基于RFID的停車場計時計費系統(tǒng)設計

第二章系統(tǒng)硬件方案選擇本章節(jié)著重介紹系統(tǒng)設計中所涉及到的硬件器件的對比與選擇，通過綜合的對比后選出本設計最合適的一種方案。2.1硬件方案的選擇在硬件電路的搭建之前必須明確將要采用的設計方案，通過比較各個模塊的原理、性能等，選擇出最適合本設計的硬件模塊，進而發(fā)揮器件的最大功效。2.1.1主控芯片的選擇方案一：選用STC89C52單片機，使其作為本系統(tǒng)的主控芯片。該芯片是STC公司推出的一款具有低功耗、高性能特點的8位的CMOS微處理器，采用片上8K內(nèi)存閃存進行編程，STC89C52單片機雖然是51單片機的升級換代芯片，但在核心上還是MCS-51內(nèi)核，且在指令上與MCS-51完全兼容。STC89C52單片機與傳統(tǒng)51單片機相比具有很大的優(yōu)勢，因為STC89C52單片機做了許多升級，增加了許多51單片機不具備的功能，比如該單片機自帶的4k的EEPROM存儲空間，在需要使用到掉電存儲數(shù)據(jù)的時候就可以直接使用單片機內(nèi)部的存儲，不在需要在外接存儲芯片進行存儲。STC89C52單片機具有的開發(fā)簡單、可在線編程下載、成本低是非常不錯的選擇。方案二：選用MSP430單片機，使其作為系統(tǒng)的主控芯片。美國德州儀器于20世紀90年代向市場推出了一款內(nèi)部集成了具有不同功能的數(shù)字電路、模擬電路和微處理器的16位的混合信號處理器——MSP430系列微控制器，該芯片有兩個優(yōu)點，一是功耗超低，很節(jié)能，二是指令集很是精簡，為編程控制帶來了諸多便利。因此，在一些用電池進行供電的便攜式儀器中MSP430單片機被廣泛應用。MSP430不一定適用于許多特定應用，而且MAP430開發(fā)難度比較大、價格昂貴，相對于本設計來說對速度要求也不是很高，選擇成本低，開發(fā)資源豐富，位尋址方便、快捷的單片機更為合適。方案三：選用PIC16F877A單片機，使其作為系統(tǒng)的主控芯片。Microchip公司曾開發(fā)了一款內(nèi)部帶有14位RISC指令系統(tǒng)的8位PICmicro芯片——PIC16F877A微控制器。而且正在其芯片的內(nèi)部，集成了許多功能電路，如模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器、帶電可擦可編程只讀存儲器、模擬比較器、帶比較和捕捉功能的定時器／計數(shù)器、脈沖寬度調(diào)制輸出，異步串行通信電路等，該單片機具有Flash程序內(nèi)存功能，可反復擦寫程序。但是開發(fā)成本高，難度相對大。綜合上述的對比，考慮到資源的合理利用和成本以及開發(fā)的難易程度最終決定采用宏晶科技公司的STC89C52單片機作為主控芯片。2.1.2RFID卡的選擇與論證就目前市面上較流行的各種磁卡、IC卡等，我們經(jīng)常在銀行和超市購物中使用條碼、磁卡，在以前的公用電話中接觸式IC卡使用頻率比較高。由于接觸式IC卡的芯片是外露的，所以在使用過程中易斷裂，而非接觸式IC卡的芯片和線圈被封裝于卡片內(nèi)部，對芯片保護性高，不易因水等液體損壞，在當今頗受歡迎，可靠性高。在這些卡片進行了一番的對比之后選在了目前流行最廣，可靠性高，成本低的非接觸式S50型的射頻卡。2.1.3顯示器件的選擇方案一：選用LED數(shù)碼管進行動態(tài)掃描顯示。LED數(shù)碼管的價格相對實惠，更適合顯示數(shù)字和簡單的字符。然而，如果我們使用動態(tài)掃描方法與單片機進行連接時會遇到一個比較棘手的問題，那就是會占用一定數(shù)量的CPU的I/O端口，而且單片機的I/O端口的輸出電流不足以驅(qū)動數(shù)碼管的顯示工作，因此數(shù)碼管就需要一個驅(qū)動電路放大電流，對數(shù)碼管進行控制保證其正常工作。而且當使用數(shù)碼管進行顯示進行動態(tài)顯示時，顯示內(nèi)容增加，電路焊接難度會增加。方案二：選用LCD1602液晶顯示屏，作為系統(tǒng)顯示器。LCD1602液晶可以同時顯示兩行包括字母、符號、數(shù)字或者自定義字符在內(nèi)的32個字符。LCD1602液晶顯示器中的每一個字符都是由5×7的點陣組成。它既可以采用并行數(shù)據(jù)傳輸也可以采用串行數(shù)據(jù)傳輸，體積小、功耗低，控制簡單，但顯示內(nèi)容較少。方案三：選用LCD12864液晶顯示屏。LCD12864帶有一個中文字體庫。在分辨率方面，LCD12864的顯示分辨率是128×64的，在顯示內(nèi)容方面，它的中文字庫內(nèi)有16×16的點陣漢字8192個，16×8點的ASCII字符集128個。該顯示器界面顯示的靈活性，操作指令的簡便性，既可完成中英顯示，也可實現(xiàn)圖形顯示，這些特性為其構(gòu)成友好的人機中英文和圖形界面提供了條件。而且LCD12864顯示屏工作時需要的電壓更低，耗能更低，在硬件電路設計上更加緊湊，在顯示程序上也更加簡潔，這是其他同類型的點陣液晶顯示器所不能比擬的。綜合上述的描述，由于本設計顯示內(nèi)容比較大，所以最終選用LCD12864液晶顯示。2.1.4時鐘器件的選擇方案一：選用單片機內(nèi)部定時計數(shù)器實現(xiàn)式中。單片機內(nèi)部的定時器進行計時的話如果在系統(tǒng)斷電的情況下數(shù)據(jù)就會被清0而不能夠繼續(xù)的進行計時，而卻定時器進行的計時精度有限，在短時間內(nèi)精度還行，如果時間長了誤差累計的越來越多時間也就偏差多了。雖然采用該方法可以節(jié)省電路的搭建也節(jié)省了成本，但是不能在系統(tǒng)掉電的情況下也正常的工作。方案二：選用DS1302時鐘芯片實現(xiàn)時鐘，DS1302是一終具有高性能，功耗低優(yōu)點的實時時鐘電路，自帶RAM。由DALLAS公司推出以來，由于DS1302自身可以計算年，月，日，周，小時，分，秒，且能夠進行閏年補償，在2.5V—5.5V的電壓下就進行工作等特點就被廣泛應用于一些系統(tǒng)設計的時鐘電路。綜合上述的描述，由于設計要求穩(wěn)定性準確性較高，最終決定采用DS130時鐘芯片實現(xiàn)系統(tǒng)時鐘。2.1.5數(shù)據(jù)存儲芯片的選擇方案一：通過使用單片機內(nèi)部的EEPROM進行存儲數(shù)據(jù)。STC89C52芯片內(nèi)部自帶了一個EEPROM，大小為4k，通過ISP/IAP技術(shù)對內(nèi)部閃存進行讀寫以實現(xiàn)EEPROM，地址從2000H到2FFFH。在寫入字節(jié)之前，必須將字節(jié)所在扇區(qū)的其他有效數(shù)據(jù)讀入RAM以進行臨時存儲，并在將數(shù)據(jù)進行臨時存儲后將整個扇區(qū)的512字節(jié)的數(shù)據(jù)擦除，此時，扇區(qū)中的每一個地址的數(shù)據(jù)將由原來的數(shù)值全部都變?yōu)?XFF，對于需要寫入EEPROM中的N個字節(jié)利用字節(jié)寫入功能進行寫入，通過字節(jié)寫入功能將臨時存儲在RAM中的另外一些有用的EEPROM值寫回EEPROM。方案二：選用專門的數(shù)據(jù)存儲芯片AT24C02進行數(shù)據(jù)的存儲。AT24C02是一種可在線讀寫的EEPROM芯片。它屬于非易失性存儲器，即斷電后信息能夠繼續(xù)保存40年，讀寫次數(shù)可達10萬次，在系統(tǒng)設計中通常用來保存系統(tǒng)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)。AT24C02采用2K位串行CMOSEEPROM，內(nèi)部含有256個8位字節(jié)。該器件允許兩種寫入方式，單個字節(jié)寫入和頁寫入。綜合考慮單片機內(nèi)部EEPROM在存儲數(shù)據(jù)時操作顯得有點麻煩。最終決定采用AT24C02存儲芯片來存儲數(shù)據(jù)。2.1.6報警模塊的選擇方案一：選用有源蜂鳴器。有源蜂鳴器是廣泛用于電子設備的一體化電子發(fā)聲器，它由DC驅(qū)動并用作聲音設備。適合其工作的信號是DC，通常標記為VDC，VDD等。它具有內(nèi)部振動和驅(qū)動電路，可將恒定的直流電轉(zhuǎn)換為特定頻率的脈沖信號。有源蜂鳴器易于使用，但頻率固定且具有單音。方案二：選用無源蜂鳴器。無源蜂鳴器在國標中通常被叫做聲響器，在一些公司的生產(chǎn)應用中也被叫做訊響器，由于器件內(nèi)部沒有驅(qū)動其發(fā)聲的振蕩源，直流信號無法發(fā)出聲音，必須由2k-5k方波驅(qū)動。無源蜂鳴器價格便宜，可以控制聲音的頻率。綜合上述的描述，由于本設計對報警聲音要求不高，所以最終選取的是操作方便，信號輸入固定的有源蜂鳴器。2.2系統(tǒng)總體方案通過上述對各個模塊介紹，本設計最終選擇了STC89C52作為本設計的主控芯片，通過LCD12864進行實時顯示人機交互信息，通過RC522讀卡器進行讀取卡信息進行停車，DS1302時鐘芯片獲取當前的日期、時間信息，并設立三個獨立按鍵作為輸入器件進入校準時間和設置收費標準。本設計的具體的系統(tǒng)方案如下圖2.1所示。圖2.1系統(tǒng)的總體設計方案第三章系統(tǒng)硬件電路設計本章節(jié)主要介紹本設計中各個部分電路的設計原理。通過各個模塊的功能描述了解其工作原理以及在設計的中作用。3.1STC89C52單片機系統(tǒng)設計3.1.1STC89C52的概述STC89C52單片機是一款8位的CMOS微控制器，具有耗電低，性能優(yōu)等優(yōu)點，其包括兩個數(shù)據(jù)存儲器：片上程序存儲器和隨機存取數(shù)據(jù)存儲器。在操作指令的構(gòu)成上，兼容于MCS-51單片機；在引腳的構(gòu)成上，又兼容于8052系列單片機。STC89C52單片機內(nèi)部各功能器件如表3-1所示。表3-1STC89C52內(nèi)部功能器件功能器件數(shù)量外部引腳40外部輸入/輸出（I/O）32外部中斷端口2可編程的16位定時計數(shù)器16全雙工的串行通信端口2讀寫端口2此外，通用微處理器和閃存的組合，尤其是通用微處理器和可重寫閃存，使得開發(fā)成本非常低。3.1.2STC89C52單片機的最小系統(tǒng)單片機最小系統(tǒng)說的通熟易懂的話就是以最少的元器件組成能讓單片機工作起來的系統(tǒng)，接下來開始介紹51單片機最小系統(tǒng)必備的器件及其作用。（1）電源：這對于一個電子產(chǎn)品的話是必不可少，它提供能源給系統(tǒng)運作，在本設計中由于51單片機的工作電壓在4.5~5.5V之間都可以正常工作所以我們采用了USB電源線連接手機充電器插頭或者5V的移動電源給系統(tǒng)進行供電。（2）晶振電路：XTAL1和XTAL2是獨立的輸入和輸出反相放大器，可以配置為使用帶石英晶體的片上振蕩器，或者器件由外部時鐘直接驅(qū)動。在圖3.1中，使用內(nèi)部時鐘模式，即內(nèi)部振蕩器可以通過使用內(nèi)部振蕩電路外部連接XTAL1和XTAL2引腳上的定時元件（石英晶體和兩個電容）來產(chǎn)生自振蕩。通常情況下晶體振蕩器可以在1.2至12MHz的范圍內(nèi)選擇，最高可達24MHz甚至更高，但隨著頻率增高，功耗也隨之增大，本設計中使用的12M石英晶振。兩個電容與晶體振蕩器并聯(lián)的大小對振蕩頻率影響很小，可用于頻率微調(diào)。使用石英晶體振蕩器時，可選擇電容器20到40pF之間（此設計為30pF）;當使用陶瓷諧振器裝置時，電容器應適當增加在30和50pF之間。通常選擇30pF陶瓷電容器。圖3.1晶振電路（3）復位電路：復位電路分為：上電自動復位和開關(guān)復位。圖3.2所示的復位電路包括了這兩種復位模式。當電源接通時，電容兩端的電壓不會迅速變化，此時，電容的負極連接到RESET，電壓施加到電阻器，RESET輸入高電平，芯片復位。然后加一個5V電源給電容充電，隨著電阻兩端的電壓漸漸減小，直到幾乎為0，芯片工作正常。復位按鈕在電容器的兩端并聯(lián)連接，如果沒有按下復位按鈕，則實現(xiàn)上電復位，芯片正常工作后，可通過按下復位按鍵使REST引腳為高電平，實現(xiàn)開關(guān)復位。通常，只要RST引腳保持高電平至少10ms，單片機就能實現(xiàn)有效地復位。圖3.2復位電路將晶振電路和復位電路連接到STC89C52的外圍就構(gòu)成了STC89C52單片機的最小系統(tǒng)，完整的STC89C52單片機的最小系統(tǒng)電路圖如圖3.3所示[1]。 圖3.3STC89C52單片機最小系統(tǒng)3.2射頻識別（RFID）的設計射頻識別技術(shù)是一種非接觸自動識別技術(shù)，利用射頻信號通過空間耦合（電感或電磁耦合）實現(xiàn)無接觸信息傳遞并通過所傳遞的信息達到識別目的[2]。3.2.1RFID卡上個世紀90年代RFID技術(shù)興起，非接觸IC卡（RFID卡）也隨之出現(xiàn)在人們的視野中，RFID卡的成功之處是它將RFID技術(shù)和傳統(tǒng)的IC卡技術(shù)進行了完美的融合，在正常IC卡大小薄厚的卡片內(nèi)部，內(nèi)置了MCU的集成電路芯片和進行射頻通信的天線。在卡片識別方式上用的兆段和磁感應技術(shù)，寫器與卡片之間的信息通過半雙工通信方式讀寫，同時，RFID卡具有高可靠性、強抗干擾性、應用范圍廣、使用方便等一系列優(yōu)點。本設計采用的是飛利浦公司的MF1S50射頻卡（Mifare1卡），其優(yōu)秀的特性及RFID讀寫器的各種性能由其MF1S50系列核心模塊決定。Mifare1卡內(nèi)部嵌有高速的微控制器對數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙ぷ鬟M行控制，IC微晶片，一副效率極高天線保證與讀寫器之間的識別工作能夠高效率的進行。Mifare1卡內(nèi)部沒有電源，工作能量由讀寫器天線發(fā)送的無線電載波信號耦合到卡片上天線之后而產(chǎn)生的電能提供[3]。RFID卡的結(jié)構(gòu)如圖3.4所示圖3.4RFID卡的結(jié)構(gòu)3.2.2MF-RC522讀寫卡模塊飛利浦公司曾生產(chǎn)過一款用于射頻識別的Mifare非接觸式讀寫芯——MF-RC522，該芯片的工作頻率是13.56MHz。其內(nèi)部發(fā)射器可以傳輸無線電載波信號，以驅(qū)動最大距離可達10cm的非接觸式天線。MF-RC522支持ISO14443A和IEC14443A標準協(xié)議，可以應用于使用以上標準的多種場合。MF-RC522支持與SPI/ICC、串行UART等類型的微控制器直接相連，能夠?qū)Νh(huán)冗余校驗碼校驗，還支持奇偶校驗。對于數(shù)據(jù)的并串行的轉(zhuǎn)換，是通過MF-RC522的數(shù)據(jù)處理進行處理的。微控制器向MF-RC522發(fā)送工作指令，芯片根據(jù)通信協(xié)議啟動天線并向附近一定范圍內(nèi)發(fā)射13.56MHz的調(diào)制信號，當尋卡信號范圍內(nèi)的Mifare卡通過天線耦合接收后，對信號進行波形轉(zhuǎn)換、整流濾波和電壓調(diào)節(jié)、穩(wěn)壓等，卡片內(nèi)的其它電路工作的電壓是由處理后的信號激勵卡片內(nèi)部的LC諧振電路，使其產(chǎn)生共振，卡片內(nèi)部的電壓泵不斷為其另一端的電容充電，使其兩端的電壓積攢可以驅(qū)動卡片內(nèi)的電路。同時，數(shù)據(jù)信號發(fā)出指令對卡片進行數(shù)據(jù)的修改、存儲等工作。MF-RC522為32引腳的VQFN封裝，其引腳圖如圖3.5所示，各引腳分類及其功能如表3-2所示。圖3.5MF-RC522引腳圖表3-2MF-RC522引腳及其功能（1）電源引腳TVDD，TVSS為天線驅(qū)動提供電源DVDD，DVSS為數(shù)字部分提供電源AVDD，AVSS為模擬部分提供電源PVDD，PVSS管引電源VMID為天線部分提供內(nèi)部參考電壓（2）天線引腳TX1，TX2通過TX1，TX2向天仙輸送13.56MHz的能量載波RX接收天仙耦合后的輸入載波（3）晶振引腳OSCIN，OSCOUTRC522的13.56MHz晶振的輸入、輸出（4）復位引腳RSTDP引腳處于高電平時，RC522不工作，處于低電平時，RC522正常工作，當出現(xiàn)由高電平向低電平的跳變時，RC522復位。（5）信號接口SIGIN，SIGOUT信號輸入、輸出接口SDA串行數(shù)據(jù)線EA外部地址，用來編碼IIC地址IICIIC使能IRQ中斷請求，輸出用來指示一個中斷事件D0-D78位的雙向數(shù)據(jù)總線AUX1，AUX2輔助輸出3.2.3讀寫模塊天線的設計射頻識別模塊通過電感耦合實現(xiàn)信號的傳遞，其天線在設計中必須保證有一個比較強的電磁場，可以產(chǎn)生交變磁通量向Mifare1卡提供能量保證卡片與讀寫卡模塊之間的信息傳遞。因此，天線在設計上需滿足以下幾個要求：（1）為使磁通量達到峰值，使其有足夠大電流流過天線線圈。（2）要有夠用的帶寬，盡可能地保證無失真地傳送載波信號。（3）功率匹配，使交變磁通量產(chǎn)生的能量得到最大程度的利用。天線的LC諧振電路的輸入阻抗是輸入信號的電壓與電流之比，輸入阻抗包括電感部件和電抗部件，并且在設計時必須減小電抗部件對天線的干擾。盡量做到零電抗，即純阻性，使電路實現(xiàn)諧振，其頻率計算公式為：f=1L、C分別分別為天線的等效電感和等效電容。品質(zhì)因數(shù)作為天線設計中的一個十分重要的參數(shù)，他能夠?qū)ㄆc讀寫器之間的功率傳輸產(chǎn)生很大的影響，因為Q值越大通過天線線圈的電流強度越大。同時，天線的傳輸帶寬B與品質(zhì)因數(shù)Q成反比，所以，Q值如果設定過高，傳輸帶寬將會變小，這將會導致Mifare1卡對調(diào)制帶寬的接收能力減弱。品質(zhì)因數(shù)Q的計算公式為：Q=2πfLcoil式中的Lcoil是天線的尺寸，Rcoil是天線的半徑[4]。因此，計算天線的帶寬B為：B=fQ通常情況下，最佳Q值為10—30，如果超過60，卡片對復位響應的識別會不準確。3.3.4MF-RC522整體電路與單片機接口電路在本設計中采用RC522模塊通過SPI接口通訊方式，在該通訊方式下快速傳輸輸了高達1228.8Kbit/s，高速模式下速率可達3400Kbit/s。MF-RC522整體電路及與單片機的連接電路圖如下3.6所示。圖3.6RC522電路、與單片機接口電路圖3.3LCD12864液晶顯示電路設計3.3.1LCD12864的概述LCD12864顯示屏的漢字庫內(nèi)有8192個漢字，還有128個字符，可顯示中英文和圖形，采用直流電壓驅(qū)動，工作電壓為3.3.V到5V，可以同時顯示128×64位的內(nèi)容。LCD12864原理圖如圖3.7示。圖3.7LCD12864原理圖3.3.2LCD12864的工作原理LCD12864顯示屏的各管腳及其功能如表3-3所示。表3-3LCD12864的各引腳及功能管腳號管腳名稱電平管腳功能描述1-地VSS0V電源地2-+5VVCC3.0-+5V電源正3-中V0-對比度（亮度）調(diào)整（可接VCC）4-單1RS(CS)H/LRS=“H”，表示DB7——DBO為顯示數(shù)據(jù)RS=“L”，表示DB7——DB0為顯示指令數(shù)據(jù)5-單2R/W(SID)H/LR/W=“H”，E=“H”，數(shù)據(jù)被讀到DB7—DB0R/W=“L”，E=“H一L”，DB7——DBO的數(shù)據(jù)被寫到IR或DR6-單3E(SCLK)H/L使能信號7-單39DB0H/L三態(tài)數(shù)據(jù)線8-單38DB1H/L三態(tài)數(shù)據(jù)線9-單37DB2H/L三態(tài)數(shù)據(jù)線10-單36DB3H/L三態(tài)數(shù)據(jù)線11-單35DB4H/L三態(tài)數(shù)據(jù)線12-單34DB5H/L三態(tài)數(shù)據(jù)線13-單33DB6H/L三態(tài)數(shù)據(jù)線14-單32DB7H/L三態(tài)數(shù)據(jù)線15-單4PSBH/LH：8位或4位并口方式，L：串口方式16空NC-空腳17空/RESTH/L復位端，低電平有效18空VOUT-LCD驅(qū)動電壓輸出端19-+5VAVDD背光源正端（+5V）20-地KVSS背光源負端LCD12864操作時序圖如圖3.8示。圖3.8LCD12864操作時序圖3.4DS1302時鐘電路設計3.4.1DS1302的概述DS1302是一款有很高性能且耗能較低的時鐘芯片，由DALLS公司推出，可以完成從秒級到年級的計時，對于閏年也能計時。其工作電壓為2.5V-5.5V，雙電源供電，分為主電源和備用電源，而且具有給后備電源進行涓流充電的功能。DS1302廣泛應用于測量系統(tǒng)，因為它用于記錄數(shù)據(jù)，尤其是記錄具有特殊含義的數(shù)據(jù)點。DS1302時鐘芯片實物圖如圖3.9示。圖3.9DS1302時鐘芯片實物圖3.4.2DS1302的工作原理在主電源Vcc2關(guān)閉的情況下，后備電源Vcc1也能為芯片供電，保證系統(tǒng)時鐘功能的正常運行。DS1302由Vcc1或Vcc2兩者中的較大者供電，當Vcc2大于Vcc1+0.2V時，Vcc2給DS1302供電。當Vcc2小于Vcc1時，DS1302由Vcc1供電，X1和X2是振蕩源，外接32.768kHz晶振[5]。復位片選線RST的所處高低電平將影響數(shù)據(jù)的傳送，RST置于高電平時，數(shù)據(jù)的傳送將被初始化，此時允許對DS1302進行操作，當RST置于低電平時，數(shù)據(jù)傳送將被停止。DS1302讀/寫操作時序如圖3.10示圖3.10S1302讀/寫操作時序?qū)τ诤腿諝v和時鐘有關(guān)的數(shù)據(jù)，都存在DS1302內(nèi)部專門的寄存器中，DS1302內(nèi)部總共有12個寄存器，其中7個用來存儲這些BCD碼形式的數(shù)據(jù)。日歷、時間寄存器及其控制字見表3-4。表3-41302的日歷、時間寄存器寫寄存器讀寄存器Bit7Bit6Bit5Bit4Bit3Bit2Bit1Bit080H81HCH10秒秒82H83H10分分84H85H12/24010時時AM/PM86H87H0010日日88H89H00010月月8AH8BH00000星期8CH8DH10年年8EH8FHWP0000000本設計中在RST端口,I/O端口和SCLK端口分別接入了10K的上拉電阻，這是由DS1302的數(shù)據(jù)通訊方式和STC89C52單片機的引腳特性決定的，DS1302數(shù)據(jù)引腳是雙向通信，單片機的弱上拉將不足以翻轉(zhuǎn)電平可能導致通信不成功。DS1302具體的電路圖如圖3.12示。圖3.12DS1302電路圖3.5AT24C02的介紹3.5.1AT24C02的概述AT24C02是一個串行的COMSEEPROM，有2K的存儲大小，其先進的CMOS技術(shù)實際上大大降低了器件的功耗。該芯片具有8字節(jié)的頁寫緩沖器，還具有特殊的寫保護功能。AT24C02通過IIC總線接口來進行操作。AT24C02芯片實物圖如圖3.13所示。圖3.13AT24C02芯片實物圖3.5.2AT24C02的工作原理AT24C02的存儲容量為2Kb，內(nèi)容分成32頁，每頁8B，共256B，操作時有兩種尋址方式:芯片尋址和片內(nèi)子地址尋址[6]。（1）芯片尋址：AT24C02的芯片地址為1010，其地址控制字格式為1010、A2、A1、A0、R/W。其中A2，A1，A0可編程地址選擇位。R/W是芯片讀/寫控制位。（2）片內(nèi)子地址尋址：芯片尋址可對內(nèi)部256B中的任一個進行讀/寫操作，其尋址范圍為00~FF，共256個尋址單位[7]。AT24C02讀/寫操作時序圖如圖3.14所示。圖3.14AT24C02讀/寫時序圖在本設計中，僅使用一個AT24C02芯片，因此三個引腳A0，A1和A2直接連接到GND，WP寫保護引腳通常連接到GND，便于讀/寫操作。并且SDA和SCL分別連接到單片機的兩個引腳。具體的電路圖如圖3.15所示。圖3.15AT24C02電路圖3.6蜂鳴器電路的設計蜂鳴器選用5V電磁式有源蜂鳴器，單片機的I/O口提供的電壓不足以驅(qū)動蜂鳴器發(fā)聲，所以要利用三極管開關(guān)電路來驅(qū)動，本處采用的PNP型的8550三極管，當基極與1K電阻串聯(lián)與的I/O端口連接。當I/O端口輸出低電平時，三極管導通，蜂鳴器響起。當I/O端口輸出高電平時，三極管關(guān)閉，蜂鳴器不響。蜂鳴器電路如下3.16所示。圖3.16蜂鳴器電路3.7獨立按鍵電路的設計本設計中設置有按鍵電路，通過幾個獨立按鍵進行人機交互。按鍵通過一點連接單片機的I/O口一端連接電源地。這樣設計是因為單片機的I/O在懸空沒有作為輸出的情況下是默認高電平的，在按鍵沒有按下則相當于該I/O處于懸空狀態(tài)。當按下后I/O口的電平就會被拉低，這樣單片機只需要進行循環(huán)的檢測I/O口是否有出現(xiàn)低電平就可以判斷是否有按鍵按下，當然這種按鍵是金屬解除的方式所以會有抖動紋波的情況，所以在程序中需要適當?shù)募由隙虝旱难訒r消抖。具體電路如圖3.17所示。圖3.17獨立按鍵電路三個按鍵的功能分別為：第一個按鍵：進入/退出設置。第二個按鍵：設置時，對應參數(shù)加1。第三個按鍵：設置時，對應參數(shù)減1。3.8系統(tǒng)硬件測試系統(tǒng)硬件電路的測試主要是檢測電路是否出現(xiàn)漏焊、短路、斷路、虛焊、一些具有方向的元件是否方向弄錯、電路設計錯誤等情況[8]。對于漏焊、元件方向弄錯，檢測方法是將實物電路板對照著PCB圖的線路，檢查每一個元件和導線在實物上是否有出現(xiàn)。如果發(fā)現(xiàn)沒有或者對不上的情況下需及時的重新對照確定漏焊時及時的補焊[9]。對于短路、斷路、虛焊這些情況采用數(shù)字萬用表。將數(shù)字萬用表打到二極管檔位，然后通過紅表筆和黑表筆碰一起，萬用表會發(fā)出鳴叫警示。根據(jù)這個原理就可以用來檢測短路、斷路、虛焊。在需要檢測的元件或?qū)Ь€的兩端用兩根表筆檢測，如果導通蜂鳴器會鳴叫，如果斷開蜂鳴器不叫。根據(jù)我們所需要檢測的情況，與檢測到的現(xiàn)象結(jié)合比對，就能檢測出線路是否存在問題。第四章系統(tǒng)軟件設計4.1軟件開發(fā)環(huán)境的介紹本文所需要的程序語言是C語言，該語言是要在KeilμVision4平臺是進行編程從而完成是實現(xiàn)的。Keil是目前MCS-51單片機較常使用的一種編程軟件。Keil軟件中包含了C編譯器、宏匯編、連接器、庫管理和軟件仿真的試驗器。它包含了一整套完整的開發(fā)時需要用到的一切。Keil是根據(jù)一個集成開發(fā)環(huán)境從而把其中的各個部分結(jié)合一起使用。C語言相比匯編而言，在結(jié)構(gòu)、功能、結(jié)構(gòu)等功能上都更加優(yōu)異，并且十分適合初學者使用，Keil軟件需要在WIN98、NT、WIN2000、WINXP等操作系統(tǒng)下運行，不論使用哪種編程語言，keil以其簡便的操作和強大的軟件仿真功能都使他無疑都是最好的選擇。