【文章內(nèi)容簡介】 問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的 /PSEN 信號(hào)將不出現(xiàn)。 EA/VPP：當(dāng) /EA 保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)（ 0000HFFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。注意加密方式 1 時(shí)， /EA 將內(nèi)部鎖定為 RESET；當(dāng)/EA 端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。在 FLASH 編程期間，此引腳也用于施加 12V 編程電源（ VPP） 【 2】 。 第 10 頁 /共 30 頁 系統(tǒng)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖 根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求和設(shè)計(jì)思路，確定該系統(tǒng)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖。如圖 所示。硬件電路主要由 MCU 微處理控制器單元、 DS1302 時(shí)鐘電路、儲(chǔ)存器、復(fù)位電路、晶振電路、 LCD1602 液晶顯示模塊構(gòu)成。 圖 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖設(shè)計(jì) 3 數(shù)字鐘的硬件設(shè)計(jì) 從上面的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖來看，一個(gè)完整的數(shù)字鐘的由中央處理器（單片機(jī)）及其外圍電路組成。其外圍電路包括晶振電路、復(fù)位電路、時(shí)鐘電路、鍵盤控制電路、電源供電電路及液晶顯示電路等電路。下面來分別介紹各部分的硬件部分。 第 11 頁 /共 30 頁 單片機(jī)電路 單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì) 下面通過單片機(jī)的最小系統(tǒng)來說明單片機(jī)的運(yùn)作情況以及其外圍所必須的電路，以便為數(shù)字鐘設(shè)計(jì)的單片機(jī)打下基礎(chǔ)。其最小系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如下 : 圖 31 單片機(jī)最小系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖 由上面的最小系統(tǒng)圖很容易看出： 單片機(jī)的最小系統(tǒng)是由電源、復(fù)位、晶振、 /EA=1組成，下面介紹一下每個(gè)組成部分。 電源引腳； Vcc 40 電源端 GND 20 接地端 工作電壓為 5V，另有 AT89LV51 工作電壓則是 , 引腳功能一樣。 外接晶體引腳； 第 12 頁 /共 30 頁 圖 32 晶振連接的內(nèi)部、外部方式圖 XTAL1是片內(nèi)振蕩器的反相放大器輸入端， XTAL2則是輸出端，使用外部振蕩器時(shí)，外部振蕩信號(hào)應(yīng)直接加到 XTAL1，而 XTAL2懸空。內(nèi)部方式時(shí)，時(shí)鐘發(fā)生器對(duì)振蕩脈沖二分頻，如晶振為 12MHz，時(shí)鐘頻率就為 6MHz。晶振的頻率可以在 1MHz24MHz 內(nèi)選擇。電容取 30PF 左右。系統(tǒng)的時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)是采用的內(nèi)部方式，即利用芯片內(nèi)部的振蕩電路。 AT89 單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器。引腳 XTAL1 和 XTAL2 分別是此放大器的輸入端和輸出端。這個(gè)放大器與作為反饋元件的片外晶體諧振器一起構(gòu)成一個(gè)自激振蕩器。外接晶體諧振器以及電容 C1 和 C2 構(gòu)成并聯(lián)諧振電路，接在放大器的反饋回路中。對(duì)外接電容的值雖然沒有嚴(yán)格的要求，但電容的大小會(huì)影響震蕩器頻率的高低、震蕩器的穩(wěn)定性、起振的快速性和溫度的穩(wěn)定性。因此，此系統(tǒng)電路的晶體振蕩器的值為 12MHz，電容應(yīng)盡可能的選擇陶瓷電容，電 容值約為 22μF。在焊接刷電路板時(shí)，晶體振蕩器和電容應(yīng)盡可能安裝得與單片機(jī)芯片靠近，以減少寄生電容，更好地保證震蕩器穩(wěn)定和可靠地工作。 復(fù)位 RST9； 在振蕩器運(yùn)行時(shí)，有兩個(gè)機(jī)器周期（ 24 個(gè)振蕩周期）以上的高電平出現(xiàn)在此引腿時(shí)，將使單片機(jī)復(fù)位，只要這個(gè)腳保持高電平， 51 芯片便循環(huán)復(fù)位。復(fù)位后 P0－ P3口均置 1引腳表現(xiàn)為高電平，程序計(jì)數(shù)器和特殊功能寄存器 SFR 全部清零。當(dāng)復(fù)位腳由高電平變?yōu)榈碗娖綍r(shí)，芯片為 ROM 的 00H 處開始運(yùn)行程序。復(fù)位是由外部的復(fù)位電路來實(shí)現(xiàn)的。片內(nèi)復(fù)位電路是復(fù)位引腳 RST 通過一個(gè)斯密 特觸發(fā)器與復(fù)位電路相連，斯密特觸發(fā)器用來抑制噪聲，它的輸出在每個(gè)機(jī)器周期的 S5P2，由復(fù)位電路采樣一次。復(fù)位電路通常采用上電自動(dòng)復(fù)位和按鈕復(fù) 第 13 頁 /共 30 頁 位兩種方式，此電路系統(tǒng)采用的是上電與按鈕復(fù)位電路。當(dāng)時(shí)鐘頻率選用 6MHz時(shí)， C 取 22μF， Rs 約為 200Ω， Rk約為 1K。復(fù)位操作不會(huì)對(duì)內(nèi)部 RAM 有所影響 【 3】 。 輸入輸出引腳 (上面已有所提到，這里再強(qiáng)調(diào)下 )； (1)P0 端口 []P0 是一個(gè) 8 位漏極開路型雙向 I/O 端口，端口置 1（對(duì)端口寫 1）時(shí)作高阻抗輸入端。作為輸出口時(shí)能驅(qū)動(dòng) 8個(gè) TTL。 對(duì)內(nèi)部 Flash 程序存儲(chǔ)器編程時(shí)，接收指令字節(jié) 。校驗(yàn)程序時(shí)輸出指令字節(jié)，要求外接上拉電阻。 在訪問外部程序和外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)， P0 口是分時(shí)轉(zhuǎn)換的地址 (低 8位 )/數(shù)據(jù)總線，訪問期間內(nèi)部的上拉電阻起作用。 (2)P1端口 [－ ]P1 是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的 8位雙向 I/0 端口。輸出時(shí)可驅(qū)動(dòng) 4個(gè) TTL。端口置 1時(shí)，內(nèi)部上拉電阻將端口拉到高電平，作輸入用。 對(duì)內(nèi)部 Flash 程序存儲(chǔ)器編程時(shí)，接收低 8位地址信息。 (3)P2端口 [－ ]P2 是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的 8位雙向 I/0 端口。輸出時(shí)可驅(qū)動(dòng) 4個(gè) TTL。端口置 1時(shí)，內(nèi)部上拉電阻將端口拉到高電平，作輸入用。對(duì)內(nèi)部 Flash 程序存儲(chǔ)器編程時(shí)，接收高 8位地址和控制信息。 在訪問外部程序和 16位外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)， P2口送出高 8位地址。而在訪問 8 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)其引腳上的內(nèi)容在此期間不會(huì)改變。 (4)P3端口 [－ ]P2 是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的 8位雙向 I/0 端口。輸出時(shí)可驅(qū)動(dòng) 4個(gè) TTL。端口置 1時(shí)，內(nèi)部上拉電阻將端口拉到高電平，作輸入用 【 5】 。 晶振電路 每個(gè)單片機(jī)系統(tǒng)里都有晶振，全程是叫晶體震蕩器，在單片機(jī)系統(tǒng)里晶振的作用非常 大，他結(jié)合單片機(jī)內(nèi)部的電路，產(chǎn)生單片機(jī)所必須的時(shí)鐘頻率，單片機(jī)的一切指令的執(zhí)行都是建立在這個(gè)基礎(chǔ)上的，晶振的提供的時(shí)鐘頻率越高，那單片機(jī)的運(yùn)行速度也就越快。 第 14 頁 /共 30 頁 晶振用一種能把電能和機(jī)械能相互轉(zhuǎn)化的晶體在共振的狀態(tài)下工作，以提供穩(wěn)定，精確的單頻振蕩。在通常工作條件下，普通的晶振頻率絕對(duì)精度可達(dá)百萬分之五十。高級(jí)的精度更高。有些晶振還可以由外加電壓在一定范圍內(nèi)調(diào)整頻率，稱為壓控振蕩器（ VCO）。 晶振的作用是為系統(tǒng)提供基本的時(shí)鐘信號(hào)。通常一個(gè)系統(tǒng)共用一個(gè)晶振，便于各部分保持同步。有些通訊系統(tǒng)的基頻和射頻使用不同 的晶振，而通過電子調(diào)整頻率的方法保持同步 【 3】 。 晶振通常與鎖相環(huán)電路配合使用，以提供系統(tǒng)所需的時(shí)鐘頻率。如果不同子系統(tǒng)需要不同頻率的時(shí)鐘信號(hào)，可以用與同一個(gè)晶振相連的不同鎖相環(huán)來提供。 在本設(shè)計(jì)中， AT89C51 單片機(jī)在工作時(shí)需要外部提供時(shí)鐘信號(hào)，因此，本設(shè)計(jì)選擇在其 18 腳 19腳之間接上 12MHz 的晶振，為單片機(jī)提供 1μ s的機(jī)器振蕩周期。其 電路 連接圖 如圖所示。 在 圖中，電容器 起穩(wěn)定振蕩頻率、快速起振的作用，其電容值一般在 20～ 50pF。 圖 33 晶振電路圖 復(fù)位電路 復(fù)位電路的基本功能是：系統(tǒng)上電時(shí)提供復(fù)位信號(hào)，直至系統(tǒng)電源穩(wěn)定后，撤銷復(fù)位信號(hào)。為可靠起見，電源穩(wěn)定后還要經(jīng)一定的延時(shí)才撤銷復(fù)位信號(hào)， 以防電源開關(guān)或電源插頭分 合過程中引起的抖動(dòng)而影響復(fù)位。 常見的復(fù)位電路有下面幾種 【 3】 ： 第 15 頁 /共 30 頁 圖 34 常見復(fù)位電路圖 在該數(shù)字鐘的設(shè)計(jì)中， AT89C51 單片機(jī)中的振蕩器運(yùn)行時(shí)， RST 引腳上保持到少 2個(gè)機(jī)器周期的高電平輸入信號(hào)，復(fù)位過程即可完成。根據(jù)此原理，本設(shè)計(jì)采用上電復(fù)位和按鍵復(fù)位嵌套在系統(tǒng)中，增強(qiáng)了系統(tǒng)的實(shí)用性。 實(shí) 時(shí)時(shí)鐘電路 本設(shè)計(jì)使用的實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路芯片 是美國 DALLAS 公司 生產(chǎn) 的一種高性能、低功耗、帶 RAM 的實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路 芯片 DS1302，其 引腳 如圖 35 所 示 。 VCC1為后備電源， VCC2 為主電源。在主電源關(guān)閉的情況下，也能保持時(shí)鐘的連續(xù)運(yùn)行。 DS1302 由 VCC1 或 VCC2 兩者中的較大 者供電 ； 當(dāng) VCC2 大于 VCC1＋ 時(shí) ， VCC2 給DS1302 供電 ； 當(dāng) VCC2 小于 VCC1 時(shí) ， DS1302 由 VCC1 供電。 X1 和 X2是振蕩源 ， 外接 晶振 。 RST 是復(fù)位 /片選線，通過把 RST 輸 入驅(qū)動(dòng)置高電平 來啟動(dòng)所有的數(shù)據(jù)傳送。 圖 35 引腳圖 RST 輸入有兩種功能 。 首先， RST 接通控制邏輯，允許地址 /命令序列送入移位寄 存器；其次， RST 提供終止單字節(jié)或多字節(jié)數(shù)據(jù)的傳送手段。當(dāng) RST 為高電平 時(shí)，所有的數(shù)據(jù)傳送被初始化，允許對(duì) DS1302 進(jìn)行操作。 第 16 頁 /共 30 頁 如果在傳送過程中 RST 置為低電平，則會(huì)終止此次數(shù)據(jù)傳送， I/O 引腳變?yōu)楦咦钁B(tài)。上電運(yùn)行時(shí)在 Vcc≥ 之前， RST 必須保持低電平。只有在 SCLK 為低電平時(shí)，才能將 RST 置為高 電平。 I/O 為串行數(shù)據(jù)輸入輸出端 (雙向 )， SCLK始終是輸入端。 本設(shè)計(jì) 入端。 本設(shè)計(jì)連接圖如圖 所示，其中 C1 和 C2 起微調(diào)晶振的作用 【 4】 。 鍵盤控制電路 該設(shè)計(jì)需要校對(duì)時(shí)間，所以用三個(gè)按鍵來實(shí)現(xiàn)。按 時(shí)按鈕 來調(diào)節(jié)小時(shí)的時(shí)間，按 分按鈕 來調(diào)節(jié)分針的時(shí)間，按 秒按鈕 來調(diào)節(jié)秒的時(shí)間。下圖是按鍵硬件連接圖。 圖 36 按鍵控制電路的硬件連接圖 當(dāng)用手按下一個(gè)鍵時(shí)，如圖 37 所示，往往按鍵在閉合位置和斷開位置之間跳幾下才穩(wěn)定到閉合狀態(tài)的情況；在釋放一個(gè)鍵時(shí)，也回會(huì)出現(xiàn) 類似的情況。這就是抖動(dòng)。抖動(dòng)的持續(xù)時(shí)間隨鍵盤材料和操作員而異，不過通?？偸遣淮笥?0ms。很容易想到，抖動(dòng)問題不解決就會(huì)引起對(duì)閉合鍵的識(shí)別。用軟件方法可以很容易地解決抖動(dòng)問題，這就是通過延遲 10ms 來等待抖動(dòng)消失，這之后，再讀入鍵盤碼