【文章內(nèi)容簡介】 寫器 顯示 電路 電源電路 河南大學本科畢業(yè)生學士學位論文 第 7 頁 第 3 章 系統(tǒng)硬件設計 單片機概述 AT89S51 是美國 ATMEL 公司生產(chǎn)的低功耗，高性能 CMOS 8 位單片機，片內(nèi)含有 4k bytes 的可系統(tǒng)編程的 Flash 只讀程序存儲器，器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲技術生產(chǎn)，兼容標準 8051 指令系統(tǒng)及引腳。它集 Flash程序存儲器既可在線編程（ ISP）也可用傳統(tǒng)方法進行編程及通用 8 位微處理器于單片芯片中， ATMEL 公司的 AT89S51 單片機功能強大，價位低，可靈活應用于各種控制場合。 AT89S51 單片機結構和原理 AT89S51 的引腳排布如圖 31 所示： (1) VCC： 電源 電壓 (2) GND：接地 (3) RST：復位輸入。當振蕩器復位器件時，要保持 RST 腳兩個機器周期的高電平時間。 (4) /EA/VPP ：當 /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 /EA 端保持高電平時，此間內(nèi)部程序存儲器。在 FLASH 編 圖 31 河南大學本科畢業(yè)生學士學位論文 第 8 頁 程期間，此引腳也用于施加 12V 編程電源（ VPP）。 (5) XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。 (6) XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。 (7) P0 口： P0 口為一個 8 位漏 極 開路雙向 I/O 口， 也即地址 /數(shù)據(jù)總線復用口。作為輸出口用時， 每 個管 腳可吸收 8TTL 門電流。當 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 FIASH 進行校驗時，P0 輸出原碼，此時 P0 外部必須被拉高。 (8) 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 吸 收 或 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， P1 口作為第八位地址接收。 (9) 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 吸收 或 輸出 4 個 TTL 門電流，當 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。 (10) P3 口： P3 口管腳是 8 個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O 口，可 吸 收 或 輸出 4個 TTL 門電流。當 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 AT89S51 的一些特殊功能口，如下 表 31 所示： 河南大學本科畢業(yè)生學士學位論文 第 9 頁 口管腳 備選功能 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 表 31 P3特殊功能口 P3 口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。 (11) ALE//PROG：當訪問外部存儲器時，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。 (12) /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)。 監(jiān)控 模塊 概述 隨著單片機技術的發(fā)展和制造工藝的日益成熟 ， 單片機的應用領域不斷拓寬 ， 但由于單片機自身的抗干擾能力較差 ， 尤其是在一些條件比較惡劣 ， 噪聲大的場合 ， 常會出現(xiàn)單片機因受外界干擾而導致死機的現(xiàn)象 ， 造成系統(tǒng)不能正常工作。設置看門狗是防止單片機死機、提高單片機系統(tǒng)抗干擾性的一種重要途徑 。 本監(jiān)控 電路采用 性能可靠、使用簡單、價格低廉的 MAX813L芯片 ， MAX813L芯片 應用在單片機產(chǎn)品中能夠很好的提高硬件的抗干擾能力 。 在公交汽車 IC卡控河南大學本科畢業(yè)生學士學位論文 第 10 頁 制系統(tǒng)的讀寫器設計中 它是個看門狗定時器 。 其功能是 ： 上電和掉電時給AT89S51產(chǎn)生 RESET信號 ，由 看門狗 定時器 對系統(tǒng)進行監(jiān)控 ， 防止死機 。 MAX813L 的結構及特點 (1) MAX813L 芯片特點 ◇ 加電、掉電以及供電電壓下降情況下的復位輸出，復位脈沖 寬度典型值為200 ms。 ◇ 獨立的看門狗輸出，如果看門狗輸入在 s 內(nèi)未被觸發(fā)，其輸出將變?yōu)楦唠娖健? ◇ V 門限值檢測器，用于電源故障報警、電池低電壓檢測或＋ 5 V 以外的電源。 ◇ 門限電壓為 ◇ 低電平有效的手動復位輸入。 ◇ 8 引腳 DIP 封裝。 (2) 引腳及功能 MAX813L 引腳如圖 33 所示。 引腳功能： 1) 手動復位輸入端（ ） ： 當該端輸入低電平保持 140 ms 以上， MAX813L就輸出復位信號 .該輸入端的最小輸入脈寬要求可以有效地消除開關的抖動。與 TTL/CMOS 兼容。 2) 工作電源端（ VCC）：接 +5V 電源。 3) 電源接地端（ GND）：接 0 V 參考電平。 圖 33 MAX813L 引腳圖 河南大學本科畢業(yè)生學士學位論文 第 11 頁 4) 電源故障輸入端（ PFI） ： 當該端輸入電壓低于 1． 25 V 時， 5 號引腳輸出端的信號由高電平變?yōu)榈碗娖健? 5) 電源故障輸出端（ )： 電源正常時，保持高電平，電源電壓變低或掉電時，輸出由高電平變?yōu)榈碗娖健? 6)看門狗信號輸入端（ WDI）程序正常運行時，必須在小于 s 的 時間間隔內(nèi)向該輸入端發(fā)送一個脈沖信號，以清除芯片內(nèi)部的看門狗定時器。若超過 s該輸入端 接 收不到脈沖信號，則內(nèi)部定時器溢出， 8 號引腳由高電平變?yōu)榈碗娖健? 7) 復位信號輸出端（ RST） ： 上電時，自動產(chǎn)生 200 ms 的復位脈沖；手動復位端輸入低電平時，該端也產(chǎn)生復位信號輸出。 8) 看門狗信號輸出端（ ） ： 正常工作時輸出保持高電平，看門狗輸出時，該端輸出信號由高電平變?yōu)榈碗娖健? 監(jiān)控接口電路 看門狗的周期輸入信號 WDI 可以從微處理器的地址信號、數(shù)據(jù)信號或控制信號中獲得，不論哪種信號都必須能夠周期性的訪問 MAX813L，對于 MCS51 系列單片機，一般使用 ALE 信號。 MAX813L 與 AT89S51 單片機的接口電路如圖 34 所示。 S1 為手動復位按鍵。 圖 34 監(jiān)控接口電路 河南大學本科畢業(yè)生學士學位論文 第 12 頁 鍵盤輸入模塊 本系統(tǒng)采用矩陣式鍵盤，當讀寫器不聯(lián)計算機獨立工作時，完成讀卡、寫卡、加值、減值等控制。在系統(tǒng)軟件中軟件 實現(xiàn)時，可采用中斷方式，也可以采用查詢方式，本系統(tǒng)采用查詢方式。 鍵盤接口電路圖如圖 35 所示： 鍵盤接口電路共有 4 個鍵。其中 K4 為加值鍵， K3 為減值鍵， K2 為退出鍵，K1 為清屏鍵。 加值鍵：通過此鍵對用戶卡進行加值。 減值鍵：通過此鍵對用戶卡進行減值。 退出鍵：通過此鍵對用戶卡進行顯示操作。 清屏鍵：通過此鍵對用戶卡顯示進行清屏操作。 液晶 顯示 模塊 1602 概述 顯示模塊采用點陣式 LCD 液晶顯示，使用戶自定義輸入變得非常方便。液晶顯示屏輕薄短小、低耗電量、平 面直角顯示影像穩(wěn)定，并且可視面積大、畫面效果好、分辨率高、抗干擾能力強，能夠滿足本系統(tǒng)顯示信息的需求。 LCD 自帶字符庫，不必利用控制芯片創(chuàng)建字符庫，利用 LCD 的字符庫進行編程，可以實現(xiàn)各信息的顯示，既節(jié)約了資源，又省去了大量的編程任務。 1602 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， 圖 35 鍵盤接口電路圖 河南大學本科畢業(yè)生學士學位論文 第 13 頁 在袖珍式儀表和低功耗應用系統(tǒng)中得到越來越廣泛的應用。 (1) 引腳結構和功能 。 1062 引腳分布如圖 36 所示。 1602 引腳功能如表 31 所示。 表 31 引 腳功能表 第 1 腳： VSS 為地電源 。 第 2 腳： VDD 接 5V 正電源 。 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，高電平時選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時選擇指令寄存器。 第 5 腳： RW 為讀寫信號線，高電平時進行讀操作，低電平時進行寫操作。當 RS 和 RW 共同為低電平時可以寫入指令或者顯示地址，當 RS 為低電平 RW為高電平時可以讀忙信號，當 RS 為高電平 RW 為低電平時可以寫入數(shù)據(jù)。 圖 36 1602 引腳圖 河南大學本科畢業(yè)生學士學位論文 第 14 頁 第 6 腳： E 端為使能端，當 E 端由高電平跳變成低電平時，液晶模塊執(zhí)行命令。 第 7～ 14 腳： D0～ D7 為 8 位雙向數(shù)據(jù)線。 第 15～ 16 腳： BLA（ BL1） 為 LED 背光正極。需要背光時， BLA 串接一個限流電阻接 VDD， BLK 接地，實測該模塊的背光電流為 50mA 左右 ， 一般接一個幾十歐姆的電阻， 47 歐、 33 歐等 ； BLK（ BL2） 為 LED 背光地端。 (2) 1602 數(shù)據(jù)顯示 原理 1602 液晶模塊內(nèi)部的字符發(fā)生存儲器（ CGROM)已經(jīng)存儲了 160 個不同的點陣字符圖形，如表 1 所示，這些字符有：阿拉伯數(shù)字、英文字母的大小寫、常用的 符號、和日文假名等，每一個字符都有一個固定的代碼，比如大寫的英文字母 “A”的代碼是 01000001B（ 41H），顯示時模塊把地址 41H中的點陣字符圖形顯示出來，我們就能看到字母 “A”。 1602 還 可以生產(chǎn) 8 組 5 8 點陣的字符模，相對應的字符碼從 CGROM 的00H~07H 范圍內(nèi)選擇。 這樣 1602 就可以顯示用戶自定義的字符了。 自定義字符最多同時只能編寫 8 個 “元 ”字 的字符表為： 0EH， 00H， 1FH， 0AH， 0AH， 0AH， 13H， 00H。 顯示接口電路 本系統(tǒng)的讀寫器 采用 1602 液晶顯示器顯示， 利用串行輸入控制指令實現(xiàn)1602 與單片機系統(tǒng)的顯示接口，以顯示 IC 卡中的余額 。 1602 液晶顯示器與 AT89S51 的接口電路如圖 37 所示 。 圖 37 顯示接口電路 河南大學本科畢業(yè)生學士學位論文 第 15 頁 報警器驅(qū)動模塊 如圖 38 所示， 驅(qū)動器的輸入端接 AT89S51 的 。 蜂鳴器是在每次讀卡操作不成功的時候發(fā)出報警指示音。由于 MCU 的 I/O 口驅(qū)動能力有限，一般不能直接驅(qū)動壓電式蜂鳴器，因此選用一 PNP 型晶體管組成晶體管驅(qū)動電路。MCU I/O 口（ ）輸出經(jīng)驅(qū)動電路放大后即可驅(qū)動蜂鳴器。本設計中當 輸出高電平“ 1” 時，晶體管導通，蜂鳴器獲得 5V 電壓而發(fā)出警報； 輸出低“ 0”時，晶體管截止，蜂鳴器停止發(fā)聲。