0 輸出原碼，此時 P0 必須在外部通過外加上拉電阻被拉高。 ④ P1 口： P1 口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P1 口緩沖器能接收輸出 4TTL 門電流。 ⑤ P2 口： P2 口為一個內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 口 緩沖器可接收，輸出 4 個 TTL 門電流，當(dāng) P2 口被寫“ 1”時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時， P2 口的 管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。 P2 口當(dāng)用于外部程序存儲器或 16 位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時， P2 口輸出地址的高八位。在給出地址“ 1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時， P2 口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。 P2 口在 FLASH 編程和校驗時接收高八位地址