【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 第三章 硬件電路設(shè)計(jì) 9 首先辨別鍵盤中有無(wú)鍵按下，有單片機(jī) I/O 口向鍵盤送全掃描字，然后讀入行線狀態(tài)來(lái)判斷。方法是：向行線輸出全掃面字 OOH，把全部列線置為低電平，然后將列線的電平狀態(tài)讀入累加器 A 中。如果有按鍵按下，總會(huì)有一根行線電平被拉至低電平從而使行線不全為 1. 判斷鍵盤中哪一個(gè)鍵被按下是通過(guò)將列線逐列置低電平后，檢查行輸入狀態(tài)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。方法是：依次給列線送低電平，然后查所有行線狀態(tài)，如果全為 1，則所按下的鍵不在此列；如果不全為 1，則所按下的鍵必在此列，而且是在與零電平行線相交的 交點(diǎn)上的那個(gè)鍵。 具體的功能設(shè)計(jì)如表 31： 表 31按鍵功能 按鍵 鍵名 功能說(shuō)明 1— 9 鍵 數(shù)字鍵 輸入密碼 B 鍵 確定鍵 比較密碼 A 鍵 清除鍵 清除剛輸入的那位 顯示電路 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，通常都需要進(jìn)行人機(jī)對(duì)話。這包括人對(duì)應(yīng)用系統(tǒng)的狀態(tài)干預(yù)與數(shù)據(jù)輸入，以及應(yīng)用系統(tǒng)向人們顯示運(yùn)行狀態(tài)與運(yùn)行結(jié)果等。顯示器、鍵盤電路就是用來(lái)完成人機(jī)對(duì)話活動(dòng)的人機(jī)通道。 LED 顯示器的驅(qū)動(dòng)是一個(gè)非常重要的問(wèn)題，由 可知，顯示電路由 LED 顯示器、段驅(qū)動(dòng)電路和位驅(qū)動(dòng)電路組成。由于單片機(jī)的并行口不能直接驅(qū)動(dòng) LED 顯示器，必須采用專用的驅(qū)動(dòng)電路芯片，使之產(chǎn)生足夠大的電流，顯示器才能正常工作。如果驅(qū)動(dòng)電路能力差，即負(fù)載能力不夠，顯示器亮度就低，而且驅(qū)動(dòng)電 路長(zhǎng)期在超負(fù)荷下運(yùn)行容易損壞。 LED 顯示器的顯示控制方式分為靜態(tài)顯示和動(dòng)態(tài)顯示兩種，若選擇靜態(tài)顯示，則 LED 驅(qū)動(dòng)器的選擇較為簡(jiǎn)單，只要驅(qū)動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)能力與顯示器電流相匹配即可，而且一般只需考慮段的驅(qū)動(dòng)；動(dòng)態(tài)顯示則不同，由于一位數(shù)據(jù)的 顯示是由段和位選信號(hào)共同配合完成的，因此，要同時(shí)考慮段和位的驅(qū)動(dòng)能力，而且段的驅(qū)動(dòng)能力決定位的驅(qū)動(dòng)能力。 本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的顯示電路是為了給使用者以提示而設(shè)置的。本系統(tǒng)的顯示采用串行顯示的方式，在本次設(shè)計(jì)中我選擇了 4 位的數(shù)碼顯示管。其連線如圖 所示。 淄博職業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第三章 硬件電路設(shè)計(jì) 10 開鎖 電路 在本次設(shè)計(jì)中，基于節(jié)省材料的原則，暫時(shí)用發(fā)光二極管代替電磁鎖，發(fā)光管亮，表示開鎖；滅，表示沒(méi)有開鎖，亮，表示鎖開了。電路圖如 所示。當(dāng) 口輸出低電平時(shí)，二極管發(fā)光，表示開鎖。 淄博職業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第三章 硬件電路設(shè)計(jì) 11 圖 掉電存儲(chǔ)單元的作用是在電源斷開的時(shí)候，存儲(chǔ)當(dāng)前設(shè)定的單價(jià)信息。AT24C02 是 ATMEL 公司的 2KB 字節(jié)的電可擦除存儲(chǔ)芯片，采用兩線串行的總線和單片機(jī)通訊，電壓最低可以到 ，額定電流為 1mA，靜態(tài)電流 10Ua()，芯片內(nèi)的資料可以在斷電的情況下保存 40 年以上，而且采用 8 腳的 DIP 封裝，淄博職業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第三章 硬件電路設(shè)計(jì) 12 使用方便。其電路如圖 所示。 NC1NC2NC3GND4S D A5S C L6WP7V C C8U4A T 2 4 C 0 2 AGNDV C C串行存儲(chǔ)模塊R8R 1 0接 P 2 .5接 P 2 .6 圖 掉電存儲(chǔ)電路原理圖 圖中 R R10 是上拉電阻，其作用是減少 AT24C02 的靜態(tài)功耗，由于 AT24C02的數(shù)據(jù)線和地址 線是復(fù)用的，采用串口的方式傳送數(shù)據(jù)，所以只用兩根線 SCL（移位脈沖）和 SDA（數(shù)據(jù) /地址）與單片機(jī)傳送數(shù)據(jù)。 每當(dāng)設(shè)定一次單價(jià)，系統(tǒng)就自動(dòng)調(diào)用存儲(chǔ)程序，將單價(jià)信息保存在芯片內(nèi)；當(dāng)系統(tǒng)重新上電的時(shí)候，自動(dòng)調(diào)用讀存儲(chǔ)器程序，將存儲(chǔ)器內(nèi)的單價(jià)等信息，讀到緩存單元中，供主程序使用。 復(fù)位 電路設(shè)計(jì) 電容 C1 足夠大，可以保證 RST 高電平有效時(shí)間大于 24 個(gè)振蕩周期， CPU能夠可靠復(fù)單片機(jī)復(fù)位是使 CPU 和系統(tǒng)中的其他功能部件都處在一個(gè)確定的初始狀態(tài)，并從這個(gè)狀態(tài)開始工作，例如復(fù)位后 PC＝ 0000H，使單片機(jī)從第 — 個(gè) 單元取指令。無(wú)論是在單片機(jī)剛開始接上電源時(shí)，還是斷電后或者發(fā)生故障后都要復(fù)位。在復(fù)位期間（即 RST 為高電平期間）， P0 口為高組態(tài)， P1－ P3 口輸出高電平；外部程序存儲(chǔ)器讀選通信號(hào) PSEN 無(wú)效。地址鎖存信號(hào) ALE 也為高電平。根據(jù)實(shí)際情況選擇如圖 所示的復(fù)位電路。該電路在最簡(jiǎn)單的復(fù)位電路下增加了手動(dòng)復(fù)位按鍵，在接通電源瞬間，電容 C1 上的電壓很小，復(fù)位下拉電阻上的電壓接近電源電壓，即 RST 為高電平，在電容充電的過(guò)程中 RST 端電壓逐漸下降，當(dāng) RST 端的電壓小于某一數(shù)值后， CPU 脫離復(fù)位狀態(tài)，由于位。增加手動(dòng)復(fù)位 按鍵是為了避免死機(jī)時(shí)無(wú)法可靠復(fù)位。當(dāng)復(fù)位按鍵按下后電容 C1 通過(guò) R5 放電。當(dāng)電容 C1 放電結(jié)束后， RST 端的電位由 R11 與 R15 分壓比決定。由于 R11R15 因此 RST 為高電平， CPU 處于復(fù)位狀態(tài)，松手后，電容 C1 充電， RST 端電位下降，CPU 脫離復(fù)位狀態(tài)。 R11 的作用在于限制按鍵按下瞬間電容 C1 的放電電流，避免產(chǎn)生火花，以保護(hù)按鍵觸電 。 淄博職業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第三章 硬件電路設(shè)計(jì) 13 C1R 1 1V C CK1R 1 51 0 k 圖 復(fù)位電路原理圖 晶振電路設(shè)計(jì) AT89C51 引腳 XTAL1 和 XTAL2 與晶體振蕩器及電容 C C1 按圖 所示方式連接。晶振、電容 C2／ C3 及片內(nèi)與非門（作為反饋、放大元件）構(gòu)成了電容三點(diǎn)式振蕩器，振蕩信號(hào)頻率與晶振頻率及電容 C C2 的容量有關(guān)，但主要由晶振頻率決定，范圍在 0～ 33MHz 之間，電容 C C3 取值范圍在 5～ 30pF 之間。根據(jù)實(shí)際情況，本設(shè)計(jì)中采用 12MHZ 做系統(tǒng)的外部晶振。電容取值為 20pF。 X T A L 1 X T A L 2C32 0 pFC22 0 pFVss 圖 設(shè)計(jì)總體電路圖 設(shè)計(jì)總體電路圖如圖 ： 淄博職業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第三章 硬件電路設(shè)計(jì) 14 P 0 .732P 0 .633P 0 .534P 0 .435P 0 .336P 0 .237P 0 .138P 0 .039V C C40P 2 .021P 2 .122P 2 .223P 2 .324P 2 .425P 2 .526P 2 .627P 2 .728A L E /P R O G30P S E N29E A /V P P31P 1 .01P 1 .12P 1 .23P 1 .34P 1 .45P 1 .5/ M O S I6P 1 .6/ M I S O7P 1 .7/ S C K8R E S T9P 3 .0/ R X D10P 3 .1/ T X D11P 3 .2/ I N T 012P 3 .3/ I N T 113P 3 .4/ T 014P 3 .5/ T 115P 3 .6/ W R16P 3 .7/ R D17X T A L 218X T A L 119G N D20U1 A T 89S 51C122 uFR11KCRY6M H zC233 P FC333 P FS P E A KD L Q I 1R E S E TR E S E TG N DS5E A /V PA L E /PP S E NG N DC51000uF/25VC4 uFV C CG N D123E A /V PNC1NC2NC3G N D4S D A5S C L6WP7V C C8U4A T 24C 02AS C LG N DS D A12V C CD A T AS C LWR1234R /T /L E DS D AV C CD A T AWRG N DV C CV C CV C CV C CG N D電源接口數(shù)碼管接口存儲(chǔ)器選擇接口D L Q I 2DSR720 0復(fù)位電路M C U 模塊CSE A /V P串行存儲(chǔ)模塊R8 kR 1 0 k矩陣鍵盤電源電路及其 U P S 電路 圖 淄博職業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第四章 軟件設(shè)計(jì)電路 15 第四章 軟件設(shè)計(jì)電路 軟件設(shè)計(jì)思路 一個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)要完成各項(xiàng)功能，首先必須有較完善的硬件作保證。同時(shí)還必須得到相應(yīng)設(shè)計(jì)合理的軟 件的支持，尤其是微機(jī)應(yīng)用高速發(fā)展的今天，許多由硬件完成的工作，都可通過(guò)軟件編程而代替。甚至有些必須采用很復(fù)雜的硬件電路才能完成的工作，用軟件編程有時(shí)會(huì)變得很簡(jiǎn)單，如數(shù)字濾波，信號(hào)處理等。因此充分利用其內(nèi)部豐富的硬件資源和軟件資源，采用與 C51 系列單片機(jī)相對(duì)應(yīng)的51 匯編語(yǔ)言和結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)方法進(jìn)行軟件編程。 程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言有三種：機(jī)器語(yǔ)言、匯編語(yǔ)言和高級(jí)語(yǔ)言。機(jī)器語(yǔ)言是機(jī)器唯一能“懂”的語(yǔ)言，用匯編語(yǔ)言或高級(jí)語(yǔ)言編寫的程序（稱為源程序）最終都必須翻譯成機(jī)器語(yǔ)言的程序（成為目標(biāo)程序），計(jì)算機(jī)才能“看懂”，然后逐一 執(zhí)行。 高級(jí)語(yǔ)言是面向問(wèn)題和計(jì)算過(guò)程的語(yǔ)言，它可通過(guò)于各種不同的計(jì)算機(jī)，用戶編程時(shí)不必仔細(xì)了解所用的計(jì)算機(jī)的具體性能與指令系統(tǒng)，而且語(yǔ)句的功能強(qiáng)，常常一個(gè)語(yǔ)句已相當(dāng)于很多條計(jì)算機(jī)指令，于是用高級(jí)語(yǔ)言編制程序的速度比較快，也便于學(xué)習(xí)和交流，但是本系統(tǒng)卻選用了匯編語(yǔ)言。原因在于，本系統(tǒng)是編制程序工作量不大、規(guī)模較小的單片機(jī)微控制系統(tǒng)，使用匯編語(yǔ)言可以不用像高級(jí)語(yǔ)言那樣占用較多的存儲(chǔ)空間，適合于存儲(chǔ)容量較小的系統(tǒng) 。 進(jìn)行應(yīng)用軟件設(shè)計(jì)時(shí)可采用模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，其優(yōu)點(diǎn)是：①每個(gè)模塊的程序結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，任務(wù)明確，易于編寫、調(diào)試和修改；②程序可讀性好，對(duì)程序的修改可局部進(jìn)行，其他部分可以保持不變，便于功能擴(kuò)充和版本升級(jí)；③對(duì)于使用頻繁的子程序可以建立子程序庫(kù)，便于多個(gè)模塊調(diào)用；④便于分工合作，多個(gè)程序員同時(shí)進(jìn)行程序的編寫和調(diào)試工作，加快軟件研制進(jìn)度。 電子密碼鎖工作的主要過(guò)程是 LED 數(shù)碼管提示開始輸入密碼，通過(guò)鍵盤輸入密碼，同時(shí) LED 顯示密碼輸入情況，按下確認(rèn)鍵后判斷密碼的正確性，作出開鎖或報(bào)警處理。當(dāng)輸入密碼連續(xù)輸入錯(cuò)誤 3 次時(shí) ，系統(tǒng)報(bào)警。 由于采用兩個(gè)按鍵來(lái)完成密碼的輸入，那么其中一個(gè)按鍵為功能鍵，另一個(gè)按鍵為數(shù)字鍵。在輸入過(guò)程中，首先輸入密碼的長(zhǎng)度，接著根據(jù)密碼的長(zhǎng)度輸入密碼的位數(shù)，直到所有長(zhǎng)度的密碼都已經(jīng)輸入完畢；或者輸入確認(rèn)功能鍵之后，淄博職業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第四章 軟件電路設(shè)計(jì) 16 才能完成密碼的輸入過(guò)程。進(jìn)入密碼的判斷比較處理狀態(tài)并給出相應(yīng)的處理過(guò)程。 鍵盤掃描 鍵盤掃描流程圖如圖 圖 顯示 LED 顯示流程圖如圖 淄博職業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第四章 軟件電路設(shè)計(jì) 17 圖 LED顯示流程 圖 密碼比較和報(bào)警程序 密碼比較和報(bào)警流程圖如 圖 密碼比較和報(bào)警流程 開始 載入按鍵值 按鍵值的掃描值 送 P0 口輸出 開始 比較第一位 比較下一位 4 位比較完 ？ 正確開鎖 清零 清除顯示 記錄錯(cuò)誤次數(shù) 3 次則報(bào)警 N Y Y N 淄