作息時間控制系統(tǒng)設(shè)計

1、本科畢業(yè)論文（設(shè)計）論文題目：作息時間控制系統(tǒng)設(shè)計指導(dǎo)教師：xxxxxxx學(xué)歷層次：w專業(yè) 電子信息工程班級 xxxxx學(xué)號 xxxxxxxxxxxxxxxxx 姓名 xxxxxxxxxxx成績指導(dǎo)教師（簽名）2010年5月作息時間控制系統(tǒng)設(shè)計xxx西南大學(xué)xxxxx,重慶400000摘要:木課題設(shè)計了一個具有打鈴、教室燈光、廣播的自動控制等功能的作息時間控制系 統(tǒng)，系統(tǒng)由at89s51單片機核心控制模塊、鍵盤模塊、實時時鐘模塊、液晶顯示模塊、數(shù) 據(jù)存儲模塊、外圍驅(qū)動模塊六部分組成，系統(tǒng)擴展16個矩陣按鍵用于打鈴時間調(diào)整及時間 校正。該系統(tǒng)可以給學(xué)校及其他機關(guān)企業(yè)帶來方便，整體性好，人性化強、

2、可靠性高，實現(xiàn) 了對時間控制的智能化。關(guān)鍵詞：單片機；時鐘芯片；液晶；打鈴系統(tǒng)design of daily schedule control systemxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxabstract: this paper designed a daily schedule control system of functions like automatic controhetc that has to tie a bell,classroom light and broadcast,

3、system from at89s51 unipole slab machine nucleus control mold mass,keyboard mold mass,actually and always the bell mold mass,liquid crystal display mold mass,data storage mold mass,outer circle drive mold mass six fraction compositions,system's expanding 16 matrix keys to used for tying bell to

4、adjust for time correction is in time.the system can bring school and other organization business enterprises convenient,whole good,hunmanized strong,reliability higher,carried out the intelligence that controls to time to turn.key word: single chip microcomputer clock chip lcd tie bell systemia 1.1

5、單片機作息時間控制系統(tǒng)設(shè)計的目的和意義112方案比較12整體方案設(shè)計23模塊電路設(shè)計23. 1單片機核心控制模塊33. 2鍵盤模塊53. 3實時時鐘模塊63. 4數(shù)據(jù)存儲模塊93. 5顯示模塊153. 6外圍驅(qū)動模塊224控制系統(tǒng)設(shè)計224. 1系統(tǒng)原理介紹224. 2系統(tǒng)流程設(shè)計235系統(tǒng)調(diào)試雨總結(jié)24參考文獻25致謝25附錄：1產(chǎn)品說明262程序263元件明細表534整機電路圖541引言1.1單片機作息時間控制系統(tǒng)設(shè)計的目的和意義隨著計算機技術(shù)的發(fā)展和在控制系統(tǒng)中的廣泛應(yīng)用，以及設(shè)備向小型化、智 能化發(fā)展，作為高新技術(shù)z的單片機以其體枳小、功能強、價格低廉、使用靈 活等優(yōu)勢，顯示出了很強的

6、生命力。進入21世紀以來，開發(fā)推岀單片機的公司 很多，各種高性能單片機芯片市場也異?；钴S，新技術(shù)的不斷釆用，更加使單片 機的種類、性能以及應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴大和提高。因其功耗低，超高型，低成本， 功能完整，在國內(nèi)越來越受到用戶的重視和廣泛使用。本設(shè)計是一個具有打鈴、教室燈光、廣播的自動控制等功能的作息時間控制 系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用sg12864液晶具有良好的菜單式人機界面更使本系統(tǒng)增色不少。 它利用pcf8563實時時鐘芯片計時，并用sg12864將當前日期、星期、時間出來； 在進行時間計算，分每加一時，都與規(guī)定的作息時間比較，如果相等則進行相應(yīng) 的控制或動作。由at89s51單片機核心控制模塊、鍵盤

7、模塊、實時時鐘模塊、液 晶顯示模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊、外圍驅(qū)動模塊六部分組成，系統(tǒng)擴展16個矩陣按 鍵用于打鈴時間調(diào)整及時間校正。現(xiàn)代機關(guān)企業(yè)，特別是學(xué)校要求對時間加以控 制，要按時打鈴及播放廣播，以保證學(xué)習(xí)與工作的正常運行。本設(shè)計實現(xiàn)了這些 功能，給學(xué)校及其他機關(guān)企業(yè)帶來方便，整體性好，人性化強、可靠性高，實現(xiàn) 了對時間控制的智能化。1.2方案比較作息時間控制系統(tǒng)的設(shè)計有很多方案可以實現(xiàn)，其主流技術(shù)主要有以下幾種:(1) 用可編程邏輯器件(如cpld、fpga)來實現(xiàn)，而在木設(shè)計中如要實現(xiàn)功能 相對來說比較復(fù)雜，必須得用到fpga來實現(xiàn)，而fpga的價格相對較貴，且系統(tǒng) 設(shè)計比較困難。(2) 用

8、plc來實現(xiàn)，plc其實就是一被封裝起來的單片機，里面設(shè)有監(jiān)控程 序，并對i/o端口進行了光電隔離。這樣一來使得plc性能穩(wěn)定且容易使用，且 只需簡單外圍電路就可以實現(xiàn)該系統(tǒng)功能，但plc比較昂貴，這樣會使成木增高 而失去市場競爭。(3) 用555定時器產(chǎn)生時鐘脈沖和數(shù)字芯片(如74ls14)來實現(xiàn)，但要來實現(xiàn) 本設(shè)計需要大量的數(shù)字芯片，使得系統(tǒng)穩(wěn)定性下降，生產(chǎn)難度加大，而且成本會 增加。(4) 用單片充當主控器來再加上適量的外圍實現(xiàn)此功能，且單片機價格便宜, 性能穩(wěn)定。應(yīng)用的外圍器件相對較少，這就提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，且單片機控制 簡易，開發(fā)工具簡單，很容易大批量生產(chǎn)。經(jīng)過以上比較，最終我選擇

9、第(4)種方案。2整體方案設(shè)計本方案由單片機核心控制模塊、顯示模塊、鍵盤模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊、實時 時鐘模塊、外圍驅(qū)動模塊6個模塊組成。其屮單片機核心控制模塊決定了整個系 統(tǒng)的穩(wěn)定性，顯示模塊顯示系統(tǒng)處理后的信息，鍵盤模塊是系統(tǒng)的信息輸入通道, 它與顯示模塊構(gòu)成了人機交換平臺，數(shù)據(jù)存儲模塊存儲整個系統(tǒng)的各種信息，實 時時鐘模塊以定時器計時，保證整個系統(tǒng)穩(wěn)定運行，外圍驅(qū)動模塊實現(xiàn)了弱電與 強電的電器隔離，避免了電磁干擾。圖11整體方案圖fig 1.1 the whole scheme3模塊電路設(shè)計3. 1單片機核心控制模塊3. 1. 1單片機核心控制模塊核心器件的選擇單片機是本設(shè)計的核心器件，因此

10、單片機的選擇決定了該設(shè)計的穩(wěn)定和性能, 目前單片機市場種類繁多，有幾千種不同型號，單片機的選擇應(yīng)遵循在能滿足性 能條件下盡可能的選擇功耗小資源少價格低，而且貨源充足的?，F(xiàn)在主流單片機 種類有以下兒類：pic單片機：是microchip公司的產(chǎn)品，其突出的特點是體積小，功耗低，精簡指令集, 抗干擾性好，可靠性高，有較強的模擬接口，代碼保密性好，大部分芯片有其 兼容的flash程序存儲器的芯片。emc單片機：是臺灣義隆公司的產(chǎn)品，有很大一部分與pic 8位單片機兼容，且相兼 容產(chǎn)品的資源相對比pic的多，價格便宜，有很多系列可選，但抗干擾較差。atmel單片機單片機）:atmel公司的8位單片機有

11、at89、at90兩個系列，at89系列是8位flash 單片機，與8051系列單片機相兼容，靜態(tài)時鐘模式;at90系列單片機是增強 risc結(jié)構(gòu)、全靜態(tài)工作方式、內(nèi)載在線可編程flash的單片機，也叫avr單 片機。phltpts 51plc系列單片機（51單片機）：philips公司的單片機是基于80c51內(nèi)核的單片機，嵌入了掉電檢測、 模擬以及片內(nèi)rc振蕩器等功能，這使51lpc在高集成度、低成本、低功耗 的應(yīng)用設(shè)計中可以滿足多方而的性能要求。iioltek單片機:臺灣盛揚半導(dǎo)體的單片機，價格便宜，種類較多，但抗干擾較差，適用于 消費類產(chǎn)品。t1公司單片機（51單片機）：德州儀器提供了

12、tms370和msp430兩大系列通用單片機.tms370系列單 片機是8位cmos單片機，具有多種存儲模式、多種外圍接口模式，適用于復(fù) 雜的實時控制場合；msp430系列單片機是一種超低功耗、功能集成度較高的 16位低功耗單片機，特別適用于要求功耗低的場合。最后我決定選用atmel公司的at89s51單片機，at89s51是atmel公司 生產(chǎn)的低功耗，高性能、高性價比的cmos 8位單片機，片內(nèi)含4k bytes的可系 統(tǒng)編程的flash只讀程序存儲器，器件采用atmel公司的高密度、非易失性存儲 技術(shù)牛產(chǎn)，兼容標準8051指令系統(tǒng)及引腳。它集flash程序存儲器既可在線編 程（isp）也

13、可用傳統(tǒng)方法進行編程及通用8位微處理器于單片芯片中，at89s51 含有128x8字節(jié)內(nèi)部ram、32個可編程1/0 口線、2個16位定時/計數(shù)器、6 個屮斷源和全雙工串行uart通道，已能滿足系統(tǒng)控制需求。3.1. 2單片機核心控制模塊模塊電路設(shè)計單片機運行需要滿足幾個條件，首先必需提供電源，還時鐘振蕩源，還有復(fù) 位。由于十二個時鐘周期構(gòu)成一個機器周期，在這里為方便計算我們選取晶振頻 率為12mhz的晶振，因為品振產(chǎn)生的信號比較弱，電容選取范圍只能是小于30pf, 在這里我們選取cl、c2為22pf。當單片機的復(fù)位端持續(xù)為兩個機器周期高電平 時產(chǎn)生復(fù)位，因此復(fù)位電路的參數(shù)需要根據(jù)晶振來決定，

14、單片機控制系統(tǒng)一般都 要求達到上電復(fù)位，因此這就對電容和電阻的選擇有一定的要求，這可以通過計 算來得出元件參數(shù)，但單片機最小系統(tǒng)的參數(shù)有一個經(jīng)驗值，在這里我們選用取 r2 100q、r1 10k, c3取10uf。由于單片機的p0 口結(jié)構(gòu)的特殊性,需加上拉電 阻，這里我們選取阻值為10k的電阻，而耐壓值的選擇我們則只須選擇大于7. 5v 就行了。3.1. 3單片機核心控制模塊模塊電路圖圖3.1單片機核心控制模塊fig 3. 1 the uni pole slab machine n ucleus control mold mass3. 2鍵盤模塊3. 2. 1鍵盤電路選擇鍵盤可以有幾種選擇：一

15、種是利用鍵盤led芯片(如11d7279. 11d8279. max7219等)，一種則是直 接利用單片機i/o 口搭建鍵盤電路。采用鍵盤led芯片，具有編程簡單，抗干擾能力強、穩(wěn)定性好、功能強大等 特點，但其成本比較高，而且占用額外的功耗和空間，通常用在對鍵盤讀取要求 較高的場合。而普通的鍵盤電路，則有電路簡單，成本低等特點，但其抗干擾能力較前者 弱。而鍵盤電路結(jié)構(gòu)又分為直接型和矩陣型，直接型具有編程、電路簡單等特點， 但占用的i/o 口比較多，適用于只需少量鍵盤的場合。矩陣型具有電路、編程復(fù) 雜等特點，但占用1/0 口少，比較適應(yīng)于要求鍵盤比較多的場合。而本設(shè)計的顯示電路是采用的lcd顯示

16、，且對鍵盤讀取要求也不是太高，采 取鍵盤芯片不能充分利用其功能，有點浪費。且單片機i/o 口比較緊張，所以決 定采用普通矩陣鍵盤。3. 2. 2鍵盤模塊電路設(shè)計在本設(shè)計中有用到數(shù)字鍵0-9,且還有上、下、左、右、確定、取消鍵。一 共十六個鍵，剛好可用8個i/o 口組成4*4矩陣鍵盤。而矩陣鍵盤的搭建比較簡 單，只需遵循行列相交搭建就行，而必需在行或列添加上拉電阻，而上拉電阻的 選取就只需遵循上拉電流小于單片機最人灌電流就行，在這里我們選取10k的電 阻來充當上拉電阻。3.2.3鍵盤模塊電路圖圖2鍵盤模塊fig 3. 2 the keyboard mold mass3. 3實時時鐘模塊3. 3.

17、1實時時鐘模塊核心器件選擇在單片機內(nèi)部，可以利用定時器進行計時，也可以實現(xiàn)功能，但利用內(nèi)部定 時器進行計時會產(chǎn)生計時不精確，且增加了 cpu的負擔(dān)和編程的難度，再就是掉 電重啟后時間會全部被初始化。因此我們采用實時時鐘芯片，實時時鐘芯片的種 類繁多。在這里我們選用pcf8563實時時鐘芯片。pcf8563是低功耗的cmos實吋吋鐘/日歷芯片，它提供一個可編程吋鐘輸 出，一個中斷輸出和掉電檢測器，所有的地址和數(shù)據(jù)通過i2c總線接口串行傳遞。 最大總線速度為400kbits/s,每次讀寫數(shù)據(jù)后，內(nèi)嵌的字地址寄存器會自動產(chǎn)生 增量，可編程時鐘輸出剛好可以為紅外發(fā)射管提供載波信號。特性：*低工作電流：

18、典型值為0.25u a (vdd=3.0v, tamb=25°c時)。*世紀標志*大工作電壓范圍：1055* 低休眠電流;典型值為0. 25 u a（vdd=3. 0v, tamb=25°c）* 400khz 的i2c 總線接口 （vdd=1.85. 5v 吋）。*可編程時鐘輸出頻率為：32. 768khz, 1024hz, 32hz, 1hz。*報警和定時器。*掉電檢測器。*內(nèi)部集成的振蕩器電容。*片內(nèi)電源復(fù)位功能。* i2c總線從地址：讀，0a3h；寫，0a2ho*開漏中斷引腳。pcf8563有16個8位寄存器：一個可自動增量的地址寄存器，一個內(nèi)置 32. 768ki1

19、z的振蕩器（帶有一個內(nèi)部集成的電容），一個分頻器（用于給實時時 鐘rtc提供源吋鐘），一個可編程時鐘輸出，一個定吋器，一個報警器，一個掉 電檢測器和一個400khz i2c總線接口。所有16個寄存器設(shè)計成可尋址的8位并行寄存器，但不是所有位都有用。 前兩個寄存器（內(nèi)存地址ooh, 01h）用于控制寄存器和狀態(tài)寄存器，內(nèi)存地址02h 0811用于時鐘計數(shù)器（秒年計數(shù)器），地址09110ci1用于報警寄存器（定義報 警條件），地址0dh控制clkout管腳的輸出頻率，地址0eh和0fh分別用于定 時器控制寄存器和定時器寄存器。秒、分鐘、小時、日、月、年、分鐘報警、小 時報警、fi報警寄存器，編碼格

20、式為bcd,星期和星期報警寄存器不以bcd格式 編碼。當一個rtc寄存器被讀時，所有計數(shù)器的內(nèi)容被鎖存，因此，在傳送條件下， 可以禁止對吋鐘/日歷芯片的錯讀。一個或多個報警寄存器msb （aealarm enable報警使能位）清0時，相應(yīng) 的報警條件有效，這樣，一個報警將在毎分鐘至毎星期范圍內(nèi)產(chǎn)生一次。設(shè)置報 警標志位af （控制/狀態(tài)寄存器2的位3）用于產(chǎn)生中斷，af只可以用軟件清 除。8位的倒計數(shù)器（地址0fh）由定時器控制寄存器（地址0eh）控制，定時器 控制寄存器用于設(shè)定定時器的頻率（4096, 64, 1,或l/60hz）,以及設(shè)定定時器有效或無效。定時器從軟件設(shè)置的8位二進制數(shù)倒

21、計數(shù)，每次倒計數(shù)結(jié)束，定 時器設(shè)置標志位tf,定時器標志位tf只可以用軟件清除，tf用于產(chǎn)生一個屮斷 （/tnt）,每個倒計數(shù)周期產(chǎn)生一個脈沖作為中斷信號。tt/tp控制中斷產(chǎn)生的 條件。當讀定時器時，返回當前倒計數(shù)的數(shù)值。管腳clkout可以輸出可編程的方波。clkout頻率寄存器（地址odh；參見 表23）決定方波的頻率，clkout可以輸出32. 768khz（缺省值）,1024, 32, 1hz 的方波。clkout為開漏輸出管腳，通電時有效，無效時為高阻抗。表1 pcf8563寄存器結(jié)構(gòu)地址寄存器名稱d7d6d5d4d3d2d10000h控制/狀態(tài)寄存器1test0stop0ttes

22、tc00001h控制/狀態(tài)寄存器2000tt/tpaftfaietie02h秒寄存器vl0059 bcd碼格式數(shù)03h分寄存器0059 bcd碼格式數(shù)0411時寄存器0023 bcd碼格式數(shù)05h日寄存器0031 bcd碼格式數(shù)06h星期寄存器0006 bcd碼格式數(shù)07h月/世紀寄存器c0012 bcd碼格式數(shù)0811年寄存器0099 bcd碼格式數(shù)0911分鐘報警寄存器ae0059 bcd碼格式數(shù)0ah吋鐘報警寄存器ae0023 bcd碼格式數(shù)0bh日報警寄存器ae0031 bcd碼格式數(shù)och星期報警寄存器ae0006 bcd碼格式數(shù)odhclkout頻率寄存器1 丁fd1fdooeh定

23、吋控制寄存器tetd1td00fh定吋器倒計吋數(shù)值寄存器定時器倒數(shù)計數(shù)數(shù)值表3. 1 pcf8563寄存器結(jié)構(gòu)table 3. 1 the pcf8563 deposit machine structure3.3.2實時時鐘模塊電路設(shè)計木模塊電路比較簡單，只需注意一個地方，那就是實時吋鐘芯片一般裝有后 備電池，以保證當斷電時仍繼續(xù)計時，這就需要考慮一個當斷電時電流反灌而損 壞電源的問題，述有就是當從斷電狀態(tài)進入上電電壓的瞬時上升會造成電池壽命 的縮短，因此我們在電源和地z間需加一二極管和緩沖電容，二極管的選取只須 考慮最犬正向整流屯流和最人反向電壓，在這里們選取4148,而緩沖電容則選取 0.

24、047f。而晶振必須選取32. 768khz,在晶振和地之間須串聯(lián)一耦合電容，耦合 電容只須小于35p就可以了，在這里我們先取18p。3. 3. 3實時時鐘模塊電路圖fig 3. 3 the bell mold mass3. 4數(shù)據(jù)存儲模塊3. 4.1數(shù)據(jù)存儲模塊核心器件選擇本模塊的設(shè)計是為了增加在線調(diào)整作息吋間，以更適應(yīng)現(xiàn)實生活中的需要。 而數(shù)據(jù)存儲芯片，我們采用非掉電易失的串行eepr0m芯片進行存儲。串行eeprom中，較為典型的有atmel公司的at24cxx系列以及該公司生產(chǎn) 的at93cxx系列，較為著名的半導(dǎo)體廠家，包括microchip,國家半導(dǎo)體廠家等， 都有at93cxx系

25、列eepr0m產(chǎn)品。at24cxx系列的串行電可改寫及可編程只讀存儲器eepr0m有10種型號，其 中典型的型號有at24c01a/02/04/08/16等5種，它們的存儲容量分別是1024/2048/4096/8192/16384 位，也就是 128/256/512/1 024/2048 字節(jié)。這個 系列一般用于低電壓，低功耗的工業(yè)和商業(yè)用途，并且可以組成優(yōu)化的系統(tǒng)。信 息存取采用2線串行接口。這里我們就24c02的結(jié)構(gòu)特點，其它系列比較類似。at24c02有地址線a0a2,串行時鐘引腳sda,串行時鐘輸入引腳scl,寫保護引腳wp等引腳。很明顯,其引腳較少，對組成的應(yīng)用系統(tǒng)可以減少布線,提

26、髙可靠性。各引腳的功能和意義如下:1aovcca1a28237wpsclgnd sda645圖 3. 4 at24c02fig 3.4 the at24c02 ic® vcc引腳，電源+5v。 gnd引腳，地線。 scl引腳，串行時鐘輸入端。在時鐘的正跳沿即上升沿時把時鐘寫入eepr0m；在時鐘的負跳沿即下降沿時把數(shù)據(jù)從eepr0m中讀出來。 sda引腳，串行數(shù)據(jù)i/o端，用于輸入和輸岀串行數(shù)據(jù)。這個引腳是漏 極開路的埠，故可以組成“線或”結(jié)構(gòu)。 ao,a1,a2引腳，是芯片地址引腳。在型號不同時意義有些不同，但都要 接固定電平。 wp引腳，寫保護端。這個端提供了硬件數(shù)據(jù)保護。當把w

27、p接地時，允許芯片執(zhí)行一般讀寫操作；當把wp接vcc時，則對芯片實施寫保護。內(nèi)存的組織：對于不同的型號，內(nèi)存的組織不一樣，其關(guān)鍵原因在于內(nèi)存容 量存在差異。對于at24cxx系列的eepr0m,其典型型號的內(nèi)存組織如下。at24c01a：內(nèi)部含有128個字節(jié)，故需要7位地址對其內(nèi)部字節(jié)進行尋址at24c02：內(nèi)部含有256個字節(jié)，故需要8位地址對其內(nèi)部字節(jié)進行讀寫。 起始狀態(tài)：當scl為高電平時，sda由高電平變到低電平則處于起始狀態(tài)。起始狀態(tài)應(yīng)處于任何其它命令z前。停止狀態(tài)：當scl處于高電平吋,sda從低電平變到高電平則處于停止狀態(tài)。在執(zhí)行完讀序列信號之后，停止命令將把eepr0m置于低功

28、耗的備用方式 (standby mode).應(yīng)答信號：應(yīng)答信號是由接受資料的器件發(fā)出的。當eepr0m接受完一個寫 入資料之后，會在sda上發(fā)一個“0”應(yīng)答信號。反之，當單片機接受完來自eepr0m 的資料后，單片機也應(yīng)向sda發(fā)ack信號。ack信號在第9個時鐘周期時出現(xiàn)。備用方式(standby mode): at24c01a/02/04/08/16都具有備用方式，以保 證在沒有讀寫操作時芯片處于低功耗狀態(tài)。在下而兩種情況中，eepr0m都會進 入備用方式：第一，芯片通電的時候；第二，在接到停止位和完成了任何內(nèi)部操 作之后。at24c01等5種典型的eepr0m在進入起始狀態(tài)之后，需要一個

29、8位的“器 件地址字”去啟動內(nèi)存進行讀或?qū)懖僮?。在寫操作中，它們有“字?jié)寫”，“頁 而寫”兩種不同的寫入方法。在讀操作中，有“現(xiàn)行地址讀”，隨機讀和“順序 讀”種各具特點的讀出方法。下面分別介紹器件尋址，寫操作和讀操作。 器件尋址：所謂器件尋址(device addressing)就是用一個8位的器件地 址字(device address word)去選擇內(nèi)存芯片。在邏輯電路中的at24cxx系列的 5種芯片種，即at24c01a/02/04/08/16中，如果和器件地址字相比較結(jié)果一致， 則讀芯片被選中。下而對器件尋址的過程和意義加以說明。 芯片的操作地址d7d6d5d4d3d2d1d010

30、10a2a1a0r/w用于內(nèi)存eepr0m芯片尋址的器件地址字如圖所示。它有4種方式，分別對 應(yīng)于1k/2k, 4k, 8k和16k位的eepr0m芯片。從圖屮看出：器件地址字含有3個部分。第一部分是高4位，它們稱為eepr0m at24c01a/02/04/08/16的標識第二部分稱為便布線地址，它們是標識后的3位。 第三部分是最低位，它是讀/寫操作選擇位。第一部分：器件標識，器件地址字的最高4位。這4位的內(nèi)容恒為” 1010” , 用于標識 eepr0m 器件 at24c01a/02/04/08/16o第二部分：硬布線地址，是與器件地址字的最高4位相接的低3位。硬布線 地址的3位有2種符號

31、mi (i二02), pj (j二02)其中ai表示外部便布線地址位。對于at24c10a/02這兩種1k/2k位的eepr0m芯片，硬布線地址為“a2,a1,ao” o在應(yīng)用時，“a2,a1,ao”的內(nèi)容必須和eepr0m芯片的a2, al, ao 的硬布線情況，即邏輯連接情況相比較，如果一樣，則芯片被選中；否則，不選 中。at24c01/02:真正地址二字地址。第三部分：讀/寫選擇位，器件地址字的最低位，并用r/w表示。當r/w二1 時，執(zhí)行讀操作；當r/w二0時，執(zhí)行寫操作。當eepr0m芯片被選中時,則輸出“0” ；如果eepr0m芯片沒有被選中,則 它回到備用方式。被選中的芯片。其以

32、后的輸入，輸岀情況視寫入和讀出的內(nèi)容 而定。 寫操作：at24c01a/02/04/08/16這5種eepr0m芯片的寫操作有2種: 一種是字節(jié)寫，另一種是頁面寫。字節(jié)寫：這種寫方式只執(zhí)行1個字節(jié)的寫入。字節(jié)寫的過程如圖所示，其寫入過程分 外部寫和內(nèi)部寫兩部分，分別說明如下。在起始狀態(tài)中，首先寫入8位的器件地址。則eeprom芯片會產(chǎn)生一個“0” 信號ack輸出作為應(yīng)答；接著，寫入8位的字地址，在接受了字地址之后，eeprom 芯片又產(chǎn)生一個“0”應(yīng)答信號ack；隨后，寫入8位資料，在接受了資料之后， 芯片又產(chǎn)生一個“0”信號ack作為應(yīng)答。到此為止，完成了一個字節(jié)寫過程， 故應(yīng)在sda端產(chǎn)生

33、一個停止狀態(tài)，這是外部寫過程。在這個過程中，控制eeprom的單片機應(yīng)在eeprom的scl, sda端送入恰當 的信號。當然在一個字節(jié)寫過程結(jié)束時，單片機應(yīng)以停止狀態(tài)結(jié)束寫過程。在這 時，eeprom進入內(nèi)部定時的寫周期，以便把接受的數(shù)據(jù)寫入到存儲單元中。在 eeprom的內(nèi)部寫周期中，其所有輸入被屏蔽，同時不響應(yīng)外部信號直到寫周期 完成。這是內(nèi)部寫過程。內(nèi)部寫過程大約需要10ms吋間。內(nèi)部寫過程處于停止 狀態(tài)與下一次起始狀態(tài)之間。頁面寫：這種寫入方式執(zhí)行含若干字節(jié)的1個頁而的寫入。對于at24c01a/02,它們 的1個頁面含8個字節(jié)；頁面寫的開頭部分和字節(jié)寫一樣。在起始狀態(tài)，首先寫 入8

34、位器件地址；待eeprom答當了 “0”信號ack之后，寫入8位字地址；又待 芯片應(yīng)答了 “0”信號ack之后，寫入8位資料。隨后頁而寫的過程則和字節(jié)寫有區(qū)別。當芯片接受了第一個8位資料并產(chǎn)生應(yīng)答信號ack z后，單片機可以連續(xù)向 eeprom芯片發(fā)送共為1頁面的資料。對于at24c01a/02,可發(fā)送共1個頁面的8 個字節(jié)（連第一個8位資料在內(nèi)）。對于at24c04/08/16,則共可發(fā)送1個頁面 共16個字節(jié)（連第一個8位資料在內(nèi)）。當然，每發(fā)一個字節(jié)都要等待芯片的應(yīng) 答信號ackoz所以可以連續(xù)向芯片發(fā)送1個頁面資料，是因為字地址的低34位在 eeprom芯片內(nèi)部可實現(xiàn)加1,字地址的高位

35、不變，用于保持頁面的行地址。頁面 寫和字節(jié)寫兩者一樣可，都分為外部寫和內(nèi)部寫過程。應(yīng)答查詢：應(yīng)答查詢是單片機對eeprom各種狀態(tài)的一種檢測。單片機查詢 到eeprom有應(yīng)答“0”信號ack輸岀，則說明其內(nèi)部定時寫的周期結(jié)束，可以寫 入新的內(nèi)容。單片機是通過發(fā)送起始狀態(tài)及器件地址進行應(yīng)答查詢的。由于器件 地址可以選擇芯片，則檢測芯片送出到sda的狀態(tài)就可以知道其是否有應(yīng)答了。 讀操作：讀操作的啟動是和寫操作類同的。它一樣需要圖所示的器件地址 字。和寫操縱不同的就是信號為時執(zhí)行讀操作。讀操縱有3種方式，即現(xiàn)行地址讀，隨機讀和順序讀。下而分別說明它們的 工作過程?，F(xiàn)行地址讀：在上次讀或?qū)懖倏v完成之

36、后。芯片內(nèi)部字地址計數(shù)器會加1,產(chǎn)生現(xiàn)行地址。 只要沒有再執(zhí)行讀或?qū)懖僮?，這個現(xiàn)行地址就會在eeprom芯片保持接電的期間 一直保存。一旦器件地址選中eeprom芯片，并且有r/w=l,則在芯片的應(yīng)答信 號ackz后把讀出的現(xiàn)行地址的資料送出?，F(xiàn)行地址的資料輸出時，就由單片機 一位一位接受，接收后單片機不用向eeprom發(fā)應(yīng)答信號ack“0”電平，但應(yīng)保 證發(fā)出停止狀態(tài)的信號以結(jié)束現(xiàn)行地址讀操作?，F(xiàn)行地址讀會產(chǎn)牛地址循環(huán)覆蓋 現(xiàn)象，但和寫操縱的循環(huán)覆蓋不同。在寫操縱中，地址的循環(huán)覆蓋是現(xiàn)行頁面的 最后一個字節(jié)寫入之后，再行寫入則覆蓋同一頁而的第一個字節(jié)。而在現(xiàn)行地址 讀操縱屮，地址的循環(huán)覆蓋是

37、在最后頁面的最后一個字節(jié)讀出z后，再行讀出才 覆蓋第一個頁面的第一個字節(jié)。隨機讀:隨機讀和現(xiàn)行地址讀的最大區(qū)別在于隨機讀會執(zhí)行一個偽寫入過程以把字 地址裝入eeprom芯片屮，然后執(zhí)行讀出，顯然，隨機讀有2個步驟。第一，執(zhí)行偽寫入一一把字地址送入eeprom,以選擇需讀的字節(jié)。第二，執(zhí)行讀出一一根據(jù)字地址讀出對應(yīng)內(nèi)容。當eeprom芯片接收了器件地址及字地址時,在芯片產(chǎn)生應(yīng)答信號ack之后, 單片機必須再產(chǎn)生一個起始狀態(tài)，執(zhí)行現(xiàn)行地址讀，這時單片機再發(fā)岀器件地址 并且令r/w二1,則eeprom應(yīng)答器件地址并行輸出被讀數(shù)據(jù)。在資料讀出時由單 片機執(zhí)行一位一位接收，接收完畢后，單片機不用發(fā)“0”

38、應(yīng)答信號ack,但必 須產(chǎn)牛停止狀態(tài)以結(jié)束隨機讀過程。應(yīng)該注意：在隨機讀的第二個步驟是執(zhí)行現(xiàn)行地址讀的，由于第一個步驟時 芯片接收了字地址，故現(xiàn)行地址就是所送入的字地址。順序讀：順序讀可以用現(xiàn)行地址讀或隨機讀進行啟動。它和現(xiàn)行地址讀。隨機讀的最 大區(qū)別在于：順序讀在讀出一批資料之后才由單片機產(chǎn)生停止狀態(tài)結(jié)束讀操作; 而現(xiàn)行地址讀和隨機讀在讀出一個資料之后就由單片機產(chǎn)生停止狀態(tài)結(jié)束讀操 作。執(zhí)行順序讀時，首先執(zhí)行現(xiàn)行讀或隨機讀的有關(guān)過程，在讀出第一個資料z 后，單片機輸出“0”應(yīng)答信號acko在芯片接收應(yīng)答信號ack后，就會對字地 址進行計數(shù)加1,隨后串行輸出對應(yīng)的字節(jié)。當字地址計數(shù)達到內(nèi)存地址

39、的極限 時，則字地址會產(chǎn)生覆蓋，順序讀將繼續(xù)進行。只有在單片機不再產(chǎn)生“0”應(yīng) 答信號ack,而在接收資料之后馬上產(chǎn)生停止狀態(tài)，才會結(jié)束順序讀操作。3. 4. 2數(shù)據(jù)存儲模塊電路設(shè)計本模塊電路簡單，只須將三地址端和寫保護接地就可以了。3. 4. 3數(shù)據(jù)存儲模塊電路圖123ljl74aovccala28twpsclgnd sda6/jat24at24scl >sda >5u3vccat24c0；>圖3.5數(shù)據(jù)存儲模塊fig 3. 5 the data storage mold mass3. 5顯示模塊3. 5. 1顯示模塊核心器件選擇顯示可用led數(shù)碼管或lcd顯示，lcd顯示

40、器具有顯示豐富、功耗低、低閃 爍和低幅射等特點。為使人機界面更加和諧豐富在這里我們采用128*64lcd顯示 器。本設(shè)計采用內(nèi)置控制器、不帶字庫的圖形點陣液晶顯示模塊，點陣數(shù)為128 x64o它主要由行驅(qū)動器/列驅(qū)動器及128x64全點陣液晶顯示器組成，可完成 圖形顯示也可以顯示8x4個（16x16點陣）漢字。主要技術(shù)參數(shù)和性能：1）電源vdd +5v模塊內(nèi)自帶t0v負壓用于lcd的驅(qū)動電壓2）顯示內(nèi)容128（列）64（行）點3）全屏幕點陣4）七種指令5）與cpu接口采用8位數(shù)據(jù)總線并行輸入輸岀和8條控制線6）占空比1/647）工作溫度-10 +55存儲溫度-20 +60模塊主要硬件構(gòu)成說明（

41、結(jié)構(gòu)框圖）veedb0-db7 ret d/we cs2 cs1wilic1 i ic2內(nèi)藏圖3. 6顯示模塊核心硬件構(gòu)成fig 3 6 the display modes mass nucleus hardware constitutesic1.ic2為列驅(qū)動器，ic1控制模塊的右半屏，ic2控制模塊的左半屏，ic3 為行驅(qū)動器。ic1、ic2、ic3含有以下主要功能器件，了解如下器件有利于對 lcd模塊的編程。1) 指令寄存器(ir)tr是用于寄存指令碼，與數(shù)據(jù)寄存器數(shù)據(jù)相對應(yīng)，當d/i=0吋在e信號下 降沿的作用下指令碼寫入ir2) 數(shù)據(jù)寄存器(dr)dr用于寄存數(shù)據(jù)，與指令寄存器寄存指

42、令相對應(yīng)，當d/i=l時在下降沿作 用下，圖形顯示數(shù)據(jù)寫入dr,或在e信號高電平作用下，i±dr讀到db7db0數(shù) 據(jù)總線，dr和ddram之間的數(shù)據(jù)傳輸是模塊內(nèi)部自動執(zhí)行的。3) 忙標志bfbf標志提供內(nèi)部工作情況，bf二1表示模塊在內(nèi)部操作，此時模塊不接受外 部指令和數(shù)據(jù)；bf二0時模塊為準備狀態(tài)，隨時可接受外部指令和數(shù)據(jù)。利用 status read指令可以將bf讀到數(shù)據(jù)總線從而檢驗?zāi)Kz工作狀態(tài)。4) 顯示控制觸發(fā)器dff用于模塊屏幕顯不開和關(guān)的控制，dff二1為開顯不，ddram的內(nèi)容就顯不在 屏幕上；dff=0為關(guān)顯不。ddf的狀態(tài)是指令display on/off和rs

43、t信號控制的。5) xy地址計數(shù)器xy地址計數(shù)器是一個9位計數(shù)器高，3位是x地址計數(shù)器，低6位為y地 址計數(shù)器。xy地址計數(shù)器實際上是作為ddram的地址指針，x地址計數(shù)器為ddram的頁指針，y地址計數(shù)器為ddram的y地址指針。x地址計數(shù)器沒有記數(shù)功能，只能用指令設(shè)置。y地址計數(shù)器具有循環(huán)記數(shù)功能，各顯示數(shù)據(jù)寫入后y地址自動加1, y 地址指針從0到63。6）顯示數(shù)據(jù)ram ddramddram是存儲圖形顯示數(shù)據(jù)的，數(shù)據(jù)為1表示顯示選擇，數(shù)據(jù)為0表示顯示 非選擇。7）z地址計數(shù)器z地址計數(shù)器是一個6位計數(shù)器，此計數(shù)器具備循環(huán)記數(shù)功能，用于顯示 行掃描同步，當一行掃描完成此地址計數(shù)器自動加1

44、,指向下一行掃播數(shù)據(jù)，rst 復(fù)位后z地址計數(shù)器為0。z地址計數(shù)器可以用指令display start line預(yù)置，因此顯示屏幕的起始 行就由此指令控制，即ddram的數(shù)據(jù)從哪一行開始顯示在屏幕的第一行，此模 塊的ddram共64行，屏幕可以循環(huán)滾動顯示64行。8）模塊的外部接口外部接口信號如下表所示管腳號管腳名稱lever管腳功能描述1vss0電源地2vdd5. 0v電源電壓3v05. 0v -13v液晶顯示器驅(qū)動電壓4d/ih/ld/i二h表示db7db0為顯示數(shù)據(jù)d/i= l表示db7db0為顯示指令 數(shù)據(jù)5r/wh/lr/w= h e二h數(shù)據(jù)被讀到db7db0r/w二l e= h l

45、數(shù)據(jù)被寫到1r或dr6eh/lr/w= l e信號下降沿鎖存db7-db0r/w二 h e二 h ddram 數(shù)據(jù)讀到 db7db07dboh/l數(shù)據(jù)線8db1h/l數(shù)據(jù)線9db2h/l數(shù)據(jù)線10db3h/l數(shù)據(jù)線11db4h/l數(shù)據(jù)線12db5h/l數(shù)據(jù)線13db6h/l數(shù)據(jù)線14db7h/l數(shù)據(jù)線15cs1h/lh:選擇芯片（右半屏）信號16cs2h/lh:選擇芯片（左半屏）信號17reth/l復(fù)位信號，低電平復(fù)位18vee-10vlcd驅(qū)動負電壓19elac背光板電源20elac背光板電源表3.2顯示模塊外部信號接口說明table 3.2 the display modes mass e

46、xternal semaphore connecting prifice explains9）指令說明指令表:指令指令碼功能r/wd/id7d6d5d4d3d2d1d0顯不0n/0ff0000111111/0控制顯示器的開關(guān)不影響ddram中數(shù)據(jù)和內(nèi)部狀態(tài)顯z5起始行0011顯示起始行063指定顯示屏從ddram中哪一行開始顯示數(shù)據(jù)設(shè)置x地址0010111x 07設(shè)置ddram中的頁地址（x地址）設(shè)置y地址0001y地址 0 63設(shè)置地址(y地址)讀狀態(tài)10busy00n/offrst0000讀取狀態(tài)res 1:復(fù)位0:正常on/off 1:顯示開 0 :顯不關(guān)busy 0:ready1:in

47、 operation寫顯示數(shù)據(jù)01顯示數(shù)據(jù)將數(shù)據(jù)線上的數(shù)據(jù)db7 dbo寫入ddram讀顯示數(shù)據(jù)11顯示數(shù)據(jù)將ddram上的數(shù) 據(jù)讀入線數(shù)據(jù)db7db0表3. 3顯示模塊指令說明table 3. 4 the display modes mass command explains1) 顯示開關(guān)控制(display on/off)代碼r/wd/idb7db6db5db4db3db2db1dbo形式000011111dd二1:開顯示(display on)意即顯示器可以進行各種顯示操作d二0:關(guān)顯示(display off)意即不能對顯示器可以進行各種顯示操作2)設(shè)置顯示起始行例如選擇a5a0是62

48、則起始行與ddram行的對應(yīng)關(guān)系如下ddram 行 62 63 0 1 2 3 28 29屏幕顯示行1 2 3 4 5 6 31 323）設(shè)置頁地址代碼r/wd/idb7db6db5db4db3db2db1dbo形式0010111a2a1a0所謂頁地址就是ddram的行地址,8行為一頁，模塊共64行即8頁，a2a0表示07頁讀寫數(shù)據(jù)對地址沒有影響，頁地址由本指令或rst信號改變復(fù) 位后頁地址為0,頁地址與ddram的對應(yīng)關(guān)系見ddram地址表：cs2=1cs1=1y=016263016263行號dbodboisoi»0noisodboisodbodbo0x=0db7db7»

49、7db7db7ib7db7i»7db7db77dbodbodbodbodbodbodbodbodbodbo8db7db7db7db7db7db7db7db7db7db755x=7dbodbodbodbodbodbodbodbodbodbo56db7db7i»7i»7皿7db7db7w7db7db7634)設(shè)置 y 地址(set y address)代碼r/wd/idb7db6db5db4db3db2db1dbo形式0001a5a4a3a2alao此指令的作用是將a5a0送入y地址計數(shù)器，作為ddram的y地址指針, 在對ddram進行讀寫操作后，y地址指針自動加1

50、,指向下一個ddram單元。ddram地址表：cs2 二 1cs1 二 1y=016263016263行號dbodbodbodbodbodbodbodbodbodbo0x二 0db7db7db7db7d37db7db7db7db7db77dbodbodbodbod30dbodbodbodbodbo8db7db7db7db7d37db7db7db7db7db755x=7dbodbodbodbodbodbodbodbodbod3056db7db7db7db7db7db7db7db7db7db7635) 讀狀態(tài)(status read)代碼r/wd/idb7db6db5db4db3db2db1dbo

51、形式00busy0ox/offreta3a2alao當r/w=l d/i=o時，在e信號為h的作用下，狀態(tài)分別輸岀到數(shù)據(jù)總線db7 dbo的相應(yīng)位。on/off表示dff觸發(fā)器的狀態(tài)。rst rst二1表示內(nèi)部正在初始化，此時組件不接受任何指令利數(shù)據(jù)。6) 寫顯示數(shù)據(jù)(write display date)代碼r/wd/1db7db6db5db4db3db2db1dbo形式01d7d6d5d4d3d2didod7do為顯示數(shù)據(jù)，此指令把d7do寫入相應(yīng)的ddram單元，y地指針自動加lo7) 讀顯示數(shù)據(jù)(read display date)代碼r/wd/1db7db6db5db4db3db2d

52、b1dbo形式11d7d6d5d4d3d2dido此指令把ddram的內(nèi)容d7-d0讀到數(shù)據(jù)總線db7dbo, y地址指針自動加lo3. 5. 2顯示模塊核心電路設(shè)計sg12864內(nèi)置數(shù)字芯片控制器，可以直接和單片機i/o 口進行對接，在這里 不作介紹。3.5.3顯示模塊模塊電路圖fig 3-7 the 1iquid crystal display mold mass3. 6外圍驅(qū)動模塊3. 6. 1外圍驅(qū)動模塊電路設(shè)計本模塊電路是用來控制打鈴和教室燈光。而課鈴和燈光都是由220v交流電 驅(qū)動，這對單片機有很強的干擾。因此在設(shè)訃吋必需考濾到屯氣隔離的問題，在 這里我們采用光電耦合器進行電氣隔離

53、，再用繼電器來達到弱電控制強電的目的。而剛憑單片機的1/0 口是無法驅(qū)動光電耦合器的，因些要對單片機引腳信號 進行放大，在這里我們采用一個三極管8550進行放大，而為了提高抗噪能力和 保護三極管需在三極管基極加一電阻，我們這里取10k。在發(fā)射極的需加一限流 電阻，取值1k,為更好的保護元器件在電源端并上一濾波電容，取值0. lufo 繼電器線圈具有儲能作用，當斷電時由于電磁感應(yīng)會產(chǎn)牛一個很高的反電熱， 為此兩端需加一回路來消除反電勢。在這里是直流電路所以只需在線圈兩端加一 續(xù)流二極管。在這里還是用三極管進行驅(qū)動，取限流電阻r19為100。前偏置電 阻r17為1k,后偏置電阻為10k。3. 6. 2外圍驅(qū)動模塊電路圖圖3.8外圍驅(qū)動模塊fig 3. 8 the outer