【正文】 T A L 218G N D20V C C40U1S T C 8 9 C 5 2IN1GND2O U T3U57 8 0 5C61 0 4C81 0 0 u fC71 0 4+5XTAL2：片內(nèi)振蕩電路的輸出端 。 GND：接地線 。 芯片內(nèi)集成了通用 8位中央處理器和 FLASH存儲單元，功能強大的微型計算機的 STC89C52 可為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高性價比的解決方案。STC89C52 是一種帶 8K 字節(jié)閃爍可編程可擦除 只讀存儲器（ FPEROMFlash Programable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能 COMOS8 的微處理器，俗稱單片機。 石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 14 第 3 章 系統(tǒng) 硬件 設(shè)計 概述 此次的畢業(yè)設(shè)計主要由 4 個大的模塊構(gòu)成，分別是 數(shù)據(jù)采集模塊、 主控模塊、LCD1602 顯示模塊 、 鍵盤控制模塊，其中主控模塊是此次畢業(yè)設(shè)計的核心模塊，主要是指 STC89C52 芯片，它控制整個系統(tǒng)的運行，利用其各個 接 口 與其他部件的連接分別控制其他模塊，使 各部分 能夠成為一個整體，實現(xiàn)功能的需要； 數(shù)據(jù)采集模塊主要是指 A3144 霍爾傳感器，用來采集自行車騎行過程中 的脈沖信號 和變化快慢 ； 而顯示模塊是系統(tǒng)的輔助模塊， 利用 LCD1602 用來顯示 速度、里程、加速度、秒表 ；按鍵控制模塊則是用按鍵來控制實現(xiàn) 顯示內(nèi)容 ， 可分別 對應(yīng) 顯示 平均速度 +加速度 +總里程顯示或平均速度 +加速度 +秒表計時 +秒表計時里程顯示或秒表計時 +秒表計時里程 +總里程顯示或平均速度 +加速度 +瞬時速度顯示或平均速度 +加速度顯示或瞬時速度 +加速度 。 顯示效果相對較好，液晶顯示器顯示不僅直觀，而且界面具有人機交互美觀的特點 ，用 LED 數(shù)碼管顯示信息，利用 8 個數(shù)碼管顯示數(shù)字信息，并用發(fā)光二極管分別指示顯示量得內(nèi)容和單位，例如數(shù)碼管顯示 ，并且指示速度的發(fā)光二極管亮，它表示當(dāng)前的速度為 千米 /小時；用 LCD 液晶顯示屏顯示信息，在一屏上同時顯示內(nèi)容、數(shù)字、單位等，例如液晶屏顯示： V =， 它表示當(dāng)前 的平均速度為 千米 /小時 ，顯示更加美觀 [8]。 具有低功耗，容易控制，占用 CPU 資源少 的 優(yōu)點 。與 LED 顯示系統(tǒng)相比， LCD1602具有以下優(yōu)點： 使用者僅僅直接送入數(shù)據(jù)和指令可實現(xiàn)所需的顯示，使用方便快捷 。對按鍵是否按下，需采用軟件消抖的辦法，以消除按鍵在閉合和斷開瞬間所伴隨有一連串抖動所帶來的不利影響 ，實現(xiàn)準(zhǔn)確操 作 。單片機常用機械觸點按鍵組成非編碼矩陣鍵盤 [7]。單片機應(yīng)用系統(tǒng)用得較多的是非編碼鍵盤。鍵的數(shù)目增多時，硬件變得復(fù)雜。 鍵 盤有兩種類型：編碼鍵盤和非編碼鍵盤。利用按鍵可以實現(xiàn)向單片機輸入數(shù)據(jù)、傳送命令、功能切換等，是人工干預(yù)單片機系統(tǒng)的主要手段。 比較這兩種方案，由于 在學(xué)校期 間 學(xué)過 數(shù)字電路、 單片機原理 、 C 語言 程序設(shè)計 ，綜合考慮單片機 各部分資源和作為學(xué)生能夠獲得的 資源，我選擇用 STC 系列芯片 完成 ， 且學(xué)校也 提供了 相 應(yīng)的硬件操作平臺，操作起來比較方便，故 STC 為更合理的選擇。再者，既 然執(zhí)行速度快了，那么那些非定時器控制的精確延時肯定要受影響，用 STC 時注意得加長延時，大約是AT 的 1030 倍，這一點 在程序 調(diào)試 的過程中 可以 切身 感受到 。 方案 二 ： STC89C52 單片機的指令系統(tǒng)和 AT89C51 系列 的完全兼容， 但實際操作起來卻存在 很大不同 ： 石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 12 AT89C51 不帶 ISP 下載，要用下載器才行， STC89C52 可以用 自己 的 USB 轉(zhuǎn)串口下載，下載軟件可以到 STC 廠 家網(wǎng) 站 上 下載 。 AT89C51 芯片提供三級程序存儲器加密，提供了方便靈活而可靠的 硬加密手段，能完全保證程序或系統(tǒng)不被仿制。只 要程序長度小于 4K，四個 I/O 口 全部提供給 用戶。 再者， AT89C51 目 前的售價比 8031 還低，市場供應(yīng)也很充足。顯而 易見，這種單片機對開發(fā)設(shè)備的要求很低，開發(fā)時間也大大縮短。 方案 一 ： AT89C51 是美國 ATMEL 公司生產(chǎn)的低電 壓 ，高性能 CMOS 型 8 位單片機，器件采用 ATMEL 公司的高密度 、非 易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn) MCS51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通 用 8 位中央處理器 (CPU)和 FLASH 存儲單元，功 能強大 。 主控芯片 的選擇 主控芯片 是一個系統(tǒng)最核心的部分， 它 是整個系統(tǒng)的心 臟，負責(zé)控制所有模塊 的工 作。 本次設(shè)計中使用的是開關(guān)型傳感器（輸出為數(shù)字量），開關(guān)型集成霍爾傳感器具有使用壽命長、無觸點磨損、無火花干擾、無轉(zhuǎn)換抖動、工作頻率搞、溫度特性好、能適應(yīng)惡劣環(huán)境等優(yōu)點，主要應(yīng)用在汽車點火系統(tǒng)、保安系統(tǒng)、轉(zhuǎn)換 /里程測定、機械設(shè)備的限位開關(guān)、按鈕、電流的測定與控制、位置及角度的檢測等。利用霍爾傳感器可以檢測磁場及其變化，可在各種與磁場有關(guān)的場合中獲得廣泛的應(yīng)用。半導(dǎo)體長度方向上的兩個金屬電極稱為控制電極（或輸入電極），沿該方向流動的電流 I 稱為控制電流；寬度方向上的兩個電極稱為霍爾電極（或輸出電極） [4]。數(shù)據(jù)采集模塊由霍爾傳感器利用霍爾原理 來對 自行車行駛過程中的數(shù)據(jù) 進行 采集 （包括脈沖次數(shù)和變化快慢） ，且輸出為數(shù)字量 可直接輸出到單片機的某一接口 。 DS1302控制字 該系統(tǒng)需要對時間進行讀取和 設(shè)定，所以，在掌握控制字之后，還必須熟悉DS1302 內(nèi)部各寄存器的地址和特殊狀態(tài)位，其內(nèi)部 各寄存器的地址和特殊狀態(tài)位如表 21 所示。在控制指令字輸入后的下一個SCLK 時鐘的上升沿 ，數(shù)據(jù)被寫入 DS1302，數(shù)據(jù)輸入從低位即位 0 開始。 DS1302 的控制字如圖210 所示。 I/O為串行數(shù)據(jù)輸入輸出端 (雙向 )，SCLK 始終是輸入端。 I/O 引腳變?yōu)楦咦钁B(tài)。當(dāng) RST 為高電平時，所有的數(shù)據(jù)傳送被初始化，允許對 DS1302 進行操作。 RST 是復(fù)位 /片選線，通過把 RST輸入驅(qū)動至 高電平來啟動所有的數(shù)據(jù)傳送。當(dāng) Vcc2 小于 Vcc1 時， DS1302 由 Vcc1供電。 DS1302 由 Vcc1 或 Vcc2 兩者中的較大者供電。 DS1302 電路的接口簡單、價格低廉、工作電壓為 ～ ， 使用方便，被廣泛地采用 ,所以 ，該系統(tǒng)選用 DS1302。DS1302 內(nèi)部有一個 31 8 的用于臨時 存放數(shù)據(jù)的 RAM 寄存器。系統(tǒng)溫度檢測部分硬件原理如圖所示。其讀寫時序如圖所示。在讀時間片結(jié)束時 ， 數(shù)據(jù)線經(jīng)過外部的上拉電阻拉回至高電平。微控制器把數(shù)據(jù)線從高電平拉至低電平時，產(chǎn)生讀時間片， 數(shù)據(jù)線必須保持在邏輯低電平至少 1 微秒 ；來 自 DS18B20 的輸出數(shù)據(jù)在讀時間片下降沿之后15 微秒有效。微控制器寫 1 時，數(shù)據(jù)線必須先被拉至低電平，然后就被釋放，使數(shù)據(jù)線在 寫時間片開始之后 的 15 微秒 之內(nèi)拉至高電平。復(fù)位要求微控制器將數(shù)據(jù)線下拉 500 微秒 ，然后釋放，DS18B20 收到信號后等待 16～ 60 微秒 左右，然后發(fā)出 60～ 240 微秒的存在低脈沖，微控制器收到此信號表示復(fù)位成功，如果沒有收到復(fù)位成功信號，則表示 DS18B20出現(xiàn)問題，可以用來作為系統(tǒng)設(shè)計時的故障提示 、 判斷信號。 Dallas半導(dǎo)體公司的數(shù)字化溫度傳感器 DS18B20是 一線總線 接口的溫度傳感器，一線總線具有獨特而經(jīng)濟的特點，性能價格比非常出色 。 系統(tǒng)主控制電路硬件原理 石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 7 DS18B20 1 2 3 GND I/O VDD 溫度測量環(huán)節(jié)設(shè)計 如今，溫度傳感器的總類可謂五花八門，各溫度傳感器的精度和控制方式都有所不同，價格也相差很大。 Flash 存儲器編程時，該引腳加上 +12V 的編程允許電源 Vpp，當(dāng)然這必須是該器件是使用 12V編程電壓 Vpp。需注意的是：如果加密位 LB1 被編程，復(fù)位時內(nèi)部會鎖存 EA 端狀態(tài)。 石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 6 AT89S5212345678RST91011121314151617XTAL218XTAL119GND20VCC403938373635343332EA31ALE30PSEN292827262524232221單片機AT89S521KR522ufC130ufC330ufC2+5+512MHZPSEN—— 程序存儲器允許 (PSEN）輸出 ， 是外部程序存儲器的讀選通信號，當(dāng)AT89S52 由 外部程序存儲器取指令（或數(shù) 據(jù)）時，每個機器周期兩次 PSEN 有效，即輸出兩個脈沖，在此期間，當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器，將跳過兩次 PSEN 信號。該位置位后，只有一條 MOVX 和 MOVC 指令才能將 ALE 激活。 對 Flash 存儲器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖（ PROG）。一般情況下， ALE 仍以時鐘振蕩頻率的 1/6 輸出固定 的脈沖信號，因此它可對外輸出時鐘或用于定時目的。當(dāng)振蕩器工作時， RST 引腳出現(xiàn)兩個機器周期以上高電平將使單片機復(fù)位，其上電復(fù)位硬件原理如圖所示。 RXD(串行輸入口 ) TXD(串行輸出口 ) INTO(外中斷 0) 石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 5 INT1(外中斷 1) TO(定時 /計數(shù)器 0) T1(定時 /計數(shù)器 1) 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 ) 此外， P3 口還接收一些用于 Flash 閃存編程和程序校驗的控制信號。 P3 口亦作為 AT89S52 特殊功能（第二功能）使用，如下所示。對 P3 端口寫“ 1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。在 Flash 編程和校驗時， P2 口也接收高 8 位地址字節(jié)和一些控制信號 。在這種應(yīng)用中， P2 口使用很強的內(nèi)部上拉發(fā)送 1。作為輸入 口 使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流。 引腳號第二功能 ： T2（定時器 /計數(shù)器 T2 的外部計數(shù)輸入），時鐘輸出 T2EX（定時器 /計數(shù)器 T2 的捕捉 /重載觸發(fā)信號和方向控制） MOSI（ 系統(tǒng)編程用） MISO（ 系統(tǒng)編程用） SCK（ 系統(tǒng)編程用） P2 口： P2 口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 輸出緩沖器能驅(qū)動 4 個 TTL 邏輯電平。對 P1 端口寫“ 1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。程序校驗時，需要外部上拉電阻。當(dāng)訪問外部程序和數(shù)據(jù)石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 4 存儲器時， P0 口也被作為低 8 位地址 /數(shù)據(jù)復(fù)用 口， 在這種模式下， P0 口 具有內(nèi)部上拉電阻。作為輸出口，每位能驅(qū)動 8 個TTL 邏輯電平。掉電保護方式下， RAM 內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復(fù)位為止。另外， AT89S52 可降至 0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持 2 種軟件可選擇節(jié)電模式。在芯片上，具 有靈巧的 8 位 CPU 和在 線 系統(tǒng)可編程 Flash，使得 AT89S52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。使用 Atmel 公司高密度非易失性存儲器技