【正文】 足整個裝置的技術(shù)要求和相關(guān)功能的實現(xiàn)。該裝置由單片機控制電路、 時鐘電路 、液晶顯示器、 響鈴 電路 和電源 等組成，各組成模塊的工作原理和電路設(shè)計 接下來 將做具體的介紹。 單片機控制電路設(shè)計 單片機除體積小、功耗低等特點外，最大的優(yōu)勢在于高性能價格 低 。一個單片機應(yīng)用系統(tǒng)能否被廣泛使用，性價比是其中一個關(guān)鍵因素。因此，在設(shè)計時，除了保持性能高外，盡可能降低成本，如簡 化外圍硬件電路，在系統(tǒng)性能和速度允許的情況下盡可能用軟件功能取代硬件功能等。 同時單片機還需滿足消耗的功耗低，性能高，高密度非易失性基本性能。綜上考慮，本系統(tǒng)選擇了 STC89C52單片機 。 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。單片機的可擦除只讀存儲器可以反復(fù)擦除1000次以上。該器件采用 STCMEL高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 MCS51指令集和輸出管腳相兼容 [9]。由于將多功能 8位 CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中， STCMEL的 STC89C52是一種高效微控制器， STC89C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。下 10 面是對 STC89C52的相關(guān)介紹。 1．電源及引腳 VCC（ 40腳）：接 +5V電源； GND（ 20腳）：接地； XTAL1（ 19腳）和 XTLA2（ 18）腳：時鐘引腳，外接晶體引腳，當(dāng)使用芯片內(nèi)部時鐘時，此引腳端用于外接石英晶體和微調(diào)電容；當(dāng)使用外 部時鐘時，用于接外部時鐘脈沖信號。 2．控制引腳 RST（ 9腳）： RST是復(fù)位引腳，輸入高電平使 89C52復(fù)位，返回低電平退出復(fù)位。 ALE/PROG（ 30腳）：運行方式時， ALE為外部存儲器低 8位地址輸出脈沖 信號， FLASH編程方式時，該引腳為編程脈沖輸入端。 PSEN（ 29腳）：外部程序存儲選通信號， CPU從外部存儲器取指令，從PSEN引腳輸出選通信號（負(fù)脈沖）。 EA/VPP（ 31腳）：運行方式時， EA為程序存儲器選擇信號， EA接地時CPU總是從外部存儲器中取指令， EA接高電平時 CPU可以從內(nèi)部或外部 去指令； FLASH編程方式時 ,該引腳為編程電源輸入端 Vpp（ +5V或 12V）。 3． I/O口引腳 P0口 (~)： P0口是一個漏極開路的 8位準(zhǔn)雙向 I/O口。作為漏記開路的輸出端口，每位能驅(qū)動 8個 LS型 TTL負(fù)載。當(dāng) P0口作為輸入口使用時，應(yīng)先向口鎖存器（地址 80H）寫入全 1，此時 P0口的全部引腳浮空，可作為高阻抗輸入。做輸入口使用時要先寫 1，這就是準(zhǔn)雙向口的含義。在 CPU訪問片外存儲器時， P0口分時提供低 8位地址和 8位數(shù)據(jù)線的復(fù)用總線。在此期間，P0口內(nèi)部上拉電阻有效。 P1口（ ~）： P1口是一個帶內(nèi)部上拉電阻的 8位準(zhǔn)雙向 I/O口。 P1口每位能驅(qū)動 4個 LS型 TTL負(fù)載。在 P1口作為輸入使用時，應(yīng)先向 P1口所存地址（ 90H）寫入全 1，此時 P1口引腳由內(nèi)部上拉電阻拉成高電平。 P2口（ ~）： P2口是一個帶內(nèi)部上拉電阻的 8位準(zhǔn)雙向 I/O口。 P2口每位能驅(qū)動 4個 LS型 TTL負(fù)載。在訪問外 EPROM/RAM時，它輸入高 8位地址。 P3口（ ~）： P3口是一個帶內(nèi)部上拉電阻的 8位準(zhǔn)雙向 I/O口。 P3口每位能驅(qū)動 4個 LS型 TTL負(fù)載。 P3口與其它 I/O端口有很大的 區(qū)別，它的每個引腳都有第二功能，第二功能如表 31所示。 11 表 31 P3 口第二功能 端口引腳 引腳功能 RXD(串行口輸入端 ) TXD(串行口輸出端 ) INT0(外部中斷 0 請求端，低電平有效 ) INT1 (外部中斷 1 請求端，低電平有效 ) T0(定時器 /計數(shù)器 0 計數(shù)脈沖輸入端 ) T1(定時器 /計數(shù)器 1 計數(shù)脈沖輸入端 ) WR (外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通輸出端 ) RD (外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通輸出端 ) 單片機控制模塊設(shè)計 本設(shè) 計中單片機主要負(fù)責(zé)對外設(shè)的控制和各個功能模塊間的協(xié)調(diào)。主要由 STC89C5時鐘振蕩電路、復(fù)位電路、電源模塊、鍵盤以及其它外部擴展接口等組成。 1．電源模塊 系統(tǒng)電源采用了 220V交流電源經(jīng)變壓器 ,整流，濾波后通過芯片 7805，產(chǎn)生 +5V。電源電路采用橋式整流電路，負(fù)載上的電流波形和輸出電壓值與全波整流電路相同。電路圖 31如下所示。 Vin1Vout3GND27805D7Bridge12200uFC1230pFC14S1SWSPSTVCCD6LED11KR10224pFC13~220VGND9V 圖 31電源電路圖 2．復(fù)位電路 單片機復(fù)位電路。單片機在開機時都需要復(fù)位，以便它們中央處理器 CPU以及其他功能部件都處于一個初始狀態(tài)，并從這個狀態(tài)開始工作。單片機的復(fù) 位是靠外部電路實現(xiàn)的，在時鐘電路工作后，只要單片機的 RESET 引腳上出現(xiàn) 24 個時鐘振蕩脈沖（ 2 個機器周期）以上的高電平，單片機便可以實 12 現(xiàn)初始化狀態(tài)復(fù)位 [10]。單片機的 RESET 引腳是復(fù)位信號的輸入端。本系統(tǒng)通過按鍵 KEY1，使得 RESET 獲得高電平，使單片機復(fù)位。按鍵復(fù)位電路如圖 32 所示。 10uFC1VCCGNDKEY110KR1RESET 圖 32 復(fù)位電路 3. 晶振電路的設(shè)計 晶振電路用于產(chǎn)生單片機工作所需要的時鐘信號，而時序研究的是指令執(zhí)行中各信號之間的相互關(guān)系。為了保證同步工作方式的實現(xiàn)，電路應(yīng)在唯一的時鐘信號控制下嚴(yán)格地 工作。通常在引腳 X1 和 X2 跨接石英晶體和兩個補償電容構(gòu)成自激振蕩器，如圖中 Y C2 和 C7?？梢栽?~24MHz之間選取石英晶振，本系統(tǒng)采用 12MHz 石英晶振，補償電容通常選著 30pF的陶片電容。時鐘振蕩電路圖如下圖 33 所示。 12Y130pFC730pFC2X1X2 圖 33 時鐘振蕩電路 一般常用的 鍵盤接口分為獨立式按鍵接口和矩陣式鍵盤接口。 獨立式按鍵就是各按鍵相互獨立，每個按鍵各接一根輸入線，每個按鍵各接一根輸入線，一根輸入線上的按鍵工作狀態(tài)不會影響其他輸入線上的工作狀態(tài)。因此，通過檢測輸入線的電平狀態(tài)可以很容 易判斷那個鍵被按下。矩陣式鍵盤（也稱行列式鍵盤）適用于按鍵數(shù)量較多的場合，它由行線和列線組成，按鍵位 13 于航、列的交叉點上。矩陣鍵盤和獨立式按鍵鍵盤相比，要節(jié)省很多 I/O 口[11]。由于本次設(shè)計中，只涉及到時間設(shè)置位（ SET）、上調(diào)（ UP）、下調(diào)（ DOWN）、教室燈控制開關(guān)（ KEY2）、宿舍燈控制開關(guān)（ KEY3）五個功能，需要的 I/O口比較少，所以采用獨立按鍵式鍵盤。如下圖 34 所示。 SETUPDOWNKEY2KEY3GNDP10P11P12P13P14 圖 34 鍵盤電路 時鐘 電路設(shè)計 時鐘是本系統(tǒng)控制的關(guān)鍵，如果時間不準(zhǔn)確，不能達(dá)到設(shè)計的目的，也影響了正常的教學(xué)計劃 ，所以本系統(tǒng)采用了美國 Dallas 公司生產(chǎn)的一種實時高性能、低功耗時鐘芯片 DS1302。下面將簡單的介紹一下 DS1302。 簡介 DS1302 是美國 Dallas 公司生產(chǎn)的一種實時高性能、低功耗時鐘芯片，具有寬范圍工作電壓能在 之間正常工作，能提供包括秒、分、時、日、月、年等在內(nèi)的實時時間信息，并可對月末日期、閏年天數(shù)自動進(jìn)行調(diào)整，并能計算 2100 年之前的秒、分、時、日、日期、星期、月、年的能力，它還擁有用于主電源和備份電源的雙電源引腳 ,在主電源關(guān)閉的情況下 ,也能保持時鐘的 連續(xù)運行。另外 ,它還能提供 31 字節(jié)的用于高速數(shù)據(jù)暫存的 RAM。通過串行方式與單片機進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送，讀 /寫時鐘或 RAM 數(shù)據(jù)時，有兩種傳遞 14 方式，單字節(jié)傳送和多字節(jié)傳送（字符組方式），因此，其與單片機之間的數(shù)據(jù)傳送是十分容易實現(xiàn)的 [12]。下圖 35 為 DS1302 的管腳與單片機的連接圖。 X12X23VCC21GND4RST5I/O6SCLK7VCC18U2DS130212Y2P16P17GNDP35+5V33pFC433pFC3GNDBT1Battery 圖 35 DS1302 的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 1．各引腳的功能為： Vcc1：主電源，與 5V 直流電源連接； Vcc2：備份電源連接 3V電池。當(dāng) Vcc2Vcc1+ 時，由 Vcc2 向 DS1302供電，當(dāng) Vcc2 Vcc1 時，由 Vcc1 向 DS1302 供電； SCLK：串行時鐘，輸入，控制數(shù)據(jù)的輸入與輸出，該管腳與 P16 連接 。 I/O：三線接口時的雙向數(shù)據(jù)線，與 P35 連接； CE(RST)：輸入信號，在讀、寫數(shù)據(jù)期間，必須為高。與該引腳有兩個功能：第一， CE 開始控制字訪問移位寄存器的控制邏輯；其次， CE 提供結(jié)束單字節(jié)或多字節(jié)數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆椒ā? 2． DS1302 幾組寄存器的介紹 （ 1） DS1302 有關(guān)日歷、時間的寄存器共有 12 個，其中有 7 個寄存器（讀時 81h~8Dh，寫時 80h~8Ch），存放的格式為 BCD 碼形式，如 表 32 所示 [13]。 32 DS1302 寄存器 讀寄存器 寫寄存器 BIT7 BIT6 BIT5 BIT4 BIT3 BIT2 BIT1 BIT0 范圍 81h 80h CH 10 秒 秒 0059 83h 82h 10 分 分 0059 85h 84h 12/24 0 10 時 時 112/ 023 AM/PM 87h 86h 0 0 10 日 日 131 15 89h 88h 0 0 0 10 月 月 112 8Bh 8Ah 0 0 0 0 0 周日 17 8Dh 8Ch 10 年 年 0099 8Fh 8Eh WP 0 0 0 0 0 0 0 — 小時寄存器（ 85h、 84h）的位 7 用于定義 DS1302 是運行于 12 小時模式還是 24 小時模式。當(dāng)為高是，選擇 12 小時模式。在 12 小時模式時，位是 5，當(dāng)為 1 時，表示 PM。在 24 小時模式時，位 5 是 第二個 10 小時位。 秒寄存器（ 81h、 80h）的位 7 定義為時鐘暫停標(biāo)志（ CH）。當(dāng)該位置為 1時，時鐘振蕩器停止， DS1302 處于低功耗狀態(tài)；當(dāng)該位置為 0 時，時鐘開始運行。 控制寄存器（ 8Fh、 8Eh）的位 7 是寫保護(hù)位（ WP），其它 7 位均置為 0.在任何的對時鐘和 RAM 的寫操作之前， WP 位必須為 0。當(dāng) WP 位為 1 時，寫保護(hù)位防止對任一寄存器的寫操作。 數(shù)據(jù)的讀寫 DS1302 是 SPI 總線驅(qū)動方式。它不僅要向寄存器寫入控制字，還需要讀取相應(yīng)寄存器的數(shù)據(jù)。 要想與 DS1302 通信，首先要先了解 DS1302 的控制字。 DS1302 的控制字如圖 36 所示 。 圖 36 控制字圖 控制字的最高有效位（位 7）必須是邏輯 1，如果它為 0，則不能把數(shù)據(jù)寫入到 DS1302 中。 位 6：如果為 0，則表示存取日歷時鐘數(shù)據(jù)，為 1 表示存取 RAM 數(shù)據(jù)； 位 5 至位 1（ A4~A0）：指示操作單元的地址； 位 0（最低有效位）：如為 0，表示要進(jìn)行寫操作，為 1 表示進(jìn)行讀操作。 控制字總是從最低位開始輸出。在控制字指令輸入后的下一個 SCLK 時鐘的上升沿時，數(shù)據(jù)被寫入 DS1302，數(shù)據(jù)輸入從最低位（ 0 位）開始。同樣，在緊跟 8 位的控制字指令后的下一個 SCLK 脈沖的下降沿，讀出 DS1302 的數(shù)據(jù)，讀出的數(shù)據(jù)也是從最低位到最高。 1 A 4 A 3 A 2 A 1 A 0R A MC KR DW R7 6 5 4 3 2 1 0 16 顯示 電路設(shè)計 顯示模塊是單片機人機交流的窗口，因此是整個系統(tǒng)不可缺少的部分，在單片機的人機交流界面中，一般的輸出方式有以下幾種：發(fā)光管、 LED 數(shù)碼管、液晶顯示器。因為液晶顯示質(zhì)量高、低功耗、體積小、重量輕，自身帶的顯示字符多等特點，所以本系統(tǒng)采用液晶中的 LCD1602 來顯示年月日，時分秒， LCD1602 顯示器具有顯示豐富、功耗低、低閃存和低輻射等特點 [14]。 基本簡介 1602 液晶也叫 1602 字符型液晶，是一 種專門顯示字母、數(shù)字、符號等的點陣型液晶模塊，它有若干 57 點陣字符位組