基于單片機的口語PK系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)

1、論文分類號： tn 學校代碼： 13681 題目：題目： 基于單片機的口語基于單片機的口語pkpk系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)系統(tǒng)的設計與實現(xiàn) 學生姓名：學生姓名： 王 士虎 學學 號：號： 2 6 0 5 1 1 5 系系 部：部： 信 工 一系 專業(yè)班級：專業(yè)班級： 電 信0 5 1 指導教師：指導教師： 楊 建橋 二 九 年 六月 陜陜 西西 科科 技技 大大 學學 鎬鎬 京京 學學 院院 畢業(yè)設計（論文）任務書畢業(yè)設計（論文）任務書 信息工程信息工程 系系 電子信息科學與技術電子信息科學與技術 專業(yè)專業(yè) 電信電信 051 班級班級 學生學生: 王士虎王士虎 題目：題目： 基于單片機的口語基于單片機

2、的口語 pkpk 系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)系統(tǒng)的設計與實現(xiàn) 畢業(yè)設計（論文）從畢業(yè)設計（論文）從 2009 年年 4 月月 1 日起到日起到 2009 年年 6 月月 20 日日 課題意義及培養(yǎng)目標：課題意義及培養(yǎng)目標： 課題意義：課題意義：畢業(yè)設計是對學生四年來學到的知識和能力的總結(jié)，通過 畢業(yè)設計使學生綜合幾年來所學的知識，使理論和實踐相結(jié)合，提高學生 發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的能力。設計與檢驗過程中應充分分析所 出現(xiàn)的問題的原因，深刻思考改進的方法。在完成論文撰寫和設計過程中 通過查閱文獻資料、分析軟件使用原理、確立設計方案、分析設計效果， 使分析和撰寫論文的能力得到訓練和提高，使學生的動手

3、能力得到進一步 加強，專業(yè)知識水平和設計研究能力得到進一步的提高。 培養(yǎng)目標培養(yǎng)目標: 制作具有實用價值的鎬京學院口語 pk 考試系統(tǒng)，改善目 前鎬京學院口語考試的狀況，使考試形式在新的模式下更方便，更節(jié)省時 間，工作效率更高，從而減少學生與老師的考試相對時間。該系統(tǒng)具有自 動選擇題目功能，更能體現(xiàn)考試的公平公正公開性。另外具有時間提醒功 能，在每位評委打分之后可以更快的做出分析，排出名次，讓學生更加直 觀的看到每一步操作。 設計（論文）所需收集的原始數(shù)據(jù)與資料：設計（論文）所需收集的原始數(shù)據(jù)與資料： 1. 有關軟件使用方法的參考資料。 2. 有關不同系統(tǒng)設計的研究資料。 3. 硬件設計思想及

4、相關知識。 4. 單片機編程知識。 5. 有關畢業(yè)設計及畢業(yè)論文撰寫方法的資料。 課題的主要任務（需附有技術指標分析）：課題的主要任務（需附有技術指標分析）： 主要任務：主要任務： 1. 明確 pk 考試系統(tǒng)的功能。 2. 設計方案比較及確定。 3. 學習使用相關軟件。 4. 繪制硬件電路圖。 5. 完成程序設計。 6. 完成樣品制作及測試。 7. 完成畢業(yè)論文的撰寫。 技術指標：技術指標： 1. 單片機工作電壓 45.5v 2. 單片機工作頻率 12mhz 設計（論文）進度安排及完成的相關任務（以教學周為單位）：設計（論文）進度安排及完成的相關任務（以教學周為單位）： 周周 次次設計（論文）

5、任務及要求設計（論文）任務及要求 1-4畢業(yè)實習 5-7查閱相關資料并制定設計方案 8-14準備實驗材料并進行設計分析 15-16撰寫論文 17畢業(yè)答辯 學生簽名： 日期： 指導教師： 日期： 教研室主任： 日期： design and implementation of oral pk based on single-chip microcomputer abstract this design takes at89s52 as its core. according to functional requirements, we put forward a variety of progra

6、ms. the design ultimately adopts a program of the most economic, most reliable and highest success rate through comparison of these programs. as a result of this we produce a haojing college examination system of pk of high practical value. after the completion of this design, it can achieve the fol

7、lowing functions: students can get a topic that randomly generated by the system by pressing the title key, and then it is displayed on the lcd. jury teachers give the scores through the key in accordance with the performance of students, respectively, the scoring data is automatically delivered to

8、the mcu i/o port, and at89s52 read i/o port and put the data into register respectively. in addition, judges can also modify the scores through the modifying keys on the keyboard. when the confirming button is pressed the last time, the system will immediately analysis and compute the final data sto

9、ried. after the ranking of students, the result will be displayed on the digital tubes. in addition, the system is also equipped with a time-reminder as its additional features. the design can improve the current situation of examination of haojing college. so that the examination forms in the new e

10、nvironment are more convenient, time-saving and more efficient, thereby reducing the relative time of student-teacher. the system has a function of automatically selecting topics by students, so better reflects the fairness, justness and openness of the examination. we believe that with the completi

11、on of the design, the quality of oral pk of haojing college will rise to a new level, the grand goal of creation of well-known brand of mass higher education of haojing college will be achieved early, the full implementation of the great strategy of “going out” will be a great success. key words: or

12、al pk, at89s52, lec, lcd, display 基于單片機的口語 pk 系統(tǒng)的設計與實現(xiàn) 摘 要 本設計以 at89s52 單片機為核心，根據(jù)功能需求，提出了多種可行性方案，并通 過對這些方案的比較，最終確定了一種最經(jīng)濟、最可靠、成功率最高的方案。從而制 作出了具有很高實用價值的鎬京學院口語 pk 考試系統(tǒng)。 本設計完成后，能夠?qū)崿F(xiàn)以下功能：學生通過抽題鍵，由系統(tǒng)隨機產(chǎn)生一個題目， 并將其顯示在 lcd 上。評委老師根據(jù)各位同學的表現(xiàn)情況通過鍵盤對學生進行分別打 分，打分數(shù)據(jù)自動送到單片機的 i/o 口，at89s52 讀取 i/o 口的數(shù)據(jù)并將其送入寄存 器中，程序?qū)Ω魑?/p>

13、評委送來的數(shù)據(jù)分別存儲。另外，評委還可以通過鍵盤上的修改鍵 對所打的分數(shù)名次進行修改。當最后一次確認鍵按下之后，系統(tǒng)會立即對最終存儲數(shù) 據(jù)進行分析、計算，之后學生的排名將在四位數(shù)碼管上顯示。在此基礎之上，本系統(tǒng) 還附加了一個時間提醒功能。 該設計能夠改善目前鎬京學院口語考試的現(xiàn)狀，使考試形式在新的模式下更方便， 更節(jié)省時間，工作效率更高，從而減少學生與老師的考試相對時間。該系統(tǒng)具有自動 選擇題目功能，所以更能體現(xiàn)考試的公平公正公開性。我們相信隨著本設計的完成， 鎬京學院的口語 pk 質(zhì)量會再上一個新的臺階，鎬京學院創(chuàng)造大眾化高等教育知名品牌 的宏偉目標能夠早日實現(xiàn)，鎬京學院的全面實施“走出去”

14、偉大發(fā)展戰(zhàn)略也會蒸蒸日 上。 關鍵詞：口語 pk，at89s52，led，lcd， 目 錄 1 緒 論 .1 2 系統(tǒng)方案論證 .2 2.1 led 部分設計方案 .2 2.2 lcd 部分設計方案 .4 3 系統(tǒng)的硬件介紹及設計led 部分.5 3.1 單片機介紹.5 3.1.1 單片機的發(fā)展過程 .5 3.1.2 常用單片機及兼容機 .6 3.2 at89s52 芯片概述 .6 3.2.1 at89s52 的引腳及功能.7 3.2.2 at89s52 的中央處理器.9 3.2.3 at89s52 的時鐘及復位電路.10 3.3 74hc573 概述 .11 3.4 顯示模塊介紹及設計.12

15、 3.4.1 led 發(fā)光原理.12 3.4.2 數(shù)碼管介紹 .13 3.4.3 顯示部分設計 .14 3.5 鍵盤電路設計.15 3.5.1 按鍵的分類 .15 3.5.2 按鍵結(jié)構與特點 .15 3.5.3 獨立式按鍵 .16 3.5.4 矩陣式按鍵 .16 3.5.5 本設計的鍵盤方案 .18 4 系統(tǒng)的軟件設計led 部分.19 4.1 程序設計的方法.19 4.2 程序調(diào)試方法.20 4.3 led 部分軟件設計 .21 4.3.1 系統(tǒng)的完整流程圖 .21 4.3.2 鍵盤掃描程序設計 .22 4.3.3 排名程序設計 .23 5 系統(tǒng)的硬件介紹及設計lcd 部分.24 5.1 1

16、2864 點陣液晶顯示模塊的原理 .24 5.2 模塊主要硬件構成說明.24 5.3 模塊的外部接口.26 5.4 指令說明.27 6 系統(tǒng)的軟件設計lcd 部分.29 6.1 c 語言介紹 .29 6.2 程序流程圖.29 6.3 程序編寫說明.31 7 硬件仿真、實物制作及性能測試 .32 7.1 protues 仿真 .32 7.2 實物制作過程簡介.33 7.3 系統(tǒng)性能測試.33 7.3.1 性能測試所需條件 .34 7.3.2 測試說明 .34 7.3.3 測試結(jié)果 .35 8 結(jié) 論 .36 致 謝 .37 參 考 文 獻 .38 附錄 i 硬件電路圖.40 附錄 ii 系統(tǒng)程序

17、.42 畢業(yè)設計說明書(論文)縮寫稿 .49 the abbreviation version of the thesis of undergraduates .53 1 緒 論 目前單片機滲透到我們生活的各個領域，幾乎很難找到哪個領域沒有單片機的蹤 跡。20 世紀末，電子技術獲得了飛速的發(fā)展，在其推動下，基于單片機的現(xiàn)代電子產(chǎn) 品幾乎滲透了社會的各個領域，有力地推動了社會生產(chǎn)力的發(fā)展和社會信息化程度的 提高，同時也使現(xiàn)代電子產(chǎn)品性能進一步提高，產(chǎn)品更新?lián)Q代的節(jié)奏也越來越快?；?于單片機的發(fā)展趨勢，本設計以單片機為核心制作了一個適應鎬京學院的口語 pk 系統(tǒng)。 本次設計運用 at89s52 單

18、片機作為主控芯片，設計了一種考試打分智能系統(tǒng)，在 工作時能實現(xiàn)學生抽題，對學生在口語 pk 考試評分實時檢測，并能由監(jiān)考老師通過鍵 盤輸入學生成績，系統(tǒng)調(diào)用程序，對數(shù)據(jù)進行處理，然后計算分析快速排名并存儲相 應信息并將其顯示。系統(tǒng)具有時間提醒和故障自處理功能，良好的穩(wěn)定性和抗干擾性 能。 在設計時，根據(jù)設計要求，根據(jù)可靠性、經(jīng)濟性、安全性三個基本要求進行設計， 本次設計通過方案比較，確定出來一套即經(jīng)濟又可行的方案。 本次設計是對所學知識的綜合運用，把理論知識和實踐相結(jié)合，在本次設計與檢 驗過程中遇到了許多實際問題，比如單片機及其電子元器件的市場選擇，不熟悉 keil 和 proteus 軟件的

19、使用方法，不熟悉焊接技巧，可能會發(fā)生漏焊、虛焊現(xiàn)象，如何系統(tǒng) 的最佳外觀效果等。所有的這些問題，我們都通過查閱資料，咨詢老師一一解決了， 為設計的成功提供了保障。 本文通過方案確認，介紹了設計中所用到的芯片，以及主控芯片的輔助模塊的講 解，通過清晰的程序流程圖，給程序的理解提供了方向。還介紹了程序調(diào)試軟件和硬 件調(diào)試軟件，最后對本設計的實物制作做了一個概述。 2 系統(tǒng)方案論證 根據(jù)設計要求，本系統(tǒng)設計需要主控芯片來控制其他子電路部分，通過鍵盤來實 現(xiàn)監(jiān)考老師打分、修改和學生抽題的要求，再將考生的成績排名結(jié)果通過顯示模塊來 顯示，供監(jiān)考老師記錄成績，本設計還有一個輔助功能模塊時間提醒。本系統(tǒng)的總

20、體 設計框圖如圖 2-1 所示。 at89s52 a b c 圖 2-1 總體設計框圖 2.1 led 部分設計方案 通過分析本設計系統(tǒng)的需求和功能要求，結(jié)合總體設計框圖，現(xiàn)介紹二種設計方 案。 方案一：兩片 at89s52 實現(xiàn)通信控制 本方案通過兩片 at89s52 來實現(xiàn)通信如圖 2-2 所示，通過功能的描述本系統(tǒng)所用 的按鍵交多，采用獨立式鍵盤設計，每個按鍵需要一個 i/o 口，通過兩個單片機可以 滿足系統(tǒng)需要, 目的是為了使用更多的 i/o 口。把主模塊的輸入部分由單片機 a 送入， 再通過 txd 發(fā)送到單片機 b 的 txd，顯示部分由單片機 b 實現(xiàn)。 同步通信是一種比特同步通

21、信技術，要求發(fā)收雙方具有同頻同相的同步時鐘信號， 只需在傳送報文的最前面附加特定的同步字符，使發(fā)收雙方建立同步，此后便在同步 時鐘的控制下逐位發(fā)送/接收。 異步通信是一種很常用的通信方式。異步通信在發(fā)送字符時，所發(fā)送的字符之間 的時間間隔可以是任意的。發(fā)送端可以在任意時刻開始發(fā)送字符，因此必須在每一個 字符的開始和結(jié)束的地方加上標志，即加上開始位和停止位，以便使接收端能夠正確 地將每一個字符接收下來。異步通信的好處是通信設備簡單、便宜，但傳輸效率較低 (因為開始位和停止位的開銷所占比例較大)。 通過比較，本設計選擇同步通信模式。串口通信時鐘是由單片機的晶振輸入后,內(nèi) 部產(chǎn)生的,每個單片機都有自

22、己的串口控制寄存器,在編程的時候只要對其進行正確的控 制就可以設置串口通信的各種工作模式,每個模式會有自己的波特率,即時鐘頻率。波特 率一般用 9600b，串口通信有自己的協(xié)議。兩機通信的時候 a 的 rxd 接 b 的 txd，a 的 txd 接 b 的 rxd。 at89s52 at89s52 b c a txdrxd rxdtxd p 0 p1 p 0 p1 ab 圖 2-2 兩片 at89s52 通信 方案二：單個 at89s52 控制的設計 at89s52 4 p0 p1 74hc573 4*4 p2 圖 2-3 單片 at89s52 方案框圖 本設計方案所選用一片 at89s52，

23、最終的框圖如圖 2-3 所示。與方案一比較該方 案把獨立式鍵盤改為矩陣鍵盤，使單片機的 i/o 口的負載減少，節(jié)省輸入輸出接口資 源，使系統(tǒng)的響應速度更快，從程序編寫考慮，方案一實現(xiàn)通信是一個難點，難以實 現(xiàn)同步通信模式，而且兩個單片機之間的響應速度不如本方案；從布局來說顯得更加 簡潔，元器件少，電子元器件之間的干擾減少，提高了系統(tǒng)的抗干擾性能，可靠性提 高了；從經(jīng)濟角度來考慮，方案一種的成本高出本方案一倍。 縱觀方案一、方案二及其比較，從芯片的響應速度，可靠性、經(jīng)濟性、抗干擾性 等方面的綜合考慮，本設計選擇方案二。 2.2 lcd 部分設計方案 lcd 部分是本設計中的一個很重要的部分，此部

24、分是用來顯示學生所抽題的漢語， 學生根據(jù)顯示器上的漢字內(nèi)容，并結(jié)合所學過的課文將其口譯成英文。這部分的設計 在當今社會已經(jīng)有一個相當成熟和固定的模式，所以方案也就很容易確定了。 標志位 數(shù)據(jù)/命令 at89s52 12864 顯示器件 選題鍵 停止鍵 圖 2-4 lcd 方案框圖 確定方案后，我們要做的下一步工作就是去通過各方論證，怎樣把硬件搭接起來， 以實現(xiàn)預期的功能，這就是要在下一章完成的任務。 3 系統(tǒng)的硬件介紹及設計led 部分 通過上一章的論證，我們已經(jīng)確定了本設計的整體系統(tǒng)方案，那么本章的重點就 是完成上述的功能。在本章中，我們首先研究各芯片的功能以及使用方法，對比以前 與現(xiàn)在的設

25、計方法，然后確定我們系統(tǒng)各模塊的設計方案。 3.1 單片機介紹 單片機是指一個集成在一塊芯片上的完整計算機系統(tǒng)。盡管他的大部分功能集成在 一塊小芯片上，但是它具有一個完整計算機所需要的大部分部件：cpu、內(nèi)存、內(nèi)部 和外部總線系統(tǒng)，目前大部分還會具有外存。同時集成諸如通訊接口、定時器，實時 時鐘等外圍設備。而現(xiàn)在最強大的單片機系統(tǒng)甚至可以將聲音、圖像、網(wǎng)絡、復雜的 輸入輸出系統(tǒng)集成在一塊芯片上。 單片機也被稱為微控制器(microcontroller)，是因為它最早被用在工業(yè)控制領域。 單片機由芯片內(nèi)僅有 cpu.的專用處理器發(fā)展而來。最早的設計理念是通過將大量外圍 設備和.cpu.集成在一個

26、芯片中，使計算機系統(tǒng)更小，更容易集成進復雜的而對體積要 求嚴格的控制設備當中。intel 的 z80 是最早按照這種思想設計出的處理器，從此以 后，單片機和專用處理器的發(fā)展便分道揚鑣。 它是一種在線式實時控制計算機，在線式就是現(xiàn)場控制，需要的是有較強的抗干 擾能力，較低的成本，這也是和離線式計算機的(比如家用 pc)的主要區(qū)別。 單片機是靠程序的，并且可以修改。通過不同的程序?qū)崿F(xiàn)不同的功能，尤其是特 殊的獨特的一些功能，這是別的器件需要費很大力氣才能做到的，有些則是花大力氣 也很難做到的。 3.1.1 單片機的發(fā)展過程 (1) 第一階段(19761978)：單片機的摸索階段。以.intel.公

27、司的.mcs-48.為代表。 mcs-48 的推出是在工控領域的控索，參與這一控索的公司還有 motorola 、zilog 等， 都取得了滿意的效果。這就是 scm 的誕生年代， “單機片”一詞即由此而來。 (2) 第二階段(19781982)：單片機的完善階段。intel 公司在 mcs-48 基礎上推出 了完善的、典型的單片機系列 mcs-51。它在以下幾個方面奠定了典型的通用總線型單 片機體系結(jié)構。 1) 完善的外部總線。mcs-51 設置了經(jīng)典的 8 位單片機的總線結(jié)構，包括 8 位數(shù) 據(jù)總線、16 位地址總線、控制總線及具有很多機通信功能的串行通信接口。 2) cpu 外圍功能單元

28、的集中管理模式。 3) 體現(xiàn)工控特性的位地址空間及位操作方式。 3) 指令系統(tǒng)趨于豐富和完善，并且增加了許多突出控制功能的指令。 (3) 第三階段(19821990)：8 位單片機的鞏固發(fā)展及 16 位單片機的推出階段，也 是單片機向微控制器發(fā)展的階段。intel 公司推出的 mcs-96 系列單片機，將一些用于 測控系統(tǒng)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器、程序運行監(jiān)視器、脈寬調(diào)制器等納入片中，體現(xiàn)了單片機的 微控制器特征。隨著 mcs-51 系列的廣應用，許多電氣廠商競相使用 80c51 為內(nèi)核， 將許多測控系統(tǒng)中使用的電路技術、接口技術、多通道 a/d 轉(zhuǎn)換部件、可靠性技術等 應用到單片機中，增強了外圍電路路功

29、能，強化了智能控制的特征。 (4) 第四階段(1990至今)：微控制器的全面發(fā)展階段。隨著單片機在各個領域全 面深入地發(fā)展和應用，出現(xiàn)了高速、大尋址范圍、強運算能力的 8 位/16 位/32 位通用 型單片機，以及小型廉價的專用型單片機。 3.1.2 常用單片機及兼容機 mcs-51 系列單片機及其兼容機在國內(nèi)擁有廣泛的用戶，這與 intel 8 位單片機是最 早引入我國的有關。mcs-51 的硬件結(jié)構也決定了其指令系統(tǒng)不會發(fā)生變化，所以設計 人員可以較容易地對不同公司的單片機產(chǎn)品進行選型，他們只需將重點放在芯片內(nèi)部 資源的比較上。 目前，在國內(nèi)市場上，intel 公司生產(chǎn)的 mcs-51 系

30、列單片機已少見，代之以其他 公司生產(chǎn)的 mcs-51 系列兼容單片機。這些公司主要有 phillips、dallas、siemens、amd、atmel、nec、harris、winbond、yhundai 、adi 等，其中又以 philips、dallas、atmel、winbond、yhundai、adi 等公司占有 市場份額最大。以上各公司開發(fā)的 mcs-51 系列兼容單片機各具特色，它們的內(nèi)部資 源差異很大，在對原來 mcs-51 內(nèi)核的改進上也不盡相同，每個公司都在其中加入了 本公司的特有技術。例如擁有很大用戶群的 atmel 公司生產(chǎn)的 mcs-51 系列兼容單片 機at89 系

31、列單片機，就在原有 mcs-51 內(nèi)核中加入了該公司的 flash 存儲器技 術。 長期以來，mcs-51 系列單片機一直統(tǒng)治著國內(nèi)單片機市場，但近年來，國際上許 多著名半導體廠家競相推出的各具特色的 mcs-51 兼容單片機，也深受國內(nèi)廣大用戶 的青睞。 經(jīng)過市場的調(diào)查，基于本課題的設計要求，考慮其可靠性、經(jīng)濟性，本設計選擇 atmel 公司的 at89s52 芯片。 3.2 at89s52 芯片概述 at89s52 是一種低功耗、高性能 cmos8 位微控制器，具有 8k 在系統(tǒng)可編程 flash 存儲器。使用 atmel 公司高密度非易失性存儲器技術制造，與工業(yè) 80c51 產(chǎn)品 指令和

32、引腳完全兼容。片上 flash 允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。 在單芯片上，擁有靈巧的.8.位.cpu.和在系統(tǒng)可編程 flash，使得 at89s52 為眾多嵌入 式控制應用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。at89s52 具有以下標準功能：8k 字 節(jié) flash，256 字節(jié) ram，32 位 i/o 口線，看門狗定時器，2.個數(shù)據(jù)指針，三個 16 位 定時器/計數(shù)器，一個.6 向量 2 級中斷結(jié)構，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時鐘電路。另 外，at89s52 可降至 0hz 靜態(tài)邏輯操作，支持 2 種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下， cpu.停止工作，允許.ram、定時器/

33、計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護方式下， ram.內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復位 為止。 3.2.1 at89s52 的引腳及功能 at89s52 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 40 39 38 37 36 35 34 33 32 31 30 29 28 27 26 25 24 23 22 21 t2/p1.0 t2ex/p1.1 p1.2 p1.3 p1.4 p1.5 p1.6 p1.7 rst rxd/p3.0 txd/p3.1 into/p3.2 int1/p3.3 t0/

34、p3.4 t1/p3.5 wr/p3.6 rd/p3.7 xtal2 xtal1 gnd vcc p0.0/ad0 p0.1/ad1 p0.2/ad2 p0.3/ad3 p0.4/ad4 p0.5/ad5 p0.6/ad6 p0.7/ad7 ea/vpp ale/prog pesn p2.7/a15 p2.6/a14 p2.5/a13 p2.4/a12 p2.3/a11 p2.2/a10 p2.1/a9 p2.0/a8 圖 3-1 at89s52 引腳 (1) 電源及時鐘引腳 vcc：電源 gnd：地 xtal1：振蕩器反相放大器和內(nèi)部時鐘發(fā)生電路的輸入端 xtal2：振蕩器反相放大器的輸出端

35、 (2) 控制引腳 rst：復位輸入晶振工作時，rst 腳持續(xù) 2 個機器周期高電平將使單片機復位。 看門狗計時完成后，rst.腳輸出.96.個晶振周期的高電平。特殊寄存器.auxr(地址. 8eh)上的 disrto 位可以使此功能無效。disrto 默認狀態(tài)下，復位高電平有效。 ale/prog：地址鎖存控制信號(ale)是訪問外部程序存儲器時，鎖存低.8.位地址 的輸出脈沖。在 flash 編程時，此引腳(prog)也用作編程輸入脈沖。在一般情況下， ale 以晶振六分之一的固定頻率輸出脈沖，可用來作為外部定時器或時鐘使用。然而， 特別強調(diào)，在每次訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，ale.脈沖將會跳

36、過。如果需要，通過將地 址為 8eh 的 sfr 的第 0 位置“1” ，ale 操作將無效。這一位置“1” ，ale.僅在執(zhí)行 movx 或 movc 指令時有效。否則，ale 將被微弱拉高。這個 ale.使能標志位(地址 為 8eh 的 sfr 的第 0 位)的設置對微控制器處于外部執(zhí)行模式下無效。 psen：外部程序存儲器選通信號(psen)是外部程序存儲器選通信號。當 at89s52 從外部程序存儲器執(zhí)行外部代碼時，psen.在每個機器周期被激活兩次，而在訪問外部 數(shù)據(jù)存儲器時，psen 將不被激活。 ea/vpp：訪問外部程序存儲器控制信號。為使能從 0000h 到 ffffh 的外

37、部程序 存儲器讀取指令，ea.必須接.gnd。為了執(zhí)行內(nèi)部程序指令，ea.應該接.vcc。在 flash 編程期間，ea 也接收 12 伏 vpp 電壓。 (3) i/o 口 p0 口：p0 口是一個 8 位漏極開路的雙向 i/o 口。作為輸出口，每位能驅(qū)動 8 個 ttl 邏輯電平。對 p0 端口寫“1”時，引腳用作高阻抗輸入。當訪問外部程序和數(shù)據(jù) 存儲器時， p0 口也被作為低 8 位地址/數(shù)據(jù)復用。在這種模式下，p0 具有內(nèi)部上拉電 阻。在 flash 編程時，p0.口也用來接收指令字節(jié)；在程序校驗時，輸出指令字節(jié)。程 序校驗時，需要外部上拉電阻。 p1 口：p1.口是一個具有內(nèi)部上拉電

38、阻的.8.位雙向 i/o 口，p1 輸出緩沖器能驅(qū)動 4 個.ttl.邏輯電平。對.p1.端口寫“1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸 入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流(iil)此 外，p1.0 和 p1.2 分別作定時器/計數(shù)器 2 的外部計數(shù)輸入(p1.0/t2)和時器/計數(shù)器 2 的觸 發(fā)輸入(p1.1/t2ex)，具體如下表所示。在 flash 編程和校驗時，p1 口接收低 8 位地址 字節(jié)。 表 3-1 p1 口第二功能 引腳號第二功能 p1.0t2(定時器/計數(shù)器 t2 的外部計數(shù)輸入)，時鐘輸出 p1.1t2ex(定時器/計數(shù)器

39、t2 的捕捉/重載觸發(fā)信號和方向控制) p1.5mosi(在系統(tǒng)編程使用) p1.6miso(在系統(tǒng)編程使用) p1.7sck(在系統(tǒng)編程使用) p2 口：p2.口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的.8.位雙向 i/o 口，p2 輸出緩沖器能驅(qū)動 4 個 ttl.邏輯電平。對 p2 端口寫“1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為 輸入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流 (iil)。在訪問外部程序存儲器或用.16.位地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲器時，p2 口送出高八位 地址。在這種應用中，p2.口使用很強的內(nèi)部上拉發(fā)送 1。在使用 8 位地址(如 movx ri)訪問外部

40、數(shù)據(jù)存儲器時，p2 口輸出 p2 鎖存器的內(nèi)容。在 flash 編程和校驗時， p2 口也接收高 8 位地址字節(jié)和一些控制信號。 p3 口：p3.口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 i/o 口，p2 輸出緩沖器能驅(qū)動 4 個 ttl 邏輯電平。對 p3 端口寫“1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為 輸入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流 (iil)p3 口亦作為 at89s52 特殊功能(第二功能)使用，如下表所示。在 flash 編程和校 驗時，p3 口也接收一些控制信號。 表 3-2 p3 口第二功能 引腳號第二功能 p3.0rxd(串行輸入

41、) p3.1txd(串行輸出) p3.2int0(外部中斷 0) p3.3int0(外部中斷 1) p3.4t0(定時器 0 外部輸入) p3.5t1(定時器 1 外部輸入) 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) 3.2.2 at89s52 的中央處理器 單片機的中央處理器(cpu)是其內(nèi)部的核心部件，它決定了單片機的主要功能特性。 由運算器、定時控制部件和專用寄存器三大部分組成。 (1) 運算器 運算器包括算術邏輯單元 alu、布爾處理器、累加器 a、寄存器.b、暫存器和程 序狀態(tài)字 psw 等許多部件。它以算術邏輯單元 alu 為核心，功能是實現(xiàn)數(shù)據(jù)的

42、算術 邏輯運算、位變量處理和數(shù)據(jù)傳輸操作。 單片機的 alu 功能十分強，它不僅可對 8 位變量進行邏輯“與” 、 “或” 、 “異或” 、 循環(huán)、求補、清零等基本操作，還可以進行加、減、乘、除等基本運算。為了乘除運 算的需要，設置了.b.寄存器。在執(zhí)行乘法運算指令時，用來存放其中一個乘數(shù)和乘積 的高 8 位數(shù)；在執(zhí)行除法運算指令時，b.中存入除數(shù)及余數(shù)。單片機指令系統(tǒng)中的布 爾指令集、存儲器中的位地址空間與 cpu 中的位操作構成了片內(nèi)的布爾功能系統(tǒng)，它 可對位(bit)變量進行布爾處理，如置位、清零、求補、測試轉(zhuǎn)移及邏輯“與” 、 “或”等 操作。在程序?qū)崿F(xiàn)對位的操作時，它借用了程序狀態(tài)標

43、志位(psw)中的一個進位標志. cy.來作為位操作的“累加器” 。 運算部件中的累加器 acc 是一個 8 位的累加器(acc 也可簡寫為 a)。從功能上看， 它與一般微機的累加器相比較沒有什么特別之處，但需要說明的是 acc 的進位標志 cy 就是布爾處理器進行位操作的一個累加器。 單片機的程序狀態(tài) psw，是一個 8 位寄存器，它包含了程序的狀態(tài)信息。 (2) 控制部件 控制部件是單片機的神經(jīng)中樞，它包括時鐘電路、復位電路、指令寄存器、譯碼 以及信息傳送控制部件。它以主振頻率為基準發(fā)出.cpu.的時序，對指令進行譯碼，然 后發(fā)出各種控制信號，完成一系列定時控制的微操作，用來控制單片機各部

44、分的運行。 其中有一些控制信號線能簡化應用系統(tǒng)外圍控制邏輯，如控制地址鎖存的地址鎖存信 號 ale，控制片外程序存儲器運行的片內(nèi)外存儲器選擇信號 ea，以及片外取指信號 psen。 (3)專用寄存器 專用寄存器組也稱為特殊功能寄存器，主要用與表示當前要執(zhí)行的指令的內(nèi)存地 址、存放操作數(shù)和知識指令執(zhí)行后的狀態(tài)等。它是任何一臺計算機的.cpu.不可缺少的 組成部件。 3.2.3 at89s52 的時鐘及復位電路 時鐘電路用于產(chǎn)生單片機工作時所需的時鐘信號。單片機本身就時一個復雜的同 步時序電路，為保證同步工作放肆的實現(xiàn)，單片機應在唯一的時鐘信號控制下，嚴格 地按時序執(zhí)行指令進行功能工作，而時序所研

45、究的時指令執(zhí)行中各個信號的關系。在 執(zhí)行指令時，cpu 首先要到程序存儲器中取出需要執(zhí)行的指令操作碼，并由時序電路 產(chǎn)生一系列控制信號去完成指令所規(guī)定的操作。 xtal2 xtal1 gnd c1 c2 at89s52 gnd xtal1 xtal2 at89s52 圖 3-2 內(nèi)部振蕩電路 圖 3-3 外部振蕩電路 單片機除了內(nèi)部時鐘方式(圖 3-2)外，還可以采用引入外部時鐘的振蕩方式(圖 3-3)。 單片機復位電路有多種，根據(jù)應用的要求，復位操作通常由兩種基本形式：上電 自動復位、手動開關復位。影響單片機系統(tǒng)運行穩(wěn)定性的因素可大體分為外因和內(nèi)因 兩部分。外因是射頻干擾，它是以空間電磁場的

46、形式傳遞在機器內(nèi)部的導體(引線或零 件引腳)感生出相應的干擾，可通過電磁屏蔽和合理的布線/器件布局衰減該類干擾；電 源線或電源內(nèi)部產(chǎn)生的干擾，它是通過電源線或電源內(nèi)的部件耦合或直接傳導，可通 過電源濾波、隔離等措施來衰減該類干擾。內(nèi)因是振蕩源的穩(wěn)定性，主要由起振時間 頻率穩(wěn)定度和占空比穩(wěn)定度決定 起振時間可由電路參數(shù)整定穩(wěn)定度受振蕩器類型溫度 和電壓等參數(shù)影響復位電路的可靠性。 (1) 上電自動復位 上電自動復位要求接通電源后，自動實現(xiàn)復位操作。對于.nmos 型單片機，在. rst 復位端接一個電容至 vcc 和一個電阻接地，就能實現(xiàn)上電自動復位，如圖 3-4 所 示。 對于 cmos 型單

47、片機，只要接一個電容至 vcc 即可。在加電瞬間，電容通過電 阻充電，就在.rst.端出現(xiàn)一定時間的高電平，只要高電平持續(xù)時間足夠長，就可使單 片機有效復位。rst.端在加電時應保持的高電平時間包括.vcc.的上升時間和振蕩器的 起振時間，振蕩器的起振時間于頻率有關。10mhz 晶振時約位 1ms，1mhz 晶振時約 為 10ms，所以一般為了可靠復位，rst 在上電時應保持 20ms 以上的高電平。rc 時間 常熟越大，上電視 rst 端的高電平時間越長。 (2) 手動開關復位 本設計選擇手動開關復位，要求在電源接通的條件下，在單片機運行期間，如果 發(fā)生死機，用按鈕開關操作使單片機復位。 v

48、cc rst vcc r rst 圖 3-4 上電自動復位 圖 3-5 手動開關復位 常用的手動開關復位電路如圖 3-5 所示。上電后，由于電容充電，使得 rst 持續(xù) 一段高電平時間。當單片機已在運行之中時；按下復位鍵也能是 rst 持續(xù)一段時間的 高電平，從而實現(xiàn)上電且開關復位的操作。通常選擇 c=1030f，r=101k。 3.3 74hc573 概述 在單片機應用系統(tǒng)中，由于標準 ttl 或 cmos 數(shù)字集成電路的邏輯電平與 mcs- 51 系列完全兼容，故也常采用.ttl.電路、cmos.電路鎖存器或三態(tài)門電路構成各種類 型的簡單輸入/輸出口。通常這種.i/o.口都是通過 p0.口

49、擴展。由于 p0.口只能分時使用， 故構成輸出口時，接口芯片應具有鎖存功能；構成輸入口時，根據(jù)輸入數(shù)據(jù)是常態(tài)還 是暫態(tài)，要求接口芯片應能三態(tài)緩沖或鎖存選通。數(shù)據(jù)的輸入、輸出由單片機的讀/寫 信號控制。 本設計選擇 74hc573 芯片，通過 p0 口擴展輸出口時，鎖存器被視為一個外部 ram 單元，輸出控制信號為 wr。74hc573 是帶鎖存允許端的 8d 鎖存器，引腳 1d8d 為 8 個 d 輸入端，引腳 1q8q 為 8 個輸出端，當 oe 端為低電平時鎖存器允 許數(shù)據(jù)輸出，le 為高電平允許鎖存數(shù)據(jù)到芯片。 74hc573.器件的輸入是和標準.cmos.輸出相兼容的，加上拉電阻之后，

50、他們能和 ls/alsttl.輸出兼容。當鎖存使能端為高時，這些器件的鎖存對于數(shù)據(jù)是透明的(也就 是說輸出同步)。當鎖存使能變低時，符合建立時間和保持時間的數(shù)據(jù)會被鎖存。 d0d7 與 p0 口連接傳送數(shù)據(jù)，q0q7 為輸出口可與數(shù)碼管連接，驅(qū)動數(shù)碼管發(fā)光。 3.4 顯示模塊介紹及設計 led(light emitting diode)，發(fā)光二極管，簡稱 led，是一種能夠?qū)㈦娔苻D(zhuǎn)化為可 見光的固態(tài)的半導體器件，它可以直接把電轉(zhuǎn)化為光。 74hc573 20 vcc 19 q0 18 q1 17 q2 16 q3 15 q4 14 q5 13 q6 12 q7 11 le oe 1 d0 2

51、d1 3 d2 4 d3 5 d4 6 d5 7 d6 8 d7 9 gnd 10 圖 3-6 74hc573 引腳圖 3.4.1 led 發(fā)光原理 led 的心臟是一個半導體的晶片，晶片的一端附在一個支架上，一端是負極，另 一端連接電源的正極使整個晶片被環(huán)氧樹脂封裝起來。半導體晶片由兩部分組成，一 部分是 p 型半導體，在它里面空穴占主導地位，另一端是 n 型半導體，在這邊主要是 電子。但這兩種半導體連接起來的時候，它們之間就形成一個“p-n 結(jié)” 。當電流通過 導線作用于這個晶片的時候，電子就會被推向 p 區(qū)，在 p 區(qū)里電子跟空穴復合，然后 就會以光子的形式發(fā)出能量，這就是.led 發(fā)光

52、的原理。 光的波長也就是光的顏色，是由形成 p-n 結(jié)的材料決定的。 它是一種通過控制半 導體發(fā)光二極管的顯示方式，用來顯示文字、圖形、圖像、動畫、行情、視頻、錄像 信號等各種信息的顯示屏幕。由于具有容易控制、低壓直流驅(qū)動、組合后色彩表現(xiàn)豐 富、使用壽命長等優(yōu)點，廣泛應用于城市各工程中、大屏幕顯示系統(tǒng)。led.可以作為 顯示屏，在計算機控制下，顯示色彩變化萬千的視頻和圖片。故.led.是一種能夠?qū)㈦?能轉(zhuǎn)化為可見光的半導體。此外，led 可分為共陰極和共陽極兩種，如圖 3-7 所示。 a b c d e f g dp g a b c d e f g dp +5v (a)共陰極 (b)共陽極 圖

53、 3-7 led 顯示結(jié)構 3.4.2 數(shù)碼管介紹 由 led 組成的數(shù)碼管其發(fā)光原理也一樣。數(shù)碼管按段數(shù)分為七段數(shù)碼管和八段 數(shù)碼管，八段數(shù)碼管比七段數(shù)碼管多一個發(fā)光二極管單元(多一個小數(shù)點顯示)。按能顯 示多少個“8”可分為 1 位、2 位、4 位等數(shù)碼管。本次設計中為了外觀整齊，提高焊 接的可靠性，選擇 4 位數(shù)碼管。 表 3-3 7 段 led 數(shù)碼管顯示字型表 顯示字符共陰極字符碼共陽極字符碼顯示字符共陰極字符碼共陽極字符碼 03fhc0hc39hc6h 106hf9hd5eha1h 25bha4he79h86h 34fhb0hf71h8eh 466h99hp73h8ch 56dh9

54、2hu3ehc1h 67dh82ht31hceh 707hf8hy6eh91h 87fh80hh76h89h 96fh90hl38hc7h a77h88h不顯示00hffh b7ch83h 按發(fā)光二極管單元連接方式分為共陽極數(shù)碼管和共陰極數(shù)碼管。共陽數(shù)碼管是指 將所有發(fā)光二極管的陽極接到一起形成公共陽極(com)的數(shù)碼管。共陽數(shù)碼管在應用 時應將公共極 com 接到+5v，當某一字段發(fā)光二極管的陰極為低電平時，相應字段就 點亮。當某一字段的陰極為高電平時，相應字段就不亮。 。共陰數(shù)碼管是指將所有發(fā)光 二極管的陰極接到一起形成公共陰極(com)的數(shù)碼管。共陰數(shù)碼管在應用時應將公共 極.com 接

55、到地線.gnd.上，當某一字段發(fā)光二極管的陽極為高電平時，相應字段就點 亮。當某一字段的陽極為低電平時，相應字段就不亮。 常用數(shù)碼顯示字形段碼如上表 3-3 所示，通常顯示字符段碼順序排列，存放在存 儲器中的固定區(qū)域，構成段碼表，當要顯示某字符時，可根據(jù)地址查表。 數(shù)碼管要正常顯示，就要用驅(qū)動電路來驅(qū)動數(shù)碼管的各個段碼，從而顯示出我們 要的數(shù)字，因此根據(jù)數(shù)碼管的驅(qū)動方式的不同，可以分為靜態(tài)式和動態(tài)式兩類。 (1) 靜態(tài)顯示驅(qū)動 靜態(tài)驅(qū)動也稱直流驅(qū)動。靜態(tài)驅(qū)動是指每個數(shù)碼管的每一個段碼都由一個單片機 的 i/o 端口進行驅(qū)動，或者使用如.bcd.碼二、十進制譯碼器譯碼進行驅(qū)動。靜態(tài)驅(qū)動 的優(yōu)點是

56、編程簡單，顯示亮度高，缺點是占用 i/o 端口多，實際應用時必須增加譯碼 驅(qū)動器進行驅(qū)動，增加了硬件電路的復雜性。 (2) 動態(tài)顯示驅(qū)動 數(shù)碼管動態(tài)顯示接口是單片機中應用最為廣泛的一種顯示方式之一，動態(tài)驅(qū)動是 將所有數(shù)碼管的 8 個顯示筆劃“a，b，c，d，e，f，g，dp”的同名端連在一起，另外 為每個數(shù)碼管的公共極 com 增加位選通控制電路，位選通由各自獨立的 i/o 線控制， 當單片機輸出字形碼時，所有數(shù)碼管都接收到相同的字形碼，但究竟是那個數(shù)碼管會 顯示出字形，取決于單片機對位選通 com 端電路的控制，所以我們只要將需要顯示的 數(shù)碼管的選通控制打開，該位就顯示出字形，沒有選通的數(shù)碼

57、管就不會亮。通過分時 輪流控制各個數(shù)碼管的的 com 端，就使各個數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是動態(tài)驅(qū)動。 在輪流顯示過程中，每位數(shù)碼管的點亮時間為 12ms，由于人的視覺暫留現(xiàn)象及 發(fā)光二極管的余輝效應，盡管實際上各位數(shù)碼管并非同時點亮，但只要掃描的速度足 夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)，不會有閃爍感，動態(tài)顯示的效果和靜態(tài) 顯示是一樣的，能夠節(jié)省大量的 i/o 端口，而且功耗更低。 3.4.3 顯示部分設計 在微型計算機控制系統(tǒng)中，常用的顯示方法有兩種：一種為動態(tài)顯示；一種為靜 態(tài)顯示。 動態(tài)顯示，就是微型計算機定時地對顯示器件掃描。在這種方法中，顯示器件分 時工作，每次只能有一個器件顯

58、示。但由于人的視覺有暫留現(xiàn)象，所以，只要掃描頻 率足夠快，仍會感覺到所有的器件都在顯示，如許多單片機的開發(fā)系統(tǒng)及仿真器上的 6 位顯示器件都采用這類顯示方法。 目前國內(nèi)生產(chǎn)的許多單板機，包括一些開發(fā)系統(tǒng)及仿真器均采用的是動態(tài)顯示。 這種顯示方法的最大的優(yōu)點就是線路簡單，價格便宜，適合大批量生產(chǎn)。動態(tài)顯示的 方法按單片機輸出數(shù)據(jù)的方式有并行和串行兩種接口方式。 為了節(jié)約資源，降低設計的復雜程度，本設計的顯示部分采用的是動態(tài)顯示，用 p1 口的低四位來控制位選，p2 口用來做數(shù)據(jù)口，控制數(shù)碼管的段選。 3.5 鍵盤電路設計 鍵盤是由一組規(guī)則排列的按鍵組成，一個按鍵實際上是一個開關元件，也就是說 鍵

59、盤是一組規(guī)則排列的開關。 3.5.1 按鍵的分類 按鍵按照結(jié)構原理可分為兩類，一類是觸點式開關按鍵，如機械式開關、導電橡 膠式開關等；另一類是無觸點開關按鍵，如電氣式按鍵，磁感應按鍵等。前者造價低， 后者壽命長。目前，微機系統(tǒng)中最常見的是觸點式開關按鍵。 按鍵按照接口原理可分為編碼鍵盤與非編碼鍵盤兩類，這兩類鍵盤的主要區(qū)別是 識別鍵符及給出相應鍵碼的方法。編碼鍵盤主要是用硬件來實現(xiàn)對鍵的識別，非編碼 鍵盤主要是由軟件來實現(xiàn)鍵盤的定義與識別。 全編碼鍵盤能夠由硬件邏輯自動提供與鍵對應的編碼，此外，一般還具有去抖動 和多鍵、竄鍵保護電路，這種鍵盤使用方便，但需要較多的硬件，價格較貴，一般的 單片機

60、應用系統(tǒng)較少采用。非編碼鍵盤只簡單地提供行和列的矩陣，其它工作均由軟 件完成。由于其經(jīng)濟實用，較多地應用于單片機系統(tǒng)中。下面將重點介紹非編碼鍵盤 接口。 3.5.2 按鍵結(jié)構與特點 閉合 穩(wěn)定 后沿抖動前沿抖動 鍵按下 圖 3-8 鍵盤抖動 微機鍵盤通常使用機械觸點式按鍵開關，其主要功能是把機械上的通斷轉(zhuǎn)換成為 電氣上的邏輯關系。也就是說，它可以提供標準的.ttl.邏輯電平，以便與通用數(shù)字系 統(tǒng)的邏輯電平相容。 機械式按鍵再按下或釋放時，由于機械彈性作用的影響，通常伴隨有一定時間的 觸點機械抖動，然后其觸點才穩(wěn)定下來。其抖動過程如圖 3-8 所示，抖動時間的長短 與開關的機械特性有關，一般為