51单片机 24C02的数据存储与显示系统设计

1、 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark16 o Current Document 第一章 绪论.2 HYPERLINK l bookmark19 o Current Document 1.1单片机的简单介绍2 HYPERLINK l bookmark22 o Current Document 1.1.1单片机的特点2 HYPERLINK l bookmark31 o Current Document 1.1.2单片机的应用领域3AT80C513 HYPERLINK l bookmark42 o Current Document AT80C51单片机简介3 HYP

2、ERLINK l bookmark46 o Current Document AT80C51单片机的结构4 HYPERLINK l bookmark50 o Current Document AT80C51 性能介绍6 HYPERLINK l bookmark54 o Current Document 第二章i 2 C总线.7 HYPERLINK l bookmark57 o Current Document 12C总线结构7 HYPERLINK l bookmark64 o Current Document 12C总线上的数据传送8 HYPERLINK l bookmark68 o Curr

3、ent Document 2.2.1位传输8 HYPERLINK l bookmark74 o Current Document 2.1.2数据传输的字节格式9 HYPERLINK l bookmark77 o Current Document 12 C数据传输协议9 HYPERLINK l bookmark85 o Current Document 24C02芯片相关介绍10 HYPERLINK l bookmark89 o Current Document EEPROM 概述11 HYPERLINK l bookmark96 o Current Document 第三章程序设计12 HYP

4、ERLINK l bookmark99 o Current Document 3.1实验电路图123.2基于24C02的数据存储与显示系统设计错误！未定义书签。 HYPERLINK l bookmark102 o Current Document 实验小结12 HYPERLINK l bookmark105 o Current Document 参考文献13第一章绪论1.1单片机的简单介绍单片机是指一个集成在一块芯片上的完整计算机系统。尽管他的大部分功能集成在 一块小芯片上，但是它具有一个完整计算机所需要的大部分部件：CPU、内存、内部和 外部总线系统，目前大部分还会具有外存。同时集成诸如通讯

5、接口、定时器，实时时钟 等外围设备。而现在最强大的单片机系统甚至可以将声音、图像、网络、复杂的输入输 出系统集成在一块芯片上。VCC-(+5V)RAM地址锁存器RAMI,11GND_JLB寄存器ACC程序地址寄存器=71TMPTMP缓冲器ALUJOPSWPSENALEAERSTXTAL1时m布辑 定木控逻指令译码器指令寄存器振荡器V通道1锁存器PCONSCONTMODTCONTH0TT0TH1TL1SBUF(TX/RX)IEIP中断串彳口和定时器逻辑堆栈指针SP通道3锁存器通道1驱动器II7通道3驱动器顼TAL手 2PC递增器程序计数器PCO =驱动器DPTR指针1.1.1单片机的特点集成度高

6、，体积小，可靠性高。单片机将各功能部件集成在一块晶体芯片上，集 成度很高。其内部布线很短，因此其抗工业噪音性能优于一般通用的CPU。另外，其体 积小，对于强磁场环境易于采取屏蔽措施，适合在恶劣环境下工作。控制功能强。为了满足对对象的控制要求，单片机的指令系统均有极丰富的条件: 分支转移能力，I/O 口的逻辑操作及位处理能力，适用于专门的控制功能。扩展。片内具有计算机正常运行所必需的部件。芯片外部有许多供扩展用的三总 线及并行、串行输入/输出管脚，很容易构成各种规模的计算机应用系统。外部总线增加了 I2C （ Inter-Integrated Circuit）及 SPI（Serial Perip

7、heral Interface）等串行总线方式，进一步缩小了体积，简化了结构。低电压，低功耗，便于生产便携式产品。优异的性能价格比1.1.2单片机的应用领域在智能仪器仪表中的应用在机电一体化中的应用在日常生活及家用电器领域的应用在实时过程控制中的应用应用于办公自动化设备在计算机网络和通信领域中的应用商业营销设备中的应用10.航空航天系统和国防军事、尖端武器等领域9.应用于汽车电子产品单片机在医用设备领域中的应用1.2 AT80C51AT80C51单片机简介AT89C51是美国ATMEL公司生产的低电压，高性能的CMOS8位单片机片内4Kbytes 的可反复擦写的只读程序存储器（PEROM）和1

8、28bytes的随机存储器（RAM），器件采用 ATMEL公司的高密度、非易失存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8 位中央处理器（CPU）和Flash存储单元，功能强大。AT89C51单片机可灵活的应用于 各种控制领域。L+JPDIPpuor44 weePi.it2 POOlAOClPl JCJK FO.i Wi)管脚说明：P1.1C4VP1.4C5*JP03期却VCC：供电电压。pi.&CEp|4CJGND：接地。Pi.I c4P0 : P0 口为一个8位漏级10rnt&jra.ic11开路双向I/O 口，被定义为高阻输入。而耐pij匚&1)羽DPa t (All)P1

9、:P1 口是个内部提供(TO) P3.4 CMJP264AH)P3.irHF逐7R2上秩1弟上拉电阻的8位双向I/O 口，可接收输佑2(3P24俗仍丽rarevr24 P2.31A11)出心心日14BI*4TTL门电流。ONDC20 PE.OIABJ图1-2AT89C5140脚塑料双列直插封装（PDIP）P2 口： P2 口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O 口，P2 口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流。P3 口： P3 口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O 口，可接收输出4个TTL门电流。P3 口也可作为AT89C51的一些特殊功能口。高电平时间。RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要

10、保持RST脚两个机器周期的地位字节。ALE/PROG:当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的/PSEN：外部程序存储器的选通信号。（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。/EA/VPP:当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器XTAL2 :来自反向振荡器的输出。XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。AT80C51单片机的结构1中央处理器（CPU）CPU是单片机内部的核心部件，是一个8位二进制数的中央处理单元，主要由运算其、 控制器和寄存器阵列组成。运算器运算器用来完成算术和逻辑运算功能，包括算术逻辑单元（ALU）、累加器（ACC）、暂

11、存寄存器（TMP1、TMP2）、程序状态寄存器（PSW）等。部件。控制器主要由程序计数器PC、指令寄存器IR和定时控制逻辑电路等构成。控制器控制器是单片机内部按照一定的时序协调工作的控制核心，是分析和执行指令的2存储器AT89C51单片机内部有128个字节的RAM数据存储器和4KB的闪存程序存储 器（Flash）。程序存储器是可读不可写的，用于存放编好的程序和表格常数。数 据存储器是既可读也可写的，用于存放运算的中间结果，运行数据暂存及数据缓 3 I/O 端口P2 口、P3 口，它们都是8位准双向口，每次可以并行输入或输出8位二进制信 并行I/O端口： AT89C51有四个8位并行I/O端口，

12、分别命名为P0 口、P1 口、 息。串行I/O端口： AT89C51有一个全双工的可编程串行I/O端口，它利用了 P3 口 的第二功能。4定时器/计数器AT89C51内部有两个16位可编程定时器/计数器，简称为定时器（TO）和计数器（T1），T0和T1分别由两个8位的寄存器构成，其中T0由TH0和TL0构成， T1 由 TH1 和 TL1。T0和T1在定时器控制器TCON和定时器方式选择寄存器TMOD的控制下，可 工作在定时器模式或计数器模式下，每种模式下又有不同的工作方式。当定时/ 5中断系统计数溢出时还可以申请中断。单片机中的中断是指CPU暂停正在执行的原程序而为中断服务程序（执行中断 服

13、务程序），在执行完中断服务程序后再回到原程序继续执行。总线是用于传送信息的公共途径。总线可以分为数据总线、地址总线、控制总线。时器、计数器TCON （中断标志寄存器）等构成，IE、IP、TCON均为SFR特殊 功能寄存器。AT89C51的中断源有5个。它们分别是两个外部中断源，三个内 部中断源。6内部总线总线是用于传送信息的公共途径。总线可以分为数据总线、地址总线、控制总线。 线的结构可以减少信息传输线的根数，提高系统可靠性，赠强系统灵活性。单片机呢的CPU、存储器、I/O接口等单元都是通过总线连接在一起的。采用总AT80C51性能介绍AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器(

14、FPEROMFlash Programmable and Erasable Read Only Memory)的低电压，高性能 CMOS8 位微处理器， 俗称单片机。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的 MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯 片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活 性高且价廉的方案。第二章I 2 C总线12C总线是一种双向二线制总线，它的结构简单，可靠性和抗干扰性能好。目前很 多公司都推出了基于12C总线的外围器件，例如我们学习板上的24C02芯片，就是一

15、个带有12C总线接口的E2PROM存储器，具有掉电记忆的功能，方便进行数据的长期 保存。12 C总线结构12C总线结构很简单，只有两条线，包括一条数据线（SDA）和一条串行时钟线 （SCL）。具有12C接口的器件可以通过这两根线接到总线上，进行相互之间的信息传 递。连接到总线的器件具有不同的地址，CPU根据不同的地址进行识别，从而实现对 硬件系统简单灵活的控制。一个典型的I2C总线应用系统的组成结构如下图所示（假设图中的微控制器、LCD 驱动、E2PROM、ADC各器件都是具有12C总线接口的器件）：驱动、2PROMDC各器件都是具有总线接口的器件）:SCL微控制器LCD驱动ADC E2PR0

16、M图2-1 12C总线应用系统的组成结构图我们知道单片机串行通讯的发送和接收一般都各用一条线TXD和RXD，而12C总 线的数据线既可以发送也可以接受，工作方式可以通过软件设置。所以，12C总线结构 的硬件结构非常简洁。当某器件向总线上发送信息时，它就是发送器，而当其从总线上接收信息时，又成 为接收器。12 C总线上的数据传送下面我们看看12C总线是如何进行数据传送的。我们知道，在一根数据线上传送数据时 必须一位一位的进行，所以我们首先研究位传送。2.2.1位传输12C总线每传送一位数据必须有一个时钟脉冲。被传送的数据在时钟SCL的高电平期 间保持稳定，只有在SCL低电平期间才能够改变，示意图

17、如下图2-2所示，在标准模 式下，高低电平宽度必须不小于4.7us。改变那么是不是所有12 C总线中的信号都必须符合上述的有效性呢？只有两个例外，就是开 始和停止信号。开始信号：当SCL为高电平时，SDA发生从高到低的跳变，就定义为开始信号。停止信号：当SCL为高电平时，SDA发生从低到高的跳变，就定义为结束信号。开始和结束信号的时序图如下图2-3所示：2.1.2数据传输的字节格式SDA传送数据是以字节为单位进行的。每个字节必须是8位，但是传输的字节数量不 受限制，首先传送的是数据的最高位。每次传送一个字节完毕，必须接收到从机发出的 一个应答位，才能开始下一个字节的传输。如果没有接受到应答位，

18、主机则产生一个停 止条件结束本次的传送。那么从机应该发出什么信号算是产生了应答呢？这个过程是这 样的。当主器件传送一个字节后，在第9个SCL时钟内置高SDA线，而从器件的响应 信号将SDA拉低，从而给出一个应答位。好啦，了解了 I2C传输数据的格式，现在来研究双方传送的协议问题。* C数据传输协议12C总线的数据传输协议如下：（1）、主器件发出开始信号（2）、主器件发出第一个字节，用来选通相应的从器件。其中前7位为地址码，第8位 为方向位（R/W）。方向位为“0”表示发送，方向位为“1”表示接受。（3）、从机产生应答信号，进入下一个传送周期，如果从器件没有给出应答信号，此时 主器件产生一个结束

19、信号使得传送结束，传送数据无效。（4）、接下来主、从器件正式进行数据的传送，这时在I2C总线上每次传送的数据字节 数不限，但每一个字节必须为8位（传送的时候先送高位，再送低位）。当一个字节传 送完毕时，再发送一个应答位（第9位），如上一条所述，这样每次传送一个字节都需 要9个时钟脉冲。数据的传送过程如下图2-4所示：SDA从机技低SDM 尹生应答信号_ A -从机没省产生应答信号ASCL中断期间r _ /1 %时钟/金/i八 /7/1八 /A /3 /开始信号从机地址读/与晶位数据应答位数据放答瓮停止信号图2-412C总线数据的传送过程图24C02芯片相关介绍24c01/24c02 是一个 1

20、K/2K/4K/8K/16K 位串行 CMOS E2PROM,内部含有 128/256/512/1024/2048 个 8 位字 节,CATAIYST公司的先进CMOS技术实 质上减少了器件的功耗。CAT24WC01有 一个8字节页写缓冲器,24c01/24c02有一 个16字节页写缓冲器.该器件通过I2C总 线接口进行操作有一个专门的写保护功能.顼町描还留总宕称AD, Al. Al器件地址造择SDA串行驰蹴地址SCLWP写保护Vcc-l.flV-6.0V 1：Vss他图2-5 24C02芯片管脚及其描述A0VCCA1WFA2SCLGND SDA 24C02|+5V马接I/。W 接 I/。AT

21、24C02是带有12C总线接口的E2PROM存储器，具有掉电记忆的功能，并且可 以象普通RAM 一样用程序改写。它的容量是256个字节（00h0ffh）,有A2、A1、 A0三位地址，可见12C总线上可以连接8片AT24C02，它的寻址字节是1010 A2A1A0 R/W。图2-6是DIP封装的24C02与80C51的 接口方案。其中A0、A1、A2是芯片地址 线，单片使用时接地；SCL是串行移位时 钟端；SDA是串行数据或地址端，CPU通 过SDA访问芯片；WP是写保护端，接高 电平时芯片只能读。图2-6 24C02执行写操作时与80C51的接口EEPROM 概述EEPROM是一种可用电气方

22、法在线擦除和再编程的只读存储器.它既有RAM在连机操 作中可读可改写的特性，又具有非易失性存储ROM在掉电后仍然能够保持所存储的数据 的优点.写入的数据在常温下至少可以保持10年.图2-7EEPROM内部结构框图第三章程序设计3.1实验电路图2TitleU4A0VCCA1WPA2SCTJ1P10POOP11P01P12P02P13P03P14P04P15P05P16P06P17P07INT1P20INTOP21P22T1P23TOP24P25EA/VPP26P27X1X2RESETRXDTXD-RDJ厂OCC1D1Q2D2Q3D3Q4D4Q5D5Q6D6Q7D7Q8D8Q74HC573J10OCC1D1Q2D2Q3D3Q4D4Q5D5Q6D6Q7D7。8D8Q74HC573产2tSCAN2图3-1程序设计电路图3419SCAN118 21，SCAN.，16SCAN41514SCAN613 71219A18B17C16D15EMFT36SizeNumberRevisionBDate:30-Jun-2009Sheet ofFile:G:MyDesign.ddbDrawn By:56实验小结随着科学技术发展的日新日异，单片机已经成为当今计算机应用中空前活跃的领 域，在生活中可以说得是无处不在，因此作