畢業(yè)設計---單片機最小系統(tǒng)設計與實現(xiàn)

1、<p><b>　　摘 要</b></p><p>　　近年來隨著計算機在社會領域的滲透，單片機的應用正在不斷地走向深入，同時帶動傳統(tǒng)控制檢測日新月異更新。在實時監(jiān)測和自動控制的單片機應用系統(tǒng)中，單片機往往是作為一個核心部件來使用，僅單片機方面知識是不夠的，還應根據(jù)具體硬件結構，以及針對具體應用對象特點的軟件結合，以作完善。</p><p>　　單片機最小系

2、統(tǒng)是在以51單片機為基礎上拓展，使其能更方便地運用于測試系統(tǒng)中。本設計主要在51單片機上擴展I/O口，實現(xiàn)液晶顯示，定時等功能，并寫好一定的底層程序。</p><p>　　關鍵詞：最小系統(tǒng)；擴展；AT89S51；I/O接口；液晶顯示</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　With the infiltrati

3、on in the social field of the computer in recent years,the application of the one-chip computer is moving towards deepening constantly,drive tradition is it measuring in real time and automatically control at the same ti

4、me.In measuring in real time and automatically controlled one-chip computer application system,the one-chip computer often uses an a key part,onliy one-chip computer respect knowledge is not enough,should also follow the

5、 structure of the concrete hardware,and d</p><p>　　The smallest system one-chip computer is in expands at the base of MCS-51 one-chip computer.Make it used more convient in the test system.this design mainly

6、 expands I/O in take 51 on chip computer,expands the timer fixed time scope,expands the 1602 to demonstrate the connection and write the first floor procedure.</p><p>　　Kyesord:Minimum system,Expand,AT89S51,

7、I/O,1602</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘 要I</b></p><p>　　AbstractII</p><p><b>　　第1章 緒論1</b></p><p>　　1.1 單片機基礎知識1

8、</p><p>　　1.2 單片機的應用領域1</p><p>　　1.3 單片機的發(fā)展趨勢2</p><p>　　第2章 硬件結構剖析4</p><p>　　2.1 80C51單片機的內部結構4</p><p>　　2.2 80C51單片機的引腳功能5</p><p>　　第3章

9、單片機的硬件設計10</p><p>　　3.1 最小系統(tǒng)設計10</p><p>　　3.2 LED顯示電路13</p><p>　　3.3 鍵盤控制電路14</p><p>　　3.4 LCD1602簡介16</p><p>　　3.4.1 LCD1602 引腳功能16</p><p

10、>　　3.4.2 LCD1602顯示模塊指令集17</p><p>　　3.5單片機電路設計完整架構20</p><p>　　第4章 單片機的軟件設計23</p><p>　　4.1 LCD1602時鐘軟件設計23</p><p>　　4.1.1 DS1302介紹23</p><p>　　4.1.2 時

11、鐘DS1302硬件連接25</p><p>　　4.2 LCD1602時鐘軟件程序（部分）25</p><p>　　第5章 調試與功能說明28</p><p>　　5.1 硬件調試28</p><p>　　5.2 系統(tǒng)性能測試與功能說明28</p><p>　　5.3 系統(tǒng)時鐘誤差分析28</p>

12、;<p>　　5.4 軟件調試問題及解決28</p><p><b>　　結束語30</b></p><p>　　參考文獻、資料索引31</p><p><b>　　致謝32</b></p><p><b>　　附錄33</b></p>&

13、lt;p>　　最小系統(tǒng)電路PCB圖33</p><p>　　232串口電路PCB圖34</p><p>　　LED共陽數(shù)碼管電路PCB圖35</p><p><b>　　第1章 緒論</b></p><p>　　1.1 單片機基礎知識</p><p>　　單片機又稱單片微控制器，它不是

14、完成某一個邏輯功能的芯片，而是把一個計算機系統(tǒng)集成到一個芯片上。概括的講，一塊芯片就成了一臺計算機。</p><p>　　MCS-51單片機是美國INTEL公司于1980年推出的產(chǎn)品，與MCS- 48單片機相比，它的結構更先進，功能更強，在原來的基礎上增加了更多的電路單元和指令，指令數(shù)達111條，MCS-51單片機可以算是相當成功的產(chǎn)品，一直到現(xiàn)在，MCS-51系列或其兼容的單片機仍是應用的主流產(chǎn)品，各高校及專業(yè)

15、學校的培訓教材仍與MSC-51單片機作為代表進行理論基礎學習。</p><p>　　MCS-51系列單片機主要包括8031、8051和8751等通用產(chǎn)品。</p><p>　　DP-51S單片機仿真實驗儀是由廣州致遠電子有限公司設計的DP系列單片機仿真實驗儀之一，是一種功能強大的單片機應用技術學習、調試。</p><p>　　1.2 單片機的應用領域</p&g

16、t;<p>　　單片機廣泛應用于儀器儀表、家用電器、醫(yī)用設備、航空航天、專用設備的智能化管理及過程控制等領域，大致可分為如下幾個范疇：</p><p>　　一、在智能儀器儀表的應用</p><p>　　單片機具有體積小、功耗低、控制功能強、擴展靈活、微型化和使用方便等優(yōu)點，廣泛應用于儀器儀表中，結合不同類型的傳感器，可實現(xiàn)諸如電壓、功率、頻率、濕度、溫度、流量、速度、厚度、角

17、度、長度、硬度、元素、壓力等物理量的測量。采用單片機控制使得儀器儀表數(shù)字化、智能化、微型化，且功能比起采用電子或數(shù)字電路更加強大。例如精密的測量設備（功率計，示波器，各種分析儀）。</p><p>　　二、在家用電器中的應用</p><p>　　可以這樣說，現(xiàn)在的家用電器基本上都采用了單片機控制，從電飯煲、洗衣機、電冰箱、空調機、彩電、其他音響視頻器材、再到電子秤量設備，五花八門，無所不在

18、。</p><p>　　三、在工業(yè)控制中的應用</p><p>　　用單片機可以構成形式多樣的控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。例如工廠流水線的智能化管理，電梯智能化控制、各種報警系統(tǒng)，與計算機聯(lián)網(wǎng)構成二級控制系統(tǒng)等。</p><p>　　四、在計算機網(wǎng)絡和通信領域中的應用</p><p>　　現(xiàn)代的單片機普遍具備通信接口，可以很方便地與計算機進行數(shù)據(jù)

19、通信，為在計算機網(wǎng)絡和通信設備間的應用提供了極好的物質條件，現(xiàn)在的通信設備基本上都實現(xiàn)了單片機智能控制，從手機、電話機、小型程控交換機、樓宇自動通信呼叫系統(tǒng)、列車無線通信、再到日常工作中隨處可見的移動電話，集群移動通信，無線電對講機等。</p><p>　　五、單片機在醫(yī)用設備領域中的應用</p><p>　　單片機在醫(yī)用設備中的用途亦相當廣泛，例如醫(yī)用呼吸機，各種分析儀，監(jiān)護儀，超聲診斷

20、設備及病床呼叫系統(tǒng)等等。 </p><p>　　此外，單片機在工商、金融、科研、教育、國防航空等領域都有著十分廣泛的用途。</p><p>　　1.3 單片機的發(fā)展趨勢</p><p>　　單片機現(xiàn)在可以說是百花齊放，百家爭鳴的時期，世界上各大芯片制造公司都推出了自己的單片機，從8位、16位到32位，數(shù)不勝數(shù)，應有盡有，有與主流C51系列兼容的，也有不兼容的，但它們

21、各具特色，互成互補，為單片機的應用提供了廣闊的天地。</p><p>　　縱觀單片機的發(fā)展過程，可以預示單片機的發(fā)展趨勢，大致有：</p><p><b>　　一、微型單片化</b></p><p>　　現(xiàn)在常規(guī)的單片機普遍都是將中央處理器（CPU）、隨機存取數(shù)據(jù)存儲（RAM）、只讀程序存儲器（ROM）、并行和串行通信接口，中斷系統(tǒng)、定時電路、

22、時鐘電路集成在一塊單一的芯片上，增強型的單片機集成了如A/D轉換器、PMW（脈寬調制電路）、WDT（看門狗）、有些單片機將LCD（液晶）驅動電路都集成在單一的芯片上，這樣單片機包含的單元電路就更多，功能就越強大。甚至單片機廠商還可以根據(jù)用戶的要求量身定做，制造出具有自己特色的單片機芯片。</p><p>　　此外，現(xiàn)在的產(chǎn)品普遍要求體積小、重量輕，這就要求單片機除了功能強和功耗低外，還要求其體積要小?，F(xiàn)在的許多單

23、片機都具有多種封裝形式，其中SMD（表面封裝）越來越受歡迎，使得由單片機構成的系統(tǒng)正朝微型化方向發(fā)展。</p><p>　　二、低功耗CMOS化</p><p>　　MCS-51系列的8031推出時的功耗達630mW，而現(xiàn)在的單片機普遍都在100mW左右，隨著對單片機功耗要求越來越低，現(xiàn)在的各個單片機制造商基本都采用了CMOS（互補金屬氧化物半導體工藝）。像80C51就采用了HMOS（即高

24、密度金屬氧化物半導體工藝）和CHMOS（互補高密度金屬氧化物半導體工藝）。CMOS雖然功耗低，但由于其物理特征決定其工作速度不夠高，而CHMOS則具備了高速和低功耗的特點，這些特征，更適合于要求低功耗像電池供電的應用場合。所以這種工藝將是今后一段時期單片機發(fā)展的主要途徑。</p><p>　　三、主流與多品種共存</p><p>　　現(xiàn)在雖然單片機的品種繁多，各具特色，但仍以80C51為核

25、心的單片機占主流，兼容其結構和指令系統(tǒng)的有PHILIPS公司的產(chǎn)品，ATMEL公司的產(chǎn)品和中國臺灣的Winbond系列單片機。所以80C51占據(jù)了半壁江山。而Microchip公司的PIC精簡指令集合（RISC）也有著強勁的發(fā)展勢頭，中國臺灣的HOLTEX公司近年的單片機產(chǎn)量與日俱增，與其底價質優(yōu)的優(yōu)勢，占據(jù)一定的市場份額。此外還有MOTOROLA公司的產(chǎn)品，日本幾大公司的專用單片機。在一定的時期內，這種情形將得以延續(xù)，將不存在某個單片

26、機一統(tǒng)天下的壟斷局面，走的是依存互補、相輔相成、共同發(fā)展的道路。</p><p>　　九十年代以后，單片機在結構上采用雙CPU或內部流水線，CPU位數(shù)有8位、16位、32位，時鐘頻率高達20MHZ，片內帶有PWM輸出、監(jiān)視定時器WDT、可編程計數(shù)器陣列PCA、DMA傳輸、調制解調器等。芯片向高度集成化、低功耗方向的發(fā)展，使得單片機在大量數(shù)據(jù)的實時處理、高級通信系統(tǒng)、數(shù)字信號處理、復雜工業(yè)過程控制、高級機器人以及局

27、域網(wǎng)等方面得到大量應用。這類單片機有NEC公司的MPD7800，MITSUBISHI公司的M337700，REVKWELL公司的R6500。</p><p>　　第2章 硬件結構剖析</p><p>　　2.1 80C51單片機的內部結構</p><p>　　圖2-1為80C51單片機功能結構框圖</p><p>　　80C51 芯片內部集成

28、了 CPU、RAM、ROM、定時/計數(shù)器和I/O口等各功能部件，并由內部總線把這些不見連接在一起。</p><p>　　80C51單片機內部包含以下一些功能部件：</p><p>　　(1)一個8位CPU；</p><p>　　(2)一個片內振蕩器和時鐘電路；</p><p>　　(3)4KB ROM（80C51有4KB掩膜ROM，87C51

29、有4KB EPROM，80C31片內有無ROM）；</p><p>　　(4)128B內RAM；</p><p>　　(5)可尋址64KB的外ROM和外RAM控制電路；</p><p>　　(6)兩個16位定時/計數(shù)器；</p><p>　　(7)21個特許功能寄存器；</p><p>　　(8)4個8位并行I/O口，

30、共32條可編程I/O端線；</p><p>　　(9)一個可編程全雙工串行口；</p><p>　　(10)5個中斷源，可設置成2個優(yōu)先級。</p><p>　　外時鐘源 外部事件計數(shù)</p><p>　　中斷 控制

31、 并 行 口 串行通信</p><p>　　圖2-1 80C51單片機功能結構框圖</p><p>　　2.2 80C51單片機的引腳功能</p><p>　　80C51單片機一般采用雙列直插DIP封裝，共40個引腳，圖2-2為引腳排列圖。圖2-2b為邏輯符號圖。40個引腳大致可分為4類：電源、時鐘、控制和I/O引腳。&l

32、t;/p><p>　　圖2-2 80C51引腳圖</p><p><b>　　1.電源</b></p><p>　　(1)Vcc——芯片電源，接５Ｖ；</p><p>　　(2)GND——接地端。</p><p><b>　　2.時鐘</b></p><p&g

33、t;　　XTAL1、XTAL2——晶體振蕩電路反相輸入端和輸出端。使用內部振蕩電路時外接石英晶體。</p><p><b>　　3.控制線</b></p><p>　　控制線共有4根，其中3根是復用線。所謂復用線是指具有兩種功能，正常使用時是一種功能，在某種條件下是另一種功能。</p><p>　　(1)ALE/PROG——地址鎖存允許/片內E

34、PROM編程脈沖。</p><p>　　ALE功能：用來鎖存P0口送出的低8位地址。</p><p>　　80C51在并行擴展外存儲器（包括并行擴展I/O口）時，P0口用于分時傳送低8位地址和數(shù)據(jù)信號，且均為二進制數(shù)。那么如何區(qū)分是低8位地址還是8位數(shù)據(jù)信號呢？當ALE信號有效時，P0口傳送的是低8位地址信號；ALE信號無效時，P0口傳送的是8位數(shù)據(jù)信號。在ALE信號的下降沿，鎖定P0口傳

35、送的內容，即低8位地址信號。</p><p>　　需要指出的是，當CPU不執(zhí)行訪問外RAM指令（MOVX）時，ALE以時鐘振蕩頻率1 / 6的固定頻率輸出，因此ALE信號也可作為外部芯片CLK時鐘或其他需要。但是，當CPU執(zhí)行MOVX指令時，ALE將跳過一個ALE脈沖。</p><p>　　ALE端可驅動8個LSTTL門電路。</p><p>　　PROG功能：片內

36、有EPROM的芯片，在EPROM編程期間，此引腳輸入編程脈沖。</p><p>　　(2)PSEN——外ROM讀選通信號。</p><p>　　80C51讀外ROM時，沒個機器周期內PSEN兩次有效輸出。PSEN可作為外ROM芯片輸出允許OE的選通信號。在讀內ROM或讀外RAM時，PSEN無效。</p><p>　　PSEN可驅動8個LSTTL門電路。 </p

37、><p>　　(3)RST/Vpd——復位/備用電源。</p><p>　　正常工作時，RST（Reset）端為復位信號輸入端，只要在該引腳上連續(xù)保持兩個機器周期以上高電平，80C51芯片即實現(xiàn)復位操作，復位后一切從頭開始，CPU從0000H開始執(zhí)行指令。</p><p>　　Vpd功能：在Vcc掉電情況下，該引腳可接上備用電源，由Vpd向片內供電，以保持片內RAM中的

38、數(shù)據(jù)不丟失。</p><p>　　(4)EA/Vpp ——內外ROM選擇/片內EPROM編程電源。</p><p>　　EA功能：正常工作時，EA為內外ROM選擇端。80C51單片機ROM尋址范圍為64KB，其中4KB在片內，60KB在片外（80C31芯片無內ROM，全部在片外）。當EA保持高電平時，先訪問內ROM，但當PC（程序計數(shù)器）值超過4KB（0FFFH）時，將自動轉向執(zhí)行外ROM

39、中的程序。當EA保持低電平時，則只訪問外ROM，不管芯片內有否內ROM。對80C31芯片，片內無ROM，因此EA必須接地。</p><p>　　Vpp功能：片內有EPROM的芯片，在EPROM編程期間，此引腳用于施加編程電源Vpp。</p><p>　　對4個控制引腳，應熟記起第一功能，了解其第二功能。</p><p>　　嚴格來講，80C51的控制線還應該包括P3

40、口的第二功能。</p><p><b>　　(5)I/O引腳</b></p><p>　　80C51共有4個8位并行I/O端口,共32個引腳</p><p>　　P0口——8位雙向I/O口。在不并行擴展外存儲器(包括并行擴展I/O口)時, P0口可用作雙向I/O口。</p><p>　　在并行擴展外存儲器(包括并行擴展I

41、/O口)時, P0口可用于分時傳送低8位地址(地址總線)和8位數(shù)據(jù)信號(數(shù)據(jù)總線)。位結構如圖2-3所示。P0口能驅動8個LSTTL門。</p><p>　　圖2-3 P0口位結構</p><p>　　P1口——8位準雙向I/O口(“準雙向”是指該口內部有固定的上拉電阻)。位結構如圖2-4所示。P1口能驅動為4個LSTTL門。</p><p>　　圖 2-4 P

42、1口位結構</p><p>　　P2口——8位準雙向I/O口。在不并行擴展外存儲器(包括并行擴展I/O口)時, P2口可用作雙向I/O口。在并行擴展外存儲器(包括并行擴展I/O口)時, P2口可用于傳送高8位地址(屬地址總線) 。P2口能驅動4個LSTTL門。P2口的位結構如圖2-5所示，引腳上拉電阻同P1口。在結構上，P2口比P1口多一個輸出控制部分。</p><p>　　圖 2-5

43、P2口位結構</p><p>　　P3口——8位準雙向I/O口?？勺饕话鉏/O口用,同時P3口每一引腳還具有第二功能,用于特殊信號輸入輸出和控制信號(屬控制總線)。P3口驅動能力為4個LSTTL門。</p><p>　　圖 2-6 P3口位結構</p><p>　　P3口第二功能如下:</p><p>　　P3.0——RXD:串行口輸入端;

44、</p><p>　　P3.1——TXD:串行口輸出端;</p><p>　　P3.2——INT0:外部中斷0請求輸入端;</p><p>　　P3.3——INT1:外部中斷1請求輸入端</p><p>　　P3.4——T0:定時/計數(shù)器0外部信號輸入端;</p><p>　　P3.5——T1:定時/計數(shù)器1外部信號輸

45、入端;</p><p>　　P3.6——WR:外RAM寫選通信號輸出端;</p><p>　　P3.7——RD:外RAM讀選通信號輸出端。</p><p>　　上述4個I/O口,各有各的用途。 在不并行擴展外存儲器(包括并行擴展I/O口)時, 4個I/O口都可作為雙向I/O口用。在并行擴展外存儲器(包括并行擴展I/O口)時, P0口專用于分時傳送低8位地址信號和8位

46、數(shù)據(jù)信號,P2口專用于傳送高8位地址信號。P3口根據(jù)需要常用于第二功能,真正可提供給用戶使用的I/O口是P1口和一部分未用作第二功能的P3口端線。</p><p>　　第3章 單片機的硬件設計</p><p>　　3.1 最小系統(tǒng)設計</p><p>　　圖3-1 單片機最小系統(tǒng)的結構圖</p><p>　　單片機的最小系統(tǒng)是由電源、復位、晶

47、振、/EA=1組成，下面介紹一下每一個組成部分。</p><p><b>　　1.電源引腳</b></p><p>　　Vcc　40　電源端</p><p>　　GND　20　接地端</p><p>　　工作電壓為5V，另有AT89LV51工作電壓則是2.7-6V, 引腳功能一樣。 </p><p&g

48、t;<b>　　2.外接晶體引腳</b></p><p>　　圖3-2 晶振連接的內部、外部方式圖</p><p><b>　　XTAL119</b></p><p><b>　　XTAL218</b></p><p>　　XTAL1是片內振蕩器的反相放大器輸入端，XTAL2則

49、是輸出端，使用外部振蕩器時，外部振蕩信號應直接加到XTAL1，而XTAL2懸空。內部方式時，時鐘發(fā)生器對振蕩脈沖二分頻，如晶振為12MHz，時鐘頻率就為6MHz。晶振的頻率可以在1MHz-24MHz內選擇。電容取30PF左右。系統(tǒng)的時鐘電路設計是采用的內部方式，即利用芯片內部的振蕩電路。AT89單片機內部有一個用于構成振蕩器的高增益反相放大器。引腳XTAL1和XTAL2分別是此放大器的輸入端和輸出端。這個放大器與作為反饋元件的片外晶體諧

50、振器一起構成一個自激振蕩器。外接晶體諧振器以及電容C1和C2構成并聯(lián)諧振電路，接在放大器的反饋回路中。對外接電容的值雖然沒有嚴格的要求，但電容的大小會影響震蕩器頻率的高低、震蕩器的穩(wěn)定性、起振的快速性和溫度的穩(wěn)定性。因此，此系統(tǒng)電路的晶體振蕩器的值為12MHz，電容應盡可能的選擇陶瓷電容，電容值約為22μF。在焊接刷電路板時，晶體振蕩器和電容應盡可能安裝得與單片機芯片靠近，以減少寄生電容，更好地保證震蕩器穩(wěn)定和可靠地工作。</p&

51、gt;<p>　　3.復位　RST　9</p><p>　　在振蕩器運行時，有兩個機器周期（24個振蕩周期）以上的高電平出現(xiàn)在此引腿時，將使單片機復位，只要這個腳保持高電平，51芯片便循環(huán)復位。復位后P0－P3口均置1引腳表現(xiàn)為高電平，程序計數(shù)器和特殊功能寄存器SFR全部清零。當復位腳由高電平變?yōu)榈碗娖綍r，芯片為ROM的00H處開始運行程序。復位是由外部的復位電路來實現(xiàn)的。片內復位電路是復位引腳RS

52、T通過一個斯密特觸發(fā)器與復位電路相連，斯密特觸發(fā)器用來抑制噪聲，它的輸出在每個機器周期的S5P2，由復位電路采樣一次。復位電路通常采用上電自動復位和按鈕復位兩種方式，此電路系統(tǒng)采用的是上電與按鈕復位電路。當時鐘頻率選用6MHz時，C取22μF，Rs約為200Ω，Rk約為1K。復位操作不會對內部RAM有所影響。</p><p>　　常用的復位電路如下圖所示：</p><p>　　圖3-3 常

53、用復位電路圖</p><p><b>　　4.輸入輸出引腳</b></p><p>　　(1) P0端口[P0.0-P0.7] P0是一個8位漏極開路型雙向I/O端口，端口置1（對端口寫1）時作高阻抗輸入端。作為輸出口時能驅動8個TTL。</p><p>　　對內部Flash程序存儲器編程時，接收指令字節(jié);校驗程序時輸出指令字節(jié)，要求外接上拉電

54、阻。</p><p>　　在訪問外部程序和外部數(shù)據(jù)存儲器時，P0口是分時轉換的地址(低8位)/數(shù)據(jù)總線，訪問期間內部的上拉電阻起作用。</p><p>　　(2) P1端口[P1.0－P1.7] P1是一個帶有內部上拉電阻的8位雙向I/0端口。輸出時可驅動4個TTL。端口置1時，內部上拉電阻將端口拉到高電平，作輸入用。</p><p>　　對內部Flash程序存儲器

55、編程時，接收低8位地址信息。</p><p>　　(3) P2端口[P2.0－P2.7] P2是一個帶有內部上拉電阻的8位雙向I/0端口。輸出時可驅動4個TTL。端口置1時，內部上拉電阻將端口拉到高電平，作輸入用。對內部Flash程序存儲器編程時，接收高8位地址和控制信息。</p><p>　　在訪問外部程序和16位外部數(shù)據(jù)存儲器時，P2口送出高8位地址。而在訪問8位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器時

56、其引腳上的內容在此期間不會改變。</p><p>　　(4) P3端口[P3.0－P3.7] P2是一個帶有內部上拉電阻的8位雙向I/0端口。輸出時可驅動4個TTL。端口置1時，內部上拉電阻將端口拉到高電平，作輸入用。</p><p>　　對內部Flash程序存儲器編程時，接控制信息。除此之外P3端口還用于一些專門功能，具體請看下表。</p><p>　　表3-1　

57、P3端口引腳兼用功能表</p><p>　　3.2 LED顯示電路</p><p>　　顯示器普遍地用于直觀地顯示數(shù)字系統(tǒng)的運行狀態(tài)和工作數(shù)據(jù)，按照材料及產(chǎn)品工藝，單片機應用系統(tǒng)中常用的顯示器有： 發(fā)光二極管LED顯示器、液晶LCD顯示器、CRT顯示器等。LED顯示器是現(xiàn)在最常用的顯示器之一，如下圖所示。</p><p>　　圖3-4 LED顯示器的符號圖</

58、p><p>　　發(fā)光二極管（LED）由特殊的半導體材料砷化鎵、磷砷化鎵等制成，可以單獨使用，也可以組裝成分段式或點陣式LED顯示器件（半導體顯示器）。分段式顯示器（LED數(shù)碼管）由7條線段圍成8字型，每一段包含一個發(fā)光二極管。外加正向電壓時二極管導通，發(fā)出清晰的光。只要按規(guī)律控制各發(fā)光段亮、滅，就可以顯示各種字形或符號。LED數(shù)碼管有共陽、共陰之分。</p><p>　　顯示電路顯示模塊需要實

59、時顯示當前的時間,即時、分、秒，因此需要6個數(shù)碼管，另需兩個數(shù)碼管來顯示橫。采用動態(tài)顯示方式顯示時間，硬件連接如下圖所示，時的十位和個位分別顯示在第一個和第二個數(shù)碼管，分的十位和個位分別顯示在第四個和第五個數(shù)碼管，秒的十位和個位分別顯示在第七個和第八個數(shù)碼管，其余數(shù)碼管顯示橫線。LED顯示器的顯示控制方式按驅動方式可分成靜態(tài)顯示方式和動態(tài)顯示方式兩種。對于多位LED顯示器，通常都是采用動態(tài)掃描的方法進行顯示，其硬件連接方式如下圖所示。&

60、lt;/p><p>　　圖3-5 數(shù)碼管的硬件連接示意圖</p><p><b>　　數(shù)碼管使用條件：</b></p><p>　　a、段及小數(shù)點上加限流電阻</p><p>　　b、使用電壓：段：根據(jù)發(fā)光顏色決定；小數(shù)點：根據(jù)發(fā)光顏色決定</p><p>　　c、使用電流：靜態(tài)：總電流 80mA（每

61、段 10mA）；動態(tài)：平均電流 4-5mA峰值電流 100mA</p><p>　　數(shù)碼管使用注意事項說明：</p><p>　　（１）數(shù)碼管表面不要用手觸摸，不要用手去弄引角；</p><p>　?。ǎ玻┖附訙囟龋海玻叮岸?；焊接時間：５Ｓ</p><p>　?。ǎ常┍砻嬗斜Ｗo膜的產(chǎn)品,可以在使用前撕下來。</p><p&

62、gt;　　3.3 鍵盤控制電路</p><p>　　行列式鍵盤的接法比獨立式鍵盤的接法復雜，編程實現(xiàn)上也會比較復雜。但是，在占用相同的I／O端口的情況下，行列式鍵盤的接法會比獨立式接法允許的按鍵數(shù)量多。</p><p>　　行列式鍵盤的工作方式是先用列線發(fā)送掃描字，然后讀取行線的狀態(tài)，查看是否有按鍵按下。鍵盤部分提供一種掃描的工作方式，可以和具有64個按鍵的矩陣鍵盤相連接，能對鍵盤不斷掃描

63、、自動消抖、自動識別按下的鍵，并給出編碼，能對雙鍵或n個鍵同時按下的情況實行保護。</p><p>　　在顯示部分，它可以為發(fā)光二極管、熒光管及其他顯示器提供按掃描方式工作的顯示接口，而且為顯示器提供多路復用信號，可以顯示多達16位的字符或數(shù)字。</p><p>　　鍵盤中有無按鍵按下是由列線送入全掃描字、行線讀入行線狀態(tài)來判斷的，其方法是將列線的所有I／O線均置成低電平，然后將行線電平狀

64、態(tài)讀入累加器A中，如果有鍵按下，總會有一根行線被拉至低電平，從而使行輸入不全為1。</p><p>　　鍵盤中哪一個鍵按下可由列線逐列置低電平后，檢查行輸入狀態(tài)來判斷，其方法是依次給列線送低電平，然后檢查所有行線狀態(tài)，如果全為1，則所按下的鍵不在此列，如果不全為1，則所按下的鍵必在此列，而且是在與0電平線相交的交點上的那個鍵。</p><p><b>　　單片機鍵盤掃描法<

65、/b></p><p>　　掃描法是在判定有鍵按下后逐列果行（或列）的狀態(tài)出現(xiàn)非全1狀態(tài)，如果（或列）的狀態(tài)出現(xiàn)非全1狀態(tài)，這時0狀態(tài)的行、列交點的鍵就是所按下的鍵。</p><p>　　掃描法的特點是逐行（或逐列）掃描查詢，這時相應行（或列）應有上拉電阻接高電平。行列式鍵盤掃描程序就是采用掃描法來確定哪個鍵按下的，圖1中行線上拉電阻接＋5V，列線逐列掃描。</p>&

66、lt;p>　?、僦鹦校ɑ蛄校呙璨樵兎?。</p><p>　　確定矩陣式鍵盤上哪個鍵被按下時運用掃描法，又稱為逐行（或列）掃描查詢法，是一種最常用的按鍵識別方法，過程如下。</p><p>　　判斷鍵盤中有無鍵按下，將全部行線Y0～Y3置低電平，然后檢測列線的狀態(tài)。只要有一列的電平為低，則表示鍵盤中有鍵被按下，而且閉合的鍵位于低電平線與4根行線相交叉的4個按鍵之中。若所有列線均為高電

67、平，則鍵盤中無鍵按下。</p><p>　　判斷閉合鍵所在的位置，在確認有鍵按下后，即可進入確定具體閉合鍵的過程。其方法是：依次將行線置為低電平，即在置某根行線為低電平時，其他線為高電平，在確定某根行線位置為低電平后，再逐行檢測各列線的電平狀態(tài)，若某列為低，則該列線與置為低電平的行線交叉處的按鈕就是閉合的按鍵。</p><p><b>　?、诜崔D法。</b></

68、p><p>　　掃描法要逐列（行）掃描查詢，當按下的鍵在最后行（列），要經(jīng)過多次掃描才能獲得鍵值／鍵號。而反轉法只要經(jīng)過兩個步驟就可獲得鍵值。</p><p><b>　　線反轉法原理 </b></p><p>　　硬件采用中斷方式工作，用一個8位I／O口構成4×4鍵盤。</p><p>　　將D3～D0設為列輸入

69、線，D7～D4設為行輸出線，并使I／O輸出信號D7～D4為0000。若有鍵按下，與門的輸出端變?yōu)榈碗娖剑駽PU申請中斷，表示鍵盤中有鍵按下。與此同時，D3～D0的數(shù)據(jù)輸入到內存中的某一單元中，其中0位對應的是被按下鍵的列位置。</p><p>　　將第一步中的傳送方向反轉過來，即將D7～D4設為輸入線，D3～D0設為輸出線。使I／O口輸出數(shù)據(jù)為N單元中的數(shù)（即D3～D0為按下鍵的列位置），然后讀入I／O口數(shù)據(jù)，

70、并送入內存N＋1單元中存放，該數(shù)據(jù)的D7～D4位中0電平對應的位是按下鍵的行位置。最后，將N單元中的D3～D0與N＋1單元中的D7～D4拼接起來就是按下鍵的鍵值。</p><p>　　單片機應用系統(tǒng)中，任何I／O口或擴展I／O口均可構成行列式鍵盤。典型的鍵盤接口有通用I／O擴展口、串行LO擴展口和專用鍵盤芯片構成的行列式鍵盤。由于帶有行列式鍵盤的應用系統(tǒng)中通常都有顯示器，為節(jié)省I／O口線，往往把顯示器電路與行列式

71、鍵盤做在一個接口電路中。</p><p>　　圖3-6 按鍵抖動信號波形</p><p>　　3.4 LCD1602簡介</p><p>　　3.4.1 LCD1602 引腳功能</p><p>　　LCD1602引腳如圖3-7所示：</p><p>　　圖3-7 LCD1602管腳功能圖</p><

72、;p>　　引腳的功能如表3-2所示：</p><p>　　表3-2 LCD1602管腳功能表</p><p>　　3.4.2 LCD1602顯示模塊指令集</p><p><b>　　（1）清屏</b></p><p>　　功能：清DDROM值和 AC值。</p><p><b>

73、　?。?）歸位</b></p><p>　　功能：光標復位，光標返回到地址 00H。</p><p><b>　?。?）輸入方式設置</b></p><p>　　功能：設置光標、畫面移動方式。 </p><p>　　其中：I/D=1：數(shù)據(jù)讀寫操作后，AC自加一； </p><p>　　

74、I/D=0：數(shù)據(jù)讀寫操作后，AC自減一； </p><p>　　S=1：數(shù)據(jù)讀寫操作，畫面平移； </p><p>　　S=0：數(shù)據(jù)讀寫操作，畫面不動。 </p><p><b>　?。?）顯示開關控制</b></p><p>　　功能：設置顯示、光標和閃爍開關。 </p><p>　　其中：D表

75、示顯示開關，D=1 為開，D=0 為關； </p><p>　　C表示光標開關，C=1為開，C=0為關； </p><p>　　B表示閃爍開關，B=1為開，B=0為關。 </p><p>　　（5）光標、畫面位移</p><p>　　功能：光標、畫面移動。 </p><p>　　其中：S/C=1畫面移動一個字符位； &

76、lt;/p><p>　　S/C=0光標移動一個字符位； </p><p>　　R/L=1:右移；R/L=0 左移。 </p><p><b>　?。?）功能設置</b></p><p>　　功能：工作方式設置（初始化指令）。 </p><p>　　其中：DL=1，8位數(shù)據(jù)接口；DL=0，4 位數(shù)據(jù)接口

77、； </p><p>　　N=1，兩行顯示；N=0，一行顯示；</p><p>　　F=1，5*10點陣顯示；F=0,5*7 點陣顯示。</p><p>　?。?）CGRAM地址設置</p><p>　　功能：設置CGRAM地址，A5～A0=0～3FH。</p><p>　?。?）DDRAM地址設置</p>

78、<p>　　功能：設置DDRAM地址。 </p><p>　　其中： N=0，一行顯示A6~A0=0~4FH； N=1兩行顯示，首行A6~A0=0~2FH，</p><p>　　次行 A6~A0=40~67H。 </p><p>　?。?）讀 BF及 AC值</p><p>　　功能：讀忙 BF和地址計數(shù)器 AC的值。 <

79、/p><p>　　其中：BF=1：忙，BF=0：準備好。此時 AC 值意義為最近一次地址設置</p><p>　　（CGRAM或 DDRAM）定義。</p><p><b>　　（10）寫數(shù)據(jù)</b></p><p>　　功能：根據(jù)最近設置的地址性質，數(shù)據(jù)寫入CGRAM或 DDRAM中。</p><p&g

80、t;<b>　?。?1）讀數(shù)據(jù)</b></p><p>　　功能：根據(jù)最近設置的地址性質，從 CGRAM或DDRAM數(shù)據(jù)讀出。</p><p><b>　　系統(tǒng)電路圖 </b></p><p>　　圖3-8 單片機系統(tǒng)連接液晶電路原理圖</p><p>　　3.5單片機電路設計完整架構</p&

81、gt;<p>　　圖3-9 單片機最小型總原理圖</p><p>　　圖3-10 單片機232串口下載電路原理圖</p><p>　　圖3-11 8位共陽數(shù)碼管電路連接圖</p><p>　　第4章 單片機的軟件設計</p><p>　　4.1 LCD1602時鐘軟件設計</p><p>　　4.1.1

82、DS1302介紹</p><p>　　DS1302是美國DALLAS公司推出的一種高性能、低功耗的實時時鐘芯片，附加31字節(jié)靜態(tài)RAM，采用SPI三線接口與CPU進行同步通信，并可采用突發(fā)方式一次傳送多個字節(jié)的時鐘信號和RAM數(shù)據(jù)。實時時鐘可提供秒、分、時、日、星期、月和年，一個月小于31天時可以自動調整，且具有閏年補償功能。工作電壓寬達2.5～5.5V。采用雙電源供電（主電源和備用電源），可設置備用電源充電方式

83、，提供了對后背電源進行涓細電流充電的能力。DS1302的外部引腳分配如圖4-1所示及內部結構如圖4-2所示。DS1302用于數(shù)據(jù)記錄，特別是對某些具有特殊意義的數(shù)據(jù)點的記錄上，能實現(xiàn)數(shù)據(jù)與出現(xiàn)該數(shù)據(jù)的時間同時記錄，因此廣泛應用于測量系統(tǒng)中。</p><p>　　時鐘芯片DS1302引腳排列，如圖所示。</p><p>　　圖4-1 DS1302管腳示例</p><p&g

84、t;　　圖4-2 DS1302內部結構</p><p><b>　　各引腳的功能為：</b></p><p>　　Vcc1：主電源；Vcc2：備用電源。當Vcc2>Vcc1+0.2V時，由Vcc2向DS1302供電，當Vcc2<Vcc1時，由Vcc1向DS1302供電。</p><p>　　SCLK：串行時鐘，輸入，控制數(shù)據(jù)的輸入與

85、輸出；</p><p>　　I/O：三線接口時的雙向數(shù)據(jù)線；</p><p>　　CE：輸入信號，在讀、寫數(shù)據(jù)期間，必須為高。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提供結束單字節(jié)或多字節(jié)數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆椒ā?lt;/p><p>　　DS1302有下列幾組寄存器：</p><p>　　1、DS1302有關日歷、時間的

86、寄存器共有12個，其中有7個寄存器（讀時81h），存放的數(shù)據(jù)格式為BCD碼形式。如圖4-3所示</p><p><b>　　圖4-3</b></p><p>　　小時寄存器（85h、84h）的位7用定義DS1302時運行于12小時模式還是24小時模式。當為高時，選擇12小時模式。在12小時模式時，位5是，當為1時，表示PM。在24小時模式時，位5是第二個10小時位。&

87、lt;/p><p>　　秒寄存器（81j、80h）的位7定義為時鐘暫停標志（CH）。當該位置位1時，時鐘振蕩器停止，DS1302處于低功耗狀態(tài)；當該位置位0時，時鐘開始運行。</p><p>　　控制寄存器（8Fh、8Eh）的位7是寫保護位（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WP位為1時，寫保護位防止對任一寄存器的寫操作。</p>&

88、lt;p><b>　　2 讀寫時序說明</b></p><p>　　DS1302時SPI總線驅動方式。它不僅要向寄存器寫入控制字，還需要讀取相應寄存器的數(shù)據(jù)。</p><p>　　要想與DS1302通信，首先要先了解DS1302的控制字。DS1302看控制字，如圖4-4。</p><p><b>　　圖4-4</b>

89、</p><p>　　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。 </p><p>　　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)； </p><p>　　位5至位1（A4～A0）：指示操作單元的地址； </p><p>　　位0（最低有效位）：如為0，表示要進行寫操作，為1表示

90、進行讀操作。</p><p>　　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位。</p><p>　　4.1.2 時鐘DS1302硬件連接</p><p>　　圖4-

91、5 DS1302硬件連接圖</p><p>　　4.2 LCD1602時鐘軟件程序（部分）</p><p>　　#include <AT89x51.h></p><p>　　#include <string.h></p><p>　　#include < intrins.h ></p><

92、;p>　　#define delayNOP() ; {_nop_() ;_nop_() ;_nop_() ;_nop_() ;} ;</p><p>　　#define LCM_RW P2_6 //定義引腳</p><p>　　#define LCM_RS P2_5</p><p>　　#define LCM_E P2_7</p><p&g

93、t;　　#define LCM_Data P0</p><p>　　#define Busy 0x80 //用于檢測LCM狀態(tài)字中的Busy標識</p><p>　　#define uchar unsigned char</p><p>　　sbit T_CLK=P1^0;</p><p>　　sbit T_IO =P1^1

94、;</p><p>　　sbit T_RST=P1^2;</p><p>　　sbit ACC0=ACC^0;</p><p>　　sbit ACC7=ACC^7;</p><p>　　sbit LED=P1^4; //背光燈輸出 (因本實驗板無此功能 所以此項功能用P1.4LED燈作為指示)</p><p>　

95、　sbit system=P3^2; //模式 對應實驗板K1按鍵</p><p>　　sbit TimerUp=P3^3; //時間減 對應實驗板K2按鍵</p><p>　　sbit TimerDown=P3^4; //時間加 對應實驗板K3按鍵</p><p>　　sbit BEEP=P3^6; //蜂鳴器</p>&

96、lt;p>　　void Set(uchar,uchar); //根據(jù)選擇調整相應項目</p><p>　　void RTInputByte(uchar); //輸入 1Byte */</p><p>　　uchar RTOutputByte(void); //輸出 1Byte */</p><p>　　void W1302(

97、uchar, uchar); //向DS1302寫入一個字節(jié)</p><p>　　uchar R1302(uchar); //從DS1302讀出一個字節(jié)</p><p>　　void Set1302(uchar * ); //設置時間 </p><p>　　void KeySound(); //按鍵音</p>

98、;<p>　　void ClockSound(); //鬧鈴蜂鳴聲</p><p>　　uchar id,msec,model,LedTime,d;</p><p>　　bit a,b; //閃爍標志位 </p><p>　　uchar inittime[7]=

99、{0x50,0x59,0x23,0x24,0x07,0x05,0x09};//初始化后設置為：11年6月7日星期2 08點00分00秒</p><p>　　void Out_LCM(void); //顯示屏幕</p><p>　　void model0(void); //顯示輸出</p><p>　　void model1(void);</p&

100、gt;<p>　　void model2(void);</p><p>　　void model3(void);</p><p>　　void model4(void);</p><p>　　void model5(void);</p><p>　　void model6(void); </p><

101、p>　　void id_case1_key();//項目調整</p><p>　　void Modset(); //模式鍵處理</p><p>　　void WriteDataLCM(uchar WDLCM);</p><p>　　void WriteCommandLCM(uchar WCLCM,BuysC);</p>

102、<p>　　uchar ReadStatusLCM(void);</p><p>　　void LCMInit(void);</p><p>　　void OutputInformation(uchar X, uchar Y, uchar DData);</p><p>　　void DisplayListChar(uchar X, uchar Y

103、, uchar code *DData);</p><p>　　void Delay5Ms(void);</p><p>　　void Delay400Ms(void);</p><p>　　void systemsetup(void); //進入系統(tǒng)設置</p><p>　　uchar code sys

104、temp[]={"System.setup"}; //字符串輸出(系統(tǒng)設定)</p><p>　　uchar code TIMER[]={"Time"}; //字符串輸出(時間)</p><p>　　uchar code DATE[]={"Date"}; //字符串輸出(日期)<

105、;/p><p>　　uchar code alarmclock[]={"Clock"}; //字符串輸出（鬧鈴）</p><p>　　uchar code lamp[]={"Lamp"}; //字符串輸出（背光燈）</p><p>　　uchar code reset[]={"Reset"

106、}; //字符串輸出（時間歸零）</p><p>　　uchar code exit[]={"Exit"}; //字符串輸出（退出）</p><p>　　uchar code set[]={"Set"};//字符串輸出（設置）</p><p>　　uchar code sec[]={&

107、quot;sec"}; //字符串輸出（秒）</p><p>　　uchar code ClockSet[]={"ClockSet"};//字符串輸出（鬧鈴設置）</p><p>　　uchar code ClockOn[]={"ON"}; //字符串輸出（ON）</p><p&

108、gt;　　uchar code ClockOff[]={"OFF"}; //字符串輸出（OFF）</p><p>　　void timesetup(void); //時間設置</p><p>　　void datesetup(void); //日期設置</p><p

109、>　　void alarmclockset(void); //鬧鈴設置</p><p>　　void lampsetup(void); //背光燈設置</p><p>　　void timereset(void); //時間清零</p><p>　　第5章

110、 調試與功能說明</p><p>　　單片機應用系統(tǒng)的調試包括硬件和軟件兩部分，但是他們并不能完全分開。一般的方法是排除明顯的硬件故障，再進行綜合調試，排除可能的軟/硬件故障。</p><p><b>　　5.1 硬件調試</b></p><p>　　拿到電路板后，首先要檢查加工質量，并確保沒有任何方面的錯誤，如短路和斷路，尤其要避免電源短路；

111、元器件在安裝前要逐一檢查，用萬用表測其數(shù)值，看是否與所用相同；完成焊接后，應先空載上電（芯片座上不插芯片），并檢查各引腳的電位是否正確。若一切正常，方可在斷電的情況下將芯片插入，再次檢查各引腳的電位及其邏輯關系。將萬用表的探針放到單片機接電源的引腳上檢測一下，看是否符合要求。</p><p>　　5.2 系統(tǒng)性能測試與功能說明</p><p>　　走時：默認為走時狀態(tài)，按24小時制分別顯示

112、“時時-分分-秒秒”，有2個“-”動態(tài)顯示，時間會按實際時間以秒為最少單位變化。</p><p>　　走時調整：按ksec對秒進行調整，按一下加一秒；按kmin對分進行調整，按一下加一分；按khour對時進行調整，按一下加一小時，從而達到快速設定時間的目的。</p><p>　　5.3 系統(tǒng)時鐘誤差分析</p><p>　　時間是一個基本物理量，具有連續(xù)、自動流逝、

113、不重復等特性。我國時間基準來自國家授時中心，人們日常使用的時鐘就是以一定的精度與該基準保持同步的。結合時間概念和誤差理論，可以定義電子鐘的走時誤差S=S1-S2,S1表示程序實際運行計算所得的秒；S2表示客觀時間的標準秒。S>0時表示電子鐘秒單元數(shù)值刷新滯后，即走時誤差為“慢”；反之，S<0表示秒單元數(shù)值的刷新超前，即走時誤差為“快”。</p><p>　　本次設計的單片機電子鐘系統(tǒng)中，其誤差主要來源

114、包括晶體頻率誤差，定時器溢出誤差，延遲誤差。晶體頻率產(chǎn)生震蕩，容易產(chǎn)生走時誤差；定時器溢出的時間誤差，本應這一秒溢出，但卻在下一秒溢出，造成走時誤差；延遲時間過長或過短，都會造成與基準時間產(chǎn)生偏差，造成走時誤差。</p><p>　　5.4 軟件調試問題及解決</p><p>　　軟件程序的調試一般可以將重點放在分模塊調試上，統(tǒng)調是最后一環(huán)。軟件調試可以采取離線調試和在線調試兩種方式。前者

115、不需要硬件仿真器，可借助于軟件仿真器即可；后者一般需要仿真系統(tǒng)的支持。本次課題，Keil軟件來調試程序，通過各個模塊程序的單步或跟蹤調試，使程序逐漸趨于正確，最后統(tǒng)調程序。</p><p>　　仿真部分采用protus 6 professional軟件，此軟件功能強大且操作較為簡單，可以很容易的實現(xiàn)各種系統(tǒng)的仿真。</p><p>　　首先打開protus 6 professional軟件

116、，在元件庫中找到要選用的所有元件，然后進行原理圖的繪制；繪制好后再選擇wave6000已經(jīng)編譯好的*.hex文件，選擇運行，觀察顯示結果，根據(jù)顯示的結果和課題的要求再修改程序，再運行查，直到滿足要求。</p><p><b>　　結束語</b></p><p>　　我在這一次單片機最小系統(tǒng)的設計過程中，很是受益匪淺。通過對自己在大學四年時間里所學的知識的回顧，并充分發(fā)