全自動(dòng)停車(chē)庫(kù)

1、摘 要格式參見(jiàn)附件隨著我國(guó)轎車(chē)數(shù)量的迅速增長(zhǎng)，停車(chē)?yán)щy越來(lái)越成為人們關(guān)注的問(wèn)題。自動(dòng)立體停車(chē)系統(tǒng)，以其充分利用空間、節(jié)省占地面積等顯著特點(diǎn)，成為解決停車(chē)難問(wèn)題的重要方法之一。立體停車(chē)庫(kù)是為城市建設(shè)提供的附屬設(shè)施,可充實(shí)城市土地資源開(kāi)發(fā)內(nèi)涵,也是解決城市交通停車(chē)難題的重要舉措，可以緩解和解決繁華地段及住宅小區(qū)的停車(chē)問(wèn)題,道路交通不暢,其社會(huì)效益極大。本文設(shè)計(jì)了自動(dòng)立體停車(chē)系統(tǒng)的車(chē)位控制系統(tǒng)，首先介紹了立體車(chē)庫(kù)的基本結(jié)構(gòu)，然后分別設(shè)計(jì)硬件部分和軟件部分。車(chē)位控制系統(tǒng)采用89C51單片機(jī)作為主控元件，分析了車(chē)位控制系統(tǒng)需要處理的數(shù)據(jù)元素的邏輯關(guān)系，采用了3種不同的處理方法，并設(shè)計(jì)出了系統(tǒng)的硬件組成和

2、軟件部分的流程圖和程序。關(guān)鍵詞自動(dòng)化 車(chē)位控制 單片機(jī)AbstractAlong with our country passenger vehicle quantity rapid growth, stops difficultly more and more to become the people matter of concern. The system of automatic three-dimensional stop, by its full using space, the economical area and so on, becomes one of the import

3、ant method solutions to stop difficultly.This article designed automatically three-dimensional stopped of berth control system. Firstly introduced the three-dimensional garage basic structure, and then separately designed the hardware part and software. The berth control system with the monolithic p

4、rocessor of 89C51 to do primarily the part of controls , has analyzed the data element logical relations which the berth control system needs to process, and has used 3 different processing methods, and designed the system hardware composition and the software partial flow charts and the procedure.K

5、eywords: Automatic Berth control system Single Chips Machine裝訂線(xiàn)目 錄第一章 引言5第二章 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)912.1 控制原理92.2 控制功能102.3 方案設(shè)計(jì)11第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)133.1 單片機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)133.2 單片機(jī)的選擇143.3 89C51的引腳介紹153.4 單片機(jī)最小系統(tǒng)的設(shè)計(jì)193.5 顯示鍵盤(pán)電路的設(shè)計(jì)223.6 鎖存器 74LS373的介紹與選擇293.8 2732的芯片引腳功能303.9 6264引腳功能的介紹與選擇313.10 8255芯片介紹32第四章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)354.1 控制系統(tǒng)的主程

6、序功能及流程圖354.2 最優(yōu)車(chē)位的實(shí)現(xiàn)364.3 鍵盤(pán)掃描子程序384.4 顯示子程序394.5 存車(chē)信號(hào)處理子程序404.6. 取車(chē)信號(hào)處理子程序41第五章 總結(jié)43參考文獻(xiàn)44致 謝46附錄47第一章 引言近幾年來(lái)，隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和汽車(chē)制造業(yè)的迅速發(fā)展，汽車(chē)保有量快速增長(zhǎng)。北京、上海等大城市以每年15萬(wàn)輛的速度增加，而道路建設(shè)及停車(chē)位的建設(shè)遠(yuǎn)低于此。停車(chē)難所導(dǎo)致的占道停車(chē)、占用綠地停車(chē)，不僅使交通堵塞問(wèn)題更加嚴(yán)重，而且涉及到投資環(huán)境和城市現(xiàn)象，日益引來(lái)各方人士的關(guān)注。如果停車(chē)難問(wèn)題和交通擁擠問(wèn)題得不道妥善解決，將同時(shí)影響了轎車(chē)進(jìn)入家庭的步子，影響汽車(chē)制造業(yè)的迅速發(fā)展，影響國(guó)民經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)步

7、持續(xù)發(fā)展。1997年，深圳注冊(cè)車(chē)輛40萬(wàn)輛，異地注冊(cè)在深圳行駛車(chē)輛12萬(wàn)輛，停車(chē)位僅4萬(wàn)多個(gè)，北京機(jī)動(dòng)車(chē)保有量近140萬(wàn)輛加上每天幾十萬(wàn)輛進(jìn)京車(chē)輛，公共停車(chē)位僅8萬(wàn)多個(gè)。廣州市機(jī)動(dòng)車(chē)輛保有量為90萬(wàn)輛，外地進(jìn)市車(chē)輛10萬(wàn)輛，共100萬(wàn)輛，僅有停車(chē)位9萬(wàn)個(gè)。專(zhuān)家指出只有公共停車(chē)位置達(dá)到機(jī)動(dòng)車(chē)輛總數(shù)的1525%左右，才能緩解停車(chē)難問(wèn)題。香港擁有注冊(cè)機(jī)動(dòng)車(chē)輛53 萬(wàn)輛，停車(chē)位40 萬(wàn)個(gè)，與之相比，我們是有很大差距的。進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，隨著我國(guó)社會(huì)與經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，轎車(chē)特別是私家轎車(chē)的生產(chǎn)量和社會(huì)保有量迅速增加。近幾年來(lái)，我國(guó)私人購(gòu)車(chē)占售車(chē)總量的比例大幅遞增，到1999年己經(jīng)突破了50%中國(guó)汽車(chē)需求量和保

8、有量出現(xiàn)了加速增長(zhǎng)的趨勢(shì)。2000到2002年實(shí)際汽車(chē)保有雖分別為1608. 91萬(wàn)、1802. 04萬(wàn)和2053. 17萬(wàn)輛，年平均增長(zhǎng)速度分別達(dá)到了10.73%、12%、13.94%。2003年汽車(chē)保有量達(dá)到2353萬(wàn)量， 比2002年增長(zhǎng)14.6%。以上事實(shí)說(shuō)明，2004-2010年我國(guó)汽車(chē)保有量以及由此帶動(dòng)的汽車(chē)需求量將繼續(xù)呈加速增長(zhǎng)的趨勢(shì)。隨著居民收入提高、汽車(chē)價(jià)格的下降和消費(fèi)環(huán)境的改善，預(yù)計(jì)2004-2010年，中國(guó)汽車(chē)保有量將以16%以上的速度增長(zhǎng)。以2002年的實(shí)際值為基數(shù)，假定2004 -2010年汽車(chē)保有量按16 %的速度增長(zhǎng)，則到2010年我國(guó)汽車(chē)保有量將在6650萬(wàn)一8

9、431萬(wàn)輛之間。另外，新增汽車(chē)需求量與汽車(chē)保有量呈線(xiàn)性關(guān)系，即新增汽車(chē)需求量=新增汽車(chē)保有量+汽車(chē)更新量，如果汽車(chē)更新量為汽車(chē)保有量的6%，則新增汽車(chē)需求量=新增汽車(chē)保有量+0.06汽車(chē)保有量。因此，可以推算出2010年汽車(chē)的年銷(xiāo)量將達(dá)到1317萬(wàn)1911萬(wàn)輛之間。隨著汽車(chē)數(shù)量日益劇增，解決停車(chē)問(wèn)題日益嚴(yán)重，尤其是居民小區(qū)、人型公共消費(fèi)場(chǎng)所等，寸上如金，停車(chē)場(chǎng)向空間發(fā)展，已勢(shì)在必行。根據(jù)有關(guān)市場(chǎng)調(diào)查，目前在大中型城市對(duì)立體車(chē)庫(kù)的年需求量至少為10萬(wàn)個(gè)車(chē)位，但該類(lèi)產(chǎn)品供應(yīng)量很少，國(guó)內(nèi)只有30家左右企業(yè)的少量產(chǎn)品供應(yīng)市場(chǎng)。外國(guó)的相關(guān)公司吞耗這一巨大的市場(chǎng)，目前開(kāi)始有產(chǎn)品向中國(guó)出口，但是其價(jià)格高，使

10、用成本與收費(fèi)高，使國(guó)內(nèi)市場(chǎng)難以接受，限制其推廣使用在我國(guó)，除北京、上海等特大城市外，沿海工業(yè)發(fā)達(dá)、人口密集的城市和地區(qū)也已經(jīng)陸續(xù)開(kāi)始安裝和使用立體停車(chē)庫(kù)，表現(xiàn)出強(qiáng)勁的市場(chǎng)需求。所以從技術(shù)、市場(chǎng)、政策等諸多因素分析，該項(xiàng)目已經(jīng)具備了良好的開(kāi)發(fā)條件 就有重要的現(xiàn)實(shí)意義立體車(chē)庫(kù)與傳統(tǒng)的自然地下車(chē)庫(kù)想比，有許多方面顯示出優(yōu)越性： 首先，立體車(chē)庫(kù)具有突出的節(jié)地優(yōu)勢(shì)。以往的底下車(chē)庫(kù)由于要留出 足夠的行車(chē)通道，平均一輛車(chē)就要占據(jù)40平方米的面積，如果采用雙層立體車(chē)庫(kù)，可以使地面的使用率提高80%-90%。例如采用地上多層立體車(chē)庫(kù)，50平方米的地面積上便可存放放10輛車(chē)，這可以大大地節(jié)省有限的上地資源，少量節(jié)

11、省建設(shè)開(kāi)發(fā)成本。 其次，立體車(chē)庫(kù)與地下車(chē)庫(kù)相比可更加有效地保證人身和車(chē)輛的安全，人在車(chē)庫(kù)內(nèi)或車(chē)不停準(zhǔn)位置，由電子控制的整個(gè)設(shè)備便不會(huì)運(yùn)轉(zhuǎn)。應(yīng)該說(shuō)，立體車(chē)庫(kù)從管理上可以做到徹底的人車(chē)分流。在地下車(chē)庫(kù)中采用機(jī)械存車(chē)，還可以免除采暖通風(fēng)設(shè)施，因此，運(yùn)行中的耗電量比工人管理的地下車(chē)庫(kù)低得多。立體車(chē)庫(kù)一般不做成套系統(tǒng)，而是以單臺(tái)集裝而成。這樣可以充分發(fā)揮其用地少、可化整為零的優(yōu)勢(shì)，在住宅區(qū)的每個(gè)組團(tuán)中或每棟樓下都可以隨機(jī)設(shè)立立體車(chē)庫(kù)。這對(duì)目前車(chē)庫(kù)短缺的小區(qū)解決停車(chē)難的問(wèn)題提供了有效途徑。立體車(chē)庫(kù)的國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 立體車(chē)庫(kù)的發(fā)展在國(guó)外，尤其在日本已有近30至40年的歷史史，無(wú)論在技術(shù)上還是在經(jīng)驗(yàn)上均已獲得

12、了成功。美、德、日、韓等國(guó)家的產(chǎn)品代表了國(guó)際的領(lǐng)先水平，國(guó)內(nèi)立體車(chē)庫(kù)多為進(jìn)口德國(guó)和韓國(guó)的產(chǎn)品。在西歐、東南亞、韓國(guó)和日本得到了廣泛的應(yīng)用，形成了一個(gè)包括制造、安裝、使用和維修的行業(yè)體系。我國(guó)于90年代初開(kāi)始研究開(kāi)發(fā)立體車(chē)庫(kù)，距今已有20幾年的歷程。由于很多新建小區(qū)內(nèi)住戶(hù)與車(chē)位的配比為1:1，為了解決停車(chē)位占地面積與住戶(hù)商用面積的矛盾，立體車(chē)庫(kù)以其平均單車(chē)占地面積小的獨(dú)特特性，已被廣大用戶(hù)接受。 立體車(chē)庫(kù)的種類(lèi)比較多，目前國(guó)內(nèi)外比較流行的型式有:1.升降橫移式該類(lèi)的主要特點(diǎn)在于:a.節(jié)省占地，配置靈活，建設(shè)周期短。b.價(jià)格低、消防、外裝修、建設(shè)、地基等投資少。c.可采用自動(dòng)控制，構(gòu)造簡(jiǎn)單，安全可

13、靠。d.存取車(chē)迅速，等候時(shí)間短。e.運(yùn)行平穩(wěn)，工作噪聲低。f.適用于商業(yè)、機(jī)關(guān)、住宅小區(qū)配套停車(chē)場(chǎng)的使用。 韓國(guó)和德國(guó)公司的這類(lèi)產(chǎn)品比較多，二層升降橫移式立體車(chē)庫(kù)特別適應(yīng)于原有地庫(kù)自走式停車(chē)場(chǎng)的改造工程。多層升降橫移式主要適應(yīng)于高度不受限制的平面自走式停車(chē)場(chǎng)的改造，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且都已模塊化。2.巷道堆垛式或垂直式 巷道堆垛式立體車(chē)庫(kù)采用堆垛機(jī)作為存取車(chē)輛的工具，所有車(chē)輛均由堆垛機(jī)進(jìn)行存取，因此對(duì)堆垛機(jī)的技術(shù)要求較高，單臺(tái)堆垛機(jī)成木較高，所以巷道堆垛式立體車(chē)庫(kù)適用于車(chē)位數(shù)需要較多的客戶(hù)使用。3.垂直提升式 垂直提升式立體車(chē)庫(kù)類(lèi)似于電梯的工作原理，在提升機(jī)的兩側(cè)布置車(chē)位，一般地面需一個(gè)汽車(chē)旋轉(zhuǎn)臺(tái)，可省

14、去司機(jī)調(diào)頭。垂直提升式立體車(chē)庫(kù)一般高度較高(幾十米)，對(duì)設(shè)備的安全性，加工安裝精度等要求都很高，因此造價(jià)較高，但占地卻最小。4.垂直循環(huán)式此類(lèi)型的車(chē)庫(kù)具有如下特點(diǎn): a.占地少，兩個(gè)泊位面積可停6至10輛車(chē)。b.外裝修可只加頂棚，消防可利用消防栓。c.價(jià)格低，地叢、外裝修、消防等投資少，建設(shè)周期短。d.可采用自動(dòng)控制，運(yùn)行安全可靠。本論文是針對(duì)目前國(guó)內(nèi)停車(chē)業(yè)的發(fā)展?fàn)顩r而設(shè)計(jì)的停車(chē)位控制系統(tǒng)。車(chē)位控制系統(tǒng)對(duì)要存入車(chē)輛完成車(chē)號(hào)輸入、車(chē)號(hào)顯示、存儲(chǔ)、選擇最優(yōu)車(chē)位及將確定的車(chē)位信號(hào)傳輸?shù)裙δ埽粚?duì)取出車(chē)需完成車(chē)號(hào)輸入、車(chē)號(hào)查找、顯示確定車(chē)位及車(chē)位信號(hào)的傳輸?shù)裙δ?。?chē)位控制系統(tǒng)的控制功能分三部分：第一部分

15、為共享功能：車(chē)號(hào)輸入功能，車(chē)號(hào)顯示功能。第二部分是存車(chē)信號(hào)處理功能。車(chē)號(hào)的存儲(chǔ)功能，存入車(chē)輛的最優(yōu)存入車(chē)位的選擇功能，最優(yōu)存入車(chē)位的顯示功能，最優(yōu)車(chē)位的信號(hào)處理和傳輸功能，第三部分為取車(chē)信號(hào)處理功能：1.需取出車(chē)輛車(chē)號(hào)的查找功能，需取出車(chē)輛的車(chē)位號(hào)顯示功能，需取出車(chē)輛的車(chē)位號(hào)的信號(hào)傳輸功能。停車(chē)業(yè)在國(guó)外已有近三十年的發(fā)展史，在我國(guó)大部分技術(shù)是引進(jìn)的，不僅起步晚，也不很成熟，但市場(chǎng)潛力十分大，有待于我們?nèi)ネ卣?。第二?系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)2.1 控制原理車(chē)位控制系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)了對(duì)各種數(shù)據(jù)的處理，對(duì)車(chē)牌號(hào)的存儲(chǔ)及定位處理，選取最優(yōu)車(chē)位時(shí)對(duì)尋優(yōu)軌跡的數(shù)據(jù)處理以及車(chē)牌號(hào)查找時(shí)的數(shù)據(jù)查找等的處理。微處理器需處

16、理不同數(shù)據(jù)，有時(shí)也較繁雜。各種數(shù)據(jù)不能隨意亂存放，必須根據(jù)具體數(shù)據(jù)的特點(diǎn)按一定的規(guī)則來(lái)組織和存放。本文根據(jù)各數(shù)據(jù)元素之間的相互關(guān)系，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行了有效的組織，解決了數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方式，并設(shè)計(jì)出對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)處理算法。各數(shù)據(jù)元素之間的相互關(guān)系有兩層含意：一種指各數(shù)據(jù)元素之間的抽象關(guān)系，如先后關(guān)系、層次關(guān)系等即邏輯關(guān)系；另一種指在計(jì)算機(jī)中存放地址之間的關(guān)系，即存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)。邏輯關(guān)系只考慮數(shù)據(jù)元素之間邏輯上的先后次序，不分上下層次，稱(chēng)為線(xiàn)性結(jié)構(gòu)。如數(shù)據(jù)元素之間在邏輯上還有上下層關(guān)系或元素之間互相聯(lián)系的情況不規(guī)則，不能簡(jiǎn)單地用線(xiàn)性關(guān)系來(lái)表達(dá)時(shí)，屬于非線(xiàn)性結(jié)構(gòu)。邏輯結(jié)構(gòu)最終必須以某種具體的形式實(shí)現(xiàn)，這種具體的形式就是存

17、儲(chǔ)結(jié)構(gòu)，可用四種基本方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。第一種為順序存儲(chǔ)，即將各數(shù)據(jù)元素按邏輯上的順序存入在一段連續(xù)的空間內(nèi)，并使邏輯上相鄰的元素在想念空間上相鄰；第二種為鏈?zhǔn)酱鎯?chǔ)，各數(shù)據(jù)元素存放地址不受約束，可以連成一片，也可以分散在不連續(xù)的若干個(gè)地址上，通過(guò)鏈接指針表示各元素相鄰的關(guān)系；第三種為索引存儲(chǔ)，在這種存儲(chǔ)方式中保存有一個(gè)索引表，索引表的每一項(xiàng)由兩部分組成，其中一項(xiàng)表示數(shù)據(jù)元素的關(guān)鍵字，另一項(xiàng)中保存有對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)元素的實(shí)際存放地址；第四種為散列存儲(chǔ)，即直接利用數(shù)據(jù)元素的關(guān)鍵字來(lái)計(jì)算該數(shù)據(jù)元素的實(shí)際存放地址。車(chē)位控制系統(tǒng)處理的數(shù)據(jù)之間在邏輯上只有先后次序，不分上下層次，都屬于線(xiàn)性結(jié)構(gòu)，存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)上則各有不同。數(shù)據(jù)

18、元素的邏輯設(shè)計(jì)和存儲(chǔ)設(shè)計(jì)之后要確定算法。數(shù)據(jù)處理都有一定目的，實(shí)現(xiàn)這個(gè)目的的處理方法稱(chēng)為算法。 2.2 控制功能本章所研究的車(chē)位控制系統(tǒng)的控制功能分三部分：第一部分為共享功能；第二部分是存車(chē)信號(hào)處理功能；第三部分為取車(chē)信號(hào)處理功能?！?】一、共享控制功能共享功能是指無(wú)論存車(chē)或取車(chē)都需應(yīng)用的功能。主要有：1.車(chē)號(hào)輸入功能，即將要存入或取出的車(chē)輛的車(chē)牌號(hào)從鍵盤(pán)上輸入；2.車(chē)號(hào)顯示功能，即將從鍵盤(pán)上鍵入的車(chē)牌號(hào)碼在顯示器上顯示出來(lái)，以便確認(rèn)是否輸入正確。二、存車(chē)信號(hào)處理功能存車(chē)信號(hào)處理功能是指車(chē)位控制系統(tǒng)在有車(chē)輛需存入車(chē)庫(kù)所應(yīng)完成的功能，主要包括以下幾項(xiàng)：1.車(chē)號(hào)的存儲(chǔ)功能，即將鍵盤(pán)上輸入的車(chē)牌號(hào)碼

19、存入單片機(jī)的存儲(chǔ)器中；2.存入車(chē)輛的最優(yōu)存入車(chē)位的選擇功能，即根據(jù)現(xiàn)有的車(chē)輛存入情況選擇最優(yōu)存入車(chē)位的功能；3.最優(yōu)存入車(chē)位的顯示功能，即將已選定的最優(yōu)車(chē)位在顯示器上顯示出來(lái)的功能；4.最優(yōu)車(chē)位的信號(hào)處理和傳輸功能，即將選定的最優(yōu)車(chē)位轉(zhuǎn)換成信號(hào)并將信號(hào)傳輸給存取車(chē)控制系統(tǒng)的功能。三、取車(chē)信號(hào)處理功能取車(chē)信號(hào)處理功能是指停車(chē)庫(kù)中已存入車(chē)輛需取出時(shí)所需功能，主要有以下幾項(xiàng)：1.需取出車(chē)輛車(chē)號(hào)的查找功能，即根據(jù)輸入的車(chē)牌號(hào)碼，在已存入車(chē)輛中查找需取出車(chē)輛的位置；2.需取出車(chē)輛的車(chē)位號(hào)顯示功能，即將需去取出車(chē)輛的存放車(chē)位號(hào)在顯示器上顯示出來(lái)；3.需取出車(chē)輛的車(chē)位號(hào)的信號(hào)傳輸功能，即將需取出車(chē)輛的車(chē)位號(hào)

20、處理后傳輸給存取車(chē)控制系統(tǒng)的功能。 2.3 方案設(shè)計(jì) 車(chē)位控制指對(duì)要存入車(chē)輛完成車(chē)號(hào)輸入、車(chē)號(hào)顯示、存儲(chǔ)、選擇最優(yōu)車(chē)位及將確定的車(chē)位信號(hào)傳輸?shù)裙δ埽粚?duì)取出車(chē)需完成車(chē)號(hào)輸入、車(chē)號(hào)查找、顯示確定車(chē)位及車(chē)位信號(hào)的傳輸?shù)裙δ堋？刂泼姘迨擒?chē)位控制部分的組成部分之一，面板上有輸入鍵和顯示器，輸入鍵包括數(shù)字鍵、字母鍵及存取車(chē)、確定、刪除、手動(dòng)/自動(dòng)、開(kāi)門(mén)、關(guān)門(mén)、急停等控制鍵。顯示器是8位的，六位用來(lái)顯示車(chē)牌號(hào)，兩位顯示車(chē)位號(hào)。為了實(shí)現(xiàn)車(chē)位控制系統(tǒng)和各項(xiàng)控制功能，本文設(shè)計(jì)了一個(gè)微處理器專(zhuān)用控制系統(tǒng)，主要由單片機(jī)、儲(chǔ)存器、顯示器、鍵盤(pán)和接口芯片組成。圖2-1 是車(chē)位控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)框圖圖的比例不合適，圖并不復(fù)

21、雜，沒(méi)必要這么大單 片 機(jī)程序存儲(chǔ)器鍵 盤(pán)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器停車(chē)位顯示燈看 門(mén) 狗控制面板LED顯示圖2-1 硬件結(jié)構(gòu)框圖第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1 單片機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)現(xiàn)在可以說(shuō)單片機(jī)是百花齊放，百家爭(zhēng)鳴的時(shí)期，世界上各大芯片制造公司都推出了自己的單片機(jī)，從8位、16位到32位，數(shù)不勝數(shù)，應(yīng)有盡有，有與主流C51系列兼容的，也有不兼容的，但它們各具特色，互成互補(bǔ)，為單片機(jī)的應(yīng)用提供廣闊的天地【2設(shè)置為上標(biāo)】 縱觀(guān)單片機(jī)的發(fā)展過(guò)程，可以預(yù)示單片機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)，大致有： 1.低功耗CMOS化 MCS-51系列的8031推出時(shí)的功耗達(dá)630mW，而現(xiàn)在的單片機(jī)普遍都在100mW左右，隨著對(duì)單片機(jī)功耗要求越來(lái)越低

22、，現(xiàn)在的各個(gè)單片機(jī)制造商基本都采用了CMOS(互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體工藝)。89C51就采用了HMOS(即高密度金屬氧化物半導(dǎo)體工藝)和CHMOS(互補(bǔ)高密度金屬氧化物半導(dǎo)體工藝)。CMOS雖然功耗較低，但由于其物理特征決定其工作速度不夠高，而CHMOS則具備了高速和低功耗的特點(diǎn)，這些特征，更適合于在要求低功耗象電池供電的應(yīng)用場(chǎng)合。所以這種工藝將是今后一段時(shí)期單片機(jī)發(fā)展的主要途徑。2.微型單片化 現(xiàn)在常規(guī)的單片機(jī)普遍都是將中央處理器(CPU)、片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(RAM)、只讀程序存儲(chǔ)器(ROM)、并行和串行通信接口，中斷系統(tǒng)、定時(shí)電路、時(shí)鐘電路集成在一塊單一的芯片上，增強(qiáng)型的單片機(jī)集成了如A/D轉(zhuǎn)

23、換器、PWM (脈寬調(diào)制電路)、WDT(看門(mén)狗)、有些單片機(jī)將LCD(液晶)驅(qū)動(dòng)電路都集成在單一的芯片上，這樣單片機(jī)包含的單元電路就更多，功能就越強(qiáng)大。甚至單片機(jī)廠(chǎng)商還可以根據(jù)用戶(hù)的要求量身定做，制造出具有自己特色的單片機(jī)芯片。此外，現(xiàn)在的產(chǎn)品普遍要求體積小、重量輕，這就要求單片機(jī)除了功能強(qiáng)和功耗低外，還要求其體積要小。現(xiàn)在的許多單片機(jī)都具有多種封裝形式，其中SMD(表面封裝)越來(lái)越受歡迎，使得由單片機(jī)構(gòu)成的系統(tǒng)正朝微型化方向發(fā)展。3.主流與多品種共存現(xiàn)在雖然單片機(jī)的品種繁多，各具特色，但仍以89C51為核心的單片機(jī)占主流，兼容其結(jié)構(gòu)和指令系統(tǒng)的有PHILIPS公司的產(chǎn)品，ATMEL公司的產(chǎn)品

24、和中國(guó)臺(tái)灣的Winbond系列單片機(jī)。所以89C51為核心的單片機(jī)占據(jù)了半壁江山。而Microchip公司的PIC精簡(jiǎn)指令集(RISC)也有著強(qiáng)勁的發(fā)展勢(shì)頭，中國(guó)臺(tái)灣的HOLTEK公司近年的單片機(jī)產(chǎn)量與日俱增，與其低價(jià)質(zhì)優(yōu)的優(yōu)勢(shì)，占據(jù)一定的市場(chǎng)分額。此外還有MOTOROLA公司的產(chǎn)品，日本幾大公司的專(zhuān)用單片機(jī)。在一定的時(shí)期內(nèi)，這種情形將得以延續(xù)，將不存在某個(gè)單片機(jī)一統(tǒng)天下的壟斷局面，走的是依存互補(bǔ)，相輔相成、共同發(fā)展的道路。 3.2 單片機(jī)的選擇 美國(guó)段首縮進(jìn)2字符，很多都不標(biāo)準(zhǔn)，自己檢查并更正Intel公司1980年推出了MCS-51系列高檔8位單片機(jī)。提高了芯片的集成度，性能上大為提高，增

25、加了多種片內(nèi)硬件功能，并擴(kuò)展了功能單元的種類(lèi)和數(shù)量。4 MCS-51單片機(jī)硬件結(jié)構(gòu)及其一些主要特點(diǎn)：1.內(nèi)部程序存儲(chǔ)器和內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器2.輸入/輸出口MCS-51單片機(jī)內(nèi)的I/O口的數(shù)量和種類(lèi)較多且齊全，尤其是它有一個(gè)全雙工的串行口。3.外部程序存儲(chǔ)器和外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器尋址空間MCS-51可對(duì)64KB的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器尋址且不受該系列中各種芯片型號(hào)的影響，而對(duì)程序存儲(chǔ)器是內(nèi)外總空間為64KB.4.中斷與堆棧MCS-51有5個(gè)中斷源，分為2個(gè)優(yōu)先級(jí)，每個(gè)中斷源的優(yōu)先級(jí)是可編程的，它的堆棧位置也是可編程的，堆棧深度可達(dá)128字節(jié)。MCS-51子系列有2個(gè)16位的定時(shí)/計(jì)數(shù)器，通過(guò)編程可以實(shí)現(xiàn)四種工作模

26、式。MCS-52子系列有3個(gè)16位的定時(shí)/計(jì)數(shù)器。MCS-51在內(nèi)部RAM中開(kāi)設(shè)了四個(gè)通用工作寄存器區(qū)，共32個(gè)通用寄存器，以適應(yīng)多種中斷或子程序嵌套的要求。6.指令系統(tǒng)MCS-51是一個(gè)功能很強(qiáng)的指令系統(tǒng)，主要表現(xiàn)在MCS-51的指令系統(tǒng)中增添了減法、乘法、除法、比較、堆棧操作和多種位操作指令。5當(dāng)振蕩器頻率接最高12MHZ時(shí)，大部分指令執(zhí)行時(shí)間為1s，少部分為2s，乘除指令的執(zhí)行時(shí)間也只有4s。7.布爾處理器特別值得一提的是MCS-51的布爾處理器。它實(shí)際上是一個(gè)完整的一個(gè)微計(jì)算機(jī)，這個(gè)一位的微機(jī)有自己的CPU ,位寄存器、I/O口和指令集。把八位微機(jī)和一位微機(jī)結(jié)合在一起，是微機(jī)技術(shù)上的一

27、個(gè)突破。一位機(jī)在開(kāi)關(guān)決策、邏輯電路仿真和實(shí)時(shí)測(cè)控方面非常有效，而八位機(jī)在運(yùn)算處理、智能儀表常用的數(shù)據(jù)采集方面有明顯的長(zhǎng)處。在MCS-51系列單片機(jī)中八位機(jī)和一位機(jī)（布爾處理器）的硬件資源是復(fù)合在一起的，二者相輔相成，這是MCS-51在設(shè)計(jì)上的精美之處，也是一般微機(jī)所不具備的。 3.3 89C51的引腳介紹掌握MCS-51單片機(jī)，應(yīng)首先了解MCS-51的引腳，熟悉并牢記各引腳的功能。MCS-51系列中各種芯片的移交是互相兼容的。6制造工藝為HMOS的MCS-51的單片機(jī)都采用40只引腳的雙列直插封裝（DIP方式，如圖所示。目前大多樹(shù)為此類(lèi)封裝方式。制造工藝為CHMOS的8031/89C51/87

28、C51除采用DIP封裝方式以外，還采用方行封裝方式，為44只引腳（其中4只是無(wú)用的引腳）如圖3-1所示740只引腳按其功能來(lái)分，可分為如下3類(lèi)：1. 電源及時(shí)鐘引腳：Vcc、Vss;XTAL1、XTAL2。2. 控制引腳：/PSEN、ALE、/EA、RESET3. I/O口引腳；P0、P1、P2、P3、為4個(gè)8位I/O口的外部引腳。下面結(jié)合圖3-1來(lái)介紹各引腳的功能。電源及時(shí)鐘引腳1電源引腳電源引腳接入單片機(jī)的工作電源1、Vcc(40引腳)：接+5V電源。2、Vss(20引腳)：接地2時(shí)鐘引腳2個(gè)時(shí)鐘引腳XTAL1，XTAL2外接晶體與片內(nèi)的反相放大器構(gòu)成了1個(gè)振蕩器，它為單片機(jī)提供了時(shí)鐘信號(hào)

29、。2個(gè)時(shí)鐘引腳也可以外接獨(dú)立的晶體振蕩器。XTAL1是片內(nèi)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(shí)，外部振蕩信號(hào)應(yīng)直接加到XTAL1，而XTAL2懸空。內(nèi)部方式時(shí)，時(shí)鐘發(fā)生器對(duì)振蕩脈沖二分頻，如晶振為12MHz，時(shí)鐘頻率就為6MHz。8晶振的頻率可以在1MHz-24MHz內(nèi)選擇。電容取30PF左右。型號(hào)同樣為AT89C51的芯片，在其后面還有頻率編號(hào)，有12,16,20,24MHz可選。大家在購(gòu)買(mǎi)和選用時(shí)要注意了。如AT89C51 24PC就是最高振蕩頻率為24MHz,40P6封裝的普通商用芯片。根據(jù)綜上分析，此次設(shè)計(jì)中的最小系統(tǒng)的設(shè)計(jì)采用89C51芯片作為最小系統(tǒng)芯片

30、是最佳選擇。（1）XTAL1（19引腳）：接外部晶體的1個(gè)引腳。該引腳內(nèi)部是1個(gè)反相放大器的輸入端。這個(gè)反相放大器構(gòu)成了片內(nèi)振蕩器/如果采用外接晶體振蕩器時(shí)，此引腳應(yīng)接地。（2）XTAL2（18引腳）：接外部晶體的另一端，在該引腳內(nèi)部接至內(nèi)部反相放大器的輸出端。若采用外部時(shí)鐘振蕩器時(shí)，該引腳接收時(shí)鐘振蕩器的信號(hào)，即把此信號(hào)直接接到內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端。2控制引腳此類(lèi)引腳提供控制信號(hào)，有的引腳還具有復(fù)用功能。（1）RST/Vpd(9引腳)：RST（RESET）是復(fù)位信號(hào)輸入斷，高電平有效。當(dāng)單片機(jī)運(yùn)行時(shí)，在此引腳加上持續(xù)時(shí)間大于2個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)候，就可以完成復(fù)位操作。在單片機(jī)正常工作時(shí)，

31、此引腳應(yīng)為0.5V低電平。Vpd為本引腳的第二功能，即備用電源的輸入斷。當(dāng)主電源Vcc發(fā)生故障，降低到某一規(guī)定值的低電平時(shí)，將+5V電源自動(dòng)接入RST端，為內(nèi)部RAM提供備用電源，以保證片內(nèi)RAM中的信息不丟失，從而使單片機(jī)在復(fù)位后能繼續(xù)正常運(yùn)行。ALE引腳輸出為地址鎖存允許信號(hào)，當(dāng)單片機(jī)上電正常工作后，ALE引腳不斷輸出正脈沖信號(hào)。當(dāng)單片機(jī)訪(fǎng)問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，ALE輸出信號(hào)的負(fù)跳沿用于單片機(jī)發(fā)出的低8位地址經(jīng)外部鎖存器鎖存的鎖存控制信號(hào)。即使不訪(fǎng)問(wèn)外部鎖存器，ALE端仍有正脈沖號(hào)輸出，此頻率為時(shí)鐘振蕩頻率的1/6。如果有脈沖信號(hào)輸出，則單片機(jī)基本上是完好的。應(yīng)該注意的是，每當(dāng)MCS-51訪(fǎng)問(wèn)外

32、部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，在2個(gè)機(jī)器周期中ALE只出現(xiàn)1次，即丟失1個(gè)ALE脈沖。因此，嚴(yán)格來(lái)說(shuō)，用戶(hù)不宜用ALE做精確的時(shí)鐘源或定時(shí)信號(hào)。ALE端可以驅(qū)動(dòng)8個(gè)LS型TTL負(fù)載。/PROG為本引腳的第二功能。在對(duì)片內(nèi)EPROM型單片機(jī)編程寫(xiě)入時(shí)，此引腳作為編程脈沖輸入端（3）/PSEN：程序存儲(chǔ)器允許輸出控制端。在單片機(jī)訪(fǎng)問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器時(shí)，此引腳輸出脈沖負(fù)跳沿作為讀外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。此引腳外接部程序存儲(chǔ)器的/OE端。/PSEN端可以驅(qū)動(dòng)8個(gè)LS型TTL負(fù)載。 如果檢查一個(gè)MCS-51單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)上電后，CPU能否正常到外部程序存儲(chǔ)器讀取指令碼，可用示波器查/PSEN端有無(wú)脈沖輸出。 （4）/

33、EA/Vpp（Enable Address/Voltage Pulse of Programing,31腳）：/EA功能為內(nèi)外程序存儲(chǔ)器選擇控制端。 當(dāng)/EA引腳為高電平時(shí)，單片機(jī)訪(fǎng)問(wèn)片內(nèi)程序存儲(chǔ)器，但在PC（程序計(jì)數(shù)器）值超過(guò)0FFFH時(shí)，即超出片內(nèi)程序存儲(chǔ)器的4KB地址范圍，將自動(dòng)轉(zhuǎn)向執(zhí)行外部程序存儲(chǔ)器內(nèi)的程序。 當(dāng)/EA引腳為低電平時(shí)，單片機(jī)則只訪(fǎng)問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器，不論是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。對(duì)于8031來(lái)說(shuō)，因其無(wú)內(nèi)部程序存儲(chǔ)器，所以該引腳必須接地，這樣只能選擇外部程序存儲(chǔ)器。 Vpp為本引腳的第二功能。在對(duì)EPROM型單片機(jī)8751內(nèi)EPROM固化編程時(shí)，用于施加叫高的編程電壓。10對(duì)

34、于89C51，則加在Vpp引腳的編程電壓為+12V或+5V。I/O口引腳（1）P0口：雙向8位三態(tài)I/O口，此口為地址總線(xiàn)（低8位）及數(shù)據(jù)總線(xiàn)分時(shí)復(fù)用口，可驅(qū)動(dòng)8個(gè)LS型TTL負(fù)載。（2）P1口：8位準(zhǔn)雙向I/O口，可驅(qū)動(dòng)4個(gè)LS型TTL負(fù)載。（3）P2口：8位準(zhǔn)雙向I/O口，與地址總線(xiàn)（高8位）復(fù)用，可驅(qū)動(dòng)4個(gè)LS型TTL負(fù)載。（4）P3口：8位準(zhǔn)雙星I/O口，雙功能復(fù)用口，可驅(qū)動(dòng)4個(gè)LS型TTL負(fù)載。這里要特別注意準(zhǔn)雙向與雙向三態(tài)口的差別。P1口，P2口，P3口是3個(gè)8位雙向的I/O口，各口線(xiàn)在片內(nèi)均有固定的上拉電阻。當(dāng)這3個(gè)準(zhǔn)雙向I/O口作輸入口使用時(shí)，要向該口先寫(xiě)1，另外準(zhǔn)雙向I/O口

35、無(wú)高阻的“浮空”狀態(tài)，故稱(chēng)為雙向三態(tài)I/O口。其引腳圖如下所示：圖圖名居中3-1 89C51引腳圖 3.4 單片機(jī)最小系統(tǒng)的設(shè)計(jì) （1）此次設(shè)計(jì)選用89C51的最小系統(tǒng)，89C51內(nèi)部有4KB閃爍存儲(chǔ)器，芯片本身就是一個(gè)最小系統(tǒng)。11在能滿(mǎn)足系統(tǒng)的性能要求情況下，可優(yōu)先考慮采用此種方案。用這種芯片構(gòu)成的最小系統(tǒng)簡(jiǎn)單很可靠。用89C51單片機(jī)構(gòu)成的最小應(yīng)用系統(tǒng)時(shí)，只要將單片機(jī)接上時(shí)鐘電路和復(fù)位電路即可，該系統(tǒng)與其他最小系統(tǒng)相比，省去了外擴(kuò)程序存儲(chǔ)器的工作，該最小應(yīng)用系統(tǒng)只能用作一些小型的數(shù)字量的測(cè)控單元。單片機(jī)最小系統(tǒng)電路如圖32所示圖3-2 89C51最小系統(tǒng)（2） 看門(mén)狗電路設(shè)計(jì)MCS-51

36、的PC受到干擾而失控，引起程序亂飛，可能會(huì)使程序陷入死循環(huán)。指令和軟件技術(shù)不能使失控的程序擺脫死循環(huán)的困境，這時(shí)系統(tǒng)將完全癱瘓。如果操作人員不在場(chǎng)，可按下人工復(fù)位按鈕，強(qiáng)制系統(tǒng)復(fù)位。但操作人員不可能一直監(jiān)控著系統(tǒng)，即使監(jiān)視著系統(tǒng)，也往往是在引起不良后果之后才進(jìn)行人工復(fù)位。能不能不要人來(lái)監(jiān)視，就能使系統(tǒng)擺脫死循環(huán)，重新執(zhí)行正常的程序呢？這可采用“看門(mén)狗”技術(shù)來(lái)解決這一問(wèn)題。12“看門(mén)狗”技術(shù)就是使用一個(gè)計(jì)數(shù)器來(lái)不斷計(jì)數(shù)，監(jiān)視程序循環(huán)運(yùn)行。若發(fā)現(xiàn)時(shí)間超過(guò)已知的循環(huán)設(shè)定時(shí)間，則認(rèn)為系統(tǒng)陷入了死循環(huán)，這時(shí)計(jì)數(shù)器溢出，然后強(qiáng)迫系統(tǒng)復(fù)位，在復(fù)位入口0000H處安排一段出錯(cuò)處理程序，使系統(tǒng)運(yùn)行進(jìn)入正軌.另外

37、，在單片機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，有可能會(huì)發(fā)生電源掉電的意外情況，一些重要的數(shù)據(jù)可能丟失。這時(shí)需要系統(tǒng)應(yīng)首先檢測(cè)到電源的變化，然后通過(guò)切換電路把備用電池接入系統(tǒng)，以保護(hù)RAM中的數(shù)據(jù)不丟失。目前看門(mén)狗電路和掉電保護(hù)電路，都已經(jīng)集成在一片微處理器監(jiān)控芯片中。因此MCS-51只需要擴(kuò)展一片微處理器監(jiān)控芯片即可。這類(lèi)芯片集成化程度高，功能齊全，具有廣闊的應(yīng)用前景。在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中使用微處理器監(jiān)控芯片，可以大大提高單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的抗干擾能力和可靠性。1）復(fù)位電路微處理器在上電、掉電及低壓供電時(shí)，監(jiān)控器產(chǎn)生脈沖信號(hào)這可以保證微處理器實(shí)現(xiàn)上電自動(dòng)復(fù)位：當(dāng)供電壓過(guò)低時(shí)，防止CPU失控。電源電壓Vcc升到1V時(shí)RESE

38、T引腳變?yōu)榈碗娖?，隨著Vcc的繼續(xù)升高，RESET一直保持低電平。13當(dāng)Vcc高于復(fù)位門(mén)限電平時(shí)，RESET并不馬上變?yōu)楦唠娖剑且獪笠粋€(gè)復(fù)位脈沖寬度（約200ms）后再變?yōu)楦唠娖?。?dāng)Vcc低于復(fù)位門(mén)限電平，RESET引腳馬上變成低電平，即使以后Vcc恢復(fù)且高于復(fù)位門(mén)限電平，RESET也不馬上變成高電平，而是要延遲一個(gè)復(fù)位脈沖寬度。掉電時(shí)，Vcc只要低于復(fù)位門(mén)限電平，RESET立即變?yōu)榈碗娖健?）看門(mén)狗電路此次設(shè)計(jì)選用MAX690A微處理器做為監(jiān)控器芯片。14看門(mén)狗電路計(jì)數(shù)器定時(shí)電路，在WDI端輸入一個(gè)脈沖（TTL電平，寬度可小至50ms），定時(shí)器開(kāi)始計(jì)數(shù)。若WDI引腳懸空或接至阻態(tài)輸出的

39、緩沖器上定時(shí)器則停止計(jì)數(shù)，并且清零。當(dāng)定時(shí)器啟動(dòng)后，若在1.6s內(nèi)沒(méi)有向WDI輸入脈沖，監(jiān)控器將輸出一個(gè)復(fù)位信號(hào)，引腳RESET變低電平，同時(shí)定時(shí)器清零，只要RESET為低電平，定時(shí)器將一直停止工作。MCS-51與MAX690A自動(dòng)監(jiān)控的接線(xiàn)如下，+5V電壓跌落到某電壓值，這就需要合理選擇電阻R7、R8的值，所以R10=1K歐姆，R9=2.6K歐姆。電路圖如下： 圖 3-3 看門(mén)狗電路原理圖 3.5 顯示、鍵盤(pán)電路的設(shè)計(jì)（1）顯示電路的設(shè)計(jì)LED顯示器結(jié)構(gòu)常用的LED顯示器分為8段（或7段，8段比7段多了1個(gè)小數(shù)點(diǎn)“dp”段）。每一個(gè)段對(duì)應(yīng)1個(gè)發(fā)光2極管。這種顯示器有共陽(yáng)極和共陰極2中，共陰極

40、LED顯示器的發(fā)光二極管的陰極連接在一起，通常此公共陰極接地。當(dāng)某個(gè)發(fā)光二極管的陽(yáng)極為高電平時(shí)，發(fā)光二極管點(diǎn)亮，相應(yīng)的段被顯示。同樣，共陽(yáng)極LED顯示器的發(fā)光二極管的陽(yáng)極連接在一起，通常此公共陽(yáng)極接正電壓，當(dāng)某個(gè)發(fā)光二極管的陰極接低電平時(shí)，發(fā)光二極管被點(diǎn)亮，相應(yīng)的段被顯示。為了使LED顯示器顯示不同的符號(hào)或數(shù)字，就要把不同段的發(fā)光二極管點(diǎn)亮，這樣就要為L(zhǎng)ED顯示器提供代碼，因此這些代碼可使LED相應(yīng)的段發(fā)光，從而顯示不同字型，因此該代碼稱(chēng)之為段碼（或成為字型碼）。顯示器的工作原理由N個(gè)LED顯示塊可拼連接成N位的LED顯示器，N個(gè)LED顯示塊有N位為線(xiàn)和8xN根段碼線(xiàn)。段碼線(xiàn)控制顯示字符的字型

41、，而位選線(xiàn)位各個(gè)LED顯示塊中各段的公共端，它控制該LED顯示位的亮或暗。 點(diǎn)亮顯示器有靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩種方法。所謂的靜態(tài)顯示，就是當(dāng)顯示器顯示某一個(gè)字符時(shí)，相應(yīng)的發(fā)光二極管恒定的導(dǎo)通或截止，例如7段顯示器a、b、c、d、e、f導(dǎo)通，g截止,顯示0。這種顯示方式每一位都需要有一個(gè)8位輸出口控制。靜態(tài)顯示時(shí)，較小的電流能得到較高的亮度且字符不閃爍，所以可由8255A的輸出口直接驅(qū)動(dòng)。在單片機(jī)串行口方式0應(yīng)用中，也是采用靜態(tài)顯示方法。當(dāng)顯示器位數(shù)較少時(shí)，采用靜態(tài)顯示的方法是適合的。當(dāng)位數(shù)較多時(shí)，用靜態(tài)顯示所需要的I/O太多，一般采用動(dòng)態(tài)顯示方法。靜態(tài)顯示方式：各位的共陰極或共陽(yáng)極連接在一起并接地；每位

42、的段碼線(xiàn)分別與一個(gè)8位的鎖存器輸出相連。之所以稱(chēng)為靜態(tài)顯示，是因?yàn)楦鱾€(gè)LED的顯示字符一經(jīng)確定，相應(yīng)鎖存器所存的段碼輸出將維持不變，直到送入另一個(gè)字符的段碼為止。正因如此，靜態(tài)顯示器的亮度都較高。這種顯示方式接口編程容易，付出的代價(jià)是占用的口線(xiàn)較多。如果顯示器的位數(shù)增多，則需要增加鎖存器。因此在顯示位數(shù)較多的情況下，一般都采用動(dòng)態(tài)顯示方式。動(dòng)態(tài)顯示方式：在多位LED顯示時(shí)，為簡(jiǎn)化硬件電路，通常將所有位的段碼線(xiàn)相應(yīng)段并聯(lián)在一起，由一個(gè)8位I/O口控制，形成段碼線(xiàn)的多路復(fù)用，而各位的共陽(yáng)極或共陰極分別由相應(yīng)的I/O線(xiàn)控制，形成各位的分時(shí)選通。若要各位LED能夠同時(shí)顯示出與本位相應(yīng)的顯示字符，就必須

43、采用動(dòng)態(tài)顯示方式，即在某一時(shí)刻，只讓某一位的位線(xiàn)處于選通狀態(tài)，而其他各位的位選線(xiàn)處于關(guān)閉狀態(tài)，同時(shí)，段碼線(xiàn)上輸出相應(yīng)位要顯示的字符的段碼。這樣 在同一時(shí)刻，4位LED中的只有選通的哪一位顯示出字符，而其他3位則是熄滅的，同樣在下一時(shí)刻，只讓下一位選線(xiàn)處于選通狀態(tài)，而其他各位的位選線(xiàn)處于關(guān)閉狀態(tài)， 在段碼線(xiàn)上舒服將要顯示字符的段碼，則同一時(shí)刻，只有選通位顯示出相應(yīng)的字符，而其他各位則是熄滅的，如此循環(huán)下去，就可以使各位顯示出相應(yīng)的字符，雖然這些字符是在不同時(shí)刻出現(xiàn)的，而在下一時(shí)刻，只有一位顯示，其他各位熄滅，但由于LED 顯示器的余輝和人眼的視覺(jué)暫留作用，只要每位顯示間隔足夠短，則可以造成多為同

44、時(shí)亮的假象，達(dá)到同時(shí)顯示的效果。 LED不同位顯示的時(shí)間間隔應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況而定。發(fā)光二極管從導(dǎo)通到發(fā)光有一定的延時(shí)，導(dǎo)通時(shí)間太短，則發(fā)光太弱，人眼無(wú)法看清，但也不能太長(zhǎng)，因?yàn)橐芟抻谂R界閃爍頻率，而且次時(shí)間越長(zhǎng)，占用CPU時(shí)間也越長(zhǎng)多。另外，顯示位數(shù)增多，也將占用大量的CPU時(shí)間，因此動(dòng)態(tài)顯示實(shí)質(zhì)是以犧牲CPU時(shí)間來(lái)?yè)Q取器件的減少的。綜上所述，此次設(shè)計(jì)選靜態(tài)顯示是最合適的方法。顯示原理圖如下圖所示 圖3-4 顯示電路（2）鍵盤(pán)電路的設(shè)計(jì)行列式鍵盤(pán)接口行列式（也稱(chēng)矩陣式）鍵盤(pán)用于按鍵數(shù)目較多的場(chǎng)合，它由行線(xiàn)和列線(xiàn)組成，按鍵位于行、列的交叉點(diǎn)上。1個(gè)33的行、列結(jié)構(gòu)可以構(gòu)成1個(gè)具有9個(gè)按鍵的鍵盤(pán)。

45、同理1個(gè)44的行、列結(jié)構(gòu)可以構(gòu)成1個(gè)16個(gè)按鍵的鍵盤(pán)等等。如圖所示。很明顯，在按鍵數(shù)目較多的場(chǎng)合，行列式鍵盤(pán)與獨(dú)立式鍵盤(pán)相比，要節(jié)省很多的I/O口線(xiàn)。 圖3-5 33鍵盤(pán)行列式鍵盤(pán)工作原理按鍵設(shè)置在行、列線(xiàn)交點(diǎn)上，行、列分別連接到按鍵開(kāi)關(guān)的兩端。行線(xiàn)通過(guò)上拉電阻接到+5V上。無(wú)按鍵按下時(shí)，行線(xiàn)處于高電平狀態(tài)，而當(dāng)有按鍵按下時(shí)，行線(xiàn)電平狀態(tài)將由與此行線(xiàn)相連的列線(xiàn)的電平?jīng)Q定。列線(xiàn)的電平如果為低，則行線(xiàn)電平為低；列線(xiàn)的電平如果為高，則行線(xiàn)電平亦為高。這一點(diǎn)是識(shí)別行列式鍵盤(pán)是否按下的關(guān)鍵所在。由于行列式鍵盤(pán)中行、列線(xiàn)為多鍵共用，各按鍵均影響該鍵所在的行和列的電平。因此各按鍵彼此將相互發(fā)生影響，所以必須

46、將行、列線(xiàn)信號(hào)配合起來(lái)并作是的處理，才能確定閉合鍵的位置。掃描法下面以圖中3號(hào)鍵被按下為例，來(lái)說(shuō)明此鍵是如何被識(shí)別出來(lái)的。當(dāng)3號(hào)鍵被按下時(shí)，與3號(hào)鍵相兩的行線(xiàn)電平將由與此鍵相連的列線(xiàn)電平?jīng)Q定，而行線(xiàn)電平在無(wú)按鍵按下時(shí)處于高電平狀態(tài)。如果讓所有的列線(xiàn)處于低電平，很明顯，按鍵所在的行電平將被接成低電平，根據(jù)此行電平的變化，便能判定此行一定有按鍵被按下。但還不能確定是鍵3被按下，以為如果鍵3不被按下，而同一行的鍵2、1或0之一被按下，均回產(chǎn)生同樣的效果。所以，行線(xiàn)處于低電平只能得出某行有按鍵被按下的結(jié)論。為進(jìn)一步判定到底是哪一列的按鍵被按下，可采用掃描法來(lái)識(shí)別。即在某一時(shí)刻只讓1條列線(xiàn)處于低電平，其

47、余所有列線(xiàn)處于高電平。當(dāng)?shù)谝涣袨榈碗娖?，其余各列為高電平時(shí)，以為是鍵3被按下，所以1行仍處于高電平狀態(tài)；而當(dāng)?shù)诙袨榈碗娖?，其余各列為高電平時(shí)，同樣我們會(huì)發(fā)現(xiàn)第1行仍處于高電平狀態(tài)；直到讓第4列為低電平，其余各列為高電平時(shí)，以為瓷實(shí)號(hào)鍵被按下，所以第一行的電平將由高電平轉(zhuǎn)換到第4列所處的低電平，據(jù)此可以判斷第1行第4列的交叉點(diǎn)處的按鍵，即3號(hào)鍵被按下。 根據(jù)上面的分析，很容易想到識(shí)別鍵盤(pán)有無(wú)鍵盤(pán)被按下的方法，此方法分2步進(jìn)行：第1步，識(shí)別鍵盤(pán)有無(wú)鍵被按下；第2步，如有鍵盤(pán)被按下，識(shí)別出具體的按鍵。分別介紹如下：首先把所有的列線(xiàn)均置為低電平，檢查各行線(xiàn)是否有變化，如果有變化，則說(shuō)明有鍵被按下，如

48、果沒(méi)有變化，則說(shuō)明無(wú)鍵被按下。上述識(shí)別具體按鍵的方法也稱(chēng)為掃描法，即先把某一列置低電平，其余各列置為高電平，檢查各行線(xiàn)電平的變化，如果某行線(xiàn)為低電平，則可確定次行此列交叉點(diǎn)處的按鍵被按下。（3）鍵盤(pán)的工作方式單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，鍵盤(pán)掃描只是單片機(jī)的工作內(nèi)容之一。單片機(jī)在忙于各項(xiàng)工作任務(wù)時(shí)，如何兼顧鍵盤(pán)的輸入，取決于鍵盤(pán)的工作方式。鍵盤(pán)工作方式的選取應(yīng)根據(jù)實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)中CPU工作的忙、閑情況而定。其原則是既要保證能即使響應(yīng)按鍵操作，又不要過(guò)多的占用CPU的時(shí)間，通常，鍵盤(pán)工作方式有三種：即編程掃描、定時(shí)掃描、中斷掃描。111）編程掃描方式這種方式就是只有當(dāng)單片機(jī)空閑時(shí)，才調(diào)用鍵盤(pán)掃描子程序，反復(fù)的

49、掃描鍵盤(pán)，等待用戶(hù)從鍵盤(pán)上輸入命令或數(shù)據(jù)，來(lái)響應(yīng)鍵盤(pán)的輸入請(qǐng)求。圖為1個(gè)48矩陣鍵盤(pán)通過(guò)8255A擴(kuò)展I/O口與8031的借口電路原理圖，鍵盤(pán)采用編程掃描方式工作，8255A的PC口低4位輸出逐行掃描信號(hào)，PA口輸入8位列信號(hào)，均為低電有效。8255A的A0，A1端分別接于地址線(xiàn)A0，A1上，/CS與P2.7相接，/WR、/RD分別與8031的/WR和/RD相連。PC口低4位狀態(tài)，若PC0PC3全1，則說(shuō)明鍵盤(pán)無(wú)鍵按下；若不完全為1，則說(shuō)明鍵盤(pán)有可能有鍵按下。2） 用軟件延時(shí)10ms來(lái)消除按鍵抖動(dòng)的影響。確實(shí)有按鍵按下時(shí)，進(jìn)行下一步。3）在鍵盤(pán)掃描子程序中，首先判斷鍵盤(pán)上有無(wú)鍵按下。其方法為P

50、A口8位輸出全0，讀求按下鍵的鍵號(hào)。根據(jù)前面的介紹的掃描法，逐列置0掃描，讀入行線(xiàn)的狀態(tài)，最后確定按鍵位置。4） 等待按鍵釋放后，在進(jìn)行按鍵功能的處理操作。（4）定時(shí)掃描的工作方式 單片機(jī)對(duì)鍵盤(pán)的掃描也可以采用定時(shí)掃描方式，即每隔一定的時(shí)間對(duì)鍵盤(pán)掃描一次。在這種掃描方式中，通常利用單片機(jī)內(nèi)的定時(shí)器，產(chǎn)生10ms的定時(shí)中斷，CPU響應(yīng)定時(shí)器溢出中斷請(qǐng)求，對(duì)鍵盤(pán)進(jìn)行掃描，在有鍵按下時(shí)識(shí)別出該鍵，并執(zhí)行相應(yīng)鍵的處理功能程序。（5）中斷工作方式 為了進(jìn)一步提高單片機(jī)掃描鍵盤(pán)的工作效率，可采用中斷掃描方式，即只有在鍵盤(pán)有按鍵按下時(shí)，才執(zhí)行鍵盤(pán)掃描程序并執(zhí)行該按鍵功能程序，如果無(wú)按鍵按下，單片機(jī)將不理睬鍵

51、盤(pán)。3.6 鎖存器 74LS373的介紹與選擇本次設(shè)計(jì)選用的鎖存器為74LS373，它是一種帶有三態(tài)門(mén)的8D鎖存器，其引腳如圖所示 其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3-4所示其引腳說(shuō)明如下：D7-D0：8位數(shù)據(jù)輸入線(xiàn)。Q7-Q0：8位數(shù)據(jù)輸出線(xiàn)。G：數(shù)據(jù)輸入鎖存選通引腳，高電平有效。當(dāng)該信號(hào)為高電平時(shí)，外部數(shù)據(jù)選通到內(nèi)部鎖存器，負(fù)跳變時(shí)，數(shù)據(jù)鎖存到鎖存器中G為數(shù)據(jù)鎖存控制端；當(dāng)G為“1”時(shí)，鎖存器輸出端同輸入端；當(dāng)G由“1”變“0”時(shí)，數(shù)據(jù)輸入鎖存器中。OE為輸出允許端；當(dāng)OE為“0”時(shí)，三態(tài)門(mén)打開(kāi)；當(dāng)OE為“1”時(shí)，三態(tài)門(mén)關(guān)閉，輸出呈高阻狀態(tài)。在MCS-51單片機(jī)系統(tǒng)中，常采用74LS373作為地址鎖存器使用

52、，其中輸入端1D8D接至單片機(jī)的P0口，輸出端提供的是低8位地址，G端接至單片機(jī)的地址鎖存允許信號(hào)ALE。輸出允許端OE，接地，表示輸出三態(tài)門(mén)一直打開(kāi)。圖要居中圖3-6 74LS373的引腳圖3.7 2732的芯片引腳功能如下：A0-A15：地址線(xiàn)引腳。地址線(xiàn)引腳的數(shù)目由芯片的存儲(chǔ)容量來(lái)定，用來(lái)進(jìn)行單元選擇。D7-D0：數(shù)據(jù)線(xiàn)引腳。/CE：片選輸入端/OE：輸出允許控制端。/PGM：編程時(shí)，加編程脈沖的輸入端。Vpp：編程時(shí)，編程電壓（+12V或+25V）輸入端。Vcc+5V，芯片的工作電壓輸入端GND：數(shù)字地。NC：無(wú)用端。3.8 6264數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的介紹與選擇6264是8K8位的靜態(tài)數(shù)據(jù)存

53、儲(chǔ)器芯片，采用CMOS工藝制作，單一+5V電源，額定功耗165mw，典型存取時(shí)間為200ns，24線(xiàn)雙列直插式封裝。在此設(shè)計(jì)中用于擴(kuò)展89C51內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器容量。A0A12為片內(nèi)13位地址線(xiàn)，D0D7為8位數(shù)據(jù)線(xiàn)CE為片選信號(hào)，OE為讀允許信號(hào)線(xiàn)，WE為寫(xiě)信號(hào)線(xiàn)。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路與程序存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路相似，所用的地址線(xiàn)，數(shù)據(jù)線(xiàn)完全相同，讀，寫(xiě)控制線(xiàn)用WR，RD但要考慮的問(wèn)題比程序存儲(chǔ)器涉及的問(wèn)題要多，如I/O口擴(kuò)展的統(tǒng)一編址問(wèn)題。3.9 6264引腳功能的介紹與選STAM的各引腳功能如下：A0-A14：地址輸入線(xiàn)。D0-D7：雙向三態(tài)數(shù)據(jù)線(xiàn)。/CE：片選信號(hào)輸入線(xiàn)，低電平有效。對(duì)于6264芯

54、片，當(dāng)引腳26（CS）為高電平時(shí)，且/CE為低電平時(shí)才選中該片。/OE：讀選通信號(hào)輸入線(xiàn)，低電平有效。/WE：寫(xiě)允許信號(hào)輸入線(xiàn)，低電平有效。Vcc:工作電源+5V。GND：地線(xiàn)。靜態(tài)SRAM存儲(chǔ)器有讀出，寫(xiě)入，維持三中工作方式， 這些工作方式的操作控制如表1所示： 表3-1 操作控制表信號(hào)方式/CE/OE/WED0D7讀VILVILVIH數(shù)據(jù)輸出寫(xiě)VILVIHVIL數(shù)據(jù)輸入維持VIH任意任意高阻態(tài)3.10 8255芯片介紹8255是Inter公司生產(chǎn)的可編程并行I/O接口芯片，它具有3個(gè)8位的并行I/O口，3種工作方式，可以通過(guò)編程改變其功能，因而使用靈活方便，通用性強(qiáng)，可作為單片機(jī)與多種外圍

55、設(shè)備連接時(shí)的中間接口電路。此設(shè)計(jì)中8255芯片用于擴(kuò)展接口。8255A的引腳如圖所示。15由圖所示 8255共有40只引腳，采用雙列直插式封裝，各引腳功能如下：D7D0：三態(tài)雙向數(shù)據(jù)線(xiàn)，與單片機(jī)數(shù)據(jù)總線(xiàn)連接，用來(lái)傳誦數(shù)據(jù)信息。/CS：片選信號(hào)線(xiàn)，低電平有效，表示本芯片被選中。/RD：讀出信號(hào)線(xiàn)，低電平有效，控制8255A數(shù)據(jù)的讀出/WR：寫(xiě)入信號(hào)線(xiàn)，低電平有效，控制向8255A數(shù)據(jù)的寫(xiě)入。Vcc：+5V電源。PA7PA0：A口輸入/輸出線(xiàn)。PB7PB0：B口輸入/輸出線(xiàn)。PC7PC0：C口輸入/輸出線(xiàn)。A1A0：地址線(xiàn)，用來(lái)選擇8255A內(nèi)部的4個(gè)端口。8255A的內(nèi)部結(jié)構(gòu)8255A內(nèi)部結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖，其中包括3個(gè)并行數(shù)據(jù)輸入/輸出端口，2個(gè)工作方式的控制電路，1個(gè)讀/寫(xiě)控制邏輯電路和8位數(shù)據(jù)總線(xiàn)緩沖器。各部件的功能如下： 8255有3個(gè)8位并行口，PA、PB和PC。都可以選擇作為輸入/輸出工作模式，但在功能上有點(diǎn)差異。讀/寫(xiě)控制邏輯電路接收CPU發(fā)來(lái)的控制信號(hào)/RD、/WR、RESET、地址信號(hào)A1A0等，然后根據(jù)控制信號(hào)的要求，將斷口數(shù)據(jù)讀出，送往CPU或者將CPU共來(lái)的數(shù)據(jù)寫(xiě)入端口RESET:復(fù)位輸入線(xiàn)，當(dāng)該輸入端外于高電平時(shí)，所有內(nèi)部寄存器（包括控制寄存器）均被清除，所有I/O口均被置成輸入方式。CS:片選信號(hào)線(xiàn)，當(dāng)這個(gè)輸入引腳為低電