【正文】 機(jī)種。 通常，單片機(jī)由單塊集成電路芯片構(gòu)成，內(nèi)部包含有計(jì)算機(jī)的基本功能部件：中央處理器、存儲(chǔ)器和 I/O接口電路等。 單片機(jī)經(jīng)過(guò) 3代的發(fā)展， 正朝著多功能、高性能、低電壓、低功耗、低價(jià)格、大存儲(chǔ)容量、強(qiáng) I/O功能及較好的結(jié)構(gòu)兼容性方向發(fā)展。比如 A/D、 PWM、 PCA（可編程計(jì)數(shù)器陣列）、 WDT（監(jiān)視定時(shí)器看家狗）、高速 I/O口及計(jì)數(shù)器的捕獲 /比較邏輯等。例如，有的芯片以 51內(nèi)核為核心，集成了 USB控制器、 SMART CARD 接口、MP3解碼器、 CAN或者 I*I*C總線控制器等， LED、 LCD或 VFD顯示驅(qū)動(dòng)器也開(kāi)始集成在 8位單片機(jī)中。 由于系統(tǒng)資源和系統(tǒng)復(fù)雜程度的增加，開(kāi)始使用高級(jí)語(yǔ)言（如 C語(yǔ)言）來(lái)開(kāi)發(fā)單片機(jī)的程序。 低電壓和低功耗 單片機(jī)的嵌入式應(yīng)用決定了低電壓和低功耗的特性十分重要。這些特性使得單片機(jī)系統(tǒng)可以在更小電源的支持下工作更長(zhǎng)的時(shí)間。目前世 界各大公司為了提高競(jìng)爭(zhēng)力，在提高單片機(jī)性能的同時(shí)，十分注意降低其產(chǎn)品的價(jià)格。 （ 1）家用電器領(lǐng)域 用單片機(jī)控制系統(tǒng)取代傳統(tǒng)的模擬和數(shù)字控制電路，使家用電器（如洗衣機(jī)、空調(diào)、冰箱、微波爐、和電視機(jī)等）功能更完善，更加智能化和易于使用。 （ 3）商業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域 商業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)部分與家用和辦公應(yīng)用系統(tǒng)相似，但更加注重設(shè)備的穩(wěn)定性、可 靠性和安全性。與通用計(jì)算機(jī)相比，這些系統(tǒng)由于比較封閉，可以更有效地防止病毒和電磁干擾等，可靠性更高。 淮陰工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) （論文） 第 6 頁(yè) 共 36 頁(yè) （ 5）智能儀表與集成智能傳感器 目前在各種電氣測(cè)量?jī)x表中普遍采用了單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的測(cè)量系統(tǒng)，使得測(cè)量系統(tǒng)具有存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)處理、查詢(xún)及聯(lián)網(wǎng)等智能功能 。它將傳感器變換后的物理量作進(jìn)一步的變化和處理，使其成為數(shù)字信號(hào)，可以遠(yuǎn)距離傳輸并與計(jì)算機(jī)接口。這些領(lǐng)域?qū)w積、功耗、穩(wěn)定性和實(shí)時(shí)性的要求往往比商用系統(tǒng)還要高，因此采用單片機(jī)系統(tǒng)更加重要。 第一， ATC89C2051 單片機(jī)采用 Flash存儲(chǔ)器技術(shù)，降低了制造成本， 其軟件、硬件與MCS51完全兼容。 第三， 允許工作的時(shí)鐘為 0— 24MHz。 第五 ， AT89C2051 共有 20個(gè)引腳，它只繼承了 8031最重要的引腳，體積小巧。 和 MCS51產(chǎn)品的兼容 耐久性： 1,000 寫(xiě)／擦除周期 全靜態(tài)操作： 0Hz～ 24MHz 1288 位內(nèi)部 RAM 兩個(gè) 16位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 淮陰工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) （論文） 第 7 頁(yè) 共 36 頁(yè) 可編程串行 UART 通道 片內(nèi)模擬比較器 2. GND：地?？谝_ ～ 。 (AIN0)和反相輸入（ AIN1)。當(dāng) P1口引腳寫(xiě)入 “1” 時(shí) ,其可用作輸入端。 P1口還在閃速編程和程序校驗(yàn)期間接收代碼數(shù)據(jù)。 I/O引腳而不可訪問(wèn)。當(dāng) P3口引腳寫(xiě)入 “1” 時(shí) ,它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可用作輸入端。P3口還用于實(shí)現(xiàn) AT89C2051 的各種功能 ,如下表 1所示。 (RXD) 2 VCC Ramp。 RST一旦變成高電平 ,所有的 I/O引腳就復(fù)位到 “1” 。每一個(gè)機(jī)器周期需 12個(gè)振蕩器或時(shí)鐘周期。 7. XTAL2：作為振蕩器反相放大器的輸出。如圖 1所示， 它采用 ATMEL的高密非易失存儲(chǔ)技術(shù)制造并和工業(yè)標(biāo)準(zhǔn) MCS— 51指令集和引腳結(jié)構(gòu)兼容。 淮陰工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) （論文） 第 9 頁(yè) 共 36 頁(yè) 圖 AT89C2051內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 此外 ,從 AT89C2051內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖也可看出 ,其內(nèi)部結(jié)構(gòu)與 8051內(nèi)部結(jié)構(gòu)基本一致（除模擬比較器外） ,引腳 RST、 XTAL XTAL2的特性和外部連接電路也完全與 51系列單片機(jī)相應(yīng)引腳一致 ,但 P1口、 P3口有其獨(dú)特之處 。 AT89C2051 的軟硬件約束 AT89C2051單片機(jī)由于引腳的限制，沒(méi)有設(shè)置外部存儲(chǔ)器的接口，所以，對(duì)于外部存儲(chǔ) 器的讀 /寫(xiě)指令如 MOVX等不起作用。 鎖存器 鎖存器 寄存器 B 累加器 A 指令寄存器 IR 暫存器 1 暫存器 2 指令譯碼器 ID 定時(shí)與控制 程序狀態(tài)字 PSW 數(shù) 據(jù) 指 針DPTR 緩沖器 程序計(jì)數(shù)器 PC PC 增 1 程序地址寄存器 AR 2KB PFEROM ALU 淮陰工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) （論文） 第 10 頁(yè) 共 36 頁(yè) 7FFH） ,超出地址范圍時(shí)，將產(chǎn)生不可遇見(jiàn)的錯(cuò)誤結(jié)果。 模擬比較器的輸入信號(hào)經(jīng)原來(lái)的 ，所以原來(lái)的 無(wú)法再外部使用。 AT89C2051 的存儲(chǔ)器編程 AT89C2051單片機(jī)提供有 2KB的片內(nèi) Flash程序存儲(chǔ)器，它允許在線修改或使用專(zhuān)用編程器編程。加密功能表如表 。 b． Flash 存儲(chǔ)器的編程和程序校驗(yàn) （ 1） AT89C2051單片機(jī)的 片內(nèi) Flash存儲(chǔ)器編程模式如表 （ b）所示。 重復(fù)步驟① — ⑧，完成整個(gè) 2KB的編程。 (3)編程及校驗(yàn)電路如圖 （ c） （ d） 所示。 智能插座的硬件 系統(tǒng) 設(shè)計(jì) 智能插座的硬件系統(tǒng)具體電路設(shè)計(jì) 本課題 要運(yùn)用 AT89C2051為核心芯片，同時(shí)選用 DS1302為時(shí)鐘芯片， 74LS273構(gòu)成觸發(fā)電路驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管的顯示模塊、鍵盤(pán)模塊、繼電器模塊、復(fù)位電路模塊 、晶振電路模塊 等構(gòu)成外圍電路來(lái)完成 智能插座控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)， 并協(xié)作軟件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn) 課題所要求的功能。 89系列單片機(jī)的復(fù)位信號(hào)是從 RST引腳輸入到芯片內(nèi)部的施密特觸發(fā)器中的。假如采用 12MHZ的晶振，那么復(fù)位時(shí)間大約是 12μ S。為可靠起見(jiàn)，電源穩(wěn)定后還要經(jīng)一定的延時(shí)才撤銷(xiāo)復(fù)位信號(hào)，以防電源開(kāi)關(guān)或電源插頭分 合過(guò)程中引起的抖動(dòng)而影響復(fù)位。 C2051 單片機(jī)復(fù)位信號(hào)高電平有效 AT89C2051 復(fù)位電路模塊 數(shù)碼管顯示模 塊 DS1302 實(shí)時(shí) 時(shí) 鐘 模 塊 圖 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框 圖 晶 振 電 路 按 鍵 控 制 掃 描 模 塊 淮陰工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) （論文） 第 13 頁(yè) 共 36 頁(yè) 圖 單片機(jī)復(fù)位電路 系統(tǒng)的晶振電路設(shè)計(jì) 圖 晶振電路 AT89C2051 中有一個(gè)用于構(gòu)成內(nèi)部振蕩器的高增益反響放大器，引腳 XTAL1 和XTAL2 分別是該放大器的輸入端和輸出端。外接石英晶體或者陶瓷諧振器及電容 C1,C2接在放大器的反饋回路中構(gòu)成并聯(lián)振蕩電路。在焊接刷電路板時(shí)，晶體振蕩器和電容應(yīng)盡可能安裝得與單片機(jī)芯片靠近，以減少寄生電容，更好地保證震蕩器穩(wěn)定和可靠地工作。當(dāng)線圈通電后，會(huì)使中心的軟鐵核心產(chǎn)生磁性，將橫向的擺臂吸下，而臂的右側(cè)則迫使電門(mén)接點(diǎn)相接，使兩接點(diǎn)形成通路。故在電路中起著自動(dòng)調(diào)節(jié)、安全保護(hù)、轉(zhuǎn)換電路等作用 。還有就是繼電器去驅(qū)動(dòng)其他負(fù)載 ,比如繼電器可以驅(qū)動(dòng)中間繼電器 ,可以直接驅(qū)動(dòng)接觸器 ,所以 ,繼電器驅(qū)動(dòng)就是單片機(jī)與其他大功率負(fù)載接口 .首先里面的三極管很重要 .三極管是電子電路里很重要的一個(gè)元件 .簡(jiǎn)單的來(lái)說(shuō)三極管有兩個(gè)作用一個(gè)是放大作用 ,一個(gè)是開(kāi)關(guān)作用 .(嚴(yán)格來(lái)講開(kāi)關(guān)作用是放大作用的 極限情況 ,不過(guò)沒(méi)關(guān)系 ,把兩者分開(kāi) ,更便于理解它的工作原理 ).在這里 ,我們只了解它跟本電路有關(guān)的開(kāi)關(guān)作用 . 淮陰工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) （論文） 第 15 頁(yè) 共 36 頁(yè) 圖 繼電器電路 要理解這個(gè)電路 ,其實(shí)也比較容易 。 三極管是電子電路里很重要的一個(gè)元件 ， 簡(jiǎn)單的來(lái)說(shuō)三極管有兩個(gè)作用 ： 一個(gè)是放大作用 ,一個(gè)是開(kāi)關(guān)作用 (嚴(yán)格來(lái)講開(kāi)關(guān)作用是放大作用的極限情況 ,不過(guò)沒(méi)關(guān)系 ,把兩者分開(kāi) ,更便于理解它的工作原理 )。 首先把三極管想成一個(gè)水龍頭 。 剛才說(shuō)過(guò) ,三極管就是水龍頭 ,它的把手就是那個(gè)帶有電阻的引腳 。 反之 ,如果是輸出高電平 ,手 就開(kāi)始關(guān) 水龍頭 ,繼電器 水輪機(jī) 因?yàn)闆](méi)有水流下來(lái) ,就會(huì)停止 。 簡(jiǎn)單的理解和記憶就是 :三極管是一個(gè)開(kāi)關(guān)器件 ,其實(shí)你真的可以將它看成是一個(gè)開(kāi)關(guān) ,只不過(guò)它不是用手來(lái)控制 ,而是用電壓 (電流 )來(lái)控制的 ,因此 ,三極管有些時(shí)候也被稱(chēng)做電子開(kāi)關(guān) (與機(jī)械開(kāi)關(guān)相區(qū)別 )。 需要特別注意的是它的接法 :并聯(lián)在繼電器兩端 ， 陰極一定是接 Vcc。 如圖 ： I/O 口， R為與單片機(jī)的 I/O 口相連的上拉電阻， LAMP為接地端，和 +5V組成電源電路為繼電器的兩個(gè)觸點(diǎn)供電，三極管、二極管以及電阻構(gòu)成了繼電器線 圈 兩端的控制電路，當(dāng) 端為低電平時(shí)，通過(guò)三極管的發(fā)射極接地，使得二極管截止，繼電器的電磁鐵的線圈不會(huì)通電，其觸點(diǎn)不會(huì)接觸在一起； ，二極管被導(dǎo)通，繼電器的電線圈會(huì)通電，其觸點(diǎn)會(huì)接觸在一起，于是就會(huì) 形成通路。當(dāng)外部沒(méi)有光照時(shí)，使得單片機(jī)停止對(duì)光信號(hào)的檢測(cè)。同時(shí)，也降低了功耗。若在行、列母線中把行母線逐行置 0，那么列 母線就用來(lái)做信號(hào)輸入線。每個(gè)鍵都有一根信號(hào)線與單片機(jī)電路相連，所有按鍵都有一個(gè)公共地或公共正端，每個(gè)鍵相互獨(dú)立互不影響。根據(jù)本次設(shè)計(jì)十幾情況按鍵使用較少，所以采取方案二獨(dú)立按鍵。 時(shí)鐘電路 設(shè)計(jì) （ 1） 時(shí)鐘芯片 DS1302簡(jiǎn)介 實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路 DS1302是 DALLAS公司的一種具有涓細(xì)電流充電能力的電路，主要特 淮陰工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) （論文） 第 18 頁(yè) 共 36 頁(yè) 點(diǎn)是采用串行數(shù)據(jù)傳輸，可為掉電保護(hù)電源提供可編程的充電功能，并且可以關(guān)閉充電功能。 （ 2） 時(shí)鐘芯片 DS1302結(jié)構(gòu)及工作原理 1） DS1302 是美國(guó) DALLAS公司推出的一種高性能、低功耗、帶 RAM的實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路，它可以對(duì)年、月、日、周日、 時(shí)、分、秒進(jìn)行計(jì)時(shí)，具有閏年補(bǔ)償功能，工作電壓為 ～ 。 DS1302內(nèi)部有一個(gè) 31 8的用于臨時(shí)性存放數(shù)據(jù)的 RAM寄存器。圖 （ a） 所示出DS1302的引腳排列 ,其中 Vcc1為后備電源， VCC2為主電源。 DS1302由 Vcc1或 Vcc2兩者中的較大者供電。當(dāng) Vcc2小于 Vcc1時(shí)， DS1302由 Vcc1供電。 RST是復(fù)位 /片選線，通過(guò)把 RST輸入驅(qū)動(dòng)置高電平來(lái)啟動(dòng)所有的數(shù)據(jù)傳送。當(dāng) RST為高電平時(shí)，所有的數(shù)據(jù)傳送被初始化，允許對(duì) DS1302進(jìn)行操作。上電運(yùn)行時(shí)，在 Vcc≥ ， RST必須保持低電平。I/O為串行數(shù)據(jù)輸入輸出端 (雙向 )，后面有詳細(xì)說(shuō)明。 Vcc1 I/O SCLK Vcc2 X1 GND RST X1 1 8 2 7 3 6 4 5 圖 （ a） DS1302 引腳圖 淮陰工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) （論文） 第 19 頁(yè) 共 36 頁(yè) 圖 (b) DS1302內(nèi)部結(jié)構(gòu) 2） 各引腳的功能為： Vcc1：主電源； Vcc2：備份電源。 SCLK：串行時(shí)鐘，輸入； I/O：三線接口時(shí)的雙向數(shù)據(jù)線； CE：輸入信號(hào)，在讀、寫(xiě)數(shù)據(jù)期間，必須為高。 3） DS1302 有下列幾組寄存器： ① DS1302有關(guān)日歷、時(shí)間的寄存器共有 12 個(gè)，其中有 7個(gè)寄存器（讀時(shí) 81h～ 8Dh，寫(xiě)時(shí) 80h～ 8Ch），存放的數(shù)據(jù)格式為 BCD 碼形式，如 表 （ 1） 所示。當(dāng)為高時(shí)，選擇 12小時(shí)模式。在 24小時(shí)模式時(shí)，位 5是第二個(gè) 10 小時(shí)位。當(dāng)該位置為 1時(shí)，時(shí)鐘振蕩器停止， DS1302處于低功耗狀態(tài)；當(dāng)該位置為 0時(shí)，時(shí)鐘開(kāi)始運(yùn)行。在任何的對(duì)時(shí)鐘和 RAM的寫(xiě)操作之前， WP位必須為 0。 ② DS1302有關(guān) RAM的地址 DS1302中附加 31字節(jié)靜態(tài) RAM的地址如 表 （ 2） 所示。 FDh FCh 00FFh 表 （ 2） ③ DS1302的工作模式寄存器 所謂突發(fā)模式是指一次傳送多個(gè)字節(jié)的時(shí)鐘信號(hào)和 RAM數(shù)據(jù)。 工作模式寄存器 讀寄存器 寫(xiě)寄存器 時(shí)鐘突發(fā)模式寄存器 CLOCK BURST BFh BEh RAM突發(fā)模式寄存 器 RAM BURST FFh FEh 表 (3) ④ 此外， DS1302 還有充電寄存器等。它不僅要向寄存器寫(xiě)入控制字，還需要讀取相應(yīng)寄存器的數(shù)據(jù)。 DS1302 的控制字如 淮陰工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) （論文） 第 21 頁(yè) 共 36 頁(yè) 表 （ 4） 。 （ 1） 控制字的最高有