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电气电子毕业设计论文
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毕业设计88篮球比赛计时计分系统,电气电子毕业设计论文
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1 第 一 章 设计方案 比较 1 设计方案的选择和论证 本次 篮球比赛计时 /计分和实时时钟系统设计 功能 较多 ，用单片机的最小系统就 难 以实现。而单片机的最小系统设计中实际上最重要的就是对键盘 /显示器接口 电路 的设计， 由于 系统 功能 不同 所以 要求就不同，接口设计也就不同。对一个键盘 /显示器接口设计应从整个系统出发，综合考虑软、硬件特点 。 下面是本人在设计前对各种 设计 方案的考虑： 1.1 利用硬件电路实现 采用 芯片 74LS192（十进制同步加 /减计数器）、 NE555（秒脉冲发生器）以及辅助电路 等 组成。 设计中秒脉冲发生器是采用 555集成电路组成的多谐振荡器构成，通过计算来产生比较准确的 1秒脉冲。译码显示电路用 CD4511和共阴极七段LED数码管组成，报警电路在实验中用发光二极管代替。 该方案能较准确的显示比赛时间和比分，但是有众多的不足。例如：电路中用到的芯片较多，无法简化设计方案。 1.2利用单片机 系统 实现 单片机 系统核心部件采用 MCS 51系列单片机。 同时利用外围模块化电路来实现。由 单片机 来进行计时 /记分，由外围电路如 DS1302实现实时时钟系统的控制。 利用单片机系统的优点是可以 准确的显示比赛时间和比分，同时利用软件执行相关功能 的执行速度上远优于硬件电路，而且准确度高。在电路方面相对简单。缺点是对内部的软件要求较高，不适合大范围推广。 本次设计利用的单片机是 AT89S52。 计时 /计分显示采用 动态 显示方式 ，或静态显示方式 即 采用 74LS164、 74LS259或专用显示处理芯片 AMT9094 静态锁存显示数据，经功率放大，驱动数码管显示计时 /计分数据 。 实时时钟芯片采用DS1302，为系统提供时间信息；年、月、日、时、分、秒和星期等信息 。 操作键盘按控制要求设计成专用键盘，采用 有 线 控制 方式 。 显示电路采用 0.8in (1in=2.54cm)数 码 管，操作按键为微动开关直接控制单片机作为输入信号。实nts 2 际系统采用 20in数码管显示计时 /计分数据。 硬件系统框图和硬件系统原理图见图 1。 图 1-1 硬件系统设计 第 二 章 篮球比赛计时 /计分和实时时钟系统 工作原理 篮球比赛计时 /计分和实时时钟系统设计 的运行主要是利用单片机定时 /计数器的工作和中断服务的作用完成计时功能的。首先时钟电路产生单片机工作时所需要的时钟脉冲信号，这是单片机能够正常工作的前提，而单片机有无定时的基础以及定多长的时间，这些还需要我们人为去确定。电子钟的时钟要运行，首先要 有“秒”的计时，因为单片机内部是没有规定的“秒”的概念。同时它工作在不同的工作方式时，它的计数初值也是不同的。这就要我们人为首先计算出计数的初值了，这就可以实现所谓的定时了。如果单片机的定时时间到了的话，那么单片机会自动地产生中断使程序转向中断服务程序执行，中断服务程序执行完了就会返回主程序，等待下一次定时时间的到来再产生中断。在此基础上，单片机就会按照人为设定的程序执行下去，从而使单片机能计算其他的时间量。 当然， 本次设计 单片机要执行多种不同的计时功能，还需要选择多种不同的工作方式，这样才不会使单片机产生 混乱。 因为本次设计需要单片机完成的任务较多，而单片机的 定时 /计数器 有限。为节省宝贵的单片机资源，我们选用操作键盘实时时钟电路watchdogMCS -51 系列单片机功率放大器电源电路大屏幕计 时 / 计 分 数 码 显 示 屏图 7 - 1 硬 件 系 统 设 计 框 图a ) 计 时 / 计 分 系 统 硬 件 结 构 框 图nts 3 DS1302时钟芯片完成实时时钟系统。 DS1302时钟芯片包括：实时时钟 /日历， 31字节的静态 RAM和慢速充电控制。它经过一个简单的串行接口与单片机通信。实时时钟 /日历提供秒、分、时、日、星期、月和年等信息，每月天数以及闰月能自动调整，时钟可以采用 24h或 AM/PM的 12h 格式； 31 字节的静态 RAM 用于存放数据；带慢速充电控制备份电源的充电特性。该芯片使用同步串行通信。 在本次设计中首次采用 了 看门狗 (WATCHDOG)电路。 看门狗 (WATCHDOG)电路 是自行监测系统运行的重要保证 硬件看门狗是真正意义上的 “ 程序运行监视器 ” ，如计数型的看门狗电路通常由 555多谐振荡器、计数器以及一些电阻、电容等组成，分立元件组成的系统电路较为复杂 。 第 三 章 总体 电路的设计 篮球计时 /计分器 和实时时钟系统 主体电路主要由 电源电路 、 复位电路、时钟电路、 键盘电路、 驱动电路、显示电路这 六 部分组成 。 3.1 电源电路 常用小功率直流稳压电源电路由电源变压器、整流电路、滤波电路、稳压电路等四部分组成，如图 3-1所示。 图 3-1 直流稳压电源基本电路框图 (1)电源变压器 电源变压器作用是将电网 220V 的变流电压 V1 变换成整流滤波电路所需的变流电压 V2。变压器副边与原边的功率比 P2/P1=，式中为变压器的效率。 (2)整流滤波电路 整流电路将交流电压变成单向脉动的直流电压；滤波电路用来滤除整流后单向脉动电压中的交流成份，合之成为平滑的直流电压。 变压器交流电源滤波电路整流电路稳压电路直流输出nts 4 常用的整流电路有全波整流电路、单相半流整流电路、桥式整流电路、及倍压整流电路。小功率直流电源因功率比较小，通常采用单相交流供电。由于桥式整流电路克服了半波 整流的缺点，在桥式整流电路中，由于每两只二极管只导通半个周期，故流过每个二极管的平均电流仅为负载电流的一半，与半波整流电路相比较，其输出电压提高，脉动成分减小了。 但是为了获得平滑的直流电压，常在整流电路的后面加接滤波电路，以滤去交流成分。滤波电路常见的有电容滤波电路（主要利用电容两端电压不能突变的特性，使负载电压波形平滑，故电容应与负载并联）、电感滤波电路及型滤波电路。本设计采用电容滤波电路。 （ 3）稳压电路 稳压电路的作用是当输入交流电源电压波动、负载和温度变化时，维持输出直流电压的稳定。常用的是三端 式稳压器。三端式稳压器有两种，一种称为固定输出三端稳压器，另一种称为可调输出三端稳压器。 三端式稳压器均采用串联型稳压电路。 三端固定输出集成稳压器常见的产品有 CW78系列和 CW79系列。 CW78系列：正压系列。该系列稳压块有过流、过热和调整管工作保护，以防过载而损坏。一般不需要接元件即可工作，有时为改善性能也加少量元件。 CW79系列：负压系列。与 CW78系列相比，除了输出电压极性、引脚定义不同外，其他特点都相同。 在实际设计中要 根据稳压电源的技术指标进行设计 和选择。 （ 1）稳压电源的技术指标分 为两种 一是特性指标：包括允许的输入电压、输出电压、输出电流及输出电压调节范围等；另一种是质量指标，用来衡量输出直流电压的稳定程度，包括稳压系数（或电压调整流器率）、输出电阻（或电流调整率）、温度系数及纹波电压等。 （ 2）参数的计算及选择 根据上述的性能指标，选择合适的电源变压器、集成稳压器、整流二极管及滤波电容就可以进行电源的设计了。因此这里介绍的是输出为 +5V 的电源的设计（其他的计算原理与之相同） 根据要求 V0=+5V，稳压系数在 0.2%，故可先用集成稳压（ W7805）。 W7805的稳压差为 U1 U2 2V，所以根据公式 U1=（ 2 3） +U2，现在为了留有余量，取 3V，其输入电压为 U1=5+3=8V。稳压器的输入电流即为整流滤波电路的负载电流，故I1=I0（ max） +ID=300+8=308mA。 nts 5 由变压器副边电压： VVUU 7.62.182.1 21 令取 U2=7V 3.272.1 2 LL IUR 整流二极管和滤波电参数确定： 正向平均电流： 最大反向电压： URM UR(max)=2U2=10V 所以整流二极管选用其耐压值为 50V，最大整电流为 1A的整流器流 管 IN4004。 滤波电容的参数计算： FmsRC L 183010003.27102021532153 3 因此，取 C=2200 F 电容的耐压： VUUCM 102 2 取 UCM 25V，故滤波电容参数为 C： 2200 F/25V 副边电流有效值： IZ=（ 1.5 2） IL=(1.5 2) 308=462 616mA 取 IZ为 500 mA 电源变压器容量： 副边容量： P2=U2I2=7 0.5=3.5VA 原边的容量： 取 T=0.6 VAPPT8.56.0 5.321 故平均 容量为 : 因此取 P=10VA （ 3）设计电源使用的器件的介绍 电源变压器：使 220V 的交流电压变换成桥式整流电路所需要的交流电压U1=10V。 mII LF 1543082121VAPPP 3.9)8.55.3(21)(21 21 nts 6 整流滤波电路：使交流电压 U1 转换成波动直流电压。再经过滤波电容滤除纹波，输出直流电流。 二极管：保护稳压器。 图 3-2 直流电源原理图 器。型号中最后两位数表示输出电压的稳定值，有 5V、 6V、 9V、 12V、 18V、和24V。 在此次设计中， 我们 就做了一个 5V的稳压直流电源，用于给单片机的正常工作提供电压。电源电路的总设计图如图 3-2所示： 3.2 时钟电路 时钟信号通常由两种方式产生：一是内部振荡方式，二是外部时钟方式。 时钟电路原理图如图 3-3所示，在单片机内部有一个高增益反相放大器，其输入端为芯片引脚 XTAL1，输出端为引脚 XTAL2，在芯片的外部通过这两个引脚跨接晶体振荡器和微调电容，形成反馈电路，就构成了一个稳定的自激振荡器。并在单片机内部产生时钟脉冲信号。电容 C1 和 C2一般取 30pF左右， 作用是稳定频率和快速起振 ,而晶体的振荡频率范围通常是 1.2MHz-12MHz,晶体振荡频率高 ,则系统的时钟频率也高 ,单片机运行的速度也就快。 但反过来运行速度快对存储器的速度要求就高，对印刷电路板的工艺要求也高。 外部时钟方式是把外部已有的时钟信号引入到单片机内。此方式常用于多片单片机同时工作，以便于各单片机的同步。一般要求外部信号高电平的持续时间 大于AT89S52X1X2晶振12MHzC130pFC230pFAT89S52RSTVssVccRESETR1200 R21K 22 F+Vcc 2 2 0 V12V2200 F100 F0.1 F 0.1 F7805VCCGNDC1 C2 C3 C4TRANS1T1D1D212341231N4007BRIGEU15Vnts 7 20ns，且为频率低于 12MHz的 方波。 图 3-3 时钟信号电路 3.3 看门狗 电路 看门狗 (Watchdog)电路是嵌入式系统需要的抗干扰措施之一。本文用X25045芯片设计了一种新的看门狗电路，具有体积小、占用 I/O口线少和编程方便的特点，可广泛应用于仪器仪表和各种 工控系统中。 看门狗电路一般有软件看门狗和硬件看门狗两种。软件看门狗不需外接硬件电路，但系统需要出让一个定时器资源，这在许多系统中很难办到，而且若系统软件运行不正常，可能导致看门狗系统也瘫痪。硬件看门狗是真正意义上的 “ 程序运行监视器 ” ，如计数型的看门狗电路通常由 555多谐振荡器、计数器以及一些电阻、电容等组成，分立元件组成的系统电路较为复杂，运行不够可靠。 X25045硬件连接图如图 2所示。 X25045 芯片内包含有一个看门狗定时器，可通过软件预置系统的监控时间。在看门狗定时器预置的时间内若没有总线活动，则 X25045将从 RESET输出一个高电平信号，经过微分电路 C2、 R3输出一个正脉冲，使 CPU 复位。图 2电路中， CPU 的复位信号共有 3个：上电复位 (C1、R2)，人工复位 (S、 R1、 R2)和 Watchdog复位 (C2、 R3)，通过或门综合后加到 RESET端。 C2、 R3的时间常数不必太大，有数百微秒即可，因为这时 CPU的振荡器已经在工作 。 看门狗定时器的预置时间是通过 X25045 的状态寄存器的相应位来设定的。如表 2 所示， X25045状态寄存器共有 6 位有含义，其中WD1、 WD0和看门狗电路有关，其余位和 EEPROM的工作设置有关。 图 3-4 X25045 看门狗电路硬件连接图 nts 8 3.4 显示接口电路 显示接口电路设计的原理图如下图 3-5 所示 : 图 图 3-5 显示接口电路 单片机应用系统最常用的显示器是 LED（发光二极管显示器）、 LCD（液晶 图 3-6 七段 LED显示器原理图 显示器）。这两种显示器可显示数字、字符及系统的 状态。它们的驱动电路简单、 易于实现且价格低廉，因此，得到了广泛应用。本次设计只要显示 6 位数字，不需显示图形或字符 ,因而采用七段数码管做显示器。 LED 显示器有共阴极与共阳极两种结构，如图 3-6所示。 共阴极 LED显示块的发光二极管阴极并接，如图中 (a)所示，当某个发光二极管的阳极为高电平时，发光二极管点亮；共阳极 LED 显示块的发光二极管则阳极并接，如图中 (b)所示 , 当发光二极管的阴极为低电平时，发光二极管点亮。 bacdefgdpbacdefgdpR ( a ) 共 阴 极 ( b ) 共 阳 极 ( c ) 外 形R +5Vacdefgdpb1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t l eN u m b e r R e v i s i o nS i z eBD a t e : 2 7 - M a y - 2 0 0 6 S h e e t o f F i l e : I : 谭清昌文件 毕业设计原理图 毕业设计原理图修改稿 . d d bD r a w n B y :X T A L 119P 3 . 2 / I N T 012X T A L 218P 3 . 1 / T x D11V S S20P 3 . 0 / R x D10P 3 . 3 / I N T 113A L E / P R O G30P 3 . 4 / T 014P S E N29P 3 . 7 / R D17E A / V P P31P 3 . 6 / W R16R S T9P 3 . 5 / T 115P 2 . 7 / A 1 528V C C40P 2 . 6 / A 1 427P 2 . 1 / A 922P 2 . 5 / A 1 326P 0 . 0 / A D 039P 2 . 4 / A 1 225P 0 . 1 / A D 138P 2 . 3 / A 1 124P 0 . 2 / A D 237P 2 . 0 / A 821P 0 . 3 / A D 336P 1 . 7 / C E X 48P 0 . 4 / A D 435P 1 . 6 / C E X 37P 0 . 5 / A D 534P 1 . 5 / C E X 26P 0 . 6 / A D 633P 1 . 4 / C E X 15P 0 . 7 / A D 732P 1 . 3 / C E X 04P 2 . 2 / A 1 023P 1 . 2 / E C 13P 1 . 0 / T 21P 1 . 1 / T 2 E X2U28 9 C 5 200112233445566778899U2D S 1 3 0 2L E D 5L E D 6L E D 7abcdfgeabcdefabcdefabcdefdpdpdpdpa11b7c4d2e1f10g5dp3gnd712gnd69gnd58gnd46D2L E D 4Q89 0 1 5Q79 0 1 5Q69 0 1 5Q59 0 1 5Q49 0 1 5Q39 0 1 5Q29 0 1 5Q19 0 1 5L E D 2abcdfgeabcdefabcdefabcdefdpdpdpdpa11b7c4d2e1f10g5dp3gnd712gnd69gnd58gnd46D1L E D 0L E D 1L E D 3R91 K R 1 01 K R 1 31 K R 1 41 K R 1 51 K R 1 61 K R 1 11 K R 1 21 K p 1 . 0p 1 . 1p 1 . 2p 1 . 3p 1 . 4p 1 . 5p 1 . 6p 1 . 7C12 2 0 0 FC34 7 0 FC21 0 4C41 0 412J2V i n1GND2V o u t3U1 7 8 0 5D1 1 N 4 0 0 7+ 1 2 VV C CG N DG N DV C CC13 0 FC23 0 FY1 6 M H zS+C2 2 F+ 5 VR21 K R1 2 0 0 V C C3 . 6 VV C CC13 0 FC23 0 FY13 6 . 7 2 K H zS1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 S8123456789R E 24 . 7 K1199887766554433221010J P 9D9I N 4 1 4 8Q98 0 5 0L S 1B E L LR 1 4 1KV C CP 3 . 1P 1 . 5P 1 . 6P 1 . 7R S TD1L E DD2L E DP 0 . 0P 0 . 1P 0 . 2P 0 . 3P 0 . 4P 0 . 5P 0 . 6P 0 . 7P 0 . 0 P 0 . 7V C CC 1 11 0 4C 1 21 FR 3 71kD1L E DV C CV C CP 0 . 0P 0 . 1V C CP0.0P0.1P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P0.7P0.7P0.6P0.5P0.4P0.3P0.2P0.1P0.0nts 9 七段显示块与单片机接口非常容易。只要将一个 8 位并行输出口与显示块的发 光二极管引脚相连即可。 8位并行输出口输出不同的字节数据即可获得不同的数字或字符，如表 1 所示。通常将控制发光二极度管的 8 位字节数据称为段选码。显示器的共阳极和共阴极的公共连接点为位选位。共阳极和共阴极的段选码互为补数，即互为反码。 LED显示工作方式可分为静态显示和动态显示。在静态显示方式下，共阴极应固定接地，共阳极应固定接高电平。我们采用的是利用 8051芯片 I/O口构成键盘 /显示接口电路，为简化电路，降低成本，显示将采用动态显示。在动态显示中将所有相同位的段控线并联在一起，由一个 I/O口线控制， 8段由 8个 I/O口控制，而共阴极点或共阳极点分别由相应的 I/O口线控制。 LED动态显示电路只需要两个 8 位 I/O 口。其中一个 8 位 I/O 口控制段控码，另一个 8 位 I/O 口控制位选。由于所有段控码都由一个 8 位 I/O 控制，因此，在同一瞬间， 6 只LED都会显示相同的字符。要想每位显示不同的字符，必须采用扫描显示方式。即在每一瞬间只使某一位显示相应字符。在此瞬间，段选控制 I/O 口输出相应字符段选码，位选控制 I/O 口在该显示位送入选通电平（共阴极送低电平，阳极送高电平）以保证该位显示相应字符。 表 3-1 七段 LED 显示器的段选码 显示 字符 共阴极 段选码 共阳极 段选码 显示 字符 共阴极 段选码 共阳极 段选码 0 3FH C0H b 7CH 83H 1 06H F9H C 39H C6H 2 5BH A4H d 5EH A1H 3 4FH B0H E 79H 86H 4 66H 99H F 71H 8EH 5 6DH 92H P 73H 8CH 6 7DH 82H U 3EH C1H 7 07H F8H 31H CEH 8 7FH 80H Y 6EH 91H 9 6FH 90H 8. FFH 00H A 77H 88H “ 灭 ” 00H FFH nts 10 3.5 键盘电路 键盘采用独立式键盘采用 8键。其电路图如图 3-7所示：此键盘与 AT89S52的 P2脚 相连 。 图 3-7 独立式 键盘电路 独立 式键盘实际上是一组相互独立的按键，这些按键可直接与单片机的 I/O口连接。即 每个按键独占一条口线，接口简单。从按一个键到键的功能被执行主要包括两项工作：一是键的识别，即从键盘中找出被按的是哪个键，另一项是键功能的实现。第一项工作是使用接口电路实现的，而第二项工作则是通过执行中断服务程序来完成。具体的说，键 盘接口应完成以下操作功能： A） 键盘扫描，以判定是否有键被按下（称之为“闭合键”）。 B） 键识别，以确定闭合键的行列位置。 C） 产生闭合键的键码。 D） 排除多键、串键（复按）及去抖动。 这些内容通常是以软硬件结合的方式来完成的，即在软件的配合下由接口电路来完成。但具体那些由硬件完成那些由软件完成，要看接口电路的情况。总的原则是，硬件复杂软件就简单，硬件简单软件就复杂。 在 此次设计过程中，在考虑到单片机内部的储存器的空间有限且要将 P1 口留下 作为无线遥控的扩展口，因此采用了 8 个键的独立式键盘。考虑到用在如此少的键要完成如 此多的功能因此在设计时将 S1， S2， S3， S4， S5， S6， S7，S8进行了相互嵌套 。 S1作为 此 次与外部中断的最高级，它作为 计分程序的控制键，按下它后程序先判断是不是 S1按下，确定是以后程序再一次调用键扫子程序来判断有没有其他的键按下，如果是 S2 则转向主客队的查询，以便确定是 哪1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t l eN u m be r R e v i s i o nS i z eBD a t e : 2 8- M a y - 20 0 6 S he e t o f F i l e : F : 谭清昌文件 原理图 毕业设计原理图修改稿 .d db D r a w n B y:X T A L 119P 3. 2 / I N T 012X T A L 218P 3. 1 / T xD11V S S20P 3. 0 / R x D10P 3. 3 / I N T 113A L E / P R O G30P 3. 4 / T 014P S E N29P 3. 7 / R D17E A / V P P31P 3. 6 / W R16R S T9P 3. 5 / T 115P 2. 7 / A 1 528V C C40P 2. 6 / A 1 427P 2. 1 / A 922P 2. 5 / A 1 326P 0. 0 / A D 039P 2. 4 / A 1 225P 0. 1 / A D 138P 2. 3 / A 1 124P 0. 2 / A D 237P 2. 0 / A 821P 0. 3 / A D 336P 1. 7 / C E X 48P 0. 4 / A D 435P 1. 6 / C E X 37P 0. 5 / A D 534P 1. 5 / C E X 26P 0. 6 / A D 633P 1. 4 / C E X 15P 0. 7 / A D 732P 1. 3 / C E X 04P 2. 2 / A 1 023P 1. 2 / E C 13P 1. 0 / T 21P 1. 1 / T 2E X2U28 9S 5 200112233445566778899U2D S 13 0 2LE D5LE D6LE D7abcdfgeabcdefabcdefabcdefdpdpdpdpa11b7c4d2e1f10g5dp3gnd712gnd69gnd58gnd46D2L E D 4Q89 01 5Q79 01 5Q69 01 5Q59 01 5Q49 01 5Q39 01 5Q29 01 5Q19 01 5LE D2abcdfgeabcdefabcdefabcdefdpdpdpdpa11b7c4d2e1f10g5dp3gnd712gnd69gnd58gnd46D1L E D 0LE D1LE D3R91 K R 1 01 K R 1 31 K R 1 41 K R 1 51 K R 1 61 K R 1 11 K R 1 21 K p 1. 0p 1. 1p 1. 2p 1. 3p 1. 4p 1. 5p 1. 6p 1. 7C12 20 0 FC34 70 FC21 04C41 0412J2V i n1GND2V o ut3U1 7 80 5D1 1 N 40 0 7+ 12 VV C CGNDG N DV C CC13 0 FC23 0 FY1 6 M H zS+C2 2 F+ 5VR21 K R1 2 00 V C C3 .6 VV C CC13 0 FC23 0 FY13 6. 7 2K H zS1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 S8123456789R E 24 .7 K1199887766554433221010J P 9D9I N 4 1 48Q98 05 0L S 1B E L LR 1 4 1KV C CP 3. 1P 1. 5P 1. 6P 1. 7R S TD1L E DD2L E DP 0. 0P 0. 1P 0. 2P 0. 3P 0. 4P 0. 5P 0. 6P 0. 7P 0 .0 P 0 .7P 0 .0 P 0 .7V C CC 1 11 04C 1 21 FR 3 71kD1L E DV C CV C CP 0. 0P 0. 1V C Cnts 11 个队记分。如果没有键按下则对主队记分，如果有键按下则对客队记分。此次后程序 将 再一次调用键扫子程序从而判断如果是 S4 则加一分，如果是 S5 则加两分，如果是 S6则加三分，如果是 S7则减一分。如果有 S8按下则对客队进行上一轮操作。 S2 是程序 计时控制键，程序在判断到 S2 控制键后自动启动进攻24 秒计时，同时程序将查询 S7、 S8 是否按下，如果 S7 按下则将存储器清零重新开始计时进攻 24 秒计时。如果是 S8按 下则暂停计时，同时程序将判断 S8是否按下两次，是则继续计时，否则继续等待。 S3 是实时电子钟系统的控制键程序判断到 S3按下则显示电子时钟信息。 nts 12 第四章 主要器件介绍 4.1 单片机 AT89S52 AT89S51 是一种低功耗，高性能的CMOS 8位微型计算机。它带有 16K Flash 可编程和擦 除的只读存储器（ EPROM），该器件采用 ATMEL 的高密度非易失性存储器技术制造，与工业上标准的 80C51和 80C52的指令系统及引脚兼容。它集Flsah程序存储器既可在线编程（ ISP）也可用传统方法进行编程及通用 8位微处理器于单片机芯片中， ATMEL公司的功能强大，低价位 AT89S52 单片机可为我们提价许多高性价比的应用场合，可灵活应用于各种控制领域。引脚排列如图 4-1所示。 图 4-1 AT89S52 引脚图 AT89S52提 供以下标准功能： 8k字节 Flash 闪速存储器， 128字节内部 RAM，32个 I/O口线，看门狗（ WDT），两个数据指针，两个 16位定时 /计数器，一个5向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。同时，AT89S52可降至 0Hz 的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止 CPU的工作，但允许 RAM，定时 /计数器，串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存 RAM中的内容，但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位。 AT89S52单片机集成在一块小芯片上， 有一台微型计算机的各个部分，包括CPU、存储器、 I/O 口、定时器 /计数器、中断系统等。 AT89S52的封装形式有 40引脚双列直插式填封装方式和 44引脚封装方式。方型封装有 4个引脚（标有 NC）是不连线的，故在连接时应注意。下面分别叙(/INTO)P3.2(/INT1)P3.3P2.7(AD15)P2.5(AD13)P2.4(AD12)P2.3(AD11)1234567891011121314151617181920 2122232425262740393837363534333231302928P1.1P1.2P1.3P1.4(MOSI)P1.5(MISO)P1.6(SCK)P1.7RST(RXD)P3.0(TXD)P3.1(T0)P3.4(T1)P3.5(WR)P3.6(RD)P3.7XTAL2XTAL1GNDP1.0VCCP0.0(AD0)P0.1(AD1)P0.2(AD2)P0.3(AD3)P0.4(AD4)P0.5(AD5)P0.6(AD6)P0.7(AD7)/EA/VPPALE/PROG/PSENP2.6(AD14)P2.2(AD10)P2.1(AD9)P2.0(AD8)图 1 7 A T 8 9 S 5 2 引 脚 图nts 13 述各引脚功能。 (1)VCC：电源电压 (2)GND：地线 表 4-1 AT89S52Flash 单片机特点 表 中断可从空闲模唤醒系统 看门狗（ WDT）及双数据指针 全静态工作模式： 0Hz-33MHz 三级程序加密锁 兼容 MCS-51指令系统 4k字节在线系统编程（ ISP） Flash 闪速存储器 1000次擦写周期 4.0-5.5的工作电压范围 128 8字节内部 RAM 32个 可编程 I/O口线 2个 16位定时 /计数器 6个中断源 掉电标识和快速编程特性 灵活的在系统编程（ ISP-字节或页写模式） 全双工串行 UART 通道 低功耗空闲和掉电模式 (3)P0口：是一个 8位漏极开路的双向 I/O口。作为输出口，每个引脚可驱动 8个 TTL逻辑门电路。当把“ 1”写入 P0 口的引脚时可作为高阻输入端。 当访问外部程序存储器和数据存储器时， P0口也可作为复用的地址 /数据总线。在此状态下， P0口有内部上拉电路。 在 Flash 编程时， P0口接收代码字节，而在程序校验时，输出代码字节。在程序校验期间，需要外部接上拉电路。 (4)P1 口：是一个具有内部上拉电路的 8 位双向 I/O 口。 P1 口的输出缓冲器能够吸入 /放出 4 个 TTL逻辑门电路。当对 P1口的引脚写“ 1”时，它被内部上拉电路拉高，并能作输入使用，作为输入时，由于上拉电路的作用，由外部拉低的 P1口引脚将放出电流（ IIL）。 P1 口在 Flash 编程和校验期间，接收低 8 位地址。它的部分引脚的第二功能如表 4所示。 表 4-2 P1 口的第二功能 表 端口引脚 第二功能 P1.5 MOSI（用于 ISP编程） P1.6 MISO（用于 ISP编程） P1.7 SCK（用于 ISP编程） nts 14 (5)P2口：是一个具有内部上拉电路的 8位双向 I/O口， P2口输出缓冲器能吸入 /放出 4个 TTL 逻辑门电路。当对 P2 口引脚写“ 1”时它们被内部上拉电路拉高，并能作为输入使用，此时，由于内部上拉电路的作用，被外部拉低的P2口引脚将放出电流（ IIL）。 当访问外部程序存储器及使用 16位地址的是数据存储器（ MOVXDPTR）时，P2口输出高 8位地址。这种情况下，当不置“ 1”时， P2口使 用强大的内部上拉电路。当访问使用 8位地址的外部存储器（ MOVXRI）时， P2口输出 P2口锁存器的内容。 (6)P3口：是一个具有内部上拉电路的 8位双向 I/O口， P3输出缓冲器能吸入 /放出 4个 TTL 逻辑门电路。当对 P3口引脚写“ 1”时，则它们被内部上拉电路拉高，并能作为输入使用。此时，由于内部上拉电路的作用，被外部拉低的 P3口引脚将放出电流（ IIL）。 P3口也提供 AT89S52各种专用功能，见表 4-3 表 4-3 AT89S52 的 P3 口各种专用功能表 端口引脚 替代的专用功能 P3.0 RXD（串行输入 口） P3.1 TXD（串行输出口） P3.2 （外部中断 0） P3.3 （外部中断 1） P3.4 T0（定时器 0的外部输入） P3.5 T1（定时器 1的外部输入） P3.6 （外部数据存储器写选通） P3.7 （外部数据存储器读选通） 在 Flash编程及检验期间， P3口还可以用于 Flash闪速存储器编程和程序校验的控制信号。 (7)RST：复位端。当振荡器工作时，此引脚上出现两个机器周期的高电平将系统复位。 (8)ALE/ ：当访问外部存储器时， ALE（允许地址锁存）是一个用于锁存地址的低 8位字节的时钟脉冲。在 Flash 编程期间，此引脚也可用于输入编nts 15 程脉冲（ ）。 在正常操作情况下， ALE以振荡器频率的 1/6的固定速率发出脉冲，它是用作对外输出的时钟，需要注意的是，每当访问外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。 如果希望禁止 ALE操作，可通过将特殊功能寄存器中位 地址为 8EH那位置的“ 0”来实现。该位置的“ 1”后。 ALE仅在 MOV或 MOVC指令期间激活，否则ALE引脚将被略微拉高。若微控制器在外部执行方式， ALE禁止位无效。 (9) ：外部程序存储器读选取通信号。当 AT89S51在读取外部程序时， 每个机器周期 将 PSEN 激活两次。在此期间内，每当访问外部数据存储器时，将跳过两个 信号。 (10) /Vpp：访问外部程序存储器允许端。为了能够从外部程序存储器的0000H至 FFFFH单元中取指令， 必须接地，然而要注意的是，若对加密位 1进行编程，则在复位时， 的状态在内部被锁存。 执行内部程序 应接 VCC。不当选择 12V 编程电源时，在 Flash 编程期间，这个引脚可接 12V 编程电压。 (11)XTAL1：振荡器反向放大器输入端和内部时钟发生器的输入端。 XTAL2：振荡器反相放大器输出端。 4.2 低功耗带 RAM 实时时钟芯片 DS1302 1）特性。 DS1302时钟芯片包括：实时时钟 /日历， 31字节的静态 RAM和慢速充电控制。它经过一个简单的串行接口与单片机通信。实时时钟 /日历提供秒、分、时、日、星期、月和年等信息，每月天数以及闰月能自动调整，时钟可以采用 24h或 AM/PM的 12h格式； 31字节的静态 RAM用于存放数据；带慢速充电 控制备份电源的充电特性。该芯片使用同步串行通信。与时钟 /RAM通信仅需三根线： /RST（复位）； I/O数据线； SCLK（串行时钟）。数据可以以每次一个字节或多字节的形式传送至时钟 /RAM或从其读出。 DS1302的引脚及内部结构如 图 4-2所示，引脚功能如 表 4-4所示。 内部主要有移位寄存器、控制逻辑、振荡器、实时时钟和 RAM等组成。 2）工作原理及使用。对芯片的读写操作，首先必须置 /RST为高电平，并且nts 16 把提供地址和命令的 8位信息装入移位寄存器中，数据输入时，数据位在 SCLK的 图 4-4 DS1302引脚及内部电路图 上升沿必须有效；而数据输出时，数据位是在时钟的下降沿有效。数据操作完成，置 /RST为低电平，这时数据传送中止，且 I/O引脚呈高阻态，当把 /RST置逻辑 1状态时， SCLK必须为逻辑 0。 表 4-4 DS1302 引脚功能 表 引 脚号 引脚名称 功 能 1 VCC2 主电源 2.3 X1.X2 振荡源，外接 32768HZ 晶振 4 GND 地线 5 RST 复位 /片选线 6 I/D 串行数据输入 /输出（双向） 7 SCLK 串行数据输入端 8 VCC1 后备电源 芯片的操作，受地址 /命令字节控制，每一数据的传送由命令字节开始。地址 /命令字节格式如表 4-5所示。 12348765V cc1X1X2GNDVcc2SCLKI/ORST电源电路V cc1振荡器与分频器实时时钟命令与控制逻辑输入移位寄存器31*8RAM32.768KHzAD BUSX2X1Vcc2GNDI/OSCLKRST数据总线地址总线nts 17 表 4-5 地址命令格式 1 RAM CK A4 A3 A2 A1 A0 RD W 最高位 MSB（ D7）必须为逻辑 1， D6为逻辑 0指定时钟 /日历数据，逻辑 1指定RAM数据， D5-D1指定输入 /输出的特定寄存器。最低有效位 LSB（ D0） 为逻辑 0指定进行写操作（输入），逻辑 1指定进行读操作（输出）。命令字及总是从最低有效位 LSB（ D0）开始输入，跟随在输入写命令字节的 8个 SCLK周期之后，在下 8个 SCLK周期的上升沿输入数据字节，数据从 LSB（ D0）开始；跟随在输入读命令字节的 8个 SCLK周期的下降沿输出数据字节。 多字节方式：通过对地址 31（十进制）寻址（地址 /命令 D5-D1置逻辑 1），可以把时钟 /日历或 RAM寄存器规定为多字节方式（ BURST），这时， D6选择时钟/日历或 RAM。 D0选择读或写操作。在多字节方式中，读或写从地址 0的 D0开始。 3）数据字节定义。时钟 /日历数据字节定义：时钟 /日历包含 7个读 /写寄存器内，数据以二 -十进制（ BCD）码形式存放。 其中： 秒寄存器的 CH：时钟停止位， CH=0：振荡器工作允许； CH=1：振荡器停止。 小时寄存器的 BI1T7： 12/24h 标志， BIT7=1： 12h标志，这时 BIT5=1：上午模式 BIT5=0：下午模式 BIT7=0： 24h标志，这时 BIT5是第 2个 10h位（ 20-23）时 写保护寄存器的 BIT7是写保护位，开始 7位（位 6 0）置为 0，在读操纵时总是读出 0，在对时钟或 RAM进行写操作之前，位 7必须为 0，当它为高电平时，写保护位防止对任何其他寄存器进行写操作。 时钟 /日历命令字节可规定多字节工作方式，在此方式下，前 8个时钟 /日历寄存器可以从地址 0的第 0位开始连续地读或写。 在写保护状态下，多字节写无效。 DS1302 的控制字如 表 4-5所示。控制字节的最高有效位 (位 7)必须是逻辑 1，如果它为 0，则不能把数据写入 DS1302中，位 6如果为 0，则表示存取日历时nts 18 钟数据，为 1表示存取 RAM数据 ;位 5至位 1指示操作单元的地址 ;最低有效位 (位 0）如为 0表示要进行写操作，为 1表示要进行读操作，控制字节总是从最低位开始输出。 DS1302共有 12 个寄存器，其中有 7个寄存器与日历、时钟相关，存放的数据位为 BCD码形式。其日历、时间寄存器及其控制字见 表 4-6。 表 4-6 DS1302 的日历、 时钟寄存器及其控制字 寄存器名 命令字 取值范围 个位内容 写 操作 读 操作 7 6 5 4 3 2 1 0 秒寄存器 80H 81H 00-59 CH 10 SEC SEC 分钟寄存器 82H 83H 00-59 0 10 MIN MIN 小时寄存器 84H 85H 01-12或00-23 12/24 0 10/AP HR HR 日期寄存器 86H 87H 01-30,31 0 0 10 DAY DATE 月份寄存器 88H 89H 01-12 0 0 0 1QM MONTH 周日寄存 器 8AH 8BH 01-07 0 0 0 0 0 DAY 年份寄存器 8CH 8DH 00-99 10 YEAR YEAR 此外， DS1302 还有年份寄存器、控制寄存器、充电寄存器、时钟突发寄存器及与 RAM 相关的寄存器等。时钟突发寄存器可一次性顺序读写除充电寄存器外的所有寄存器内容。 DS1302 与 RAM 相关的寄存器分为两类，一类是单个 RAM单元，共 31 个，每个单元组态为一个 8 位的字节，其命令控制字为 COHFDH，其中奇数为读操作，偶数为写操作；再一类为突发方式下的 RAM 寄存器，此方式下可一次性读写所 有的 RAM的 31个字节，命令控制字为 FEH（写）、 FFH（读）。 nts 19 4.3 X25045 芯片简介 X25045是美国 Xicor公司的生产的标准化 8脚集成电路，它将 EEPROM、看门狗定时器、电压监控三种功能组合在单个芯片之内，大大简化了硬件设计，提高了系统的可靠性，减少了对印制电路板的空间要求，降低了成本和系统功耗，是一种理想的单片机外围芯片。 X25045 引脚如图 4-5所示。 图 4-5 X25045 引脚图 其引脚功能如下。 CS：片选择输入； SO：串行输出，数据由此引脚逐位输出； SI：串行输入，数据或命令由此引脚逐位写入 X25045； SCK：串行时钟输入，其上升沿将数据或命令写入，下降沿将数据输出； WP：写保护输入。当它低电平时，写操作被禁止； Vss：地； Vcc：电源电压； RESET：复位输出。 X25045在读写操作之前，需要先向它发出指令，指令名及指令格式如表 1所示。 表 4-7 X25045 指令及其含义 WD1 0， WD0=0，预置时间为 1.4s。 WD1 0， WD0=1，预置时间为 0.6s。 WD1 1， WD0=0，预置时间为 0.2s。 nts 20 WD1 1， WD0=1，禁止看门狗工作。 看门狗电路的定时时间长短可由具体应用程序的循环周期决定，通常比系统正常工作时最大循环周期的时间略长即可。编程时，可在软件的合适地方加一条喂狗指令，使看门狗的定时时间永远达不到预置时间，系统就不会复位而正常工作。当系统跑飞，用软件陷阱等别的方法无法捕捉回程序时，则看门狗定时时间很快增长到预置时间 ，迫使系统复位。 以下是 C语言编写的看门狗程序部分。 #include reg51.h sbit cs=P12;/*片选信号由 P1.2产生 */ sbit sck=P13; /*时钟信号由 P1.3 产生 */ sbit si=P10; /*SI 由 P1.0产生 */ s
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