【正文】 L E D S 1L E D S 2L E D S 3+5D1 4 1 4 8R 3 11 0 KU S B R X+5V D D _ 2 3 24T X D1D T R _ N2R T S _ N3R X D5R I _ N6G N D7V D D8D S R _ N9D C D _ N10C T S _ N11S H T D _ N12E E _ C L K13E E _ D A T A14O S C 228O S C 127P L L _ T E S T26G N D _ P L L25V D D _ P L L24L D _ M O D E23T R I _ M O D E22G N D21V D D20R E S E T19G N D _ 3 V 318V D D _ 3 V 317DM16DP15U6P L 2 3 0 3+5U S B T X+ 5 I N+ 5 I NR 3 34 . 7 KR 3 24 . 7 K+5Y21 2 M H ZC 1 5 2 0 pC 1 6 2 0 p+ 5 I NR 3 44 . 7 KR 3 54 . 7 K+ 5 I NC 1 70 . 1 u F+ 5 I NR 3 61 0 K+5C 1 80 . 1 u FS D AS C L162738495J3R S 2 3 2Q59 0 1 2R 3 74 . 7 KD24 1 4 8R 3 81KD34 1 4 8Q69 0 1 2C 1 9 0 . 1 u FD4 4 1 4 8R 4 04 . 7 K+5U A R T R XR 3 91 0 KU A R T T X+51 23 45 6J2U A R TU S B T XT X DU A R T T XU S B R XR X DU A R T R XU S B 電源去耦A(yù)D 、 DA 電路U S B U A R T 轉(zhuǎn)換電路串口電路U S B 供電電路U S B 接口電路LED 顯示及其驅(qū)動電路1 23 4J1S T C P R O 圖 電路原理圖 PCB 圖設(shè)計 設(shè)計中數(shù)據(jù)采集單片機(jī)的 PCB 圖是由單片機(jī)的原理圖生成的，其操作步驟為： 1． 加載 網(wǎng)絡(luò)表和元件封裝： 網(wǎng)絡(luò)表是自動布線的基礎(chǔ)，是連接原理圖和印制電路板的紐帶。 2 2． ．元件布局： 規(guī)劃電路板并導(dǎo)入網(wǎng)絡(luò)表后，通過執(zhí)行命令，系統(tǒng)將自動裝入元件并將元件布置在電路板邊框內(nèi)。元件布局是印制電路板設(shè)計中比較花費(fèi)精力的一個步驟，需要設(shè)計者有足夠的耐心。 4． 手工調(diào)整： 自動布線雖然成功率很高，但往往存在不滿意的地方，這時就需石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 要進(jìn)行手工調(diào)整，以滿足設(shè)計要求。電路圖如圖所示： 圖 電路 PCB 圖 單片機(jī) （ 1） 單片機(jī)的概述 單片機(jī)是一種集成的電路芯塊采用了超大規(guī)模技術(shù)把具有運(yùn)算能力（如算術(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送、中斷處理）的微處理器（ CPU） ,隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲器（ RAM），只讀程序存儲器（ ROM），輸入輸出電路（ I/O 口），可能還包括定時計數(shù)器，串行通信口（ SCI），顯示驅(qū)動電路（ LCD 或 LED 驅(qū)動電路），脈寬調(diào)制電路 (PWM)，模擬多路轉(zhuǎn)換及 A/D 轉(zhuǎn)換器等電路集成到一塊單片機(jī)上，構(gòu)成一個最小然而很完善的計算機(jī)系石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 統(tǒng)。總的而言單片機(jī)的特點(diǎn)可以歸納為以下幾個方面：集成度高、存儲容量大、外部擴(kuò)展能力強(qiáng)、控制功能強(qiáng)、低電壓、低功耗、性能價格比高、可靠性高這幾個方面。它們被應(yīng)用在不同領(lǐng)域里， 8位單片機(jī)由于功能強(qiáng)大，被廣泛的應(yīng)用在工業(yè)控制、智能接口、儀表儀器等各個領(lǐng)域。隨著移動通訊、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、多媒體技術(shù)等高科技產(chǎn)品進(jìn)入家庭， 32 位單片機(jī)應(yīng)用得到了長足發(fā)展。然而單片機(jī)又不同于單板機(jī)，芯片在沒有開發(fā)前，它只是具備功能極強(qiáng)的超大規(guī)模集成電路，如果賦予它特定的程序，它便是一個最小的 、完整的微機(jī)控制系統(tǒng)。 （ 2） 簡介 STC89C52 STC89C52是一種低功耗、高性能 CMOS8位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程 Flash 存儲器。 具有以下標(biāo)準(zhǔn) 功能： 8k字節(jié) Flash， 512 字節(jié) RAM， 32 位 I/O 口線， 看門狗定時器 ，內(nèi)置 4KB EEPROM， MAX810復(fù)位電路，三個 16 位 定時器 /計 數(shù)器，一個 6向量 2 級中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口。空閑模式下， CPU 停止工作，允許 RAM、定時器 /計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。最高運(yùn)作頻率 35Mhz， 6T/12T 可選。它在硬件資源和功能、軟件指令及編程上與 Intel 80C3X 單片機(jī)完全相同。在石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 STC89C52 內(nèi)部有 FLASH 程序存儲器，既可用常規(guī)的編程器編程，也可用在線使之處于編程狀態(tài)對其編程。 STC89C52具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： ? 與 MCS51 產(chǎn)品指令系統(tǒng)完全兼容； ? 片內(nèi)集成 4KB 的 FLASH 存儲器，可反復(fù)編程 /擦除 1000 次； ? 數(shù)據(jù)保留時間： 10 年； ? 全靜態(tài)設(shè)計，時鐘頻率范圍為 0～ 24MHz、 33MHz； ? 三個程序存儲器保密位； ? 128 8 字節(jié)的內(nèi)部 RAM； ? 32 條可編程的 I/O 口線； ? 2 個可工作于 4 種模式的 16 位定時 /計數(shù)器； ? 5 個中斷源 /2 個中斷優(yōu)先級； ? 可編程串行通道； ? 具有 4 種工作模式的全雙工串行口； ? 低功耗的待機(jī)工作模式和掉電工作模式； ? 片內(nèi)振蕩器和時鐘電路； ? 具有 4 種工作模式的全雙工串行口； ? 低功耗的待機(jī)工作模式和掉電工作模式； ? 片內(nèi)振蕩器和時鐘電路； 其引腳圖，如圖 圖 石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 它一共有 40個引腳，引腳又分為四類。工作電源又分主電源、備用電源和編程電源。還有由 P0口、 P1口、 P2口、 P3口的所有引腳構(gòu)成的單片機(jī)的輸入 /輸出（ I\O）引腳。 單片機(jī)的引腳特點(diǎn)是： 單片機(jī)多功能，少引腳，使得引腳復(fù)用現(xiàn)象較多。 STC89C52 單片機(jī)的管腳說明 VCC：供電電壓。 P0 口： P0 口為一個 8 位漏級開路雙向 I/O 口，每腳可吸收 8 個 TTL 門電流。 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。 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 4 TTL 門電流。在 FLASH 編程和校驗(yàn)時， P1 口作為第八位地址接收。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。在給出地址 1時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存 儲器進(jìn)行讀寫時， P2 口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。 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。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。 RST：復(fù)位輸入。 ALE/PROG：當(dāng)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。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個 ALE 脈沖。此時， ALE 只有在執(zhí)行 MOVX， MOVC 指令是 ALE 才起作用。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài) ALE 禁止，置位無效。在由外部程序存儲器讀取指令期間，每個機(jī)器周期兩次 PSEN 有效。 EA /VPP：當(dāng) 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。在 FLASH 編程期間，此引腳也用于施加 12V 編程電源（ VPP）。 XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。如采用外部時鐘源驅(qū)動器件， XTAL2 應(yīng)不接。 整個 EPROM 陣列和三個鎖定位的電擦除可通過正確的控制信號組合，并保持 ALE 管腳處于低電平 10ms 來完成。 （ 1）地址線上輸入欲編程的存儲單元地址；（ 2）在數(shù)據(jù)線上輸入編程數(shù)據(jù)；（ 3）加正確的控制信號組合；（ 4）在 高壓 模式下使 VPP 為 12V；（ 5）在 ALE 引腳上加一次負(fù)脈沖，可對 FLASH 存儲器的一個字節(jié)或保密位進(jìn)行編程。改變編程的存儲單元地址和編程數(shù)據(jù)重復(fù)步驟（ 1）～（ 5），直到編程文件最后。在閑置模式下， CPU 停止工作，但 RAM、定時器、計數(shù)器、串口和中斷系統(tǒng)仍在工作。 6. 主要工作和內(nèi)容安排 綜上所述，本著實(shí)用、可靠、安全、簡潔及經(jīng)濟(jì)等設(shè)計原則，設(shè)計開發(fā)了基于單片機(jī)STC89C52 石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 LED數(shù)碼顯示器的應(yīng)用原理 簡單的講， LED數(shù)碼顯示器就是由發(fā)光二極管組成的，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 ，LED數(shù)碼顯示器有兩種連接方式： （ 1）共陰極接法：把發(fā)光二極管的陰極連在一起構(gòu)成公共陰極，使用時公共陰極接地。如圖 （ 2）共陽極接法。如圖 ： 圖 LED內(nèi)部結(jié)構(gòu) 圖 共陰極接法 圖 為了顯示字符，要為 LED顯示器提供顯示段碼（或稱字形代碼），組成一個“ 8”字的七段，再加上 1個小數(shù)點(diǎn)位，共計八段。 表 段位碼對應(yīng)關(guān)系 段位碼 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 位碼段 dp g f e d c b a 石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 模數(shù)轉(zhuǎn)換器 PCF8591 在我們所采集的數(shù)據(jù)電壓值是隨著滑動變阻器的旋轉(zhuǎn)而不斷改變的，而要對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行處理 ,則需要將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字量， A/D 轉(zhuǎn)換器就是為了將連續(xù)變化的模擬量轉(zhuǎn)換成計算機(jī)能接受的數(shù)字量。而該系統(tǒng)選用的是 PCF8591，下面就具體的介紹一下 PCF8591 的工作原理。有 4 路 A/D 轉(zhuǎn)換輸入， 1路 D/A 模擬 輸出。 A/D 轉(zhuǎn)換為逐次比較型。結(jié)構(gòu)圖如圖 2 所示。 AINO～ AIN3：模擬信號輸入端。 VDD、 Vss:電源端。 OSC：外部時鐘輸入端，內(nèi)部時鐘輸出端。 AGND:模擬信號地。 VREF:基準(zhǔn)電源端。飛利蒲公司規(guī)定 A/D 器件地址為 1001。地址的最后一位為方向位 R/w，當(dāng)主控器對 A/D 器件進(jìn)行讀操作時為 1，進(jìn)行寫操作時為 0。 控制字節(jié)： 控制字節(jié)用于實(shí)現(xiàn)器件的各種功能，如模擬信號由哪幾個通道輸入等?？偩€操作時為主控器發(fā)送的第二字節(jié)。 D D4 模擬量輸入選擇： 00 為四路單數(shù)入、 01 為三路差分輸入、 10 為單端與差分配合輸入、 11 為模擬輸出允許有效。模擬量輸入選擇位取值由輸入方式?jīng)Q定：四路單端輸入時取 00，三路差分輸入時取 01，單端與差分輸入時取 10，二路差分輸入時取 11。 在進(jìn)行數(shù)據(jù)操作時，首先是主控器發(fā)出起始信號，然后發(fā)出讀尋址字節(jié)，被控器做出應(yīng)答后，主控器從被控器讀出第一個數(shù)據(jù)字節(jié)，主控器發(fā)出應(yīng)答，主控器從被控器讀出第二個數(shù)據(jù)字節(jié)，主控器發(fā)出應(yīng)答?一直到主控器從被控器中讀出第 n 個數(shù)據(jù)字節(jié)，主控器發(fā)出非應(yīng)答信號，最后主控器發(fā)出停止信號。 （ 1）主程序 石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 主程序?qū)ο到y(tǒng)進(jìn)行初始化，先讀取 I2C 通信中的讀數(shù)據(jù)函數(shù) 的數(shù)據(jù)，通過 UART發(fā)送數(shù)據(jù)到 PC 機(jī)界面，同時將所讀的十六進(jìn)制的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制的數(shù)據(jù)顯示在四位數(shù)碼管上。如圖所示： 開始 I2C 通信的讀數(shù)據(jù) UART 發(fā)送數(shù)據(jù)到 PC 機(jī)界面顯示 將所讀十六進(jìn)制數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)據(jù) LED 顯示 石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 （ 3） I2C 通信的應(yīng)答 i2c_ACK()與非應(yīng) i2c_waitACK()答操作 該子程序部分在主機(jī)寫數(shù)據(jù)時，每發(fā)送一個字節(jié)，接收機(jī)需要回復(fù)一個應(yīng)答位“ 0”，通過應(yīng)答位來判斷從機(jī)是否接收成功。其流程圖如圖 所示 （ 4） I2C 通信的數(shù)據(jù)發(fā)送 i2c_sendbyte()與接收 i2c_recbyte()操作 I2C 總線是數(shù)據(jù)線 SDA 和時鐘 SCL 構(gòu)成的串行總線，可發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。 SCL為高電平期間，數(shù)據(jù)線上的數(shù)據(jù)必須保持穩(wěn)定，只有 SCL 信號為低電平期間， SDA 狀態(tài)才允許變