單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 畢業(yè)論文.docx

摘 要近年來隨著計(jì)算機(jī)在社會領(lǐng)域的滲透，單片機(jī)的應(yīng)用正在不斷地走向深入，同時(shí)帶動傳統(tǒng)控制檢測日新月異更新。在實(shí)時(shí)監(jiān)測和自動控制的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，單片機(jī)往往是作為一個(gè)核心部件來使用，僅單片機(jī)方面知識是不夠的，還應(yīng)根據(jù)具體硬件結(jié)構(gòu)，以及針對具體應(yīng)用對象特點(diǎn)的軟件結(jié)合，以作完善。單片機(jī)最小系統(tǒng)是在以51單片機(jī)為基礎(chǔ)上拓展，使其能更方便地運(yùn)用于測試系統(tǒng)中。本設(shè)計(jì)主要在51單片機(jī)上擴(kuò)展i/o口，實(shí)現(xiàn)液晶顯示，定時(shí)等功能，并寫好一定的底層程序。關(guān)鍵詞：最小系統(tǒng)；擴(kuò)展；at89s51；i/o接口；液晶顯示abstractwith the infiltration 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 time.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 structure of the concrete hardware,and direct against and use the software of targers characteristic to combine concretly,in order to do perfectly.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 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.kyesord:minimum system,expand,at89s51,i/o,1602目 錄摘 要iabstractii第1章 緒論11.1 單片機(jī)基礎(chǔ)知識11.2 單片機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域11.3 單片機(jī)的發(fā)展趨勢2第2章 硬件結(jié)構(gòu)剖析42.1 80c51單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)42.2 80c51單片機(jī)的引腳功能5第3章 單片機(jī)的硬件設(shè)計(jì)103.1 最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)103.2 led顯示電路133.3 鍵盤控制電路143.4 lcd1602簡介163.4.1 lcd1602 引腳功能163.4.2 lcd1602顯示模塊指令集173.5單片機(jī)電路設(shè)計(jì)完整架構(gòu)20第4章 單片機(jī)的軟件設(shè)計(jì)234.1 lcd1602時(shí)鐘軟件設(shè)計(jì)234.1.1 ds1302介紹234.1.2 時(shí)鐘ds1302硬件連接254.2 lcd1602時(shí)鐘軟件程序（部分）25第5章 調(diào)試與功能說明285.1 硬件調(diào)試285.2 系統(tǒng)性能測試與功能說明285.3 系統(tǒng)時(shí)鐘誤差分析285.4 軟件調(diào)試問題及解決28結(jié)束語30參考文獻(xiàn)、資料索引31致謝32附錄33最小系統(tǒng)電路pcb圖33232串口電路pcb圖34led共陽數(shù)碼管電路pcb圖3535第1章 緒論1.1 單片機(jī)基礎(chǔ)知識單片機(jī)又稱單片微控制器，它不是完成某一個(gè)邏輯功能的芯片，而是把一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)集成到一個(gè)芯片上。概括的講，一塊芯片就成了一臺計(jì)算機(jī)。mcs-51單片機(jī)是美國intel公司于1980年推出的產(chǎn)品，與mcs- 48單片機(jī)相比，它的結(jié)構(gòu)更先進(jìn)，功能更強(qiáng)，在原來的基礎(chǔ)上增加了更多的電路單元和指令，指令數(shù)達(dá)111條，mcs-51單片機(jī)可以算是相當(dāng)成功的產(chǎn)品，一直到現(xiàn)在，mcs-51系列或其兼容的單片機(jī)仍是應(yīng)用的主流產(chǎn)品，各高校及專業(yè)學(xué)校的培訓(xùn)教材仍與msc-51單片機(jī)作為代表進(jìn)行理論基礎(chǔ)學(xué)習(xí)。mcs-51系列單片機(jī)主要包括8031、8051和8751等通用產(chǎn)品。dp-51s單片機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)儀是由廣州致遠(yuǎn)電子有限公司設(shè)計(jì)的dp系列單片機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)儀之一，是一種功能強(qiáng)大的單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)學(xué)習(xí)、調(diào)試。1.2 單片機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域單片機(jī)廣泛應(yīng)用于儀器儀表、家用電器、醫(yī)用設(shè)備、航空航天、專用設(shè)備的智能化管理及過程控制等領(lǐng)域，大致可分為如下幾個(gè)范疇：一、在智能儀器儀表的應(yīng)用單片機(jī)具有體積小、功耗低、控制功能強(qiáng)、擴(kuò)展靈活、微型化和使用方便等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于儀器儀表中，結(jié)合不同類型的傳感器，可實(shí)現(xiàn)諸如電壓、功率、頻率、濕度、溫度、流量、速度、厚度、角度、長度、硬度、元素、壓力等物理量的測量。采用單片機(jī)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(qiáng)大。例如精密的測量設(shè)備（功率計(jì)，示波器，各種分析儀）。二、在家用電器中的應(yīng)用可以這樣說，現(xiàn)在的家用電器基本上都采用了單片機(jī)控制，從電飯煲、洗衣機(jī)、電冰箱、空調(diào)機(jī)、彩電、其他音響視頻器材、再到電子秤量設(shè)備，五花八門，無所不在。三、在工業(yè)控制中的應(yīng)用用單片機(jī)可以構(gòu)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(bào)警系統(tǒng)，與計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成二級控制系統(tǒng)等。四、在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和通信領(lǐng)域中的應(yīng)用現(xiàn)代的單片機(jī)普遍具備通信接口，可以很方便地與計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，為在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和通信設(shè)備間的應(yīng)用提供了極好的物質(zhì)條件，現(xiàn)在的通信設(shè)備基本上都實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)智能控制，從手機(jī)、電話機(jī)、小型程控交換機(jī)、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(jī)等。五、單片機(jī)在醫(yī)用設(shè)備領(lǐng)域中的應(yīng)用單片機(jī)在醫(yī)用設(shè)備中的用途亦相當(dāng)廣泛，例如醫(yī)用呼吸機(jī)，各種分析儀，監(jiān)護(hù)儀，超聲診斷設(shè)備及病床呼叫系統(tǒng)等等。 此外，單片機(jī)在工商、金融、科研、教育、國防航空等領(lǐng)域都有著十分廣泛的用途。1.3 單片機(jī)的發(fā)展趨勢單片機(jī)現(xiàn)在可以說是百花齊放，百家爭鳴的時(shí)期，世界上各大芯片制造公司都推出了自己的單片機(jī)，從8位、16位到32位，數(shù)不勝數(shù)，應(yīng)有盡有，有與主流c51系列兼容的，也有不兼容的，但它們各具特色，互成互補(bǔ)，為單片機(jī)的應(yīng)用提供了廣闊的天地?？v觀單片機(jī)的發(fā)展過程，可以預(yù)示單片機(jī)的發(fā)展趨勢，大致有：一、微型單片化現(xiàn)在常規(guī)的單片機(jī)普遍都是將中央處理器（cpu）、隨機(jī)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(shí)電路、時(shí)鐘電路集成在一塊單一的芯片上，增強(qiáng)型的單片機(jī)集成了如a/d轉(zhuǎn)換器、pmw（脈寬調(diào)制電路）、wdt（看門狗）、有些單片機(jī)將lcd（液晶）驅(qū)動電路都集成在單一的芯片上，這樣單片機(jī)包含的單元電路就更多，功能就越強(qiáng)大。甚至單片機(jī)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(jī)芯片。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(jī)除了功能強(qiáng)和功耗低外，還要求其體積要小。現(xiàn)在的許多單片機(jī)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(jī)構(gòu)成的系統(tǒng)正朝微型化方向發(fā)展。二、低功耗cmos化mcs-51系列的8031推出時(shí)的功耗達(dá)630mw，而現(xiàn)在的單片機(jī)普遍都在100mw左右，隨著對單片機(jī)功耗要求越來越低，現(xiàn)在的各個(gè)單片機(jī)制造商基本都采用了cmos（互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體工藝）。像80c51就采用了hmos（即高密度金屬氧化物半導(dǎo)體工藝）和chmos（互補(bǔ)高密度金屬氧化物半導(dǎo)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(diǎn)，這些特征，更適合于要求低功耗像電池供電的應(yīng)用場合。所以這種工藝將是今后一段時(shí)期單片機(jī)發(fā)展的主要途徑。三、主流與多品種共存現(xiàn)在雖然單片機(jī)的品種繁多，各具特色，但仍以80c51為核心的單片機(jī)占主流，兼容其結(jié)構(gòu)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(jī)。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(qiáng)勁的發(fā)展勢頭，中國臺灣的holtex公司近年的單片機(jī)產(chǎn)量與日俱增，與其底價(jià)質(zhì)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(jī)。在一定的時(shí)期內(nèi)，這種情形將得以延續(xù)，將不存在某個(gè)單片機(jī)一統(tǒng)天下的壟斷局面，走的是依存互補(bǔ)、相輔相成、共同發(fā)展的道路。九十年代以后，單片機(jī)在結(jié)構(gòu)上采用雙cpu或內(nèi)部流水線，cpu位數(shù)有8位、16位、32位，時(shí)鐘頻率高達(dá)20mhz，片內(nèi)帶有pwm輸出、監(jiān)視定時(shí)器wdt、可編程計(jì)數(shù)器陣列pca、dma傳輸、調(diào)制解調(diào)器等。芯片向高度集成化、低功耗方向的發(fā)展，使得單片機(jī)在大量數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)處理、高級通信系統(tǒng)、數(shù)字信號處理、復(fù)雜工業(yè)過程控制、高級機(jī)器人以及局域網(wǎng)等方面得到大量應(yīng)用。這類單片機(jī)有nec公司的mpd7800，mitsubishi公司的m337700，revkwell公司的r6500。第2章 硬件結(jié)構(gòu)剖析2.1 80c51單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖2-1為80c51單片機(jī)功能結(jié)構(gòu)框圖80c51 芯片內(nèi)部集成了 cpu、ram、rom、定時(shí)/計(jì)數(shù)器和i/o口等各功能部件，并由內(nèi)部總線把這些不見連接在一起。80c51單片機(jī)內(nèi)部包含以下一些功能部件：(1)一個(gè)8位cpu；(2)一個(gè)片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路；(3)4kb rom（80c51有4kb掩膜rom，87c51有4kb eprom，80c31片內(nèi)有無rom）；(4)128b內(nèi)ram；(5)可尋址64kb的外rom和外ram控制電路；(6)兩個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器；(7)21個(gè)特許功能寄存器；(8)4個(gè)8位并行i/o口，共32條可編程i/o端線；(9)一個(gè)可編程全雙工串行口；8051cpu振蕩器及時(shí)序 osc8051cpu振蕩器及時(shí)序 osc程序存儲器4kb rom數(shù)據(jù)存儲器256b64k總線擴(kuò)展控制器可編程i/o可編程全雙工串行口(10)5個(gè)中斷源，可設(shè)置成2個(gè)優(yōu)先級。外時(shí)鐘源 外部事件計(jì)數(shù) 中斷 控制 并 行 口 串行通信 圖2-1 80c51單片機(jī)功能結(jié)構(gòu)框圖2.2 80c51單片機(jī)的引腳功能80c51單片機(jī)一般采用雙列直插dip封裝，共40個(gè)引腳，圖2-2為引腳排列圖。圖2-2b為邏輯符號圖。40個(gè)引腳大致可分為4類：電源、時(shí)鐘、控制和i/o引腳。 圖2-2 80c51引腳圖1.電源(1)vcc芯片電源，接；(2)gnd接地端。2.時(shí)鐘xtal1、xtal2晶體振蕩電路反相輸入端和輸出端。使用內(nèi)部振蕩電路時(shí)外接石英晶體。3.控制線控制線共有4根，其中3根是復(fù)用線。所謂復(fù)用線是指具有兩種功能，正常使用時(shí)是一種功能，在某種條件下是另一種功能。(1)ale/prog地址鎖存允許/片內(nèi)eprom編程脈沖。ale功能：用來鎖存p0口送出的低8位地址。80c51在并行擴(kuò)展外存儲器（包括并行擴(kuò)展i/o口）時(shí)，p0口用于分時(shí)傳送低8位地址和數(shù)據(jù)信號，且均為二進(jìn)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(dāng)ale信號有效時(shí)，p0口傳送的是低8位地址信號；ale信號無效時(shí)，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口傳送的內(nèi)容，即低8位地址信號。需要指出的是，當(dāng)cpu不執(zhí)行訪問外ram指令（movx）時(shí)，ale以時(shí)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(shí)鐘或其他需要。但是，當(dāng)cpu執(zhí)行movx指令時(shí)，ale將跳過一個(gè)ale脈沖。ale端可驅(qū)動8個(gè)lsttl門電路。prog功能：片內(nèi)有eprom的芯片，在eprom編程期間，此引腳輸入編程脈沖。(2)psen外rom讀選通信號。80c51讀外rom時(shí)，沒個(gè)機(jī)器周期內(nèi)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(nèi)rom或讀外ram時(shí)，psen無效。psen可驅(qū)動8個(gè)lsttl門電路。 (3)rst/vpd復(fù)位/備用電源。正常工作時(shí)，rst（reset）端為復(fù)位信號輸入端，只要在該引腳上連續(xù)保持兩個(gè)機(jī)器周期以上高電平，80c51芯片即實(shí)現(xiàn)復(fù)位操作，復(fù)位后一切從頭開始，cpu從0000h開始執(zhí)行指令。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(nèi)供電，以保持片內(nèi)ram中的數(shù)據(jù)不丟失。(4)ea/vpp 內(nèi)外rom選擇/片內(nèi)eprom編程電源。ea功能：正常工作時(shí)，ea為內(nèi)外rom選擇端。80c51單片機(jī)rom尋址范圍為64kb，其中4kb在片內(nèi)，60kb在片外（80c31芯片無內(nèi)rom，全部在片外）。當(dāng)ea保持高電平時(shí)，先訪問內(nèi)rom，但當(dāng)pc（程序計(jì)數(shù)器）值超過4kb（0fffh）時(shí)，將自動轉(zhuǎn)向執(zhí)行外rom中的程序。當(dāng)ea保持低電平時(shí)，則只訪問外rom，不管芯片內(nèi)有否內(nèi)rom。對80c31芯片，片內(nèi)無rom，因此ea必須接地。vpp功能：片內(nèi)有eprom的芯片，在eprom編程期間，此引腳用于施加編程電源vpp。對4個(gè)控制引腳，應(yīng)熟記起第一功能，了解其第二功能。嚴(yán)格來講，80c51的控制線還應(yīng)該包括p3口的第二功能。(5)i/o引腳80c51共有4個(gè)8位并行i/o端口,共32個(gè)引腳p0口8位雙向i/o口。在不并行擴(kuò)展外存儲器(包括并行擴(kuò)展i/o口)時(shí), p0口可用作雙向i/o口。在并行擴(kuò)展外存儲器(包括并行擴(kuò)展i/o口)時(shí), p0口可用于分時(shí)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(jié)構(gòu)如圖2-3所示。p0口能驅(qū)動8個(gè)lsttl門。vcc地址/數(shù)據(jù)控制鎖存器p0.xdcpqqmuxv1v2p0.x引腳讀鎖存器寫鎖存器內(nèi)部總線讀引腳&1圖2-3 p0口位結(jié)構(gòu)p1口8位準(zhǔn)雙向i/o口(“準(zhǔn)雙向”是指該口內(nèi)部有固定的上拉電阻)。位結(jié)構(gòu)如圖2-4所示。p1口能驅(qū)動為4個(gè)lsttl門。vcc鎖存器p1.xdcpqqp1.x引腳讀鎖存器寫鎖存器內(nèi)部總線讀引腳內(nèi)部上拉電阻圖 2-4 p1口位結(jié)構(gòu)p2口8位準(zhǔn)雙向i/o口。在不并行擴(kuò)展外存儲器(包括并行擴(kuò)展i/o口)時(shí), p2口可用作雙向i/o口。在并行擴(kuò)展外存儲器(包括并行擴(kuò)展i/o口)時(shí), p2口可用于傳送高8位地址(屬地址總線) 。p2口能驅(qū)動4個(gè)lsttl門。p2口的位結(jié)構(gòu)如圖2-5所示，引腳上拉電阻同p1口。在結(jié)構(gòu)上，p2口比p1口多一個(gè)輸出控制部分。鎖存器p2.xdcpqq讀鎖存器寫鎖存器內(nèi)部總線讀引腳vccp2.x引腳內(nèi)部上拉電阻1地址控制mux圖 2-5 p2口位結(jié)構(gòu)p3口8位準(zhǔn)雙向i/o口?？勺饕话鉯/o口用,同時(shí)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(qū)動能力為4個(gè)lsttl門。 圖 2-6 p3口位結(jié)構(gòu)p3口第二功能如下:p3.0rxd:串行口輸入端;p3.1txd:串行口輸出端;p3.2int0:外部中斷0請求輸入端;p3.3int1:外部中斷1請求輸入端p3.4t0:定時(shí)/計(jì)數(shù)器0外部信號輸入端;p3.5t1:定時(shí)/計(jì)數(shù)器1外部信號輸入端;p3.6wr:外ram寫選通信號輸出端;p3.7rd:外ram讀選通信號輸出端。上述4個(gè)i/o口,各有各的用途。 在不并行擴(kuò)展外存儲器(包括并行擴(kuò)展i/o口)時(shí), 4個(gè)i/o口都可作為雙向i/o口用。在并行擴(kuò)展外存儲器(包括并行擴(kuò)展i/o口)時(shí), p0口專用于分時(shí)傳送低8位地址信號和8位數(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。第3章 單片機(jī)的硬件設(shè)計(jì)3.1 最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)圖3-1 單片機(jī)最小系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖單片機(jī)的最小系統(tǒng)是由電源、復(fù)位、晶振、/ea=1組成，下面介紹一下每一個(gè)組成部分。1.電源引腳vcc40電源端gnd20接地端工作電壓為5v，另有at89lv51工作電壓則是2.7-6v, 引腳功能一樣。 2.外接晶體引腳圖3-2 晶振連接的內(nèi)部、外部方式圖xtal119xtal218xtal1是片內(nèi)振蕩器的反相放大器輸入端，xtal2則是輸出端，使用外部振蕩器時(shí)，外部振蕩信號應(yīng)直接加到xtal1，而xtal2懸空。內(nèi)部方式時(shí)，時(shí)鐘發(fā)生器對振蕩脈沖二分頻，如晶振為12mhz，時(shí)鐘頻率就為6mhz。晶振的頻率可以在1mhz-24mhz內(nèi)選擇。電容取30pf左右。系統(tǒng)的時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)是采用的內(nèi)部方式，即利用芯片內(nèi)部的振蕩電路。at89單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)用于構(gòu)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(gè)放大器與作為反饋元件的片外晶體諧振器一起構(gòu)成一個(gè)自激振蕩器。外接晶體諧振器以及電容c1和c2構(gòu)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(yán)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(yīng)盡可能的選擇陶瓷電容，電容值約為22f。在焊接刷電路板時(shí)，晶體振蕩器和電容應(yīng)盡可能安裝得與單片機(jī)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。3.復(fù)位rst9在振蕩器運(yùn)行時(shí)，有兩個(gè)機(jī)器周期（24個(gè)振蕩周期）以上的高電平出現(xiàn)在此引腿時(shí)，將使單片機(jī)復(fù)位，只要這個(gè)腳保持高電平，51芯片便循環(huán)復(fù)位。復(fù)位后p0p3口均置1引腳表現(xiàn)為高電平，程序計(jì)數(shù)器和特殊功能寄存器sfr全部清零。當(dāng)復(fù)位腳由高電平變?yōu)榈碗娖綍r(shí)，芯片為rom的00h處開始運(yùn)行程序。復(fù)位是由外部的復(fù)位電路來實(shí)現(xiàn)的。片內(nèi)復(fù)位電路是復(fù)位引腳rst通過一個(gè)斯密特觸發(fā)器與復(fù)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(gè)機(jī)器周期的s5p2，由復(fù)位電路采樣一次。復(fù)位電路通常采用上電自動復(fù)位和按鈕復(fù)位兩種方式，此電路系統(tǒng)采用的是上電與按鈕復(fù)位電路。當(dāng)時(shí)鐘頻率選用6mhz時(shí)，c取22f，rs約為200，rk約為1k。復(fù)位操作不會對內(nèi)部ram有所影響。常用的復(fù)位電路如下圖所示：圖3-3 常用復(fù)位電路圖4.輸入輸出引腳(1) p0端口p0.0-p0.7 p0是一個(gè)8位漏極開路型雙向i/o端口，端口置1（對端口寫1）時(shí)作高阻抗輸入端。作為輸出口時(shí)能驅(qū)動8個(gè)ttl。對內(nèi)部flash程序存儲器編程時(shí)，接收指令字節(jié);校驗(yàn)程序時(shí)輸出指令字節(jié)，要求外接上拉電阻。在訪問外部程序和外部數(shù)據(jù)存儲器時(shí)，p0口是分時(shí)轉(zhuǎn)換的地址(低8位)/數(shù)據(jù)總線，訪問期間內(nèi)部的上拉電阻起作用。(2) p1端口p1.0p1.7 p1是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向i/0端口。輸出時(shí)可驅(qū)動4個(gè)ttl。端口置1時(shí)，內(nèi)部上拉電阻將端口拉到高電平，作輸入用。對內(nèi)部flash程序存儲器編程時(shí)，接收低8位地址信息。(3) p2端口p2.0p2.7 p2是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向i/0端口。輸出時(shí)可驅(qū)動4個(gè)ttl。端口置1時(shí)，內(nèi)部上拉電阻將端口拉到高電平，作輸入用。對內(nèi)部flash程序存儲器編程時(shí)，接收高8位地址和控制信息。在訪問外部程序和16位外部數(shù)據(jù)存儲器時(shí)，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(shí)其引腳上的內(nèi)容在此期間不會改變。(4) p3端口p3.0p3.7 p2是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向i/0端口。輸出時(shí)可驅(qū)動4個(gè)ttl。端口置1時(shí)，內(nèi)部上拉電阻將端口拉到高電平，作輸入用。對內(nèi)部flash程序存儲器編程時(shí)，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。表3-1p3端口引腳兼用功能表p3引腳兼用功能p3.0串行通訊輸入（rxd）p3.1串行通訊輸出（txd）p3.2外部中斷0（ int0）p3.3外部中斷1（int1）p3.4定時(shí)器0輸入(t0)p3.5定時(shí)器1輸入(t1)p3.6外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通wrp3.7外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通rd3.2 led顯示電路顯示器普遍地用于直觀地顯示數(shù)字系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)和工作數(shù)據(jù)，按照材料及產(chǎn)品工藝，單片機(jī)應(yīng)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。圖3-4 led顯示器的符號圖發(fā)光二極管（led）由特殊的半導(dǎo)體材料砷化鎵、磷砷化鎵等制成，可以單獨(dú)使用，也可以組裝成分段式或點(diǎn)陣式led顯示器件（半導(dǎo)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(gè)發(fā)光二極管。外加正向電壓時(shí)二極管導(dǎo)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。顯示電路顯示模塊需要實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前的時(shí)間,即時(shí)、分、秒，因此需要6個(gè)數(shù)碼管，另需兩個(gè)數(shù)碼管來顯示橫。采用動態(tài)顯示方式顯示時(shí)間，硬件連接如下圖所示，時(shí)的十位和個(gè)位分別顯示在第一個(gè)和第二個(gè)數(shù)碼管，分的十位和個(gè)位分別顯示在第四個(gè)和第五個(gè)數(shù)碼管，秒的十位和個(gè)位分別顯示在第七個(gè)和第八個(gè)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(qū)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(jìn)行顯示，其硬件連接方式如下圖所示。圖3-5 數(shù)碼管的硬件連接示意圖數(shù)碼管使用條件：a、段及小數(shù)點(diǎn)上加限流電阻b、使用電壓：段：根據(jù)發(fā)光顏色決定；小數(shù)點(diǎn)：根據(jù)發(fā)光顏色決定c、使用電流：靜態(tài)：總電流 80ma（每段 10ma）；動態(tài)：平均電流 4-5ma峰值電流 100ma數(shù)碼管使用注意事項(xiàng)說明：（）數(shù)碼管表面不要用手觸摸，不要用手去弄引角；（）焊接溫度：度；焊接時(shí)間：（）表面有保護(hù)膜的產(chǎn)品,可以在使用前撕下來。3.3 鍵盤控制電路行列式鍵盤的接法比獨(dú)立式鍵盤的接法復(fù)雜，編程實(shí)現(xiàn)上也會比較復(fù)雜。但是，在占用相同的io端口的情況下，行列式鍵盤的接法會比獨(dú)立式接法允許的按鍵數(shù)量多。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(gè)按鍵的矩陣鍵盤相連接，能對鍵盤不斷掃描、自動消抖、自動識別按下的鍵，并給出編碼，能對雙鍵或n個(gè)鍵同時(shí)按下的情況實(shí)行保護(hù)。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(fù)用信號，可以顯示多達(dá)16位的字符或數(shù)字。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io線均置成低電平，然后將行線電平狀態(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。鍵盤中哪一個(gè)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(diǎn)上的那個(gè)鍵。單片機(jī)鍵盤掃描法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(shí)0狀態(tài)的行、列交點(diǎn)的鍵就是所按下的鍵。掃描法的特點(diǎn)是逐行（或逐列）掃描查詢，這時(shí)相應(yīng)行（或列）應(yīng)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(gè)鍵按下的，圖1中行線上拉電阻接5v，列線逐列掃描。逐行（或列）掃描查詢法。確定矩陣式鍵盤上哪個(gè)鍵被按下時(shí)運(yùn)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。判斷鍵盤中有無鍵按下，將全部行線y0y3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(gè)按鍵之中。若所有列線均為高電平，則鍵盤中無鍵按下。判斷閉合鍵所在的位置，在確認(rèn)有鍵按下后，即可進(jìn)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(shí)，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。反轉(zhuǎn)法。掃描法要逐列（行）掃描查詢，當(dāng)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(zhuǎn)法只要經(jīng)過兩個(gè)步驟就可獲得鍵值。線反轉(zhuǎn)法原理 硬件采用中斷方式工作，用一個(gè)8位io口構(gòu)成44鍵盤。將d3d0設(shè)為列輸入線，d7d4設(shè)為行輸出線，并使io輸出信號d7d4為0000。若有鍵按下，與門的輸出端變?yōu)榈碗娖剑騝pu申請中斷，表示鍵盤中有鍵按下。與此同時(shí)，d3d0的數(shù)據(jù)輸入到內(nèi)存中的某一單元中，其中0位對應(yīng)的是被按下鍵的列位置。將第一步中的傳送方向反轉(zhuǎn)過來，即將d7d4設(shè)為輸入線，d3d0設(shè)為輸出線。使io口輸出數(shù)據(jù)為n單元中的數(shù)（即d3d0為按下鍵的列位置），然后讀入io口數(shù)據(jù)，并送入內(nèi)存n1單元中存放，該數(shù)據(jù)的d7d4位中0電平對應(yīng)的位是按下鍵的行位置。最后，將n單元中的d3d0與n1單元中的d7d4拼接起來就是按下鍵的鍵值。單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，任何io口或擴(kuò)展io口均可構(gòu)成行列式鍵盤。典型的鍵盤接口有通用io擴(kuò)展口、串行l(wèi)o擴(kuò)展口和專用鍵盤芯片構(gòu)成的行列式鍵盤。由于帶有行列式鍵盤的應(yīng)用系統(tǒng)中通常都有顯示器，為節(jié)省io口線，往往把顯示器電路與行列式鍵盤做在一個(gè)接口電路中。鍵按下前沿抖動后沿抖動閉合穩(wěn)定圖3-6 按鍵抖動信號波形3.4 lcd1602簡介3.4.1 lcd1602 引腳功能lcd1602引腳如圖3-7所示：圖3-7 lcd1602管腳功能圖引腳的功能如表3-2所示：表3-2 lcd1602管腳功能表3.4.2 lcd1602顯示模塊指令集（1）清屏功能：清ddrom值和 ac值。（2）歸位功能：光標(biāo)復(fù)位，光標(biāo)返回到地址 00h。（3）輸入方式設(shè)置功能：設(shè)置光標(biāo)、畫面移動方式。 其中：i/d=1：數(shù)據(jù)讀寫操作后，ac自加一； i/d=0：數(shù)據(jù)讀寫操作后，ac自減一； s=1：數(shù)據(jù)讀寫操作，畫面平移； s=0：數(shù)據(jù)讀寫操作，畫面不動。 （4）顯示開關(guān)控制功能：設(shè)置顯示、光標(biāo)和閃爍開關(guān)。 其中：d表示顯示開關(guān)，d=1 為開，d=0 為關(guān)； c表示光標(biāo)開關(guān)，c=1為開，c=0為關(guān)； b表示閃爍開關(guān)，b=1為開，b=0為關(guān)。 （5）光標(biāo)、畫面位移功能：光標(biāo)、畫面移動。 其中：s/c=1畫面移動一個(gè)字符位； s/c=0光標(biāo)移動一個(gè)字符位； r/l=1:右移；r/l=0 左移。 （6）功能設(shè)置功能：工作方式設(shè)置（初始化指令）。 其中：dl=1，8位數(shù)據(jù)接口；dl=0，4 位數(shù)據(jù)接口； n=1，兩行顯示；n=0，一行顯示；f=1，5*10點(diǎn)陣顯示；f=0,5*7 點(diǎn)陣顯示。（7）cgram地址設(shè)置功能：設(shè)置cgram地址，a5a0=03fh。（8）ddram地址設(shè)置功能：設(shè)置ddram地址。 其中： n=0，一行顯示a6a0=04fh； n=1兩行顯示，首行a6a0=02fh，次行 a6a0=4067h。 （9）讀 bf及 ac值功能：讀忙 bf和地址計(jì)數(shù)器 ac的值。 其中：bf=1：忙，bf=0：準(zhǔn)備好。此時(shí) ac 值意義為最近一次地址設(shè)置（cgram或 ddram）定義。（10）寫數(shù)據(jù)功能：根據(jù)最近設(shè)置的地址性質(zhì)，數(shù)據(jù)寫入cgram或 ddram中。（11）讀數(shù)據(jù)功能：根據(jù)最近設(shè)置的地址性質(zhì)，從 cgram或ddram數(shù)據(jù)讀出。系統(tǒng)電路圖 圖3-8 單片機(jī)系統(tǒng)連接液晶電路原理圖3.5單片機(jī)電路設(shè)計(jì)完整架構(gòu)圖3-9 單片機(jī)最小型總原理圖圖3-10 單片機(jī)232串口下載電路原理圖圖3-11 8位共陽數(shù)碼管電路連接圖第4章 單片機(jī)的軟件設(shè)計(jì)4.1 lcd1602時(shí)鐘軟件設(shè)計(jì)4.1.1 ds1302介紹ds1302是美國dallas公司推出的一種高性能、低功耗的實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片，附加31字節(jié)靜態(tài)ram，采用spi三線接口與cpu進(jìn)行同步通信，并可采用突發(fā)方式一次傳送多個(gè)字節(jié)的時(shí)鐘信號和ram數(shù)據(jù)。實(shí)時(shí)時(shí)鐘可提供秒、分、時(shí)、日、星期、月和年，一個(gè)月小于31天時(shí)可以自動調(diào)整，且具有閏年補(bǔ)償功能。工作電壓寬達(dá)2.55.5v。采用雙電源供電（主電源和備用電源），可設(shè)置備用電源充電方式，提供了對后背電源進(jìn)行涓細(xì)電流充電的能力。ds1302的外部引腳分配如圖4-1所示及內(nèi)部結(jié)構(gòu)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(diǎn)的記錄上，能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)與出現(xiàn)該數(shù)據(jù)的時(shí)間同時(shí)記錄，因此廣泛應(yīng)用于測量系統(tǒng)中。時(shí)鐘芯片ds1302引腳排列，如圖所示。圖4-1 ds1302管腳示例圖4-2 ds1302內(nèi)部結(jié)構(gòu)各引腳的功能為：vcc1：主電源；vcc2：備用電源。當(dāng)vcc2vcc1+0.2v時(shí)，由vcc2向ds1302供電，當(dāng)vcc2vcc1時(shí)，由vcc1向ds1302供電。sclk：串行時(shí)鐘，輸入，控制數(shù)據(jù)的輸入與輸出；i/o：三線接口時(shí)的雙向數(shù)據(jù)線；ce：輸入信號，在讀、寫數(shù)據(jù)期間，必須為高。該引腳有兩個(gè)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(jié)束單字節(jié)或多字節(jié)數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆椒?。ds1302有下列幾組寄存器：1、ds1302有關(guān)日歷、時(shí)間的寄存器共有12個(gè)，其中有7個(gè)寄存器（讀時(shí)81h），存放的數(shù)據(jù)格式為bcd碼形式。如圖4-3所示圖4-3小時(shí)寄存器（85h、84h）的位7用定義ds1302時(shí)運(yùn)行于12小時(shí)模式還是24小時(shí)模式。當(dāng)為高時(shí)，選擇12小時(shí)模式。在12小時(shí)模式時(shí)，位5是，當(dāng)為1時(shí)，表示pm。在24小時(shí)模式時(shí)，位5是第二個(gè)10小時(shí)位。秒寄存器（81j、80h）的位7定義為時(shí)鐘暫停標(biāo)志（ch）。當(dāng)該位置位1時(shí)，時(shí)鐘振蕩器停止，ds1302處于低功耗狀態(tài)；當(dāng)該位置位0時(shí)，時(shí)鐘開始運(yùn)行。控制寄存器（8fh、8eh）的位7是寫保護(hù)位（wp），其它7位均置為0。在任何的對時(shí)鐘和ram的寫操作之前，wp位必須為0。當(dāng)wp位為1時(shí)，寫保護(hù)位防止對任一寄存器的寫操作。2 讀寫時(shí)序說明ds1302時(shí)spi總線驅(qū)動方式。它不僅要向寄存器寫入控制字，還需要讀取相應(yīng)寄存器的數(shù)據(jù)。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。圖4-4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。 位6：如果為0，則表示存取日歷時(shí)鐘數(shù)據(jù)，為1表示存取ram數(shù)據(jù)； 位5至位1（a4a0）：指示操作單元的地址； 位0（最低有效位）：如為0，表示要進(jìn)行寫操作，為1表示進(jìn)行讀操作。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(gè)sclk時(shí)鐘的上升沿時(shí)，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(gè)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。4.1.2 時(shí)鐘ds1302硬件連接圖4-5 ds1302硬件連接圖4.2 lcd1602時(shí)鐘軟件程序（部分）#include #include #include #define delaynop() ; _nop_() ;_nop_() ;_nop_() ;_nop_() ; ;#define lcm_rw p2_6 /定義引腳#define lcm_rs p2_5#define lcm_e p2_7#define lcm_data p0#define busy 0x80 /用于檢測lcm狀態(tài)字中的busy標(biāo)識#define uchar unsigned charsbit t_clk=p10;sbit t_io =p11;sbit t_rst=p12;sbit acc0=acc0;sbit acc7=acc7;sbit led=p14; /背光燈輸出 (因本實(shí)驗(yàn)板無此功能 所以此項(xiàng)功能用p1.4led燈作為指示)sbit system=p32; /模式 對應(yīng)實(shí)驗(yàn)板k1按鍵sbit timerup=p33; /時(shí)間減 對應(yīng)實(shí)驗(yàn)板k2按鍵sbit timerdown=p34; /時(shí)間加 對應(yīng)實(shí)驗(yàn)板k3按鍵sbit beep=p36; /蜂鳴器void set(uchar,uchar); /根據(jù)選擇調(diào)整相應(yīng)項(xiàng)目void rtinputbyte(uchar); /輸入 1byte */uchar rtoutputbyte(void); /輸出 1byte */void w1302(uchar, uchar); /向ds1302寫入一個(gè)字節(jié)uchar r1302(uchar); /從ds1302讀出一個(gè)字節(jié)void set1302(uchar * ); /設(shè)置時(shí)間 void keysound(); /按鍵音void clocksound(); /鬧鈴蜂鳴聲uchar id,msec,model,ledtime,d;bit a,b; /閃爍標(biāo)志位 uchar inittime7=0x50,0x59,0x23,0x24,0x07,0x05,0x09;/初始化后設(shè)置為：11年6月7日星期2 08點(diǎn)00分00秒void out_lcm(void); /顯示屏幕void model0(void); /顯示輸出void model1(void);void model2(void);void model3(void);void model4(void);void model5(void);void model6(void); void id_case1_key();/項(xiàng)目調(diào)整void modset(); /模式鍵處理void writedatalcm(uchar wdlcm);void writecommandlcm(uchar wclcm,buysc);uchar readstatuslcm(void);void lcminit(void);void outputinformation(uchar x, uchar y, uchar ddata);void displaylistchar(uchar x, uchar y, uchar code *ddata);void delay5ms(void);void delay400ms(void);void systemsetup(void); /進(jìn)入系統(tǒng)設(shè)置uchar code systemp=system.setup; /字符串輸出(系統(tǒng)設(shè)定)uchar code timer=time; /字符串輸出(時(shí)間)uchar code date=date; /字符串輸出(日期)uchar code alarmclock=clock; /字符串輸出（鬧鈴）uchar code lamp=lamp; /字符串輸出（背光燈）uchar code reset=reset; /字符串輸出（時(shí)間歸零）uchar code exit=exit; /字符串輸出（退出）uchar code set=set;/字符串輸出（設(shè)置）uchar code sec=sec; /字符串輸出（秒）uchar code clockset=clockset;/字符串輸出（鬧鈴設(shè)置）uchar code clockon=on; /字符串輸出（on）uchar code clockoff=off; /字符串輸出（off）void timesetup(void); /時(shí)間設(shè)置void datesetup(void); /日期設(shè)置void alarmclockset(void); /鬧鈴設(shè)置void lampsetup(void); /背光燈設(shè)置void timereset(void); /時(shí)間清零第5章 調(diào)試與功能說明單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的調(diào)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(jìn)行綜合調(diào)試，排除可能的軟/硬件故障。5.1 硬件調(diào)試拿到電路板后，首先要檢查加工質(zhì)量，并確保沒有任何方面的錯(cuò)誤，如短路和斷路，尤其要避免電源短路；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(yīng)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(guān)系。將萬用表的探針放到單片機(jī)接電源的引腳上檢測一下，看是否符合要求。5.2 系統(tǒng)性能測試與功能說明走時(shí)：默認(rèn)為走時(shí)狀態(tài)，按24小時(shí)制分別顯示“時(shí)時(shí)-分分-秒秒”，有2個(gè)“-”動態(tài)顯示，時(shí)間會按實(shí)際時(shí)間以秒為最少單位變化。走時(shí)調(diào)整：按ksec對秒進(jìn)行調(diào)整，按一下加一秒；按kmin對分進(jìn)行調(diào)整，按一下加一分；按khour對時(shí)進(jìn)行調(diào)整，按一下加一小時(shí)，從而達(dá)到快速設(shè)定時(shí)間的目的。5.3 系統(tǒng)時(shí)鐘誤差分析時(shí)間是一個(gè)基本物理量，具有連續(xù)、自動流逝、不重復(fù)等特性。我國時(shí)間基準(zhǔn)來自國家授時(shí)中心，人們?nèi)粘Ｊ褂玫臅r(shí)鐘就是以一定的精度與該基準(zhǔn)保持同步的。結(jié)合時(shí)間概念和誤差理論，可以定義電子鐘的走時(shí)誤差s=s1-s2,s1表示程序?qū)嶋H運(yùn)行計(jì)算所得的秒；s2表示客觀時(shí)間的標(biāo)準(zhǔn)秒。s0時(shí)表示電子鐘秒單元數(shù)值刷新滯后，即走時(shí)誤差為“慢”；反之，s0表示秒單元數(shù)值的刷新超前，即走時(shí)誤差為“快”。本次設(shè)計(jì)的單片機(jī)電子鐘系統(tǒng)中，其誤差主要來源包括晶體頻率誤差，定時(shí)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(shí)誤差；定時(shí)器溢出的時(shí)間誤