【文章內(nèi)容簡介】 塊。 系統(tǒng)設(shè)計整體框圖見圖 31。 圖 31 系統(tǒng)原理框圖 單片機簡介 現(xiàn)代計算機技術(shù)的產(chǎn)業(yè)革命，將世界經(jīng)濟從資本經(jīng)濟帶入到知識經(jīng)濟時代。在電子世界領(lǐng)域，從 20 世紀(jì)中的無線電時代也進入到 21 世紀(jì)以計算機技術(shù)為中心的智能化現(xiàn)代電子系統(tǒng)時代?，F(xiàn)代電子系統(tǒng)的基本核心是嵌入式計算機系統(tǒng)（簡稱嵌入式系統(tǒng)），而單片機是最典型、最廣泛、最普及的嵌入式系統(tǒng)。 嵌入式系統(tǒng)源于計算機的嵌入式應(yīng)用，早期嵌入式系統(tǒng)為通用計算機經(jīng)改裝后嵌入到對象體系中的各種電子系統(tǒng)，如艦船的自動駕駛 儀，輪機監(jiān)測系統(tǒng)等。嵌入式系統(tǒng)首先是一個計算機系統(tǒng)，其次它被嵌入到對象體系中、在對象體系中實現(xiàn)對象要求的數(shù)據(jù)采集、處理、狀態(tài)顯示、輸出控制等功能，由于嵌入在對象體系中，嵌入式系統(tǒng)的計算機沒有計算機的獨立形式及功能。單片機完全是按照嵌入式系統(tǒng)要求設(shè)計的，因此單片機是最典型的嵌入式系統(tǒng)。早期的單片機只是按嵌入式應(yīng)用技術(shù)要求設(shè)計的計算機單芯片集成，故名單片機。隨后，單片機為滿足嵌入式應(yīng)用要求不斷增強其控制功能與外圍接口功能，尤其是突出控制功能，因此國際上已將單片機正名為微控制器（ MCU， Microcontroller Unit）。 世界電子元器件在嵌入式系統(tǒng)帶動下，沿著充分滿足嵌入式應(yīng)用的現(xiàn)代電子系統(tǒng)要求發(fā)展。這就使原來經(jīng)典電子系統(tǒng)的天地愈來愈小。電子系統(tǒng)中的各類從業(yè)人員應(yīng)盡早轉(zhuǎn)向徐州工 程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 7 現(xiàn)代電子系統(tǒng)的康莊大道 [8]。 AT89C51單片機簡介 AT89C51 是一種帶 4K 字節(jié) FLASH 存儲 器 （ FPEROM—Flash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓、高性能 CMOS 8 位微處理器，俗稱單片機。 AT89C51是一種帶 2K 字節(jié)閃存可編程可擦除只讀存儲器的 單片機。單片機的可擦除只讀存儲器可以反復(fù)擦除 1000 次。該器件采用 ATMEL 高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 MCS51 指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能 8 位 CPU 和閃爍存儲器組合在單個芯片中， ATMEL 的 AT89C51 是一種高效微控制器， AT89C51 是它的一種精簡版本 ，其 外形及 引腳見圖 32。 圖 32 AT89C51外形及 引腳 圖 AT89C51單片機引腳介紹 其各自引腳功能如下： VCC：供電電壓。 GND：接地。 P0 口 ： P0 口為一個 8 位漏級開路雙向 I/O 口，每腳可 吸收 8TTL 門電流。當(dāng) P0口的管腳第一次寫 1 時，被定義為高阻輸入。 P0 能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù) /地址的第八位。在 FIASH編程時， P0 口作為原碼輸入口，當(dāng) FIASH進行校驗時， P0 輸出原碼，此時 P0 外部必須被拉高。 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。 P1 口管腳寫入 1 后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入， P1 口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在 FLASH 編程和校驗時，徐州工 程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 8 P1 口作為第八位地址接收。 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信號和控制信號。 P3 口 ： P3 口管腳是 8 個 帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O 口，可接收輸出 4 個 TTL 門電流。當(dāng) P3 口寫入 “1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平， P3 口將輸出電流（ ILL）這是由于上拉的緣故。 P3 口也可作為 AT89C51 的一些特殊功能口，如下所示： RXD（串行輸入口） TXD（串行輸出口） /INT0（外部中斷 0） /INT1（外部中斷 1） T0（記時器 0 外部輸入） T1（記時器 1 外部輸入） /WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫 選通） /RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通） P3 口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。 RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時，要保持 RST 腳兩個機器周期的高電平時間。 ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在 FLASH 編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時， ALE 端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的 1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個ALE 脈沖。如想禁止 ALE 的輸出可在 SFR8EH 地址上置 0。此時， ALE 只有在執(zhí)行 MOVX， MOVC 指令是 ALE 才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài) ALE 禁止，置位無效。 /PSEN：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機器周期兩次 /PSEN 有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的 /PSEN 信號將不出現(xiàn)。 /EA/VPP：當(dāng) /EA 保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（ 0000HFFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲器。注意加密方式 1 時， /EA 將內(nèi)部鎖定為 RESET；當(dāng) /EA徐州工 程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 9 端保持高電平時，此間內(nèi)部程序存儲器。在 FLASH 編程期間，此引腳也用于施加 12V編程電源（ VPP）。 XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。 XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。 振蕩器特性 : XTAL1 和 XTAL2 分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時鐘源驅(qū)動器件， XTAL2 應(yīng)不接。有余輸入至內(nèi)部時鐘信號要通過一個二分頻觸發(fā)器，因此對外部時鐘信號的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度 [9]。 AT24C02簡介 AT24C02是一個 2K位串行 CMOSE2PROM，內(nèi)含有 256個 8位字節(jié)， CATALYST公司的先進 CMOS技術(shù)實質(zhì)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 IC總線接口進行操作，有一個專門寫保護功能。 管腳配置 管腳封裝如圖 33所示。 圖 33 AT24C02引腳 極限參數(shù) 工作溫度工業(yè)級 55℃ +125℃ 商業(yè)級 0℃ +75℃ 貯存溫度 65℃ +150℃ 各管腳承受電壓 2V+2V Vcc管腳承受電壓 + 封裝功率損耗（ Ta=25℃ ） 焊接溫度（ 10秒） 300℃ 輸出短路電流 100mA A0 Vcc A1 Wp A2 scl GND sdl 徐州工 程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 10 表 31 可靠性參數(shù) 功能描述 AT24C02支持 IC總線數(shù)據(jù)傳送協(xié)議，總線協(xié)議規(guī)定任何將數(shù)據(jù)傳送到總線的器件作為發(fā)送器。任何從總線收數(shù)據(jù)的器件為接收器。數(shù)據(jù)傳送是有由產(chǎn)生串行時鐘和所有起始停止信號的主器件控制。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 AT24C02器件連接到總線。 管腳描述 表 32 管腳描述 管 腳名稱 功能 A0 A1 A2 器件地址選擇 SDA 串行數(shù)據(jù) /地址 SCL 串行時鐘 WP 寫保護 Vcc + Vss 地 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 AT24C02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）。 A0， A1， A2器件地址輸入端 這些輸入腳用于多個器件級聯(lián)時設(shè) 置器件地址，當(dāng)這些腳懸空時默認(rèn)值為 AT24C02時最大可級聯(lián) 8個器件。如果只有一個 AT24C02被總線尋找，這三個地址輸入腳（ A0， A1， A2）可懸空或連接到 Vss，如果只有一個 AT24C02被總線尋找，這三個地址輸入腳（ A0， A1， A2）必須連接到 Vss。 符號 參數(shù) 最小 最大 單位 參考測試模式 NEND 耐久性 1000000 周期 /字節(jié) MILSTD883測試方法1033 TDR 數(shù)據(jù)保存時間 100 年 MILSTD883測試方法1008 VZAP ESD 2020 V MILSTD883測試方法3015 ILTH 上拉電流 100 mA JEDE標(biāo)準(zhǔn) 17 徐州工 程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 11 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(dāng) WP管腳連接到 Vss或懸空，允許器件進行正常的讀寫操作 [5]。 LCD1602 液晶顯示模塊 LCD1602 液晶模塊采用 HD44780 控制器。 HD44780 具有簡單而 功能較強的指令集，可以實現(xiàn)字符移動、閃爍等功能。 LM016L 與單片機 MCU（ Microcontroller Unit）通訊可采用 8位或者 4位并行傳輸兩種方式。 HD44780 控制器由兩個 8位寄存器、指令寄存器（ IR）和數(shù)據(jù)寄存器 （ DR）、忙標(biāo)志（ BF）、顯示數(shù)據(jù) RAM（ DDRAM）、字符發(fā)生器 ROM（ CGROM）、字符發(fā)生器 RAM（ CGRAM）、地址計數(shù)器（ AC）。 IR 用于寄存指令碼，只能寫入不能讀出； DR 用于寄存數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)由內(nèi)部操作自動寫入 DDRAM 和 CGRAM，或者暫存從DDRAM 和 CGRAM 讀出 的數(shù)據(jù)。 BF 為 1 時，液晶模塊處于內(nèi)部處理模式，不響應(yīng)外部操作指令和接受數(shù)據(jù)。 DDRAM 用來存儲顯示的字符，能存儲 80 個字符碼。 CGROM 由 8位字符碼生成 5*7 點陣字 符 160 種和 5*10 點陣字符 32 種， CGRAM 是為用戶編寫特殊字符留用的，它的容量僅 64 字節(jié)?？梢宰远x 8 個 5*7 點陣字符或者 4 個 5*10 點陣字符。AC 可以存儲 DDRAM 和 CGRAM 的地址，如果地址碼隨指令寫入 IR，則 IR 自動把地址碼裝入 AC，同時選擇 DDRAM 或者 CGRAM 單元 [13]。 LCD1602 的結(jié)構(gòu)及功能 LCD1602 液 晶模塊的引腳見圖 34。 圖 34 LCD1602 LCD1602 液晶模塊的引腳功能見表 33。 表 33 LCD1602 引腳說明 引腳 符號 功能說明 1 VSS 一般接地 2 VDD 接電源 （ +5V） 3 VEE 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 4 RS 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。 5 RW R/W 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。 6 E E（ 或 EN） 端為使能 （ enable） 端， 下降沿使能。 徐州工 程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 12 續(xù)表 33 7 D0 底 4 位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 0 位 （ 最低位 ） 8 D1 底 4 位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 1 位 9 D2 底 4 位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 2 位 10 D3 底 4 位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 3 位 11 D4 高 4 位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 4 位 12 D5 高 4 位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 5 位 13 D6 高 4 位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 6 位 14 D7 高 4 位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 7 位（最高位）（也是 busy flag） 寄存器選擇控制 見表 34。 表 34 寄存器選擇控制表 RS R/W 操作說明 0 0 寫入指令寄存器 （ 清除屏等 ） 0 1 讀 busy flag（ DB7），以及讀取位址計數(shù)器（ DB0~DB6）值 1 0 寫入數(shù)據(jù)寄存器 （ 顯示各字型等 ） 1 1 從數(shù)據(jù)寄存器讀取數(shù)據(jù) 注：關(guān)于 E=H 脈沖 —開始時初始化 E 為 0，然后置 E 為 1，再清 0。 busy flag（ DB7） ：在此位為