單片機控制作息時間系統(tǒng)--畢業(yè)論文

1、單片機控制作息時間系統(tǒng)第一章 緒 論 1. 1 課題的提出及意義單片機作息時間控制實現(xiàn)了對時間控制的智能化，擺脫了傳統(tǒng)由人來控制時間的長短的不便，實現(xiàn)代學校必不可少的設備。1. 2 設計的任務及要求1作息時間能控制電鈴2作息時間能啟動和關閉放音機單片機作息時間控制的功能如下：l 使用4位七段顯示器來顯示現(xiàn)在的時間。l 顯示格式為“時分”l 由LED閃動來作秒計數(shù)表示l 具有4個按鍵來作功能設置，可以設置現(xiàn)在的時間及顯示定時設置時間l 一旦時間到則發(fā)出一陣聲響，同時繼電器啟動，可以控制放音機開啟和關閉。第二章 總體方案設計2. 1 芯片比較2.1.1 單片機選型當今單片機廠商琳瑯滿目，產(chǎn)品性能各

2、異。常用的單片機有很多種：Intel8051系列、Motorola和M68HC系列、Atmel的AT89系列、臺灣Winbond(華邦)W78系列、荷蘭Pilips的PCF80C51系列、Microchip公司的PIC系列、Zilog的Z86系列、Atmel的AT90S系列、韓國三星公司的KS57C系列4位單片機、臺灣義隆的EM-78系列等。我們最終選用了ATMEL公司的AT89C52單片機。AT89C52是美國ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓，高性能CMOS8位單片機，片內(nèi)含8Kbytes的可反復擦寫的只讀程序存儲器（PEROM）和256bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM），器件采用ATMEL

3、公司的高密度、非易失性存儲技術生產(chǎn)，與標準MCS-51指令系統(tǒng)及8052產(chǎn)品引腳兼容，片內(nèi)置通用8位中央處理器（CPU）和FLASH存儲單元，功能強大AT89C52單片機適用于許多較為復雜控制應用場合。2.1.2顯示器接口芯片的選擇LED顯示器接口芯片的選擇常用的顯示器接口芯片有CD4511，CD4513，MC14499，8279，MAX7219，74HC164等，它們的功能有：1.CPU接受來自鍵盤的輸入數(shù)據(jù)，并作預處理；2.數(shù)據(jù)顯示的管理和數(shù)據(jù)顯示器的控制。CD4511是BCD鎖存，7段譯碼，驅動器，但在顯示6和9時，顯示為b和q，不是很好看。CD4513是BCD鎖存，7段譯碼,驅動器(消

4、隱)，但現(xiàn)在市面上不好買。MC14499為串行輸入BCD碼十進制譯碼驅動器，用它來構成單片機應用系統(tǒng)的顯示器接口，可以大大減少I/O口線的占用數(shù)量。但是，由片內(nèi)震蕩器經(jīng)過四分頻的信號，經(jīng)位譯碼后只能提供4個位控信號，使信號的采集受到限制；并且，MC19944的價格偏高，也不經(jīng)濟。同樣，8279為INTEL公司生產(chǎn)的通用鍵盤/顯示器接口芯片，其內(nèi)部設有16*8顯示數(shù)據(jù)RAM，若采用8279管理鍵盤和顯示器，可以減少軟件程序，從而減輕主機的負擔，但我們同時也發(fā)現(xiàn)，由于其功能比較強大，不可避免將會使外圍設備與操作過程復雜化，同時價格比較貴。對比一下MAX7219和74HC164其占用資源少，且不需復

5、雜的驅動電路。但MAX7219雖然比較好用，且一片能驅動四個數(shù)碼管，但對于我們設計的系統(tǒng)來說，不需要很多數(shù)碼管，此外MAX7219相對74HC164的價格也比較貴，所以我們最終選用74HC164，下面對MAX7219作一下介紹。特點：(1) 采用3線串行接口傳送數(shù)據(jù)；(2) 內(nèi)部有8字節(jié)顯示靜態(tài)RAM和6個特殊功能寄存器，相當于14個字節(jié)的RAM單元。它們是可尋址的，即可以有選擇的任意寫入；(3) 只需一個外部電阻即可調(diào)節(jié)LED的段電流，并且允許程控方式LED通電的占空比而可方便的調(diào)節(jié)LED顯示的亮度，或用于模擬亮度顯示；(4) 可LED顯示器的掃描個數(shù)；(5) 有不譯碼和B碼兩種顯示模式，這

6、種選擇可做到位控，即各LED顯示器可以有不同的顯示方式：譯碼或不譯碼；(6) 含硬件動態(tài)掃描顯示控制，可設置低功耗方式，可進行圖條顯示。 引腳圖(如圖2-1) 圖2-1 說明：引腳名稱作用1DIN串行數(shù)據(jù)輸入。在CLK上升沿時，數(shù)據(jù)被裝入內(nèi)部16位移位寄存器。2, 3, 58,10, 11DIG0DIG7八個數(shù)字驅動器線路，來自共陰極顯示器的反向電流。MAX7219當關閉的時候拉位輸出到V+. 當關閉的時候MAX7221的位驅動器是高阻抗狀態(tài)。4, 9GND地（兩個GND引腳必須被連接在一起）12LOAD 裝載數(shù)據(jù)輸入。串行數(shù)據(jù)的最后16位被鎖存在LOAD的上升沿。CS 片選輸入。當/CS是低

7、電平時穿行數(shù)據(jù)被裝載到移位寄存器中。在/CS上升沿時串行數(shù)據(jù)的最后16位被鎖存。13CLK串行時鐘輸入。10MHz的最大比率。在CLK上升沿時，數(shù)據(jù)被轉移到內(nèi)部移位寄存器。在CLK下降沿時，數(shù)據(jù)從DOUT輸出。在MAX7221中只有/CS是低電平時CLK輸入被激活。1417,2023SEGASEG G,DP七段驅動和小數(shù)點驅動電源電流顯示。在MAX7219中，當段驅動器被關閉，它就被接到地。當關閉以后MAX7221的段驅動器成高阻狀態(tài)。18ISET通過一只電阻器(RSET)連接VDD來設置最高段電流（查閱選擇RSET電阻器部分）。19V+正供給電壓。連接到+5V。24DOUT串行數(shù)據(jù)輸出。進入

8、DIN的數(shù)據(jù)16.5個時鐘周期以后在DOUT有效。這個引腳常被用來鏈接MAX7219/MAX7221，沒有高阻狀態(tài)。工作原理簡介數(shù)據(jù)（含地址）接收MAX7219采用串行尋址方式，在傳送的串行數(shù)據(jù)中包含有RAM的地址。按照時序的要求，單片機將16位二進制數(shù)逐位發(fā)送DIN端，在CLK上升延到來之前DIN必須有效，在CLK的每個上升延，DIN被串行逐位移入MAX7219內(nèi)部的16位穿行寄存器中。設最先移入的數(shù)據(jù)是D15,最后移入的數(shù)據(jù)是D0,則移入16位串行寄存器的數(shù)據(jù)是D15-D0。為了有選擇的將數(shù)據(jù)寫入8個顯示RAM或6個特殊功能寄存器，D0D15中，D8D11四位作為RAM和特殊功能寄存器的地

9、址，D0D7作為寫入顯示數(shù)據(jù)或控制字。與并行數(shù)據(jù)傳送相比，MAX7219串行接收D0D15并存放到16位串行寄存器中的過程，相當于并行傳送中，將并行數(shù)據(jù)和地址送到數(shù)據(jù)和地址總線上的過程。數(shù)據(jù)裝載16位接收寄存器將收到的D0D7位數(shù)據(jù)寫入RAM或特殊功能寄存器是在數(shù)據(jù)裝載信號控制下完成的。圖3-8是MAX7219的數(shù)據(jù)接收裝載（寫入）時序圖，由圖可知，LOAD必須在15個CLK下降延前由高變低，在16個CLK同時或之后由低變高（上升延）。在LOAD的上升延，8位數(shù)據(jù)D0D7寫入以4位二進制數(shù)D8D11位地址的RAM或特殊功能寄存器中。顯示掃描當顯示模式設定后，寫入顯示RAM的數(shù)據(jù)將在控制器的控制

10、下，按設定的顯示模式，以動態(tài)掃描方式進行顯示。MAX7219內(nèi)部顯示RAM及特殊功能寄存器顯示RAM（地址*1*8）地址為*1H的RAM數(shù)據(jù)控制接D0引腳的顯示器，地址為*2H的RAM數(shù)據(jù)控制接D1引腳的顯示器。譯碼方式寄存器（地址：*9H）該寄存器的8位二進制數(shù)的各位值分別控制著8個LED顯示器的譯碼方式。當高電平時選擇BCD-B碼譯碼模式，當?shù)碗娖綍r選擇不譯碼模式。B碼譯碼的顯示自行與現(xiàn)實數(shù)據(jù)的關系如下：顯示數(shù)據(jù)（十六進制） 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A B C D E FB碼字型 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 E H L P *其中，*代表全滅。小數(shù)點不譯碼，它由

11、顯示數(shù)據(jù)的D7位控制。掃描界限寄存器（地址：*BH）該寄存器的D0D3位數(shù)據(jù)設定值為07，設定值表示顯示器動態(tài)掃描個數(shù)為18。停機寄存器（地址：*CH）當位D0=0時，MAX7219處于停機狀態(tài)；當D0=1時，處于正常工作狀態(tài)。顯示測試寄存器（地址：*FH）當位D0=0時，MAX7219按設定模式正常工作；當D0=1時，處于測試狀態(tài)。在該狀態(tài)下，不管MAX7219處于什么模式，全部LED將按最大亮度接通顯示。亮度寄存器（地址：*AH）及兩度的調(diào)解或控制亮度可通過硬件和軟件兩種方法調(diào)解或控制。2.1.3存儲器的選擇 為了改善主CPU的資源與時序的分配，我們對AT89C51進行串行數(shù)據(jù)存儲器的擴展

12、。常用的存儲芯片有很多，如AT93C46/56/66，X5045。經(jīng)過比較選擇，最終選用了XICOR公司的X5045。X5045把三種常用的功能：看門狗定時器，電壓控制和EEPROM組合在單個封裝之內(nèi)。這種組合降低了系統(tǒng)的成本并減少了對電路板空間的要求。看門狗定時器對微控制器提供了獨立的保護系統(tǒng)。低VCC檢測電路可以保護系統(tǒng)免受低電壓的影響，同時X5045是串行EEPROM 具有簡單的三總線工作的串行外設接口，是一種有獨特功能的高性能價格比存儲器件。AT93C46/56/66是ATMEL公司推出的低功耗、低電壓電可擦除的可編程只讀存儲器。它采用CMOS技術和Fairchild Semicond

13、uctor公司的Mi-croWire工業(yè)標準3線串行接口，具有1Kb/2kB/4kB的容量，并可通過ORG管腳配置成128*8/256*8/512*8或64*16/128*16256*16等結構。該系列存儲器可靠性高，能夠重復寫100萬次，數(shù)據(jù)可以保存100年不丟失；采用8腳PDIP/SOIC封裝和14腳SOI封裝（SOI封裝為JEDEC和EIAJ標準），與并行的EEPROM相比，AT93C46/56/66可大大節(jié)省印制板空間，且接線簡單，因而在多功能的精密測試儀中具有廣闊的前途。引腳功能CS：片選信號。高電平有效，低電平時進入等待模式。在連續(xù)的指令之間，CS信號必須持續(xù)至少250ns的低電平

14、，才能保證芯片正常工作。CLK：串行時鐘信號。在CLK的上升沿，操作碼、地址和數(shù)據(jù)位進入器件或從器件輸出。在發(fā)送序列時，CLK最好不停止，以防止讀/寫數(shù)據(jù)的錯誤。DI：串行數(shù)據(jù)輸入?？稍贑LK的同步下輸入開始位、操作碼、地址位和數(shù)據(jù)位。DO：串行數(shù)據(jù)輸出。在CLK同步下讀周期時，用于輸出數(shù)據(jù)；而在地址擦/寫周期或芯片擦/寫周期時，該端用于提供忙/閑信息。VSS：接地。VCC：接5V電源。ORG：存貯器構造配置端。該端接VCC或懸空時，輸出為16位；接GND時，輸出為8位。指令及時序地址擦指令（ERASE）該指令用于強迫指定地址中所有數(shù)據(jù)位都為“1”。一旦信息在DI端上被譯碼，就需使CS信號保持

15、至少250ns的低電平，然后將CS置為高電平，這時，DO端就會指示“忙”標志。DO為“0”，表示編程正在進行；DO為“1”，表示該指定地址的寄存器單元已擦完，可以執(zhí)行下一條指令。擦/寫允許指令（EWEN）由于在上電復位后AT93C46/56/66首先將處于擦寫不允許狀態(tài)。故該指令必須在所有編程模式前執(zhí)行，一旦該指令執(zhí)行后，只要外部沒有斷電就可以對芯片進行編程。地址寫指令（WRITE）寫指令時，先寫地址，然后將16位的或8位數(shù)據(jù)寫入到指定地址中。當DI端輸出最后一個數(shù)據(jù)位后，在CLK時鐘的下一個上升沿以前，CS必須為低，且需至少保持250ns，然后將CS置為高電平。需要說明的是：寫周期時，每寫一

16、個字節(jié)需耗時4ms。地址讀指令（READ）讀指令用于從指定的單元中把數(shù)據(jù)從高位到低位輸出至DO端，但邏輯“0”位先于數(shù)據(jù)位輸出。讀指令在CLK的上升沿觸發(fā)，且需經(jīng)過一段時間方可穩(wěn)定。為防止出錯，建議在讀指令結束后，再輸出2-3個CLK脈沖。芯片擦指令（ERAL）該指令可將整個存貯器陣列置為，其它功能與地址擦指令相同。芯片寫指令（WRAL）該指令可將命令中指定的數(shù)據(jù)寫入整個存貯器陣列，其它功能與地址寫指令相同。該指令周期所花費時間的最大值為30ms。擦/寫禁止指令（EWDS）使用該指令可對寫入的數(shù)據(jù)進行保護，操作步驟與擦/寫允許指令相同。2.1.4 繼電器的選擇繼電器是我們生活中常用的一種控制設

17、備，通俗的意義上來說就是開關，在條件滿足的情況下關閉或者開啟。繼電器的開關特性在很多的控制系統(tǒng)尤其是離散的控制系統(tǒng)中得到廣泛的應用。從另一個角度來說，由于為某一個用途設計使用的電子電路，最終或多或少都需要和某一些機械設備相交互，所以繼電器也起到電子設備和機械設備的接口作用。最常見的繼電器要數(shù)熱繼電器，通常使用的熱繼電器適用于交流50Hz、60Hz、額定電壓至660V、額定電流至80A的電路中，供交流電動機的過載保護用。它具有差動機構和溫度補償環(huán)節(jié)，可與特定的交流接觸器插接安裝。   時間繼電器也是很常用的一種繼電器，它的作用是作延時元件，通常它可在交流50Hz、60Hz、電壓至380

18、V、直流至220V的控制電路中作延時元件，按預定的時間接通或分斷電路?？蓮V泛應用于電力拖動系統(tǒng)，自動程序控制系統(tǒng)及在各種生產(chǎn)工藝過程的自動控制系統(tǒng)中起時間控制作用。 在控制中常用的中間繼電器通常用作繼電控制，信號傳輸和隔離放大等用途。此外還有電流繼電器用來限制電流、電壓繼電器用來控制電壓、靜態(tài)電壓繼電器、相序電壓繼電器、相序電壓差繼電器、頻率繼電器、功率方向繼電器、差動繼電器、接地繼電器、電動機保護繼電器等等。正是有了這些不同類型的繼電器，我們才有可能對不同的物理量作出控制，完成一個完整的控制系統(tǒng)。 除了傳統(tǒng)的繼電器之外，繼電器的技術還應用在其他的方面，比如說電機智能保護器是根據(jù)三相交流電動機

19、的工作原理，分析導致電動機損壞的主要原因研制的，它是一種設計獨特，工作可靠的多功能保護器，在故障出現(xiàn)時，能及時切斷電源，便于實現(xiàn)電機的檢修與維護，該產(chǎn)品具有缺相保護，短路、過載保護功能，適用于各類交流電動機，開關柜，配電箱等電器設備的安全保護和限電控制，是各類電器設備設計安裝的優(yōu)選配套產(chǎn)品。該技術安裝尺寸、接線方式、電流調(diào)整與同型號的雙金屬片式熱繼電器相同。是直接代替雙金屬片式熱繼電器的更新?lián)Q代的先進電子產(chǎn)品。而其真正的原理還是繼電器技術。  繼電器技術發(fā)展到現(xiàn)在，已經(jīng)和計算機技術結合起來，產(chǎn)生了可編程控制器的技術?？删幊炭刂破骱喎Q作PLC。它是將微電腦技術直接用于自動控制的先進裝置

20、。它具有可靠性高，抗干擾性強，功能齊全，體積小，靈活可擴，軟件直接、簡單，維護方便，外形美觀等優(yōu)點；以往繼電器控制的電梯有幾百個觸點控制電梯的運行。有一個觸點接觸不良，就會引起故障，維修也相當麻煩，而PLC控制器內(nèi)部有幾百個固態(tài)繼電器，幾十個定時器/計數(shù)器，具備停電記憶功能，輸入輸出采用光電隔離，控制系統(tǒng)故障僅為繼電器控制方式的10%。正因為如此，國家有關部門已明文規(guī)定從1997年起新產(chǎn)電梯不得使用繼電器控制電梯，改用PLC微電腦控制電梯。 可以看出，繼電器技術在日常生活中無所不在，而且和電腦的緊密結合更加增強了它的活力，使得繼電器為我們的生活更好地服務。2. 2總體設計及系統(tǒng)原理經(jīng)比較我們選

21、定單片機芯片為AT89C52，存儲器芯片為X5045。在確定系統(tǒng)的大體形式之后，畫出本系統(tǒng)的結構布局，電路原理如圖2-2所示。單 片 機電源電路自動復位電路繼電器電路顯示電路電鈴電路 圖2-2第三章 硬件設計3. 1 單片機部分 3.1.1 AT89C52特點： 與MCS-51產(chǎn)品指令和引腳完全兼容 8K字節(jié)可重擦寫FLASH閃存 1000次擦寫周期 全靜態(tài)操作：0Hz-24MHz 三級加密程序存儲器 256X8字節(jié)內(nèi)部RAM 32個可編程I/O口線 3個16位定時/計數(shù)器 8個中斷源 可編程串行UART通道 低功耗空閑和掉電模式功能特性概述：AT89C52提供以下標準功能：8K字節(jié)FLASH

22、閃存，256字節(jié)內(nèi)部RAM，32個I/O口線，3個16位定時/計數(shù)器，一個6向量兩級中斷結構，一個全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時鐘電路。同時，AT89C52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工作，但允許RAM，定時/計數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存RAM中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其他所有部件工作直到下一個硬件復位。AT89C52的芯片管腳圖如圖3-1 圖3-1引腳功能說明：VCC電源電壓GND地P0口P0口是一組8位漏極開路型雙向I/O口，也即地址/數(shù)據(jù)總線復用口。作為輸出口用時，每位能吸收電流的方式驅動8個TTL邏輯門電

23、路，對端口P0寫“1”時，可作為高阻抗輸入端用。在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器或程序存儲器時，這組口線分時轉換地址（低8位）和數(shù)據(jù)總線復用，在訪問期間激活內(nèi)部上拉電阻。在FLASH編程時，P0口接收指令字節(jié)，而在程序校驗時，輸出指令字節(jié)，校驗時，要求外接上拉電阻。P1口P1口是一個帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P1的輸出緩沖級可驅動（吸收或輸出電流）4個TTL邏輯門電路。對端口寫“1”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸出口。作輸入口使用時，因為內(nèi)部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流。與AT89C51不同之處是，P1.0和P1.1還可分別作為定時/計數(shù)器2的外部計數(shù)輸入

24、（P1.0/T2）和輸入（P1.1/T2EX），參見下表。FLASH編程和程序校驗期間，P1接收低8位地址。P1.0和P1.1的第二功能引腳號功能特性P1.0T2（定時/計數(shù)器2外部計數(shù)脈沖輸入），時鐘輸出P1.1T2EX（定時/計數(shù)2捕獲/重裝載觸發(fā)和方向控制）P2口P2是一個帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2的輸出緩沖級可驅動（吸收或輸出電流）4個TTL邏輯門電路。對端口P2寫“1”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口，作輸入口使用時，因為內(nèi)部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流。在訪問外部程序存儲器或16位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器（例如執(zhí)行MOVXDPTR

25、指令）時，P2口送出高8位地址數(shù)據(jù)。在訪問8位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器（如執(zhí)行MOVXRI指令）時，P2口輸出P2鎖存器的內(nèi)容。FLASH編程或校驗時，P2亦接收高位地址和一些控制信號。P3口P3口是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口。P3口輸出緩沖級可驅動（吸收或輸出電流）4個TTL邏輯門電路。對P3口寫入“1”時，它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可作為輸入端口。此時，被外部拉低的P3口將用上拉電阻輸出電流。P3口除了作為一般的I/O口線外，更重要的用途是它的第二功能，如下表所示：端口引腳第二功能P3.0RXD(串行輸入口)P3.1TXD(串行輸出口)P3.2INTO(外中斷0)P3.3INT1(外

26、中斷1)P3.4TO(定時/計數(shù)器0)P3.5T1(定時/計數(shù)器1)P3.6WR(外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通)P3.7RD(外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通)此外，P3口還接收一些用于FLASH閃存編程和程序校驗的控制信號。RST復位輸入。當振蕩器工作時，RST引腳出現(xiàn)兩個機器周期以上高電平將是單片機復位。ALE/PROG當訪問外部程存儲器或數(shù)據(jù)存儲器時，ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低8位字節(jié)。一般情況下，ALE仍以時鐘振蕩頻率的1/6輸出固定的脈沖信號，因此它可對外輸出時鐘或用于定時目的。要注意的是：每當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時將跳過一個ALE脈沖。對FLASH存儲器編程期間，該引腳還用于輸入編程

27、脈沖（PROG）。如有必要，可通過對特殊功能寄存器（SFR）區(qū)中的8EH單元的D0位置位，可禁止ALE操作。該位置位后，只有一條MOVX和MOVC指令才能將ALE激活。此外，該引腳會被微弱拉高，單片機執(zhí)行外部程序時，應設置ALE禁止位無效。PSEN程序儲存允許（PSEN）輸出是外部程序存儲器的讀選通信號，當AT89C52由外部程序存儲器取指令（或數(shù)據(jù)）時，每個機器周期兩次PSEN有效，即輸出兩個脈沖，在此期間，當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器，將跳過兩次PSEN信號。EA/VPP外部訪問允許，欲使CPU僅訪問外部程序存儲器（地址為0000H-FFFFH），EA端必須保持低電平（接地）。需注意的是：如果加密

28、位LB1被編程，復位時內(nèi)部會鎖存EA端狀態(tài)。如EA端為高電平（接Vcc端），CPU則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲器的指令。FLASH存儲器編程時，該引腳加上+12V的編程允許電源Vpp，當然這必須是該器件是使用12V編程電壓Vpp。3.1.2 單片機硬件資源分配 P24 連接按鍵 P25 連接按鍵P26 連接按鍵P27 連接按鍵 P34 連接蜂鳴器 P35 接繼電器 P14 連接X5045的SO端 P15 連接X5045的/CS端 P16 連接X5045的CLK端 P17 連接X5045的SI端 3. 2 存儲器部分 在上一章我已選定了存儲器芯片X5045，下面對其作進一步的介紹：特點：l 可編程的看門狗

29、定時器l 上電復位及低VCC檢測，即在上電和VCC低于檢測門限時，輸出復位信號。輸出復位高電平有效，直至VCC=1V復位信號仍有效l SPI接口方式，最高可達1MHZ的串行時鐘頻率l 512*8位串行EEPROMl 低功耗CMOS，3mA工作電流，10uA備用電流l 電源電壓：2.7V-5.5Vl 分塊鎖定，可保護1/4，1/2或所有EEPROM列l(wèi) 防止偶然性寫保護l 高可靠性，數(shù)據(jù)可保存100年，每字節(jié)可擦除次數(shù)可達到10萬次l 可編程的復位門限。需要加高電壓（15-18V加在WP引腳）及一個專門的時序l 8引腳小型DIP封裝引腳圖 (如圖3-2) 圖3-2引腳說明：l /CS(1)：片選

30、輸入l SO(2)：串行輸出l SI(3)：串行輸出l SCK(4)：串行時鐘輸入l /WP(5)：寫保護輸入l Vss(6)：地l Vcc(7)：電源電壓l /RESET(8)：復位輸出使用說明：串行輸出（SO）SO是一個推/拉串行數(shù)據(jù)輸出引腳，在讀周期時間內(nèi)，數(shù)據(jù)從這個引腳輸出，串行時鐘脈沖下降沿時數(shù)據(jù)輸出。串行輸入（SI）SI是串行數(shù)據(jù)輸入引腳，所有的操作碼，字節(jié)，地址及數(shù)據(jù)都通過這個引腳寫入存儲器，串行時鐘脈沖上升沿時，數(shù)據(jù)被鎖存。串行時鐘（SCK）串行時鐘控制串行總線為數(shù)據(jù)的輸入和輸出計時，SI引腳的操作碼，地址或數(shù)據(jù)在時鐘輸入上升沿時被鎖存，SO引腳的數(shù)據(jù)在時鐘輸入上升沿時被改寫。

31、片選（/CS） 當/CS為高電平時,X5043/45被檢測,SO輸出引腳處于高阻抗狀態(tài)，除非內(nèi)部寫操作在進行中的時候，X5045將處于后備電源模式。/CS為低電平時，可以使X5943/45處于工作電源模式，應特別注意，在電源上電以后，需要在開始任何操作以前完成/CS引腳上高電平到低電平的轉換。寫保護（/WP） 當/WP為低電平時，對于X5045不能完成非易失性寫操作，但是在其他方面工作正常。當/WP被拉成高電平時，所有的功能，包括非易失性寫操作都能正常工作。當/WP變成高電平，/CS仍然是低電平時，將中斷對X5045的寫操作，如果內(nèi)部寫周期已經(jīng)開始，/WP變成低電平將對寫操作沒有影響。復位（R

32、ESET） X5045的RESET分別工作在高電平/低電平，對外輸出一直工作到VCC降至最小電壓以下，將一直工作200ms直到VCC升高大于最小電壓。如果看門狗定時時間已定，/CS保持高電平或低電平的時間超過看門狗的定時時間， RESET也同樣有效。當/CS下降沿時可使看門狗定時器復位。工作原理 X5045是設計成直接與許多微控制器系列的同步串行外設接口（SPI）相接的512*8EEPROM。X5045包括一個8位指令寄存器，可以通過SI輸入來訪問，數(shù)據(jù)在SCK上升延由時鐘同步輸入，在整個工作期間內(nèi)，/CS必須低電平且/WP輸入必須是高電平。復位電源：給X5045上電將使復位電路有效，這個電路

33、使RESET引腳有效，RESET可以阻止系統(tǒng)微處理機在不充足的電壓或振蕩器穩(wěn)定之前開始操作，當VCC超過裝置的Vtrip200ms（理論值）電路將解除RESET，允許資料處理機開始處理代碼。圖3-3：設定Vtrip電壓時序（VCC=要設定的值） 低電壓控制：在操作過程中，X5045監(jiān)測VCC標準并檢測RESET，如果提供的電壓低于預先設置的最小Vtrip值，在電源供電不足或節(jié)電狀態(tài)， RESET會發(fā)信號阻止微處理機操作， RESET信號有效一直到電壓降至1V。并且仍有效到VCC恢復并超過Vtrip200ms?？撮T狗定時：看門狗電路通過檢測WDI輸入來監(jiān)測微處理機的工作情況，微處理機應定期切換/

34、CS/WDI引腳以防止RESET信號有效，在看門狗定時時間終止之前應完成/CS/WDI引腳從高電平到低電平的切換。狀態(tài)寄存器的兩種非易失性控制位的狀態(tài)決定看門狗的定時時間，微處理機可以改變看門狗的位，如果微處理機沒有作用，看門狗定時器的控制位將不會改變，甚至在所有電源不能供電的狀態(tài)下。VCC入口復位程序：X5045載有標準的VCC初始電壓Vtrip，在正常的操作和存儲條件下，這個值將不能改變，然而，在應用過程中有的地方初始電壓不一定非常準確或需要更高精度的初始電壓，X5045的入口將被調(diào)整。使用高電壓控制信號。設置Vtrip值：這個時序常用來把Vtrip值設置成更高的電壓值，例如：當前Vtri

35、p值為4.4V，新的值為4.6V，次程序將直接進行轉換。如果新設置的值低于當前值，在設置新值之前必須先復位。設置新的Vtrip值，把理想的初始電壓值加到VCC引腳上，給/WP引腳加上編程電壓Vp，發(fā)送WREN指令，接著寫數(shù)據(jù)00H到地址01H，在寫操作時/CS變成高電平，啟動Vtrip編程時序，當/WP變成低電平時完成操作。復位初始電壓：此時序常被用來把Vtrip設置成原始電壓。例如：如果當前Vtrip值為4.4V，新的Vtrip值必須為4.0V，然而Vtrip需要被復位。當Vtrip值被復位以后，新的Vtrip值將低于1.7V。這個程序常用來把電壓設置成更低的值。復位Vtrip，把至少3V的

36、電壓加到VCC引腳上，給/WP引腳加上編程電壓Vp，發(fā)送WREN指令，接著寫數(shù)據(jù)00H到地址03H，在寫操作時/CS變成高電平，啟動Vtrip編程時序，當/WP變成低電平時完成操作。圖3-4：復位門電壓時序（VCC>3V，/WP=1518V） 圖3-5：復位門電壓電路 SPI串行存儲：芯片的存儲部分是CMOS串行EEPROM排列及Xicor的分塊鎖存保護。這個排列在內(nèi)部被作為8位指令寄存器。該裝置具有SPI接口，軟件協(xié)議可以通過四條總線進行操作。該芯片利用Xicor的所有的指令寫單元，可以提供每字節(jié)擦寫次數(shù)最少為100萬次,數(shù)據(jù)可最少保存100年。該芯片被設計成直接連接許多通用微處理機的

37、SPI接口。該芯片包括一個8位的指令寄存器來控制該裝置的操作。指令代碼通過SI輸入寫入該裝置。有兩條寫指令需要指令字節(jié)，有兩條讀指令需要指令字節(jié)開始數(shù)據(jù)的輸出，剩余的指令需要一條字節(jié)，一個八位的地址，數(shù)據(jù)字節(jié)。所有的指令，地址和數(shù)據(jù)位都需要SCK輸入計時，所有的指令，地址和數(shù)據(jù)都首先被轉換成MSB。時鐘和數(shù)據(jù)定時：SI引腳的輸入數(shù)據(jù)在/CS變成低電平以后，SCK的第一個上升沿時被鎖存，SO上的數(shù)據(jù)在SCK下降沿時被輸出，SCK是固定的，允許使用者終止適中，也可以重新開啟恢復操作，在整個操作過程中/CS必須保持低電平。X5045的全部指令名，指令格式和操作說明如下表所示X5045指令集指令指令格

38、式操作說明WREN00000110設置寫使能鎖存器，允許寫操作WRDI00000100設置寫使能鎖存器，禁止寫操作RDSR00000101讀狀態(tài)寄存器WRSR00000001寫狀態(tài)寄存器，塊鎖定位WRITE0000A8010把數(shù)據(jù)寫入開始所選地址中READ0000A8011從開始所選地址中讀出數(shù)據(jù)指令寄存器可以通過SI輸入來訪問，所用指令，地址與數(shù)據(jù)都以MSB在前的方式傳送。寫使能鎖存器該裝置包含一個寫使能鎖存器，這個鎖存器在寫操作開始之前必須先設置。WREN指令可以設置鎖存器，WRID指令可以使鎖存器復位，在上電以后，完成一個有效的字節(jié)，頁或者是狀態(tài)寄存器寫周期，鎖存器將自動復位。如果/WP

39、變成低電平鎖存器也將復位，當發(fā)布WREN，WRDI，RDSR命令發(fā)送字節(jié)地址和數(shù)據(jù)是沒有必要的。（圖3-10）圖3-6：寫使能/不能鎖存時序 狀態(tài)寄存器： 狀態(tài)寄存器包括四個非易失性控制位，兩個易失性狀態(tài)位?？刂莆豢梢栽O置看門狗定時器的操作，存儲塊鎖存保護，狀態(tài)寄存器被設計成“狀態(tài)記錄員”。狀態(tài)寄存器（缺省狀態(tài)為30H）7654321000WD1WD0BL1BL0WELWIP寫入程序位（WIP）是一個易變性的、只讀位，指示裝置的是否忙于內(nèi)部非易變性寫操作。使用RDST指令可以使WIP位被讀出。當設置為1時，非易變性寫操作在進行中，當設置為0時，進行中沒有寫操作。 寫使能鎖存位（WEL）指示“寫

40、使能”鎖存的狀態(tài)。當WEL為1時，鎖存器被置位；當WEL為0時，鎖存器被復位。WEL是一個易變性的、只讀位。WREN指令可以設置WEL位，WROS指令可以使WEL位復位。塊鎖存位BL0和BL1，設置塊鎖定保護的標準。這些非易變位可以用WRSR指令編程，允許使用者保護存儲器序列的1/4，1/2，全部或空。被塊鎖存保護排列的任一部分只能讀不能寫。它將保護到BL位被改變使存儲器部分不能塊鎖存保護。狀態(tài)寄存器位序列地址保護BL1BL0X5043/X504500無01$180-$1FF10$100-$1FF11$000-$1FF看門狗定時位WD0和WD1，選擇看門狗定時溢出時間，用WRSR指令可以對這些

41、非易變位編程。狀態(tài)寄存器位看門狗定時時間溢出 （典型值）WD1WD0001.4s01600ms10200ms11不確定讀狀態(tài)寄存器： 讀狀態(tài)寄存器，把/CS降為低電平來選擇該裝置，接著發(fā)送8位RDSR指令。狀態(tài)寄存器的內(nèi)容被轉移到SO引線上，通過CLK計時。狀態(tài)寄存器在任何時間都可以被讀出，甚至在寫周期過程中。寫狀態(tài)寄存器： 在寫數(shù)據(jù)到寫狀態(tài)寄存器之前，先發(fā)布WREN指令來設置“寫使能”鎖存器（WEL）。首先使/CS變?yōu)榈碗娖剑瑢υ撗b置定時WREN指令，再把/CS拉成高電平。再次把/CS拉成低電平，在8位數(shù)據(jù)之后，進入WRSR指令。這8位數(shù)據(jù)與狀態(tài)寄存器的內(nèi)容一致。當/CS變?yōu)楦唠娖綍r操作結束

42、。如果在WREN和WRSR之間/CS沒有變成高電平，WRSR指令將無效。芯片保護矩陣WREN命令 （WEL）芯片引腳 （WP） 存儲塊狀態(tài)寄存器(BL0,BL1,WD0,WD1)被保護的區(qū)域不被保護的區(qū)域0X被保護被保護被保護X0被保護被保護被保護11被保護寫使能寫使能圖3-7：讀狀態(tài)寄存器時序圖3-8：寫狀態(tài)寄存器時序讀存儲序列： 當從EEPROM存儲序列中讀時，首先把/CS拉成低電平以選擇芯片，8位READ指令被傳輸?shù)叫酒?，接著?位的地址。READ指令的第3位選擇芯片的高位或地位，在READ代碼和地址被發(fā)送以后，在選擇的地址中且存儲在存儲器中的數(shù)據(jù)被轉移到SO引線上。存儲器下一個地址存

43、儲的數(shù)據(jù)通過繼續(xù)提供時鐘脈沖可以被讀出。每一個數(shù)據(jù)的字節(jié)被轉移以后地址將自動增加到更高的地址。當達到最高地址，地址計算器變?yōu)?00，允許讀周期無限的繼續(xù)。當把/CS引腳拉成高電平時，讀操作停止。寫存儲序列：在寫數(shù)據(jù)到存儲器序列之前，先發(fā)布WREN指令來設置“寫使能”鎖存器（WEL）。首先使/CS變?yōu)榈碗娖?，對該裝置定時WREN指令，再把/CS拉成高電平。再次把/CS拉成低電平，在8位地址之后，進入WRITE指令，接著數(shù)據(jù)就被寫入。WRITE指令的第3位包含地址位A8，可以選擇序列的高位或低位。如果在WREN和WRITE之間/CS沒有變成高電平，WRITE指令將無效。WRITE指令至少需要16個

44、時鐘周期，CS在整個操作過程中必須保持低電平。操作者可以繼續(xù)寫入16字節(jié)的數(shù)據(jù)。唯一的限制是這16個字節(jié)必須存在同一頁中。一頁的地址開始于地址x xxxx 0000 ，結束于地址xxxxx 1111。如果字節(jié)地址達到了該頁的最后一個字節(jié)，并且時鐘仍然繼續(xù)，計算器將返回到該頁的第一個地址，寫在以前寫過的數(shù)據(jù)上。為了寫操作（字節(jié)或頁寫）能被完成，在時鐘周期內(nèi)被寫入的最后的數(shù)據(jù)字節(jié)的0位以后CS必須被拉成高電平。如果它在任何時間沒有被拉成高電平，寫操作將不能完成。 在寫過程中跟隨著一個狀態(tài)寄存器或存儲序列寫時序，狀態(tài)寄存器可以被讀入來檢查WIP位。非易變寫過程中WIP處于高電平。圖3-9：存儲序列時

45、序圖3-10：寫存儲時序3. 4 顯示部分 本儀器利用89C52單片機串行口和廉價的74HC164集成塊實現(xiàn)多個LED顯示的一種簡單方法，利用該方法設計的多路LED顯示系統(tǒng)具有硬件結構簡單、軟件編程容易和價格低廉的特點。下面簡單的介紹一下74HC164。特點： （1）與門串行輸入； （2）完全的緩沖時鐘脈沖和串行輸入； （3）直接清除引腳圖如圖3-11： 圖3-11說明： 這些8位移位寄存器的特點是具有與門串行輸入和不同步的清除輸入（CLR）。門電路串行輸入(A和B)允許對輸入數(shù)據(jù)的完全控制；低電平加在輸入端可以抑制新數(shù)據(jù)的進入；高電平輸入能使輸入有效。串行輸入的數(shù)據(jù)當CLK是高電平或低電平時

46、可以改變。89C52單片機串行口方式0為移位寄存器方式，外接3片74LS164作為3位LED顯示器的靜態(tài)顯示接口，把89C51的RXD作為數(shù)據(jù)輸出線，TXD作為移位時鐘脈沖。74LS164為TTL單向8位移位寄存器，可實現(xiàn)串行輸入，并行輸出。其中A、B（第1、2腳）為串行數(shù)據(jù)輸入端，2個引腳按邏輯與運算規(guī)律輸入信號，共一個輸入信號時可并接。T（第8腳）為時鐘輸入端，可連接到串行口的TXD端。每一個時鐘信號的上升沿加到T端時，移位寄存器移一位，8個時鐘脈沖過后，8位二進制數(shù)全部移入74LS164中。R（第9腳）為復位端，當R=0時，移位寄存器各位復0，只有當R=1時，時鐘脈沖才起作用。Q1Q8（

47、第3-6和10-13引腳）并行輸出端分別接LED顯示器的hg···a各段對應的引腳上。在給出了8個脈沖后，最先進入74LS164的第一個數(shù)據(jù)到達了最高位，然后再來一個脈沖，第一個脈沖就會從最高位移出，搞清了這一點，下面讓我們來看電路，6片7LS164首尾相串，而時鐘端則接在一起，這樣，當輸入8個脈沖時，從單片機RXD端輸出的數(shù)據(jù)就進入到了第一片74LS164中了，而當?shù)诙€8個脈沖到來后，這個數(shù)據(jù)就進入了第二片74LS164，而新的數(shù)據(jù)則進入了第一片74LS164，這樣，當?shù)诹鶄€8個脈沖完成后，首次送出的數(shù)據(jù)被送到了最左面的164中，其他數(shù)據(jù)依次出現(xiàn)在第一、二、三

48、片74LS164中。3. 5 電源與復位電路部分 3.5.1 電源部分 本次設計應用的電壓有+5V。220V交流電源經(jīng)變壓器,整流，濾波后分別進入芯片7805，產(chǎn)生+5V，這些電源的具體應用情況如下：+5V電源:單片機及外圍電路所用電源+9V電源:壓電喇叭所用電源3.5.2復位電路當MCS-5l系列單片機的復位引腳RST(全稱RESET)出現(xiàn)2個機器周期以上的高電平時，單片機就執(zhí)行復位操作。如果RST持續(xù)為高電平，單片機就處于循環(huán)復位狀態(tài)。根據(jù)應用的要求，復位操作通常有兩種基本形式：上電復位和上電或開關復位。 上電復位要求接通電源后，自動實現(xiàn)復位操作。常用的上電復位電路如圖3-12(a)中左圖

49、所示。圖中電容C1和電阻R1對電源十5V來說構成微分電路。上電后，保持RST一段高電平時間，由于單片機內(nèi)的等效電阻的作用，不用圖中電阻R1，也能達到上電復位的操作功能，如圖3-12(a)中右圖所示。 圖 3-12要求電源接通后，單片機自動復位，并且在單片機運行期間，用開關操作也能使單片機復位。常用的上電或開關復位電路如圖3-14(b)所示。上電后，由于電容C3的充電和反相門的作用，使RST持續(xù)一段時間的高電平。當單片機已在運行當中時，按下復位鍵K后松開，也能使RST為一段時間的高電平，從而實現(xiàn)上電或開關復位的操作。根據(jù)實際操作的經(jīng)驗，下面給出這兩種復位電路的電容、電阻參考值。圖3-12(a)中：Cl10-30uF，R11k圖3-12(b)中：C21uF，Rllk，R210k本系統(tǒng)的復位電路采用上電復位。3. 6 電鈴和繼電器部分 當定時時間到了，壓電喇叭則發(fā)出一陣聲響，時間到時發(fā)出一陣聲響，按下K4鍵可以停止聲響。也可以啟動繼電器，由繼電器可以控制放音機。3. 7 按鍵部分按鍵設定部分比較簡單，因為本系統(tǒng)按鍵少，所以在設計上采用了獨立按鍵方式，程序的編制上也采用了簡單的掃描方式。程序執(zhí)行后工作指示燈LED閃動，表示程序開始執(zhí)行，七段顯示器顯示“0000”，按下操作鍵K1-K4動作如下：l 操作鍵K1：設置現(xiàn)在的時間；l 操作