【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 早的設(shè)計(jì)理念是通過(guò)將大量外圍設(shè)備和 CPU 集成在一個(gè)芯片中，使計(jì)算機(jī)系統(tǒng)更小，更容易 集成進(jìn)復(fù)雜的而對(duì)提及要求嚴(yán)格的控制設(shè)備當(dāng)中。 INTEI 公司的 Z80 單片機(jī)便是最早的用這種想法設(shè)計(jì)出來(lái)的處理器，至此之后，專用的處理和單片機(jī)的發(fā)展便分道揚(yáng)鑣。 期的單片機(jī)都是 8 位或 4 位的。憑借簡(jiǎn)單可靠并且性能也不錯(cuò)獲得了眾多的號(hào)品，在這其中 INTEL 的 8031 是最成功的，此后 MCS51 系列單片機(jī)系統(tǒng)便是通過(guò) 8031 的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。基于這個(gè)系統(tǒng)， MCS51 單片機(jī)系統(tǒng)至今為止仍然被廣泛使用。漸漸的隨著工業(yè)控制領(lǐng)域的要求有所提高，出現(xiàn)了十六位的單片機(jī)，卻因?yàn)槭粏纹瑱C(jī)的性價(jià)比不是很理想所以并沒有得到廣泛的使用 。在 90 年代后期，隨著科學(xué)的發(fā)展和消費(fèi)電子產(chǎn)品的增多，單片機(jī)的技術(shù)獲得了質(zhì)的飛躍。隨著 INTEL 公司的 I960 系列單片機(jī)得到了廣泛的應(yīng)用，特別是 ARM 系列的應(yīng)用，十六位單片機(jī)在主流市場(chǎng)的高端地位立馬被三十二位單片機(jī)所取代。與此同時(shí)傳統(tǒng)的 8 位單片機(jī)的性能也有了質(zhì)的飛躍，相 北京理工大學(xué)珠海學(xué)院 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 7 對(duì) 80 年代來(lái)說(shuō)處理能力提高了數(shù)百倍。目前，性能和 90 年代中期的專用處理器相差不大的高端的 32 位單片機(jī)并且其主頻已經(jīng)超過(guò)了 300HZ，普通的型號(hào)出廠的價(jià)格跌落到1 美金，連最高的型號(hào)也不過(guò) 10 美金而已。現(xiàn)如今的單片機(jī)系統(tǒng)已經(jīng)不是單單的在裸機(jī)環(huán)境下 使用和開發(fā)，眾多的全系的單片機(jī)上已經(jīng)運(yùn)用到了專用的嵌入式操作系統(tǒng)。 STC89C52 是一種帶 8K 字節(jié)閃爍可編程可檫除只讀存儲(chǔ)器的低電壓，高性能COMOS8 的微處理器，俗稱單片機(jī)。 并且使用了 ATMEL 的技術(shù)通過(guò)高密度非易失性存儲(chǔ)器來(lái)制造，而且還和工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 MCS51 指令集和輸出管腳相兼容。 單片機(jī)總控制電路如下圖所示： 圖 1 單片機(jī)總控制電路 STC89C52 具體介紹如下： ① 主電源引腳（ 2 根） VCC(Pin40)：電源輸入，接＋ 5V 電源 GND(Pin20)：接地線 ② 外接晶振引腳（ 2 根） XTAL1(Pin19)：片內(nèi)振蕩電路的輸入端 XTAL2(Pin20)：片內(nèi)振蕩電路的輸出端 ③ 控制引腳（ 4 根） 北京理工大學(xué)珠海學(xué)院 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 8 RST/VPP(Pin9)：復(fù)位引腳，引腳上出現(xiàn) 2 個(gè)機(jī)器周期的高電平將使單片機(jī)復(fù)位。 ALE/PROG(Pin30)：地址鎖存允許信號(hào) PSEN(Pin29)：外部存儲(chǔ)器讀選通信號(hào) EA/VPP(Pin31)：程序存儲(chǔ)器的內(nèi)外部選通，接低電平從外部程序存儲(chǔ)器讀指令，如果接高電平則從內(nèi)部程序存儲(chǔ)器讀指令。 ④ 可編程輸入 /輸出引腳（ 32 根） STC89C52 單片機(jī)有 4 組 8 位的可編程 I/O 口，分別位 P0、 P P P3 口，每個(gè)口有 8 位（ 8 根引腳），共 32 根。 PO 口（ Pin39～ Pin32）： 8 位雙向 I/O 口線，名稱為 ～ P1 口（ Pin1～ Pin8）： 8 位準(zhǔn)雙向 I/O 口線，名稱為 ～ P2 口（ Pin21～ Pin28）： 8 位準(zhǔn)雙向 I/O 口線，名稱為 ～ P3 口（ Pin10～ Pin17）： 8 位準(zhǔn)雙向 I/O 口線，名稱為 ～ STC89C52 主要功能 如表 一 所示。 表 一 STC89C52 主要功能 主要功能特性 兼容 MCS51 指令系統(tǒng) 8K 可反復(fù)擦寫 Flash ROM 32 個(gè)雙向 I/O 口 256x8bit 內(nèi)部 RAM 3 個(gè) 16 位可編程定時(shí) /計(jì)數(shù)器中斷 時(shí)鐘頻率 024MHz 2 個(gè)串行中斷 可編程 UART 串行通道 2 個(gè)外部中斷源 共 6 個(gè)中斷源 2 個(gè)讀寫中斷口線 3 級(jí)加密位 低功耗空閑和掉電模式 軟件設(shè)置睡眠和喚醒功能 本章小結(jié) 本章主要介紹了此設(shè)計(jì)的所需要的中央控制電路所需的單片機(jī)進(jìn)行了對(duì)比與分析，最終選擇了 STC89C52 單片機(jī)作為中央控制電路，同時(shí)在又對(duì) STC89C52 單片機(jī)進(jìn)行了一些介 紹。接下來(lái)會(huì)將硬件的選擇以及設(shè)計(jì)詳細(xì)的介紹。 北京理工大學(xué)珠海學(xué)院 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 9 3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)方案 該系統(tǒng)由六部分組成： STC89C52RC 核心單片機(jī)，溫度采集電路，數(shù)碼管顯示電路，報(bào)警警電路，復(fù)位電路，晶振等，其中溫度采集主要由 DS18B20 組成，在短時(shí)間內(nèi)把熱力學(xué)溫度信號(hào)數(shù)字 ,送入單片機(jī)，由單片機(jī)控制顯示電路顯示，并且判斷是否達(dá)到設(shè)定溫度，若達(dá)到設(shè)定溫度，由單片機(jī)啟動(dòng)報(bào)警電路，報(bào)警。 圖 1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖 復(fù)位電路 由于單片機(jī)在復(fù)位短為高時(shí)系統(tǒng)復(fù)位，復(fù)位電路由一個(gè)阻值為 4K 和一個(gè) 150 歐的電阻分壓得到低電平，經(jīng) 74LS14 濾波整形反向后得到高電平使系統(tǒng)上電復(fù)位。復(fù)位電路圖如圖 23。 主 控 制 器 溫度顯示器 （液晶顯示屏） 多路溫度采集 （ DS18B20） 報(bào)警控制電路 （發(fā)光二極管） 輸入控制電路 （按鍵） 北京理工大學(xué)珠海學(xué)院 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 10 圖 23 復(fù)位電路 在管腳 1 處的電壓為 V1 VVRRRVV cc)4 0 0 01 5 0(1 5 05)( 1615151?????????? 式 （ 21） 當(dāng)電平低于 視為低電平，高于 視為高電平。管腳 1 處的 電壓經(jīng)反向后變成 5V 高電平。 開關(guān)閉合的時(shí)候同時(shí)也閉合了電容 C4 充電，穩(wěn)定了復(fù)位腳的電平。為保證復(fù)位電路能夠正常的進(jìn)行工作，在設(shè)計(jì)電路的時(shí)候必須在開關(guān)斷開時(shí)有給電容 C4 的放電回路，故加一 IN4148 做泄放二極管。電容 C5 主要是為了抑制開關(guān)動(dòng)作時(shí)在閉合瞬間產(chǎn)生的尖峰脈沖對(duì)整個(gè) 設(shè)計(jì)系統(tǒng)的沖擊，同理也是起到了減少電路干擾的作用。 時(shí)鐘電路 時(shí)鐘電路對(duì)于單片機(jī)來(lái)說(shuō)是很重要的，就等同與我們?nèi)祟惖男呐K一樣工作，單片機(jī)的所有操作，程序的執(zhí)行，都是在時(shí)鐘脈沖的同步下才使得進(jìn)行的，時(shí)鐘電路控制著單片機(jī)的工作節(jié)奏。 STC89C52 內(nèi)部都有一個(gè)反相放大器，芯片內(nèi)部的反相放大器的輸入和輸出端分別是 XTAL XTAL2，外接定時(shí)反饋元件就組成震蕩器產(chǎn)生時(shí)鐘送至單片機(jī)內(nèi)部的各個(gè)部件。如下圖 24 所示，片內(nèi)電路與片外器件構(gòu)成一個(gè)時(shí)鐘發(fā)生電路。片內(nèi)振蕩器的震蕩頻率 fOSC 非常接近晶振頻率，一般多在 ～ 12MHz 之間選取，這次畢設(shè)用的時(shí)鐘頻率是 6MHz。 XTAL2 輸一個(gè)正弦波。圖中 C1 C17 是反饋電容，其值在 5pF～ 30pF 之間選擇 ,其典型值是 30Pf。本系統(tǒng)采用的是 。其作用有兩個(gè)：一個(gè)是使振蕩器起振，而另一個(gè)則是對(duì)振蕩器的頻率 f起微調(diào)作用（ C1 C17 大， f變小）。 圖 24 時(shí)鐘電路 北京理工大學(xué)珠海學(xué)院 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 11 鍵盤及顯示模塊 由于在風(fēng)扇的面板處有也有一個(gè)控制電路，因此在這里我們一樣也加上了顯示與鍵盤的模塊。顯示與按鍵電路構(gòu)成一個(gè)人機(jī)交互界面，整個(gè)系統(tǒng)的用戶體驗(yàn)度的好畫也就在這 個(gè)模塊的設(shè)置上。本文采用了四個(gè)方案進(jìn)行論證。 方案一 ： 采用 74LS164 芯片 在本次設(shè)計(jì)中，用單片機(jī)的串行口來(lái)外接三片 74LS164 作為 6 位 LED 顯示器的靜態(tài)顯示接口，把單片機(jī)的 RXD 作為數(shù)據(jù)輸出線， TXD 作為移位時(shí)鐘脈沖。所謂靜態(tài)顯示，就是每一個(gè)顯示器都要占用單獨(dú)的具有鎖存功能的 I/O 接口用于筆劃段字形代碼。這樣單片機(jī)只要把要顯示的字形代碼發(fā)送到接口電路就可以了，直到要顯示新的數(shù)據(jù)時(shí)，再發(fā)送新的字形碼。使用這種方法，占用 CPU 的內(nèi)部資源少，控制程序簡(jiǎn)單，但占用較多的硬件資源。故本次設(shè)計(jì)采用可提供單獨(dú)鎖 存的 I/O 接口電路的串并轉(zhuǎn)換電路74LS164。其電路原 理圖如圖 所示。 圖 74LS164 的靜態(tài)顯示 74LS164 為 TTL 單向 8 位移位寄存器，可實(shí)現(xiàn)串行輸入、并行輸出的功能。它的 A、B（第 2 腳）為串行數(shù)據(jù)輸入端， 2 個(gè)引腳按－邏輯與運(yùn)算規(guī)律輸入信號(hào)，公用一個(gè)輸入信號(hào)時(shí)可并接。 T（第 8 腳）為時(shí)鐘輸入端，可連接到串行口的 TXD 端。每一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)的上升沿加到 T 端時(shí)，移位寄存器移一位， 8 個(gè)時(shí)鐘脈沖過(guò)后， 8 位二進(jìn)制數(shù)全部移入 74LS164 中。 R（第 9 腳） 為復(fù)位端，當(dāng) R＝ 0 時(shí)，移位寄存器各復(fù)位為 0，只有當(dāng) R＝ 1 時(shí)，時(shí)鐘脈沖才起作用。 Q1－ Q8（第 3－ 6 和 10－ 13 引腳）并行輸出端分別接LED 顯示器的 dp、 g、 f、 e、 d、 c、 b、 a 各段對(duì)應(yīng)的引腳上。 所謂時(shí)鐘脈沖端，其實(shí)就是需要高、低、高、低的脈沖，在 74LS164 獲得時(shí)鐘脈沖的瞬間，如果數(shù)據(jù)輸入端（第 2 腳）是高電平，則就會(huì)有一個(gè) 1 進(jìn)入到 74LS164 的內(nèi)部。如果數(shù)據(jù)輸入端是低電平，則就有一個(gè) 0 進(jìn)入其內(nèi)部。在給出了 8 個(gè)脈沖后，最先進(jìn)入 74LS164 的第一個(gè)數(shù)據(jù)就到達(dá)了最高位，然后再來(lái)一個(gè)脈沖，從單片機(jī) RXD 端1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t l eN u m be r R e v i s i o nS i z eBD a t e : 2 3 J u n 2 0 07 S he e t o f F i l e : C : \ P r og r a m F i l e s \ D e s i gn E x p l o r e r 9 9 S E \ E xa m p l e s \ B A C K U P ~ 3 .D D BD r a w n B y:SER INA1SER IN B2Q03Q14Q25Q36CLK IN8CLR9Q410Q511Q612Q713 7 4L S 1 64abfcg deDPY1 2 3 4 5 6 7a b c d e f g8dpdp L E DSER INA1SER IN B2Q03Q14Q25Q36CLK IN8CLR9Q410Q511Q612Q713 7 4L S 1 64abfcg deDPY1 2 3 4 5 6 7a b c d e f g8dpdp L E DSER INA1SER IN B2Q03Q14Q25Q36CLK IN8CLR9Q410Q511Q612Q713 7 4L S 1 64abfcg deDPY1 2 3 4 5 6 7a b c d e f g8dpdp L E DV C CR X DT X DV C C 2 0K 3 00 北京理工大學(xué)珠海學(xué)院 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 12 輸出的數(shù)據(jù)就 進(jìn)入到第一片 74LS164 中，當(dāng)?shù)诙€(gè) 8 個(gè)脈沖到來(lái)后，第一個(gè)數(shù)據(jù)就進(jìn)入第二片 74LS164，而新的第二個(gè)數(shù)據(jù)就進(jìn)入到了第一片 74LS164 中，這樣依次類推。 方案二： 8255 解決方案 8255 內(nèi)部有三個(gè)并行數(shù)據(jù)輸入 /輸出端口，有兩個(gè)工作方式控制電路，一個(gè)讀寫控制邏輯電路，一個(gè) 8 位數(shù)據(jù)總線緩沖器。 8255 有 3 種基本工作方式。