(论文)基于时钟芯片pcf8563万年历系统的设计 论文最新优秀毕业论文资料搜集呕血奉献

毕业设计说明书(论文)作 者:学 号：系：专 业:题 目:基于时钟芯片PCF8563万年历系统的设计助教指导者： (姓 名) (专业技术职务)评阅者： (姓 名) (专业技术职务)毕业设计说明书（论文）中文摘要摘要：本课题是基于时钟芯片PCF8563万年历的设计，通过对万年历的总体结构的研究可知，本装置由STC89C52单片机作为主控制器，PCF8563提供时钟信号，LED数码管显示，键盘进行时间的调整。论文重点阐述了万年历硬件设计中主要含有的单片机模块、时钟模块和相关控制模块等模块化设计与制作；软件同样采用模块化的设计，包括定时中断模块、键盘扫描模块、I2C总线通信模块，串口通信等模块设计，并采用简洁易读的C语言编写实现。本设计实现了年、月、日、时、分、秒的实时显示功能，同时可以进行年、月、日、时、分的实时调整。该设计接口简单、断电不丢失时间和数据信息、功耗低、性能高，解决了目前常用实时时钟占资源多以及计时不可靠等缺点，在民用市场具有很大的竞争力。关键词：电子万年历，单片机，时钟芯片 本科毕业设计说明书（论文） 第 页 共 页毕业设计说明书（论文）外文摘要目 录1 引言51.1课题背景：51.2 单片机概述61.3 单片机的应用102 系统功能和基本原理112.1 系统的功能113.方案设计与论证123.1 总体设计方案与比较123.2 模块方案论证与选择124.芯片的选择与简介154.1 PCF8563时钟芯片简介154.2 AT89C52简介174.3 ZLG7290驱动芯片简介214.4 max232串口通信芯片简介224.5 LED数码管简介245 系统硬件设计275.1 总体设计275.2 各功能模块硬件设计及实现276 系统软件设计316.1软件总体流程图316.2软件主要子模块317系统调试与测试结果分析357.1调试357.1.2元件安装焊接357.2调试结果38结束语40致谢41参考文献42附录A 万年历整体电路图43附录B 程序清单441 引言 万年历数字钟是一种用万年历时钟芯片实现年、月、日、时、分、秒计时，并通过单片机处理后送给显示芯片显示的装置，与机械式时钟相比具有更高的准确性和直观性，且具有更长的使用寿命。本设计所使用的核心器件为STC单片机，是目前应用极为广泛的51系列单片机，配置了外围设备，构成了一个可编程的计时定时系统，具有体积小，可靠性高，功能强等特点。不仅能满足所需要求，而且还有很多功能可供开发，有着广泛的应用领域。1.1课题背景：电子万年历，它是近代世界钟表业界的第三次革命。第一次是摆和摆轮游丝的发明，相对稳定的机械振荡频率源使钟表的走时差从分级缩小到秒级，代表性的产品就是带有摆和摆轮游丝的机械钟或表。第二次革命是石英晶体振荡器的应用，发明了走时精度更高的石英电子钟表，使钟表的走时月差从分级缩小到秒级。第三次革命就是电瓶夹数码计时技术的应用（电子万年历），使计时产品的走时日差从分级缩小到1/600万秒，从原有传统指针计时的方式发展为人们日常更为熟悉的夜光数字显示方式，直观明了，并增加了全自动日期、星期、温度以及其他日常附属信息的显示功能，它更符合消费者的生活需求！因此，电子万年历的出现带来了钟表计时业界跨跃性的进步。电子万年历是采用了单片机原理实现对阴（阳）历年、月、日、周、时、分、秒、温度、节假日等的数字显示及到时提醒的计时装置，并通过单片机处理后送给显示芯片显示的装置，与机械式时钟相比具有更高的准确性和直观性，且具有更长的使用寿命。广泛用于个人家庭、车站、码头办公室等公共场所，成为人们日常生活中不可少的必需品。由于数字集成电路的发展和石英晶体振荡器的广泛应用，使得电子万年历的精度，远远超过老式的计时方法。电子万年历的数字化给人们生活带来了极大的方便，而且大大地扩展了原先的报时功能。诸如定时自动报警、按时自动打铃、时间程序自动控制、定时广播、自动起闭路灯、定时开关烘箱、通断动力设备、甚至各种定时电气的自动启用等，所有这些都是以钟表数字化为基础的 。因此，研究万年历及扩大其应用，有着非常重要的意义。1.2 单片机概述1.2.1 单片机的概念单片机的全称为单片微型计算机（Single Chip Microcomputer）。从应用领域来看，单片机主要用于控制，所以又称为微控制器(Microcontroller Unit)或嵌入式控制器(Embedded Controller)。单片机是将计算机的基本部件微型化并集成在一块芯片上的微型计算机。电子数字计算机诞生于1946年，在其后的一个历史阶段中，计算机始终是被供养在特殊的机房中、实现数值计算的大型昂贵设备。直到20世纪70年代微处理器的出现，使得计算机以小型、廉价、高可靠性的特点，迅速走出机房，并被嵌入到一个对象体系中，实现对象体系的智能化控制。这种把嵌入到对象体系中实现对象体系智能化控制的计算机称作嵌入式计算机系统。单片机是典型的嵌入式系统，它的出现实现了最底层的嵌入式系统应用，带有明显的电子系统设计模式的特点。单片机是从通用微型计算机分化出来的一个应用分支，因此，它的基本功能组成和工作原理与通用微型计算机是一致的。单片机具有类似微机的微处理器（cpu）、存储器、I/O接口三大功能组成部分。但从功能上看，单片机把三大组成部分（cpu+存储器+I/O接口）和一些实时控制需要的功能器件集成在一块芯片上。实时控制器件包括定时器/计数器、中断控制、模/数转换器（ADC）、数/模转换器（DAC）、脉冲宽度调制器（PWM）、电压比较器、看门狗（Watchdog）、DMA、串行口、传感器等，以及I2C、SPI等外部串行总线接口。从结构上看，单片机不但与通用微机一样，是一个有效的数据处理机，而且是一个功能很强的过程控制机。从某种意义上讲，一块单片机就具有一台微型计算机的功能，只需所需的输入/输出设备，就可以构成一个完整的系统，满足各种应用领域的需要。但这并不意味着二者的发展能互相取代，单片机和通用微型计算机的相同功能部分在具体构造中存在许多不同：（1）通用微型计算机的cpu主要面向数据处理，其发展主要围绕数据处理功能、计算速度和精度的进一步提高。单片机主要面向控制，控制中的数据类型及数据处理相对简单。（2）通用微型计算机中，存储器组织结构主要针对增大存储容量和CPU对数据的存取速度。单片机中存储器的组织结构比较简单，存储器芯片直接挂接在单片机的总线上，CPU对存储器的读/写按直接物理地址来寻址存储器单元。不同于通用微型计算机，单片机中把程序存储器（ROM）和数据储存器（RAM）设计为两个独立的地址空间。（3）通用微型计算机中I/O接口主要考虑标准外设（CRT、标准键盘、鼠标、打印机、硬盘、光盘等），用户通过标准总线连接外设，能达到即插即用。单片机应用系统的外设都是非标准的，种类很多，千差万别，单片机I/O接口实际上是向用户提供了外设连接的物理界面，用户对外设的连接要设计具体的接口电路，需要熟练的接口电路设计技术。1.2.2 单片机的发展自1975年美国德克萨斯仪器公司（Texas Instruments，TI）第一块单片机芯片TMS-1000问世以来，在短短的30多年间，单片机技术已发展成为计算机技术的一个非常有活力的分支，有着自己的技术特征、规范、发展道路和应用环境。随着电子技术的发展，单片机在集成度、功能、性能、体系结构等方面都得到了飞速发展。单片机先后经历了4位机、8位机、16位机、32位机和64位机的发展阶段。从单片机30多年的发展历程可以看到，单片机技术的发展以微处理器技术及超大规模集成电路技术的发展为先导，表现出以下技术特点。1.体系结构的变化 从体系结构上看，单片机自诞生以来，经历了从SCM到MCU再到SOC的发展过程。（1）SCM(Single Chip Microcomputer)-单片微型计算机。其主要是寻求单片形态的嵌入式系统的最佳体系结构，开创了单片机与通用计算机完全不同的发展道路。MCS-51奠定了SCM的经典体系结构。（2）MCU(Micro Controller Unit)-微控制器。随着SCM在技术上、体系结构上不断扩展嵌入式对象要求的各种控制功能，增加对象系统要求的外围电路与接口电路，突显其对象的智能化控制能力，使单片机迅速进入MCU阶段。一块单片机芯片就是一个比较完整的小型控制系统。Philips公司推出的80C51是MCU的典型代表。（3）SOC（System On Chip）-片上系统。片上系统是寻求应用系统在芯片上的最大化解决。单片机芯片上不仅包含完整的硬件系统，并有嵌入软件的全部内容。单片机芯片的内部功能越来越强大，目前除了具有ROM、RAM、I/O口、定时器/计数器、中断、串行口等传统的内容外，一些新型的单片机还扩充了许多新功能，如内置多通道模/数转换器（ADC）、数/模转换器（DAC）、电压比较器、看门狗定时器（WDT）、可编程定时器/计数器阵列（PCA）以及I2C、SMBus、SPI等外部串行总线接口，有的专用单片机甚至还内置USB、IRDA红外和无线电接口，并具有在线编程、调试、仿真功能。SOC使单片机功能越发完善，用户不需要扩充资源就可以完成项目开发，不仅使开发简单，而且大大提高了系统的可靠性和稳定性。美国Cygnal公司推出的C8051F系列单片机是真正能独立工作的片上系统SOC。它具有与MSC-51单片机的内核及指令集完全兼容的微控制器，除了具有标准8051的数字外设部件外，片内还集成了数据采集和控制系统中常用的模拟部件和其他数字外设及功能部件。2.单片机速度越来越快为了提高单片机的抗干扰能力，降低噪声和时钟频率而不牺牲运算速度是单片机技术发展的一个方向。一些8051单片机兼容厂商改善了单片机的内部时序，在不提高时钟频率的条件下，使运算速度提高了很多。3.低电压与低功耗几乎所有的单片机都有Wait、Stop等省电运行方式，允许使用的电源电压范围越来越宽。一般单片机都能在36伏范围内工作，对电池供电的单片机不再需要对电源采取稳压措施。4.低噪声和高可靠性技术为提高单片机系统的抗电磁干扰能力，使产品能适应恶劣的工作环境，满足电磁兼容性方面更高标准的要求，各单片机商家在单片机内部电路中采取了一些新的技术措施。5.OTP与掩膜OTP（One Time Programable）是一次性写入的单片机。过去认为，一个单片机产品的成熟时以投产掩膜型单片机为标志的。由于掩膜需要一定的生产周期，而OTP型单片机价格不断下降，使得近年来直接使用OTP完成最终产品制造更为流行。它较之掩膜具有生产周期短、风险小的特点。6.MTP向OTP挑战MTP是可多次编程的意思。一些单片机厂商以MTP的性能，OTP的价位推出他们的单片机。7.在线编程技术在线编程目前有两种不同的方式：（1）ISP（In System Programming），即在系统编程。具备ISP的单片机内部集成了FLASH存储器，用户可以通过下载线以特定的硬件时序在线编程，但用户程自身不可以对内部存储器做修改。（2）IAP（In Application Programming），即在应用编程。具备IAP的单片机厂家在出厂时向其内部写入了单片机引导程序，用户可以通过下载线对它在线编程，用户程序也可以自己对内存重新修改。这对于工业实时控制和数据的保存提供了方便。8.在线仿真技术一些新型的SOC单片机都具有在线仿真功能，这些单片机都配置了JTAG接口。JTAG（Joint Test Action Group）是一种国际标准测试协议，主要用于芯片内部测试。JTAG接口的引入使单片机传统的仿真调试产生了彻底的变革。在上位机软件的支持下，通过串行的JTAG接口直接对产品系统进行仿真调试。9.增加I2C、SPI串行接口功能单片机增加I2C、SPI串行接口功能是为了方便系统与外围设备连接。用户可以通过I2C、SPI串行接口连接诸如传感器等设备，完成检测功能，同时把系统情况通过串口传送给上位机管理系统，完成远程设备的控制。1.2.3 单片机的特点（1）单片机的存储器ROM和RAM是严格区分的。ROM称之为程序存储器，只存放程序、固定常数及数据表格。RAM称之为数据存储器，用作工作区及存放用户数据。这样就有较大的程序存储器空间把开发成功的程序固化在ROM中，而把少量的随机数据存放在RAM中。如此，小容量的数据存储器能以高速RAM形式集成在单片机片内，以加速单片机的执行速度。（2）采用面向控制的指令系统。位满足控制的需要，单片机有更强的逻辑控制能力，特别是单片机具有很强的位处理能力。（3）单片机的I/O引脚通常是多功能的。为了解决有限的引脚数目与需要的信号线间的矛盾，采用了引脚功能复用的方法，引脚处于何种功能，可由指令来设置或由机器状态来区分。（4）单片机的外部扩展能力很强。在内部的各种功能部件不能满足应用需求时，均可在外部进行扩展（如扩展ROM、RAM，I/O接口，定时器/计数器，中断系统等），与许多通用的微机接口芯片兼容，给应用系统设计带来极大的方便。（5）单片机在控制领域中还有：体积小，成本低，运用灵活，易于产品化，能方便地组成各种智能化的控制设备和仪器，做到机电一体化；面向控制，能针对性地解决从简单到复杂的各类控制任务，因而能获得最佳的性价比；抗干扰能力强，适用温度范围广，在各种恶劣的环境下都能可靠的工作；可以方便地实现多机和分布式控制，是整个控制系统的效率和可靠性大为提高3。1.3 单片机的应用1.3.1 单片机的应用领域 目前单片机渗透到我们生活的各个领域，几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。导弹的巡航装置，飞机上各种仪表的控制，计算机的网络通讯与数据传输，工业自动化过程的实时控制和数据处理，广泛使用的各种智能IC卡，民用豪华轿车的安全保障系统，录像机、摄像机、全自动洗衣机的控制，以及程控玩具、电子宠物等等，这些都离不开单片机。更不用说自动控制领域的机器人、智能仪表、医疗机械了。由此归纳其应用领域：1.工业控制，单片机可以构成各种工业控制系统、数据采集系统等，如数控机床、自动生产线控制、电机控制、温度控制等。2.仪器仪表，如智能仪器、医疗器械、数字示波器等。3.计算机外部设备与智能接口，如图形终端机、打印机、传真机、复印机、绘图仪、磁盘/磁带机、智能终端机等。4.商用产品，如自动售货机、电子收款机、电子称等。5.家用电器，如微波炉、电视机、空调、洗衣机、录像机、音响设备等。此外，单片机还在工商，金融，科研，教育，国防航空航天等领域有着十分广泛的用途4。1.3.2 常用单片机类型目前流行的51内核的8位单片机有：MCS-51系列单片机；ATMEL公司的89系列单片机；SST公司的SST89系列单片机；PHILIPS公司的增强型80C51系列单片机5。2 系统功能和基本原理2.1 系统的功能（1）时间显示 时间显示是万年历设计最主要的功能。万年历应该不仅能准确显示时，分，秒，而且还要能够显示年，月，日。（2）时间调整 万年历再第一次使用时，需要根据当前时间进行实践调整，设定其初始时间，设置完成之后，它会在设定值基础上进行准确的计时和显示。在万年历断电或出现其他故障排除后，也需要根据当前时间进行时间调整。2.2系统的基本原理本电子万年历能静态显示年、月、日、小时、分钟、秒；通过切换键/执行键、移位键/加1键四个功能对时间进行校正，能够正确的选择时间和更改日期。3.方案设计与论证3.1 总体设计方案与比较方案一:纯硬件电路系统。各功能采用分离的硬件电路模块实现。用时序逻辑电路实现时钟功能。但这种实现方法可靠性差、控制精度低，灵活性小、线路复杂、安装调试不方便，而且不方便实现对系统的扩展。 方案二:用可编程逻辑器件（PLD）实现。这种方案与前一种相比，可靠性增加，同时可以很好的完成时钟的功能。但是这种方案，显示的效果不够理想，无法很好的完成扩展功能的要求。同时，系统的灵活性不够。 方案三:采用AT89C52单片机作为系统的控制核心。时钟功能采用单片集成的时钟芯片PCF8563来实现，可以使用数码管显示时间、日历。系统的总体框图如下：3.2 模块方案论证与选择3.2.1 单片机芯片的选取方案一：采用89C51芯片作为电路的控制核心，采用Flash ROM,内部具有4KB ROM 存储空间，能与3V的超低压工作，而且与MCS51 系列单片机完全兼容，但是运用于电路设计中时由于不具备ISP在线编程技术，当在对电路进行调试时，由于程序的错误修改或对程序的新增功能需要烧入程序时，对芯片的多次拔插会对芯片造成一定的损坏。方案二：采用AT89C52，片内ROM全都采用Flash ROM，能以3V的超低压工作，同时也与MCS51系列单片机完全兼容，芯片内部存储器为8KB ROM 存储空间，同样具有89C51的功能，且具有在线编程可擦除技术，当在对电路进行调试时，由于程序的错误修改或对程序的新增功能需要烧入程序时，不需要对芯片多次拔插，所以不会对芯片造成损坏。所以选择采用AT89C52作为主控制系统。3.2.2 时钟芯片的选取方案一：由单片机实现时钟功能。单片机内部具有定时器，可方便实现定时功能。通过计算可知，使定时器每25ms产生一次中断，当产生40次中断后秒单元将加一，以此类推，从而实现时、分、秒的走时，并加以显示。但由于系统晶振误差、温漂、中断响应时间的不确定性及定时器重新装载时间常数所带来的误差，决定它不能用来作为时钟的时间基准。方案二：专用时钟芯片。目前市场上已有很多实时时钟芯片。如DS12887、DS1302、PCF8563、X1227等，芯片内都集成了时钟/日历功能，给时钟系统设计带来很多方便。因此计时功能以选专用时钟芯片为宜，时钟模块采用方案三来实现。在系统硬件设计时，串行总线接口较并行总线接口较为方便，系统设计选用了PHILIPS公司的串行接口总线实时时钟芯片PCF8563作为计时芯片。所以选择PCF8563做为时钟芯片。3.2.3 显示模块的选取方案一：采用LCD液晶显示屏。液晶显示屏的显示功能强大，可显示大量文字，图形，显示多样，但是显示时间不利于远观。方案二：采用点阵式数码管显示。点阵式数码管是由八行八列的发光二极管组成，对于显示文字比较适合，如采用在显示数字显的太浪费，价格也相对较高。方案三：采用LED数码管显示。LED数码管价格适中，对于显示数字最合适，而且与单片机连接时，占用的单片机口线少。 通过对比以上三种方案，本设计采用了LED数码管做为万年历显示。3.24 单片机通信模块选取方案一：采用并行通信。并行通信时数据的各个位同时传送，可以字或字节为单位并行进行，但用的通信线多，占用I/O口多，成本高。方案二：采用串行通信。串行通信时数据是一位一位顺序传送，只用很少几根通信线，占用I/O口少，成本低。通过对比以上两种方案，本设计采用了串口通信进行单片机与电脑之间的数据传输。4.芯片的选择与简介 按照设计方案的比较得出：系统由主控芯片使用AT89C52单片机；时钟芯片使用PCF8563。采用PCF8563作为计时芯片，可以做到计时准确；显示驱动采用ZLG7290，ZLG7290是微处理器和共阴极八位LED数码管显示、64点阵显示接口的小型串行输入、输出芯片；显示模块采用普通的共阴极数码管显示器，键盘采用独立式键盘；串口口模块采用MAX232芯片。4.1 PCF8563时钟芯片简介串行日历时钟芯片PCF8563与采用并行总线与单片机进行数据通信的时钟芯片相比，PCF8563与单片机的连线大为减少，极大的节省了单片机的系统资源。时钟芯片与单片机的接口电路 。PCF8563是PHILIPS公司推出的一款工业级内含I2C总线接口功能的具有极低功耗的多功能时钟/日历芯片。PCF8563的多种报警功能、定时器功能、时钟输出功能以及中断输出功能能完成各种复杂的定时服务，甚至可为单片机提供看门狗功能。内部时钟电路、内部振荡电路、内部低电压检测电路（1.0V）以及两线制I C总线通信方式，不但使外围电路极其简洁，而且也增加了芯片的可靠性。同时每次读写数据后，内嵌的字地址寄存器会自动产生增量。当然作为时钟芯片，PCF8563亦解决了2000年问题。因而，PCF8563是一款性价比较高的时钟芯片，它已被广泛用于电表、水表、气表、移动电话、传真机、便携式仪器以及电池供电的仪器仪表等产品领域。 PCF8563具有如下的主要特征：* 低工作电流：典型值为0.25A（VDD=3.0V，Tamb=25时）。* 大工作电压范围：1.05.5。* 低休眠电流；典型值为0.25A(VDD=3.0V,Tamb=25)* 400KHz 的I2C 总线接口（VDD=1.85.5V 时）。* 可编程时钟输出频率为：32.768KHz，1024Hz，32Hz，1Hz。* 报警和定时器。* 掉电检测器。* 内部集成的振荡器电容。* 片内电源复位功能。* I2C 总线从地址：读，0A3H；写，0A2H。* 开漏中断引脚。PCF8563的管脚排列图如图所示：图 PCF8563管脚PCF8563采用了I2C总线接口，虽然总线时序关系复杂，但我们可以利用PHILIPS公司提供的软件包，使得编程极为简单，可靠性极强。在设计中我们主要用到了PCF8563的计时功能。PCF8563内部共有16个寄存器。其中00H，01H为 图3 PCF8563管脚控制方式寄存器，02H08H为时间寄存器，09H0CH为报警功能寄存器，0DH为时钟输出寄存器，0EH 和0FH为定时器功能寄存器。其中时间寄存器的位描述如下图所示。表2 报警和时间寄存器的位描述地址寄存器名称Bit7Bit6Bit5Bit4Bit3Bit2Bit1Bit002H秒VL0059BCD 码格式数03H分钟-0059BCD 码格式数04H小时-0059BCD 码格式数05H日-0131BCD 码格式数06h星期-0607H月/世纪C-0112 BCD 码格式数08H年0099 BCD 码格式数09H分钟报警AE0059 BCD 码格式数0AH小时报警AE-0023 BCD 码格式数0BH日报警AE-0131 BCD 码格式数0CH星期报警AE-06由此可以看出芯片内部时间寄存器和报警寄存器在地址上是连在一起的，并且数据全部是以BCD码形式存放的，这样使得数据读写和处理变得相当简洁和便利。在本设计中，PCF8563通过SCL、SDA、/INT、CLKOUT与单片机相连，SDA、SCL、/INT、CLKOUT均为漏极开路，必须接上拉电阻。SCL为时钟输入端，数据随时钟信号同步输入器件或从器件输出与单片机的P1.6相连；SDA为双向引脚，用于行数据的输入输出，接至单片机的P1.7脚，；/INT是中断信号输出端，可通过设置报警寄存器按指定时间在该脚产生报警信号，低电平有效；CLKOUT是时钟输出端。 4.2 AT89C52简介AT89C52是美国ATMEL公司生产的低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含8K bytes的可反复擦写的只读程序存储器（PEROM）和256 bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，与标准MCS-51指令系统及8052产品引脚兼容，片内置通用8位中央处理器（CPU）和Flash存储单元。功能强大的AT89C52单片机适合于许多较为复杂控制应用场合。 AT89C52的主要性能参数：与MCS-51产品指令和引脚完全兼容 8K字节可重擦写Flash闪速存储器 1000次擦写周期 全静态操作：0Hz24MHz 三级加密程序存储器 2568字节内部RAM 32个可编程I/O口线 3个16位定时/计数器 8个中断源 可编程串行URAT通道 低功耗空闲和掉电模式 AT89C52的引脚如图9所示：图9 AT89C52引脚AT89C52P为40 脚双列直插封装的8 位通用微处理器，采用工业标准的C51内核，在内部功能及管脚排布上与通用的8xc52 相同，其主要用于会聚调整时的功能控制。功能包括对会聚主IC 内部寄存器、数据RAM及外部接口等功能部件的初始化，会聚调整控制，会聚测试图控制，红外遥控信号IR的接收解码及与主板CPU通信等。主要管脚有：XTAL1（19 脚）和XTAL2（18 脚）为振荡器输入输出端口，外接12MHz 晶振。RST/Vpd（9 脚）为复位输入端口，外接电阻电容组成的复位电路。VCC（40 脚）和VSS（20 脚）为供电端口，分别接+5V电源的正负端。P0P3 为可编程通用I/O 脚，其功能用途由软件定义，在本设计中，P0 端口（3239 脚）被定义为N1 功能控制端口，分别与N1的相应功能管脚相连接，13 脚定义为IR输入端，10 脚和11脚定义为I2C总线控制端口，分别连接N1的SDAS（18脚）和SCLS（19脚）端口，12 脚、27 脚及28 脚定义为握手信号功能端口，连接主板CPU 的相应功能端，用于当前制式的检测及会聚调整状态进入的控制功能11。P0 口：P0 口是一组8 位漏极开路型双向I/O 口， 也即地址/数据总线复用口。作为输出口用时，每位能吸收电流的方式驱动8 个TTL逻辑门电路，对端口P0 写“1”时，可作为高阻抗输入端用。在访问外部数据存储器或程序存储器时，这组口线分时转换地址（低8 位）和数据总线复用，在访问期间激活内部上拉电阻。在Flash 编程时，P0 口接收指令字节，而在程序校验时，输出指令字节，校验时，要求外接上拉电阻。P1 口：P1 是一个带内部上拉电阻的8 位双向I/O 口， P1 的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4 个TTL 逻辑门电路。对端口写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口。作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流(IIL)。与AT89C51 不同之处是，P1.0 和P1.1 还可分别作为定时/计数器2 的外部计数输入（P1.0/T2）和输入（P1.1/T2EX），参见表2.2。Flash 编程和程序校验期间，P1 接收低8 位地址。表 P1.0和P1.1的第二功能引脚号功能特性P1.0T2（定时/计数器2外部计数脉冲输入），时钟输出P1.1T2EX（定时/计数器2捕获/重装载触发和方向控制）P2 口：P2 是一个带有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口，P2 的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4 个TTL 逻辑门电路。对端口P2 写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口，作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流(IIL)。在访问外部程序存储器或16 位地址的外部数据存储器（例如执行MOVX DPTR 指令）时，P2 口送出高8 位地址数据。在访问8 位地址的外部数据存储器（如执行MOVX RI 指令）时，P2 口输出P2 锁存器的内容。Flash 编程或校验时，P2亦接收高位地址和一些控制信号。P3 口：P3 口是一组带有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口。P3 口输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4 个TTL 逻辑门电路。对P3 口写入“1”时，它们被内部上拉电阻拉高并可作为输入端口。此时，被外部拉低的P3 口将用上拉电阻输出电流（IIL）。P3 口除了作为一般的I/O 口线外，更重要的用途是它的第二功能，如表2.3所示。P3 口还接收一些用于Flash 闪速存储器编程和程序校验的控制信号。表 2.3 P3口的第二功能端口引脚第二功能P3.0RXD（串行输入口）P3.1TXD（串行输出口）P3.2INT0（外中断0）P3.3INT1（外中断1）P3.4T0（定时/计数器0）P3.5T1（定时/计数器1）P3.6WR（外部数据存储器写选通）P3.7RD（外部数据存储器读选通）RST：复位输入。当振荡器工作时，RST引脚出现两个机器周期以上高电平将使单片机复位。ALE/PROG： 当访问外部程序存储器或数据存储器时，ALE（地址锁存允许）输出脉冲用于锁存地址的低8 位字节。一般情况下，ALE 仍以时钟振荡频率的1/6 输出固定的脉冲信号，因此它可对外输出时钟或用于定时目的。要注意的是：每当访问外部数据存储器时将跳过一个ALE 脉冲。对Flash 存储器编程期间，该引脚还用于输入编程脉冲（PROG）。如有必要，可通过对特殊功能寄存器（SFR）区中的8EH 单元的D0 位置位，可禁止ALE 操作。该位置位后，只有一条MOVX 和MOVC指令才能将ALE 激活。此外，该引脚会被微弱拉高，单片机执行外部程序时，应设置ALE 禁止位无效。PSEN：程序储存允许（PSEN）输出是外部程序存储器的读选通信号，当AT89C52由外部程序存储器取指令（或数据）时，每个机器周期两次PSEN有效，即输出两个脉冲。在此期间，当访问外部数据存储器，将跳过两次PSEN信号。EA/VPP：外部访问允许。欲使CPU 仅访问外部程序存储器（地址为0000HFFFFH），EA 端必须保持低电平（接地）。需注意的是：如果加密位LB1 被编程，复位时内部会锁存EA端状态。如EA端为高电平（接Vcc端），CPU 则执行内部程序存储器中的指令。Flash 存储器编程时，该引脚加上+12V 的编程允许电源Vpp，当然这必须是该器件是使用12V 编程电压Vpp。XTAL1：振荡器反相放大器的及内部时钟发生器的输入端。XTAL2：振荡器反相放大器的输出端。在本系统的设计中，将PCF8563的SCL端接到AT89C52的P1.6脚上，SDA端接到AT89C52的P1.7端，将ZLG7290的/INT接到AT89C52的外部中断0 /INT0脚上，将ZLG7290的/RST接到AT89C52的P1.0脚上。4.3 ZLG7290驱动芯片简介ZLG7290是周立功公司生产的单片具有串行接口、可同时驱动8位共阴式数码管（或64只独立LED）的智能显示驱动芯片，该芯片同时可连接多达64键的键盘矩阵，一片即可完成LED显示及键盘接口的全部功能。它和微处理器之间采用串行接口，其接口和外围电路比较简单,且占用口线较少，因此可以提高单片机的效率和节省系统资源。加之它具有较高的性能价格比，因而在微型控制器、智能仪表、控制面板和家用电器等领域获得了日益广泛的应用。ZLG7290的管脚排列如图所示:ZLG7290的主要特点如下：1 I2C 串行接口提供键盘中断信号方便与处理器接口2 可驱动 8 位共阴数码管或64 只独立LED 和64 个按键3 可控扫描位数 可控任一数码管闪烁4 提供数据译码和循环 移位段寻址等控制5 8 个功能键可检测任一键的连击次数6 无需外接元件即直接驱 LED 可扩展驱动电流和驱动电压7 提供工业级器件 多种封装形式PDIP24 SO24.ZLG7290与微处理器仅需4条接口线，其中/RST为片选信号（低电平有效）。SDA为串行数据端，当向ZLG7290发送数据时，SDA为输入端；当ZLG7290输出键盘代码时，SDA为输出端。SCL为数据串行传送的同步时钟输入端，时钟的上升沿表示数据有效。/KEY为按键信号输出端，该端在无键按下时为高电平；而在有键按下时变为低电平，并一直保持到按键释放为止。一个有效的指令由一字节操作码和数个操作数组成只有操作码的指令称为纯指令带操作数的指令称为复合指令一个完整的指令须在一个I2C 帧中起始信号和结束信号间连续传输到命令缓冲区CmdBuf0 CmdBuf1 中否则会引起错误。ZLG7290控制指令分为纯指令和复合指令两大类。纯指令主要有五条，分别为： (1) 左移指令该指令使与ScanNum 相对应的显示数据和显示属性闪烁，自右向左移动N 位N3N0 +1移动后右边N 位无显示与ScanNum 不相关的显示数据和显示属性则不受影响。 (2) 右移指令与左移指令类似，只是移动方向为自左向右移动后左边N位N3N0 +1无显示。 (3) 循环左移指令与左移指令类似，不同的是在每移动一位后原最左位的显示数据和属性转移到最右位。 (4) 循环右移指令与循环左移指令类似，只是移动方向相反。 (5) SystemReg 寄存器位寻址指令当On1时，第S2S0位置1，当On 0 时，第S位清0。4.4 max232串口通信芯片简介MAX232芯片是美信公司专门为电脑的RS-232标准串口设计的单电源电平转换芯片,使用+5v单电源供电。MAX232的主要特点如下：1、符合所有的RS-232C技术标准。2、只需要单一+5V电源供电。3、片载电荷泵具有升压、电压极性反转能力，能够产生+10V和-10V电压V+、V-。4、功耗低，典型供电电流5mA。5、内部集成两个RS-232C驱动器。6、内部集成两个RS-232C接收器。Max232的管脚排列图如图所示：Max232引脚介绍：第一部分是电荷泵电路。由1、2、3、4、5、6脚和4只电容构成。功能是产生+12v和-12v两个电源，提供给RS-232串口电平的需要。 第二部分是数据转换通道。由7、8、9、10、11、12、13、14脚构成两个数据通道。 其中13脚（R1IN）、12脚（R1OUT）、11脚（T1IN）、14脚（T1OUT）为第一数据通道。 8脚（R2IN）、9脚（R2OUT）、10脚（T2IN）、7脚（T2OUT）为第二数据通道。 TTL/CMOS数据从T1IN、T2IN输入转换成RS-232数据从T1OUT、T2OUT送到电脑DB9插头；DB9插头的RS-232数据从R1IN、R2IN输入转换成TTL/CMOS数据后从R1OUT、R2OUT输出。 第三部分是供电。15脚GND、16脚VCC（+5v）。数据传输接口是数据传输的硬件基础，也是数据通信、计算机网络的重要组成部分。单片机本身的数据传输接口主要为8位或16位并行数据接口、全双工串行通信接口，但电子技术的迅速发展使得许多新的数据传输接口标准不断涌现，大多数的单片机并没有在硬件中集成这些新的数据传输接口。为了使单片机适应不同标准的各类数据传输协议，必须对单片机的数据传输接口进行扩展。而随之而来的就是一系列的接口标准的诞生，其主要有RS-232标准、RS-485标准。4.5 LED数码管简介LED数码管是一类显示屏通过对其不同的管脚输入相对的电流，会使其发亮，从而显示出数字能够显示时间、日期、温度等所有可用数字表示的参数。 LED数码管（LED Segment Displays）是由多个发光二极管封装在一起组成“8”字型的器件，引线已在内部连接完成，只需引出它们的各个笔划，公共电极。LED数码管常用段数一般为7段有的另加一个小数点，还有一种是类似于3位“+1”型。位数有半位，1，2，3，4，5，6，8，10位等等.，LED数码管根据LED的接法不同分为共阴和共阳两类，了解LED的这些特性，对编程是很重要的，因为不同类型的数码管，除了它们的硬件电路有差异外，编程方法也是不同的。是共阴和共阳极数码管的内部电路，它们的发光原理是一样的，只是它们的电源极性不同而已。 由于它的价格便宜 使用简单在电器特别是家电领域应用极为广泛，空调、热水器、冰箱等等。绝大多数热水器用的都是数码管，其他家电也用液晶屏与荧光屏。下面将介绍常用LED数码管内部引脚图片:7段四位带小数点 12引脚的LED数码管引脚定义LED数码管要正常显示，就要用驱动电路来驱动数码管的各个段码，从而显示出我们要的数位，因此根据LED数码管的驱动方式的不同，可以分为静态式和动态式两类。A、 静态显示驱动： 静态显示就是显示驱动电路，具有输出锁存功能。当显示器显示某个字符时，相应的段恒定的导通或截止，直到显示另一个字符为止。即单片机将所有要显示的数据送出后就不再控制LED，直到下一次显示时再传送一次新的显示数据。静态显示的数据稳定，数码管的亮度较高，占用的CPU时间少，程序容易，管理简单，但占用的I/O线资源教多。静态显示中，每一个显示器都要占用单独的具有锁存功能的I/O接口，该接口用于笔划段字型代码。这样单片机只要把要显示的字形代码发送到接口电路，该字段就可以显示发送的字形。要显示新的数据时，单片机在发送新的字形码。动态扫描方法是用其接口电路把所有显示器的8个笔画段ah同名端连在一起，而每一个显示器的公共极COM各自独立的受I/O线控制。CPU向字段输出口送出字形码时，所有显示器接收到相同的字形码，但究竟是哪个显示器亮，则取决于COM段，而这一段是由I/O控制的，由单片机决定何时显示哪一位了。优点：程序简单，亮度高。缺点：所占I/O口过多。B、 动态显示驱动：数码管动态显示接口是单片机中应用最为广泛的一种显示方式之一，动态驱动是将所有数码管的8个显示笔划a，b，c，d，e，f，g，dp的同名端连在一起，另外为每个数码管的公共极COM增加位选通控制电路，位选通由各自独立的I/O线控制，当单片机输出字形码时，所有数码管都接收到相同的字形码，但究竟是那个数码管会显示出字形，取决于单片机对位选通COM端电路的控制，所以我们只要将需要显示的数码管的选通控制打开，该位就显示出字形，没有选通的数码管就不会亮。通过分时轮流控制各个数码管的的COM端，就使各个数码管轮流受控显示，这就是动态驱动。在轮流显示过程中，每位数码管的点亮时间为12m，由于人的视觉暂留现象及发光二极管的余辉效应，尽管实际上各位数码管并非同时点亮，但只要扫描的速度足够快，给人的印象就是一组稳定的显示数据，不会有闪烁感。 表22 十六进制数字型代码字型共阳极代码共阴极代码字型共阳极代码共阴极代码0C0H3FH990H6FH1F9H06HA88H77H2A4H5BHb83H7CH3B0H4FHCC6H39H499H66HdA1H5EH592H6DHE86H79H682H7DHF8EH71H7F8H07H880H7FH怎样测量数码管引脚，分共阴和共阳：找公共共阴和公共共阳首先，我们找个电源（3到5伏）和1个1K（几百的也欧的也行）的电阻，VCC串接个电阻后和GND接在任意2个脚上，组合有很多，但总有一个LED会发光的找到一个就够了，然后用GND不动，VCC（串电阻）逐个碰剩下的脚，如果有多个LED（一般是8个），那它就是共阴的了。相反用VCC不动，GND逐个碰剩下的脚，如果有多个LED（一般是8个），那它就是共阳的。也可以直接用数字万用表，红表笔是电源的正极，黑表笔是电源的负极。5 系统硬件设计5.1 总体设计 系统总体设计硬件整体实现电路图。 采用Protel画出整体电路图，如图下所示。5.2 各功能模块硬件设计及实现5.2.1 时钟电路AT89C52单片机芯片内部设有一个反响放大器所构成的振荡器，XTAL1和XTAL2分别为振荡器的输入端和输出端，时钟可以由内部或外部产生，在XTAL1和XTAL2引脚上外接定时元器件，内部振荡电路就会产生自激振荡。本课题采用的定时元器件为石英晶体和电容组成的并联谐振回路。晶振频率选择11.0592MHz,两个电容的取值都为30pF，电容的大小可起频率微调的作用。仿真电路图如图所示：图 2.7 时钟电路图5.2.2 复位电路单片机具有多种复位电路，本课题采用电平式开关复位与上电复位方式。当上电时，电容C相当于短路，使单片机复位，在正常工作时，按下开关使单片机复位。其缺点是干扰易于串入复位端，在大多数条件下，不会造成单片机错误复位，但会引起内部某些寄存器错误复位，这时可以在RESET端加一个去耦电容。仿真电路图如图2.8所示。图 2.8 复位电路图5.2.3 时钟电路PCF8563采用32768 kHz可编程时钟输出频率，I2C总线是由数据线SDA和时钟SCL构成的串行总线，可发送和接收数据。利用51单片机I/O口中的任一位都可以与单总线进行双向数据传送，通过单总线可以方便地构建分布式单片机测控系统。PCF8563 的串行接口为IC总线。IC总线用两条线（SDA和SCL）在芯片和模块间传递信息。SDA为串行 数据线，SCL为串行时钟线，两条线必须用一个上拉电阻与正电源相连，其数据只有在总线不忙时才可传送。由于接口直接在组件之上，因此，I2C总线占用的空间非常小，减少了电路板的空间和器件引脚的数量，降低了成本。实现时