【文章內(nèi)容簡介】 ） 以 51 系列單片機為代表的一類 8 位 MCU處理器，這類處理器的特點有功耗低、處理能力較強、支持較高的工 作頻率，但是這類 MCU對于高頻的實時數(shù)據(jù)采集以及大容量數(shù)據(jù)處理時會出現(xiàn)錯誤活不準確。 基于以上分析結(jié)合本設計的一些要求，采用 51 單片機作為 MCU是比較明智以及合理的選擇。其一本系統(tǒng)所占用的系統(tǒng)資源并不多 51 單片機足夠使用，而其他兩者使用在本設計上則顯得有些浪費；其二本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集及處理上并不需要非常高的速率以及非常大的容量；其三 51 單片機的處理上相對其他二者有獨到的優(yōu)勢，其對于 C 語言的兼容性決定了設計的開發(fā)周期可以大大的壓縮。根據(jù)本設計的詳細功能分析，具體將采用STC89C52 作為主控芯片。 人機界面的選擇 所謂人機界面是指系統(tǒng)使用者在對系統(tǒng)進行相應的初始化設置時，和系統(tǒng)進行信息交換的一個可視化界面，本設計的人機界面主要是為了顯示一些相對簡單的提示語以及記錄下的危險信息。人機界面的設計可以采用接口將系統(tǒng)和上位機通信，通過上位機的軟件面來實現(xiàn)，但是這種實現(xiàn)方案比較復雜，而且必須保證擁有一臺電腦，從設計及成本的角度上予以否定；另外一種方案是采用 1602 液晶來作為人機界面，鑒于本設計人機交互信息比較少，故采用本方案。 設置、查詢輸入模塊選擇 系統(tǒng)上電啟動后需要設置相應的參數(shù)以待工作 ，系統(tǒng)檢測到危險后記錄下后，用戶可以通過查詢裝置查詢歷史危險記錄。以上操作應該有一個輸入裝置來實現(xiàn)，鑒于以上操作都是觸發(fā)了的動作，故很容易聯(lián)想到使用一些按鍵裝置來實現(xiàn)。本設計應該有以下按鍵：開 /關鍵、設置時間鍵、加鍵、減鍵、 取消報警 鍵。這些按鍵可以通過 上拉電阻 分別連接 到 一些 I/O 上，這樣可以比較準確的判斷按鍵。 本科生畢業(yè)設計（論文） 5 第 3 章 系統(tǒng)各模塊設計 單片機最小系統(tǒng)的設計 STC89C52 簡介 STC89C52 是一種帶 8K 字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器（ FPEROM— Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能 CMOS8 位微處理器，俗稱單片機。 STC89C52 是一種帶 8K 字節(jié)閃爍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擦除上萬次。該器件與工業(yè)標準的 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， STC89C52 是一種高效微控制器， STC89C52 是它的一種精簡版本。 STC89C52 單片機為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。外形及引腳排列如圖 31 所示。 圖 STC89C52 外形及引腳 本科生畢業(yè)設計（論文） 6 管腳說明 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 P1 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。 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， 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 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。 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 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，如下列所示： 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） P3 口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信 號。 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 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)。 本科生畢業(yè)設計（論文） 7 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。 /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 /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 編程期間， 此引腳也用于施加 12V編程電源（ VPP）。 單片機最小系統(tǒng)復位電路的極性電容 C3 的大小直接影響單片機的復位時間，一般采用 10~30uF， 51 單片機最小系統(tǒng)容值越大需要的復位時間越短。晶振 X1 采用 ， 在正常工作的情況下可以采用更高頻率的晶振，晶振的振蕩頻率直接影響單片機的處理速度，頻率越大處理速度越快。起振電容 C C2 一般采用 15~33pF，并且電容離晶振越近越好，晶振離單片機越近越好 。 P0 口為開漏輸出，作為輸出口時需加上拉電阻，阻值為10k， 其他接口內(nèi)部有上拉電阻，作為輸出口時不需外加 上拉電阻。 設置為定時器模式時，加 1 計數(shù)器是對內(nèi)部機器周期計數(shù)（ 1 個機器周期等于 12 個振蕩周期，即計數(shù)頻率為晶振頻率的 1/12）。計數(shù)值 N 乘以機器周期 Tcy就是定時時間 t。設置為計數(shù)器模式時，外部事件計數(shù)脈沖由 T0 或 T1 引腳輸入到計數(shù)器。在每個機器周期的 S5P2 期間采樣 T0、 T1 引腳電平。當某周期采樣到一高電平輸入，而下一周期又采樣到一低電平時，則計數(shù)器加 1，更新的計數(shù)值在下一個機器周期的 S3P1 期間裝入計數(shù)器。由于檢測一個從 1 到 0 的下降沿需要 2 個機器周期，因此要求被采樣的電平至少要維持一個機器周期。當晶振 頻率為 12MHz時，最高計數(shù)頻率不超過 1/2MHz，即計數(shù)脈沖的周期要大于 2 ms。 單片機 最小系統(tǒng) 在本設計承擔的任務比較繁重 ， 既要實現(xiàn)對控制傳感器輸入的檢測，也 要對 信號 的監(jiān)測，要實時記錄險情，還要控制液晶的 顯示 。 最小系統(tǒng)原理圖如圖 。 本科生畢業(yè)設計（論文） 8 圖 單片機 最小系統(tǒng)原理圖 鍵盤顯示模塊 鍵盤模塊 鍵盤由 4 個按鍵組成，經(jīng)由上拉電阻接到單片機的 4 個 IO 口上，分別為實現(xiàn)“加”、“減”、設置、取消報警等功能。 機械按鍵在按下或釋放時，由于機械彈性作用的影響，通常伴隨有一定時間的觸點機械抖動，然后其觸點才穩(wěn)定下來。其抖動過程如圖 所示，抖動時間的長短與開關的機械特性有關，一般為 510 ms。在觸點抖動期間檢測按鍵的通與斷狀態(tài)，可能導致判斷出錯，即按鍵一次按下或釋放被錯誤地認為是多次操作，這種情 況是不允許出現(xiàn)的。為了克服按鍵觸點機械抖動所致的檢測誤判，必須采取去抖動，本設計采用軟件防抖措施。 本科生畢業(yè)設計（論文） 9 圖 鍵盤抖動過程 圖 按鍵原理圖 顯示模塊 顯示用 1602 字符型 LCD， 通常有 14 條引腳線或 16 條引腳線的 LCD，多出來的 2 條線是背光電源線 ，下面是 1602 的實物圖及引腳圖及其管腳說明表： 圖 1602 液晶實物圖及引腳圖 本科生畢業(yè)設計（論文） 10 表 1602 液晶管腳說明表 引腳 符號 功能說明 1 VSS 一般接地 2 VDD 接電源（ +5V） 3 V0 液晶顯示器對比度調(diào)整，接正電源時對比度最弱，接地時對比度最高，使 用時通過一個 10K 電位器調(diào)整對比度 4 RS 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 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 使能端，下降沿使能 7 DB0 低 4 位三態(tài)，雙向數(shù)據(jù)總線 0 位 8 DB1 低 4 位三態(tài)，雙向數(shù)據(jù)總線 1 位 9 DB2 低 4 位三態(tài)，雙向數(shù)據(jù)總線 2 位 10 DB3 低 4 位三態(tài)，雙向數(shù)據(jù)總線 3 位 11 DB4 高 4 位三態(tài)，雙向數(shù)據(jù)總線 4 位 12 DB5 高 4 位三態(tài)，雙向數(shù)據(jù)總線 5 位 13 DB6 高 4 位三態(tài)，雙向數(shù)據(jù)總線 6 位 14 DB7 高 4 位三態(tài)，雙向數(shù)據(jù)總線 7 位 15 BLA 背光電源正極 16 BLK 背光電源負極 1602 的寄存器選擇控制表如下表所示： 表 1602 液晶寄存器選擇控制表 RS RW 操作說明 0 0 寫入指令寄存器 0 1 讀 DB7，讀取位址計數(shù)器（ DB0DB6）的值 1 0 寫入數(shù)據(jù)寄存器 1 1 從數(shù)據(jù)寄存器讀取數(shù)據(jù) 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，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”。 因為 1602 識別的是 ASCII 碼，試驗可以用 ASCII 碼直接賦值，在單片機編程中還可以用字符型常量或變量賦值，如 39。A’。 1602 通過 D0~D7 的 8 位數(shù)據(jù)端傳輸數(shù)據(jù)和指令 。 （ 1） 顯示模式設置：（初始化）