【正文】 AT89C51 接口分配及 系統(tǒng)電路設(shè)計(jì) AT89C51 單片機(jī)是該系統(tǒng)的核心器件，其控制著所有的外圍電路，并及時(shí)響應(yīng)外部請(qǐng)求。整個(gè)系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)如下： 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 13 頁(yè) 共 35 頁(yè) （ 1）按鍵 S17，電容 C8，電阻 R13 構(gòu)成單片機(jī)的人工復(fù)位裝置；兩個(gè) 30pF的電容， 12M 的晶振構(gòu)成單片機(jī)的振蕩電路。 （ 2）矩陣式鍵盤由 P1 口來控制， ， ， ， 接行線， 、 、 接列線。單片機(jī)對(duì)鍵盤進(jìn)行行列掃描讀取鍵值 。 （ 3）數(shù)碼管顯示電路由 P2 口控制，單片機(jī)對(duì)數(shù)碼管進(jìn)行動(dòng)態(tài)掃描。 與 口通過一串入并出的 74LS164 與所有 LED 的 a， b， c， d， e， f， g， sp 引線相連， P2 口接 LED 的控制端，單片機(jī)通過 P3 口控制各 LED 是否點(diǎn)亮。 （ 4） P0 口設(shè)計(jì)為 與 IC 卡卡座的接口， AT89C51 單片機(jī)通過 IC 卡座完成單片機(jī)與 IC 卡的連接。 E A /V P31X119X218R E S E T9RD17WR16I N T 012I N T 113T014T115P 10 /T1P 11 /T2P 123P 134P 145P 156P 167P 178P 0039P 0138P 0237P 0336P 0435P 0534P 0633P 0732P 2021P 2122P 2223P 2324P 2425P 2526P 2627P 2728P S E N29A L E /P30T X D11R X D10U2A T 89 C 51C2C A PC3C A PY1C R Y S T A LP 00P 01P 02P 03P 04P 05P 06P 07P 20P 21P 22P 23P 24P 25P 26P 27R E S E TC810 u FR 1310kV C CS 17S W P BP 10P 11P 12P 13P 14P 15P 16P 17R X DT X DV C CA L ERDI N T 1I N T 0T0T1WR 圖 AT89C51 最小系統(tǒng) AT89C51 與 IC 卡接口電路 AT89C51 單片機(jī)通過 IC 卡座完成單片機(jī)與 IC 卡 的連接 ， 其硬件電路圖 所示。這里簡(jiǎn)單介紹一下 IC 卡引腳信號(hào) 連接 ： VDD、 GND——電源 ， 工作電壓+5V； 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 14 頁(yè) 共 35 頁(yè) V ccRstCL K I / OS 1 SLE 4442 卡卡座GNDNCS 2空P 0 . 7INT 0P 0 . 0 89 C 51P 0 . 1P 0 . 2+ 5 V 圖 IC 卡與單片機(jī) 接口電路原理圖 RST——IC 卡復(fù)位信號(hào) ； CLK——IC 卡傳輸數(shù)據(jù)所需的時(shí)鐘信號(hào) ； I/O——雙向數(shù)據(jù)線 ,所有數(shù)據(jù)均通過該引腳進(jìn)行傳送 (漏極開路 )。 鍵盤及其接口技術(shù) 鍵盤實(shí)質(zhì)上是一組按鍵開關(guān)的集合，控制 CPU 通過按鍵來識(shí)別特定的用戶命令，從而轉(zhuǎn)入相應(yīng)的程序來執(zhí)行用戶命令。鍵盤的軟硬件設(shè)計(jì)涉 及下面幾個(gè)方面的問題 : (1)按鍵的確認(rèn) 鍵的閉合與否反應(yīng)在電壓上就是呈現(xiàn)出高電平或低電平，如果高電平表示斷開，那么低電平則表示閉合，通過電平的高低狀態(tài)的檢測(cè)便可確認(rèn)鍵按下與否。 為了確保 CPU 對(duì)一次按鍵動(dòng)作 只確認(rèn)一次，并且防止干擾信號(hào)的影響，必須加入消除電平抖動(dòng)的措施 。消除抖動(dòng)通常有硬件、軟件兩種消除方法。硬件消除抖動(dòng)可采取雙穩(wěn)態(tài)電路或?yàn)V波消抖電路 。軟件消抖是在第一次檢測(cè)到有鍵按下時(shí)，執(zhí)行一段延時(shí)程序 (一般幾十毫秒 )再確認(rèn)該鍵 是否仍閉合，如果還是閉合狀態(tài)則確認(rèn)該鍵按下，從而消除抖動(dòng)和干擾影響 。當(dāng)按鍵較 多時(shí)，我們多采用軟件消抖法。 (2)按鍵接口設(shè)計(jì)和按鍵識(shí)別方法 按鍵接口設(shè)計(jì)有兩種方法，獨(dú)立式按鍵和矩陣式鍵盤。獨(dú)立式按鍵是各鍵互相獨(dú)立，每個(gè)按鍵各接一根輸入線，只要檢測(cè)輸入線的電平就可以識(shí)別按鍵的狀態(tài)。這種方法電路配置靈活，軟件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但每個(gè)按鍵需占用一根輸入口線，I/O 資源浪費(fèi)大。故此方法只適用于按鍵少，或其他控制功能很簡(jiǎn)單的場(chǎng)合。矩陣式鍵盤適用于按鍵數(shù)量較多的場(chǎng)合，它把鍵盤輸入線分為行線和列線，按鍵位于行、列的交叉點(diǎn)上。按鍵的識(shí)別需要軟件分別掃描行線和列線，根據(jù)掃描結(jié)果判畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 15 頁(yè) 共 35 頁(yè) 斷具體按下的按鍵。 (3)鍵盤的工作方式 鍵盤掃描只是 CPU 的工作內(nèi)容之一， CPU 在忙于各項(xiàng)工作時(shí)，如何處理鍵盤的輸入取決于鍵盤的工作方式，鍵盤工作方式的選擇應(yīng)根據(jù)應(yīng)用系統(tǒng)中 CPU 工作的忙、閑情況而定。通常鍵盤工作方式有三種 :編程掃描、定時(shí)掃描和中斷掃描。在編程掃描中， CPU 反復(fù)地掃描鍵盤，等待用戶的輸入命令，而執(zhí)行鍵入命令或處理輸入數(shù)據(jù)時(shí)， CPU 不再響應(yīng)輸入要求，直到 CPU 返回重新掃描鍵盤為止。定時(shí)掃描工作方式利用單片機(jī)內(nèi)部定時(shí)器產(chǎn)生定時(shí)中斷， CPU 響應(yīng)定時(shí)器中斷后對(duì)鍵盤進(jìn)行掃描，在有鍵按下時(shí)識(shí)別出該鍵并執(zhí)行相應(yīng)功能 程序。使用中斷方式時(shí)，在沒有鍵按下時(shí)，不占用 CPU 處理時(shí)間，只有當(dāng)有鍵按下時(shí)產(chǎn)生鍵盤中斷，由中斷程序識(shí)別鍵并執(zhí)行功能程序，這種方式使用最多。 人機(jī)交互由單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中配置的外部設(shè)備構(gòu)成，它是應(yīng)用系統(tǒng)與操作人員間交互的窗口，是系統(tǒng)與外界聯(lián)系的紐帶和界面。通常，鍵盤有編碼和非編碼兩種。編碼鍵盤使用方便，所需程序簡(jiǎn)單，但硬件電路復(fù)雜。非編碼鍵盤硬件電路極為簡(jiǎn)單。當(dāng)鍵盤中按鍵數(shù)量較多時(shí)，為了減少 I/O 口的占用，通常將按鍵排列成矩陣形式。 本設(shè)計(jì)中采用非編碼鍵盤，設(shè)計(jì)成矩陣形式， 鍵盤原理圖如圖 。 該鍵盤有 4行 4列，共有 16個(gè)按鍵，分為兩類：一是數(shù)字鍵 0～ 9共十個(gè)；二是功能鍵兩個(gè)：確認(rèn)鍵，清除鍵，結(jié)束鍵，此外還有一個(gè)單位鍵 W，一個(gè)小數(shù)點(diǎn)鍵。其他幾個(gè)空白鍵，留待后續(xù)開發(fā)使用。 S3S W P BS2S W P BS1S W P BS4S W P BS5S W P BS6S W P BS7S W P BS8S W P BS9S W P BS 10S W P BS 11S W P BS 12S W P BS 13S W P BS 14S W P BS 15S W P BS 16S W P BP 10P 11P 12P 13P 14P 15P 16P 17R9 R 1 0R 1 5R 1 45 .1 k *4V C C 圖 4*4 矩陣鍵盤示意圖 單片機(jī)的 P1 口用作鍵盤 I/O 口，鍵盤的列線接到 P1 口的高 4 位，行線接到低 4 位，同時(shí)通過上拉電阻接到 +5V。無按鍵動(dòng)作時(shí)，行線處于高電平狀態(tài)，而畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 16 頁(yè) 共 35 頁(yè) 當(dāng)有鍵按下時(shí)，行線電平狀態(tài)將由與此行線相連的列線電平?jīng)Q定。這是識(shí)別矩陣鍵盤按鍵是否按下的關(guān)鍵所在。由于矩陣鍵盤中行、列線為 多鍵共用，因此只有配和行列線才能確定閉合鍵的位置。 鍵盤對(duì)單片機(jī)輸入數(shù)據(jù)， 用 89C51 的并行口P1 接 44 矩陣鍵盤，以 － 作行輸入線，以 － 作輸出線。 44 矩陣鍵盤識(shí)別處理每個(gè)按鍵有它的行值和列值，行值和列值的組合就是識(shí)別這個(gè)按鍵的編碼。矩陣的行線和列線分別通過兩并行接口和 CPU 通信。每個(gè)按鍵的狀態(tài)同樣需變成數(shù)字量 “0”和 “1”。 鍵盤掃描程序一般應(yīng)包括以下內(nèi)容： （ 1）判別有無鍵按下。 （ 2）鍵盤掃描取得閉合鍵的行、列值。 （ 3）用計(jì)算法或查表法得到鍵值。 （ 4）判斷閉合鍵是否釋 放，如沒釋放則繼續(xù)等待。 （ 5）將閉合鍵鍵號(hào)保存，同時(shí)轉(zhuǎn)去執(zhí)行該閉合鍵的功能。 具體做法是： 。檢測(cè)的方法是 輸出全 “0”，讀取 的狀態(tài)，若 為全 “1”，則無鍵閉合，否則有鍵閉合。 。當(dāng)檢測(cè)到有鍵按下后，延時(shí)一段時(shí)間再做下一步的檢測(cè)判斷。 ，應(yīng)識(shí)別出是哪一個(gè)鍵閉合。方法是對(duì)鍵盤的行線進(jìn)行掃描。 按下述 4 種組合依次輸出： 1 1 1 0 1 1 0 1 1 0 1 1 0 1 1 1 在每組行輸出時(shí)讀取 ，若全為 “1”，則表示為 “0”這一行沒有鍵閉 合，否則有鍵閉合。由此得到閉合鍵的行值和列值，然后采用 查表法將閉合鍵的行值和列值轉(zhuǎn)換成所定義的鍵值 。 從以上分析得到鍵盤掃描程序的流程圖如 圖 所示，程序見附錄。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 17 頁(yè) 共 35 頁(yè) 閉 合 鍵 釋 放建 立 有 效 標(biāo) 志返 回建 立 無 效 標(biāo) 志鍵 盤 掃 描有 鍵 閉 合延 時(shí) 去 抖 動(dòng)掃 描 鍵 盤找 到 閉 合 鍵計(jì) 算 鍵 值NYYYNN 圖 鍵盤掃描流程圖 顯示器接口設(shè)計(jì)技術(shù) 應(yīng)用系統(tǒng)中常用的顯示器有 ： 發(fā)光二 極管顯示器，簡(jiǎn)稱 LED， 液晶顯示器，簡(jiǎn)稱 LCD， 熒光顯示器。前面兩種顯示器使用最多，下面就 LED 顯示器的基本原理和使用方法做簡(jiǎn)要說明。 LED 顯示器基本原理 LED 顯示塊由發(fā)光二極管顯示字段組成，有 7 段和 “米 ”字段之分，顯示塊有共陽極和共陰極兩種。把每個(gè)顯示字段對(duì)應(yīng)于一個(gè)二進(jìn)制位，這些二進(jìn)制位組成字型編碼，這樣不同的顯示字符就對(duì)應(yīng)于不同的字型碼，顯示字符時(shí)，在顯示 I/O驅(qū)動(dòng)線輸出相應(yīng)的字型碼，就可以顯示不同的字符。 N 位 LED 顯示器需要 N 片LED 顯示塊拼接。 LED 顯示方式分靜態(tài)顯示和動(dòng)態(tài)顯示。靜 態(tài)顯示時(shí)顯示器中的各位相互獨(dú)立，而且各位顯示字符一經(jīng)確定，相應(yīng)鎖存器的輸出將維持不變，直到顯示另一個(gè)字符為止。這種顯示方式接口編程容易，管理簡(jiǎn)單，但占用口線資源較多。在顯示畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 18 頁(yè) 共 35 頁(yè) 位較多時(shí)，一般都采用動(dòng)態(tài)顯示方式。 LED 動(dòng)態(tài)顯示時(shí)，為了簡(jiǎn)化硬件電路，通常將所有的段選線并聯(lián)在一起，由一個(gè) (C7 段 LED)或兩個(gè) (“米 ”字段 LED)8 位 I/O控制，形成段選線的多路復(fù)用。而各位的共陽極或共陰極分別由相應(yīng)的 I/O 口線控制，實(shí)現(xiàn)各位的分時(shí)選通。若要各位 LED 能夠顯示出與本位相應(yīng)的顯示字符，就必須采用掃描顯示方式，即在某一時(shí)刻只 讓某一位的位選線處于選通狀態(tài)，而其他各位的位選線處于關(guān)閉狀態(tài)，同時(shí)，段選線上輸出相應(yīng)位要顯示字符的字形碼，這樣同一時(shí)刻只有一位顯示出字符。在下一時(shí)刻，只讓下一位的位選線處于選通狀態(tài)，同時(shí)，在段選線上輸出相應(yīng)位將要顯示字符的字符碼。由于人眼的視覺暫留，只要每位顯示間隔足夠短，如此循環(huán)就可以使各位顯示出將要顯示的字符，達(dá)到顯示目的。上面所敘是 LED 顯示的基本原理，根據(jù)這些基本原理，選擇不同的軟硬件方法都可以實(shí)現(xiàn) LED 顯示。 LED 顯示電路的 軟件和硬件 設(shè)計(jì) 在靜態(tài)顯示電路中，因?yàn)槊看屋敵龊蟊３诛@示不變 ，僅在待顯示數(shù)字需要改變時(shí)，才更新顯示內(nèi)容，所以占用機(jī)時(shí)少，顯示穩(wěn)定可靠。但是當(dāng)顯示的位數(shù)較多時(shí)占用的 I/O口較多。在動(dòng)態(tài)顯示電路中， CPU定時(shí)對(duì)各個(gè)顯示器進(jìn)行掃描，每次只能使一個(gè)器件顯示，這樣可大大節(jié)省 I/O口，且大大減少了功耗。 由于靜態(tài)顯示所需的 I/0 口太多，開銷太大，所以當(dāng)需要顯示的位數(shù)很多時(shí)，一般采用動(dòng)態(tài)顯示方法。動(dòng)態(tài)顯示就是指各 LED輪流地一遍一遍顯示各自的字符，雖然在同一時(shí)間只有一位顯示器在工作 (點(diǎn)亮 )，但因人眼的視覺暫留效應(yīng)和發(fā)光二極管熄滅時(shí)的余輝效應(yīng)，看到的是各 LED 在同時(shí)顯示不同字形。顯 示器亮度既與點(diǎn)亮?xí)r的導(dǎo)通電流有關(guān)，也與點(diǎn)亮?xí)r間和間隔時(shí)間的比例有關(guān)。調(diào)整電流和時(shí)間參數(shù)，可實(shí)現(xiàn)亮度較高、較穩(wěn)定的顯示。若顯示器的位數(shù)不大于 8 位，則控制顯示器公共電位只需一個(gè) I/0 口 (稱為掃描口或字位口 )，控制各位 LED 顯示器所顯示的字形也需要一個(gè) 8 位口 (稱為數(shù)據(jù)口或字形口 )。 本系統(tǒng)選用共陰極數(shù)碼管，采用動(dòng)態(tài)顯示即可滿足要求。同時(shí)，為加強(qiáng)單片機(jī)對(duì)它的驅(qū)動(dòng)能力，還需為每個(gè)數(shù)碼管接一個(gè)三極管。數(shù)碼管原理圖如圖 所示： 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 19 頁(yè) 共 35 頁(yè) A1B2Q03Q14Q25Q36Q410Q511Q612Q713C L K8MR9abcdefgdpU41 64 _ S M GabcdefgdpP 20P 21V C CT19