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畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)(論文)作 者:學(xué) 號(hào):系:專 業(yè):題 目:基于時(shí)鐘芯片PCF8563萬(wàn)年歷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)助教指導(dǎo)者: (姓 名) (專業(yè)技術(shù)職務(wù))評(píng)閱者: (姓 名) (專業(yè)技術(shù)職務(wù))畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)(論文)中文摘要摘要:本課題是基于時(shí)鐘芯片PCF8563萬(wàn)年歷的設(shè)計(jì),通過(guò)對(duì)萬(wàn)年歷的總體結(jié)構(gòu)的研究可知,本裝置由STC89C52單片機(jī)作為主控制器,PCF8563提供時(shí)鐘信號(hào),LED數(shù)碼管顯示,鍵盤(pán)進(jìn)行時(shí)間的調(diào)整。論文重點(diǎn)闡述了萬(wàn)年歷硬件設(shè)計(jì)中主要含有的單片機(jī)模塊、時(shí)鐘模塊和相關(guān)控制模塊等模塊化設(shè)計(jì)與制作;軟件同樣采用模塊化的設(shè)計(jì),包括定時(shí)中斷模塊、鍵盤(pán)掃描模塊、I2C總線通信模塊,串口通信等模塊設(shè)計(jì),并采用簡(jiǎn)潔易讀的C語(yǔ)言編寫(xiě)實(shí)現(xiàn)。本設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了年、月、日、時(shí)、分、秒的實(shí)時(shí)顯示功能,同時(shí)可以進(jìn)行年、月、日、時(shí)、分的實(shí)時(shí)調(diào)整。該設(shè)計(jì)接口簡(jiǎn)單、斷電不丟失時(shí)間和數(shù)據(jù)信息、功耗低、性能高,解決了目前常用實(shí)時(shí)時(shí)鐘占資源多以及計(jì)時(shí)不可靠等缺點(diǎn),在民用市場(chǎng)具有很大的競(jìng)爭(zhēng)力。關(guān)鍵詞:電子萬(wàn)年歷,單片機(jī),時(shí)鐘芯片 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)(論文) 第 頁(yè) 共 頁(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)(論文)外文摘要目 錄1 引言51.1課題背景:51.2 單片機(jī)概述61.3 單片機(jī)的應(yīng)用102 系統(tǒng)功能和基本原理112.1 系統(tǒng)的功能113.方案設(shè)計(jì)與論證123.1 總體設(shè)計(jì)方案與比較123.2 模塊方案論證與選擇124.芯片的選擇與簡(jiǎn)介154.1 PCF8563時(shí)鐘芯片簡(jiǎn)介154.2 AT89C52簡(jiǎn)介174.3 ZLG7290驅(qū)動(dòng)芯片簡(jiǎn)介214.4 max232串口通信芯片簡(jiǎn)介224.5 LED數(shù)碼管簡(jiǎn)介245 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)275.1 總體設(shè)計(jì)275.2 各功能模塊硬件設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)276 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)316.1軟件總體流程圖316.2軟件主要子模塊317系統(tǒng)調(diào)試與測(cè)試結(jié)果分析357.1調(diào)試357.1.2元件安裝焊接357.2調(diào)試結(jié)果38結(jié)束語(yǔ)40致謝41參考文獻(xiàn)42附錄A 萬(wàn)年歷整體電路圖43附錄B 程序清單441 引言 萬(wàn)年歷數(shù)字鐘是一種用萬(wàn)年歷時(shí)鐘芯片實(shí)現(xiàn)年、月、日、時(shí)、分、秒計(jì)時(shí),并通過(guò)單片機(jī)處理后送給顯示芯片顯示的裝置,與機(jī)械式時(shí)鐘相比具有更高的準(zhǔn)確性和直觀性,且具有更長(zhǎng)的使用壽命。本設(shè)計(jì)所使用的核心器件為STC單片機(jī),是目前應(yīng)用極為廣泛的51系列單片機(jī),配置了外圍設(shè)備,構(gòu)成了一個(gè)可編程的計(jì)時(shí)定時(shí)系統(tǒng),具有體積小,可靠性高,功能強(qiáng)等特點(diǎn)。不僅能滿足所需要求,而且還有很多功能可供開(kāi)發(fā),有著廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。1.1課題背景:電子萬(wàn)年歷,它是近代世界鐘表業(yè)界的第三次革命。第一次是擺和擺輪游絲的發(fā)明,相對(duì)穩(wěn)定的機(jī)械振蕩頻率源使鐘表的走時(shí)差從分級(jí)縮小到秒級(jí),代表性的產(chǎn)品就是帶有擺和擺輪游絲的機(jī)械鐘或表。第二次革命是石英晶體振蕩器的應(yīng)用,發(fā)明了走時(shí)精度更高的石英電子鐘表,使鐘表的走時(shí)月差從分級(jí)縮小到秒級(jí)。第三次革命就是電瓶夾數(shù)碼計(jì)時(shí)技術(shù)的應(yīng)用(電子萬(wàn)年歷),使計(jì)時(shí)產(chǎn)品的走時(shí)日差從分級(jí)縮小到1/600萬(wàn)秒,從原有傳統(tǒng)指針計(jì)時(shí)的方式發(fā)展為人們?nèi)粘8鼮槭煜さ囊构鈹?shù)字顯示方式,直觀明了,并增加了全自動(dòng)日期、星期、溫度以及其他日常附屬信息的顯示功能,它更符合消費(fèi)者的生活需求!因此,電子萬(wàn)年歷的出現(xiàn)帶來(lái)了鐘表計(jì)時(shí)業(yè)界跨躍性的進(jìn)步。電子萬(wàn)年歷是采用了單片機(jī)原理實(shí)現(xiàn)對(duì)陰(陽(yáng))歷年、月、日、周、時(shí)、分、秒、溫度、節(jié)假日等的數(shù)字顯示及到時(shí)提醒的計(jì)時(shí)裝置,并通過(guò)單片機(jī)處理后送給顯示芯片顯示的裝置,與機(jī)械式時(shí)鐘相比具有更高的準(zhǔn)確性和直觀性,且具有更長(zhǎng)的使用壽命。廣泛用于個(gè)人家庭、車站、碼頭辦公室等公共場(chǎng)所,成為人們?nèi)粘I钪胁豢缮俚谋匦杵贰S捎跀?shù)字集成電路的發(fā)展和石英晶體振蕩器的廣泛應(yīng)用,使得電子萬(wàn)年歷的精度,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)老式的計(jì)時(shí)方法。電子萬(wàn)年歷的數(shù)字化給人們生活帶來(lái)了極大的方便,而且大大地?cái)U(kuò)展了原先的報(bào)時(shí)功能。諸如定時(shí)自動(dòng)報(bào)警、按時(shí)自動(dòng)打鈴、時(shí)間程序自動(dòng)控制、定時(shí)廣播、自動(dòng)起閉路燈、定時(shí)開(kāi)關(guān)烘箱、通斷動(dòng)力設(shè)備、甚至各種定時(shí)電氣的自動(dòng)啟用等,所有這些都是以鐘表數(shù)字化為基礎(chǔ)的 。因此,研究萬(wàn)年歷及擴(kuò)大其應(yīng)用,有著非常重要的意義。1.2 單片機(jī)概述1.2.1 單片機(jī)的概念單片機(jī)的全稱為單片微型計(jì)算機(jī)(Single Chip Microcomputer)。從應(yīng)用領(lǐng)域來(lái)看,單片機(jī)主要用于控制,所以又稱為微控制器(Microcontroller Unit)或嵌入式控制器(Embedded Controller)。單片機(jī)是將計(jì)算機(jī)的基本部件微型化并集成在一塊芯片上的微型計(jì)算機(jī)。電子數(shù)字計(jì)算機(jī)誕生于1946年,在其后的一個(gè)歷史階段中,計(jì)算機(jī)始終是被供養(yǎng)在特殊的機(jī)房中、實(shí)現(xiàn)數(shù)值計(jì)算的大型昂貴設(shè)備。直到20世紀(jì)70年代微處理器的出現(xiàn),使得計(jì)算機(jī)以小型、廉價(jià)、高可靠性的特點(diǎn),迅速走出機(jī)房,并被嵌入到一個(gè)對(duì)象體系中,實(shí)現(xiàn)對(duì)象體系的智能化控制。這種把嵌入到對(duì)象體系中實(shí)現(xiàn)對(duì)象體系智能化控制的計(jì)算機(jī)稱作嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。單片機(jī)是典型的嵌入式系統(tǒng),它的出現(xiàn)實(shí)現(xiàn)了最底層的嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用,帶有明顯的電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)模式的特點(diǎn)。單片機(jī)是從通用微型計(jì)算機(jī)分化出來(lái)的一個(gè)應(yīng)用分支,因此,它的基本功能組成和工作原理與通用微型計(jì)算機(jī)是一致的。單片機(jī)具有類似微機(jī)的微處理器(cpu)、存儲(chǔ)器、I/O接口三大功能組成部分。但從功能上看,單片機(jī)把三大組成部分(cpu+存儲(chǔ)器+I/O接口)和一些實(shí)時(shí)控制需要的功能器件集成在一塊芯片上。實(shí)時(shí)控制器件包括定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、中斷控制、模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)、數(shù)/模轉(zhuǎn)換器(DAC)、脈沖寬度調(diào)制器(PWM)、電壓比較器、看門(mén)狗(Watchdog)、DMA、串行口、傳感器等,以及I2C、SPI等外部串行總線接口。從結(jié)構(gòu)上看,單片機(jī)不但與通用微機(jī)一樣,是一個(gè)有效的數(shù)據(jù)處理機(jī),而且是一個(gè)功能很強(qiáng)的過(guò)程控制機(jī)。從某種意義上講,一塊單片機(jī)就具有一臺(tái)微型計(jì)算機(jī)的功能,只需所需的輸入/輸出設(shè)備,就可以構(gòu)成一個(gè)完整的系統(tǒng),滿足各種應(yīng)用領(lǐng)域的需要。但這并不意味著二者的發(fā)展能互相取代,單片機(jī)和通用微型計(jì)算機(jī)的相同功能部分在具體構(gòu)造中存在許多不同:(1)通用微型計(jì)算機(jī)的cpu主要面向數(shù)據(jù)處理,其發(fā)展主要圍繞數(shù)據(jù)處理功能、計(jì)算速度和精度的進(jìn)一步提高。單片機(jī)主要面向控制,控制中的數(shù)據(jù)類型及數(shù)據(jù)處理相對(duì)簡(jiǎn)單。(2)通用微型計(jì)算機(jī)中,存儲(chǔ)器組織結(jié)構(gòu)主要針對(duì)增大存儲(chǔ)容量和CPU對(duì)數(shù)據(jù)的存取速度。單片機(jī)中存儲(chǔ)器的組織結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單,存儲(chǔ)器芯片直接掛接在單片機(jī)的總線上,CPU對(duì)存儲(chǔ)器的讀/寫(xiě)按直接物理地址來(lái)尋址存儲(chǔ)器單元。不同于通用微型計(jì)算機(jī),單片機(jī)中把程序存儲(chǔ)器(ROM)和數(shù)據(jù)儲(chǔ)存器(RAM)設(shè)計(jì)為兩個(gè)獨(dú)立的地址空間。(3)通用微型計(jì)算機(jī)中I/O接口主要考慮標(biāo)準(zhǔn)外設(shè)(CRT、標(biāo)準(zhǔn)鍵盤(pán)、鼠標(biāo)、打印機(jī)、硬盤(pán)、光盤(pán)等),用戶通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)總線連接外設(shè),能達(dá)到即插即用。單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的外設(shè)都是非標(biāo)準(zhǔn)的,種類很多,千差萬(wàn)別,單片機(jī)I/O接口實(shí)際上是向用戶提供了外設(shè)連接的物理界面,用戶對(duì)外設(shè)的連接要設(shè)計(jì)具體的接口電路,需要熟練的接口電路設(shè)計(jì)技術(shù)。1.2.2 單片機(jī)的發(fā)展自1975年美國(guó)德克薩斯儀器公司(Texas Instruments,TI)第一塊單片機(jī)芯片TMS-1000問(wèn)世以來(lái),在短短的30多年間,單片機(jī)技術(shù)已發(fā)展成為計(jì)算機(jī)技術(shù)的一個(gè)非常有活力的分支,有著自己的技術(shù)特征、規(guī)范、發(fā)展道路和應(yīng)用環(huán)境。隨著電子技術(shù)的發(fā)展,單片機(jī)在集成度、功能、性能、體系結(jié)構(gòu)等方面都得到了飛速發(fā)展。單片機(jī)先后經(jīng)歷了4位機(jī)、8位機(jī)、16位機(jī)、32位機(jī)和64位機(jī)的發(fā)展階段。從單片機(jī)30多年的發(fā)展歷程可以看到,單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展以微處理器技術(shù)及超大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展為先導(dǎo),表現(xiàn)出以下技術(shù)特點(diǎn)。1.體系結(jié)構(gòu)的變化 從體系結(jié)構(gòu)上看,單片機(jī)自誕生以來(lái),經(jīng)歷了從SCM到MCU再到SOC的發(fā)展過(guò)程。(1)SCM(Single Chip Microcomputer)-單片微型計(jì)算機(jī)。其主要是尋求單片形態(tài)的嵌入式系統(tǒng)的最佳體系結(jié)構(gòu),開(kāi)創(chuàng)了單片機(jī)與通用計(jì)算機(jī)完全不同的發(fā)展道路。MCS-51奠定了SCM的經(jīng)典體系結(jié)構(gòu)。(2)MCU(Micro Controller Unit)-微控制器。隨著SCM在技術(shù)上、體系結(jié)構(gòu)上不斷擴(kuò)展嵌入式對(duì)象要求的各種控制功能,增加對(duì)象系統(tǒng)要求的外圍電路與接口電路,突顯其對(duì)象的智能化控制能力,使單片機(jī)迅速進(jìn)入MCU階段。一塊單片機(jī)芯片就是一個(gè)比較完整的小型控制系統(tǒng)。Philips公司推出的80C51是MCU的典型代表。(3)SOC(System On Chip)-片上系統(tǒng)。片上系統(tǒng)是尋求應(yīng)用系統(tǒng)在芯片上的最大化解決。單片機(jī)芯片上不僅包含完整的硬件系統(tǒng),并有嵌入軟件的全部?jī)?nèi)容。單片機(jī)芯片的內(nèi)部功能越來(lái)越強(qiáng)大,目前除了具有ROM、RAM、I/O口、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、中斷、串行口等傳統(tǒng)的內(nèi)容外,一些新型的單片機(jī)還擴(kuò)充了許多新功能,如內(nèi)置多通道模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)、數(shù)/模轉(zhuǎn)換器(DAC)、電壓比較器、看門(mén)狗定時(shí)器(WDT)、可編程定時(shí)器/計(jì)數(shù)器陣列(PCA)以及I2C、SMBus、SPI等外部串行總線接口,有的專用單片機(jī)甚至還內(nèi)置USB、IRDA紅外和無(wú)線電接口,并具有在線編程、調(diào)試、仿真功能。SOC使單片機(jī)功能越發(fā)完善,用戶不需要擴(kuò)充資源就可以完成項(xiàng)目開(kāi)發(fā),不僅使開(kāi)發(fā)簡(jiǎn)單,而且大大提高了系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。美國(guó)Cygnal公司推出的C8051F系列單片機(jī)是真正能獨(dú)立工作的片上系統(tǒng)SOC。它具有與MSC-51單片機(jī)的內(nèi)核及指令集完全兼容的微控制器,除了具有標(biāo)準(zhǔn)8051的數(shù)字外設(shè)部件外,片內(nèi)還集成了數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)中常用的模擬部件和其他數(shù)字外設(shè)及功能部件。2.單片機(jī)速度越來(lái)越快為了提高單片機(jī)的抗干擾能力,降低噪聲和時(shí)鐘頻率而不犧牲運(yùn)算速度是單片機(jī)技術(shù)發(fā)展的一個(gè)方向。一些8051單片機(jī)兼容廠商改善了單片機(jī)的內(nèi)部時(shí)序,在不提高時(shí)鐘頻率的條件下,使運(yùn)算速度提高了很多。3.低電壓與低功耗幾乎所有的單片機(jī)都有Wait、Stop等省電運(yùn)行方式,允許使用的電源電壓范圍越來(lái)越寬。一般單片機(jī)都能在36伏范圍內(nèi)工作,對(duì)電池供電的單片機(jī)不再需要對(duì)電源采取穩(wěn)壓措施。4.低噪聲和高可靠性技術(shù)為提高單片機(jī)系統(tǒng)的抗電磁干擾能力,使產(chǎn)品能適應(yīng)惡劣的工作環(huán)境,滿足電磁兼容性方面更高標(biāo)準(zhǔn)的要求,各單片機(jī)商家在單片機(jī)內(nèi)部電路中采取了一些新的技術(shù)措施。5.OTP與掩膜OTP(One Time Programable)是一次性寫(xiě)入的單片機(jī)。過(guò)去認(rèn)為,一個(gè)單片機(jī)產(chǎn)品的成熟時(shí)以投產(chǎn)掩膜型單片機(jī)為標(biāo)志的。由于掩膜需要一定的生產(chǎn)周期,而OTP型單片機(jī)價(jià)格不斷下降,使得近年來(lái)直接使用OTP完成最終產(chǎn)品制造更為流行。它較之掩膜具有生產(chǎn)周期短、風(fēng)險(xiǎn)小的特點(diǎn)。6.MTP向OTP挑戰(zhàn)MTP是可多次編程的意思。一些單片機(jī)廠商以MTP的性能,OTP的價(jià)位推出他們的單片機(jī)。7.在線編程技術(shù)在線編程目前有兩種不同的方式:(1)ISP(In System Programming),即在系統(tǒng)編程。具備ISP的單片機(jī)內(nèi)部集成了FLASH存儲(chǔ)器,用戶可以通過(guò)下載線以特定的硬件時(shí)序在線編程,但用戶程自身不可以對(duì)內(nèi)部存儲(chǔ)器做修改。(2)IAP(In Application Programming),即在應(yīng)用編程。具備IAP的單片機(jī)廠家在出廠時(shí)向其內(nèi)部寫(xiě)入了單片機(jī)引導(dǎo)程序,用戶可以通過(guò)下載線對(duì)它在線編程,用戶程序也可以自己對(duì)內(nèi)存重新修改。這對(duì)于工業(yè)實(shí)時(shí)控制和數(shù)據(jù)的保存提供了方便。8.在線仿真技術(shù)一些新型的SOC單片機(jī)都具有在線仿真功能,這些單片機(jī)都配置了JTAG接口。JTAG(Joint Test Action Group)是一種國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試協(xié)議,主要用于芯片內(nèi)部測(cè)試。JTAG接口的引入使單片機(jī)傳統(tǒng)的仿真調(diào)試產(chǎn)生了徹底的變革。在上位機(jī)軟件的支持下,通過(guò)串行的JTAG接口直接對(duì)產(chǎn)品系統(tǒng)進(jìn)行仿真調(diào)試。9.增加I2C、SPI串行接口功能單片機(jī)增加I2C、SPI串行接口功能是為了方便系統(tǒng)與外圍設(shè)備連接。用戶可以通過(guò)I2C、SPI串行接口連接諸如傳感器等設(shè)備,完成檢測(cè)功能,同時(shí)把系統(tǒng)情況通過(guò)串口傳送給上位機(jī)管理系統(tǒng),完成遠(yuǎn)程設(shè)備的控制。1.2.3 單片機(jī)的特點(diǎn)(1)單片機(jī)的存儲(chǔ)器ROM和RAM是嚴(yán)格區(qū)分的。ROM稱之為程序存儲(chǔ)器,只存放程序、固定常數(shù)及數(shù)據(jù)表格。RAM稱之為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器,用作工作區(qū)及存放用戶數(shù)據(jù)。這樣就有較大的程序存儲(chǔ)器空間把開(kāi)發(fā)成功的程序固化在ROM中,而把少量的隨機(jī)數(shù)據(jù)存放在RAM中。如此,小容量的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器能以高速RAM形式集成在單片機(jī)片內(nèi),以加速單片機(jī)的執(zhí)行速度。(2)采用面向控制的指令系統(tǒng)。位滿足控制的需要,單片機(jī)有更強(qiáng)的邏輯控制能力,特別是單片機(jī)具有很強(qiáng)的位處理能力。(3)單片機(jī)的I/O引腳通常是多功能的。為了解決有限的引腳數(shù)目與需要的信號(hào)線間的矛盾,采用了引腳功能復(fù)用的方法,引腳處于何種功能,可由指令來(lái)設(shè)置或由機(jī)器狀態(tài)來(lái)區(qū)分。(4)單片機(jī)的外部擴(kuò)展能力很強(qiáng)。在內(nèi)部的各種功能部件不能滿足應(yīng)用需求時(shí),均可在外部進(jìn)行擴(kuò)展(如擴(kuò)展ROM、RAM,I/O接口,定時(shí)器/計(jì)數(shù)器,中斷系統(tǒng)等),與許多通用的微機(jī)接口芯片兼容,給應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)帶來(lái)極大的方便。(5)單片機(jī)在控制領(lǐng)域中還有:體積小,成本低,運(yùn)用靈活,易于產(chǎn)品化,能方便地組成各種智能化的控制設(shè)備和儀器,做到機(jī)電一體化;面向控制,能針對(duì)性地解決從簡(jiǎn)單到復(fù)雜的各類控制任務(wù),因而能獲得最佳的性價(jià)比;抗干擾能力強(qiáng),適用溫度范圍廣,在各種惡劣的環(huán)境下都能可靠的工作;可以方便地實(shí)現(xiàn)多機(jī)和分布式控制,是整個(gè)控制系統(tǒng)的效率和可靠性大為提高3。1.3 單片機(jī)的應(yīng)用1.3.1 單片機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域 目前單片機(jī)滲透到我們生活的各個(gè)領(lǐng)域,幾乎很難找到哪個(gè)領(lǐng)域沒(méi)有單片機(jī)的蹤跡。導(dǎo)彈的巡航裝置,飛機(jī)上各種儀表的控制,計(jì)算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)通訊與數(shù)據(jù)傳輸,工業(yè)自動(dòng)化過(guò)程的實(shí)時(shí)控制和數(shù)據(jù)處理,廣泛使用的各種智能IC卡,民用豪華轎車的安全保障系統(tǒng),錄像機(jī)、攝像機(jī)、全自動(dòng)洗衣機(jī)的控制,以及程控玩具、電子寵物等等,這些都離不開(kāi)單片機(jī)。更不用說(shuō)自動(dòng)控制領(lǐng)域的機(jī)器人、智能儀表、醫(yī)療機(jī)械了。由此歸納其應(yīng)用領(lǐng)域:1.工業(yè)控制,單片機(jī)可以構(gòu)成各種工業(yè)控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等,如數(shù)控機(jī)床、自動(dòng)生產(chǎn)線控制、電機(jī)控制、溫度控制等。2.儀器儀表,如智能儀器、醫(yī)療器械、數(shù)字示波器等。3.計(jì)算機(jī)外部設(shè)備與智能接口,如圖形終端機(jī)、打印機(jī)、傳真機(jī)、復(fù)印機(jī)、繪圖儀、磁盤(pán)/磁帶機(jī)、智能終端機(jī)等。4.商用產(chǎn)品,如自動(dòng)售貨機(jī)、電子收款機(jī)、電子稱等。5.家用電器,如微波爐、電視機(jī)、空調(diào)、洗衣機(jī)、錄像機(jī)、音響設(shè)備等。此外,單片機(jī)還在工商,金融,科研,教育,國(guó)防航空航天等領(lǐng)域有著十分廣泛的用途4。1.3.2 常用單片機(jī)類型目前流行的51內(nèi)核的8位單片機(jī)有:MCS-51系列單片機(jī);ATMEL公司的89系列單片機(jī);SST公司的SST89系列單片機(jī);PHILIPS公司的增強(qiáng)型80C51系列單片機(jī)5。2 系統(tǒng)功能和基本原理2.1 系統(tǒng)的功能(1)時(shí)間顯示 時(shí)間顯示是萬(wàn)年歷設(shè)計(jì)最主要的功能。萬(wàn)年歷應(yīng)該不僅能準(zhǔn)確顯示時(shí),分,秒,而且還要能夠顯示年,月,日。(2)時(shí)間調(diào)整 萬(wàn)年歷再第一次使用時(shí),需要根據(jù)當(dāng)前時(shí)間進(jìn)行實(shí)踐調(diào)整,設(shè)定其初始時(shí)間,設(shè)置完成之后,它會(huì)在設(shè)定值基礎(chǔ)上進(jìn)行準(zhǔn)確的計(jì)時(shí)和顯示。在萬(wàn)年歷斷電或出現(xiàn)其他故障排除后,也需要根據(jù)當(dāng)前時(shí)間進(jìn)行時(shí)間調(diào)整。2.2系統(tǒng)的基本原理本電子萬(wàn)年歷能靜態(tài)顯示年、月、日、小時(shí)、分鐘、秒;通過(guò)切換鍵/執(zhí)行鍵、移位鍵/加1鍵四個(gè)功能對(duì)時(shí)間進(jìn)行校正,能夠正確的選擇時(shí)間和更改日期。3.方案設(shè)計(jì)與論證3.1 總體設(shè)計(jì)方案與比較方案一:純硬件電路系統(tǒng)。各功能采用分離的硬件電路模塊實(shí)現(xiàn)。用時(shí)序邏輯電路實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘功能。但這種實(shí)現(xiàn)方法可靠性差、控制精度低,靈活性小、線路復(fù)雜、安裝調(diào)試不方便,而且不方便實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的擴(kuò)展。 方案二:用可編程邏輯器件(PLD)實(shí)現(xiàn)。這種方案與前一種相比,可靠性增加,同時(shí)可以很好的完成時(shí)鐘的功能。但是這種方案,顯示的效果不夠理想,無(wú)法很好的完成擴(kuò)展功能的要求。同時(shí),系統(tǒng)的靈活性不夠。 方案三:采用AT89C52單片機(jī)作為系統(tǒng)的控制核心。時(shí)鐘功能采用單片集成的時(shí)鐘芯片PCF8563來(lái)實(shí)現(xiàn),可以使用數(shù)碼管顯示時(shí)間、日歷。系統(tǒng)的總體框圖如下:3.2 模塊方案論證與選擇3.2.1 單片機(jī)芯片的選取方案一:采用89C51芯片作為電路的控制核心,采用Flash ROM,內(nèi)部具有4KB ROM 存儲(chǔ)空間,能與3V的超低壓工作,而且與MCS51 系列單片機(jī)完全兼容,但是運(yùn)用于電路設(shè)計(jì)中時(shí)由于不具備ISP在線編程技術(shù),當(dāng)在對(duì)電路進(jìn)行調(diào)試時(shí),由于程序的錯(cuò)誤修改或?qū)Τ绦虻男略龉δ苄枰獰氤绦驎r(shí),對(duì)芯片的多次拔插會(huì)對(duì)芯片造成一定的損壞。方案二:采用AT89C52,片內(nèi)ROM全都采用Flash ROM,能以3V的超低壓工作,同時(shí)也與MCS51系列單片機(jī)完全兼容,芯片內(nèi)部存儲(chǔ)器為8KB ROM 存儲(chǔ)空間,同樣具有89C51的功能,且具有在線編程可擦除技術(shù),當(dāng)在對(duì)電路進(jìn)行調(diào)試時(shí),由于程序的錯(cuò)誤修改或?qū)Τ绦虻男略龉δ苄枰獰氤绦驎r(shí),不需要對(duì)芯片多次拔插,所以不會(huì)對(duì)芯片造成損壞。所以選擇采用AT89C52作為主控制系統(tǒng)。3.2.2 時(shí)鐘芯片的選取方案一:由單片機(jī)實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘功能。單片機(jī)內(nèi)部具有定時(shí)器,可方便實(shí)現(xiàn)定時(shí)功能。通過(guò)計(jì)算可知,使定時(shí)器每25ms產(chǎn)生一次中斷,當(dāng)產(chǎn)生40次中斷后秒單元將加一,以此類推,從而實(shí)現(xiàn)時(shí)、分、秒的走時(shí),并加以顯示。但由于系統(tǒng)晶振誤差、溫漂、中斷響應(yīng)時(shí)間的不確定性及定時(shí)器重新裝載時(shí)間常數(shù)所帶來(lái)的誤差,決定它不能用來(lái)作為時(shí)鐘的時(shí)間基準(zhǔn)。方案二:專用時(shí)鐘芯片。目前市場(chǎng)上已有很多實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片。如DS12887、DS1302、PCF8563、X1227等,芯片內(nèi)都集成了時(shí)鐘/日歷功能,給時(shí)鐘系統(tǒng)設(shè)計(jì)帶來(lái)很多方便。因此計(jì)時(shí)功能以選專用時(shí)鐘芯片為宜,時(shí)鐘模塊采用方案三來(lái)實(shí)現(xiàn)。在系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)時(shí),串行總線接口較并行總線接口較為方便,系統(tǒng)設(shè)計(jì)選用了PHILIPS公司的串行接口總線實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片PCF8563作為計(jì)時(shí)芯片。所以選擇PCF8563做為時(shí)鐘芯片。3.2.3 顯示模塊的選取方案一:采用LCD液晶顯示屏。液晶顯示屏的顯示功能強(qiáng)大,可顯示大量文字,圖形,顯示多樣,但是顯示時(shí)間不利于遠(yuǎn)觀。方案二:采用點(diǎn)陣式數(shù)碼管顯示。點(diǎn)陣式數(shù)碼管是由八行八列的發(fā)光二極管組成,對(duì)于顯示文字比較適合,如采用在顯示數(shù)字顯的太浪費(fèi),價(jià)格也相對(duì)較高。方案三:采用LED數(shù)碼管顯示。LED數(shù)碼管價(jià)格適中,對(duì)于顯示數(shù)字最合適,而且與單片機(jī)連接時(shí),占用的單片機(jī)口線少。 通過(guò)對(duì)比以上三種方案,本設(shè)計(jì)采用了LED數(shù)碼管做為萬(wàn)年歷顯示。3.24 單片機(jī)通信模塊選取方案一:采用并行通信。并行通信時(shí)數(shù)據(jù)的各個(gè)位同時(shí)傳送,可以字或字節(jié)為單位并行進(jìn)行,但用的通信線多,占用I/O口多,成本高。方案二:采用串行通信。串行通信時(shí)數(shù)據(jù)是一位一位順序傳送,只用很少幾根通信線,占用I/O口少,成本低。通過(guò)對(duì)比以上兩種方案,本設(shè)計(jì)采用了串口通信進(jìn)行單片機(jī)與電腦之間的數(shù)據(jù)傳輸。4.芯片的選擇與簡(jiǎn)介 按照設(shè)計(jì)方案的比較得出:系統(tǒng)由主控芯片使用AT89C52單片機(jī);時(shí)鐘芯片使用PCF8563。采用PCF8563作為計(jì)時(shí)芯片,可以做到計(jì)時(shí)準(zhǔn)確;顯示驅(qū)動(dòng)采用ZLG7290,ZLG7290是微處理器和共陰極八位LED數(shù)碼管顯示、64點(diǎn)陣顯示接口的小型串行輸入、輸出芯片;顯示模塊采用普通的共陰極數(shù)碼管顯示器,鍵盤(pán)采用獨(dú)立式鍵盤(pán);串口口模塊采用MAX232芯片。4.1 PCF8563時(shí)鐘芯片簡(jiǎn)介串行日歷時(shí)鐘芯片PCF8563與采用并行總線與單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信的時(shí)鐘芯片相比,PCF8563與單片機(jī)的連線大為減少,極大的節(jié)省了單片機(jī)的系統(tǒng)資源。時(shí)鐘芯片與單片機(jī)的接口電路 。PCF8563是PHILIPS公司推出的一款工業(yè)級(jí)內(nèi)含I2C總線接口功能的具有極低功耗的多功能時(shí)鐘/日歷芯片。PCF8563的多種報(bào)警功能、定時(shí)器功能、時(shí)鐘輸出功能以及中斷輸出功能能完成各種復(fù)雜的定時(shí)服務(wù),甚至可為單片機(jī)提供看門(mén)狗功能。內(nèi)部時(shí)鐘電路、內(nèi)部振蕩電路、內(nèi)部低電壓檢測(cè)電路(1.0V)以及兩線制I C總線通信方式,不但使外圍電路極其簡(jiǎn)潔,而且也增加了芯片的可靠性。同時(shí)每次讀寫(xiě)數(shù)據(jù)后,內(nèi)嵌的字地址寄存器會(huì)自動(dòng)產(chǎn)生增量。當(dāng)然作為時(shí)鐘芯片,PCF8563亦解決了2000年問(wèn)題。因而,PCF8563是一款性價(jià)比較高的時(shí)鐘芯片,它已被廣泛用于電表、水表、氣表、移動(dòng)電話、傳真機(jī)、便攜式儀器以及電池供電的儀器儀表等產(chǎn)品領(lǐng)域。 PCF8563具有如下的主要特征:* 低工作電流:典型值為0.25A(VDD=3.0V,Tamb=25時(shí))。* 大工作電壓范圍:1.05.5。* 低休眠電流;典型值為0.25A(VDD=3.0V,Tamb=25)* 400KHz 的I2C 總線接口(VDD=1.85.5V 時(shí))。* 可編程時(shí)鐘輸出頻率為:32.768KHz,1024Hz,32Hz,1Hz。* 報(bào)警和定時(shí)器。* 掉電檢測(cè)器。* 內(nèi)部集成的振蕩器電容。* 片內(nèi)電源復(fù)位功能。* I2C 總線從地址:讀,0A3H;寫(xiě),0A2H。* 開(kāi)漏中斷引腳。PCF8563的管腳排列圖如圖所示:圖 PCF8563管腳PCF8563采用了I2C總線接口,雖然總線時(shí)序關(guān)系復(fù)雜,但我們可以利用PHILIPS公司提供的軟件包,使得編程極為簡(jiǎn)單,可靠性極強(qiáng)。在設(shè)計(jì)中我們主要用到了PCF8563的計(jì)時(shí)功能。PCF8563內(nèi)部共有16個(gè)寄存器。其中00H,01H為 圖3 PCF8563管腳控制方式寄存器,02H08H為時(shí)間寄存器,09H0CH為報(bào)警功能寄存器,0DH為時(shí)鐘輸出寄存器,0EH 和0FH為定時(shí)器功能寄存器。其中時(shí)間寄存器的位描述如下圖所示。表2 報(bào)警和時(shí)間寄存器的位描述地址寄存器名稱Bit7Bit6Bit5Bit4Bit3Bit2Bit1Bit002H秒VL0059BCD 碼格式數(shù)03H分鐘-0059BCD 碼格式數(shù)04H小時(shí)-0059BCD 碼格式數(shù)05H日-0131BCD 碼格式數(shù)06h星期-0607H月/世紀(jì)C-0112 BCD 碼格式數(shù)08H年0099 BCD 碼格式數(shù)09H分鐘報(bào)警AE0059 BCD 碼格式數(shù)0AH小時(shí)報(bào)警AE-0023 BCD 碼格式數(shù)0BH日?qǐng)?bào)警AE-0131 BCD 碼格式數(shù)0CH星期報(bào)警AE-06由此可以看出芯片內(nèi)部時(shí)間寄存器和報(bào)警寄存器在地址上是連在一起的,并且數(shù)據(jù)全部是以BCD碼形式存放的,這樣使得數(shù)據(jù)讀寫(xiě)和處理變得相當(dāng)簡(jiǎn)潔和便利。在本設(shè)計(jì)中,PCF8563通過(guò)SCL、SDA、/INT、CLKOUT與單片機(jī)相連,SDA、SCL、/INT、CLKOUT均為漏極開(kāi)路,必須接上拉電阻。SCL為時(shí)鐘輸入端,數(shù)據(jù)隨時(shí)鐘信號(hào)同步輸入器件或從器件輸出與單片機(jī)的P1.6相連;SDA為雙向引腳,用于行數(shù)據(jù)的輸入輸出,接至單片機(jī)的P1.7腳,;/INT是中斷信號(hào)輸出端,可通過(guò)設(shè)置報(bào)警寄存器按指定時(shí)間在該腳產(chǎn)生報(bào)警信號(hào),低電平有效;CLKOUT是時(shí)鐘輸出端。 4.2 AT89C52簡(jiǎn)介AT89C52是美國(guó)ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓,高性能CMOS 8位單片機(jī),片內(nèi)含8K bytes的可反復(fù)擦寫(xiě)的只讀程序存儲(chǔ)器(PEROM)和256 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(RAM),器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn),與標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)及8052產(chǎn)品引腳兼容,片內(nèi)置通用8位中央處理器(CPU)和Flash存儲(chǔ)單元。功能強(qiáng)大的AT89C52單片機(jī)適合于許多較為復(fù)雜控制應(yīng)用場(chǎng)合。 AT89C52的主要性能參數(shù):與MCS-51產(chǎn)品指令和引腳完全兼容 8K字節(jié)可重擦寫(xiě)Flash閃速存儲(chǔ)器 1000次擦寫(xiě)周期 全靜態(tài)操作:0Hz24MHz 三級(jí)加密程序存儲(chǔ)器 2568字節(jié)內(nèi)部RAM 32個(gè)可編程I/O口線 3個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器 8個(gè)中斷源 可編程串行URAT通道 低功耗空閑和掉電模式 AT89C52的引腳如圖9所示:圖9 AT89C52引腳AT89C52P為40 腳雙列直插封裝的8 位通用微處理器,采用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的C51內(nèi)核,在內(nèi)部功能及管腳排布上與通用的8xc52 相同,其主要用于會(huì)聚調(diào)整時(shí)的功能控制。功能包括對(duì)會(huì)聚主IC 內(nèi)部寄存器、數(shù)據(jù)RAM及外部接口等功能部件的初始化,會(huì)聚調(diào)整控制,會(huì)聚測(cè)試圖控制,紅外遙控信號(hào)IR的接收解碼及與主板CPU通信等。主要管腳有:XTAL1(19 腳)和XTAL2(18 腳)為振蕩器輸入輸出端口,外接12MHz 晶振。RST/Vpd(9 腳)為復(fù)位輸入端口,外接電阻電容組成的復(fù)位電路。VCC(40 腳)和VSS(20 腳)為供電端口,分別接+5V電源的正負(fù)端。P0P3 為可編程通用I/O 腳,其功能用途由軟件定義,在本設(shè)計(jì)中,P0 端口(3239 腳)被定義為N1 功能控制端口,分別與N1的相應(yīng)功能管腳相連接,13 腳定義為IR輸入端,10 腳和11腳定義為I2C總線控制端口,分別連接N1的SDAS(18腳)和SCLS(19腳)端口,12 腳、27 腳及28 腳定義為握手信號(hào)功能端口,連接主板CPU 的相應(yīng)功能端,用于當(dāng)前制式的檢測(cè)及會(huì)聚調(diào)整狀態(tài)進(jìn)入的控制功能11。P0 口:P0 口是一組8 位漏極開(kāi)路型雙向I/O 口, 也即地址/數(shù)據(jù)總線復(fù)用口。作為輸出口用時(shí),每位能吸收電流的方式驅(qū)動(dòng)8 個(gè)TTL邏輯門(mén)電路,對(duì)端口P0 寫(xiě)“1”時(shí),可作為高阻抗輸入端用。在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器或程序存儲(chǔ)器時(shí),這組口線分時(shí)轉(zhuǎn)換地址(低8 位)和數(shù)據(jù)總線復(fù)用,在訪問(wèn)期間激活內(nèi)部上拉電阻。在Flash 編程時(shí),P0 口接收指令字節(jié),而在程序校驗(yàn)時(shí),輸出指令字節(jié),校驗(yàn)時(shí),要求外接上拉電阻。P1 口:P1 是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O 口, P1 的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)(吸收或輸出電流)4 個(gè)TTL 邏輯門(mén)電路。對(duì)端口寫(xiě)“1”,通過(guò)內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平,此時(shí)可作輸入口。作輸入口使用時(shí),因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻,某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流(IIL)。與AT89C51 不同之處是,P1.0 和P1.1 還可分別作為定時(shí)/計(jì)數(shù)器2 的外部計(jì)數(shù)輸入(P1.0/T2)和輸入(P1.1/T2EX),參見(jiàn)表2.2。Flash 編程和程序校驗(yàn)期間,P1 接收低8 位地址。表 P1.0和P1.1的第二功能引腳號(hào)功能特性P1.0T2(定時(shí)/計(jì)數(shù)器2外部計(jì)數(shù)脈沖輸入),時(shí)鐘輸出P1.1T2EX(定時(shí)/計(jì)數(shù)器2捕獲/重裝載觸發(fā)和方向控制)P2 口:P2 是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O 口,P2 的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)(吸收或輸出電流)4 個(gè)TTL 邏輯門(mén)電路。對(duì)端口P2 寫(xiě)“1”,通過(guò)內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平,此時(shí)可作輸入口,作輸入口使用時(shí),因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻,某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流(IIL)。在訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器或16 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(例如執(zhí)行MOVX DPTR 指令)時(shí),P2 口送出高8 位地址數(shù)據(jù)。在訪問(wèn)8 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(如執(zhí)行MOVX RI 指令)時(shí),P2 口輸出P2 鎖存器的內(nèi)容。Flash 編程或校驗(yàn)時(shí),P2亦接收高位地址和一些控制信號(hào)。P3 口:P3 口是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O 口。P3 口輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)(吸收或輸出電流)4 個(gè)TTL 邏輯門(mén)電路。對(duì)P3 口寫(xiě)入“1”時(shí),它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可作為輸入端口。此時(shí),被外部拉低的P3 口將用上拉電阻輸出電流(IIL)。P3 口除了作為一般的I/O 口線外,更重要的用途是它的第二功能,如表2.3所示。P3 口還接收一些用于Flash 閃速存儲(chǔ)器編程和程序校驗(yàn)的控制信號(hào)。表 2.3 P3口的第二功能端口引腳第二功能P3.0RXD(串行輸入口)P3.1TXD(串行輸出口)P3.2INT0(外中斷0)P3.3INT1(外中斷1)P3.4T0(定時(shí)/計(jì)數(shù)器0)P3.5T1(定時(shí)/計(jì)數(shù)器1)P3.6WR(外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選通)P3.7RD(外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通)RST:復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器工作時(shí),RST引腳出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期以上高電平將使單片機(jī)復(fù)位。ALE/PROG: 當(dāng)訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí),ALE(地址鎖存允許)輸出脈沖用于鎖存地址的低8 位字節(jié)。一般情況下,ALE 仍以時(shí)鐘振蕩頻率的1/6 輸出固定的脈沖信號(hào),因此它可對(duì)外輸出時(shí)鐘或用于定時(shí)目的。要注意的是:每當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)將跳過(guò)一個(gè)ALE 脈沖。對(duì)Flash 存儲(chǔ)器編程期間,該引腳還用于輸入編程脈沖(PROG)。如有必要,可通過(guò)對(duì)特殊功能寄存器(SFR)區(qū)中的8EH 單元的D0 位置位,可禁止ALE 操作。該位置位后,只有一條MOVX 和MOVC指令才能將ALE 激活。此外,該引腳會(huì)被微弱拉高,單片機(jī)執(zhí)行外部程序時(shí),應(yīng)設(shè)置ALE 禁止位無(wú)效。PSEN:程序儲(chǔ)存允許(PSEN)輸出是外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào),當(dāng)AT89C52由外部程序存儲(chǔ)器取指令(或數(shù)據(jù))時(shí),每個(gè)機(jī)器周期兩次PSEN有效,即輸出兩個(gè)脈沖。在此期間,當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器,將跳過(guò)兩次PSEN信號(hào)。EA/VPP:外部訪問(wèn)允許。欲使CPU 僅訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器(地址為0000HFFFFH),EA 端必須保持低電平(接地)。需注意的是:如果加密位LB1 被編程,復(fù)位時(shí)內(nèi)部會(huì)鎖存EA端狀態(tài)。如EA端為高電平(接Vcc端),CPU 則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲(chǔ)器中的指令。Flash 存儲(chǔ)器編程時(shí),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。XTAL1:振蕩器反相放大器的及內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端。XTAL2:振蕩器反相放大器的輸出端。在本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中,將PCF8563的SCL端接到AT89C52的P1.6腳上,SDA端接到AT89C52的P1.7端,將ZLG7290的/INT接到AT89C52的外部中斷0 /INT0腳上,將ZLG7290的/RST接到AT89C52的P1.0腳上。4.3 ZLG7290驅(qū)動(dòng)芯片簡(jiǎn)介ZLG7290是周立功公司生產(chǎn)的單片具有串行接口、可同時(shí)驅(qū)動(dòng)8位共陰式數(shù)碼管(或64只獨(dú)立LED)的智能顯示驅(qū)動(dòng)芯片,該芯片同時(shí)可連接多達(dá)64鍵的鍵盤(pán)矩陣,一片即可完成LED顯示及鍵盤(pán)接口的全部功能。它和微處理器之間采用串行接口,其接口和外圍電路比較簡(jiǎn)單,且占用口線較少,因此可以提高單片機(jī)的效率和節(jié)省系統(tǒng)資源。加之它具有較高的性能價(jià)格比,因而在微型控制器、智能儀表、控制面板和家用電器等領(lǐng)域獲得了日益廣泛的應(yīng)用。ZLG7290的管腳排列如圖所示:ZLG7290的主要特點(diǎn)如下:1 I2C 串行接口提供鍵盤(pán)中斷信號(hào)方便與處理器接口2 可驅(qū)動(dòng) 8 位共陰數(shù)碼管或64 只獨(dú)立LED 和64 個(gè)按鍵3 可控掃描位數(shù) 可控任一數(shù)碼管閃爍4 提供數(shù)據(jù)譯碼和循環(huán) 移位段尋址等控制5 8 個(gè)功能鍵可檢測(cè)任一鍵的連擊次數(shù)6 無(wú)需外接元件即直接驅(qū) LED 可擴(kuò)展驅(qū)動(dòng)電流和驅(qū)動(dòng)電壓7 提供工業(yè)級(jí)器件 多種封裝形式PDIP24 SO24.ZLG7290與微處理器僅需4條接口線,其中/RST為片選信號(hào)(低電平有效)。SDA為串行數(shù)據(jù)端,當(dāng)向ZLG7290發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí),SDA為輸入端;當(dāng)ZLG7290輸出鍵盤(pán)代碼時(shí),SDA為輸出端。SCL為數(shù)據(jù)串行傳送的同步時(shí)鐘輸入端,時(shí)鐘的上升沿表示數(shù)據(jù)有效。/KEY為按鍵信號(hào)輸出端,該端在無(wú)鍵按下時(shí)為高電平;而在有鍵按下時(shí)變?yōu)榈碗娖?,并一直保持到按鍵釋放為止。一個(gè)有效的指令由一字節(jié)操作碼和數(shù)個(gè)操作數(shù)組成只有操作碼的指令稱為純指令帶操作數(shù)的指令稱為復(fù)合指令一個(gè)完整的指令須在一個(gè)I2C 幀中起始信號(hào)和結(jié)束信號(hào)間連續(xù)傳輸?shù)矫罹彌_區(qū)CmdBuf0 CmdBuf1 中否則會(huì)引起錯(cuò)誤。ZLG7290控制指令分為純指令和復(fù)合指令兩大類。純指令主要有五條,分別為: (1) 左移指令該指令使與ScanNum 相對(duì)應(yīng)的顯示數(shù)據(jù)和顯示屬性閃爍,自右向左移動(dòng)N 位N3N0 +1移動(dòng)后右邊N 位無(wú)顯示與ScanNum 不相關(guān)的顯示數(shù)據(jù)和顯示屬性則不受影響。 (2) 右移指令與左移指令類似,只是移動(dòng)方向?yàn)樽宰笙蛴乙苿?dòng)后左邊N位N3N0 +1無(wú)顯示。 (3) 循環(huán)左移指令與左移指令類似,不同的是在每移動(dòng)一位后原最左位的顯示數(shù)據(jù)和屬性轉(zhuǎn)移到最右位。 (4) 循環(huán)右移指令與循環(huán)左移指令類似,只是移動(dòng)方向相反。 (5) SystemReg 寄存器位尋址指令當(dāng)On1時(shí),第S2S0位置1,當(dāng)On 0 時(shí),第S位清0。4.4 max232串口通信芯片簡(jiǎn)介MAX232芯片是美信公司專門(mén)為電腦的RS-232標(biāo)準(zhǔn)串口設(shè)計(jì)的單電源電平轉(zhuǎn)換芯片,使用+5v單電源供電。MAX232的主要特點(diǎn)如下:1、符合所有的RS-232C技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。2、只需要單一+5V電源供電。3、片載電荷泵具有升壓、電壓極性反轉(zhuǎn)能力,能夠產(chǎn)生+10V和-10V電壓V+、V-。4、功耗低,典型供電電流5mA。5、內(nèi)部集成兩個(gè)RS-232C驅(qū)動(dòng)器。6、內(nèi)部集成兩個(gè)RS-232C接收器。Max232的管腳排列圖如圖所示:Max232引腳介紹:第一部分是電荷泵電路。由1、2、3、4、5、6腳和4只電容構(gòu)成。功能是產(chǎn)生+12v和-12v兩個(gè)電源,提供給RS-232串口電平的需要。 第二部分是數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換通道。由7、8、9、10、11、12、13、14腳構(gòu)成兩個(gè)數(shù)據(jù)通道。 其中13腳(R1IN)、12腳(R1OUT)、11腳(T1IN)、14腳(T1OUT)為第一數(shù)據(jù)通道。 8腳(R2IN)、9腳(R2OUT)、10腳(T2IN)、7腳(T2OUT)為第二數(shù)據(jù)通道。 TTL/CMOS數(shù)據(jù)從T1IN、T2IN輸入轉(zhuǎn)換成RS-232數(shù)據(jù)從T1OUT、T2OUT送到電腦DB9插頭;DB9插頭的RS-232數(shù)據(jù)從R1IN、R2IN輸入轉(zhuǎn)換成TTL/CMOS數(shù)據(jù)后從R1OUT、R2OUT輸出。 第三部分是供電。15腳GND、16腳VCC(+5v)。數(shù)據(jù)傳輸接口是數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠布A(chǔ),也是數(shù)據(jù)通信、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分。單片機(jī)本身的數(shù)據(jù)傳輸接口主要為8位或16位并行數(shù)據(jù)接口、全雙工串行通信接口,但電子技術(shù)的迅速發(fā)展使得許多新的數(shù)據(jù)傳輸接口標(biāo)準(zhǔn)不斷涌現(xiàn),大多數(shù)的單片機(jī)并沒(méi)有在硬件中集成這些新的數(shù)據(jù)傳輸接口。為了使單片機(jī)適應(yīng)不同標(biāo)準(zhǔn)的各類數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議,必須對(duì)單片機(jī)的數(shù)據(jù)傳輸接口進(jìn)行擴(kuò)展。而隨之而來(lái)的就是一系列的接口標(biāo)準(zhǔn)的誕生,其主要有RS-232標(biāo)準(zhǔn)、RS-485標(biāo)準(zhǔn)。4.5 LED數(shù)碼管簡(jiǎn)介L(zhǎng)ED數(shù)碼管是一類顯示屏通過(guò)對(duì)其不同的管腳輸入相對(duì)的電流,會(huì)使其發(fā)亮,從而顯示出數(shù)字能夠顯示時(shí)間、日期、溫度等所有可用數(shù)字表示的參數(shù)。 LED數(shù)碼管(LED Segment Displays)是由多個(gè)發(fā)光二極管封裝在一起組成“8”字型的器件,引線已在內(nèi)部連接完成,只需引出它們的各個(gè)筆劃,公共電極。LED數(shù)碼管常用段數(shù)一般為7段有的另加一個(gè)小數(shù)點(diǎn),還有一種是類似于3位“+1”型。位數(shù)有半位,1,2,3,4,5,6,8,10位等等.,LED數(shù)碼管根據(jù)LED的接法不同分為共陰和共陽(yáng)兩類,了解LED的這些特性,對(duì)編程是很重要的,因?yàn)椴煌愋偷臄?shù)碼管,除了它們的硬件電路有差異外,編程方法也是不同的。是共陰和共陽(yáng)極數(shù)碼管的內(nèi)部電路,它們的發(fā)光原理是一樣的,只是它們的電源極性不同而已。 由于它的價(jià)格便宜 使用簡(jiǎn)單在電器特別是家電領(lǐng)域應(yīng)用極為廣泛,空調(diào)、熱水器、冰箱等等。絕大多數(shù)熱水器用的都是數(shù)碼管,其他家電也用液晶屏與熒光屏。下面將介紹常用LED數(shù)碼管內(nèi)部引腳圖片:7段四位帶小數(shù)點(diǎn) 12引腳的LED數(shù)碼管引腳定義LED數(shù)碼管要正常顯示,就要用驅(qū)動(dòng)電路來(lái)驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管的各個(gè)段碼,從而顯示出我們要的數(shù)位,因此根據(jù)LED數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)方式的不同,可以分為靜態(tài)式和動(dòng)態(tài)式兩類。A、 靜態(tài)顯示驅(qū)動(dòng): 靜態(tài)顯示就是顯示驅(qū)動(dòng)電路,具有輸出鎖存功能。當(dāng)顯示器顯示某個(gè)字符時(shí),相應(yīng)的段恒定的導(dǎo)通或截止,直到顯示另一個(gè)字符為止。即單片機(jī)將所有要顯示的數(shù)據(jù)送出后就不再控制LED,直到下一次顯示時(shí)再傳送一次新的顯示數(shù)據(jù)。靜態(tài)顯示的數(shù)據(jù)穩(wěn)定,數(shù)碼管的亮度較高,占用的CPU時(shí)間少,程序容易,管理簡(jiǎn)單,但占用的I/O線資源教多。靜態(tài)顯示中,每一個(gè)顯示器都要占用單獨(dú)的具有鎖存功能的I/O接口,該接口用于筆劃段字型代碼。這樣單片機(jī)只要把要顯示的字形代碼發(fā)送到接口電路,該字段就可以顯示發(fā)送的字形。要顯示新的數(shù)據(jù)時(shí),單片機(jī)在發(fā)送新的字形碼。動(dòng)態(tài)掃描方法是用其接口電路把所有顯示器的8個(gè)筆畫(huà)段ah同名端連在一起,而每一個(gè)顯示器的公共極COM各自獨(dú)立的受I/O線控制。CPU向字段輸出口送出字形碼時(shí),所有顯示器接收到相同的字形碼,但究竟是哪個(gè)顯示器亮,則取決于COM段,而這一段是由I/O控制的,由單片機(jī)決定何時(shí)顯示哪一位了。優(yōu)點(diǎn):程序簡(jiǎn)單,亮度高。缺點(diǎn):所占I/O口過(guò)多。B、 動(dòng)態(tài)顯示驅(qū)動(dòng):數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示接口是單片機(jī)中應(yīng)用最為廣泛的一種顯示方式之一,動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)是將所有數(shù)碼管的8個(gè)顯示筆劃a,b,c,d,e,f,g,dp的同名端連在一起,另外為每個(gè)數(shù)碼管的公共極COM增加位選通控制電路,位選通由各自獨(dú)立的I/O線控制,當(dāng)單片機(jī)輸出字形碼時(shí),所有數(shù)碼管都接收到相同的字形碼,但究竟是那個(gè)數(shù)碼管會(huì)顯示出字形,取決于單片機(jī)對(duì)位選通COM端電路的控制,所以我們只要將需要顯示的數(shù)碼管的選通控制打開(kāi),該位就顯示出字形,沒(méi)有選通的數(shù)碼管就不會(huì)亮。通過(guò)分時(shí)輪流控制各個(gè)數(shù)碼管的的COM端,就使各個(gè)數(shù)碼管輪流受控顯示,這就是動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)。在輪流顯示過(guò)程中,每位數(shù)碼管的點(diǎn)亮?xí)r間為12m,由于人的視覺(jué)暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余輝效應(yīng),盡管實(shí)際上各位數(shù)碼管并非同時(shí)點(diǎn)亮,但只要掃描的速度足夠快,給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù),不會(huì)有閃爍感。 表22 十六進(jìn)制數(shù)字型代碼字型共陽(yáng)極代碼共陰極代碼字型共陽(yáng)極代碼共陰極代碼0C0H3FH990H6FH1F9H06HA88H77H2A4H5BHb83H7CH3B0H4FHCC6H39H499H66HdA1H5EH592H6DHE86H79H682H7DHF8EH71H7F8H07H880H7FH怎樣測(cè)量數(shù)碼管引腳,分共陰和共陽(yáng):找公共共陰和公共共陽(yáng)首先,我們找個(gè)電源(3到5伏)和1個(gè)1K(幾百的也歐的也行)的電阻,VCC串接個(gè)電阻后和GND接在任意2個(gè)腳上,組合有很多,但總有一個(gè)LED會(huì)發(fā)光的找到一個(gè)就夠了,然后用GND不動(dòng),VCC(串電阻)逐個(gè)碰剩下的腳,如果有多個(gè)LED(一般是8個(gè)),那它就是共陰的了。相反用VCC不動(dòng),GND逐個(gè)碰剩下的腳,如果有多個(gè)LED(一般是8個(gè)),那它就是共陽(yáng)的。也可以直接用數(shù)字萬(wàn)用表,紅表筆是電源的正極,黑表筆是電源的負(fù)極。5 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)5.1 總體設(shè)計(jì) 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)硬件整體實(shí)現(xiàn)電路圖。 采用Protel畫(huà)出整體電路圖,如圖下所示。5.2 各功能模塊硬件設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)5.2.1 時(shí)鐘電路AT89C52單片機(jī)芯片內(nèi)部設(shè)有一個(gè)反響放大器所構(gòu)成的振蕩器,XTAL1和XTAL2分別為振蕩器的輸入端和輸出端,時(shí)鐘可以由內(nèi)部或外部產(chǎn)生,在XTAL1和XTAL2引腳上外接定時(shí)元器件,內(nèi)部振蕩電路就會(huì)產(chǎn)生自激振蕩。本課題采用的定時(shí)元器件為石英晶體和電容組成的并聯(lián)諧振回路。晶振頻率選擇11.0592MHz,兩個(gè)電容的取值都為30pF,電容的大小可起頻率微調(diào)的作用。仿真電路圖如圖所示:圖 2.7 時(shí)鐘電路圖5.2.2 復(fù)位電路單片機(jī)具有多種復(fù)位電路,本課題采用電平式開(kāi)關(guān)復(fù)位與上電復(fù)位方式。當(dāng)上電時(shí),電容C相當(dāng)于短路,使單片機(jī)復(fù)位,在正常工作時(shí),按下開(kāi)關(guān)使單片機(jī)復(fù)位。其缺點(diǎn)是干擾易于串入復(fù)位端,在大多數(shù)條件下,不會(huì)造成單片機(jī)錯(cuò)誤復(fù)位,但會(huì)引起內(nèi)部某些寄存器錯(cuò)誤復(fù)位,這時(shí)可以在RESET端加一個(gè)去耦電容。仿真電路圖如圖2.8所示。圖 2.8 復(fù)位電路圖5.2.3 時(shí)鐘電路PCF8563采用32768 kHz可編程時(shí)鐘輸出頻率,I2C總線是由數(shù)據(jù)線SDA和時(shí)鐘SCL構(gòu)成的串行總線,可發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。利用51單片機(jī)I/O口中的任一位都可以與單總線進(jìn)行雙向數(shù)據(jù)傳送,通過(guò)單總線可以方便地構(gòu)建分布式單片機(jī)測(cè)控系統(tǒng)。PCF8563 的串行接口為IC總線。IC總線用兩條線(SDA和SCL)在芯片和模塊間傳遞信息。SDA為串行 數(shù)據(jù)線,SCL為串行時(shí)鐘線,兩條線必須用一個(gè)上拉電阻與正電源相連,其數(shù)據(jù)只有在總線不忙時(shí)才可傳送。由于接口直接在組件之上,因此,I2C總線占用的空間非常小,減少了電路板的空間和器件引腳的數(shù)量,降低了成本。實(shí)現(xiàn)時(shí)
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