單片機課程設(shè)計基于單片機的掉電數(shù)據(jù)保持存儲器

1、東 北 石 油 大 學(xué) 課 程 設(shè) 計課 程 單片機課程設(shè)計 題 目 基于單片機的掉電數(shù)據(jù)保持存儲器 院 系 專業(yè)班級 學(xué)生XX 學(xué)生學(xué)號 指導(dǎo)教師 2013年 7 月 8日 東北石油大學(xué)課程設(shè)計任務(wù)書課程單片機課程設(shè)計 題目基于單片機的掉電數(shù)據(jù)保持存儲器專業(yè)學(xué)號一、任務(wù)設(shè)計一款以AT89C51單片機為控制核心，利用AT24C02存芯片設(shè)計的一種掉電數(shù)據(jù)存儲器，這種存儲器掉電后再次開機，LED數(shù)碼管能夠顯示上次關(guān)機時的數(shù)字。二、設(shè)計要求1掌握AT24C02存芯片的工作原理與使用方法。2 通過對AT89C51單片機的編程，實現(xiàn)存儲器掉電后再次開機時，LED數(shù)碼管能夠顯示上次關(guān)機時的數(shù)字。3 寫出

2、詳細(xì)的設(shè)計報告。4 給出全部電路和源程序。三、參考資料1 焦麗鵑.春旭.郭學(xué)良.液晶顯示器在人機交互系統(tǒng)中的應(yīng)用J.信息技術(shù)，2006年11期. 2 馬忠梅.單片機的C 語言應(yīng)用程序設(shè)計M.：航空航天大學(xué).20063 勇數(shù)字電路M.電子工業(yè)，20044 紅衛(wèi).單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計實例與分析M.：航空航天大學(xué).2003 .5 周潤景.基于Proteus的電路與單片機仿真系統(tǒng)設(shè)計與仿真M.:航空航天大學(xué). 2005.完成期限2013.7.1 - 2013.7.10指導(dǎo)教師 專業(yè)負(fù)責(zé)人2013年 6月 29 日16 / 21目 錄第1章 緒論11.1 掉電數(shù)據(jù)保持存儲器的概述11.2 單片機發(fā)展的技術(shù)

3、狀況11.3 本設(shè)計任務(wù)2第2 章 總體方案論證與設(shè)計32.1 總體方案思路分析32.2 總體硬件組成框圖3第3章 系統(tǒng)硬件設(shè)計53.1 掉電數(shù)據(jù)保持存儲器的硬件設(shè)計53.2 晶振電路模塊的設(shè)計53.3 復(fù)位電路模塊的設(shè)計73.4 數(shù)碼顯示管模塊設(shè)計8第4章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計94.1 主程序設(shè)計94.2 子程序設(shè)計10第5章 系統(tǒng)調(diào)試與測試結(jié)果分析115.1 使用的儀器儀表115.2 系統(tǒng)調(diào)試115.3 測試結(jié)果11結(jié) 論12參考文獻13附錄14第1章 緒論近年來隨著計算機在社會領(lǐng)域的滲透和大規(guī)模集成電路的發(fā)展，單片機的應(yīng)用正在不斷地走向深入，由于它具有功能強，體積小，功耗低，價格便宜，工作可靠

4、，使用方便等特點，因此特別適合于與控制有關(guān)的系統(tǒng)，越來越廣泛地應(yīng)用于自動控制，智能化儀器，儀表，數(shù)據(jù)采集，軍工產(chǎn)品以與家用電器等各個領(lǐng)域，單片機往往是作為一個核心部件來使用，在根據(jù)具體硬件結(jié)構(gòu)，以與針對具體應(yīng)用對象特點的軟件結(jié)合，以作完善。 而51系列單片機1是各單片機中最為典型和最有代表性的一種，通過本次課程設(shè)計進一步對單片機學(xué)習(xí)和應(yīng)用，從而更熟悉單片機的原理和相關(guān)設(shè)計并提高了開發(fā)軟、硬件的能力。本設(shè)計是通過單片機設(shè)計一個掉電數(shù)據(jù)存儲器，要求開機后，LED數(shù)碼管能夠顯示上次關(guān)機的數(shù)字。還要設(shè)計一個能夠進行數(shù)據(jù)回查的儀表。1.1 掉電數(shù)據(jù)保持存儲器的概述在位置測量系統(tǒng)中，基準(zhǔn)量的建立是最基本的

5、，也是必不可少的而在目前所流行的位置測量系統(tǒng)中，大都采用相對測量或相對測量和絕對測量相結(jié)合的方法不論是前者還是后者，要想保證測量基準(zhǔn)在整個測量過程中不發(fā)生丟失，測量系統(tǒng)信息掉電保護就顯得特別重要由于有了系統(tǒng)信息掉電保護，可避免多次重建測量基準(zhǔn)，而保證測量基準(zhǔn)在整個測量過程中不發(fā)生丟失所以在當(dāng)前所用的測量系統(tǒng)中，信息掉電保護功能是必不可少的所謂信息掉電保護是指系統(tǒng)在掉電的瞬間，能把測量頭的位置坐標(biāo)準(zhǔn)確記錄下來，待下次上電后，就可正確復(fù)現(xiàn)掉電前測量頭的位置坐標(biāo)，保證了在接下去的測量過程中，測量基準(zhǔn)不發(fā)生變化，從而保證測量系統(tǒng)在整個測量過程中的準(zhǔn)確性2。1.2 單片機發(fā)展的技術(shù)狀況在測量、控制等領(lǐng)域

6、的應(yīng)用中，常要求單片機部和外部RAM中的數(shù)據(jù)在電源掉電時不丟失，重新加電時，RAM中的數(shù)據(jù)能夠保存完好，這就要求對單片機系統(tǒng)加接掉電保護電路。掉電保護通?？刹捎靡韵氯N方法：一是加接不間斷電源，讓整個系統(tǒng)在掉電時繼續(xù)工作，二是采用備份電源，掉電后保護系統(tǒng)中全部或部分?jǐn)?shù)據(jù)存儲單元的容；三是采用EEPROM來保存數(shù)據(jù)。由于第一種方法體積大、成本高，對單片機系統(tǒng)來說，不宜采用。第二種方法是根據(jù)實際需要，掉電時保存一些必要的數(shù)據(jù)，使系統(tǒng)在電源恢復(fù)后，能夠繼續(xù)執(zhí)行程序，因而經(jīng)濟實用，故大量采用。EEPROM既具有ROM掉電不丟失數(shù)據(jù)的特點，又有RAM隨機讀的特點。但由于其讀寫速度與讀寫次數(shù)的限制，使得E

7、EPROM不能完全代替RAM3。1.3 本設(shè)計任務(wù)本研究即以AT89C51單片機為核心，利用AT24C02存芯片設(shè)計一個掉電數(shù)據(jù)保持存儲器，要求系統(tǒng)在斷電時，能夠保存數(shù)據(jù)，再次開機時，可以使LED數(shù)碼管能夠顯示上次關(guān)機時的數(shù)字。其基本電路包括：單片機最小系統(tǒng)、I2C接口電路、LED顯示電路等。第2 章 總體方案論證與設(shè)計本系統(tǒng)采用單片機AT89C51為控制核心，利用AT24C02存芯片4設(shè)計一個掉電數(shù)據(jù)保持存儲器，要求系統(tǒng)在斷電時，能夠保存數(shù)據(jù)，再次開機時，可以使LED數(shù)碼管能夠顯示上次關(guān)機時的數(shù)字。系統(tǒng)主要包括單片機最小系統(tǒng)、I2C接口電路、LED顯示電路等。2.1 總體方案思路分析AT89

8、C5l 中有一個用于構(gòu)成部振蕩器的高增益反相放大器，引腳 XTAL1 和 XTAL2 分別是該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石英晶體或瓷諧振器一起構(gòu)成自激振蕩器，振蕩電路。 外接石英晶體與電容 C1、C2 接在放大器的反饋回路中構(gòu)成并聯(lián)振蕩電路。對外接電容 C1、C2 雖然沒有十分嚴(yán)格的要求，但電容容量的大小會輕微影響振蕩頻率的高低、振蕩器工作的穩(wěn)定性、起振的難易程序與溫度穩(wěn)定性，如果使用石英晶體，我們推薦電容使用 30pF±10pF，而如使用瓷諧振器建議選擇 40pF±10F。 用戶也可以采用外部時鐘。采用外部時鐘的電路。這種情況下，外部時鐘脈沖接

9、到 XTAL1 端，即部時鐘發(fā)生器的輸入端，XTAL2 則懸空。 在掉電模式下，振蕩器停止工作，進入掉電模式的指令是最后一條被執(zhí)行的指令，片 RAM 和特殊功能寄存器的容在終止掉電模式前被凍結(jié)。退出掉電模式的唯一方法是硬件復(fù)位，復(fù)位后將重新定義全部特殊功能寄存器但不改變 RAM中的容，在 Vcc 恢復(fù)到正常工作電平前，復(fù)位應(yīng)無效，且必須保持一定時間以使振蕩器重啟動并穩(wěn)定工作。同時AT24C02存儲芯片，既具有ROM掉電不丟失數(shù)據(jù)的特點，又有RAM隨機讀寫的特點。所以使用EEPROM AT24C02實現(xiàn)掉電保護，我們根據(jù)其特點進行設(shè)計5。2.2 總體硬件組成框圖 AT89C51 LED顯示器AT

10、24C0數(shù)據(jù)存儲芯片 晶振電路 復(fù)位電路 開關(guān)控制電路 圖2-1 總體硬件組成框圖 系統(tǒng)框圖如圖2-1所示，系統(tǒng)主要由單片機AT89C51，數(shù)據(jù)存儲芯片AT24C02，晶振電路，復(fù)位電路，開關(guān)控制電路組成。第3章 系統(tǒng)硬件設(shè)計3.1 掉電數(shù)據(jù)保持存儲器的硬件設(shè)計3.1.1 AT89C51芯片介紹AT89C51 是美國 ATMEL 公司生產(chǎn)的低電壓，高性能 CMOS8 位單片機，片含 4k bytes 的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲器（PEROM）和 128 bytes 的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM），器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn) MCS-51 指令系統(tǒng)，片置通

11、用 8 位中央處理器（CPU）和 Flash 存儲單元，功能強大 AT89C51 單片機可為您提供許多高性價比的應(yīng)用場合，可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。AT89C51 提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能：4k 字節(jié) Flash 閃速存儲器，128 字節(jié)部 RAM，32 個 IO 口線，兩個 16 位定時計數(shù)器，一個 5 向量兩級中斷結(jié)構(gòu)，一個全雙工串行通信口，片振蕩器與時鐘電路。同時，AT89C51 可降至 0Hz 的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式?？臻e方式停止 CPU 的工作，但允許 RAM，定時計數(shù)器，串行通信口與中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存 RAM 中的容，但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件

12、工作直到下一個硬件復(fù)位6。圖3-1-1 AT89C51引腳圖3.1.2 驅(qū)動電路的設(shè)計此系統(tǒng)中驅(qū)動電路原理圖如圖3-1-2所示。圖3-1-2 驅(qū)動電路原理圖3.2 晶振電路模塊的設(shè)計圖3-2 晶振電路89C51芯片部有一個高增益反相放大器，用于構(gòu)成振蕩器7。如圖32，反相放大器的輸入端為XTAL1 ，輸出端為XTAL2，兩個跨接石英晶體與兩個電容就可以構(gòu)成穩(wěn)定的自激振蕩器。電容器通常取30pF左右，可以穩(wěn)定頻率并對振蕩頻率有微調(diào)作用XTAL1 是片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，外部振蕩信號應(yīng)直接加到XTAL1，而XTAL2 懸空。部方式時，時鐘發(fā)生器對振蕩

13、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選擇。電容取30PF 左右。一個晶體振蕩器，接在單片機部的振蕩電路上，兩個電容是起振電容，頻率越高，應(yīng)該越小8。3.3 復(fù)位電路模塊的設(shè)計在振蕩器運行時，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(fù)位，只要這個腳保持高電平，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，芯片為ROM 的00H 處開始運行程序。 如上圖3-3所示復(fù)位電路，由于復(fù)位時高電平有效，當(dāng)剛接上電源的瞬間，電容C

14、1兩端相當(dāng)于短路，即相當(dāng)于給RESET引腳一個高電平，等充電結(jié)束時（這個時間很短暫），電容相當(dāng)于斷開，這時已經(jīng)完成了復(fù)位動作9。 圖3-3 復(fù)位電路3.4 數(shù)碼顯示管模塊設(shè)計我們最常用的是七段式和八段式LED數(shù)碼管，八段比七段多了一個小數(shù)點，其他的基本一樣。所謂的八段就是指數(shù)碼管里有八個小LED發(fā)光二極管，通過控制不同的LED的亮滅來顯示出不同的字形。數(shù)碼管又分為共陰極和共陽極兩種類型，其實共陰極就是將八個LED的陰極連在一起，讓其接地，這樣給任何一個LED的另一端高電平，它便能點亮10。而共陽極就是將八個LED的陽極連在一起。其原理圖如下11。共陰極 共陽極 引腳圖圖3-2-1 數(shù)碼顯示管設(shè)

15、計原理圖第4章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計4.1 主程序設(shè)計開始 賦初值調(diào)用讀取函數(shù)數(shù)據(jù)開始計時調(diào)用讀取函數(shù)數(shù)據(jù)是否計時一秒否清零是調(diào)用寫入數(shù)據(jù)函數(shù)是否清零鍵為零否是延時圖4-1 主程序流程圖4.2 子程序設(shè)計 開始 將數(shù)據(jù)送入SDA 賦初值 等待一個周期SCL上升沿數(shù)據(jù)寫入AT24C02 等待2個周期 SCL置低電平 將數(shù)據(jù)左移一位 移入次數(shù)加1否是否移入次數(shù)為8是 返回主程序圖4-2 寫入數(shù)據(jù)子程序第5章 系統(tǒng)調(diào)試與測試結(jié)果分析5.1 使用的儀器儀表按鍵開關(guān)，AT89C51單片機，AT24C02數(shù)據(jù)存儲器，LED數(shù)碼顯示器，電容，電阻，電源插頭。下面為各元器件的作用： 開關(guān)：一個開關(guān)起到開關(guān)機作用，一

16、個開關(guān)用于復(fù)位電路； 電容：用于單片機的最小系統(tǒng)； 數(shù)碼顯示器：顯示數(shù)字。5.2 系統(tǒng)調(diào)試根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計方案，本系統(tǒng)的調(diào)試共分為三大部分：硬件調(diào)試，軟件調(diào)試和軟硬件聯(lián)調(diào)。5.2.1硬件調(diào)試對各個模塊的功能進行調(diào)試，主要調(diào)試各模塊能否實現(xiàn)指定的功能。5.2.2軟件調(diào)試 軟件調(diào)試采用單片機仿真器WAVE6000L與微機，將編好的程序進行調(diào)試，主要是檢查語法錯誤。5.2.3硬件軟件聯(lián)調(diào) 將調(diào)試好的硬件和軟件進行聯(lián)調(diào)，主要調(diào)試系統(tǒng)的實現(xiàn)功能。5.3 測試結(jié)果此次系統(tǒng)設(shè)計結(jié)果較好，開啟電源帶數(shù)字到達某一值關(guān)閉電源，等待五秒，待再次開啟電源，顯示為關(guān)機時結(jié)果。結(jié) 論本設(shè)計任務(wù)是以AT89C51單片機為控制核

17、心，利用AT24C02存芯片設(shè)計一個掉電數(shù)據(jù)保持存儲器。通過這次的學(xué)習(xí)，我對我對AT89C51系列單片機有了進一步了解，對AT24C02芯片的應(yīng)用更加靈活。更主要得是我知道了掉電保護的主要原理是由電源監(jiān)控芯片和串行E2PROM AT24C02構(gòu)成的低成本掉電檢測和保護電路，在實時保存數(shù)據(jù)和掉電恢復(fù)現(xiàn)場繼續(xù)運行的單片機系統(tǒng)中具有現(xiàn)實的工程意義。使用中比自帶掉電保護的EZPROM 要更加靈活，可以自由利用AT24C02 的存儲空間，例如循環(huán)使用、用個別單元存放可修改參數(shù)。但是，由于實際應(yīng)用中廉價的單片機大多數(shù)都不帶總線接口，這就使得在軟件編程上復(fù)雜了一些，通過一定的編程技巧取得的效果是令人滿意的。

18、 通過軟硬件的仿真調(diào)試，實現(xiàn)了本次設(shè)計的基本功能：實現(xiàn)存儲器掉電后再次開機時，LED數(shù)碼管能夠顯示上次關(guān)機時的數(shù)字。但在實際應(yīng)用中，功能不僅僅于此，通過對程序的稍做修改，我們就可以實現(xiàn)更多的功能。參考文獻1 焦麗鵑.春旭.郭學(xué)良.液晶顯示器在人機交互系統(tǒng)中的應(yīng)用J.信息技術(shù)，2006年11期. 2 勇數(shù)字電路M.電子工業(yè)，20043 紅衛(wèi).單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計實例與分析M.：航空航天大學(xué).2003 .4 介華.電子技術(shù)課程設(shè)計指導(dǎo)J.:高等教育,1997.5 萬光毅.單片機實驗與實踐教程M. ：航空航天大學(xué).2005.1.6 毅剛.單片機原理與應(yīng)用M. ：高等教育.2003:160-190.7

19、諸昌鈐.LED 顯示屏系統(tǒng)原理與工程技術(shù)M. :電子科技大學(xué).2000.8 紅.基于單片機控制的LED 點陣顯示屏系統(tǒng)J. 微計算機信息.2009.25期 1-2卷：92-93.9 胡燁,鵬翼,明.Protel 99SE原理圖與PCB設(shè)計教程M.機械工業(yè).2005：23-99.10 馬忠梅.單片機的C 語言應(yīng)用程序設(shè)計M.：航空航天大學(xué).200611 周潤景.基于Proteus的電路與單片機仿真系統(tǒng)設(shè)計與仿真M.:航空航天大學(xué). 2005.附錄1 程序#include <reg52.h> #include <intrins.h> #define OP_READ 0xa1

20、 #define OP_WRITE 0xa0 sbit SCK=P34; sbit SDA=P35; unsigned char code table=0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90; unsigned char sec=0; unsigned int count; bit write=0; sbit shiwei=P26; sbit gewei=P27; sbit K5=P32; void delay1ms()unsigned char i,j; for(i=0;i<10;i+)for(j=0;j<33;j+);

21、 void delaynms(unsigned char n) unsigned char i;for(i=0;i<n;i+)delay1ms();void start()SDA = 1; SCK = 1; SDA = 0; SCK = 0; _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); void stop()SDA = 0; SCK = 1; _nop_(); _nop_(); SDA = 1; _nop_(); _nop_(); SDA=0; _nop_(); _nop_(); SCK=0;bit Ask() bit ack_bit; SD

22、A = 1; _nop_(); _nop_(); SCK = 1; _nop_(); _nop_(); ack_bit = SDA; SCK = 0; return ack_bit; unsigned char ReadData()unsigned char i;unsigned char x; for(i = 0; i < 8; i+)SCK = 1; x<<=1; x|=(unsigned char)SDA; SCK = 0; return(x); void WriteCurrent(unsigned char y)unsigned char i;for(i = 0; i

23、 < 8; i+) SDA = (bit)(y&0x80); _nop_(); SCK = 1; _nop_(); _nop_(); SCK = 0; y <<= 1; unsigned char writeset(unsigned char add,unsigned int dat) start(); WriteCurrent(OP_WRITE); Ask();WriteCurrent(add); Ask();WriteCurrent(dat); Ask();stop(); delaynms(4); unsigned char ReadCurrent()unsigned char x;start(); WriteCurrent(OP_READ); Ask();x=ReadData(); stop(); return x; unsigned char ReadSet(unsigned char set_addr)start(); WriteCurrent(OP_WRITE); Ask();WriteCurrent(set_addr); Ask();return(ReadCu